Устройство и работа газовых горелок для плит и духовых шкафов.

Газовая горелка выполняет подачу газа и воздуха в зону горения, обеспечивая смесеобразование, воспламенение и стабилизацию факела.

Общие требования к газовым горелкам определяется по ГОСТ 21204-97.

Независимо от типа все горелки имеют общие конструктивные элементы:

  • устройства для подвода газа (сопло) и воздуха (воздуховод);
  • смеситель и горелочную насадку со стабилизирующим устройством.

1. Устройство и работа горелок для газовых плит.

Широко распространена классификация горелок по способу подачи воздуха:

  • инжекционные- воздух в которые засасывается за счёт энергии струи газа;
  • бездутьевые- воздух у которых поступает в топку за счёт разрежения в ней;
  • дутьевые- у которых воздух подаётся в горелку или топку с помощью вентилятора (с принудительной подачей воздуха).

По методу сгорания газа все горелки подразделяются на 3 группы:

  • диффузионные горелки- без предварительного смешения газа с воздухом;
  • диффузионно-кинетические горелки- с полным предварительным смешением газа с воздухом;
  • кинетические горелки- с полным предварительным смешением газа с воздухом.

В бытовых газовых плитах применяют инжекционные горелки с предварительным смешиванием газа с частью воздуха.

Смешивание газа на горелке с первичным и вторичным воздухом при работе газовой плиты показано на рис.1.

Схема сжигания газа в горелках бытовых печей.
Схема сжигания газа в горелках бытовых печей

Вариант А- с диффузионным горением (сжигание без предварительного смешивания газа с воздухом).
Вариант Б- с диффузионно-кинетическим горением (сжигание с незавершённым предварительным смешиванием газа с воздухом.
1- корпус горелки -диффузор (смесительная камера); 2- сопло горелки; 3- рассекатель пламени; 4- подача газа в горелку; 5- поступление первичного воздуха в горелку; 6- поступление вторичного воздуха на пламя горелки; 7- внутренний тёмный конус пламени; 8- наружная оболочка пламени; 9- светящийся конус пламени; 10- продукт сгорания газа.

На рис.1 показаны методы сжигания газа в инжекционных горелках, применяемых в конструкциях бытовых газовых плит.

К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха (рис.1 поз.5), остальной воздух поступают из окружающего пространства (рис.1 поз.6). Такие горелки работают при низком давлении газа. Их называют инжекционными горелками низкого давления.

В зависимости от типа горелки или условий эксплуатации её конструктивные элементы имеют различное оформление.

В некоторых конструкциях горелок отдельные элементы могут отсутствовать или компоноваться в одной детали.

 

2. Варочные горелки газовых плит.

Все виды газовых плит снабжены горелками стола (варочными горелками). Размещённые (1…4 горелки) на верхней рабочей поверхности плиты (стол плиты), они являются главным органом любой газовой печки.

Во всех конструкциях бытовых газовых плит в качестве варочных конфорок применяются пламенные многофакельные инжекционные горелки низкого давления. Основными элементами таких горелок являются:

  • сопло - регламентирующее расход газа при номинальном давлении (номинальной тепловой мощности горелки);
  • диффузор-смеситель - где происходит смешение выходящего из сопла газа с инжектируемым первичным воздухом (при надобности диффузор снабжается шиберным устройством для регулирования доступа первичного воздуха);
  • корпус горелки - полость, где завершается смешение газа с воздухом.

Корпус горелки снабжён по верхнему краю огневыми отверстиями для вывода газовоздушной смеси в зону сжигания.

Корпус горелки (огневой насадок) - обычно это полая завершающая часть смесителя, размещённая соосно с ним или под углом в зависимости от конструкции горелки и её размещения в плите.

Практика показала, что наилучшие результаты даёт соосное расположение по вертикали. Корпус и огневой насадок при этом выполняются как единая деталь.

Щелевые огневые отверстия, размещённые на верхнем срезе литого корпуса, перекрываются отбуртованной стальной крышкой.

Периферийная кольцевая отбуртовка крышки должна обеспечивать как беглость распространения пламени, так и известную стабилизацию его - защиту от отрыва - за счёт порции газовоздушной смеси, задерживаемой буртиком на выходе из основных огневых отверстий.

Варианты устройства для стабилизации пламени газовых горелок бытовых газовых плит показаны на рис.2.

Типы стабилизаторов горения для горелок газовых плит.
Типы стабилизаторов горения для горелок газовых плит

1- огневой насадок с верхним стабилизирующим пламенем; 2- огневой насадок с нижним стабилизирующим пламенем; 3- огневой насадок с заглублённым пламенем; 4- отбортованная стальная крышка стабилизатора огня; 5- литая крышка с щелевыми огневыми отверстиями.

Защита от проскока пламени достигается приближением живых сечений огневых отверстий к критическим и частичным отводом смеси через дросселирующие отверстия.

Регулирование первичного воздуха на входе в смеситель с помощью шибера с введением стабилизирующих устройств потеряло своё значение и на ряде современных конструкций горелок не применяется.

Верхние горелки газовой плиты имеют одинаковое устройство и стандартные габариты. Отличаются только горелки для работы плит на природном газе и для работы плит на сжиженном газе.

 

2.1. Газовые конфорочные горелки с торцевым регулируемым шибером.

На первых моделях газовых плит, работающих на искусственных газах, регулирование первичного воздуха почти не применялось. В новых конструкциях газовых горелок, создававшихся с учётом применения природного и сжиженного газа, были установлены шиберные устройства.

Особенность этих горелок - двусторонний подвод вторичного воздуха - центральный и периферийный.

Схема газовой конфорочной горелки с торцевым регулируемым шибером - с периферийным и центральным подводом вторичного воздуха показана на рис.3.

Газовая конфорочная горелка с торцевым плоским регулировочным шибером.
Газовая конфорочная горелка с торцевым плоским регулировочным шибером

1- торцевая плоская подвижная часть шибера; 2- крепление на смесителе горелки неподвижной части шибера; 3- смеситель газа с воздухом; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки.

Горелки имеют торцевой шибер- подвижная часть (рис.3 поз.1) для регулирования первичного воздуха, раструб конфузора (рис.3 поз.3) с неподвижной частью шибера (рис.3 поз.2) и распределитель с центральным каналом (рис.3 поз.4) и огневым насадком (рис.3 поз.5)- для двустороннего подвода вторичного воздуха.

Регулятор первичного воздуха (рис.3 поз.1) встроенный в горелку позволяет регулировать его количество в газовоздушной смеси.

Рассекатель горелки (рис.3 поз.5) уменьшает высоту факела пламени и облегчает доступ вторичного воздуха внутрь пламени, что способствует полноте сгорания газа. Корпус её выполняет функцию смесителя воздуха с газом.

Горелки установлены на большинстве старых моделей отечественных газовых плит. К недостаткам горелок относится торцевое расположение шибера, для его поворота горелку надо снимать с плиты.

 

2.2. Газовые конфорочные горелки с горизонтальным шибером.

Этот недостаток устранён в горелках С.-Петербургского завода газовой аппаратуры.

Схема газовой конфорочной литой горелки с горизонтальным цилиндрическим или кольцевым шибером для природного газа показана на рис.4.

Газовая конфорочная горелка с боковым регулировочным шибером.
Газовая конфорочная горелка с боковым регулировочным шибером

1- боковая цилиндрическая подвижная часть шибера; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- ниппель сопла подачи газа в горелку.

Горелка ("ленинградская") с цилиндрическим или кольцевым шибером (рис.4 поз.1) первичного воздуха размещены на корпусе сопла (рис.4 поз.3). Горелка имеет сменный ниппель (рис.4 поз.6).

Эти горелки по эксплуатационным параметрам были оптимальны, а позже сняты с производства.

 

2.3. Регулируемые горелки с горизонтальным трубчатым смесителем.

На базе огневого насадка с верхним пилотным пламенем были разработаны регулируемые горелки с горизонтальным трубчатым смесителем.

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки с горизонтальным трубчатым смесителем и регулируемая по высоте показана на рис.5.

Газовая конфорочная регулируемая горелка с горизонтальным трубчатым смесителем.
Газовая конфорочная регулируемая горелка с горизонтальным трубчатым смесителем

1- мундштук- смеситель; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- резьбовая втулка подачи газа в горелку.

В этих горелках применяется регулирование подсоса первичного воздуха с помощью мундштука- диффузора (рис.5 поз.1).

Особенностью этих горелок, кроме развитого по длине трубчатого смесителя (рис.5 поз.3), является новый способ регулирования подсоса первичного воздуха с помощью мундштука-диффузора. В связи с этим отпала необходимость в регуляторе первичного воздуха.

 

2.4. Горелки с горизонтальным трубчатым смесителем без регулятора первичного воздуха.

С введением на конфорочных горелках пилотного пламени регулирование первичного воздуха шибером стало практически нецелесообразным, т.к. это требует каждый раз поднятия стола газовой плиты.

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки с горизонтальным трубчатым смесителем без регулятора первичного воздуха показана на рис.6.

Газовая конфорочная горелка без регулятора первичного воздуха.
Газовая конфорочная горелка без регулятора первичного воздуха

1- ниппель; 2- окно для подсоса воздуха; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- резьбовая втулка подачи газа в горелку; 7- коллектор.

Взамен шибера, регулирующего подсос первичного воздуха, на входном конце трубки-смесителя (рис.6 поз.3) есть два отверстия, которые обеспечивают инжектирование необходимого количества первичного воздуха. Это исключает возможность появления удлинённого коптящего пламени.

Конструкция огневой насадки (рис.6 поз.4) исключает возможность проскока или отрыва пламени.

К конструкции газовой плиты было предъявлено требование по снижению потенциальных неплотностей (при старении уплотняющих прокладок) внутренних газоводов плиты, транспортирующих газ, что обусловило конструкцию горелок с развитым трубчатым смесителем (рис.6 поз.3), берущим начало непосредственно от коллектора плиты (рис.6 поз.7). Это снизило протяжённость разводки газа внутри плиты и уменьшило число соединений в 2 раза.

Однако конструкция таких горелок также имела ряд недостатков при изготовлении и ухудшала инжекторную способность горелок, особенно для 2 задних горелок 4-горелочной плиты, поэтому конструкция данных горелок была снята с производства.

 

2.5. Газовые конфорочные горелки с вертикальным шибером.

В универсальных газовых плитах применена новая модель горелок - вертикальная.

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки с вертикальным цилиндрическим шибером показана на рис.7.

Газовая конфорочная вертикальная горелка с боковым регулировочным шибером.
Газовая конфорочная вертикальная горелка с боковым регулировочным шибером

1- боковая цилиндрическая подвижная часть шибера; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- ниппель сопла подачи газа в горелку.

В этих горелках сопло (рис.7 поз.6) и диффузор (рис.7 поз.3) вместе с колпачком-рассекателем огня (рис.7 поз.5) расположены по одной вертикальной оси.

Горелку, вставляемую в цилиндрическую выточку корпуса (рис.7 поз.3), снимают через круглое отверстие в столе плиты.

Для обеспечения полноты сжигания газа изменена конструкция огневого насадка (рис.7 поз.4) - распределителя горелки, что значительно улучшает подвод вторичного воздуха к факелам и предотвращает их слияние.

 

2.6. Газовые конфорочные вертикальные горелки с пилотным пламенем.

Введение кольцевого пламени исключило отрыв пламени, а уменьшение ширины щелей снизило вероятность проскока пламени. На базе огневого насадка были разработаны регулируемые горелки с верхним пилотным пламенем.

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки с вертикальным шибером-мундштуком показана на рис.8.

Газовая конфорочная вертикальная горелка с вертикальным шибером-мундштуком.
Газовая конфорочная вертикальная горелка с вертикальным шибером-мундштуком

1- цилиндрический шибер-мундштук; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- ниппель сопла подачи газа в горелку.

Горелку, вставляемую в цилиндрическую выточку корпуса (рис.8 поз.3), снимают через круглое отверстие в столе плиты.

Для обеспечения полноты сжигания газа конструкция огневого насадка (рис.8 поз.4)- распределителя горелки изменена. Огневой насадок выполнен как одно целое со смесителем и размещён вертикально по оси сопла.

Диффузор (рис.8 поз.3) насаживают на шибер-мундштук (рис.8 поз.1) с подачей газа в горелку через вертикальный ниппель-сопло (рис.8 поз.6), что значительно улучшает подвод вторичного воздуха к факелам и предотвращает их слияние. Ниппель сопла укреплён на резьбе в корпусе, к которому по алюминиевой трубке подаётся газ.

Особенностью этих горелок, является новый способ регулирования подсоса первичного воздуха с помощью мундштука-диффузора (рис.8 поз.1). В связи с этим отпала необходимость в регуляторе первичного воздуха.

 

2.7. Газовые конфорочные вертикальные горелки для плит повышенного класса.

Для плит повышенного класса применяется горелка, разработанная Воронежским механическим заводом (рис.9).

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки с вертикальным шибером-мундштуком для плит повышенного класса показана на рис.9.

Газовая конфорочная вертикальная горелка с вертикальным шибером-мундштуком.
Газовая конфорочная вертикальная горелка с вертикальным шибером-мундштуком

1- цилиндрический шибер-мундштук; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- ниппель сопла подачи газа в горелку.

Горелка имеет огневой насадок (рис.9 поз.4) с 2 рядами огневых отверстий, расположенных в шахматном порядке. Верхний ряд служит для создания основного пламени, нижний - для малого пламени стабилизирующего назначения.

Смесительная часть горелки (рис.9 поз.3) удлинена за счёт продолжения канала в корпусе регулятора (рис.9 поз.1).

На рис.10 показана горелка стола газовой плиты производства французской фирмы "ЭНСА", применяемая для газовых плит ПГ4-П-14, выпускаемых Брестским ЗГА.

Схема газовой унифицированной конфорочной горелки без шибера-мундштука для плит повышенного класса показана на рис.10.

Газовая конфорочная вертикальная горелка без шибера-мундштука.
Газовая конфорочная вертикальная горелка без шибера-мундштука

2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой заменяемый насадок горелки; 5- колпачок рассекатель огня горелки; 6- ниппель сопла подачи газа в горелку.

Горелка имеет огневой насадок (рис.10 поз.4) с круглыми огневыми отверстиями и кольцевое стабилизирующее пламя, размещённое под основным пламенем и питаемое через малые отверстия в основании крышки (рис.10 поз.5).

 

 

3. Горелки для духовых шкафов напольных газовых плит.

Духовой шкаф или просто духовка в напольных плитах является непременной их принадлежностью и призвана обеспечивать выпечку различных изделий из теста, тушение пищи, обжаривание мяса и птицы и т.п.

Процессы выпечки различных изделий, жарения и разогрева пищи в духовом шкафу с газовой горелкой протекают за счёт конвективной передачи теплоты потокам циркулирующих в полости шкафа горячих продуктов сгорания газа и воздуха.

Конструкция духового шкафа газовой плиты должна обеспечивать нагрев запекаемого изделия потоком циркулирующих газов со всех сторон.

Для этого подовая горелка духовки размещается под её дном, а потоки горячих продуктов сгорания и нагретого воздуха направляются так, чтобы они омывали противень. Тепловая мощность горелок духовки зависит от объёма духовки.

Схемы циркулирующих потоков горячих газов в духовых шкафах для старых и современных напольных плит показаны на рис.11.

Схема движения тепловых потоков в духовых шкафах.
Схема движения тепловых потоков в духовых шкафах

1- газовая плита Московского завода газовых плит; 2- газовая плита С.Петербургского завода газовых плит; 3- газовая плита унифицированная.

В конструкциях плит ранних моделей потоки горячих газов из духового шкафа направлялись к верхней части духового шкафа и, омывая стенки шкафа снаружи, опускались до выхода через отверстие в боковых стенках плиты.

Трубчатые инжекционные горелки расположены по боковым сторонам духового шкафа перед смотровыми окнами около дверцы. Нерегулируемые форсунки установлены в задней части духового шкафа. Площадь сечения сопла этих форсунок и, следовательно, пропускная способность больше, чем форсунок верхних горелок.

Регуляторы первичного воздуха в ранних конструкциях духовых шкафов установлены с задней стороны духовки, что позволяет регулировать горелки в таких духовках без опасности ожогов руки. В настоящее время газовые плиты выпускают преимущественно с неповоротными горелками.

Подводящие газовые трубки отходят от одного крана на рампе (передней панели), поэтому при открывании крана газ идёт сразу в обе горелки духового шкафа.

Устройство крана духового шкафа аналогично устройству кранов верхних горелок.

Отверстия для вторичного воздуха расположены с боков и снизу духового шкафа, они облегчают доступ вторичного воздуха к пламени и циркуляцию горячего воздуха между стенками духового шкафа.

Биметаллический указатель температуры смонтирован в верхней части духового шкафа. При нагреве спираль из биметалла начинает вращаться, поворачивая ось со стрелкой, которая показывает температуру в духовке.

Варианты горелок для духовых шкафов напольных бытовых газовых плит показаны на рис.12.

Газовые горелки духовок напольных плит.
Газовые горелки духовок напольных плит

1- горелка трубчатая парная с круглыми отверстиями; 2- горелка трубчатая парная с щелевыми отверстиями; 3- горелка трубчатая П-образная; 4- горелка штампованная О- образная; 5- горелка трубчатая спиральная.

Горелки (рис.12 поз.1-2) использовались на старых моделях плит ленинградского производства. Они были раздельными, устанавливались параллельно с каждой стороны пода духовки, были съёмными и питались газом от общего газопровода плиты и общего крана.

Трубчатые П-образные горелки (рис.12 поз.3) и штампованные горелки (рис.12 поз.4) применялись для плит московского производства.

Спиральные горелки (рис.12 поз.5) пришли на смену парным горелкам (рис.12 поз.1) на плитах ленинградского производства.

В современных конструкциях плит высшего класса духовой шкаф снабжается дополнительно жарочной горелкой, размещённой в верхней части шкафа.

Таким образом, пища подвергается обработке потоком лучевой теплоты, направленной на неё сверху.

В газовых плитах повышенного класса иногда устанавливают вторую, жарочную горелку "грилл", располагая её в верхней части полости духовки. Иногда в духовках устанавливают горелки, в которых источником излучения являются специальные металлические сетки.

На всех унифицированных плитах отечественного производства устанавливают дисковые штампованные горелки с пилотным пламенем. Дисковые горелки унифицированных плит собирают из 2-х штампованных дисков.

Схема дисковой штампованной горелки для духовых шкафов напольных унифицированных газовых плит показана на рис.13.

Дисковая газовая горелка для духовок унифицированных напольных плит.
Дисковая газовая горелка для духовок унифицированных напольных плит

1- мундштук- смеситель; 2- корпус сопла; 3- смеситель газа с воздухом или диффузор; 4- огневой насадок горелки; 5- крышка рассекатель огня горелки; 6- резьбовая втулка подачи газа в горелку; 7- сменный ниппель; 8- кронштейн крепления.

На отогнутой кромке одного из дисков (нижнего) образованы прямоугольные огневые отверстия. Верхний диск (рис.13 поз.5) снабжён отбуртовкой, обеспечивающей кольцевое стабилизирующее (пилотное) пламя, расположенное над огневыми отверстиями горелки.

Основная горелка духового шкафа плиты ПГ4-II-14 оборудована термопарой и трубкой розжига. Жарочная горелка, подвешиваемая в самом верху духового шкафа, оборудована излучателем и экраном излучателя.

Жарочные горелки, встроенные в духовку или устанавливаемые над плитой, работают по принципу теплового, или инфракрасного, излучения. Здесь используется свойство инфракрасного излучения поглощаться поверхностью тела и даже проникать внутрь облучаемого тела на небольшую глубину, повышая его температуру, качество жарения при этом повышается.

Именно поэтому для жарения мясных продуктов предпочтительнее использовать горелки инфракрасного излучения.

Однако надо заметить, что горелки инфракрасного излучения обеспечивают полноту сгорания только при работе в среде с нормальным содержанием кислорода, иначе происходит избыточное выделение продуктов неполного сгорания, в том числе и оксида углерода.

Следовательно, их эффективное использование требует интенсивной вентиляции.

 

Ссылки на СНиП и ГОСТ

Правила производства и приёмки работ по газоснабжению и внутренним устройствам, работы по эксплуатации, реконструкции, капитальному ремонту и расширению сетей газораспределения, газопотребления и объектов сжиженных углеводородных газов (СУГ), потребителей, использующих газ в качестве топлива, а также требования к безопасности систем газоснабжения определяются требованиями СНиП 42-01-2002 - "Газораспределительные системы", а также правилами ПБ 12-609 и ОСТ 153-393-052-2003.

Регламент о безопасности сетей газораспределения и газопотребления регулируется Федеральным законом от 30.12.2009г. № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", а также требованиями СНиП 2.04.08-8 "Газоснабжение".

Материалы и технические изделия, предусматриваемые в проектах систем газоснабжения, должны быть экономичными, надёжными и соответствовать требованиям государственных стандартов или технических условий, утвержденных в установленном порядке и прошедших государственную регистрацию в соответствии с ГОСТ 2.114-70.