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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Полезные свойства сыра 13.05.2020 Новые исследования американских ученых доказывают, что сыр обладает рядом полезных свойств. Совсем недавно считалось, что сыр наносит вред организму и "старит". Но недавние исследования американских ученых показали, что сыр обладает рядом полезных свойств. Например, во многих сырах содержится молочная кислота, снижает риск сердечных заболеваний. Кроме того, в этом продукте много белков и жиров, которые участвуют в регенерации клеток организма, а также витамины D и редкий B12, благодаря которому образуются новые клетки - эритроциты. В сыре содержатся полезные бактерии, а за счет своей ферментированности употребление этого продукта благоприятно сказывается на микробиоте кишечника, улучшая процесс обмена веществ.

Другие интересные новости:

▪ Монохромная Фабрика печати Epson

▪ Наём роботов вместо людей

▪ Новые планшеты

▪ Птицы или насекомые

▪ Новые 14-выводные Flash микроконтроллеры

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Жизнь замечательных физиков. Подборка статей

▪ статья Нет царских путей к геометрии. Крылатое выражение

▪ статья Что такое каллиграфия? Подробный ответ

▪ статья Калабарские бобы. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Принципы получения белого свечения светодиода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Реле напряжение со звуковой сигнализацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026