|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Режет и сваривает вода
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование В статье рассказывается о том, как смастерить усовершенствованный вариант малогабаритного, но
достаточно мощного аппарата для газовой резки и сварки, работающего по принципу
получения водородно-кислородной горючей смеси с помощью электролиза водного
раствора щелочи.
Первая "водогорелка", способная резать и сваривать даже тугоплавкие металлы, у
меня с 1985 года. Изготовил ее (а сейчас наладил мелкосерийный выпуск аналогов
для продажи) по материалам журнала "Моделист-конструктор". Теперь выношу на суд
читателей свою последнюю разработку, в основе которой хотя и усовершенствованный
(большее число рабочих пластин, модифицированные боковые платы и надежный штуцер
для выхода горючей газовой смеси), но действующий по тому же принципу
электролизер.
Тем, кто впервые сталкивается с подобным устройством, нелишне, думается, в самых
общих чертах пояснить (а остальным напомнить), в чем суть такого рода
конструкций. А она достаточно проста.
![]() Рис. 1. Аппарат для резки и сварки, работающий на продуктах электролиза слабого щелочного раствора: а - блок-схема, б - готовая самодельная конструкция; е - блок питания выпрямленным напряжением электросети, 2 - электролизер, 3 - затвор жидкостный, 4 - горелка газовая, 5 - амперметр, 6 - ручка включения аппарата, 7 - ручка смены режима работы (скачкообразное изменение отдаваемой в нагрузку мощности), 8 - ручка управления потенциометрами, 9 - скоба хранения электрошнура в свернутом состоянии, 10 - корпус переносной деревянный, 11 - штепсельная вилка ![]() Рис. 2. Электролизер ("восьмидесятиячеистый" вариант): 1 - плата боковая (фанера, s12, 2 шт.), 2 щека прозрачная (оргстекло, s4, 2 шт.), 3 - пластина-электрод (жесть, s0,5; 81 шт.), 4 - кольцо разделительное герметизирующее (5-мм резина кислото- и щелочеупорная, 82 шт.), 5 - втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2x1, L35, 12 шт.), 6 - шпилька М6 (4 шт.), 7 - гайка М6 со стопорной шайбой (8 шт.), 8 - трубка вывода горючей газовой смеси, 9 - раствор слабощелочной (2/3 внутреннего объема электролизера), 10 - вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 - штуцер ("нержавейка"), 12 - гайка накидная M10, 13 - шайба штуцера ("нержавейка"), 14 - манжета (резина кислото- и щелочеупорная), 15 - горловина заливная ("нержавейка"), 16 - гайка накидная Ml8, 17 - шайба заливной горловины ("нержавейка"), 18 - шайба герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная), 19 - крышка заливной горловины ("нержавейка"), 20 - прокладка герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная) Между боковыми платами, соединенными четырьмя шпильками, размещены металлические
пластины-электроды, разделенные резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость
такой батареи на 1/2...3/4 объема заполнена слабым водным раствором щелочи (КОН
или NaOH). Приложенное к пластинам напряжение от источника постоянного тока
вызывает разложение (электролиз) раствора, сопровождающееся обильным выделением
водорода и кислорода. Эта смесь газов, пройдя через специальный жидкостный
затвор (рис. 1а), поступает далее на горелку и, сгорая, позволяет получить столь
необходимую для многих технологических процессов (например, резки и сварки
металлов) высокую температуру - около 1800° С.
Производительность электролизера зависит от концентрации щелочи в растворе и
прочих факторов. А самое главное - от размеров и количества пластин-электродов,
расстояния между ними, что, в свою очередь, определяется параметрами блока
электропитания - мощностью и напряжением (из расчета 2...3 В на гальванический
промежуток между двумя расположенными рядом друг с другом пластинами).
Предлагаемые мною конструкции источника постоянного тока доступны для
изготовления в условиях "домашней мастерской" и начинающему самодельщику. Они
способны обеспечить надежную работу даже "восьмидесятиячеистого"
(пластин-электродов у такого - 81 шт.) электролизера, а тем более - "тридцатиячеистого".
Вариант, принципиальная электрическая схема которого изображена на рис. 4,
позволяет к тому же легко осуществлять регулировку мощности для оптимального
согласования с нагрузкой: на первой ступени - 0...1,7 кВт, на второй (при
включении SA1) - 1,7...3,4 кВт.
И пластины для электролизера предлагаются соответствующие - 150x150 мм.
Изготавливаются они из кровельного железа толщиной 0,5 мм. Помимо газоотводного
12-мм отверстия в каждой пластине сверлится еще по четыре установочных
(диаметром 2,5 мм), в которые при сборке продеваются вязальные или велосипедные
спицы. Последние нужны для лучшего центрирования пластин и прокладок, а потому
на окончательном этапе сборки из конструкции убираются.
Вообще-то пришлось немало поломать голову, прежде чем "водогорелка" стала
удобной и надежной, как лампа Эдисона: включил - заработала, выключил - работать
перестала. Особенно хлопотным делом оказалась модернизация не самого
электролизера, а подсоединяемого к нему на выходе жидкостного затвора. Но стоило
отказаться от ставшего было шаблонным применения воды в качестве заслона от
распространения пламени внутрь газообразующей батареи (по соединительной трубке)
и обратиться к использованию... керосина, как все тут же пошло на лад.
Почему выбран именно керосин? Во-первых, потому, что в отличие от воды эта
жидкость в присутствии щелочи не вспенивается. Во-вторых, как показала практика,
при случайном попадании капель керосина в пламя горелки последнее не гаснет -
наблюдается лишь небольшая вспышка. Наконец, в- третьих: будучи удобным
"разделителем", керосин, находясь в затворе, оказывается безопасным в пожарном
отношении.
![]() Рис. 3. Керосиновый затвор и принцип его действия (а - при работающем электролизере, б - в момент отключения аппарата): 1 - баллон (2 шт.), 2 - пробка (2 шт.), 3 - штуцер вводный, 4 - штуцер выводной, 5 - керосин, 6 - переходник (стальная труба) По окончании работы, во время перерыва и т.п. горелка, естественно, гасится. В
электролизере образуется вакуум, и керосин перетекает из правого бачка в левый
(рис. 3). Потом - барбатация воздуха, после чего горелку можно хранить сколько
угодно: в любой момент она готова к использованию. При ее включении газ давит на
керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация
газа...
Соединительные трубки в аппарате - полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведет
тонкий резиновый шланг. Так что после отключения питания достаточно эту "резину"
перегнуть руками - и пламя, выдав напоследок легкий хлопок, потухнет.
![]() Рис. 4. Принципиальная электрическая схема блока электропитания И еще одна тонкость. Хотя блок питания (см. рис. 4) и способен обеспечить
электроэнергией 3,4-киловаттную нагрузку, пользоваться столь большой мощностью в
любительской практике случается очень редко. И чтобы "не гонять электронику"
чуть ли не вхолостую (в однополупериодном режиме выпрямления, когда на выходе
0...1,7 кВт), нелишне иметь в распоряжении и другой источник питания
электролизера - поменьше и попроще (рис. 5). По сути, это - двухполупериодный,
известный многим самодельщикам регулируемый выпрямитель. Причем со связанными
друг с другом (механически) "движками" 470-омных потенциометров. Конструктивно
такую связь можно осуществить либо при помощи простейшей зубчатой передачи с
двумя текстолитовыми шестернями, либо воспользоваться более сложным устройством
типа верньера (в бытовом радиоприемнике).
![]() Рис. 5. Вариант блока питания с использованием в схеме тиристоров и самодельного трансформатора Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнитопровода применен
набор Ш16x32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная - 2000
витков ПЭЛ-0,1; вторичная - 2x220 витков ПЭЛ-0,3.
Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и
сварки даже при самой напряженной эксплуатации способен исправно служить весьма
продолжительное время. Правда, раз в 10 лет требуется проводить основательное
техобслуживание, в основном из-за электролизера. Пластины последнего, работая в
агрессивной среде, покрываются окисью железа, которая начинает выступать в роли
изолятора. Приходится пластины промывать с последующей зачисткой на наждачном
круге. Более того, заменять четыре из них (у отрицательного полюса), разъеденных
кислотными остатками, собирающимися вблизи "минуса".
Поэтому рекомендуется в электролизер заливать только дистиллированную воду, а
щелочной раствор использовать наименее загрязненный солями (недопустимо
присутствие следов химических соединений серной и соляной кислот).
Применение так называемых сливных отверстий (кроме заливного и газоотводного)
также вряд ли можно считать оправданным, что и было учтено при разработке
аппарата. Столь же необязательным является и ввод в схему аппарата бидонов для
сбора накапливающейся сверхагрессивной щелочи. К тому же эксплуатация "безбидонной"
конструкции показывает, что этой "вредоносной жидкости" способно собраться за
10-летний период на дне керосинового затвора не более полстакана. Скопившуюся
щелочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную
порцию чистого керосина.
Автор:
В.Радьков, Татарстан
раздел сайта Биографии великих ученых журналы М-Хобби (годовые архивы) книга Как взорвалась вселенная. Новиков И.Д., 1988 книга Радиолюбителям - схемы для дома. Кашкаров А.П., 2008 статья Измерения электрических величин. Измерение напряжения справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия 6
|