Емкостные водонагреватели

Емкостными водонагревателями называются аппараты, в которых вода нагревается в емкости без применения принудительной циркуляции. Они предназначены для водяного отопления помещений. Наиболее распространены автоматические газовые водонагреватели (АГВ): АГВ-50, АГВ-80 и АГВ-120. Вместимость их баков соответственно 50, 80 и 120 л.

Водонагреватель АГВ-80

Водонагреватель АГВ-80 (рис. 9.27). Аппарат имеет цилиндрический бак из оцинкованной стали. Внутри бака проходит жаровая труба 4, предназначенная для отвода продуктов сгорания из топки 75, увеличения площади нагрева и улучшения процесса теплоотдачи.

В жаровой трубе 4 установлен спиральный удлинитель потока, он перемешивает горячий поток продуктов сгорания газа и способствует максимальному отбору теплоты от продуктов сгорания. Кожух 5 водонагревателя выполнен из листовой стали. Пространство между кожухом и баком 3 заполнено шлаковатой, что служит надежной теплоизоляцией. Горелка 18 водонагревателя чугунная, литая, с вертикально направленными огневыми отверстиями. В новых моделях водонагревателя горелка заменена на дисковую, штампованную из стального листа, с периферийно расположенными огневыми отверстиями. Над жаровой трубой установлено устройство для отвода продуктов сгорания с тягоирерывателем 7. Вход холодной воды осуществляется к штуцеру 2, а отбор горячей воды в отопительную систему — сверху.

Если водонагреватель служит для отопления помещений, то к штуцеру 2 присоединяется трубопровод обратной линии.

В крышке водонагревателя имеется предохранительный клапан 9, представляющий собой цилиндр с колпачком. Под колпачком помещена мембрана 29 из медной фольги. В центре мембраны имеется отверстие, запаянное сплавом Вуда с точкой плавления 105 °С.

зоо

Водонагреватель АГВ-80

Рис. 9.27. Водонагреватель АГВ-80:

а — водонагреватель в разрезе; б — фильтр; в — электромагнитный клапан; г — терморегулятор; 1 — дверка топки; 2 — штуцер; 3 — бак; 4 — жаровая труба; 5 — кожух; 6 — выход горячей воды; 7— тягопрерыватель; 8— термометр; 9 — предохранительный клапан; Ю— кран; // — латунная трубка; 12 — сетчатый фильтр; 13 — электромагнитный клапан; 14 — терморегулятор; 15— топка; 16 — термопара; 17 — запальник; 18— горелка; 19— инваровый стержень; 20— контакты термопары; 21 — крышка; 22, 31, 35— пружины; 23 — кнопка; 24 — шток; 25 — якорь; 26 — обмотка; 27 — электромагнит; 28 — уплотнительное кольцо; 29 — мембрана; 30, 36 — клапаны; 32 — шток клапана; 33 — пробка; 34 — отверстие на запальник; 37 — рычаг; 38— регулятор настройки

При закрытом водоразборном кране в случае выхода из строя автоматики вода в баке может закипеть. Сплав Вуда при температуре выше 105 °С расплавляется, пар выходит наружу, что предохраняет бак от разрыва. Если давление в баке повысится до 0,6 МПа, фольга разрывается, предохраняя аппарат от разрушения.

В крышке водонагревателя в специальной гильзе установлен термометр 8, чтобы термометр давал правильные показания в гильзу заливают льняное масло.

Автоматика водонагревателя состоит из двух узлов. В качестве автоматики безопасности служит трехходовой электромагнитный клапан (см. рис. 9.27, в). Регулирование температуры воды осуществляется терморегулятором 14 (см. рис. 9.27, г), термоэлемент которого введен внутрь бака. Работу горелки контролируют электромагнитный клапан 13 и термопара 16. Клапан поддерживается в открытом состоянии только при наличии пламени на запальнике.

Работа электромагнитного клапана. Электромагнитный клапан состоит из газовой и электромагнитной частей (см. рис. 9.27, в). Крышка 21 имеет отверстие для кнопки и прорезь для контакта. Ее устанавливают на корпус газовой части и крепят четырьмя винтами. Нажимную кнопку 23 устанавливают в верхней части крышки и надевают на шток. Чтобы кнопка не западала, на нее действует пружина. Шток 32 расположен вертикально, одним концом он упирается в верхний клапан 30 газовой части. На шток надет якорь 25. Он представляет собой диск с отверстием, через которое проходит шток. Якорь изготовлен из специального сплава — пермаллоя. Так как мощность электромагнита очень мала, то якорь, состоящий из другого сплава, будет притягиваться слабо и работа электромагнитного клапана нарушится.

Обмотку электромагнита одним концом присоединяют к корпусу, а вторым через прорезь в крышке — к контакту термопары 20.

Термопара состоит из сплавов хромеля и копеля, которые при нагревании вырабатывают ток. Ток подается от спая хромеля и копеля по двум проводникам: медной трубочке и изолированной проволочке внутри. Проводник, проходящий внутри трубки, присоединен к свинцовому контакту электромагнита, а трубка контактирует через накидную гайку с корпусом электромагнита.

Газовая часть электромагнитного клапана состоит из корпуса, клапанов, штока и мембраны.

Корпус имеет два штуцера диаметром 1/2 дюйма для входа и выхода газа к горелке и штуцер сбоку для запальника. В верхней части корпуса сделан уступ, в который закладывают мембрану и уплотнительное кольцо. Внутри корпуса находятся два седла клапанов, между которыми расположено отверстие, ведущее к штуцеру запальника. Газ поступает в штуцер, находящийся в нижней части корпуса.

Клапаны имеют тарельчатую форму и одинаковы по своим размерам. В качестве уплотнителя на них ставят кожаную прокладку, пропитанную солидолом. Оба клапана надеты на один и тот же шток и могут двигаться вертикально вместе со штоком. Снизу на нижний клапан действует пружина, толкая вверх оба клапана и шток. Вторым концом пружина упирается в пробку. Пробка стоит на резьбе. Для предотвращения утечки газа между пробкой и корпусом вставлена прокладка.

Мембрана представляет собой кусок мягкой кожи, пропитанной смазкой, она отделяет газовую часть от электрической. При нажатии на кнопку электромагнитного клапана до отказа под действием верхнего штока клапаны перемещаются в крайнее нижнее положение. В этом случае газ поступает в среднюю часть корпуса, но не может пройти к горелке, так как верхний клапан закрыт. Через отверстие в средней части корпуса газ идет на запальник. Если, удерживая кнопку в этом положении, зажечь запальник, то он начнет нагревать термопару, которая через 1...2 мин нагреется и замкнет цепь питания электромагнита. Электромагнит притянет якорь. Если кнопку плавно отпустить, то система штоков и клапанов начнет перемешаться вверх до тех пор, пока верхний шток не упрется своими плечиками в притянутый якорь. Клапаны при этом установятся в среднее рабочее положение, при котором газ поступает и на запальник, и на горелку. Горелка загорается от факела запальника. Если прекратится подача газа или погаснет запальник, то термопара остынет и разорвет цепь питания электромагнита, он перестанет притягивать якорь и вся система штоков и клапанов под действием нижней пружины переместится в крайнее верхнее положение, при котором нижний клапан будет закрыт, и газ ни в запальник, ни в горелку попасть не сможет.

Работа терморегулятора. Терморегулятор (см. рис. 9.23, г) состоит из корпуса, термоэлемента, системы рычагов, клапана с пружиной, штуцеров, регулятора настройки. Корпус устанавливают на газопроводе с помощью входного и выходного штуцеров.

Чувствительный элемент состоит из латунной трубки и проходящего внутри инварового стержня. Один конец латунной трубки наглухо закреплен в корпусе терморегулятора, а инваровый стержень с помощью резьбы прикреплен к свободному концу латунной трубки. Второй конец стержня упирается в рычаг, расположенный в корпусе терморегулятора.

зоз

Система рычагов состоит из двух шарнирно соединенных рычагов и пружины. В один конец этой системы упирается свободный конец инварового стержня, а второй конец системы рычагов воздействует на клапан. Система рычагов может находиться в двух положениях — рабочем и нерабочем.

Клапан состоит из седла, пружины и пробки, исполняющей роль нажимной шайбы. Пружина действует на клапан таким образом, что все время вынуждает его закрывать проход газа на горелку. Регулятор настройки состоит из шкалы с делениями и затягивающего хомутика с рычагом. Хомутик надет на инваровый стержень. С помощью рычага и хомутика инваровый стержень можно вращать в резьбе латунной трубки, укорачивая или удлиняя его свободный конец.

При нагреве воды в баке латунная трубка также нагревается и, так как она имеет большой коэффициент линейного расширения, удлиняется. Инваровый стержень практически при нагревании не

Научно-технические основы процессов, происходящих при

Технические процессы

Сведения о явлениях

химии

теплотехники и молекулярной физики

Подача газа на запальник. Нагрев термопары, возникновение ЭДС. Притягивание якоря к электромагниту. Подача газа на основную горелку и воспламенение газовоздушной смеси. Нагрев воды до заданной температуры. Работа терморегулятора. Циркуляция нагретой воды к потребителю. Удаление продуктов сгорания газа. Работа системы безопасности и регулирования водонагревателя

Состав газовоздушной смеси. Воспламенение газовоздушной смеси. Пределы взрываемости. Процесс сгорания газа. Продукты полного и неполного сгорания газа. Конденсация водяных паров, точка росы. Методы сжигания газа в горелке водонагревателя (кинетический и диффузионный)

Аэродинамические и тепловые процессы. Процесс смесеобразования. Процесс молекулярной диффузии. Расширение газа и продуктов сгорания. Основные законы газового состояния. Передача теплоты сжигаемого газа воде. Тепловой баланс. Фронт горения газовоздушной смеси

удлиняется, втягиваясь внутрь трубки. Его свободный конец перемещается и перестает давить на систему рычагов. Система рычагов переходит в нерабочее положение и перестает своим вторым концом давить на клапан. Клапан под действием пружины закрывает проход газа на горелку. Горелка гаснет, вода в баке начинает остывать, латунная трубка охлаждается и укорачивается. При этом инваровый стержень снова перемещается и надавливает на конец системы рычагов. Система рычагов переходит в рабочее положение и вторым концом давит на клапан. Клапан открывается, и газ идет на горелку, которая загорается от запальника.

С помощью регулятора настройки температуры можно добиться, чтобы терморегулятор отключал горелку при определенной температуре, а при охлаждении воды на несколько градусов снова ее включал. Интервал настройки терморегулятора от 40 до 90 °С.

В табл. 9.3 приведены научно-технические основы процессов, происходящих при работе водонагревателя АГВ-80.

работе автоматического газового водонагревателя АГВ-80

Таблица 9.3

и процессах из области

электротехники

теоретической

механики

гидравлики

материаловедения

Возникновение тока при нагреве спая термопары и подача его к обмотке электромагнита. Намагничивание сердечника и притягивание якоря. Охлаждение спая термопары и исчезновение электрического тока. Роль электромагнитного клапана и термопары. Величина разности потенциалов, возникающая при работе электромагнитного клапана

Перемещение штока электромагнитного клапана. Законы движения системы рычагов и клапана терморегулятора. Передача давления перекидного рычага на клапан терморегулятора. Передача давления на мембрану и клапаны. Работа пружины

Движение газа через трубы, фитинги, запорные устройства и узлы автоматики. Дросселирование давления газа. Движение холодной и горячей воды по трубам и через водонагреватель

Состав спая термопары: хромель (сплав никеля и хрома) и копель (сплав меди и никеля). Состав трубки чувствительного элемента терморегулятора: латунная трубка и инваровый стержень. Коэффициенты линейного расширения. Состав предохранительного клапана, пластинка из фольги со сплавом Вуда. Свойства этих металлов. Их роль в работе водонагревателя

Модернизация водонагревателя А Г В-8 0. Многолетний опыт эксплуатации водонагревателей типа АГВ выявил ряд конструктивных недостатков, которые были устранены путем модернизации отдельных узлов. Эти конструктивные изменения в основном коснулись газогорелочного узла и электромагнитного клапана, который теперь называется газовым магнитным клапаном.

Модернизация газогорелочного узла (рис. 9.28) заключается в следующем. Основная горелка и подводящий к ней диффузор, выполненные из чугунного литья, заменены легкими штампованными конструкциями. Диффузор приобрел форму гнутой трубы, упростилось его изготовление, основная горелка стала компактнее, облегчились ее монтаж и демонтаж. В новой конструкции газогорелочного узла изменено взаимное расположение основной и запальной горелок, а также термопары, что обеспечивает нормальный процесс розжига горелки и более надежную работу автоматики безопасности водонагревателя. Вер-

Газогорслочный узел водонагревателя АГВ-80

Рис. 9.28. Газогорслочный узел водонагревателя АГВ-80:

  • 1 — крышка; 2 — рассекатель; 3 — патрубок; 4 — кронштейн запальной горелки; 5 — диффузор; 6 — накидная гайка; 7 — соединительная трубка запальной горелки; 8 — запальная горелка; 9 — форсунка (сопло) основной горелки;
  • 10 — колено; 11 — термопара тикальная ось запальной горелки 8 должна находиться на расстоянии 30 мм от вертикальной оси термопары 11. Конец термопары возвышается над краем запальной горелки на 5 мм. В процессе эксплуатации следует обращать внимание на то, чтобы выходные отверстия основной горелки располагались в горизонтальной плоскости.

Для обеспечения надежности работы термопары на нее можно надеть плотно прилегающий защитный чехол из теплопроводного материала, который предохраняет ее и в то же время обеспечивает требуемый нагрев спая термопары.

Принципиальные изменения в конструкции газового магнитного клапана (рис. 9.29) заключаются в следующем. В старой конструкции электромагнитного клапана кожаная мембрана разделяла газовую и электрическую части и удерживалась в своем гнезде с помощью прижимного кольца. В новом газовом магнитном клапане вместо этих двух элементов предусмотрена литая резиновая мембрана 20. В свою очередь, изменение конфигурации мембраны вызвало упрощение стержня якоря 15, который теперь уже не имеет шляпку в нижнем конце.

Самое существенное изменение заключается в том, что водонагреватель оснащен датчиком тяги, который крепится с помощью двух винтов под колпаком водонагревателя к его корпусу. В этой связи к газовому магнитному клапану вместо натяжной гайки, с помощью которой ранее подключалась соединительная трубка запальной горелки, установлен тройник 32. Тройник распределяет газ через два выходных штуцера: вниз — к запальной горелке и наверх — к датчику тяги через трубку 29. Тройник 32 соединяют с корпусом клапана на резьбе, при этом между двумя двухмиллиметровыми резиновыми прокладками 24 монтируют жесткий дроссель 23 с миллиметровым проходным сечением. Датчик тяги состоит из основного биметаллического элемента /б, на свободном конце которого имеется уплотнение 34, и кронштейна 18, к которому с помощью двух винтов 27 крепят биметаллический элемент.

В кронштейне имеется отверстие для штуцера 36, зажимаемого сверху гайкой 35.

Штуцер 36 выполнен с конусным окончанием, которое превращает имеющиеся внутри штуцера сквозные отверстия диаметром 2,5 мм в седло клапана 33. К штуцеру присоединена трубка 38 с натяжной гайкой 37, которая с помощью накидной гайки соединяется с трубкой 29, ведущей к газовому магнитному клапану.

Принцип работы датчика тяги заключается в следующем. Биметаллический элемент 16 при нагреве продуктами сгорания, которые в случае отсутствия тяги в дымоходе попадают в помещение через зазор между кромкой колпака и корпусом водонагре-

Газовый магнитный клапан с датчиком тяги водонагревателя

Рис. 9.29. Газовый магнитный клапан с датчиком тяги водонагревателя

АГВ-80:

а — газовый кран; б — датчик тяги; 1 — пробка; 2 — пружина нижнего клапана; 3 — уплотнение нижнего клапана; 4, 7 — шайбы; 5 — боковое сверление на запальник и датчик тяги; 6 — шток клапана; 8— корпус; 9 — основание магнитной коробки с соединительной скобой; 10— обмотка сердечника; 11 — сердечник; 12 — якорь; 13 — пружина; 14 — кнопка; 15 — стержень якоря; 16 — биметаллический элемент; 17— гайка; 18— кронштейн; 19— колпак магнитной коробки; 20 — резиновая мембрана; 21 — тарелка верхнего клапана; 22 — уплотнение верхнего клапана; 23 — дроссель; 24 — резиновые прокладки; 25 — тарелка нижнего клапана; 26, 28, 30 — прокладки; 27 — винт; 29 — трубка датчика тяги; 31 — накидная гайка; 32 — тройник; 33 — клапан датчика тяги; 34 — уплотнение; 35 — гайка штуцера; 36 — штуцер с соплом 2,5 мм; 37 — натяжная гайка; 38 — трубка штуцера вателя, будет разгибать свою дугу, так как коэффициент линейного расширения материала внутренней его поверхности больше коэффициента линейного расширения наружной. В этом случае клапан 33 с уплотнением 34 будет отходить от конусного окончания штуцера 36, освобождая выход газа из соединительной трубки 29 в помещение, где установлен водонагреватель. В связи с тем что отверстие штуцера 36 в 2,5 раза превышает диаметр дросселя 23, давление в трубке 29, тройнике 32 и трубке, направляющей газ на запальную горелку, сразу упадет, так как газ, идущий внутрь указанных элементов через дроссель 23, не может удержать в них давление при наличии его же сброса через отверстие (2,5 мм) штуцера датчика тяги. Падение давления на входе к запальной горелке приведет к затуханию пламени на последней, остыванию конца термопары и срабатыванию газового магнитного клапана, который прекратит подачу газа на обе горелки водонагревателя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >