АВТОМАТИКА БЕЗОПАСНОСТИ ГАЗОИСПОЛЬЗУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Заявляемая полезная модель относится к автоматизации теплоэнергетических процессов и может быть предназначена для применения в газоиспользующих установках (в том числе отопительных водогрейных котлах и аппаратах отопительных для конвекторов, банных печей), работающих на природном газе низкого давления.
Из аналогов уровня техники наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков - прототипом может быть принята полезная модель «Автоматика безопасности газоиспользующих устройств», содержащая блок управления, включающий блок регулирования давления газа и блок регулирования температуры воды, причем блок регулирования давления газа включает регулировочный винт с пружиной, расположенной во внутренней полости, подпружиненную мембрану со штоком, при этом блок регулирования температуры воды, содержит регулятор температуры воды, выполненный в виде датчика температуры воды, управляемого термосильфонным преобразователем температуры воды, причем датчик температуры воды содержит термобаллон, соединенный посредством капиллярной трубки со штоком сильфона, установленным внутри корпуса термосильфонного преобразователя температуры воды, содержащего ручку управления, винт крепления ручки управления, ходовой винт, воздействующий на шток сильфона, который опирается на пластину (RU N23095, заявка на полезную модель N2001132825/20 06.12.2001г., под названием Автоматика безопасности газоиспользующих устройств», авторы, заявители и патентообладатели которой являются Пахомов Анатолий Иванович, Ермолаев Александр Павлович, Родионов Олег Геннадьевич, опубликованный 20.05.2002г. в бюллетене № 14).
Принятая за прототип полезная модель «Автоматика безопасности газоиспользующих устройств» имеет следующие недостатки:
1. Большой расход тратится энергии при сгорании топлива в котле, так как в автоматике отсутствует блок запальника.
2. Не безопасная работа газоиспользующего устройства, так как не обеспечивается полное сгорание топлива при работе котла.
3. Автоматики безопасности газоиспользующих устройств имеет меньшую эксплуатационную надежность и долговечность конструкции устройства по сравнению с устройством заявляемой полезной моделью.
4. Автоматика безопасности газоиспользующих устройств не позволяет производить повторный Розжиг котла пока не остынет вода в рубашке котла.
Технической задачей заявляемой полезной модели автоматика безопасности газоиспользующих устройств является:
1. Энергосбережение и уменьшение расхода газа.
2. Повышение безопасности газоиспользующих устройств при работе котла.
3.Увеличение надежности и долговечности конструкции устройства автоматики.
4. Улучшение эксплуатационных характеристик, так автоматика позволяет производить повторный Розжиг котла при температуре теплоносителя в рубашке котла до 90 градусов.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что по сравнению с полезной моделью принятой за прототип, автоматикой безопасности газоиспользующих устройств, содержащей блок управления, включающий блок регулирования давления газа и блок регулирования температуры воды, причем блок регулирования давления газа включает регулировочный винт с пружиной, расположенной во внутренней полости, подпружиненную мембрану со штоком, при этом блок регулирования температуры воды, содержит регулятор температуры воды, выполненный в виде датчика температуры воды, управляемого термосильфонным преобразователем температуры воды, причем датчик температуры воды содержит термобаллон, соединенный посредством капиллярной трубки со штоком сильфона, установленным внутри корпуса термосильфонного преобразователя температуры воды, содержащего ручку управления, винт крепления ручки управления, ходовой винт, воздействующий на шток сильфона, который опирается на пластину, в заявляемой полезной модели автоматика снабжена электромагнитным клапаном, блоком запальника, закрепленным на панели посредством трубки запальника и выполненным с возможностью улучшения огневой связи основных горелок горелочной трубы, за счет потока пламени, разгоняющегося по каналу блока запальника, термопарой, установленной на панели за запальником и соединенной электрической цепью с электромагнитным клапаном, датчиком тяги и с датчиком предельной температуры, причем автоматика безопасности газоиспользующих устройств выполнена в виде устройства, содержащего, размещенные последовательно слева направо в газовом тракте корпуса блока управления, упомянутые электромагнитный клапан, блок регулирования давления газа, выполненный в виде регулятора давления газа и блок регулирования температуры воды, при этом упомянутый электромагнитный клапан содержит кнопку пьезорозжига, клапанный затвор, седло, полость, расположенную между клапанным затвором и седлом и полость между седлом и электромагнитным клапаном, шток, установленный в отверстие клапанного затвора, причем основание штока жестко соединено с упомянутым седлом, а головка штока жестко соединена с кнопкой пьезорозжига, при этом упомянутая полость между седлом и электромагнитным клапаном, с одной стороны, через отверстие в боковой стенке седла и канал, через трубку запальника сообщается с запальником, а с другой стороны, через входную полость и фильтр сообщается с каналом подвода газа, причем упомянутый регулятор давления газа содержит клапан, установленный на седле, выполненным на корпусе регулятора давления газа, при этом полость, расположенная между клапаном и мембранной регулятора давления газа образует с полостью, расположенной между клапанным затвором и седлом электромагнитного клапана общую единую полость, причем основание упомянутого штока жестко соединено с клапаном, а его головка штока жестко закреплена в отверстие упомянутой мембраны, при этом упомянутый регулятор температуры воды снабжен демпфером, выполненным с возможностью поддержания постоянного давления в сильфоне посредством уменьшения размеров демпфера путем его сжатия на штоке, при увеличении в сильфоне давления более допустимого -19 кгс. и установленным между упомянутыми регулировочным винтом и сильфоном внутри корпуса упомянутого регулятора температуры воды, а также содержит клапан, опирающийся на седло, расположенный в полости между упомянутым клапаном регулятора давления газа и клапаном регулятора температуры воды, образующей с полостью регулятора температуры воды общую единую полость, в которой расположена упомянутая пластина регулятора температуры воды, жестко соединенная своим концом с клапаном регулятора температуры воды, через который упомянутая общая единая полость сообщается с выходной полостью, расположенной между клапаном регулятора температуры воды и основанием корпуса упомянутого блока управления и через канал выхода газа сообщающейся с коллектором, причем регулятор давления газа выполнен с возможностью поддержания постоянного давления при прохождении через регулятор давления газа и поддержания постоянного давления газа Р вых. 900+-150 Па. в канале выхода газа на коллектор газогорелочного устройства.
Технической результат заявляемой полезной модели автоматика безопасности газоиспользующих устройств энергосбережение и повышение безопасности газоиспользующих устройств при работе котла достигается тем, что автоматика безопасности газоиспользующих устройств снабжена закрепленным на панели посредством трубки запальника блоком запальника, который улучшает огневую связь запальника с основными горелками горелочной трубы за счет потока пламени, разгоняющегося по каналу блока запальника. В результате этого улучшается смешивание газа с воздухом и происходит полное сгорание топлива, а также снижается расход газа и решается задача энергосбережения и безопасности газогорелочного устройства.
Кроме того, технической результат энергосбережение и повышение безопасности газоиспользующих устройств при работе котла достигается тем, что регулятор давления газа поддерживает постоянное давления газа при прохождении регулятора давления газа и поддерживает постоянное давление газа Р вых 900+-150 Па. в канале выхода газа на коллектор газогорелочного. Это обеспечивает постоянный расход газа, поступающий через регулятор давления газа, снижает расход газа и повышает безопасность газогорелочного устройства, так как осуществляется автоматическое поддержание заданного давления газа в коллекторе основной горелки газогорелочного устройства (ГГУ) при повышении давления газа на входе от 1300 Па до 3000 Па (кратковременно до 5000 Па);
В принятой за прототип полезной модели «Автоматика безопасности газоиспользующих устройств» не поддерживается постоянное давление газа при прохождении регулятора давления газа и постоянное давление газа Р вых 900+-150 Па. в канале выхода газа на коллектор газогорелочного устройства. Для устранения этого недостатка в принятой за прототип полезной модели при увеличении расхода газа осуществляется регулировка газогорелочного устройства.
Кроме того, повышение безопасности газоиспользующих устройств, при работе котла, достигается тем, что автоматика обеспечивает:
а) розжиг запальника посредством пьезорозжига;
б) розжиг основной горелки газогорелочного устройства (ГГУ);
в) автоматическое поддержание заданной температуры теплоносителя на выходе из котла, или автоматическое поддержание заданной температуры воздуха в отапливаемом помещении, осуществляемое регулятором температуры воды;
д) автоматическую блокировку подачи газа на основную горелку при розжиге запальника, осуществляемую срабатыванием клапана регулятора температуры воды;
е) автоматическое отключение подачи газа в аварийных ситуациях: при погасании запальника, нарушении тяги в дымоходе или перегреве теплоносителя;
з) ручное отключение подачи газа на основную горелку при работающем запальнике.
Технической результат заявляемой полезной модели автоматика безопасности газоиспользующих устройств увеличение надежности и долговечности конструкции устройства, достигается тем, что упомянутый блок регулирования температуры воды снабжен демпфером, установленным между упомянутыми регулировочным винтом и сильфоном внутри корпуса упомянутого регулятора температуры воды. Демпфер поддерживает постоянное давление в сильфоне посредством уменьшения размеров демпфера путем его сжатия на штоке, при увеличении в сильфоне давления более допустимого -19 кгс. Наличие демпфера в автоматике улучшает надежность и долговечность сильфона, что влияет на улучшение надежности и долговечности регулятора температуры воды, конструкции блока регулирования работы воды и конструкции самого устройства автоматики безопасности газоиспользующих устройств в целом. Кроме того, наличие демпфера в автоматике позволяет производить повторный Розжиг котла при температуре теплоносителя в рубашке котла до 90 градусов.
Кроме того, дополнительный технический результат, возможность регулирования мощности запальной горелки достигается тем, что автоматика выполнена с возможностью ручной регулировки мощности запальника при помощи винта, расположенного на лицевой стороне блока управления под заглушкой.
Кроме того, дополнительный технический результат, мгновенное отключение подачи газа в устройство достигается тем, что автоматика выполнена с возможностью разрыва электрической цепи посредством нажатия кнопки «Стоп».
Автоматики безопасности газоиспользующих устройств поясняются чертежами, на которых изображены:
Фиг.1. Общий вид устройства автоматики безопасности газоиспользующих устройств.
Фиг.2. Пневмосхема блока управления и безопасности автоматики безопасности газоиспользующих устройств.
Фиг.3. Общий вид блока управления и безопасности автоматики безопасности газоиспользующих устройств, вид справа сбоку.
Фиг.4. Конструкция сильфона с демпфером в рабочем положении.
Фиг.5. Конструкция сильфона с демпфером при срабатывании демпфера.
Сущность полезной модели.
Автоматика безопасности газоиспользующих устройств (САБК-Т) энергонезависимое комплексное универсальное малогабаритное устройство, работающее в автоматическом режиме по заданной температуре теплоносителя в системе отопления или по температуре воздуха в отапливаемом помещении (с термодатчиком для конвекторов до 30°С, для банных печей до 120°С),
Автоматика безопасности газоиспользующих устройств выполнена в виде устройства, содержащего размещенные последовательно слева направо в газовом тракте корпуса блока управления 1 (фиг.1, 3), электромагнитный клапан 2 (фиг.2), блок регулирования давления газа, выполненный в виде регулятора давления газа 3 (фиг.1, 2), блок регулирования температуры воды 4 (фиг.2), с которыми связан датчик тяги 5 (фиг.1, 2). На панели 6 (фиг.1), смонтированной на фронтальном листе устройства, установлены блок запальника 7 (фиг.3) с запальником 8 (фиг.2, 3) и термопара 9 (фиг.2, 3). Блок запальника 7 (фиг.3) с запальником 8 (фиг.2, 3) обеспечивают надежную огневую связь с горелочными трубами 10 (фиг.1-3). Термопара 9 (фиг.2, 3) соединена электрической цепью 11 (фиг.1-3) с датчиком предельной температуры 12 (фиг.1, 2). Запальник 8 (фиг.2, 3) закреплен на панели 6 (фиг.1), посредством трубки запальника 13 (фиг.2, 3). Электромагнитный клапан 2 (фиг.2) содержит кнопку пьезорозжига 14 (фиг.1, 2), клапанный затвор 15 (фиг.2), седло 16 (фиг.2), полость 17 (фиг.2), расположенную между седлом 16 (фиг.2) и электромагнитным клапаном 2 (фиг.2), шток 18 (фиг.2), установленный в отверстие клапанного затвора 15 (фиг.2). Основание штока 18 (фиг.2) жестко соединено с седлом 16 (фиг.2), а головка штока 18 (фиг.1 ,2) жестко соединена с кнопкой пьезорозжига 14 (фиг.2). В электромагнитном клапане 2 (фиг.2) между клапанным затвором 15 (фиг.2) и седлом 16 (фиг.2) расположена полость 19 (фиг.2). Полость 17 (фиг.2), расположенная между седлом 16 (фиг.2) и электромагнитным клапаном 2 (фиг.2), с одной стороны, через отверстие 20 (фиг.2) в боковой стенке седла 16 (фиг.2) и канал 21 (фиг.2) через трубку запальника 13 (фиг.2, 3) сообщается с запальником 8 (фиг.2, 3), а с другой стороны, через входную полость 22 (фиг.3) и фильтр 23 (фиг.2), сообщается с каналом подвода газа 24 (фиг.1, 2). Регулятор давления газа 3 (фиг.1, 2) включает регулировочный винт 25 (фиг.2) с пружиной 26 (фиг.2), расположенной во внутренней полости 27 (фиг.2), подпружиненную мембрану 28 (фиг.2) со штоком 29 (фиг.2). Регулятор давления газа 3 (фиг.1, 2) содержит клапан 30 (фиг.2), установленный на седле 31 (фиг.2), выполненным на корпусе регулятора давления газа 3 (фиг.1, 2). С клапаном 30 (фиг.2) жестко соединено основание штока 29 (фиг.2), а головка штока 29 (фиг.2) жестко закреплена в отверстие мембраны 28 (фиг.2). Расположенная между клапаном 30 (фиг.2) и мембранной 28 (фиг.2) полость образует общую единую полость с полостью 19 (фиг.2), расположенной между клапанным затвором 15 фиг.2) и седлом 16 (фиг.2) электромагнитного клапана 2 (фиг.2). Блок регулирования температуры воды 4 (фиг.2) содержит регулятор температуры воды 32 (фиг.1, 3), выполненный в виде датчика температуры воды 33 (фиг.2, 3), управляемого термосильфонным преобразователем температуры воды. Датчик температуры воды 33 (фиг.2, 3) содержит термобаллон 34 (фиг.1-3), соединенный посредством капиллярной трубки 35 (фиг.1-3) со штоком 36 (фиг.2, 4, 5) сильфона 37 (фиг.2, 4, 5), установленным внутри корпуса регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3). Термобаллон 34 (фиг.1-3) выполнен с возможностью преобразования объема расширяющейся при нагреве воды терможидкости в термобаллоне 34 (фиг.1-3) в линейное перемещение сильфона 37 (фиг.2, 4, 5) и сужении сильфона 37 (фиг.2, 4, 5) при остывании воды при воздействии от термобаллона 34 (фиг.1-3) датчика температуры воды 33 (фиг.2, 3). Регулятор температуры воды 32 (фиг.1, 3) снабжен демпфером 38 (фиг.2, 4, 5), установленным на штоке 36 (фиг.2, 4, 5) сильфона 37 (фиг.2, 4, 5). Демпфер 38 (фиг.2, 4, 5) служит для исключения выхода из строя сильфона 37 (фиг.2, 4, 5) от раздавливания при температуре воды 90 градусов и выше. Демпфер 38 (фиг.2, 4, 5) выполнен с возможностью поддержания постоянного давления в сильфоне 37 (фиг.2, 4, 5) посредством уменьшения размеров демпфера 38 (фиг.2, 4, 5) путем его сжатия на штоке 36 (фиг.2, 4,5) при увеличении в сильфоне 37 (фиг.2, 4, 5) давления более допустимого -19 кгс. Блок регулирования температуры воды 4 (фиг.2) содержит ручку управления 39 (фиг.1-3), винт крепления 40 (фиг.2) ручки управления 39 (фиг.2), ходовой винт 41 (фиг.2), воздействующий на демпфер 38 (фиг.2, 4, 5), сильфон 37 (фиг.2,4,5) и на шток 36 (фиг.2, 4, 5). Демпфер 38 (фиг.2, 4, 5) установлен между сильфоном 37 (фиг.2, 4, 5) и ходовым винтом 41 (фиг.2). Шток 36 (фиг.2,4,5) сильфона 37 (фиг.2, 4,5) через отверстие в основании корпуса регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3) опирается на пластину 42 (фиг.2) пластиночной пружиной рычажного щелчкового механизма. Регулятор температуры воды 32 (фиг.1, 3) содержит клапан 43 (фиг.2), опирающийся на седло 44 (фиг.2), выполненное на нижней стенке 45 (фиг.2) регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3). Клапан 43 (фиг.2) расположен в полости 46 (фиг.2) между клапаном 30 (фиг.2) регулятора давления газа 3 (фиг.2) и клапаном 43 (фиг.2) регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3), образующей с полостью регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3) общую единую полость. В полости 46 (фиг.2) расположена пластина 42 (фиг.2) регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3), жестко соединенная своим концом с клапаном 43 (фиг.2), через который эта полость 46 (фиг.2) сообщается с выходной полостью 47 (фиг.2), расположенной между клапаном 43 (фиг.2) регулятора температуры воды 32 (фиг.1, 3) и основанием 48 (фиг.2) корпуса блока управления 1 (фиг.2). Выходная полость 47 (фиг.2) через канал выхода газа 49 (фиг.1, 2) сообщается с коллектором 50 (фиг.1-3). В конструкции блока управления 1 (фиг.1, 3) автоматики предусмотрена регулировка мощности запальника 8 (фиг.2, 3) при помощи винта 51 (фиг.1), расположенного на лицевой стороне блока управления 1 (фиг.1) под заглушкой 52 (фиг.1). Для разрыва электрической цепи 11 (фиг.1-3) имеется кнопка «Стоп» 53 (фиг.2). Регулятор давления газа 3 (фиг.1, 2) выполнен с возможностью поддержания постоянного давления газа при прохождении регулятора давления газа 3 (фиг.1, 2) и поддержания постоянного давления газа Р вых 900+-150 Па. в канале выхода газа 49 (фиг.1, 2) на коллектор 50 фиг.1, 3) газогорелочного устройства.
Автоматика безопасности газоиспользующих устройств имеет несколько степеней защиты при аварийных ситуациях:
- при перегреве теплоносителя, обеспечивается при наличии датчика предельной температуры 12 (фиг.1, 2);
- при погасании пламени на запальнике 8 (фиг.1-3);
- при нарушении тяги.
Работа автоматики безопасности газоиспользующих устройств осуществляется следующим образом.
В исходном положении газ из сети через канал подвода газа 24 и фильтр 23, поступает во входную полость 22. Клапанный затвор 15 электромагнитного клапана 2 за счет усилия пружины перекрывает снизу полость 17, расположенную между седлом 16 и электромагнитным клапаном 2. Перед включением автоматики необходимо ручку управления 39 регулятора температуры воды 32 повернуть по часовой стрелки до упора (положение «♦»), при этом клапан 43 регулятора температуры воды 32 перекроет отверстие седла 44. При повторном включении автоматики, ручку управления 39 повернугь до характерного щелчка, когда клапан 43 регулятора температуры воды 32 закроется. Поворачивать ручку управления 39 в (положение «♦») при температуре выше 60 градусов не рекомендуется..
Для розжига котла необходимо нажать до упора кнопку пьезорозжига 14, при этом сначала клапанный затвор 15 электромагнитного клапана 2 перекроет сверху отверстие 17 седла 16, при дальнейшем перемещении шток 18 кнопки пьезорозжига 14 переведет клапанный затвор 15 электромагнитного клапана 2 в крайнее нижнее положение. Отверстие 17 седла 16 откроется снизу и газ из выходной полости 22 через отверстие седла 20 и канал 21 в корпусе электромагнитного клапана 2 и трубку запальника 13 начнет поступать к запальнику 8. После этого следует зажечь запальник 8. При розжиге запальника 8 термопара 9 начнет вырабатывать Э.Д.С. После ее прогрева (в интервале 10-60 с.) Э.Д.С. будет достаточно для удержания электромагнитного клапана 2. Кнопку пьезорозжига 14 отпускают и вместе с ней поднимается клапанный затвор 15, открывая отверстие 17 седла 16 сверху, при этом газ поступает в полости 19 и 46. Поворачивая ручку управления 39 регулятора температуры воды 32 против часовой стрелки, устанавливают требуемую температуру теплоносителя или воздуха в отапливаемом помещении, при этом шток 36 поднимается, освобождая пластину 42, клапан 43 открывается, газ начинает поступать к основной горелке горелочных труб 10 и поджигается запальником 8. При нагреве воды или воздуха в отапливаемом помещении до требуемой температуры вместе с ней нагревается термобаллон 34. Заключенная в нем термостатическая жидкость расширяется и перетекает по капиллярной трубке 35 в сильфон 37. Сильфон 37 расширяется и перемещает вниз подпружиненный шток 36, взаимодействующий с пластиной 42. При достижении определенного усилия, пластина 42 мгновенно (щелчком) перемещает клапан 43 регулятора температуры воды 32, который перекрывает отверстие седла 44. Срабатывание клапана 43 приводит к полному прекращению работы основной горелки горелочных труб Ю.После остывания термобаллона 34 сильфон 37 сжимается - клапан 43 открывается.
Описанный процесс периодически повторяется, таким образом, поддерживая заданное значение температуры воды (50÷90 °С) в котле или температуру воздуха в отапливаемом помещении для конвекторов (15÷30 °С), для банных печей (70÷120 °С).
Поддержание заданного давления газа в коллекторе газогорелочного устройства (ГГУ) осуществляется регулятором давления газа 3. Настройка регулятора давления газа производится регулировочным винтом 25. Для выключения регулятора давления газа необходимо регулировочный винт 25 завернуть по часовой стрелке до упора.
Срабатывание автоматики безопасности газоиспользующих устройств в аварийном режиме происходит при погасании пламени запальника 8, за счет охлаждения термопары 9, или при нарушении тяги. В последнем случае датчик тяги 5 нагреваясь от продуктов сгорания, разрывает эклектическую цепь 11 между термопарой 9 и электромагнитным клапаном 2. При этом клапанный затвор 15 электромагнитного клапана 2 перекрывает подачу газа на основную горелку горелочных труб 10 и запальник 8.
При перегреве теплоносителя датчик предельной температуры 12 отключает подачу газа.
Разрыв электрической цепи 11 происходит также при нажатии на кнопку «СТОП» 53 аварийного отключения, если имеется термопара 9.
В конструкции блока управления 1 автоматики предусмотрена регулировка мощности запальника 8 при помощи винта 51, расположенного на лицевой стороне блока под заглушкой 52.