Автоматические устройства газовой аппаратуры и приборов.

В настоящее время количество информации, которое необходимо переработать отдельным работникам в единицу времени, оказывается столь значительным, что они не успевают следить за агрегатами и процессами. Кроме того, во многих случаях сам характер процессов, например контроль параметров безопасной эксплуатации объектов газоснабжения, требует автоматизации. Это противоречие разрешается путем передачи от человека технике (автоматике) не только простых, но и сложных функций регулирования.
Появляется возможность не только автоматически управлять отдельными машинами и агрегатами, что характерно для частичной автоматизации, но и осуществлять комплексную автоматизацию и далее переходить к полной автоматизации.
При комплексной автоматизации создают взаимосвязанную систему операций с объединением в единый комплекс процессов и агрегатов в котельных, цехах, заводах.
При полной автоматизации обеспечивается не только автоматизация всех основных и вспомогательных участков, но и автоматизация процессов получения, передачи, хранения и обработки информации с помощью автоматизированных систем управления (АСУ) с применением средств вычислительной техники.
Различают следующие основные виды автоматизации: измерения и контроль; сигнализацию; защиту; управление; регулирование.
Автоматические измерения и контроль позволяют с помощью КИП периодически или непрерывно контролировать показатели технологического процесса (давление газа, наличие пламени, разрежения, полноту сгорания газа и т.д.), передавать эти данные на пульт диспетчера и при необходимости регистрировать измеряемые параметры.
Для газовых приборов и агрегатов, работа которых характеризуется непрерывностью и требованиями безопасности, автоматический контроль - важный фактор бесперебойной и высококачественной работы.
Автоматическая сигнализация служит для передачи командных, информационных и контрольных сигналов диспетчеру или оператору.
Атоматическая защита предназначена для предотвращения повреждений оборудования при аварийных ситуациях. Автоматическая защита либо прекращает контролируемый процесс при возникновении ненормальных режимов, либо обеспечивает другие меры устранения опасности.
Автоматическое управление служит для автоматического пуска и останова различных приборов и двигателей, отдельных узлов оборудования и агрегатов.
Автоматическое регулирование служит для автоматического поддержания в течение определенного промежутка времени с требуемой точностью заданных режимов технологического процесса.
Применительно к газовых приборам и агрегатам автоматические устройства можно разделить на следующие группы:
1. Устройства регулирования для поддержания режимов работы газовых приборов: регуляторы расхода воды и газа, давления газа, регуляторы температуры.
2. Контролирующие устройства, обеспечивающие автоматическое ограничение работы приборов в безопасных пределах: устройства по горению, протоку воды, тяге, температуре воды, предохранители от повышения предельных температур и давлений.
3. Устройства комфортности, способствующие удобству эксплуатации приборов: автоматический розжиг горелок, программное устройство, следящее за заданным режимом работы приборов, термоуказатели, освещение духовых шкафов и др.
В следующих статьях рассмотрим устройство и принцип работы наиболее распространенных автоматических устройств для газовых приборов и агрегатов.

Местные нетеплоемкие отопительные приборы.

Эти приборы применяют для отопления служебных помещений и жилых домов в районах с умеренным климатом. К ним относят воздухонагреватели типа "Огонек", камины "Амра", а также горелки инфракрасного излучения.
Рассмотрим устройство и принцип работы этих приборов. Камин "Амра" служит для местного обогрева помещений, работает по принципу радиационной и конвективной теплопередачи. Горелочным устройством служит горелка инфракрасного излучения. Отходящие газы проходят через теплообменник и поступают через патрубок в дымоход.
Воздухонагреватель "Огонек" представляет собой чугунный теплолбменник, в котором теплота, полученная от сгорания газа, передается в окружающее пространство без промежуточного теплоносителя. Воздухонагреватель устанавливают у наружных стен отапливаемого помещения. Отвод продуктов сгорания в дымоход не требуется. В стене за воздухонагревателем устривают специальное отверстие, через которое топочный тракт сообщается с наружным воздухом. В случае погасания пламени горелки автоматика безопасности прекращает подачу газа.
Горелки инфракрасного излучения применяют в основном для отопления производственных и коммунально-бытовых помещений, а также для тепловой обработки различных материалов.
Наибольшее распространение получили инфракрасные горелки, в которых газовоздушная смесь пропускается через пористые пластинки из керамического материала или через металлические сетки и затем сжигается на поверхности.
Сущность лучистого способа обогрева заключается в том, что излучение в области инфракрасного спектра, попадая на обогреваемые предметы, поглащается ими и, преобразуясь в тепловую энергию, нагревает их. Следует отметить, что инфракрасные лучи мало подвержены рассеиванию и обладают большой проницаемостью. Поэтому окружающий обогреваемые предметы воздух почти не нагревается.

Печные газовые горелки.

При переводе дровяных печей на газовое топливо применяют газовые печные горелки. Для установки газовых горелок необходимо, чтобы в стенках отопительных печей не было швов, трещин и пустот, через которые могли бы попадать в помещение продукты сгорания газа. Помещение, в которое выходит дверца печи, должно иметь окно с форточкой и вентиляционный канал. Горелки монтируют в топочном пространстве, а щиток укрепляют в рамке дверцы. В современных печных горелках применяют универсальную автоматику безопасности УАБ, контролирующую наличие разрежения в топке и пламени через единый пневмоблок клапана-отсекателя.
Рассмотрим устройство и принцип работы печных горелок на примере одной из наиболее распространенных конструкций горелочных устройств типа УТОП-П-16-У-АБТП. Горелочное устройство состоит из следующих узлов: горелки и двух огневых насадков, регуляторов подачи воздуха и сопел; запальной горелки; автоматики безопасности УАБ; запорно-регулирующего крана; газового коллектора; рамки; фронтального щитка, на котором смонтированы узлы газогорелочного устройства; отражательного устройства, предотвращающего нагрев и деформацию фронтального листа. Запорно-регулирующий кран служит для подачи газа на основные насадки и регулирования теплопроизводительности горелки. На фронтальном щитке имеется смотровой лючок, через который разжигают запальную горелку и наблюдают процесс сжигания газа.
Запальная горелка представляет собой стальную трубку длиной 200 мм и толщиной 1 мм. Конец запальной горелки, расположенный между насадками основной горелки, заварен, а другой конец имеет резьбу, на которую навинчен стальной корпус сопла. Внутри корпуса на резьбе закреплено латунное сопло с внутренним отверстием 2 мм, на выходе диаметр отверстия уменьшается до 1 мм. Это необходимо для обеспечения разрежения в предсопловом пространстве, чтобы первичный воздух, подсасываемый через четыре боковых отверстия диаметром по 3 мм, равномерно перемешивался со струей газа и образовывал готовую газовоздушную смесь.
К наружной резьбе корпуса сопла с помощью накидной гайки крепится трубка, ведущая к штуцеру автоматики УАБ.
Готовая газовоздушная смесь выходит в топочное пространство через отверстия диаметром 1 мм. При этом два отверстия, расположенные под биметаллической пластиной, имеют диаметр 1,5 мм, что обеспечивает необходимый прогрев сгиба пластины.
Биметаллическая пластина нижним концом крепится к полке корпуса, а верхний ее конец соединяется с рычагом, который внутренним вырезом свободного конца охватывает латунный шток клапана датчика погасания пламени. Диаметр штока 3 мм, длина 28 мм, граненое окончание штока имеет резиновое уплотнение. Латунное седло клапана датчика погасания пламени имеет сквозное отверстие диаметром 4 мм.
Клапан в свободном состоянии (когда не оттягивается вниз рычагом) прижимается к седлу под действием пружины. Горизонтальная часть сгиба биметаллической пластины расположена над трубкой запальника и защищена чехлом для стабилизации воздействия теплового потока.
Принцип работы датчика погасания пламени заключается в следующем. При нарушении нормальной работы запальной горелки сгиб биметаллической пластины не обогревается пламенем, конец рычага будет находиться в крайнем нижнем положении и тем самым оттягивать шток клапана от седла. При этом пружина сжата, а газ, заполнявший внутреннюю полость соединительной трубки, имеет возможность выйти через сопло и сбросить давление внутри трубки и в верхней надмембранной полости коробки автоматики безопасности, с которой соединены трубки.
Устройство датчика разрежения аналогично датчику погасания пламени. Датчик разрежения устанавливают на дымоходе перед шибером. Это обеспечивает прекращение подачи газа на основную и запальную горелки в том случае, когда шибер забывают открыть перед розжигом горелки или закрывают случайно. Во всех случаях нарушения тяги отходящие газы, не имея возможности уйти в атмосферу через дымоход, по врезанному в кладку патрубку направляются в датчик разрежения. Корпус датчика тяги имеет четыре отверстия, через которые отходящие газы могут попасть в помещение, где установлен датчик на дымоходе. При выходе наружу продукты сгорания обтекают биметаллическую пластину, установленную внутри корпуса датчика тяги. Нагрев пластины продуктами сгорания приведет к смещению ее свободного конца, к которому подвешен шток клапана датчика тяги. При этом клапан поднимется со своего седла и откроет проход газа из внутренней полости трубки.
Еще один (третий) прилив крышки коробки автоматики безопасности через трубку соединяется с корпусом сбросного устройства, которое с помощью гайки крепится на фронтальном листе газогорелочного устройства. Через эту трубку сбрасываются излишки газа и воздуха из верхнего подмембранного пространства коробки автоматики безопасности. Таким образом, сбросное устройство постоянно открыто независимо от режима работы газогорелочного устройства, а две остальные линии, т. е. датчик погасания пламени и датчик тяги, работают в переменном режиме.
В рабочем состоянии обе линии загерметизированы, так как клапаны закрыты. В нерабочем состоянии загерметизирована линия датчика тяги, так как клапан датчика закрыт, а линия датчика погасания пламени разгерметизирована (клапан открыт). При срабатывании датчиков открывается проход газа через открытые клапаны.
Универсальный пневматический блок автоматики безопасности УАБ предназначен для автоматического контроля наличия пламени и разрежения в дымоходах бытовых газовых приборов. Он состоит из клапана-отсекателя, датчиков пламени и разрежения. Блок клапана включает в себя управляющую и исполнительную части. Датчик пламени устанавливают в зоне пламени горелки запальника, а датчик разрежения - на пути движения продуктов сгорания при опрокидывании тяги. Чувствительные элементы выполнены из биметалла ТБ-4 и ТБ-6.
Принцип работы прибора основан на свойствах деформации биметаллических пластин датчиков при изменениях температуры, вследствие чего они открывают или закрывают сопла импульсных каналов реле-инвертора. Для включения автоматики необходимо нажать кнопку и при закрытом кране зажечь запальник. Газ поступает в надмембранную полость реле-инвертора, давление в которой возрастает за счет закрытия сопла датчика пламени. Вследствие этого мембрана перекинет заслонку с сопла на сопло. Из надмембранной полости через сопло в атмосферу сбросится небольшое количество газа и устранится его избыточное давление.
Под действием создавшегося перепада давления мембрана откроет сопло, освободив проход газа к горелкам. После этого кнопку можно отпустить и открыть кран.
При срабатывании любого датчика давление в полости понизится и пружина переместит заслонку с сопла на сопло. Вследствие этого надмембранная полость заполнится газом, мембрана переместится вниз и перекроет сопло, прекратив доступ газа к основной горелке.
Блок автоматики УАБ применяют на печных горелках, его можно использовать на проточных и емкостных водонагревателях. При этом клапан-отсекатель и датчик разрежения УАБ сохраняются неизменными для различных видов газовых приборов, а конструкция датчика пламени и биметаллических пластин зависит от назначения приборов.

Регулятор температуры АОГВ.

Рассмотрим принцип работы автоматики регулирования отопительного аппарата. Основной элемент автоматики регулирования - регулятор температуры, который устанавливают после клапана-отсекателя и запорно-регулирующего крана. Он обеспечивает поддержание температуры воды внутри бака водонагревателя в заданных пределах, прекращая подачу газа на основную горелку при повышении температуры воды сверх заданного предела и возобновляя подачу газа при понижении температуры воды в баке.
Привод регулятора температуры - латунная гильза и ввинченный в ее конец инваровый стержень.
Гильза регулятора температуры вводится внутрь штуцера бака и при нагреве воды в баке удлиняется в пределах 1 мм. Изменение длины гильзы вызывает соответствующие перемещения свободного конца инварового стержня, выходящего из гильзы внутрь корпуса регулятора и упирающегося в нижний конец большого перекидного рычага. При этом большой и малый рычаги, а также связывающая их пружина находятся в динамическом равновесии.
Пока температура воды в баке не достигнет заданного предела, длина гильзы будет минимальной, а давление инварового стержня на конец большого рычага - максимальным.
В данном положении клапан регулятора температуры будет находиться в открытом состоянии. При нагреве воды до заданном температуры длина гильзы увеличится, давление инварового стержня на нижнее плечо большого рычага прекратится, вследствие чего система рычагов перекинется в противоположное положение, а клапан регулятора, не испытывая давления выступа малого рычага, под воздействием пружины опустится на седло и перекроет проход газа на горелку.