Работа терморегулятора

Терморегулятор 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 резьбовым соединением прикреплен к свободному концу латунной трубки. Второй конец стержня упирается в рычаг, расположенный в корпусе терморегулятора.
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 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 о С.

Емкостные водонагреватели

Емкостные водонагревателями называются аппараты, в которых вода нагревается в емкости без применения принудительной циркуляции, они предназначены для водяного отопления помещений.
Аппарат имеет цилиндрический бак из оцинкованной стали. Внутри бака проходит жаровая труба, предназначенная для отвода продуктов сгорания из топки, увеличения площади нагрева и улучшения процесса теплоотдачи.
В жаровой трубе установлена спиральная вставка, которая перемешивает горячий поток продуктов сгорания газа и способствует максимальному отбору теплоты от продуктов сгорания. Кожух водонагревателя выполнен из листовой стали. Пространство между кожухом и баком заполнено шлаковатой, что служит надежной теплоизоляцией. Горелка 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 тягопрерывателем. Вход холодной воды осуществляется через штуцер, а отбор горячей воды в отопительную систему - через штуцер.
Если водонагреватель служит для отопления помещений, то к штуцеру присоединяется трубопровод обратной линии.
В крышке водонагревателя имеется предохранительный клапан, представляющий собой цилиндр с колпачком. Под колпачком помещена мембрана из медной фольги. В центре мембраны имеется отверстие, запаянное сплавом Вуда с точкой плавления 105 о С.
При закрытом водоразборном  кране в случае выхода из строя автоматики вода в баке может закипеть. Сплав Вуда при температуре выше 105 оС 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. Чтобы термометр давал правильные показания, в гильзу заливают льняное масло.
Автоматика водонагревателя состоит из двух узлов. В качестве автоматики безопасности служит трехходовой электромагнитный клапан. Регулирование температуры воды осуществляется терморегулятором, термоэлемент которого введен внутрь бака. Работу горелки контролируют электромагнитный клапан и термопара.
Клапан поддерживается в открытом состоянии только при наличии пламени на запальнике.
Электромагнитный клапан состоит из газовой и электромагнитной частей. Крышка имеет отверстие для кнопки и прорезь для контакта. Ее устанавливают на корпус газовой части и крепят четырьмя винтами. Нажимную кнопку устанавливают в верхней части крышки и надевают на шток. Чтобы кнопка не западала, на нее действует пружина. Шток расположен вертикально, одним концом он упирается в верхний клапан газовой части. На шток надет якорь. Он представляет собой диск с отверстием, через которое проходит шток. Якорь изготовлен из специального сплава - пермаллоя. Так как мощность электромагнита очень мала, то якорь, выполненный 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.
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" 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 электромагнитной. 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 начинает  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 перемещаться 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 все 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.

Водонагреватели проточные.

Водонагреватель проточный , с многоточечным разбором горячей воды. Высота огневой камеры в этом водонагревателе уменьшена до минимума за счет того, что основная часть теплоты передается воде через пластины калорифера. Охлаждение огневой камеры обеспечивается одним витком змеевика. Калорифер собран из одного ряда медных пластин и пересекается тремя горизонтальными участками змеевика. Водонагреватель оборудован инжекционной горелкой с двумя инжекторами, обеспечивающими поступление первичного воздуха до 60 % необходимого для сгорания. Это способствует полному сгоранию газа в коротких факелах.
Конструкция блок-крана водонагревателя обеспечивает последовательную подачу газа сначала на запальник, потом на основную горелку. При отсутствии разбора воды или снижении давления водопроводной воды, а также при отсутствии пламени на запальнике прекращается подача газа на основную горелку.
Ручка блок-крана может занимать следующие положения. При крайнем левом - кран полностью закрыт, при среднем - газ пропускается только на запальник, при крайнем правом - газ пропускается на запальник и основную горелку.
Клапан блокировки воды и газа может открываться лишь при нагреве биметаллической пластины. Газовый клапан через шток связан с мембраной и открывается только при наличии протока воды в мембранной камере и установленной в ней трубке Вентури. При наличии расхода воды в узком сечении трубки, сообщающемся с надмембранным пространством, происходит падение статического напора. Вследствие этого падает давление и над мембраной, которая перемещается вверх и через посредство штока открывает клапан блокировки.
Шариковый замедлитель зажигания, частично перекрывая сечение пропускного канала, несколько замедляет перемещение мембраны и клапана вверх и обеспечивает плавность включения горелки.
В настоящее время конструкция водонагревателя усовершенствована по сравнению с ранее выпускавшимися водонагревателями. Например, в водонагревателе ВПГ улучшена конструкция теплообменника, значительно изменены основная и запальная горелки, установлен датчик тяги.
Если в старых водонагревателях тепловой автомат распологался в вертикальной стойке основной горелки, то в современных водонагревателях теплового автомата нет и его функции выполняет электромагнитный клапан. Его основное назначение - прекращение подачи газа на основную горелку водонагревателя при падении тяги в дымоходе ниже допустимого предела.
Принцип работы электромагнитного клапана заключается в следующем. При нажатии на кнопку шток кнопки перемещается вправо, упирается в тарелку верхнего клапана и, преодолевая усилие пружины, отжимает его от седла. Вследствие этого газ направляется к газовой части водогазогорелочного блока. Если ручка газовой части блока находится в положении, обеспечивающем подачу газа на запальную горелку, то горелка разжигается и пламя ее обогревает спай термопары.
Возникшая ЭДС поступает в обмотку катушки через винт. Вследствие этого электромагнит получает возможность удерживать в прижатом к сердечнику положении якорь.
После того как электромагнитный клапан обеспечит свободный проход газа, приступают к розжигу основной горелки. Для этого достаточно перевести ручку аппарата по ходу часовой стрелки, и газ, выходя через сопла и секции основной горелки внутрь огневой камеры, воспламеняется от пламени запальной горелки.
В газовой части водогазогорелочного блока с левой стороны крепится тройник, через который газ поступает к запальной горелке и одновременно через соединительную трубку - под колпак датчик тяги.
Если разрежение будет ниже допустимого предела, то отходящие газы попадут в помещение кухни и нагреют биметаллическую пластину датчика тяги. Пластина постепенно выгнется, приподнимется ее свободный конец, и клапан отойдет от седла. Это приведет к разгерметизации трубки, соединяющей тройник и датчик тяги. Произойдет погасание пламени запальника, охлаждение спая термопары и срабатывание электромагнитного клапана. При этом под действием пружины клапан плотно прижмется к своему седлу и перекроет проход газа на основную и запальную горелки.
Таким образом, в водонагревателе успешно реализованы прогрессивные тенденции изготовления оборудования - уменьшение габаритов и материалоемкости при одновременном повышении эксплуатационных качеств.

Теплообменник.

Теплообменник. Теплообменник состоит из огневой камеры и калорифера. Размещенные на наружной стороне огневой камеры змеевики предохраняют стенки камер от перегрева. В первых моделях водонагревателей применялось два змеевика, один - для подачи холодной воды к калориферу, другой - горячей воды к разборному крану. В современных конструкциях водонагревателей (ВПГ) змеевик имеет лишь один оборот вокруг огневой камеры.
Основное количество теплоты передается воде через колорифер. Теплота передается радиацией, конвекцией и теплопроводностью через металлические стенки, которые находятся в контакте с одной стороны с водой, с другой - с потоком отходящих газов. При этом необходимо учитывать, что на величину передачи теплоты от горячих газов воде могут влиять следующие факторы: скорость протекания воды в змеевике; скорость движения продуктов сгорания; материал и размер ребер калорифера; качество припайки ребер к трубкам калорифера; температурный режим в огневой камере.
Для предотвращения преждевременного выхода из строя теплообменников следует знать причины и способы устранения возникающих неисправностей. Отложение накипи на внутренних стенках водяных труб приводит к уменьшению теплопередачи и снижению КПД водонагревателя. Повышение скорости протекания воды уменьшает вероятность образования накипи. На долговечность работы теплообменника влияют коррозия и окисление его поверхности. В новых моделях водонагревателей предусматриваются устройства автоматического регулирования температуры воды.
В старых моделях водонагревателей пластинки калорифера припаивали к водяным трубкам оловянным припоем. Практика показала, что вследствие сравнительно низкой температуры плавления олова во многих случаях наблюдалось оплавление припоя, что приводило к перегреву элементов калорифера и снижению теплопередачи. В настоящее время пластинки приваривают к трубкам с помощью медно-фосфористых припоев, имеющих высокую температуру плавления (860 оС).
Система автоматических устройств в водонагревателях обеспечивает регулирование поступления газа на горелку в зависимости от протока воды и прекращение доступа газа к горелке при отсутствии пламени запальника. По мере модернизации водонагревателей совершенствуется и система блокировки.

Запальник

Запальники горелочных устройств представляют собой односопловую инжекционную горелку малой производительности. Газ к запальнику подается через обособленный канал и блокируется с поступлением газа на горелку водонагревателя и наличием пламени на запальнике.
Схема работы биметаллического термоклапана. В зону пламени запальника вводят согнутую биметаллическую пластинку. В холодном состоянии верхняя полоса пластинки находится в горизонтальном состоянии, вследствие чего клапан через шток поддерживается в закрытом положении, перекрывая проход газа на основную горелку. При нагревании биметаллической пластины верхняя полоса ее опускается и приводит к перемещению клапана и открытию прохода газа на горелку.
В новых конструкциях водонагревателей предусмотрены дополнительные функции автоматики по блокировке работы основной горелки с величиной тяги в дымоходе. Так, в водонагревателе ВПГ-18М вместо биметаллического термоклапана установлен электромагнитный датчик пламени. В зону запального пламени введена термопара, которая является датчиком электродвижущей силы для электромагнитного клапана. Электромагнитный клапан, в свою очередь, управляет доступом газа к горелке водонагревателя.