CN104501859A - 一种移动一体式燃气灶具综合性能测试实验用测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

一种“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置，包括原料气供给装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、压力显示仪、电动开关阀、气体过滤器、安全放散阀、气体流量表、远控燃气调压器、燃烧器前阀门；所述燃烧器前阀门出口与测试燃气具连接，测试燃气具上安装有测试用锅，测试用锅的锅盖上装有测水温热电偶或水银温度计和搅拌器，测水温热电偶的温度信号通过数据/信号传输线传输至控制主机。本装置从各种配气试验气源端到测试燃气灶具末端的全流程能效及燃烧特性检测系统，对燃气灶具的气密性、热负荷、燃烧工况、热效率、烟气排放指标、温升等进行分项测试和检验，以评估和量化燃气灶具的热工、安全性能。

Description

一种移动一体式燃气灶具综合性能测试实验用测试装置及其测试方法

技术领域：

本发明属于一种测定燃气灶具综合性能的测试实验方法，特别涉及一种对燃气灶具热工、安全等性能进行综合测定和评价的技术方法和实验系统。

背景技术：

燃气灶具性能测试，主要包括气密性、热负荷、燃烧工况、温升、耐热冲击、耐重力冲击、安全装置、使用性能、电气性能、耐用性能等项目。家用燃气灶具，与燃气气质和燃烧有关的关键项目指标主要有四项：①能效指标，如热负荷及热效率；②燃烧工况，如脱火、回火及CO超标；③烟气排放指标，如CO及NOx浓度；④安全性，如气密性、安全装置等。这是我们在生产研发、定型检测和其他检测时要测试的核心项目。

针对上述关键测试项，常规做法要满足四个基本条件：①有合适的基准气源和界限气，一般建设专用配气站和输送配给管道；②有测试台位或实验测试台，一般建设专用实验室及测试台位；③有记录和测量燃气或水的流量、压力、温度等参数的仪器仪表或装置，一般以手工或电脑辅助完成；④有分析和整理实验数据的装置，一般以手工或电脑辅助完成。

目前的技术发展现状是，已有部分家用燃气灶具的能效或综合性能测试台，可以实现上述四个基本条件中的第②、③或第②、③、④项中的部分功能，如能效指标中的燃具热负荷、热效率，及烟气排放指标。但由于气质限制，无法实现直接测量燃气具的燃烧工况。一般需要安装配置一定量的配气管路系统，通过专用或室内配气机，配制不同的界限气，或购买价格昂贵的成瓶装界限气，进行一系列的独立试验，测试如脱火、回火及CO超标等。但是尚未有实现集试验气配制、气质组分调整、燃气计量、过程参数(如温/压)测控、气密性试验、能效检测、燃烧工况测试、烟气分析、安全性能、流程控制等多功能于一体的燃气具性能测试方案或系统装置。本发明拟在为解决如上技术难题，而推出一套新型的燃气灶具综合性能测试试验方法和测试系统。

本人于2009年提出了ZL 2009 1 0068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》专利及ZL 2009 2 0095801.5《一种确定燃气具燃烧适应域或燃烧工况的装置》专利，于2010年提出了ZL 2010 2 0206874.X《确定燃气具燃烧特性的测试实验装置》及2010 1 0185656.7《确定燃气具燃烧特性的测试实验系统》专利，于2011年提出了ZL 2011 2 0219538.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的实验系统》及2011 1 0173507.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法及所用测试装置》，意在探索、建立和完善燃气具气质适应性和燃烧工况的测试方法，开发出一种燃气具测试装置，实现对燃气具的燃烧特性、气质适应性及运行工况的测试和量化评价。

就上述6个专利的侧重点进行分析，具体而言：

(1)专利ZL 200910068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》

该专利公开了一种以燃气的不同配气试验气，确定燃气具在正常燃烧时，燃具设备适应燃气成分变化的范围(燃气具的适应域)的方法，该方法采用多种单一气体组分或多种多气体组分配制出各类燃气的不同试验气，在同一燃气具上进行燃烧工况测试，根据出现黄焰或不完全燃烧、回火、脱火等极限燃烧现象所对应的不同燃气组分比例，进行相应的配气组分调整，分别配制出多组与出现上述极限工况所对应的配气试验气；然后计算出在上述极限工况时所对应配气基准气及试验气的燃烧特性指数，如华白数、燃烧势以及热值、C3及以上组分含量、相对密度、燃气燃烧速度、黄焰指数、结碳指数；选取具有代表性的基准气及试验气的某二个或三个燃烧特性指数，建立二维或三维坐标系；这些选择的燃烧特性指数对应坐标点连成的曲线(面)所围成的封闭区域(体)，就构成了燃气具稳定燃烧的适应域。

(2)专利ZL 200920095801.5《一种确定燃气具燃烧适应域或燃烧工况的装置》

该专利公开了一种实现燃气具燃烧适应域或燃烧工况确定的装置，该装置可将多种配气原料气以设定或计算的任意体积或质量比例进行混配，由计算机自动或手动控制各路原料气的流量或质量，实现多路原料气体可以同时或依次动态输出；也可以其他几种原料气组分固定，逐步改变某一组分，达到配制不同界限气的目的，可以连续、自动改变某种原料气源组分；完成配气等工艺流程。多种原料气输出混合后形成各种燃烧工况的试验气。其特征是：由多路单一气体组分或多路多气体组分组成配气原料气输送支管路，各支管路上分别依次安装压力调节装置、压力计量装置、支管路控制阀门，各原料气体支管路经压力调节、计量后，形成原料气总汇管路；该原料气总汇管路与总混合气体输送管路的输入端口连通，总混合气体管路中间连接有混合气储存装置，混合气储存装置的出口末端连通待测的燃气具。

(3)专利ZL 201020206874.X《确定燃气具燃烧特性的测试实验装置》及201010185656.7《确定燃气具燃烧特性的测试实验系统》

该专利公开了一种确定燃气具燃烧特性曲线的测试实验装置或系统，该装置或系统可通过动态、高精度的自动配气装置和燃烧特性测试控制软件系统，随机的、按照既定要求或程序、配制合适组分的试验气或界限气；通过燃烧测试控制系统得到燃具的不同极限燃烧工况，根据测得的各极限工况所对应的各路燃气或原料气的具体组分，计算出混合燃气的燃烧特性参数，根据相应燃烧特性参数形成各种燃烧特性曲线及基准气点位，以此描述燃气具的燃烧性能。其特征是：由原料气体供应装置Ⅰ、支管路气体流量计量与控制装置 Ⅱ、管路切断装置Ⅲ、放散装置Ⅳ、混合燃气管路稳压装置Ⅴ、压力计量与反馈装置Ⅵ、阻火装置Ⅶ、终端燃气具燃烧器及测试装置Ⅷ、烟气分析和数据处理装置Ⅸ、数据转换装置Ⅹ和工控机Ⅺ组成。

(4)专利ZL 201120219538.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的实验系统》

该专利公开了一种测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的实验系统，该系统由原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成。本实用新型的优点是：①可高精度地完成燃气试验配气。②可进行燃气具气质适应域的量化测试。③可进行燃气具燃烧工况的随机测试。④可进行运行压力和流量的随机调节。

(5)专利201110173507.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法及所用测试装置》

该专利公开了一种测定燃气具的气质适应域或燃具燃烧工况的方法，主要是调整燃气具的运行工况，使分别在极限工况下燃烧，一般分别测试脱火(离焰)、回火、CO超标或黄焰等燃烧工况，进行一系列极限工况状态点时对应界限燃气组分的分析，计算对应的燃烧特性参数，绘制各燃气具的燃烧特性曲线；或按照实验要求，在不同运行工况下，测定燃气具的燃烧工况和性能参数。该方法所使用的测试装置，由原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数模转换模块、控制主机、数据/信号传输线构成。其软件系统为燃气具气质适应域或燃烧工况测试程序控制软件系统。本专利建立了测试燃气具气质适应域或燃烧工况的技术方法和实施路线，为燃气具实验测试行业提供了测试方法和技术平台，可测定不同燃具热负荷时的气质适应域及燃烧工况。

综合前述各个专利而言，各有其优缺点，主要是：

(1)专利ZL 200910068118.7《燃气具燃烧适应域的确定方法》提出了一种确定燃气具燃烧适应域的方法，主要公开了通过配制脱火、回火和CO及黄焰等界限气，选择具有代表性的基准气及试验气的燃烧特性指数，建立二维或三维坐标系，形成燃气具燃烧适应域。

(2)专利ZL 200920095801.5《一种确定燃气具燃烧适应域或燃烧工况的装置》，主 要公开了通过配制燃气具的基准气及界限气，混合后形成各种燃烧工况的试验气，以测试和确定燃气具对气质适应性的装置。主要提出了确定燃气具气质适应域和燃烧工况的装置，实际操作上使用了多台气体压力调节器和混合气罐。

(3)专利ZL 201020206874.X《确定燃气具燃烧特性的测试实验装置》及201010185656.7《确定燃气具燃烧特性的测试实验系统》主要提出了如何快速准确的配制试验气，通过何种装置或系统来实现。在专利中公开了可行的方法和硬件连接流程，主要是各配气原料气支管路单独进行体积或质量计量后混合输送，按照不同工作压力，在总混气管路上进行并联分路输送的流程方式。该装置技术上简单方便，原理可行，但在实际测试操作中，由于需进行不同工作压力条件下的多支路并联切换和状态改变，导致软件控制和硬件安装繁杂。

(4)专利ZL 201120219538.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的实验系统》提供了一种实现测定燃气具气质适应域或燃烧工况的实验系统。该实验系统可通过优化的实验测试控制软件，在既定的燃具热负荷流量下，基于系统内动态、高精度的多支路自动配气装置，配制合适气质组分的燃具燃烧试验气或界限气；通过新开发的混合气总管上的气体压力调节装置，输出合适的运行压力，以得到燃具的不同燃烧工况。意在通过软件控制和硬件调整，实现测定燃气具的气质适应域或燃烧工况。

(5)专利201110173507.3《一种测定燃气具气质适应域或燃烧工况的方法及所用测试装置》提供了一种新的、优化的方法路线，对实验步骤进行了重新设计，可达到流程科学、测试时间短、前后测试次序衔接合理、节省试验用气的目的。以该装置实现测试燃气具的气质适应域或燃烧工况。

基于以上分析，以前的各专利意在通过快速精准的配气，根据设计好的流程和路线，实现测试燃气具的气质适应域，主要是燃具的燃烧工况指标，如脱火、回火和CO超标或黄焰极限等工况测试。但是如气密性、热工、能效指标(主要是燃具热负荷、热效率)、安全性能、烟气排放指标等关键项目的测试方法和流程，并没有在上述任何专利所提及的方法和装置中涉及或实现。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验的方法及其所用系统，该方法和装置可提供一种可移动、撬装式的综合测试设备，提供从各种配气试验气源端到测试燃气灶具末端的全流程能效及燃烧特性检测系统，对燃气灶具的气密性、热负荷、燃烧工况、热效率、烟气排放指标、温升等进行分项测试和检验，以评估和量化燃气灶具的热工、安全性能。同时，本发明对实验步骤进行了优化设计，可达到测试项目多、 测试时间短、前后测试次序衔接合理、流程科学、节省试验用气的目的。

该测试方法和实验装置可通过建立的硬件子系统和编制的实验测试控制子系统，对某一额定热负荷的燃气灶具，基于系统内实时、高精度的多支路自动配气装置，配制合适气质组分的燃具燃烧试验气或界限气；通过混合气总管上的气体压力调节装置，调出合适的测试运行压力，依据提出的步骤对燃气具进行检测和试验。

本发明的技术方案是：一种“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置，包括由多路单一气体或多路多组分气体组成的配气原料气支管路，各支管路上分别依次安装有原料气供给装置、支管路气体流量计量装置和管道阀门后汇合连接至原料气混合母管，该混合气母管与总混气输送管路的输入端口连通；总混气输送管路上依次安装有压力显示仪、电动开关阀、气体过滤器、安全放散阀、气体流量表、远控燃气调压器、燃烧器前阀门；所述燃烧器前阀门出口通过连接软管与测试燃气具连接；其中：气体流量表、压力显示仪、远控燃气调压器、燃烧器前阀门皆通过数据/信号传输线与控制主机的数据转换模块连接，实现气体流量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；其特征在于：测试燃气具上安装有测试用锅，测试用锅的锅盖上部装有测水温热电偶或水银温度计和搅拌器，测水温热电偶的温度信号通过数据/信号传输线传输至控制主机。

所述的“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置的测试方法是：采用系统自带的空气气源或氮气气源管路，或外接专用检漏仪，以标准或规定的某压力值对燃气具进行气密性试验之后，根据燃气灶具铭牌上标注的燃气气质类别、额定供气压力和额定热负荷参数，依次进行燃烧工况试验、热负荷或热输入测试试验、烟气排放指标测试、热效率测试、温升测试和安全装置试验；然后依据系统自带的数据采集温度、压力、流量仪器仪表，实时传输实验过程中试验燃气的相关参数、燃气灶具测试用锅内介质的相关参数完成一系列燃气具气密性、热负荷、燃烧工况、热效率、烟气排放、温升、安全装置的试验过程。

所述搅拌器上部可安装有远控电控执行机构，该执行机构的输出端口与控制主机连接。

所述测试用锅的下部安装有烟气取样器圈，该烟气取样器圈与烟气分析仪连接，该分析仪的输出端通过数据线与主机的串口连接。

本发明通过建立的硬件系统和编制的实验测试软件系统统，在给定灶具热负荷对应的燃气流量下，基于试验气配制子系统，配制合适气质组分、压力的试验气或界限气，对燃气具进行检测和实验，完成相关热工、安全等测试过程。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、建立了测试燃气具综合性能的实验方法和技术路线，为燃气具实验测试行业提供了全自动的测试平台。

2、本专利以“移动一体式”建立的综合实验测试系统，结构灵活，组装便捷，占地面积小。

3、该专利系统集试验气配制、气质组分调整、燃气计量、过程参数(如温/压)测控、气密性试验、能效检测、燃烧工况测试、烟气分析、安全性能、流程控制等多功能于一体，功能强大、模块化设计，利于维护和后续升级。

3、该装置为企业小型、高质化实验室建设提供了技术手段和检测装置，省去了昂贵配气站的配套建设运营费用，节约大量资金。

附图说明：

图1是本发明装置的系统流程图。

其中：1-管路阀门；2-流量计量装置；3-原料气输送支管路；4-混合气母管；5-压力显示装置；6-总混气管路紧急切断阀；7-过滤器；8-安全放散阀；9-流量计；10-总混气输送管路；11-远控混气压力调节装置；12-燃烧器前阀门；13-连接胶管；14-测试用燃气具；15-烟气取样器；16-烟气分析仪；17-数据转换模块；18-控制主机；19-数据/信号传输线；20-测试用锅；21-测水温热电偶(水银温度计)；22-搅拌器(可带远控调节)。

具体实施方式：

一种“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验的方法，依照下列步骤进行：

(1)进行气密性试验。

将燃气灶具摆放或落地安装在测试台位上，用专用气体检漏仪或系统自带的空气或氮气管路，检查燃气具燃气系统及燃烧系统的气密性。

(2)燃烧工况调整。

按照燃气灶具铭牌标示的基准气源类别、额定供气压力和额定热负荷参数，设定好基准气，燃烧点火；通过调节灶具下部的空气风门，调整出灶具的最佳燃烧工况，维持该状态不变，完成所有试验过程。

(3)进行热负荷试验。

使用灶具标注的额定压力及基准气，在单个或全部燃烧器点燃后15-20min时段内，通过燃气参数计量子系统的流量监控仪表，使燃气流量流通某一固定数值如10升，且测定时间不小于1min，重复测定两次以上，取测定流量和时间的平均值，计算实测热负荷、实测折算热负荷，计算额定热负荷精度。并进行过程数据记录。

(4)燃烧工况试验 

通过流程控制子系统，配制合适的试验气和界限气，调整至规定的试验气、界限气组分和试验气压力，分别检测灶具的脱火、熄火、回火、接触黄焰、黑烟、燃烧噪声、熄火噪声等条款。并进行过程数据记录。

(5)测试烟气排放指标

根据实测热负荷，选择合适的下限测试用锅，注入适量的自来水后，放置在灶具上，安装好烟气取样器，测定烟气中的CO等组分含量。并将测试数据传输到流程控制子系统。

(6)测定热效率 

根据实测热负荷，选定热效率测试用的上下限测试用锅，即上限锅和下限锅，分别加入适量水。按照标准要求的步骤，流程控制子系统控制测试锅上的搅拌器，按照固定的速率搅拌，锅内的水温由安装在锅上的热电偶或温度计读出，当水温升至合适数值时，控制系统发出指令，切断燃气管路。由此得出该温升下的燃气消耗量，关掉燃气后继续搅拌，所达到的最高温度作为最终温度，由热电偶或温度计量仪表传输至控制主机。计算出该燃烧器的实测热效率。

(7)温升试验

将灶具需要测定温升的部件或位置，安装布好热电偶后，点燃所有燃烧器，将燃烧器阀门开至最大，测温部位温升恒定后(升温时间最长不超过1h)，用热电温度计或热电偶测量并记录灶具及其表面、周边的温升数据。并实时记录传输相关测试数据。

如图1所示：上述方法所使用的测试装置，包括硬件系统和软件系统两部分。其硬件系统由原料气供应装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门、混合气母管、混气压力显示装置、混气管路紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃气具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门、连接软管、测试用燃气具、烟气取样器、烟气分析仪、数据转换模块、控制主机、数据/信号传输线、测试用锅、测水温热电偶(水银温度计)、搅拌器(可带远控调节)构成。其软件系统为燃气灶具综合性能测试实验控制软件系统。

其中，由多路单一气体或多路多组分气体组成配气原料气支管路，各支管路上分别依次连接原料气供给装置、支管路气体流量计量装置、管道阀门后，连接至同一原料气混合母管；该原料气混合母管与总混气输送管路的输入端口连通，总混气输送管路上依次连接有混气压力显示装置、混气紧急切断装置、气体过滤器、安全放散装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置、燃烧器前阀门，阀门出口通过软管与燃气具连接。其中的支管路气体流量计量装置、混气压力显示装置、远控混气压力调节装置、燃具燃烧器前压力显示装置，皆有数据/信号传输线与控制主机的数模转换模块连接，实现气体流 量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；烟气分析仪通过数据线与主机的串口连接。混气紧急切断装置与控制主机相连接。

上述各支管路气体经流量(体积或质量)计量、调压后，由连接管道和燃气具燃烧器引入管接头相连。燃气具燃烧器上部连接有烟气取样器和测试用锅，对燃烧烟气进行取样、分析和数据传输，对测试锅内的水温进行搅拌和计量，并将水温实时传输；燃气具的燃烧工况通过火焰监测器或人工进行监控。

上述实验装置的燃气灶具综合性能测试实验控制软件系统，是在控制主机内，按照一定运行规则编译的，可以实现燃气具测试所需的试验气配制、气质组分调整、燃气计量、过程参数(如温/压)测控、气密性试验、能效检测、燃烧工况测试、烟气分析、安全性能、实时流程控制、数据处理、保存和打印功能的综合软件系统。通过程序控制燃气试验气配制子系统内管路的气体流量和阀门开度，得到合适的燃气流量；通过软件系统控制混气总管路上的混气压力调节装置，实现输出恒定的或连续变化的运行压力；并接收测试实验系统中的流量、压力和温度等燃气数据，及烟气中的CO、O₂、CO₂、NOx含量等数据，与燃具测试用锅内的水温实时监测数据、燃烧工况信号；实现燃烧流程控制、数据接收与处理、运行工况分析、试验曲线绘制、计算结果存储、打印等功能。

上述实验装置可以实现：

①移动、撬装式的供/配气。通过小巧灵活的的试验气配制子系统，完成试验气的配制；可模拟配制不同城市的燃气组分，精确配制不同的燃气具的基准气或试验气。

②燃气具性能综合试验测试。可以动态实时的配制燃具测试用各种试验气或界限气，进行燃气具各种性能的试验测试。

Claims (4)

1.一种“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置，包括由多路单一气体或多路多组分气体组成的配气原料气支管路，各支管路上分别依次安装有原料气供给装置、支管路气体流量计量装置和管道阀门后汇合连接至原料气混合母管，该混合气母管与总混气输送管路的输入端口连通；总混气输送管路上依次安装有压力显示仪、电动开关阀、气体过滤器、安全放散阀、气体流量表、远控燃气调压器、燃烧器前阀门；所述燃烧器前阀门出口通过连接软管与测试燃气具连接；其中：气体流量表、压力显示仪、远控燃气调压器、燃烧器前阀门皆通过数据/信号传输线与控制主机的数据转换模块连接，实现气体流量、压力等电压或电流信号和控制指令的双向/单向传输；其特征在于：测试燃气具上安装有测试用锅，测试用锅的锅盖上部装有测水温热电偶或水银温度计和搅拌器，测水温热电偶的温度信号通过数据/信号传输线传输至控制主机。

2.一种根据权利要求1所述的“移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置的测试方法，其特征在于：采用系统自带的空气气源或氮气气源管路，或外接专用检漏仪，以标准或规定的某压力值对燃气具进行气密性试验之后，根据燃气灶具铭牌上标注的燃气气质类别、额定供气压力和额定热负荷参数，依次进行燃烧工况试验、热负荷或热输入测试试验、烟气排放指标测试、热效率测试、温升测试和安全装置试验；然后依据系统自带的数据采集温度、压力、流量仪器仪表，实时传输实验过程中试验燃气的相关参数、燃气灶具测试用锅内介质的相关参数完成一系列燃气具气密性、热负荷、燃烧工况、热效率、烟气排放、温升、安全装置的试验过程。

3.根据权利要求1所述的移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置，其特征在于：上述搅拌器上部可安装有远控电控执行机构，该执行机构的输出端口与控制主机连接。

4.根据权利要求1所述的移动一体式”燃气灶具综合性能测试实验用测试装置，其特征在于：上述测试用锅的下部安装有烟气取样器圈，该烟气取样器圈与烟气分析仪连接，该分析仪的输出端通过数据线与主机的串口连接。