Проточні водонагрівачі

Водонагрівачами називаються апарати, що нагрівають воду до певної температури. У вітчизняних водонагрівачах використають два різних способи: нагрівання проточної води, що надходить із водопроводу і нагрівання води в спеціальних ємностях з періодичним відбором води та заповненням.

Всі проточні водонагрівачі по тепловому навантаженню ділять на три групи: 33 600, 75 600 і 105 000 кДж/год; по ступеню автоматизації - на вищий і перший класи. ККД водонагрівачів при номінальному навантаженні повинен бути не нижче 80 %, вміст оксиду вуглецю в продуктах згоряння водонагрівача не повинен перевищувати 0,05 %, у тому числі на сухі димові гази при теоретичній витраті повітря; водонагрівачі повинні забезпечувати паспортну продуктивність у межах розрахункових тисків газу при найменшому значенні його нижчої теплоти згоряння; температура продуктів згоряння за тягоперервачем повинна бути не менш 180 °С.

Принципова схема проточного водонагрівача

Газ низького тиску подається в інжекційний пальник 3 (рис.11). Продукти згоряння газу про­ходять через теплообмінник і відводяться в димо­хід. Теплота продуктів згоряння передається воді, що протікає через теплообмінник. Вогнева камера 4 зовні прохолоджується змійовиком 5, через який циркулює вода минаюча через калорифер. Таким чином, основні вузли проточного водонагрівача : горілочний пристрій, теплообмінник, система автоматики і газовідвід.

У міру модернізації водонагрівачів удоскона­лювався горілочний пристрій. На зміну багато сопловим пальникам КГИ прийшли пальники із центральним підходом газу. Однак, ці пальники, маючи відносно малий коефіцієнт інжекції (до 0,5), не використаються при спалюванні зрідженого газу. На водонагрівачах Л-1 (Л-3) застосовують пальник із двомісним підведенням газу. Потік газу через трійник 1 (рис.

Вогневі отвори трубок виконані у вигляді поперечних щілин. Первинне по­вітря в цих пальниках регулюють, коефіцієнт інжекції дорівнює 0,7, що дозволяє за­стосовувати пальники і на природному, і на зрідженому газі. Такі пальники застосо­вують і на уніфікованих водонагрівачах ВПГ, забезпечуючи високі експлуатаційні якості апаратів. Запальники горілочних пристроїв являють собою односопловий інжекційний пальник малої продуктивності. Газ до запальника подається через відособлений канал і блокується з надходженням газу на пальник водонагрівача

1 наявністю полум'я на запальнику.

Схема роботи біметалічного термоклапана показана на рис. 13, а. У зону полум'я запальника вводять зігнуту біметалічну пластинку. У холодному стані верх­ня пластинка перебуває в горизонтальному стані, внаслідок чого клапан через шток

2 підтримується в закритому положенні, перекриваючи прохід газу на основний пальник. При нагріванні біметалічної пластини 4 верхня смуга її опускається і

приводить до переміщення клапана й відкриттю проходу газу на пальник.

б)

Рис. 13 - Схеми автоматизації подачі газу на основний пальник:

а - біметалічний термоклапан; 1 - клапан; 2 - шток; 3 - ущільнення; 4 - біметалічна пластина;

5 - полум'я пальника; 6 - запальник; б - електромагнітний датчик полум'я; 1 - запальна трубка; 2 - термопара; 3 - пальник водонагрівача

Рис. 12 - Інжекційний пальник водонагрівачів Л-1, Л-3, ВПГ -18: 1 - трійник із соплами; 2 - пластина; 3 - змішувач; 4 - кришка змішувачів; 5 - розподільна трубка; 6 - сопло

В нових конструкціях водонагрівачів передбачені додаткові функції автома­тики по блокуванню роботи основного пальника з величиною тяги димоходу.

Теплообмінник складається з вогневої камери і калорифера. Розміщені на зовнішній стороні вогневої камери змійовики охороняють стінки камер від пере­гріву. У перших моделях водонагрівачів застосовувалося два змійовики, один - для подачі холодної води до калорифера, інший - гарячої води до розбірного крана. У сучасних конструкціях водонагрівачів (ВПГ) змійовик має лише один оборот навколо вогневої камери.

Основна кількість теплоти передається воді через калорифер. Теплота пере­дається радіацією, конвекцією й теплопровідністю через металеві стінки, які перебувають у контакті з однієї сторони з водою, з іншого боку - з потоком газів, що відходять. При цьому необхідно враховувати, що на величину передачі теплоти від гарячих газів воді можуть впливати наступні фактори: швидкість протікання води в змійовику; швидкість руху продуктів згоряння; матеріал і розмір ребер калорифера; якість припаювання ребер до трубок калорифера; температурний режим у вогневій камері.

Для запобігання передчасного виходу з ладу теплообмінників варто знати причини і способи усунення виникаючих несправностей. Відкладення накипу на внутрішніх стінках водяних труб приводить до зменшення теплопередачі й зниженню ККД водонагрівача. Підвищення швидкості протікання води зменшує ймовірність утворення накипу. На довговічність роботи теплообмінника впливає корозія й окислювання його поверхні. У нових моделях водонагрівачів перед­бачають пристрої автоматичного регулювання температури води.

У старих моделях водонагрівачів пластинки калорифера припаювали до водяних трубок олов'яним припоєм. Практика показала, що внаслідок порівняно низької температури плавлення олова в багатьох випадках спостерігалося оплавлен­ня припою, що приводило до перегріву елементів калорифера і зниженню тепло­передачі.

Система автоматичних пристроїв у водонагрівачах забезпечує регулювання надходження газу на пальник залежно від потоку води і припинення доступу газу до пальника при відсутності полум'я запальника. При мірі модернізації водонагрівачів удосконалюється і система блокування.

Водонагрівачі типу ВПГ. Водонагрівач ВПГ-18 (рис. 14) створений на базі водонагрівача Л-3, він також проточний, із багатоточечним розбором гарячої води. Висота вогневої камери 5 у цьому водонагрівачі зменшена до мінімуму за рахунок того, що основна частина теплоти передається воді через пластини калорифера. Охолодження вогневої камери забезпечується одним витком змійовика. Калорифер 3 зібраний з одного ряду мідних пластин і перетинається трьома горизонтальними ділянками змійовика. Водонагрівач обладнаний інспекційним пальником із двома інжекторами, що забезпечують надходження первинного повітря до 60% не обхід­ного для згоряння. Це сприяє повному згорянню газу в коротких смолоскипах.

Конструкція блока-крана 9 водонагрівача забезпечує послідовну подачу газу спочатку на запальник 6, потім на основний пальник 12. При відсутності розбору води або зниженні тисків водопровідної води, а також при відсутності полум'я на запальнику припиняється подача газу на основний пальник.

Рис. 14 - Принципова схема водонагрівача ВПГ -18:

1 - запобіжник від зворотної тяги; 2 - газовідві­дний пристрій; 3 - калорифер; 4 - змійовик;

5 - вогнева камера; 6 - запальник; 7 - клапан безпеки; 8 - клапан блокування газу; 9 -блок- кран; 10 - вихід газу; 11 - вхід води; 12 - паль­ник; 13 - кульковий сповільнювач запалюван­ня; 14 - трубки Вентури; 15 - мембрана: 16 - мембранна камера; 17- вихід води; 18 - кожух

Ручка блока-крана може займати наступні положення. При крайньому лівому - кран повністю закритий, при середньому - газ пропускається тільки на запальник, при крайньому правом - газ пропускається на запальник і основний пальник.

Клапан блокування води і газу може відкриватися лише при нагріванні біметалічної пластини. Газовий клапан через шток пов'язаний з мембраною 15 і відкривається тільки при наявності протоки води в мембранній камері 16 і встановленої в ній трубці Вентури 14. При наявності витрати води у вузькому перетині трубки, що сполучається з надмембранним простором, відбувається падіння статичного напору. Внаслідок цього падає тиск і над мембраною, що переміщається нагору і за допомогою штока відкриває клапан блокування.

Кульковий сповільнювач запалю­вання 13, частково перекриваючи перетин пропускного каналу, трохи сповільнює переміщення мембрани й клапана нагору і забезпечує плавність включення пальника.

Зараз конструкція водонагрівача вдосконалена в порівнянні з раніше випущеними водонагрівачами Л-3 і ВПГ- 18. Наприклад, у водонагрівачі ВПГ-23 поліпшена конструкція теплообмінника, значно змінені основний і запальний пальники, установлений датчик тяги.