强排式燃气热水器噪声的产生与控制分析

从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果强排式燃气热水器噪声的产生与控制分析随着人们生活质量的提高，家用燃气热水器的热水功能已经不能完全满足消费者的需求。国家十二五规划和即将出台的家用燃气热水器新国标已经把节能、环保列为评价家用燃气热水器性能的一项重要指标，因此，燃气热水器的噪声控制已经成为了生产企业急需解决的问题。控制燃气具产品的工作噪声，可以大大增加产品的附加价值，提高产品的市场竞争力，然而，在实际的生产过程中，即使是检验合格的产品，也会在气源、产品老化等因素的影响下产生噪声。下文通过对燃气热水器噪声理论的分析，总结出一系列消除和控制噪声的方法。1 燃气热水器噪声的主要类别噪声是由声源做无规则的非周期性的振动产生的，或者是由不同频率、不同强度的声音无规律地组合在一起而形成的声音。从环境保护角度出发，可以把所有对人类的生活、工作有妨碍的声音都称作噪声。热水器在工作时产生的噪声包括以下几种。 机械噪声机械噪声是由固定振动产生的。联盟风机转动的叶轮、壳体都会振动并产生机械噪声。1.空气动力性噪声当流动气体中出现涡流时，压力会发生突变，并引起流动切面、方向的突变和气流的扰动，进而产生空气动力性噪声。1.热交换噪声如果水在加热过程中局部汽化出现相变，就会使流动状态发生振动性变化，进而引起热交换噪声。1.燃烧噪声燃烧噪声主要包括层流、紊流火焰噪声和振荡燃烧噪声。通过实验发现，在减少一次空气、降低热负荷的条件下，层流火焰产生的噪声一般比较小，只有在一次空气系数大，单个火排承受的热负荷较高时，火焰才会一直处于离烟、回火的交替变化状态，并产生扰动，进而形成火焰噪声。紊流火焰中，如果气流处于紊流状态，则必然引起火焰扰动，进而产生噪声，可见紊流噪声在燃烧设备中占有重要地位。在各种燃烧噪声中振荡燃烧所引起的噪声影响最大，它配合空气动力性噪声，可使热水器产生共振，并使燃烧工况急剧恶化，严重时可能会对生命安全造成严重威胁。1.水流撞击噪声如果在热水器正在工作时迅速关闭出水后置阀门，水流就会由于惯性作用而撞击盘管，并产生水流撞击噪声。控制热水器噪声的原则和措施燃气燃烧其实是一个非常复杂的化学反应过程，其反应过程中的噪声形成机理也十分复杂。容易产生燃烧噪声的情形主要有以下两种：火焰频繁在离烟、回火之间交替性抖动，造成水箱内燃烧压力波的振荡和放大，进而形成共振噪声；在部分预混燃烧过程中，由于一次空气系数计算不合理或燃烧器的设计缺陷、加工误差，特别是在强抽式燃气热水器中，很容易造成火焰的紊流扰动，进而产生噪声。 二次空气导风板的使用实验证明，火排转弯流道的切面积越大，流动阻力越小，燃烧就会越趋于稳定。另外，在离焰与回火区域调整流道的局部压形可以很好地控制局部火孔阻力的大小，从而可以控制好流速与燃烧速度的关系，避免离焰和回火的发生。对于多个火排组成的燃烧系统，为了更好地控制燃烧的稳定性，在实际应用过程中，可以在保证燃烧器不改变的前提下，在燃烧器下部增设二次空气导风板。这样不仅可以在一定程度上控制二次空气与一次空气的配比，还可以减少火焰的紊流扰动，破坏燃烧放热变化q与燃烧室内压力波p之间的相位差，符合瑞利准则而引发的燃烧振荡。二次空气导风板的增设位置如图1所示。该方法由于改动成本低、见效快，因此在强抽式燃气热水器中得到了广泛的应用。燃气从喷嘴喷出，进入中心回流区与高速旋转的气流混合，由于气流高速旋转、扰动，因此造成火焰面极不稳定，并发出强烈、高频的声音。这种情况会在单个火排超负荷工作时容易出现，特别是在大负荷强抽机中。设计燃气热水器时，应合理选择燃烧器的数目和设计参数，以稳定燃烧器的火焰，减少其工作中的噪声。2.正确选择燃气比例阀正确选择燃气比例阀对热水器的稳定燃烧也有着重要的作用。在实际设计过程中，企业为了节省成本，一般会采用低升数阀体来做高升数热水器，致使阀体的开度达到极限值，严重影响了阀体的稳压效果，进而造成气流的不断波动，燃烧很不稳定。比例阀的合理控制可以减轻甚至消除点火爆燃，对于分段式燃气热水器来说，将点火热负荷减小到额定负荷的50%且减少参与点火的火排数，能够有效预防点火爆燃的出现，因此正确选择燃气热水器点火负荷对整机燃烧的稳定性非常重要。2.气流分配网板和集烟罩导流板的使用目前的燃烧技术和燃烧排烟装置的不完善造成了燃烧系统内气流量的不均，表现为集烟罩抽风口之外的边角处容易形成涡流，此处的烟气不能及时排出，影响了整机的工作。通过集烟罩抽风口下侧的气流分配网板和集烟罩导流板，可以使燃烧系统内部的气流分布均匀，减小排烟阻力，优化燃烧工况，进而减小燃烧噪声，遏制燃烧共振。实验表明，当导流板的倾斜角度为12°时，其排烟阻力较小。为了减少死角处的涡流，导流板和气流分配网板的设计要在实验中不断调整，最后结合产品的整体结构确定最终方案。2.合理加工喷嘴、喷气管和气阀芯设计燃气在流经喷嘴、喷气管、气阀芯等气路时应该圆角过渡，保证气流通畅，避免锋利的毛刺。实验表明，当燃气以很快的速度流经带直角边或毛刺的流道时极易发出尖叫声。为了消除这种噪声，可以降低燃气的流速，并对气阀芯做优化设计，具体实施方式如图2所示。在图2中，气流沿角度A流出气阀芯，然后与气阀体内壁相碰撞，流速下降，尖叫声被消除，其中，角度A的度数由试验得出。2.合理布置盘管合理布置盘管可以减少气化噪声。水在加热过程中，如果局部气化出现相变，就会使水流的流动状态发生振动性变化，并引起热交换噪声，即汽化噪声。水加热汽化发出声音是一种自然现象，但这种噪声也会影响用户对热水器的使用。实验表明，将几根连续的进水直管置于近燃烧器端可以有效地减少或消除汽化噪声，进水管的位置示意图如图3所示。2.提高风机的装配精度提高风机的装配精度，可以消除风轮因不平衡性运转而发出的机械噪声。在燃气热水器中，由风机引起的噪声主要表现在风速与燃烧负荷的配比上。根据燃气比例阀的I-Q特性来确定电流的大小，确定每一负荷点位的风机转速，以实现燃气与空气的比例调节，进而使热水器无论在哪一负荷点都能稳定燃烧。风速与气流量的合理配比，不但可以使燃烧系统内气流通畅，减小噪声，还可以使燃气充分燃烧，提高产品的热效率，并减少有害气体的排放，实现真正意义上的低碳环保。结束语通过理论与实际相结合的方式，归纳并总结了燃气热水器在工作过程中产生的几种常见噪声，并提出了相应的解决措施。其中，部分给出的只是方向性的指引和趋势性的研究，对于不同的产品，在具体实施过程中还应通过不断的试验来完善其内部结构与燃烧系统所需要的技术参数，从而达到控制噪声的目的。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。