燃气热水器设计.doc

<一> 热水器9第一章. 改装的目的及意义9第一节. 改装的目的及意义9第二节. 热水器质量评测的几个指标：10第三节. 燃气热水器11第四节. 电加热热水器：12第二章. 燃气热水器工作原理13第三章. 旧型直排式热水器13第一节. 对旧型直排式热水器改装的技术分析13第二节. 传统平衡式热水器本体密封性结构存在的问题14第三节. 理论分析15第四节. 实验分析15第四章改装设计（强排平衡式燃气热水器）20第一节. 密封燃烧室新设计20第五章阀体22第一节. 传统单向阀22第二节. 单向复合阀24第六章. 容积式电热水器26第一节. 箱体系统27第二节. 控制系统的分类和比较30第三节. 电热水器的工作原理35第七章改装后热水器的安全性和五大性能36第一节. 安全性36第二节. 五大节能技术37第八章. 总结37<一> 热水器第一章. 改装的目的及意义第一节. 改装的目的及意义首先,在改装热水器之前你要了解为什么要改装，改装的目的和现实意义是什么，因为很多改装都存在的很大的盲目性。什么是燃气热水器？燃气热水器是指以气体燃料为热源的热水器设备。使用的气体燃料主要有人工煤气、天然气和液化石油气。热水器能够使用的燃气品种，应标明在热水器的型号中。 燃气热水器有家用燃气快速热水器（快热式燃气热水器）和水式燃气热水器之分。主要不同在于家用燃气快速热水器的水是指在流动状态下，吸收燃气燃烧中产生的热量而升温，水的加热过程瞬时完成，因此可以连续供应热水；水式燃气热水器的水则是在容器内先加热后供使用，可以间歇性地供应较大量热水。对于热水器的选购，由于热水器的使用在某种程度上关系到人身安全，有很多人考虑到燃气热水器的煤气泄漏等现象，导致人们在购买时总是犹豫不决，在使用时战战兢兢，但终归澡是要洗的，东西是要买的，在这里就主要针对燃气热水器和电热水器的区别进行说明。第二节. 热水器质量评测的几个指标：首先，我原引自消协网站对于热水器质量评测的几个指标：.热负荷： 热负荷是指单位时间内，通过燃具燃烧的燃气放出的总热量。在额定燃气压力下燃气具有的热负荷称为额定热负荷。热负荷是衡量热水器加热能力大小的重要参数。按照国际要求，燃气热水器额定热负荷烟道式为44.5兆焦/小时，直排式为36兆焦/小时，热负荷偏差小于±10%。.热水性能：热效率即是指有效利用的热量占燃气燃烧过程中释放出总的热量之比的百分数，通常表达了整个燃烧过程和传热过程的综合效率，它和热水产率一起，成为反映燃气热水器热水性能的重要经济性指标。而热水产率是指单位时间体积里实际产出的热水与设计值之比。按照国标要求，热效率应大于等于90%，热水产率应大于等于90%，比值越高，则反映这两项性能越好。热水温升和停水温升两项指标的检验是为了避免人体被过热的水烫伤，国家标准要求不大于45秒。.燃烧情况： 热水器燃烧器燃烧过程中的工作状况称为燃烧工况，国家标准对火焰传递时间、稳定性、燃烧状态等作了一系列详尽的规定，具体可参考附表所列，烟气中一氧化碳含量是反映热水器燃烧工况的一个重要指标，由于热水器多安装在室内，如果其燃烧时排出的烟气中一氧化碳含量过高，就会引起人体中毒，对生命构成威胁。.表面温升： 燃气热水器各部分的表面温度应受到控制，以免消费者接触这些部件时被烫伤。国家标准对燃气热水器手必须接触、可能接触和不易接触的部位，加燃气阀体、软管接头、点火装置、干电池的表面温度作了详尽的规定。第三节. 燃气热水器各种燃气热水器对比如下：一般以下面三个指标来评价它的有效性能。a.热效率b.燃烧性完全燃烧一定是火色清蓝，热效率高。不完全燃烧，将会造成能源浪费及危害健康。c.安全性防止缺氧和中废气毒防止燃气泄漏防止回火燃烧防止过热燃烧以上是对燃气炉具最基本功能的要求和评价依据。1.燃气热水器的特点：市场占有率最大，使用方便，人们认知度高。 2.燃气热水器适用人群： 有家庭中央供热水需求且水量较大者； 对于热水器占地面积要求较小的消费者；需要可以即时提供热水的消费者。 3.燃气热水器的分类： 直排式燃气热水器：氧气采自室内，使用过程中所产生的废气未经处理直接排放在室内。 优点：便宜缺点：安全性差 建议：由于已经停产销售，所以可以不考虑购买此类产品烟道式燃气热水器：氧气采自室内，使用过程中产生的废气由烟道自然排出至室外。优点：结构简单 缺点：由直排热水器改装，安全性没有实质性提高建议：此类产品不宜购买强排式燃气热水器：氧气采自室内，使用过程中产生的废气由加装了电动机的烟道强制排出至室外。优点：安全有保障，费用较低缺点：氧气仍然采自室内建议：对于一般家庭这种强排式热水器完全可以满足需要，也比较安全。平衡式燃气热水器：氧气采自室外，使用过程中产生的废气同样由加装了电动机的烟道强制排出至室外。优点：十分安全缺点：安装很不方便建议：经济条件允许的消费者可以安装此类平衡式热水器。第四节. 电加热热水器：其安全方便，并且可以在浴室安装也省去了不少使用过程中的麻烦，特别是燃气热水器必须“放水”的资源浪费，现在越来越多的家庭选择了电加热热水器。特点：蓄水式为主，可以安装在浴室适用人群： 沐浴时间相对固定用水量不大浴室有相对大的空间安装煤气热水器不方便的住户电加热热水器的分类如下：1.储水式： 储水式电热水器分为敞开式和封闭式，现在家庭用电热水器主要都以封闭式为主，我们就封闭式电热水器向大家作个介绍。2.封闭式电热水器：优点：可多处供水，水质卫生缺点：占用空间大、易结水垢建议：建议改进阀体，增加除垢装置的热水器，对于安全装置需要理性对待，尽量选择大厂家且售后服务好的。第二章. 燃气热水器工作原理燃气热水器工作时，打开燃气总阀门，开启燃气调节阀，燃气进入气压差阀的A、B两室；打开自来水总阀，冷水通过自来水总阀一路进入水压差阀，另一路流向热交换器，由于橡胶膜两边水压不等，压差膜向基运动，带动水气联动顶杆向左运动，顶杆中部的拨杆随顶杆向左拨动电源开关使电源接通。电控器通电后立即产生高压电脉冲火花，同时对微型电磁阀1通电，燃气由该阀进入小火燃烧器，电火花点燃小火。水气联动顶杆向左运动到位时，把气阀1顶开，此时由于气阀2尚未打开，燃气没有进入主燃烧器。 感应针被小火烧热，感受到小火火焰离子导电的作用，信号馈送至电控器对微型电磁阀2供电，该阀闭合。从总气阀来的燃气不再流向A室，燃气不断进入B室，当B室的气压大于A室的压力时，橡胶膜因两边的压力差被压向A室，橡胶膜上的连杆随着向A室运动，气阀2被打开，燃气通过C室、D室送到主燃烧器，被小火点燃形成大火，由火焰的高温烟气对流过热交换器的冷水快速加热产生连续的热水，热水器进入正常的工作状态。A室剩余燃气使小火燃尽自行熄灭。调节气量调节阀的大小及水阀开度的大小，可以获得适合使用时所需温度的水。 感应针感受火焰信号使微型电磁阀2闭合的同时，小火点火电脉冲停止放电。停止使用热水器时，只需关闭总水阀。此时，水压差阀复原，电源开关切断，气阀1、微型电磁阀1关闭，微型电磁阀2恢复常开，气阀2被弹簧顶紧关闭，火焰熄灭。 第三章. 旧型直排式热水器第一节. 对旧型直排式热水器改装的技术分析直排式热水器燃烧所需氧气取自室内，而燃烧产生的废气也直接排放在室内，若此热水器在浴室中使用，并且浴室体积不大，通风不良时，会造成浴室内C0、C02增高，氧气缺乏而引起危险。因此，城镇燃气设计规范(GB5002893)746条(1)规定：直排式热水器严禁安装在浴室内。如何解决此问题，一直困扰着燃气供应单位，对此人们提出了三种解决此问题的思路： 1、将直排式燃气热水器改位，装进厨房：将直排式热水器从浴室改至厨房，水管、气管都必需同时更改，对室内装修破坏较大，且使用热水器洗澡时不易控制热水器，造成用户使用上的不便。因此，此方案不大可行。2、将直排式燃气热水器改装成烟道式燃气热水器：第二种方案将直排式热水器改为烟道式热水器，也存在较大困难。首先烟道的设计无法统一，烟道的安装更加困难，甚至大部分用户根本无法安装合格烟道，因此这种方案也不可行。3、将直排式燃气热水器改装成强制排气式燃气热水器：将直排式热水器改装成强排式热水器，热水器仍安装在室内，氧气仍采自室内，使用过程中产生的废气由加装了电动机和风机强制排出至室外。第三种方案则克服了前两种方案的缺点，成为我们解决此总是的可行方案。第二节. 传统平衡式热水器本体密封性结构存在的问题传统平衡式热水器的密封性结构包括如下：（1）热水器本体的密封结构；（2）给、排气烟道与热水器组合时的密封性；（3）给、排气烟道自身的密封性；（4）烟道间组合时的密封性等。2.1.设计、制造质量、安装和维修质量对其密封性的影响（1）传统平衡式热水器的密封性结构，是以其本体前盖及后壳作外壁，前盖与后壳的接合处内置胶垫条作封边，以螺丝固紧等方法，来取得其密封性能。（2）给、排气烟道与热水器本体组合时的密封性，也是靠密封垫圈来进行密封的。给、排气烟道间组合时的密封，靠套筒尺寸配套，以及胶封来进行密封。（3）热水器经日久使用后，其密封胶垫会受热老化，或经维修人员多次拆装或不小心拆装等影响因素，均有可能使其失去密封性能；结果燃烧废气便会泄漏进入浴室空气中。若有不完全燃烧情况发生时，CO2特别是CO及NO等燃烧废气，均会直接危害人体安全；此时与直排式（无烟道式）热水器情况无异，结果失去了平衡式热水器的优越性能。（4）平衡式热水器的安全性，首先必须要求制造厂家在设计和制造上保证产品质量，同时要求安装和维修人员工作认真和施工后严格的质量检查管理，以及交付使用后定期安全检查等；才能保证平衡式热水器使用安全。排除"平衡式热水器必定安全"的不正确麻痹思想，才可能避免日后不再酿成类似无烟道式热水器所造成的事故。2.2. 微电脑程控电子结构，内置在传统平衡式热水器内壳中，直接受到燃烧高温影响（1）现代燃气热水器的设计，已经排除了自然给、排气平衡式烟道的设计，而采用强制式（风扇辅助）平衡式给、排气烟道的设计。但无论采用上置式抽气机还是下置式送风机，均须使用"微电脑程控电子结构"，即包括中央电子控制器、电磁阀、比例阀和冷热水温度控制等电子元件，它们与燃烧器一起放置在内壳中。（2）燃烧器的大火燃烧就在内壳的中心部分进行，它设置在热水器内壳左右两旁或上、下方的电子结构，很容易遭受燃烧时的高温热力影响。电于结构处于极恶劣环境中工作，其安全性及耐用性均受到质疑。第三节. 理论分析将直排式燃气热水器改装成强排式燃气热水器，即在直排式热水器排气口的上方加装强制抽风机，在集烟罩内设置温度控制器，温度控制器同热水器燃气系统的电磁阀相连。用户使用热水器时，同时开热水器和风机，风机通过连接在其上的烟道将废气排出室外，用户忘记开风机或出现倒灌风现象时，热水器燃烧产生的废气不能顺利排出而积聚在集烟罩内，使集烟罩内温度升高，当温度升高到一定值时，温度控制器便发生动作，使电路断电，电磁阀关闭，从而气源被切断，热水器自动熄火，以起到安全保护作用。温度控制器可与电池或热电偶串联。第四节. 实验分析为使强排式燃气热水器组件符合国家相关标准要求，我们必须确定下列技术参数： 1）.风机的选型及烟道的配合；2）.温度控制器的标定温度；3）.温度控制器的位置； 4）.集烟罩与直排式热水器排气口距离； 4.1.风机选择威力JSTQ65B型强排式热水器风机，电机功率50w，排气口直径60mm。4.2.温度控制器设定温度、位置，及集烟罩与直排式热水器排气口距离，通过下列实验来确定。实验1：实验内容：确定温度控制器标定温度范围目的及原理：我们希望通过此实验能够获得，在热水器正常工作时位于集烟罩内的温度控制器的表面温度(称为工作温度)和热水器风机停转后，温度控制器表面温度随时间的变化，同时我们希望温度升高风机停转后温度控制器能在1分钟以内动作，所以要通过实验获得风机停转后一分钟左右时温度控制器的表面温度。如工作温度随时间的变化图所示，我们假定用线性关系表示，0t0段为热水器与风机同时打开，热水器正常运行时温度控制器的温度变化图，T1为达到稳定时的稳定温度，即温度控制器工作温度，t1为风机突然关闭的时刻，t1t2段为风机停转后，烟气受到阻塞温度控制器表面温度升高随时间的变化过程，t2-t11min，则T2为t2所对应的温度控制器表面温度，即风机停转l min后温度控制器表面温度，因此T1与T2之间的温度为温度控制器标定温度的范围。即温度控制器的标定值应在此范围内选取。实验1的实验条件如下表所示：气 温23 大气压力1022KPa气 源LPG安 装集烟罩距热水器顶端30mm ,温度控制器装在集烟罩前孔中心由工作温度随时间变化图我们可确定T146, T2115因此我们分别选择标定温度为95、85、80、75的温度控制器继续进行下列实验。实验2:实验内容:95和75温度控制器停止风机的动作时间实验2的实验条件如下表所示：气 温23 大气压力1022KPa气 源LPG安 装集烟罩距热水器顶端30mm ,温度控制器装在集烟罩前孔中心实验3:实验内容：对比不同安装条件(即集烟罩与热水器间距)对温度控制器反应时间的影响。实验3的实验条件如下表所示：气 温21 大气压力1022KPa气 源LPG安 装75温度控制器安装于集烟罩前孔中心实验4:实验内容：对比温度控制器的不同安装位置对小火时反应时间的影响实验4的实验条件如下表所示：气 温23 大气压力1022KPa气 源LPG安 装集烟罩距热水器顶端15mm实验5:实验内容：80和85温度控制器的反应时间实验5的实验条件如下表所示：气 温29.5 大气压力1022KPa气 源LPG安 装集烟罩距热水器顶端35mm实验6:实验内容：烟道弯曲时燃烧工况及温度控制器工作温度的影响实验6的实验条件如下表所示：气 温27 大气压力1022KPa气 源LPG安 装集烟罩距热水器顶端35mm，温度控制器为85 。分析以上实验，95温度控制器不太理想，动作时间长，不能达到要求;而75温度控制器不太适应当排烟管有较多弯时的工况;而85和80温度控制器都较为理想，能达到我们的要求，此时排烟罩距热水器排气口距离为35mm，温度控制器安装于排烟罩后孔中心。最后我们确定以下参数 ：(1)采用80温度控制器； (2)集烟罩采用威力JSYD65A型集烟罩，距热水器排气口距离35mm； (3)温度控制器安装在集烟罩后孔中心。43安装及技术要求 在以上技术参数确定以后，我们随即确定了加装强排设备的所有组件，它们包括：风机、集烟器、温度控制器、柔性烟道、烟道末端、电接线、漏电保护开关等。为保证热水器改装后能正常、可靠的运行，要求在安装过程中注意以下问题： 电气部分的安全:为预防使用热水器时发生漏电事故，要求电路部分的安装必须由持牌电工进行施工,并且要求采用符合国家标准的漏电保护插头。 严格控制集烟罩距热水器顶端距离为35mm，柔性烟道固 定良好，且长度不超过4米(一个90弯头算1米)。 注意强排组件同原热水器相连的电回路效果。考虑到有的热水器仅靠热电偶产生的热电势驱动电磁阀，由于热电势比较低，所以在将温度控制器接入热电偶回路时，一定要在接线处接触良好，以免在该处产生较大的接触阻,影响电磁阀的工作。 在实际的安装工作中，此项工作必须由热水器安装技工同电工共同完成。安装完成后由技术人员100验收，以确保改装质量。在此项工作中，我们遇到的困难主要有： 1.漏电开关失灵 由于安装初期未考虑到风机与漏电开关的配合问题，导致热水器改装后在很短的时间内大部分漏电开关损坏。其主要原因是停止使用热水器时，风机断电瞬间产生很高的反峰电压击穿漏电保护器的硅片，导致漏电开关损坏。此问题通过漏电保护器厂家改进产品后，得到了解决。 2.热水器品牌繁多 改装过程中，由于居民所使用的热水器品牌繁多要使不同品牌的热水器改装后都能达到满意的效果，困难较大。鉴于此种情况，我们同当地的热水器厂家携手合作，针对市民最常用的几个品牌进行改装。其它热水器则采用移位，优惠购新炉，以旧换新炉的方法解决直排式热水器安装在浴室的问题。 3.部分用户的抵制 由于热水器改装后须增加风机，烟道，并在浴室内接线，对室内装修有一定的影响。部分装修好的用户对此次改装有一定的抵制。但是，只要在技术人员的安全使用燃气知识的教育下，我们觉得大部分用户应该会表示理解，最终接受了改装，因为安全才是最重要的。对于多次劝解无效的用户，则只有采取其它措施。 4.安装强排组件后，热水器可能出现的故障:1）点火困难或点不着火热水器改装后，温度控制器与电磁阀形成回路，对电磁阀电路部分有一定影响，可能会影响电磁阀的正常工作。出现此问题时应仔细检查电源连接线接触是否良好，温度控制器是否损坏。若以上两种情况都不是,则说明换上温度控制器后电磁阀已完全不能打开，不能正常工作,则此种热水器不适合改装。2）自动熄火 风机故障或温度控制器失灵都可能导致自动熄火。提高风机和温度控制器的质量可使此故障率降到很低。第四章改装设计（强排平衡式燃气热水器）什么是强排平衡式燃气热水器？强排平衡式燃气热水器综合了平衡式和强排式的优点，采用双层烟管，内层通过电机排走废气，外层利用电机所产生的负压吸进室外空气，因此既不消耗室内的氧气也不污染浴室的空气，无缺氧及燃气中毒的后顾之忧，甚至可以放心地安装在浴室内。第一节. 密封燃烧室新设计1.1 新设计特点：（1）将燃气燃烧部分采用"密封室"方式设计，密封室的上部与热交换器和给、排气烟道相联接；而下部则与送风机相联接。燃烧局限在密封室内进行，送风机送入新鲜空气，燃烧热流量通过热交换器吸纳；而燃烧废气则通过唯一的排气管道排出户外。在排气管道的出口处附加防止倒流的单向复合阀，使外界强风无法迫使废气回流进入燃烧室内（若单向阀被封闭后，热水器会自动停止工作）。（2）在密封燃烧室内，大火燃烧或燃烧停止后，燃烧废气能否反向经由送风机的空气入口处外泄至热水器壳内，或再由内壳外泄至浴室呢？答案是一定不会发生。因为在设计热水器时已作周密的工作程序编排。首先必须有水流动（2.5L/min以上），中央电子控制器传感后，才指令送风机开始运作。当送风机转速度达到2100 r/m或者以上时；再指令燃气电磁阀及燃气比例间开启，再点火开始，然后逐步升级至大火全开。大火燃烧在密封燃烧室内进行，送风机设置在下部；燃烧废气在送风机发出的强大风量、风压下，唯一出路是经由热交换器顶部的排气管道排至户外，在排气管中的防止倒流阀是十分重要的设计，它防止了外界风力将废气倒流进入热水器燃烧室内的可能性.这样,安全性得到了大大的提高。当大火燃烧停止后，送风机继续工作，至少400秒后才缓慢停止，以保证密封燃烧室内的残存废气全部清除。上述每个工作步骤都由中央电子控制器及各部电子感应器进行监控，当达不到技术指标或出现故障时，热水器的燃烧支作将自动停止。1.2 新设计的优点：（1）新设计彻底解决了热水器本体密封性结构存在的问题（点火困难或者点不着火），从而不再依赖于以外壳作为"密封性结构"；同时也无须依靠安装或维修人员的技术素质来保证热水器的密封性。（2）电子结构设在热水器内壳中，直接受到燃烧高温的影响存在问题亦得到解决。因为燃烧器在密封室内，大火燃烧时，燃烧高温热力不会直接传递至电子元件上，再加上有隔热板，内置的电子元件不但不会受热，而且从户外输人的新鲜空气有助于冷却电子元件。结果延长了使用寿命,并提高了工作效能。（3）送风机主要起"燃烧加风"的作用，以提高热能的利用率，同时容易排净废气，从而提高热效率。（4）密封燃烧室使热交换器吸收热能的能力得以提高，热能散失减少，热效率因而提高。（5）密封燃烧室与环保炉头设计配合，实现完全燃烧，使废气中的CO、CO2、NO等减少至符合世界环保先进标准。（6）燃烧噪音减低至48dB甚至以下，使用大容量热水器（如:16-32 l）或夜深人静时使用热水器也不妨碍他人休息。（7）外壳的炽热感觉消失，永远不会灼伤接触者。（8）外壳水湿也不会影响密封燃烧室。因为燃烧室与外壳间充满了流动的新鲜空气，起到了隔热和隔湿作用。1.3 平衡式给、排气烟道的特点：平衡式给、排气烟道的最大特点是将热水器的给、排气系统及燃烧工作系统直接与户外相联接，从而做到了与室内的完全分离。因而不会造成浴室内的空气污染,并且解除了存在废气及缺氧等危险的因素。相对于传统排气烟道式热水器而言，其热效率得到了大大的提高，并且可以节省能源、提高安全性能。第五章阀体第一节. 传统单向阀单向阀结构简单,性能稳定,被广泛地应用于液压系统中,起着其他控制阀不可替代的作用.单向阀还可与其他控制阀组成复合阀,也被广泛地用于液压系统中。背压自动调整复合阀的液压传动系统，用于采煤机牵引部件或其它机械的闭式液压传动系统。主要技术特征是指在由油泵、补油单向阀组、溢流阀、过滤器组成的液压传动系统主油路中串接了由阀体、阀芯、阀套、主弹簧、复位弹簧、进出油口（，），控制油口等组成的.背压自动调整复合阀改善了液压传动的减振缓冲性能，解决了防飞车、锁位、防敲缸的问题，该复合阀实用、新型、结构简单、投资小。常见的几种阀门及其性能如下：供热系统常用到的阀门有：截止阀、闸阀（或闸板阀）、蝶阀、球阀、逆止阀（止回阀）、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节阀和电动调节阀。截止阀：用于截断介质流动，有一定的节调性能，压力损失大，供热系统中常用来截断蒸气的流动，在阀门型号中用“J”表示截止阀。闸阀：用于截断介质流动，当阀门全开时，介质可以像通过一般管子一样通过，无须改变流动方向，因而压损较小。但闸阀的调节性能很差，在阀门型号中用“Z”表示闸阀。逆止阀：又称止回阀或单向阀，它允许介质单方向流动，若阀后压力高于阀前压力，则逆止阀会自动关闭。逆止阀的型式有多种，主要包括：升降式、旋启式等。升降式的阀体外形像截止阀，压损大，所以在新型的换热站系统中较少选用。在阀门型号中用“H”表示。蝶阀：靠改变阀瓣的角度实现调节和开关，由于阀瓣始终处于流动的介质中间，所以形成的阻力较大，因而也较少选用。在阀门型号中用“D”表示。安全阀：主要用于介质超压时的泄压，以保护设备和系统，在某些情况下，微启式水压安全阀经过改进可用作系统定压阀。安全阀的结构形式有很多，在阀门型号中用“Y”表示。普通单向阀:普通单向阀是一种只允许液流沿一个方向通过,而反向液流截止的方向阀。如上图所示,普通单向阀由阀体、阀芯和弹簧等零件组成。阀的连接形式为螺纹管式连接。阀体左端(A端)的油口为进油口，右端的油口为出油口，当进油口来油时，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀芯锥面离开阀座，阀口开启，油液流经阀口、阀芯上的径向孔和轴向孔，从右端出口流出。若油液反向，由右端油口进入，则压力油与弹簧同向作用，将阀芯锥面紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。在这里弹簧的力很小，仅起复位的作。 液控单向阀 液控单向阀除进出油口P1、P2外，还有一个控制油口Pc。当控制油口不通压力油而通回油箱时，液控单向阀的作用与普通单向阀一样，油液只能从P1到P2。当控制油口通压力由Pc时，就有一个向上的液压力作用在控制活塞的下面，推动控制活塞克服单向阀阀芯上端的弹簧力顶开单向阀阀芯使阀口开启，正、反向的液流均可自由通过。第二节. 单向复合阀2.1 基本原理：具有独特的双向式设计，即内胆中的水压超过进水压力0.1-0.15Mpa时，单向阀将反向打开，热胀产生的水可回流到水管。用插装阀构成的液控单向阀及单向节流复合阀,当用于双方向控制时，采用两组带节流端部的二通插装阀及两组带活塞推杆及调节杆的控制盖板组成，可以取代传统的液控单向阀及单向节流阀各两个，当用于单向控制时，采用一组上述带节流端部的二通插装阀及一组上述控制盖板组成，可以取代传统的液控单向阀及单向节流阀各一个，从而达到减少零件数量，结构紧凑，减少体积和重量的目的。2.2 主要结构由：1.盖，材料为：铝黄铜。2.密封片，材料为：聚四氟乙烯。3.杆，材料为：黄铜棒。4.挡圈3.5，材料为：不锈钢。5.弹簧，材料为：不锈钢弹簧钢丝。6.弹簧，材料为：不锈钢弹簧钢丝7.密封垫，材料为：硅橡胶。8.挡圈，材料为：不锈钢。9.阀体，材料为：铝黄铜。10.阀芯，材料为：黄铜。结构如图：单向复合阀2.3 弹簧：弹簧作为弹性元件，在机械设备中的功用主要有：1.缓冲和吸振，如车辆用的减振弹簧；2.控制机构的运动或零件位置，如凸轮机构、离合器、阀门中的弹簧；3.贮蓄能量，如钟表和枪机中用的弹簧；4.测量载荷，如弹簧称中的弹簧。弹簧有多种类型，常见的有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面蜗卷板簧等。蜗卷弹簧因制造简便，故应用最广。板簧主要用作车辆减振装置。蝶形和环形压缩弹簧，用于重型缓冲装置。平面蜗卷弹簧又称盘簧，常用作仪表和钟表中的储能装置。根据对复合阀要求实现的功能，此结构中，选择用到两根弹簧（大，小各一根）。弹簧的设计： 根据中径D的大小设计出的两根弹簧的参数见下表：弹簧参数一览表参数名称及代号大 弹 簧（mm）小 弹 簧(mm)钢 丝 直 径d = 0.6d = 0.5中 径D= C d = 9.4D= C d = 5.8内 经D = D- d = 8.8D = D- d = 5.3外 径D = D+ d = 10D = D+ d =6.3圈 数n =10 n =8 n = 0.5n =8 n=6 n = 0.5节 距t=+d+=(0.28-0.5)D=2.82 （为F作用下弹簧相邻圈间的间距）t=+d+=(0.28-0.5)D=1.74 （为F作用下弹簧相邻圈间的间距）自 由 高 度Htn + (n-0.5d)=28.2(两端圈并紧磨平)Htn + (n-0.5d)=13.92(两端圈并紧磨平)螺 旋 升 角=5簧丝展开长度LDn=295.16LDn=145.696 弹簧的强度校核：我们设计的弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧，承受轴向载荷F。由于弹簧螺旋升角不大（ = 5< 9） 可以近似认为通过弹簧轴线的截面为圆形截面。在剖面上作用有剪力F和扭矩T，且T = F。F和T在剖面上共用作用形成的剪力为 = 8KFD/d,以最大工作载荷F代入得强度校核公式为： = 8KFD/d计算弹簧极限载荷F时，取K = 1。查表 = 0.5。中径D = 9.4mm的弹簧的剪力 = 0.256；同理：中径D =5.8m的弹簧的剪力=0.215。4）优点：防止了安全阀频繁开启排放热水造成水的浪费。解决了安全阀易积水垢而卡死的现象。达到了节约材料和器材的目的。使热水器在一处安装一个阀体就能够正常安全的工作了。第六章. 容积式电热水器目前，许多家庭用户都使用电热水器，原因是电热水器使用比较安全方便，又能够错过晚上用气的高峰期。容积式电热水器一般由箱体系统、制热系统、控制系统、和进出水系统四大部分组成。图为我设计电热水器的结构示意图。 1.外壳 2.保温层 3.内胆 4.镁阳极 5.出水管 6.炉膛 7.加热器 8.进水 9.体胀式温控器 10.节能温度控制器 11.电源线 12.保护罩 13.指示灯 14.温度表。第一节. 箱体系统箱体系统由外壳、内胆、保温层等构成，起到贮水保温的作用。外壳外壳是电热水器的基本骨架，大部分部件都安装或固定在上面所用材料有塑料、彩板、冷轧板、喷粉等几种。电热水器钢板外壳主要由筒身、上下端盖、挡块和挂架等组成，小鸭热水器为示：筒身由优质钢板经落料、冲孔、卷筒、压边、焊接而成，上面的孔用于安装挂架和温度指示仪表；上下盖经落料、拉伸、压边、焊接而成，下盖的孔较小的两个分别通过进水管，另一个小孔用于注射发泡，大孔用于安装和更换热器等部件；档块焊接在筒身下部，使热水器和墙面之间保持平衡。挂架通过螺栓与内胆的支撑块相连，两端焊接在筒身上，用于安装热水器。内胆内胆既是盛水的容积，又是对外加热的场所，其寿命决定于内胆的材料和制造工艺。常见内胆材料有镀锌铁板、不锈钢板和钢板内涂搪瓷三种。镀锌铁板使用时间一长，易生锈、腐蚀、且易漏、寿命也短；不锈钢使用寿命长，目前应用较广，但使用或则放置一段时间后，焊缝易产生漏水问题，且内胆易结污垢，影响水质；先进的内胆由优质钢板涂高石英的搪瓷构成，不易结污垢，水质卫生，其抗压、保温性能也比较理想，位于水箱中间的镁棒更可有效地保护搪瓷内胆。内胆由内胆上、下盖，筒身、进水管、出水管、法兰盘、地线夹内胆支撑筷等组成。筒身是内胆的中间部分，两端与上、下盖焊接在一起。下盖上的大孔用于焊接法兰盘与加热体装配连接，两个小孔用于焊接进、出水管。法兰盘焊接在内胆下个盖上，用于安装和固定加热体总成。内胆支撑块焊接在内胆筒身上，中间的两个螺孔栓与挂件连接，是连接内胆与外壳的主要零件，也是热水器挂在墙上的主要支撑部件。进、出水管端部有螺纹，用于连接管路和进水阀门。3.阳极棒贮水式电热水器中的阳极棒是一根金属镁棒，主要用来保护金属水箱不被腐蚀和阻止水垢的形成。镁是一种化学性能活泼的金属，其原子结构外层的两个电子容易失去，而与酸根相结合生成可容性盐。当水呈酸性时，它会首先与水中的酸根发生作用，或者说，它先腐蚀。当水中的酸根与镁作用后生成镁盐，水的酸度也随之降低，保护了水箱的铜或钢铁的镀锌层不被腐蚀破坏。镁棒长年累月的酸性水腐蚀，属消耗材料，一般没两年更换一次，更换和储存镁棒要注意安全，不要用明火焊接或点燃，也不能和带电电路短接，因它的燃点高，极易氧化，氧化时发出耀眼的闪光。4.保温层外壳与内胆之间的保温层，起减少热损失的作用，一般采用聚氨酯发泡、玻璃棉、石棉、纤维、毡和软木等。为增强保温效果，现多采用高密度聚氨酯发泡材料填充的新工艺，充填扎实，密封保温效果性好，即时12h不通电，水温仅下降2左右。5.炉膛炉膛用于安装加热体和限温器，是由炉膛底盘、炉膛管、炉膛帽、温控管、螺孔焊接而成，如图1-2-7所示。螺孔柱经钻孔攻螺纹，用于安装镁棒。6.电热管电热水器采用的电热元件多采用管状的结构,为提高热效率,直接放在水中加热,其形状可以根据内胆结构弯成U型或则其它的形状,金属护套常见为不绣钢或铜管。点加热管在通电后,其内部高电阻电热合金丝发热,通过金属管内的绝缘填充料导热至金属套管,起加热作用。电加热管的使用时间一长,在电加热管表面容易结污垢,不仅影响发热效果,而且会产生漏电现象。间接加热内胆中的水（通电后，首先预热周围的空气，然后通过钢板对水加热），使水电分离，不仅无漏电之忧，且可超快速加热。电热管的形状和在内胆中的位置电热水器产品基本为立式内胆，通常采用两根螺头式电热管，一上一下布置。其电热管可在超市购买（如Home Depot），损坏后用户自己可以进行更换。在国内电热水器主流设计为卧式结构，并且由于内胆加工工艺的要求，在一端的中部有一个直径100mm50mm的工艺孔，此孔用于对内胆内壁进行搪瓷处理来防止内胆锈蚀。因此电热管设计为带有一个相应大小的安装法兰，安装在此工艺孔中。由于水在加热时产生对流（热水往上流动），因此只有把电热管尽可能位于内胆的底部才能在很快的时间内把整个内胆中的水加热到设定温度。为了达到以上的对流效果，多数电热水器制造商采用“下潜”式设计，即安装法兰在中部，电热管往下弯曲达到内胆的底部，形状多式多样，型号繁多，需专业人员进行更改电热管，维修配件库存量庞大。因此，采用螺头式电热管，并在内胆一端靠底部的位置开一个小孔进行安装。在产品设计时，使电热管的形状简化（都为直线型）和标准化，使其型号从原来的几十种减少到少于十种。这种设计能使热效率大大提高，外管上结垢的速度也有较多的下降，同时在成本上也有很大的优势，总体成本会下降2040%左右。外管材料电热水器加热管常用的外管材料为：英格莱（Incoloy）800， 英格莱840，不锈钢316L，紫铜。英格莱800是目前国内采用的最好的外管材料，基本上都只用于高档机型上。英格莱840较常用，316L和紫铜不是很常用，但是在特定的水质地区却有优势。如中国的某些地区（河南、新疆）和中东，地下水中有较多的氯离子（高达80mg/L）和硫酸根离子（高达140mg/L）。如果此地下水不经过处理而直接用于热水器中，电热管外管如英格莱800或840可能在几个月内（更有甚者在几个星期内）产生点蚀而使电热管的外管穿孔而损坏。但如果外管为316L或铜管，其使用寿命可达到12年。漏电几乎所有的电热管都是用到损坏之后才进行更换的，而80%以上的电热管损坏都是由于外管腐蚀穿孔而引起。外管穿孔后，水进入电热管内部从而引起漏电。因此每台热水器都应有漏电防护装置或确保良好的接地。电阻丝由于水烧电热管的外管温度在90120ºC，因些绝大多数贮水式热水器中用的电热管都采用铁铬铝电阻丝，但如果是快速电热水器中高表面功率密度的电热管（>25W/cm²）或干烧电热管则Ni80电阻丝更为适用。因铁铬铝电阻丝中的铝在高温下更容易氧化，并且其氧化物与母材的热膨胀系数相差较多，因此氧化层在多次冷热循环中从母材剥落而暴露的铝又开始氧化，如此反复，电阻丝越来越细而最终断开。氧化镁许多电热管制造厂都采用了硅油外理的氧化镁粉，原因是水烧管内部温度较低，而硅油处理的氧化镁不会吸潮，在电热管制造过程中容易控制。但是当表面功率密度较高时，或由于外管结垢较厚，内部的温度升高，硅油在500ºC以上温度长时间会分解而产生气体（氢气，二氧化碳），此气体在电热管内部产生巨大的压力，从而产生“爆管”。（爆管的另一个原因是外管有孔后，水进入电热管，在电热管通电后，水迅速汽化，产生压力而胀破外管，或长期不用时，氧化镁与水形成体积更大的氢氧化镁。第二节. 控制系统的分类和比较电热水器的控制系统主要包括温控器和漏电保护器。2.1.温控器电热水器中使用的温控器主要有双金属温控器、蒸气压力式温控器和电子温控器。（1）热双金属片温控元件：热双金属片由热膨胀系数不同的两种金属薄片轧制结合而成，其中一片热膨胀系数大，另一片热膨胀系数小。在常温下，两片金属片保持平直；当温度上升时，热膨胀系数大的金属片伸长教多，是金属片向热膨胀系