大功率高效率的燃气灶研发探讨

2018-02-16王梅

现代制造技术与装备 2018年3期

王梅

（广东万和新电气股份有限公司，广州 528305）

我国具有较高的能源总量以及丰富的能源种类，但因我国人口数量较多，同世界上很多国家相比，人均可用能源量则相对较少。在生活中，能源可以说是保障生活质量的重要基础，而在科技不断发展的过程中，人们对能源的需求量以及依赖性只会逐渐增大，需要从多方面节约能源。在日常生活中，燃气灶是重要的电器设备，人们需要做好高效率燃气灶的研发，在满足人们生活需要的同时更好地达到能源节约的目标。

1 高效燃气灶结构总体设计

燃气灶在半包围的空间内燃烧，在燃烧过程中，部分热量将经过开放空间向外散发，因没有充分利用而具体利用效率表现并不佳。通常，目前所使用的燃气灶热效率都在56%左右。本研究希望通过新型结构的设计来减少热损失，以实现其使用效率的提升。本文设计的燃气灶具有四个显著特点。

（1）在实际使用中，火焰以向内的方式喷射，使火焰能够以更为集中的方式对锅底进行加热，同时减少火焰在燃烧中同周边空气的接触面，在对高温烟气同周边辐射换热情况进行减少的基础上对高温烟气同锅底间的辐射换热以及对流换热进行增加，进而实现热效率的提升。

（2）燃气燃烧时会形成向上的气流，人们可以充分发挥抽吸功能，从燃烧器的底部中心位置对二次空气进行补充，在燃烧充分的情况下获得更少的废气排放量。

（3）使用集烟罩，其设置可以起到强化燃烧的作用，并提升换热。

（4）对两排火孔进行设计，其中第二排为环形火孔，能够在稳焰方面起到较好效果，同时实现二次空气的充分利用。同普通燃气灶相比，其能够较好地满足低排放、大负荷以及高效率的运行要求，其中，引射器以及炉头等结构设计可以说是研究的关键点。考虑到未来需要对试验工况进行不断调整，具体设计也要充分考虑灵活性，即通过简单方式的应用即能够起到变化结构的效果，具体表现在喷嘴基座可以根据需求固定或者移动，可以更换火盖同下方混合室连接部位，以更好地对不同状况下的燃烧特性进行研究。

2 高效燃气灶结构具体设计

2.1 燃烧器引射管设计

引射管是燃烧器的重要组成部分，具有对一次空气进行引射，使燃气同空气均匀、充分混合以及提供燃烧器火盖部分背压的作用。对于引射管来说，其性能的高低将直接对燃烧器的燃烧特性产生影响，做好引射管的设计则成为获得良好燃烧特性的关键。目前，很多关于引射管的研究都将其内流动作为一维流动，在流线方向动量守恒的基础上通过建立方程对其进行计算，但该种计算方式并不能够给出引射器的具体数值。

同传统的引射器相比，高效引射器具有更大的热负荷和燃气量，人们需要在原有的基础上重新设计引射器。具体来说，主要需要优化的点包括有扩压段长度、喉部尺寸以及直管段长度等，增加喉部长度和直径能够有效优化引射系数，渐扩段长度增加2mm能够获得较好的效果，但如果继续增加效果则不明显。在实际设计中，不可能对其长度与直径进行无限度的增加，人们需要联系实际计算结果来确定适合的尺寸。

2.2 炉头设计

在燃气灶中，炉头的作用有两方面，首先，当引射管当中混合气体传输到炉头位置时，其可以进行进一步的混合处理。其次，炉头能够以均匀的方式将混合气体通过火孔分配开来。目前，在家用燃气灶中，所使用的都是多火孔炉头，本设计使用的为多火孔炉头。从理论角度来说，当炉头具有较大尺寸与面积时，混合气体在火孔中分配的流量更为均匀，不同火孔具有更为平均的燃烧状态。如果炉头体积过大，在点火之前，炉头将具有大量空气，实际点火时存在较大的噪声，在熄火时，炉头中也具有大量的混合气体，会出现熄火噪声情况。通常，需要保证炉头的截面面积为总火孔面积的两倍。根据计算可知，炉头直径为100mm，能够有效提升热效率，虽然烟气存在一定波动，但也符合国家相关要求。而在110mm后，继续对炉头直径增加，热效率却逐渐下降，从综合角度考虑，将炉头直径确定为100mm。

2.3 火盖结构设计

在具体设计火盖时，需要将火孔的燃烧能力作为关键因素进行考虑。火孔的燃烧能力是指火孔完全燃烧、处于稳定状态下的燃气使用量。在本设计中，它主要具有两方面内容。

2.3.1 外环火盖设计

外环火盖具有两排火孔，即处于下部的环形火孔和处于上部的方形火孔。环形火孔的应用，能够对出口的面积与形状进行重塑，以改变火孔强度。本文对4种不同强度的外环火盖进行设计，以逐渐增加火孔面积，降低火孔强度。

2.3.2 内环火盖设计

在燃烧器内部对中心火进行设计，其功率占总功率的20%。为了使外环与中心具有足够的二次空气进口空间，满足活动强度范围，特对顶部位置不具有火孔的柱形火盖、锥形火盖以及顶部具有火孔的火盖进行设计，以实现热负荷目标，有效节约空间。

2.4 混合室设计

在燃气灶燃烧器中，混合室的作用是充分均匀空气、燃气混合物，之后将其传输到火盖的头部位置，再分布到不同火孔实现完全、稳定的燃烧。根据该要求，要保证头部不同点具有相等的混合气体压力。需要注意的是，从引射管进入混合室的过程中，需要保证混合气传输的畅通性，这样才能够保证混合气体舒畅流动，使引射管能够实现足量一次空气的引入。同时，要做好混合室容积控制，避免容积过大，防止在关火时由于内部存在较多的混合气体出现灭火噪声情况。