Электролизная сварка своими руками

Сварка с водородно-кислородной горючей смесью из электролиза воды

Аппарат для газовой резки и сварки различных материалов, включая тугоплавкие металлы, ни одному хозяйству, думается, не помешает. Тем более компактный и абсолютно безопасный в обращении. Но где такой достать? Да и не по карману многим его приобретение.

А вот у сторонников малой механизации — любителей создавать всё своими руками такой аппарат наверняка имеется. Возможно, даже самодельный, выполненный по эскизам и с учётом рекомендаций, которые были опубликованы на страницах «Моделиста-конструктора» (№7 за 1980 г. и № 10 за 1985 г.).

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 щёлочи, рассказывает очередная публикация журнала.

Первая «водогорелка», способная резать и сваривать даже тугоплавкие металлы, у меня с 1985 года. Изготовил её (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 надёжный 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; ё — 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 свёрнутом 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 щёлочеупорная, 82 шт.), 5 — втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2×1, 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 объёма электролизера), 10 — вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 — штуцер («нержавейка»), 12 — гайка накидная M10, 13 — шайба штуцера («нержавейка»), 14 — манжета (резина кислото- и щёлочеупорная), 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 щёлочеупорная).

Между боковыми платами, соединёнными четырьмя шпильками, размещены металлические пластины-электроды, разделённые резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость такой батареи на 1/2. 3/4 объёма заполнена слабым водным раствором щёлочи (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 щёлочи 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 расчёта 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 надёжную 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 — 150×150 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 надёжной, 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 её включении газ давит на керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация газа.

Соединительные трубки в аппарате — полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведёт 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.

Причём 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 радиоприёмнике).

Рис.5. Вариант блока питания с использованием в схеме тиристоров и самодельного трансформатора.

Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнитопровода применён набор Ш16×32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная — 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная — 2×220 витков ПЭЛ-0,3.

Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и сварки даже при самой напряжённой 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 загрязнённый 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 щёлочи.

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 щёлочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную порцию чистого керосина.

В.РАДЬКОВ, Татарстан. Моделист-конструктор 1997 №3.

Собираем электролизер и делаем водородную горелку

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— листовая сталь (а лучше нержавейка);
— едкий натр и вода (для электролита);
— силиконовый герметик;
— крестики для кладки плитки;
— оргстекло;
— штуцера;
— кусок трубы и медная проволока (для пламегасителя);
— надежные провода, шланг и пр.

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Вырезаем электроды
Первым делом вырезаем электроды, для этого лучше использовать нержавеющую сталь, поскольку любой другой быстро выгорит и весь узел придет в негодность.

Чем больше будет электродов, тем больше газа сможет выделить генератор. В итоге у автора получилась довольно массивная пачка электродов, листовой металл удобнее всего резать на станке.








Шаг второй. Сборка генератора
Далее нужно собрать генератора как на схеме. Между электродами должно быть некоторое расстояние, чем меньше оно будет, тем меньшее понадобится напряжение для электролиза. Электроды по схеме подключаются последовательно, что нужно также для снижения питающего напряжения.

Весь блок собирается на силиконовом герметике, в итоге получается своего рода труба из электродов, которая будет заполняться электролитом. Ну а газ будет выходить через просверленные отверстия.







Для получения необходимых зазоров ставим крестики, которые используются при кладке плитки. Ну а далее наносим герметик по кругу и склеиваем блок. Процедура требует немало времени и внимания, так как пластин довольно много.

Шаг третий. Гидрозатвор
Для недопущения взрыва генератора, в нем обязательно должен быть гидрозатвор. Автор реализовал его из листов оргстекла. Также кусок оргстекла используется для задней стенки генератора. Также используем силиконовый герметик, а в завершении все стягиваем болтами с гайками.



















Шаг пятый. Горелка и пламегаситель
Так как выделяем газ является уже готовой горючей смесью, нужно обязательно предусмотреть пламегаситель, чтобы огонь не добрался до генератора.

Сделать пламегаситель можно из куска трубы, просто набиваем в трубу медную проволоку. Когда огонь будет проходить через холодную проволоку, он будет терять энергию и, теоретически, будет тухнуть. У автора несколько раз он не срабатывал, но тем не менее его наличии в конструкции важно.

Читайте также  Минисварка своими руками

Ну а в качестве сопла была использована игла от шприца.














Самоделка готова, газ выделяется отлично, получилась мини-горелка с очень высокой температурой факела. Такая горелка легко режет алюминиевую банку и даже плавит стекло.

В качестве сравнения автор продемонстрировал и мощный заводской вариант. Конечно, пламя у заводской версии куда мощнее, но и самодельный вариант также имеет право на жизнь. Конечно, в случае надобности можно собрать генератор и с более высокой производительностью.

На этом проект завершен, надеюсь, вам самоделка понравилась, и вы нашли для себя полезные мысли. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить подобное. Не забывайте делиться с нами своими идеями и самоделками!

Преимущества водородной сварки в сравнении с другими видами газопламенной обработки

Водородная сварка представляет собой разновидность газопламенной обработки. Ее отличительной особенностью является горение пламени в атмосфере водорода. На сегодняшний день среди всех видов газопламенных обработок наибольшей популярностью пользуется именно такой метод.

Он обладает высокой эффективностью и служит отличной альтернативой ацетиленовой сварке. Кроме того, изготовить водородный сварочный аппарат можно своими руками в домашних условиях, что делает его еще более интересным.

  1. Преимущества водородной сварки
  2. Применение метода
  3. Как самому сделать водородный сварочный аппарат?
  4. Основная емкость
  5. Источник тока для атомно-водородной сварки
  6. Обменная камера
  7. Изготовление горелки
  8. Итог

Преимущества водородной сварки

Водородная сварка обладает рядом преимуществ по сравнению с другими аналогами. Главным ее достоинством является то, что в процессе горения сварочной горелки выделяется водяной пар, поэтому она является самой безопасной.

Кроме того, данная технология обеспечивает высокие рабочие температуры, а значит позволяет работать с более тугоплавкими металлами. Водородную сварку можно легко использовать в домашних условиях, так как изготовить сварочный аппарат своими руками может любой желающий.

Еще одним наиболее часто используемым методом является ацетиленовая сварка.

Технология сварки при помощи водорода.

В то же время водородная во многих случаях оказывается более предпочтительной благодаря своим особенностям:

  • позволяет получать аккуратные плотные швы;
  • возможность работы с мелкими деталями;
  • высокая температура газовой горелки позволяет осуществлять не только сварку, но и резку материалов;
  • водородная горелка своими руками – это посильная задача не только для мастеров, но и для новичков;
  • возможность выполнения работ в замкнутом пространстве;
  • водородный сварочный аппарат является малогабаритным и его удобно транспортировать.

Несмотря на многочисленные достоинства атомно-водородной сварки, она не лишена недостатков. Главные из них – это трудности работы с медными изделиями, некоторыми легированными сталями, а также с массивными материалами.

Применение метода

Газопламенная сварка осуществляется за счет горения газообразной смеси. Самой часто используемой является ацетиленовая сварка. Она основана на окислении карбида в воде.

Если необходима небольшая температура, например, для работы с мелкими деталями или тонким металлом, используется пропан. Он подается из баллона в смесительную камеру, а затем в горелку.

В эту же камеру подается кислород, поддерживающий горение газа. Регулируя давление кислорода можно достичь температуры горения до 3000 градусов, что позволяет осуществлять не только сварку, но и резку металла.

Недостатком этой технологии является необходимость использование баллона с газом. Это накладывает ограничения на применение сварки во многих сложных условиях.

Агрегат для водородной сварки.

Принцип работы водородной сварки основан на процессе разделения воды на водород и кислород. В результате последующей рекомбинации одноатомного водорода в двухатомный происходит высвобождение энергии, ускоряющей сварку.

Область сварки оказывается защищенной водородом от кислорода, что исключает окисление поверхности и обеспечивает гладкие швы.

Использовать водородные баллоны для сплава опасно. Его утечка в замкнутых помещениях может привести к удушью или головокружению. Также он является взрывоопасным.

Производство водорода, необходимого для работы сварочного аппарата, осуществляется непосредственно на месте проведения сварочных работ в электролизной камере. Это исключает указанные риски при правильном использовании оборудования и соблюдении техники безопасности.

Водородная сварка широко применяется в сложных условиях: тоннелях, шахтах, коллекторах. Использовать в таких задачах пропилен-ацетиленовые баллоны невозможно из-за высокого риска утечки смеси и ее взрыва.

Электролизное оборудование лишено этих недостатков и широко применяется в указанных областях.

Использовать водородные сварочные аппараты достаточно просто. Они не требуют частой перезарядки и быстро выходят на рабочие температуры.

Кроме того, они могут работать от бытовой сети, что делает их весьма привлекательными для простого пользователя. Особенно учитывая то, что водородная сварка может быть изготовлена своими руками по одной из многочисленных схем электролизера для сварки доступной в интернете.

Как самому сделать водородный сварочный аппарат?

Сварка водородом пригодится любому умельцу. Водородный резак является недешевым оборудованием. Кроме того, доступные в продаже аппараты зачастую оказываются непригодными для пайки мелких деталей, особенно для ювелирных изделий.

Выходом из этой ситуации является изготовление атомно-водородной сварки своими руками. Все детали, необходимые для создания такого прибора можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Итак, давайте рассмотрим, как это сделать в домашних условиях.

Основная емкость

Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.

Этот процесс осуществляется в емкости, для которой отлично подойдет пол литровая банка. Ее необходимо закрыть пластмассовой крышкой с двумя отверстиями, проделанными для вывода контактов от электродов.

Все выводы необходимо плотно загерметизировать. Для этих целей подойдет клей «Момент».

В качестве электродов можно использовать четырехсантиметровые полоски из нержавеющей стали. Для наибольшей производительности сварочного аппарата требуется задействовать весь объем жидкости.

Для этого пластины просверливаются по верхнему и нижнему краю и соединяются между собой диэлектрическими шпильками. На получившемся блоке делаются клеммы: два минуса, расположенные по краям, и полюс между ними.

Каждая клемма загибается и фиксируется на емкости болтом. На эти болты будут накидываться клеммы от источника питания.

Емкость необходимо заполнить с помощью шприца рабочей жидкостью через штуцер отвода газов. Электролит представляет собой 8-10% смесь гидроокиси натрия в дистиллированной воде. При работе электролизера температура рабочей жидкости щелочного раствора обычно не превышает 80 °С.

Гидродозатором выступает второй сосуд. В нем газы насыщаются парами горючих веществ. Затем полученная смесь направляется в третью емкость, наполненную обычной водой. Она выполняет функцию затвора для выхода газов.

В качестве сопла, через которое буду выходить кислород, водород и горючие вещества, может быть использована обычная медицинская игла.

Источник тока для атомно-водородной сварки

В качестве источника тока может использоваться обычный аккумулятор на 12 вольт. Этот вариант отлично подойдет для работы с металлом фиксированной толщины.

Его недостатком является отсутствие возможности контроля силы пламени горелки, так как ее производительность определяется выработкой водорода и кислорода, зависящей от силы тока.

Выбор зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов будет более предпочтительным. Для работы с тонкими металлическими пластинами или ювелирными изделиями зарядку можно настроить на 3 вольта.

Запитать кислородом водородную сварку можно от обычной сети в 220 В, что позволяет использовать данный аппарат в домашних условиях.

Обменная камера

Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.

Внутри нее необходимо проделать 3 отверстия:

  • для заправки рабочей жидкостью;
  • снизу штуцер для подачи рабочей жидкости в основную емкость;
  • штуцер для подачи газовой смеси на сопло.

Конструкцию дополнительной емкости также необходимо тщательно загерметизировать. Через водородные затворы водородного генератора не должны просачиваться газы и жидкость. Это также решается с помощью «Момента».

Изготовление горелки

Для изготовления горелки можно использовать обычный резиновый шланг. Именно по нему водород и кислород будут транспортироваться от обменной камеры к соплу. В качестве сопла можно применить иглу от шприца или капельницы. Последняя будет более предпочтительным выбором, так как стенки этой иглы толще.

Шланг необходимо плотно закрепить со штуцером обменной камеры и основанием иглы. Это достигается при помощи хомутов. После завершения всех операций по сборке аппарата можно приступать к его испытанию.

Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.

Во многих случаях использование водородной сварки оказывается более удобным, чем других газопламенных методов. Особенно актуальной она становится, когда речь заходит про работу в домашних условиях.

Приведенное описание того, как сделать водородную горелку своими руками, поможет всем мастерам, желающим изготовить такой прибор. Это существенно сэкономит средства на покупку магазинного варианта сварки.

Кроме того изготовленный своими руками водородный резак является более перспективным для работы с мелкими изделиями. Водородная сварка является экологически чистой, а ее изготовление не требует большого труда и крупных затрат.

Также метод аналогичен с ацетиленовой сваркой, и освоить его не составит труда.

Водяная горелка — миниатюрный автоген

Используется принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электропитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной.

Относительно небольшая, но вполне достаточная для нужд моделиста производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожара — и взрывобезопасность.

Устройство электролизера

Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaOH.

Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода.

Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор. Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1 :1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку — иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800° С.

Состав электролизера:

1 — изолирующая полихлорвиниловая трубка 10 мм, 2 — шпилька М8 (4 шт.), 3 — гайка М8 с шайбой (4 шт.), 4— левая плата, 5 — пробка-болт М10 с шайбой, б — плас-. тина, 7 — резиновое кольцо, 8 — штуцер, 9 — шайба, 10 —полихлорвиниловая трубка 5 мм, 11 — правая плата, 12 — короткий штуцер (3 шт.), 13 — промежуточная емкость, 14 — основание, 15 — клеммы, 16 — барботажная трубка, 17 — форсунка-игла, 18 — корпус водяного затвора.

Читайте также  Расчет тороидального трансформатора для сварки

Для плат электролизера я использовал толстое оргстекло. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.

Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6—0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5—6 мм должна быть 2—3 мм.

Изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, и все же идеальный для этого инструмент — “кругорез-универсал”.

Четыре стальные шпильки М8, соединяющие детали, изолированы кембриком диаметром 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия диаметром 11 мм.

Количество пластин в батарее — 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением — из расчета 2В на пластину.

Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток больше, но лучше применять 4—8-процентный раствор — при электролизе он не так пенится.

Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки — иглы с внутренним диаметром 0,6 мм.

Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем — так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.

Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе.

Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизера.

Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок диаметром 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой.

Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой диаметром 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю — с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой — с форсункой-иглой.

Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ.

Если вам необходима большая производительность — увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания — с ЛАТРом и простейшим выпрямителем.

Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно.

Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600°С.

Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1:1. Однако в последних случаях следует не забывать пополнять и содержимое водяного затвора.

ОГОНЬ ИЗ. ВОДЫ

С. СЕРОВ, г. Таллин

В том, что нескольких литров воды достаточно, чтобы получить высокотемпературное пламя (2000° С), убедится каждый, ознакомившись с описанием устройства разработанного мною электролизера.

Большая температура факела обеспечивает паяние черных и цветных металлов практически любыми тугоплавкими припоями или самим металлом (сварка). Высокая концентрация тепла в узком пятне позволяет прожигать, например, в тонкой листовой стали отверстия 02 мм и более, вести термическую обработку инструмента, выполнять фасонный раскрой тонкой листовой стали.

«Водяной» горелкой можно обрабатывать эмали, керамику, стекло, в том числе кварцевое. Для этого, правда, температура факела увеличивается на 5000° С (способ здесь не описывается). Получаемый факел бесшумен, отсутствие углерода в его составе обеспечивает бездымность. В качестве отхода горения образуется просто перегретый водяной пар, не имеющий цвета и запаха.

Основная часть устройства — электролизер; он состоит из ряда герметических полостей, образованных электродами, прокладками между ними и платами. Герметизация набранного таким образом пакета осуществляется стяжкой болтами.

Через заливную трубку полости заполняются электролитом; уровень его ограничивается верхним торцом трубки. Отверстие, находящееся в нижней части каждого электрода, служит для равномерного заполнения электролитом каждой полости. Нижний патрубок предназначен для опорожнения полостей. Обе трубки герметично закрываются.

При электролизе образующаяся газовая смесь кислорода и водорода через отверстие, находящееся в верхней части каждого электрода, направляется в отстойник, разделенный на две части перегородкой. Из него смесь поступает в водяной затвор через штуцер и шланг, барботирует (проходит) через слой воды и по шлангу поступает в горелку.

Не менее важная часть устройства — водяной затвор. Он служит для отделения подводящего и отводящего газ шлангов столбом воды высотой 120 — 150 мм, через который газ барботирует. Затвор надежно защищает электролизер от случайной вспышки газа в шланге горелки.

Его корпус изготовлен из металлической трубы Ø100 мм, заваренной с обоих концов. Через патрубок заливается вода до верхнего контрольного уровня. Кран находится на нижнем продольном уровне. Решетка служит опорой фильтра, изготовленного из любого гранулированного негорючего материала. Фильтр предотвращает унос влаги газом. Газоприемная трубка заканчивается обратным клапаном обычней конструкции. В корпус вмонтирован также обратный клапан с раструбом, срабатывающий при случайной вспышке газа.

Автоматический выключатель напряжения — самодельный. Он состоит из корпуса, контактора и резиновой груши. Полость последней соединена с полостью водяного затвора. При превышении давления в системе груша раздувается и нажимом на рычаг контактора отключает прибор от электросети.

Электросхема выпрямителя состоит из следующих элементов: лабораторный автотрансформатор — ЛАТР 2 кВт, трансформатор понижающий 220/65 В, мост на диодах на 15 А (любой конструкции), плавкий предохранитель на 20 А, амперметр (шкала не менее 15 А), вольтметр.

Выпрямитель подключается к электролизеру биполярно, как указано на схеме.

РАСЧЕТ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ

В соответствии с законом Фарадея при электролизе количество выделенного вещества пропорционально силе тока. Теоретически каждые 28,7 А дают 11,7 л водорода и 5,85 л кислорода. Практически выход по току никогда не бывает 100%. Падение напряжения на каждой паре электродов (расчетное) составляет 2 В. Плотность тока на 1 дм 2 площади электрода зависит от времени непрерывной работы электролизера и составляет от 2 до 5 А.

Простота конструкции позволила сократить количество основных деталей до трех: электрода, прокладки, платы.

Электрод — листовое декапированное или трансформаторное железо 250 X 250 мм толщиной 0,3-0,5 мм (32 шт.). Прокладка — резина средней твердости (фланцевая); кольцо Ø220 X 0 250 мм, толщина — 4-6 мм (31 шт). Плата — любой- изоляционный материал (листовой) 300 X 350 мм, толщина не менее 20 мм (2 шт.). Стяжные болты — М12 из стали 45, длина — по месту (не менее 4 шт.).

Электролитом служит 22% раствор едкого натра (NaOH) в дистиллированной воде. По мере его расходования (общее количество 4 л) добавляется в электролизер только дистиллированная вода.

Перед заливкой электролита нужно испытать герметичность собранного электролизера, заполнив его под давлением водой из городского водопровода; малейшие подтеки тщательно устраняются. При работе электролизера нельзя допустить нагревания электролита выше 65°.

Ввиду постоянства состава газовой смеси, выдаваемой электролизером, упрощаются и требования к горелке. Ею может быть обыкновенная инъекционная игла от медицинского шприца, точнее, набор игл разного диаметра, от 0,3 до 1 мм. Игла крепится на конусе штуцера рукоятки так, как и на шприце. Рукоятка горелки представляет собой отрезок трубки, к которой через штуцер и шланг подводится газ от водяного затвора. Внутрь рукоятки помещается огнегасительная набивка в виде мелкой металлической дроби и сетки.

В качестве шлангов используется хлорвиниловая трубка Ø4-5 мм.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Следует помнить, что смесь водорода с кислородом, выдаваемая электролизером, — взрывоопасна!

Однако сам прибор при тщательности его исполнения и аккуратности работы с ним никакой опасности не представляет. Это достигается тем, что отсутствуют промежуточные емкости значительного объема; газ нигде не накапливается: сколько его вырабатывается, столько же одновременно потребляется факелом.

Однако категорически недопустимо заполнять получаемой газовой смесью какие-либо емкости для любых технологических целей, и тем более надувные детские летающие шары. Ни в коем случае нельзя также проверять герметичность соединений в конструкции электролизера пламенем свечи, спички и другим открытым огнем; недопустима и работа без заливки воды до верхнего контрольного уровня в водяном затворе или без систематической проверки наличия в нем воды, залитой перед началом работы. Опасно также снижение уровня электролита. Нужно постоянно добавлять дистиллированную воду по мере расхода электролита.

При изготовлении электролита следует работать в защитных очках и резиновых перчатках.

Гасить рабочий факел пламени нужно не выключением электропитания, а опусканием иглы в емкость с водой, иначе последует перегрев иглы и она выйдет из строя.

Оператор должен работать с горелкой в светозащитных очках.

В заключение несколько слов о перспективах. Конструкторам известно о том, что нет машин, аппаратов, приборов, не поддающихся совершенствованию. Это относится и к электролизеру. Здесь можно, например, в выпрямителе обойтись без ЛАТРа и трансформатора, без снижения эксплуатационного качества; в самом электролизере — без резиновых или иных прокладок; режим работы перевести в непрерывный; повысить температуру факела с 2000 до 3000°.

На необъятной территории СССР немало мест, сезонно отрезанных бездорожьем или слишком отдаленных от баз снабжения. Для работающих в таких условиях автор разработал модель электролизера, выдающего газ под давлением, специально для выполнения разовых, например аварийных, работ с большой мощностью факела.

Надеюсь совместно с заинтересованными читателями провести широкую проверку этой, как мне кажется, перспективной, разработки.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Напряжение питающей сети, В — 220

Рис. 2. Схема электролизера: 1 — плата, 2 — прокладка, 3 — электроды, 4 — стяжной болт, 5 — отверстие для газовой смеси, 6 — отстойник с перегородкой, 7 — штуцер, 8 — шланг, 9 — корпус водяного затвора, 10 — газоприемная трубка затвора, 11 — корпус автовыключателя, 12 — контактор, 13 — резиновая груша, 14 — шланг к горелке, 15 — рукоятка горелки, 16 — огнегасящая набивка, 17 — полая игла, 18 — обратный клапан, 19 — водяной столб, 20 — кран нижнего уровня воды, 21 — заливной патрубок, 22 — решетка фильтра, 23 — фильтр, 24 — аварийный обратный клапан, 25 — раструб, 26 — сливной патрубок отстойника, 27 — сливной патрубок для электролита, 28 — заливная трубка, 29 — винтовая пробка, 30 — электролит.

Читайте также  Лазерная сварка своими руками

Электролизерная горелка

Это восхитительный простотой своей идеи девайс, доступный к домашней сборке с минимумом использованных инструментов и навыков (разумеется, в продвинутом варианте всё усложняется за счёт примочек и заморочек). Суть очень проста: берём электроды, суём в электролит, подаём ток, собираем на выходе водород-кислород.

Наверное, любой читающий этот текст в детстве или более позднем возрасте делал мини-электролизную установку класса «занимательная физическая химия»: два карандаша в банке с солью или содой, батарейка, проводки, пробирки, и весело поджигал водород в пробирке. Так вот, это то же самое, только мощнее на два-три порядка.

Эта хренотень даёт мощный, чрезвычайно горячий язык пламени тупо из воды со щёлочью. Никаких баллонов с газами, никаких редукторов, заправок и прочей мути — только подай напряжение. А если надуть ей шарик, и отпустить его с горящей ниткой…

Что нужно для получения более-менее мощного потока газа? Правильно, большая площадь электродов, причём объём газа в секунду ей прямо пропорционален. Не буду вдаваться в расчёты, тем более что сам я их не проводил, просто сообщу оптимальные параметры. Суммарная площадь электродов для достойного внимания потока газа должна быть не менее 1000 см^2 (суммарно по аноду и катоду), желательно — от 2000 см^2. Плотность тока должна быть порядка 0.08-0.15А/см^2 (8-15А/дм^2): при большем токе будет иметь место перегрев электролита и закипание — то есть, пена, тысячи её; при меньшем — теряем в газовыделении. Падение на одной паре электродов для такого тока получается 2-3 вольта, в зависимости от концентрации электролита (я взял 10%, это соответствует примерно 2.2-2.3 вольта падения). При таких обстоятельствах качать две огромных пластины сотнями ампер тока при двух вольтах представляется не очень разумным решением. Гораздо лучше соединить несколько ячеек последовательно: тогда мы сможем увеличить рабочее напряжение и площадь электродов во много раз при том же токе. А теперь осталось только сообразить, что одна пластина электрода может быть с одной стороны катодом одной ячейки, а с другой — анодом другой.
Короче, просто набираем бигмак из чередующихся кольцеобразными прокладками пластин. Больше пластин — больше напряжение при том же токе; больше площадь одной каждой пластины — больший ток при том же напряжении. Увеличение числа пластин увеличивает суммарное падение на них напряжения. На схеме всё понятно видно.

Теперь о практических нюансах постройки. Первое и самое главное: материал электродных пластин. Поскольку работать им предстоит в агрессивной среде (сильная щёлочь, электролитические реакции, температура 50-80 градусов), выбор — из доступного — только один, нержавеющая сталь. Но и тут не так просто, стали куча марок, и подходят далеко не все. Опытным (а также частично теоретическим и частично сравнительно-аналитическим — изучением описаний промышленных установок электролизной газосварки) путём была определена распространённая и подходящая сюда сталь: 12Х18Н10Т. Буковки — металлы-добавки (хром, никель, титан); числа — обозначения их количества (0.12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, немного — до 1.5% — титана). Не суть важно, это довольно модная и частая сталь и её не очень трудно отыскать в листах размерами типа 1000*2000 мм (способ раскройки листа на пластины оставляю на усмотрение желающих повторить девайс). Её аналог — AISI 321 — тоже должна теоретически подходить. Не знаю, не пробовал. Безтитановая 08Х18Н10, например, ржавеет и окисляется, хотя, казалось бы, должна подходить вполне.

В каждой пластине необходимо проделать отверстия снизу и сверху на расстояниях чуть меньше диаметра прокладки друг от друга (но не менее 0.5-1 см от края прокладки) — для газообмена и для распределения электролита по ячейкам. Хватит где-то 5 мм сверла. Не забыть припаять провода к внешним частям пластин перед сборкой.

Щёлочь. Подойдёт NaOH или KOH, желательно чистый, а не технический. Начинать с концентрации 10% по массе (в дистиллированной воде), дальше экспериментировать. Выше концентрация — выше ток, но больше пены.

Резиновые прокладки почти все из продающихся уже маслобензощелочестойкие. Я использовал о-ринги (кольца круглого сечения) где-то 130 мм диаметром. Их нужно на одну меньше чем пластин.

Стягивающие пластины. Требуется нечто очень слабо гнущееся и жёсткое. Идеально и классика постройки — толстое, двухсантиметровое оргстекло. В нём же можно проделать выводы и резьбу под газ и доп. топливный бачок. У меня не было оргстекла, я просто впаял медные трубки в последнюю нержавеющую пластину, а для стяжек использовал 27 мм фанеру.

Если все вышеназванные компоненты — сталь, прокладки, стяжки — есть, можно собрать их вместе, проверить небольшим поддувом давления — прокладки не должны выпячиваться и вообще не должно быть травления воздуха при давлении хотя бы 0.5-0.6 атм, залить щёлочь — и переходить к внешнему обвесу.

Перво-наперво следует сделать водный затвор. Водород-кислородная смесь, HHO, невероятно злая штуковина. Она с лёгкостью детонирует, да и сгорает весьма резво, не требуя притом никаких окислителей (кислород-то есть). Если в процессе работы пламя почему-либо проскочит в шланги и дойдёт до электролизера — в лучшем случае по всему рабочему помещению будет размётана горячая щёлочь вперемешку с кусками прокладок. Но этого довольно легко избегнуть, поставив простую конструкцию, суть которой ясна из схемки. Пламя не имеет шанса проскочить вниз по пузырькам сквозь слой воды или иной жидкости, и таким образом проскока горения в сам девайс не произойдёт. Конструкция чуть менее, чем полностью собирается из сантехники из магазина метизов.

Далее следует озаботиться горелкой. В качестве сопла лучшее, что удалось найти — толстые цельнометаллические иглы (типа «Рекорд» и подобные) от советских многоразовых шприцов. Но поскольку идея использовать ещё и сам шприц как часть горелки — не самая лучшая, я просто оторвал носик шприца и припаял его к насадке на полноценную пропан-кислородную горелку.
А далее следует важный момент. Ввиду уже упомянутого выше злобства HHO в плане горения в целом и особенно его, горения, скорости, все возможные места в горелке следует плотно, утрамбовывая, забить спутанным мелким-мелким медным проводочком.

Я ипользовал несколько метров МГТФа (там жила порядка 0.07 и меньше), основательно перепутанного в медную кашицу, каковой забил почти весь «ствол» горелки и большую часть её носика. Это почти наверняка предотвратит проскок пламени в шланги даже при неправильном выключении (а совсем наверняка — при случайном таки проскоке — защитит уже гидрозатвор). Пренебрегать объёмом и количеством этой медной мотни очень не рекомендую. И начинаться она должна от почти что самого сопла горелки.
Мелочи вроде шлангов, соединений, подводки манометра подробно расписывать не буду, они делаются из того что под рукой. Хорошо себя зарекомендовали виниловые и силиконовые медицинские трубки, их легко найти нужного, налезающего на стандартные сантехнические медные трубки диаметра.

Питание. В качестве питания всё просто, сколько_нужно вольт и 8-15 ампер. Я пока что использую ЛАТР и понижающий до 110 вольт трансформатор ОСМ-0,63 (600 ватт), после которых стоят диодный мост на 50 ампер (с запасом), фильтрующий электролит и амперметр для контроля тока. Потребляемое сейчас напряжение — 68 вольт, ток — 8-10А, соответственно мощность около 500-600 ватт. Если расширить устройство до где-то 140 пластин, станет возможным прямое сетевое бестрансформаторное включение, что приведёт девайс в состояние неимоверной крутости и что и планируется сделать, как только достану резиновые прокладки — ещё 110 штук.

Если всё сделано, можно включать. Расписывать возможные косяки, которые могут проявиться, очень лень, здесь всё же сайт не с набором инструкций «сделай сам для чайников». Вкратце так. Во-первых, может быть пена. Пена означает грязный электролит, грязь на пластинах или переток/перегрев. Если грязь, ждём минут 20-30 на небольшом токе, пока не исчезнет. Если переток/перегрев, снижаем ток или даём остыть. Если грязный электролит — юзаем другую щёлочь и дистиллированую или хотя бы талую воду Далее, оно может плеваться щёлочью вместе с газом. Слишком большой уровень электролита, слить или дать поработать, пока не убавится. Давление не держится при закрытой горелке — где-то травит. Необходимо проверить. Если девайс подтекает щёлочью между пластин — надо выяснить где именно, посмотреть, заменить прокладку или пластину. Течь ничего нигде не должно, ни газом, ни жидкостью. Слишком слабый поток газа, пламя проскакивает в горелку или сжигает иглу-сопло — уменьшить диаметр сопла или увеличить мощность газовыделения. Кстати, при прогреве пластины могут прогибаться и замыкаться друг с другом — это надо отследить и положить между уголками что-нибудь.

Проверять на горение рекомендую не в помещении. Я вытаскивал на улицу, когда убедился в безопасности — занёс назад внутрь. Если всё сделано верно, на конце иглы загорится либо бледное жёлто-розоватое, либо довольно яркое жёлтое (последнее означает пробравшийся в пары натрий) пламя длиною несколько сантиметров, почти бесшумное, очень плохо задуваемое. Экспериментируя с подводимой мощностью, концентрацией электролита и диаметрами игл-сопел можно добиваться довольно интересных результатов. Кстати, это пламя горит под водой. Стекло лампочки прожигает влёт, более толстое стекло — раскаляет добела и кипятит. Тонкое железо кипятит, более толстое греет докрасна и добела. Плавит (но с трудом) кварцевое стекло. На видео можно посмотреть, что и как оно умеет.

Простейшая примочка к этой электролизной горелке — обогатитель. Само по себе водород-кислородное пламя довольно жёсткое и не очень удобно для прогрева больших деталей, к тому же сильно окислительное. Если прогнать предварительно газ HHO через слой бензина, например, он обогатится его испарениями, которые, сгорая дадут дополнительную мощность пламени, и сделают его обогащённым. Обогащённое пламя имеет характерную кинжальную форму, большую мощность и размер, и характерный углеводородный сине-белый цвет. У меня обогатитель повторяет по конструкции гидрозатвор (только налит бензин вместо воды), и поэтому, поскольку они стоят вместе, можно плавно регулировать степень насыщенности пламени. С обогащённым пламенем виден истинный размер струи — около 30 сантиметров (в то время как с быстро сгорающим HHO видны от силы 5-7 см).