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:

Вкус будущего с искусственным языком на графене 20.07.2025

Идея создания искусственного органа чувств давно привлекает внимание ученых, особенно в контексте замены или дополнения утраченных функций человека. Среди таких проектов особенно перспективной выглядит разработка электронного языка - устройства, способного не просто анализировать состав веществ, но и воспроизводить вкус на уровне, сравнимом с восприятием человека. И вот теперь, благодаря инновациям в области нанотехнологий и машинного обучения, этот замысел получил реальное воплощение. Инженеры и исследователи, стоящие за новым проектом, сконструировали устройство, основой которого стал оксид графена, размещенный в нанофлюидной структуре. Такой подход позволил объединить сенсорные и вычислительные элементы на одной платформе. Немаловажно, что система эффективно работает во влажной среде, близкой по условиям к ротовой полости, что делает ее особенно реалистичной в имитации естественного вкусового восприятия. Важнейшей технологической особенностью сенсора является использование пер ...>>

SSD-накопитель Transcend ESD420 20.07.2025

Компания Transcend перезентовала SSD Transcend ESD420 - новый портативный и производительный накопитель с уникальной системой крепления. Основная особенность устройства заключается в наличии встроенного магнита, который позволяет легко прикрепить его к задней панели iPhone, поддерживающего MagSafe. Это делает использование внешнего хранилища особенно удобным в полевых условиях, когда важно снимать видео без тряски и задержек, а свободное место заканчивается на глазах. Инженеры компании Transcend позаботились о совместимости: накопитель можно подключить напрямую через кабель USB-C - USB-C, что особенно актуально для последних моделей iPhone. Благодаря этому подключению устройство способно поддерживать ресурсоемкие функции, такие как запись в формате 4K ProRes прямо на внешний SSD, обходя ограничения встроенной памяти. Накопитель выполнен в компактном корпусе и весит всего 48 грамм, что делает его почти незаметным при использовании. Внешняя оболочка обладает ударопрочными характ ...>>

Выращены томаты без косточек 19.07.2025

Современное сельское хозяйство все чаще обращается к молекулярной биологии, чтобы преодолеть вызовы, связанные с климатом, сроками хранения и требованиями рынка. Один из таких прорывов связан с выращиванием плодов без семян - давно востребованных как в пищевой промышленности, так и среди потребителей. Пока обезкосточенные бананы и виноград стали привычными, новое внимание ученых сосредоточено на других культурах. Индийские исследователи уверенно двигаются в этом направлении, предложив инновационный подход к созданию томатов без косточек. Исследование было проведено на кафедре ботаники факультета естественных наук Университета Маунтин-Си в индийском городе Вадодара. Руководство проектом осуществлял профессор Сунил Сингх, а финансирование обеспечивал Совет по научным и инженерным исследованиям. Ученые сосредоточились на изучении так называемых каспазоподобных генов, которые играют ключевую роль в развитии растений, в частности - в вегетативных и репродуктивных функциях. По словам п ...>>

Случайная новость из Архива Ленивая стиральная машина Haier Leader 22.03.2025 Компания Haier представила уникальное устройство, которое она называет "первой в мире ленивой стиральной машиной" - модель Haier Leader (XQGL125-MBLDE697WU1). Основной особенностью этого инновационного устройства является его необычный дизайн с тремя барабанами, позволяющими одновременно стирать различные типы одежды. Один основной барабан предназначен для стандартной стирки белья, а два меньших барабана - для стирки носок, нижнего белья и других мелких предметов. Эти маленькие барабаны имеют диаметр 216 мм и могут вмещать до 1 кг белья каждый. Стиральный цикл занимает всего 22 минуты, что в разы быстрее, чем у традиционных стиральных машин. Размеры машины - 600х570х1070 мм. Это устройство экономит пространство и требует минимального подключения: только один источник питания и одна водяная магистраль. Встроенная медицинская УФ-стерилизация эффективно уничтожает бактерии, обеспечивая более чистую стирку. Интеллектуальные функции: Стиральная машина оснащена искусственным интеллектом для оптимизации работы. Среди прочих функций: динамический баланс для минимизации вибраций и шума, специальная программа для стирки бюстгальтеров, а также система циркуляции воды с 12 потоками, предотвращающая перекрестное загрязнение моющих средств. Машина потребляет 1850 Вт энергии и имеет класс энергоэффективности А, что делает ее экономичной в использовании. Уровень шума составляет 48 дБ при стирке и 66 дБ при отжиме, что очень низко для современных моделей. Для людей, которые не любят стирать полупустые загрузки, предусмотрена функция "прикосновения для стирки". Эта опция позволяет быстро запустить стирку в одном из верхних барабанов, не включая всю машину. Цена модели составляет около $690, что делает ее доступной в пределах средней ценовой категории на рынке.

Другие интересные новости:

▪ Обнаружена гигантская звезда с магнитными облаками

▪ Новые устройства от Buffalo

▪ Электробус на водороде

▪ Чистка зубов защищает сердце

▪ Планшетный сканер Xerox DocuMate 4700 для СМБ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Бог дал. Бог взял. Крылатое выражение

▪ статья Какие города и страны, кроме Пруссии, стали основой для названий тараканов в разных языках? Подробный ответ

▪ статья Герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы. Справочник

▪ статья Крашение овчин и шкурок кислотными красителями. Простые рецепты и советы

▪ статья Параметрический эквалайзер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025