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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Солнечный телефон 25.08.2006 На традиционной выставке электроники в Ганновере Институт кремниевых технологий (Германия) показал сотовый телефон с питанием от солнечных батарей с кпд выше 20%. Работа в режиме ожидания может быть неограниченно долгой, было бы освещение, пусть даже искусственное. Использованы гибкие тонкопленочные солнечные батареи, которые можно приспособить к любой форме корпуса питаемого ими прибора.

Другие интересные новости:

▪ Обнаружен масштабный природный источник парниковых газов

▪ Работа в коллективе подавляет интеллект

▪ Аллергия на людей

▪ Роботизированный химик будущего

▪ Сетевые A4 принтеры Xerox Phaser 3052NI и Phaser 3260DNI

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья За красивые глаза. Крылатое выражение

▪ статья Как определить возраст дерева? Подробный ответ

▪ статья Галагания пахучая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Сетевая светодиодная лампа с блоком питания на микросхеме VIPer22A. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тракт АМ ЧМ на микросхеме СХА1238. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025