强排热水器之设计原理.docx
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强排热水器之设计原理
強排熱水器之設計原理
1.穩壓閥
1.二次壓P2必須在基準壓力50﹪以下。
2.壓力之穩定設定在(標準壓+最低壓)÷2以上。
設定過低一次空氣不足,設定過高穩壓特性變差。
3.穩壓條件:
(1)必須測試裝置之範圍。
(例比例閥特性曲線)
(2)必須在標準壓力內穩壓。
2.流道設計及驗證:
由公式:
Q0=Kt1*(273+t)/273*D2*√p/d
K=K1,K2,K3……..
在驗證以Φ1,Φ2,Φ3,Φ4驗證,將流道之將壓係數K值紀錄以作為熱負荷,熱水
產率之基礎,亦為判定設計流道是否合理之基礎。
3.火焰工況:
火焰之均勻度:
燃燒器。
熱水器模組法
模組法之意義:
1.零件之標準化2.製造之標準化3.設計之標準化
優點:
1.改善成本效益;
2.減少庫存貨存管理;
3.開發速度;
4.提昇品質;
5.簡化機型、數與結構、降低成本、提昇競爭力;
6.增加零件之共用性,提昇售後服務之方便性;
7.增加產品互換之可行性;
模組法之精神:
需持續改善,符合客戶需求。
模組法實施分類:
1.外殻組2.開關組3.燃燒器組4.風機組5.點火器組6.電控系統組7.燃器互換性;
模組法實施階段:
第一階段:
(1)統合現行關鍵性組件之共用性;
(2)統合機型之適用範圍;
完成時間:
各地氣源再確認分析。
第二階段:
整合強排與數位熱水器零件共用化;
1.燃燒器2.風機組3.開關組
第一階段整合方法:
A.統合各地區氣源區總表及氣源計算程序;
B.統合現行機型之適用範圍(如熱水器模組法);
1.具有穩壓之強排與數位熱水器為一組;
2.無穩壓裝置之強排與煙道式熱水器為一組;
實施方法:
以現有機型之實驗報告及理論公式判定歸納再整合。
驗證熱水能力在±4﹪及CP在同一族群內歸為一類;其計算法則依燃氣調整方法之表單方法計算之。
第二階段整合方法:
A.各地氣源重新搜集分析;
B.依燃氣類別判定測試之合理性;
C.
統合燃燒器:
強排系列為一種;煙道式為一種;
D.統合熱交換器及開關底座之共用性;
比例閥特性曲線
圖1
圖2
.
二.熱水器零部件設計
一.穩壓器:
1.二次壓P2必須在基準壓力70﹪以下;
2.穩壓條件:
(1)穩壓必須在0.5PS<P1<Ps
Ps:
標準穩壓入口壓力
P1:
入口壓力
(2)二次壓之穩定必須在±2mm內
(3)穩壓範圍必須如比例閥特性圖
穩壓閥之判定:
以流量公式:
Q=KD2*√p/d
D:
噴嘴孔經
P:
瓦斯壓力
d:
比重
Qs/Qair=√dair/√ds
Qs:
燃氣流量
Qair:
空氣流量
ds:
燃氣比重
Qs=Qair/√ds
dair=1
入熱量公式:
H=Qs*Hs
Qs=H/Hs
H:
入熱量MJ/h
Qair=Qs*√ds
Hs:
燃燒發熱值MJ/Nm3
3.噴嘴孔經之決定:
Qs=KDs2*√Ps*0.7*0.7
Qa=KDa2*√Pa
Qs=Qa
Ds2*√Ps*0.7*0.7=Da2*√Pa
Ds=Da*(√Pa/Ps)0.25/0.70.5/0.70.5
Ps:
設定穩壓之一次壓,通常設定在基準壓力之70﹪
Pa:
燃氣之基準壓力
0.7:
穩壓開關之穩壓係數
Ds:
穩壓噴嘴孔經
Da:
穩壓時噴嘴孔經
4.穩壓彈簧之決定:
在設定二次壓之±30﹪,均能符合要求。
a:
低於設定值之-30﹪內需能調整
b:
高於設定值之+30﹪,其穩定性亦必須在基準瓦斯壓力內。
二.燃燒器:
1.燃燒器焰孔負荷:
在煙道式焰孔負荷4.5-6.5kcal/mm2。
2.火焰均勻度:
火焰均勻度與焰孔負荷設計良好燃燒器最重要之一環。
火焰均勻度乃決定
(1)焰孔之排列
(2)瓦斯流量之分配
a.火排火焰均勻度之測試:
火焰均勻度之測試需在無鼓風機作動下進行.進行測
試時需以焰孔負荷在4.5-6.5Kcal/mm2下進行,即使用之噴嘴為自然給排氣狀
況下之噴嘴。
通常測試之噴嘴孔經為強排孔經之一半以內,以確保火排之設
計加工是否良好。
b.燃燒時火焰之均勻度之測試:
取同等條件之一次空氣孔,調整二次空氣之分配確保火焰之高度一致性良好
之二次空氣之分配:
(1)在入風口處鍾形罩,以降低切風音及風流之均勻性。
(2)在輪罩出風口處昨整流
(3)在不同風壓下各火排給予適當之整流空氣孔。
3.火焰長度:
(1)內焰錐之長度:
由公式㏒H=-αP√dT+β
H:
內焰錐高度
P:
一次空氣比﹪
d:
焰孔直徑
T:
混合氣溫度
β:
瓦斯特性係數
由公式知一次空氣比焰孔直徑愈大混合溫度愈高,則內焰長度愈低,反之愈
高。
由於瓦斯特性係數β.LPG>T>R.故通常內焰長度LPG>T>R
(2)外焰之長度h0da2*√Pa=αS*aR/√d*n
h0:
外焰長度(cm)
a:
一個焰孔之面積(cm2)
R:
入熱量
d:
焰孔直徑
s:
焰孔間距
n:
焰孔之排列數(n<=4)
α:
瓦斯特性係數
由公式可知外焰之長度與一次空氣比、混合氣體之溫度無關其最主要影響為二次空氣之供給、焰火入熱量、焰孔排列。
一般而言外焰長度設計最好不超過5倍之內焰長度火焰設計需不得碰著燃燒室壁面或熱交換器上.
4.燃燒器之噪音:
燃燒發生的噪音大部分為燃燒聲音與燃燒震動引起的噪音,燃燒聲音是在亂
流燃燒中,局部急速不規則燃燒量變動發生的氣壓力變動。
燃燒震動造成的典
型噪音是對燃燒室中氣體的固有振動,燃燒氣系引起正回饋而共振。
不安定燃燒等所致的噪音或燃燒振動,噪音的要素有燃燒種類、燃燒方法、燃燒空氣、爐型、氣流等。
在小型燃燒氣之燃燒聲音常成問題,要盡量用燃燒聲音小的燃燒方法。
(1)火焰噪聲:
火焰噪聲是由於一次空氣過多燃燒速度太快造成氣流速度不
穩定,使火焰經常改變位置,甚至交替的發生離火與回火。
因此產生燃燒
噪音,其解決對策:
a.增加輔助火焰b.增加輔助焰火面積,使火孔出口氣流減慢c.降低一次空氣d.減少火孔入熱量。
(2).空氣吸入及混合噪音:
風機切風口太窄,入風口不對稱,解決對策:
切風口用對數螺旋在切風口至
少需有10mm間隙。
入風口使用鍾形罩整流,使入風不至產生亂流。
(3)點火噪音:
點火噪音之產生
(1)空氣比不當
(2)移火不良
空氣比不當:
a點火燃燒器位置不當
b爆炸範圍界限不當
最佳點火狀況,空燃比過剩空氣為20-50﹪內。
5.震動燃燒;
6.空氣與燃氣混合之比例關係:
良好之燃燒不僅考慮廢氣之排出,更需要考慮凝結水之排出;造成冷凝水
無法有效的排出之原因甚多:
(1)排氣不良
(2)安裝不良
(3)熱交換設計不良(4)空燃比不當
設計空燃比需考慮燃燒生成之冷凝水排出
冷凝水排出之方法:
1.排氣溫度超過110℃
2.排氣溫度若為超過110℃,則需採用露點溫度降低之方法,即增加二次空氣之
流速。
在設計時若排氣溫度若超過110℃,則過剩空氣量可設計70﹪以上,若
排氣溫度未逾100℃時,則過剩空氣需設計250﹪以上。
下列數位式熱水器
設計之熱值曲線,在低入熱量時,其設計過剩空氣為350﹪,在高入熱量時則設
計為100﹪。
(如圖)
三.燃燒室
燃燒器上面及熱交換器下側之間所構成的空間即為燃燒室之空間,對
於CF式之熱水器燃室負荷1*106-1.5*106Kcal/m3h燃燒室之高度設計以
火焰不得接觸熱交換器,一般在150-200mm高度。
對於強排之燃燒室負
荷為4*106-8*106kcal/m3h燃燒時火焰不得接觸燃燒室壁面或熱交換器。
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