Электролизерная сварка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование

 Комментарии к статье

Сварочный аппарат на базе разложения воды дороже, чем обычный. Может быть, удастся сделать электролизерную сварку проще? Эта статья содержит рекомендации по конструированию электролизера, а также советы по его использованию.

Описываемый в статье электролизер относится к биполярным, имеет 110 электролитических ячеек, включенных последовательно в цепь постоянного тока. Каждый электрод, за исключением двух крайних, работает одной стороной как катод, другой - как анод. Этот электролизер отличается от описанных ранее [1,2] отсутствием понижающего трансформатора, что позволило снизить расходы на изготовление аппарата и его вес. Регулировать производительность можно проще (рис.1), но такой необходимости не возникало. Диоды моста (четыре Д245А) использовали без радиаторов, так как мощность устройства около 1 кВт.

Всего нами было построено три электролизера, что дало очень ценный опыт. Рассмотрим последнюю, самую удачную конструкцию, а также идеи по ее усовершенствованию. Начнем с металлических пластин, одновременно играющих роль обоих электродов и ребер воздушного охлаждения. В качестве материала были использованы сталь 3, сталь 45 и нержавеющая сталь, разницы мы не заметили. Поскольку толщина пластин не играет никакой роли, в последней модели применили очень тонкое железо, что позволило резко уменьшить длину и вес электролизера. Для бестрансформаторного электролизера мощностью около 1 кВт придется вырезать 109 пластин (рис.2). Их форма может быть и восьмиугольной и круглой (для облегчения аппарата), но при этом увеличится время остывания электролизера.

Нужно сказать, что для долговременной непрерывной работы данный электролизер не годится, на нем можно работать только периодически. Причина в постепенном нагреве электролита до образования водяного пара, который, попав в горелку, отсекает (гасит) пламя. Методы борьбы: охлаждение электролизера, электролита и газа, увеличение количества электролита (междуэлектродного расстояния). Кстати, КПД электролизера с повышением температуры только увеличивается, и некоторые промышленные установки работают при температуре электролита до 95°С!

Обратите внимание на то, что по сравнению с [2] количество просверленных отверстий в пластинах уменьшено в 6 раз. По совету изобретателя Р. Стасива, в пластине оставлено только одно отверстие, что полностью исключает паразитный нагрев электролита. От диаметра этого отверстия зависит скорость заправки электролизера, но слишком большое отверстие уменьшит полезную площадь электродов или вызовет паразитный нагрев электролита. Лучше, если это отверстие будет иметь не круглую, а фигурную форму (на рис.3 выделено жирной линией).

В процессе работы изнашиваются (окисляются) стороны пластин, выполняющие функцию анодов. Чтобы их не чистить, на промышленных аппаратах используют аноды, покрытые сульфидированным или обычным никелем. Не надо бояться, что железные пластины заржавеют, так как в щелочной среде этого не происходит. Щелочь (КОН или NaOH) входит в состав электролита. При покупке спрашивайте едкие калий или натрий, гидроокиси калия или натрия, каустическую соду. От качества электролита зависит сохранность пластин-электродов, особенно анода. Концентрация щелочи - 5...30%. В промышленных электролизерах используется преимущественно КОН, за неимением которого мы применяли NaOH.

Щелочь должна быть чистой, не пострадавшей от контакта с углекислым газом воздуха, на котором она превращается в поташ (К₂СO₃) или соду (Na₂СO₃). В процессе работы щелочь не убывает, доливать приходится только дистиллированную воду. Если дистиллированной воды нет, то приготовьте ее амии с помощью перегонного куба. При попадании электролита в глаза немедленно промойте их большим количеством дистиллированной воды. Лучше работу с электролитом проводить в защитных очках, которые можно легко и быстро сделать из пластиковой бутылки [3].

Резиновые прокладки (рис.4) выполняют функцию электролизных ванн. В нашем случае потребовалось 110 штук. Для первого электролизера нарезали ножницами. На токарном станке нарезали (все за раз) прокладки второго электролизера. Для третьего использовали кольца, изготовленные методом вулканизации, - это самый экономный способ. От толщины прокладок зависит емкость аппарата, а значит, и количество заправок электролитом. Мы испробовали толщину колец от 2 до 5 мм, большой разницы не заметили. Самыми экономными являются прокладки квадратного сечения, но мы их не использовали, так как хотели добиться большого давления выходных газов. В промышленных установках для достижения большого КПД увеличивают давление до 200 и более атмосфер, причем совсем без дополнительных затрат, за счет энергии одного только газообразования. Уже не раз встречали сообщения о превышении КПД электролиза современными способами свыше 100%.

Крайние электроды отличаются от остальных. Это две толстые (8... 10 мм) стальные пластины, которые с помощью стяжки удерживают все пластины и прокладки в одном пакете. Одна из пластин служит только катодом, другая - анодом. В одной из пластин высверлено отверстие для крепления универсального бачка (рис.5).

Этот бачок является еще одной особенностью нашего электролизера (рис.6).

Он играет роль заливной горловины, газового ресивера, пенобрызгоуловителя, и просто необходим для эксплуатации аппарата (рис.7), где а) залив электролита, добавление воды; б) слив излишка; в) выравнивание концентрации; г) работа; д) слив).

При отключении электролизера, эксплуатируемого с барботатором, советуем сразу открутить крышку бачка, так как охлаждающийся газ затянет жидкость с барботатора (на рис.7 не показан). В процессе работы электролизера в бачке собирается высококонцентрированная щелочь, которая благополучно растворяется дистиллированной водой во время долива. Следует иметь в виду, что бестрансформаторный электролизер очень опасен, так как не имеет гальванической развязки с электросетью.

Стяжка электролизера состоит из 4 шпилек и 8 гаек. Можно также применить 4 длинных болта. На шпильки мы надели полихлорвиниловые трубки, под гайки положили стальные шайбы и "граверки". Длина шпилек зависит от толщины всех прокладок и пластин в сжатом состоянии.

Четыре изолирующие прокладки под гайки (рис.8) изготовили из прочной пластмассы. Они выполняют функцию восьми ножек, поскольку в процессе обслуживания наш аппарат приходится переворачивать (рис.7).

При выключении незащищенной электролизной горелки происходит взрыв стехиометрической смеси водорода и кислорода (2:1). Рекомендуется перед выключением аппарата гасить горелку окунанием в воду, поскольку под водой водокислородное пламя горит только в присутствии горячего углерода (графита). Пламегасители внутри горелки часто не срабатывают, так как энергия (теплота) поджига у водорода в 15 раз меньше, а скорость распространения фронта пламени в 8 раз больше, чем у обычных горючих газов. Поскольку излучение пламени водорода в 10 раз меньше, а температура (не путать с теплотой) поджига больше, то пламегасители должны быть мощным теплоотводом. Изготовить такой пламегаситель можно из тонкой медной проволоки (без лака), которую плотно набивают молотком в металлический корпус горелки с помощью конического бойка. Используют также гидрозатворы (барботаторы), заполненные водой или керосином, а также перекрывание газопровода. Лучшим газопроводом служит прозрачная трубка от медицинской капельницы. Барботаторы изготавливают из пластиковых бутылок (рис.9) емкостью 0,5 л.

Если хотите получить больше электролизных газов, увеличьте суммарную площадь электродов, а не напряжение. Напряжение лучших электролизеров находится в пределах 1,7...2,6 В на одну ячейку. Если не можете изготовить большой электролизер, то сделайте два или больше мелких и соедините их параллельно для совместной работы.

Сначала наш электролизер предназначался только для демонстрации по республиканскому телевидению (1991 г.) парового двигателя внутреннего сгорания. Исследовать сварочные способности водокислородного пламени было поручено опытному газосварщику. Не сдерживая свой восторг, специалист сразу определил, что аппарат дает слишком много кислорода и требует добавления углеводородных топлив: горючих газов, например пропана, или паров горючих жидкостей. При этом свободный водород сильно ускоряет процессы горения, что повышает температуру пламени. Один из потенциальных заказчиков электролизера (ювелир М. Канаев) сообщил, что его старшие коллеги пропускают газ электролизера через метиловый спирт, бензин или газолин и держат эту технологию в строжайшем секрете. В народе ходят слухи о газосварке, которая не требует карбида и кислородных баллонов. По всей вероятности, эта легендарная газосварка и есть электролизная с добавлением углеводородных топлив. Когда-то, до широкого внедрения электродуговой сварки, электролизерная сварка вполне удовлетворяла промышленников. Сегодня, добывая из рек и болот старые танки, больше всего удивляются блестящим ровным швам на фоне ржавого железа, - это и есть работа электролизера.

Мы еще не встречали человека, разочаровавшегося в электролизере, поэтому в заключение несколько слов о перспективах. Получение водорода и кислорода с помощью электролизера - сегодня самое дорогое. Но электролизеру трудно найти замену там, где нет газового оборудования и требуется высокое качество сварочных работ и особая чистота пламени. Поскольку в технологии получения атомарного водорода (Н) и озона (O₃) одинаковы, то для увеличения энергии горелки можно использовать озонатор. Также можно увеличить температуру, увеличив давление в зоне сварки. Водород и кислород можно разделить с помощью газового циклона (вихревой трубы). Для медицины можно изготавливать так называемые плазменные скальпели.

Сфера использования "горящей воды" может оказаться гораздо шире, чем это можно сегодня представить, поэтому мы предлагаем читателям журнала самим заняться экспериментами с электролизером и поделиться своим опытом.

Литература:

1. Серов А. Огонь из... воды//Моделист-Конструктор. 1980. - №7.
2. Орлов Ю. Водогорелка//Моделист-Конструктор. - 1985. -№10.
3. Бородатый Ю. Необходимое из ненужного//Конструктор. -2001.-№6.-C.31.
4. Все книги Анатолия Николаевича Подгорного, замечательного популяризатора водородных технологий, члена-корреспондента АН Украины, лауреата Государственной премии Украины.

Авторы: И.П. Олейник, Ю.И. Бородатый

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Новая модель расширения Вселенной 29.12.2018 Команда физиков из Уппсальского университета в Швеции разработала новую модель Вселенной, способную разрешить тайну темной энергии В конце 1990-х астрофизики обнаружили, что Вселенная расширяется с возрастающей скоростью. Это означало, что пространство не пустое, а наполнено таинственной "субстанцией", которая расталкивает вещество. Ее назвали темной энергией. Ее природа представляет собой одну из самых больших тайн в фундаментальной физике. Доктор Сувик Банерджи и соавторы предлагают новую модель Вселенной с темной энергией, согласно которой наша реальность находится на расширяющемся пузыре в другом измерении. "Мы давно надеялись, что ответ даст теория струн, - говорит ведущий автор исследования доктор Сувик Банерджи. - Согласно этой теории все вещество состоит из маленьких вибрирующих объектов, похожих на струны. Теория также требует наличия большего количества пространственных измерений, чем три известных. На протяжении 15 лет предлагались разные модели в теории струн, которые могли бы объяснить темную энергию. Однако их встречали серьезной критикой, а некоторые исследователи считают, что ни одна из моделей, предложенных на сегодняшний день, не работает. По словам ученых, вся Вселенная расположена на краю этого раздувающегося пузыря. Новая модель предполагает, что все существующее во Вселенной вещество соответствует концам струн, простирающихся в дополнительное измерение.

Другие интересные новости:

▪ Лазер охлаждает молекулы

▪ Диета может изменить вкус сахара

▪ Jennie продемонстрирует беспроводное near video по IEEE802.15.4

▪ Камера фотографирует и мгновенно печатает

▪ Ловушка для вихря

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоэлектроника и электротехника. Подборка статей

▪ статья Из грязи в князи. Крылатое выражение

▪ статья Как называют мачты парусного корабля? Подробный ответ

▪ статья Штык с обносом. Советы туристу

▪ статья Однотактный ламповый усилитель мощности на лампах 6Ж1П, 6П1П. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Поврежденная кисть. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026