CN113685582A - 一种机械式炉灶空燃比控制装置及其阀路开孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炉灶空燃比控制技术领域，具体涉及一种机械式炉灶空燃比控制装置及其阀路开孔方法。本发明的装置包括主风管，主风管的侧壁处布置分流泄压管，分流泄压管的出风端布置封板，所述封板上贯穿布置连通分流泄压管及主风管管腔的泄风孔；该装置还包括与封板面贴合的分流挡板，从而通过分流挡板相对封板处泄风孔产生的横移或转动动作来实现泄风孔处风通量的调节操作；该装置既可满足不同火力下的精确空燃比调节需求，又兼具构造简单紧凑、工作可靠稳定、使用寿命长和成本低的优点。本发明的另一个目的在于提供一种基于上述机械式炉灶空燃比控制装置的阀路开孔方法，从而通过简便快捷的机械开孔方式来具体化的实现分流泄压管的工作可靠性。
Description
技术领域
本发明属于炉灶空燃比控制技术领域，具体涉及一种机械式炉灶空燃比控制装置及其阀路开孔方法。
背景技术
商用炉灶要想提高燃烧效率，合适的空燃比极为关键。国内商用炉灶行业通常采用以下操作方式：①独立调节燃气和风量的流量，此方法的缺点是空燃比调节不准和操作不方便。②燃气阀处气门和主风管内的风门通过链轮调节或同轴同步进行联动调节，从而达到拧动气门即可使风门产生同步联动动作的目的。此控制方式应用较广，其好处在于一次动作即可实现同时实现炉灶火力与风量的相关调节；坏处则在于，由于炉灶在不同火力下的空燃比是变化的，并非如齿轮啮合比或同轴同步转动一样为固定值，因此无法满足宽火力范围的精确空燃比调节需求。③通过对风机交流电机的变频调速实现风量调节，以满足不同火力下的精确空燃比；但由于成本较高，低电压低功率的单相交流电机的变频调速是不经济的，市场应用极少。④通过对直流电机的调速实现风量调节，以满足不同火力下的精确空燃比。此方案存在成本较高、电路控制较为复杂、故障率较高的缺点，普及性也较差。⑤通过空燃比例阀实现空燃比控制。由于其技术原理的缘故，存在成本高和空燃比特性曲线无法调节的缺点，且必须每年做一次维护，售后服务工作量较大。这也导致其应用受限。
显然，如何针对市场现状而研发出一种空燃比控制结构，使之既可满足不同火力下的精确空燃比调节需求，又兼具构造简单紧凑、工作可靠稳定且成本低的优点，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种机械式炉灶空燃比控制装置，其既可满足不同火力下的精确空燃比调节需求，又兼具构造简单紧凑、工作可靠稳定、售后服务简单易行且成本低的优点。本发明的另一个目的在于提供一种基于上述机械式炉灶空燃比控制装置的阀路开孔方法，从而通过简便快捷的机械开孔方式来具体化的实现分流泄压管的工作可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种机械式炉灶空燃比控制装置，包括进风口与风机出风口相连通的主风管，其特征在于：所述主风管的侧壁处布置分支管路从而形成分流泄压管，所述分流泄压管的出风端布置用于密封该出风端的封板，所述封板上贯穿布置连通分流泄压管及主风管管腔的泄风孔；该装置还包括面贴合于封板上的分流挡板，从而通过分流挡板相对封板处泄风孔产生的横移或转动动作来实现泄风孔处风通量的调节操作。
优选的，所述封板、分流挡板以及分流泄压管均同轴布置，与分流挡板同轴并驱动分流挡板产生转动动作的风调节轴通过偏心铰接连杆或链传动或齿轮传动来连接燃气气路处的气调节轴，从而实现气路与风路的联动动作。
优选的，所述分流泄压管包括彼此轴线平行的主分流泄压管和副分流泄压管，两组分流泄压管处分流挡板的外壁处均布置偏心轴，沿主分流泄压管和副分流泄压管外壁跨接的连接杆的两端均水平铰接在偏心轴上，从而实现两组分流泄压管处分流挡板的联动动作。
优选的，主分流泄压管处风调节轴的延伸段径向贯穿主风管，该延伸段端头处布置小连杆从而铰接所述偏心铰接连杆；所述偏心铰接连杆杆长方向平行于主风管，径向且垂直风调节轴的延伸段方向。
优选的，副分流泄压管处风调节轴的延伸段同样径向贯穿主风管；两组风调节轴的延伸端处均套设有压簧，压簧一端抵紧在主风管外壁处，压簧的另一端沿延伸端的延伸方向顺延并与紧固在风调节轴上的限位螺母或限位板间形成抵紧配合，从而使得分流挡板的内端面能通过压簧的弹性回复力而贴紧在封板外端面处。
优选的，气调节轴通过调节手柄驱动从而产生可控的回转动作；气调节轴上还固定有用于标示气调节轴旋转角度的拨盘，偏心铰接连杆的相应端铰接在拨盘的悬臂角处。
优选的，所述泄风孔为扇形孔，泄风孔的两扇形直边沿圆形板状的封板的径向延伸设置，泄风孔的两扇形弧边与封板共圆心；位于分流挡板外端面处的径向杆的固定端固定在分流挡板的圆心处，径向杆的另一端沿分流挡板径向延伸且形成可供装配偏心轴的装配端。
优选的，在主风管上的出风口与分流泄压管之间的一段管路上布置固定风门。
一种应用所述机械式炉灶空燃比控制装置的阀路开孔方法，其特征在于包括以下步骤：
①启动风机；将主分流泄压管和副分流泄压管处分流挡板保持为未打开，此时泄风孔处于被分流挡板所完全封闭的封堵状态；调节固定风门的开合角，直至使其满足在燃气阀门开启到最大角度时，且燃烧器指标满足国标要求的前提下，空燃比达到最佳状态；之后，保持固定风门位置不变，再调节燃气阀，使燃烧器保持离焰状态；
②在燃气阀自最大开启位置旋转到关闭位置范围内，于主分流泄压管和副分流泄压管处封板外端面处沿周向取样n个转角点，也即在主分流泄压管处封板外端面处沿周向依序取点并命名为P1、P2...Pn，副分流泄压管处封板外端面处沿周向依序取点并命名为P1’、P2’...Pn’，并在分流挡板依次遮挡P1、P2...Pn位置时，逐个依次将主分流泄压管处封板外端面用开孔工具开孔或扩孔，以形成所述泄风孔；
③当主分流泄压管处封板外端面处泄风孔已开孔至最大时，燃烧器仍然离焰，也即仍然存在泄风不足现象时，再按照②步骤所述方式，在副分流泄压管外端面开设或扩孔出泄风孔。
优选的，所述②步骤的具体做法是：当燃气阀的气调节轴转动，使得风调节轴驱动分流挡板到达Pn位置时，燃烧器离焰，此时需在Pn-1和Pn位置间的封板外端面处从小到大扩孔，直至达到最佳空燃比为止；主分流泄压管处各泄风孔的扩孔以此类推；
所述③步骤的具体做法是：当主分流泄压管处开孔已到最大却仍然泄风不足时，可在副分流泄压管处开孔泄风，也即，在Pn-1、Pn位置间，主分流泄压管泄风不足导致燃烧器仍然离焰，此时可在副分流泄压管的封板外端面的Pn-1’、Pn’之间位置处从小到大扩孔泄风，直至达到最佳空燃比为止。
本发明的有益效果在于：
1)、常规的管内调节方式往往无法达到精准的空燃比，原因在于主风管内径是固定的，而相应的位于管内的构成风门的圆形阀片也是固定的，这使得在圆形阀片沿径向旋转轴转动的过程中，风通量的变化是非线性且不可控的。这导致上述管内调节方式只能确保某一个功率点处也即某一特定火力下的空燃比较佳，其他功率范围空燃比则是无规律变化或者很难捕捉到适用规律，从而导致在其他火力下几乎无法准确配风。
与因存在非线性调节缺陷而导致炉灶空燃比控制不准确的传统管内控制方式不同，本发明创造性的提出了独特的“管外分流”的概念，通过在原本主风管的旁侧布置分支管路，并在分支管路的出风端布置由带有封板的泄风孔和可启闭泄风孔的分流挡板。此时，在风机的转速和出风量保持不变的情况下，理论出风量Q0＝燃烧器所需风量Q1+旁路分流风量Q2；换言之，当分流挡板启动并露出足够大的泄风孔时，分支管路的旁路分流风量增大，那么连通主风管出风口的燃烧器所需风量就会随之降低，从而在风机保持固定转速的前提下，巧妙实现了在线的炉灶空燃比的便捷调节功能。需注意的是，由于分流挡板和封板独立于主管体之外，一方面不占用主风管的安装空间，甚至可直接在原始炉灶上进行附加式安装，炉灶的更新换代成本更低；同时，风机也无需频繁调节转速，使用寿命也能显著提升。另一方面，分流挡板相对封板是贴合式动作的，泄风孔的启闭增减也是线性化调整的，更利于对不同火力下的炉灶空燃比进行精确调节。
显然，本发明既可满足不同火力下的精确空燃比调节需求，又兼具构造简单紧凑、工作可靠稳定且成本低的优点，成效显著。
2)、进一步的，为提升本发明的操控便捷性，本发明处分流挡板的动作，是与气路处的气调节轴的动作存在联动性的；气调节轴一旦动作，就可通过偏心铰接连杆和小连杆等力传递件，来实现对分流挡板的同步转动动作；此时，本发明即可通过“管外分流”的方式实现“气控风”动作，操作极为简便，操作门槛也能到显著降低。
3)、对于分流挡板而言，其既可以通过如气缸驱动或者曲柄连杆机构的推动方式来实现分流挡板的移动动作，从而确保相对泄风孔的横移启闭和该处风通量的增减调节效果；也可以如本发明所言，直接采用一组风调节轴来控制分流挡板回转，从而实现相对泄风孔的启闭和该处风通量的增减调节目的。
值得注意的是，理论上，封板所在主分流泄压管的管径可等于甚至大于主风管的管径，而封板直径也可等于主风管的管径；但是，由于泄风孔是开孔在封板上的，受开孔结构的硬性限制，因此泄风孔的风通量永远小于主分流泄压管的实际的最大风通量，也就有可能存在泄风不足的状况。对此，本发明提出了双联动机构，也即在主分流泄压管旁侧布置一个联动的完全同一构造的副分流泄压管，从而起到补充泄风泄压功能，以提升本发明的工作的可靠性。
4)、压簧及相应配合组件的设计，目的在于确保分流挡板相对封板的贴合性和密封性，以保证其工作可靠性。拨盘的设计，则是作为气调节轴与偏心铰接连杆之间的衔接桥梁，以具体化实现气路与风路的连接关系和起到监控调节手柄转动幅度的目的。
5)、对于泄风孔而言，其可以是圆孔，可以是方孔，也可以是其他任意外形的孔，只需能实现对分支管路处风通量的可控调节功能即可。本发明优选采用扇形孔，从而配合分流挡板的转动动作来封闭或部分封闭泄风孔。两组分流挡板的联动依靠径向杆、偏心轴及连接杆实现，此处就不再赘述。
5)、固定风门的设计优势在于：其一，当采用本发明所述的分支管路进行泄风时，是可能存在主风管内泄风过多随之产生风压不足的状况的，此时炉腔内的火焰可能会因燃烧器回火而导致火焰溯风反灌燃烧，容易产生安全事故。为此，固定风门的位置位于分支管路与风机出风口之间，由于风机出风口的较高压力的风沿风管正向吹至固定风门，因此，固定风门与管路间隙间的风压较高，这使得火焰无法逆向透过所述固定风门与管路间隙，从而使得固定风门起到安全保护阀的效果。其二，固定风门也作为总调节风阀来使用，平常情况下，固定风门打开一定角度即固定不动。固定风门的调节会导致其前端风压和后端风通量的变化，从而实现间接调节主、副分流泄压管的泄风量的目的。如：当固定风门调大时，其风通量变大，其前端风压降低，同时导致主、副分流泄压管泄风量减小，从而可实现粗略的大范围预调节和泄压校正功能，效果显著。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为两组分流泄压管的联动示意图；
图3为本发明的装配状态图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
A-气路 B-风路
10-主风管 10a-主分流泄压管 10b-副分流泄压管
11-封板 11a-泄风孔 12-分流挡板 13-固定风门
14-风调节轴 14a-偏心轴 14b-径向杆
15-偏心铰接连杆 16-连接杆
17a-压簧 17b-限位螺母 18-拨盘
21-气调节轴 22-调节手柄
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-3，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明的具体构造参照图1-2所示，在装配时，本发明通过采用对风机的风量进行旁路分流泄压的方式实现空燃比的准确控制；其原理是在风机的转速和出风量保持不变的情况下，理论出风量Q0＝燃烧器所需风量Q1+旁路分流风量Q2。工作时：风机位于本发明的前端以便连通进风口，而燃烧器位于本发明后端并连通出风口。燃烧器的燃气阀处气调节轴21和主分流泄压管10a处的风调节轴14通过同轴或链轮联接或偏心铰接连杆15铰接的方式实现同步驱动。偏心铰接连杆15搭配小连杆的铰接方式与径向杆14b及偏心轴14a的工作方式相同。
图3中，气路为A，风路为B，以示区分。
实际操作时，本发明的主分流泄压管10a和副分流泄压管10b的固定端固定在风路B处的主风管10上并连通主风管10管腔，两组分流泄压管的悬臂端的管口均通过封板11封死后，再在封板11上同轴的回转配合分流挡板12，分流挡板12再依托如图1所示的风调节轴14来实现回转调节功能，从而实现基于封板11处泄风孔11a的全部遮蔽或部分遮蔽目的。主分流泄压管10a和副分流泄压管10b处两组分流挡板12通过连接杆16或啮合齿轮联接，具体参照图2所示。对于分流挡板12而言，其为一垂直安装在风调节轴14上的带有扇形平面的挡片结构，通常建议其面积不小于整个封板11面积的一半；在风调节轴14旋转的过程中，风调节轴14会带动该分流挡板12绕着轴心在封板11外端面转动，当其遮挡泄风孔11a的面积较少时，旁路风量Q2增大，燃烧器所需风量Q1减小；反之，Q2减小，Q1增大。
在通过气路A处调节手柄22控制的气调节轴21在转动过程中，燃气流量和气调节轴21的转角的比值是变化的，因此，实际应用中，为达到相应火力位置的最佳空燃比，供风量和气调节轴21乃至风调节轴14的转角的比值也是呈相关变化的。为此，本发明提供了一以下的空燃比曲线的拟合设计方法：
①选择风量足够大的风机。将主分流泄压管10a和副分流泄压管10b均保持为未打开的封堵状态，调节固定风门13的开合角至某一位置使其满足在燃气阀门开启到最大角度(火力最大)时，燃烧器的CO排放浓度、空气过剩系数等指标满足国标要求的前提下，空燃比达到最佳状态，此时再保持固定风门13位置不变。随后，再调节燃气阀流量，使其在其他任何流量下燃烧器均保持离焰状态。
②在气调节轴21自最大开启位置旋转到关闭位置的范围内，依次在主分流泄压管10a和副分流泄压管10b处封板11的外端面取样足够多的转角点，如：主分流泄压管10a为P1、P2...Pn，副分流泄压管10b为P1’、P2’...Pn’，并在所述分流挡板12依次覆盖遮挡P1、P2...Pn位置时，逐个依次的首先将主分流泄压管10a的封板11处外端面用开孔工具打开，以确定相应的旁路分流出口。
具体做法是：当燃气阀的气调节轴21转动，使得风调节轴14驱动分流挡板12到达P2位置时，燃烧器离焰，那么在P1、P2位置间的封板11外端面上从小到大扩孔泄风，形成泄风孔11a，直至达到最佳空燃比为止。同理，当分流挡板12到达P3位置时，燃烧器离焰，那么在P2、P3位置间，在封板11外端面上从小到大扩孔泄风，直至达到最佳空燃比为止......以此类推，直至到达Pn位置。
③如前所述，主分流泄压管10a和副分流泄压管10b是通过连接杆16或一对啮合的齿轮联接的。副分流泄压管10b的结构形同主分流泄压管10a，封板11在原始状态也是全封堵的。当主分流泄压管10a处开孔已到最大却仍然泄风不足时，可在副分流泄压管10b处开孔泄风。如：当n＝9时，在P8、P9位置间，主分流泄压管10a泄风不足导致燃烧器仍然离焰，此时可在副分流泄压管10b的封板11外端面的P8’、P9’位置间从小到大扩孔泄风，直至达到最佳空燃比为止。以此方法即可通过巧妙的机械设计通过机械控制的方式实现良好的空燃比控制。
当然，实际操作时，即便空燃比合适，当燃烧器的燃气供给量和供风量都较小时，也是非常容易回火的。在此定义容易回火的燃气输入功率范围的最大值为“回火上限功率”，其所对应的调节手柄22对应的燃气阀开合度为“回火角”，不同结构设计的燃烧器的回火特性均有差异。为此，本发明也可通过调节手柄22及与其同步转动的拨盘18、位置开关及其辅助设计，实现当调节手柄22的旋转角度大于回火角时，拨盘18触发位置开关，位置开关接通与主燃气管路连通的主燃气电磁阀电源，从而打开主火。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种机械式炉灶空燃比控制装置，包括进风口与风机出风口相连通的主风管(10)，其特征在于：所述主风管(10)的侧壁处布置分支管路从而形成分流泄压管，所述分流泄压管的出风端布置用于密封该出风端的封板(11)，所述封板(11)上贯穿布置连通分流泄压管及主风管(10)管腔的泄风孔(11a)；该装置还包括面贴合于封板(11)上的分流挡板(12)，从而通过分流挡板(12)相对封板(11)处泄风孔(11a)产生的横移或转动动作来实现泄风孔(11a)处风通量的调节操作。
2.根据权利要求1所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：所述封板(11)、分流挡板(12)以及分流泄压管均同轴布置，与分流挡板(12)同轴并驱动分流挡板(12)产生转动动作的风调节轴(14)通过偏心铰接连杆(15)或链传动或齿轮传动来连接燃气气路处的气调节轴(21)，从而实现气路与风路的联动动作。
3.根据权利要求2所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：所述分流泄压管包括彼此轴线平行的主分流泄压管(10a)和副分流泄压管(10b)，两组分流泄压管处分流挡板的外壁处均布置偏心轴(14a)，沿主分流泄压管(10a)和副分流泄压管(10b)外壁跨接的连接杆(16)的两端均水平铰接在偏心轴(14a)上，从而实现两组分流泄压管处分流挡板(12)的联动动作。
4.根据权利要求3所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：主分流泄压管(10a)处风调节轴(14)的延伸段径向贯穿主风管(10)，该延伸段端头处布置小连杆从而铰接所述偏心铰接连杆(15)；所述偏心铰接连杆(15)杆长方向平行于主风管(10)，径向且垂直风调节轴(14)的延伸段方向。
5.根据权利要求4所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：副分流泄压管(10b)处风调节轴(14)的延伸段同样径向贯穿主风管(10)；两组风调节轴(14)的延伸端处均套设有压簧(17a)，压簧(17a)一端抵紧在主风管(10)外壁处，压簧(17a)的另一端沿延伸端的延伸方向顺延并与紧固在风调节轴(14)上的限位螺母(17b)或限位板间形成抵紧配合，从而使得分流挡板(12)的内端面能通过压簧(17a)的弹性回复力而贴紧在封板(11)外端面处。
6.根据权利要求4或5所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：气调节轴(21)通过调节手柄(22)驱动从而产生可控的回转动作；气调节轴(21)上还固定有用于标示气调节轴(21)旋转角度的拨盘(18)，偏心铰接连杆(15)的相应端铰接在拨盘(18)的悬臂角处。
7.根据权利要求3或4或5所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：所述泄风孔(11a)为扇形孔，泄风孔(11a)的两扇形直边沿圆形板状的封板(11)的径向延伸设置，泄风孔(11a)的两扇形弧边与封板(11)共圆心；位于分流挡板(12)外端面处的径向杆(14b)的固定端固定在分流挡板(12)的圆心处，径向杆(14b)的另一端沿分流挡板(12)径向延伸且形成可供装配偏心轴(14a)的装配端。
8.根据权利要求3或4或5所述的一种机械式炉灶空燃比控制装置，其特征在于：在主风管(10)上的出风口与分流泄压管之间的一段管路上布置固定风门(13)。
9.一种应用如权利要求8所述机械式炉灶空燃比控制装置的阀路开孔方法，其特征在于包括以下步骤：
①启动风机；将主分流泄压管(10a)和副分流泄压管(10b)处分流挡板(12)保持为未打开，此时泄风孔(11a)处于被分流挡板(12)所完全封闭的封堵状态；调节固定风门(13)的开合角，直至使其满足在燃气阀门开启到最大角度时，且燃烧器指标满足国标要求的前提下，空燃比达到最佳状态；之后，保持固定风门(13)位置不变，再调节燃气阀，使燃烧器保持离焰状态；
②在燃气阀自最大开启位置旋转到关闭位置范围内，于主分流泄压管(10a)和副分流泄压管(10b)处封板(11)外端面处沿周向取样n个转角点，也即在主分流泄压管(10a)处封板(11)外端面处沿周向依序取点并命名为P1、P2...Pn，副分流泄压管(10b)处封板(11)外端面处沿周向依序取点并命名为P1’、P2’...Pn’，并在分流挡板(12)依次遮挡P1、P2...Pn位置时，逐个依次将主分流泄压管(10a)处封板(11)外端面用开孔工具开孔或扩孔，以形成所述泄风孔(11a)；
③当主分流泄压管(10a)处封板(11)外端面处泄风孔(11a)已开孔至最大时，燃烧器仍然离焰，也即仍然存在泄风不足现象时，再按照②步骤所述方式，在副分流泄压管(10b)外端面开设或扩孔出泄风孔(11a)。
10.根据权利要求9所述的阀路开孔方法，其特征在于：所述②步骤的具体做法是：当燃气阀的气调节轴(21)转动，使得风调节轴(14)驱动分流挡板(12)到达Pn位置时，燃烧器离焰，此时需在Pn-1和Pn位置间的封板(11)外端面处从小到大扩孔，直至达到最佳空燃比为止；主分流泄压管(10a)处各泄风孔(11a)的扩孔以此类推；
所述③步骤的具体做法是：当主分流泄压管(10a)处开孔已到最大却仍然泄风不足时，可在副分流泄压管(10b)处开孔泄风，也即，在Pn-1、Pn位置间，主分流泄压管(10a)泄风不足导致燃烧器仍然离焰，此时可在副分流泄压管(10b)的封板(11)外端面的Pn-1’、Pn’之间位置处从小到大扩孔泄风，直至达到最佳空燃比为止。
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