幾種進(jìn)口燃燒機(jī)高壓點(diǎn)火裝置的比較



摘要：本文介紹了高壓點(diǎn)火原理以及電子點(diǎn)火器的工作原理和工作過程，提供了幾種典型電子點(diǎn)火器的詳細(xì)參數(shù)，通過對(duì)幾種進(jìn)口燃燒機(jī)電子點(diǎn)火器的分析比較，得出了不同燃料燃燒器電極布置的方案以及不同放電位置的優(yōu)劣。這對(duì)目前我國(guó)國(guó)產(chǎn)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)和對(duì)進(jìn)口燃燒機(jī)的選型與維修具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：高壓點(diǎn)火；燃燒機(jī)；電極

1 前言
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，各城市對(duì)廢氣、廢水等的排放都加以嚴(yán)格限制。燃煤鍋爐的煙塵是造成城市大氣污染的主要因素之一，為了實(shí)現(xiàn)“還我一片藍(lán)天”的美好理想，現(xiàn)在許多大中城市已禁止燃煤鍋爐運(yùn)行，取而代之的是燃油、燃?xì)忮仩t。在燃油、燃?xì)忮仩t中，最主要的部件是燃燒機(jī)，而高壓點(diǎn)火裝置是燃燒機(jī)中關(guān)鍵的電子部件之一。由于進(jìn)口燃燒機(jī)所附資料均不提供其所帶高壓點(diǎn)火裝置的原理電路、性能及參數(shù)說明，而僅提供外型尺寸、外部接線等極其簡(jiǎn)單的單頁說明，這就給我國(guó)的燃燒機(jī)代理、用戶帶來了相當(dāng)?shù)牟槐�，同時(shí)也給國(guó)產(chǎn)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)與成套加大了難度。筆者在近十年的時(shí)間內(nèi)，對(duì)多種進(jìn)口燃燒機(jī)及其高壓點(diǎn)火裝置進(jìn)行過選型與調(diào)試，陸續(xù)收集到了一些相關(guān)資料，在此提供給大
家，希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所幫助。
目前，在我國(guó)市場(chǎng)上有八個(gè)國(guó)家的數(shù)十種燃燒機(jī)，常見的有德國(guó)的 Weisaupt、SAACHE、MAN、Elco?klockner，法國(guó)的 CUENOD、Guillot、SICMA、RADIANT，美國(guó)的 Johnson、Power Flame，英國(guó)的 NU?WAY，意大利的 F?B?R?、baltur、UNIGAS、Riello、ECOFLAM，荷蘭的 Purlpher，瑞典的 Bentone和韓國(guó) ABC、Sookook 等。雖然燃燒機(jī)的品種繁多，但其高壓點(diǎn)火裝置卻僅為有限的數(shù)種。除了個(gè)別燃燒機(jī)配備本土產(chǎn)的高壓點(diǎn)火裝置外，在其余十幾種燃燒機(jī)中，其高壓點(diǎn)火裝置基本上都是采用國(guó)際上幾個(gè)知名公司的產(chǎn)品，如意大利的 BRAHAMA、瑞典的 Danfoss、法國(guó)的 Landis 和美國(guó)的 Honeywell 等。

2 高壓點(diǎn)火及其裝置的原理簡(jiǎn)介
2.1 高壓點(diǎn)火的原理
高壓點(diǎn)火又稱為電火花點(diǎn)火，是應(yīng)用廣泛的一種點(diǎn)火方法。當(dāng)電火花從燃?xì)饣蜢F化的燃油中通過時(shí)，燃料很快由良好的絕緣體變?yōu)榱己玫膶?dǎo)電體。隨著兩極間電壓的增高，電場(chǎng)逐漸加強(qiáng)，燃料中的帶電體被電場(chǎng)加速，運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子與分子發(fā)生非彈性碰撞。當(dāng)碰撞劇烈到一定程度，分子就被電離，從而也變成了帶電粒子。帶電粒子的濃度以指數(shù)級(jí)數(shù)增加，開始時(shí)的微小電流被放大幾百萬倍，產(chǎn)生一個(gè)大電流。這一過程所需時(shí)間取決于所加電壓與擊穿電壓的比值。擊穿電壓取決于燃料成分、電極形狀、極間距離以及燃料的溫度與壓力條件。擊穿電壓可按下式近似計(jì)算［1］：
Ub=2.7+1.4?l?

式中：Ub——擊穿電壓(kV)；?l?——極間距離(mm)。
當(dāng)電極間距大于臨界距離時(shí)，最小點(diǎn)火能量與電極間距無關(guān)；而當(dāng)電極間距小于臨界距離時(shí)，由于電極本身的吸熱，最小點(diǎn)火能量隨電極間距的減小而增加。圖1為最小點(diǎn)火能量與電極間距、電極尺寸的關(guān)系曲線，燃料為11%的甲烷空氣混合氣體。

放電電極的形狀也對(duì)最小點(diǎn)火能量的大小有一定的影響，如圖2所示，在相同的電極間距和電極尺寸條件下，放電點(diǎn)越尖，其本身吸熱越少，所需的最小點(diǎn)火能量也就越小。

2.2高壓點(diǎn)火裝置的原理簡(jiǎn)介
高壓點(diǎn)火裝置是燃燒機(jī)上的電子核心部件之一，雖然其價(jià)格僅占燃燒機(jī)總價(jià)的很少一部但它擔(dān)負(fù)著重要的燃料點(diǎn)燃工作。高壓點(diǎn)火裝置的失效，輕則燃燒機(jī)無法工作，影響生產(chǎn)；重則可能造成鍋爐爆炸。尤其是當(dāng)高壓點(diǎn)火裝置未完全失效時(shí)，燃料已大量噴入爐膛，熄火保護(hù)裝置尚未動(dòng)作，此時(shí)高壓點(diǎn)火裝置突然點(diǎn)火，將會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。由此可見高壓點(diǎn)火裝置的重要性。
高壓點(diǎn)火裝置一般由整流電路、振蕩電路、升壓部件及放電電極組成。整流電路將220 V/50 Hz 的交流電進(jìn)行整流、濾波，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟�；振蕩電路的作用則是根據(jù)放電頻率，將直流電再振蕩成交流電；升壓部件將振蕩后的交流電升壓，以達(dá)到可以電離空氣的高電壓，再利用高壓硅堆形成高壓脈沖電流；放電電極則是由特殊材料制成的，置于燃料出口。各部件輸出波形如圖3所示［2］。
圖4是點(diǎn)火裝置的原理電路簡(jiǎn)圖。交流220 V/50 Hz 的電源，經(jīng)電源變壓器 T1 后成為電壓較低的電，然后經(jīng)過整流橋 B 將交流電源變?yōu)橹绷髅}沖電源，再經(jīng)過電容C1 的濾波，就得到了直流電源，這一部分即為整流電路。振蕩電路由電阻R1、三極管 BG 和升壓變壓器 T2 的初級(jí)構(gòu)成，振蕩后由升壓變壓器T2 進(jìn)行一次升壓，然后由高壓二極管或高壓硅堆 D 整流，得到高壓直流電。該直流電經(jīng)電阻R2 對(duì)電容C2充電，同時(shí)在大電容C3 上儲(chǔ)備能量。當(dāng)C2 被充電到一定電壓時(shí)，雙向二極管 D2 開啟，觸發(fā)雙向可控硅SCR 導(dǎo)通，此時(shí)電容C3已儲(chǔ)備了相當(dāng)?shù)哪芰�，該能量通過回路電容C3、雙向可控硅 SCR 和二次升壓變壓器T3 的初級(jí)釋，此時(shí)在二次升壓變壓器的次級(jí)上就產(chǎn)生了高電壓。該高壓經(jīng)放電電極擊穿一定厚度的空氣后放電，從而完成脈沖點(diǎn)火的一次放電點(diǎn)火。電容 C3在放電后又再次充電，從而進(jìn)行一連串的充放電過程，在電極間就產(chǎn)生了一系列放電火花，完成一次點(diǎn)火過程。
3 高壓點(diǎn)火裝置的比較
3.1幾種典型高壓點(diǎn)火裝置的參數(shù)
Honeywell 是美國(guó)生產(chǎn)的高壓點(diǎn)火裝置，其中常用的 Satronic 系列電子點(diǎn)火器是以固態(tài)繼電器為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。不同于傳統(tǒng)的鐵芯式變壓器，它通過內(nèi)部點(diǎn)火電路，在次級(jí)產(chǎn)生高頻、高壓電火花。該系列電子點(diǎn)火器的工作參數(shù)由表1給出。
Danfoss 是瑞典生產(chǎn)的高壓點(diǎn)火裝置，EBI 系列電子點(diǎn)火器常用于燃油和燃?xì)馊紵龣C(jī)的點(diǎn)火。它是采用電子變頻產(chǎn)生高壓的原理進(jìn)行工作的，適用于間歇點(diǎn)火，在3 min 內(nèi)，35℃ 的條件下發(fā)火率為33%；60℃的條件下發(fā)火率為20%，表2給出了該系列電子點(diǎn)火器的工作參數(shù)。
BRAHAMA 是意大利生產(chǎn)的高壓點(diǎn)火裝置，分為 E、G 和 S 三個(gè)系列，均采用高性能的點(diǎn)火變壓器來升壓。表3、表4和表5分別給出了它們的工作參數(shù)。

3.2高壓點(diǎn)火裝置的比較
高壓點(diǎn)火裝置的比較包括固態(tài)繼電器電子點(diǎn)火器與點(diǎn)火變壓器電子點(diǎn)火器的比較；單極型、雙極型以及中間接地的雙極型電子點(diǎn)火器的比較；不同燃料燃燒器電極布置的比較以及不同放電位置優(yōu)劣的比較。
采用固態(tài)繼電器的電子點(diǎn)火器與采用點(diǎn)火變壓器的電子點(diǎn)火器相比，使用了較為先進(jìn)的固態(tài)繼電器升壓技術(shù)，具有體積小、重量輕、發(fā)熱低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但由于采用了價(jià)格較為昂貴的固態(tài)繼電器，從而使整個(gè)電子點(diǎn)火器的成本增加，價(jià)格較采用點(diǎn)火變壓器的電子點(diǎn)火器高出許多。對(duì)于上述知名品牌的點(diǎn)火變壓器電子點(diǎn)火器，經(jīng)過了數(shù)十年的現(xiàn)場(chǎng)使用證明，其工作可靠性與壽命不比固態(tài)繼電器電子點(diǎn)火器差，與電熱絲點(diǎn)火器相比，要強(qiáng)出許多。后者是早期使用(國(guó)內(nèi)現(xiàn)在尚有使用)的用于燃油燃?xì)馊紵龣C(jī)的點(diǎn)火裝置，該點(diǎn)火裝置雖點(diǎn)火可靠，但點(diǎn)火速度慢、點(diǎn)火絲壽命短，所需的功率也較大，目前在國(guó)外已被淘汰。
電子點(diǎn)火器的輸出分為單極型、雙極型以及中間接地的雙極型，以適應(yīng)不同的燃燒器設(shè)計(jì)。所謂單極型，其輸出只有一個(gè)電極，另一個(gè)電極在點(diǎn)火器的內(nèi)部或外部接地(即接燃燒機(jī)外殼)。在工作時(shí)，電極對(duì)地放電，產(chǎn)生火花，引燃燃料氣體。其特點(diǎn)是較為安全可靠，使用方便，僅需引出一個(gè)電極加以絕緣即可。需要注意的是對(duì)于外部接地的單極型電子點(diǎn)火器，切記不能將兩極接反否則可能會(huì)引起電子點(diǎn)火器乃至整個(gè)控制設(shè)備毀壞。所謂雙極型，其內(nèi)部與單極型的內(nèi)部基本一樣，只是另一個(gè)電極不接地。在工作時(shí)，是兩極間放電來引燃燃料氣體的。其特點(diǎn)是使用靈活，但安全性不如單極型，且需對(duì)兩個(gè)引出電極加以絕緣。中間接
地的雙極型是采用帶有中間抽頭的點(diǎn)火變壓器或采用兩個(gè)固態(tài)繼電器來實(shí)現(xiàn)的。在工作時(shí)，它可以用兩極間的放電來引燃燃料氣體，也可以用兩極分別對(duì)地的放電來引燃燃料氣體(不常有)，此時(shí)要求有較高的輸出電壓。采用兩極間放電的特點(diǎn)是布置靈活，可放置在理想的點(diǎn)火位置而不受噴嘴位置的影響，適用于對(duì)點(diǎn)火位置要求較嚴(yán)的燃料。與單極型相比，每個(gè)電極對(duì)地所具有的電壓僅為單極型的一半，這有益于電極引線的絕緣，相對(duì)來說也比較安全。
在放電點(diǎn)火方式以及電極的布置上，有對(duì)地放電和兩極間放電之分。由于燃料氣的易燃易爆性，故燃?xì)馊紵龣C(jī)全部是采用較為安全的對(duì)地放電方式。由于燃?xì)獾某煞植煌�，它們的火焰�(zhèn)鞑ニ俣纫灿休^大的差異，對(duì)于火焰?zhèn)鞑ニ俣容^低的燃料，采用預(yù)混式燃燒，點(diǎn)火方式是電極對(duì)穩(wěn)焰盤或側(cè)壁放電，如圖5所示。對(duì)于火焰?zhèn)鞑ニ俣容^高的燃料，采用后混式燃燒，點(diǎn)火方式是電極對(duì)噴嘴放電，如圖6所示。燃油燃燒機(jī)有一部分是采用對(duì)地放電的方式，另一部分則是采用兩電極間放電的方式。對(duì)地放電又可分為幾種方式，一種是單電極對(duì)噴嘴放電，另一種是單電極對(duì)穩(wěn)焰盤放電，還有一種是雙電極對(duì)噴嘴放電。兩電極間放電可分為一電
極接點(diǎn)的假兩電極放電以及真正的兩電極間放電兩種方式，所謂的假兩電極放電是指其中的一個(gè)電極實(shí)際上是接地的。單極放電強(qiáng)調(diào)的是其電氣的安全性，因一個(gè)電極接地沒有浮空的電極；而兩極放電則強(qiáng)調(diào)的是點(diǎn)火的成功率，因其兩極可以放置在點(diǎn)火區(qū)的最佳位置。圖7所示為單電極對(duì)噴嘴放電點(diǎn)火的電極位置示意圖，圖8所示為雙電極或假兩電極之間放電點(diǎn)火的電極位置以及兩個(gè)單電極(并接于同一個(gè)點(diǎn)火器輸出極)對(duì)噴嘴放電點(diǎn)火的電極位置示意圖。
4 結(jié)語
通過上面的分析與比較可以得出：采用不同升壓部件的電子點(diǎn)火器，雖然工作原理不同，價(jià)格不同，但都能夠滿足點(diǎn)燃燃料的需要。不同的輸出形式(單極型、雙極型和中間接地的雙極型)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，有的側(cè)重于安全性，有的則側(cè)重于靈活性。燃用不同燃料的燃燒機(jī)必須選擇相應(yīng)的電子點(diǎn)火器以及不同的電極布置方式，否則有可能安全得不到保障或者無法引燃燃料。對(duì)于燃料為燃?xì)獾娜紵龣C(jī)，考慮到安全性的影響，必須采用單電極點(diǎn)火方式；而對(duì)于燃油燃燒機(jī)，為了獲得較好的點(diǎn)火位置及較高的點(diǎn)燃率，建議采用雙極型的點(diǎn)火方式。

參考文獻(xiàn)：
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