Аппарат для газовой резки и сварки своими руками

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.

О том, как своими руками сделать вариант малогабаритного, но достаточно мощного аппарата для газовой резки и сварки, работающего по принципу получения водородно-кислородной горючей смеси с помощью электролиза водного раствора щелочи, пойдет речь в этой статье.

В конструкции данного аппарата большее число рабочих пластин, модифицированные боковые платы и надежный 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.

Между боковыми платами, соединенными четырьмя шпильками, размещены металлические пластины-электроды, разделенные резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость такой батареи на 1/2...3/4 объема заполнена слабым водным раствором щелочи (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.

Рис.1. Аппарат для резки и сварки, работающий на продуктах электролиза слабого щелочного раствора:

а - блок-схема, б - готовая самодельная конструкция:
1 — 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 свернутом состоянии, 10 — корпус переносной деревянный, 11 — штепсельная вилка.

Производительность электролизера зависит от концентрации щелочи 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 расчета 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 надежную 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 — 150x150 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.

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 щелочеупорная, 82 шт.), 5 — втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2x1, L35, 12 шт.), 6 — шпилька Мб (4 шт.), 7 — гайка Мб со стопорной шайбой (8 шт.), 8 — трубка вывода горючей газовой смеси, 9 — раствор слабощелочной (2/3 внутреннего объема электролизера), 10 — вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 — штуцер («нержавейка»), 12 — гайка накидная М10, 13 — шайба штуцера («нержавейка»), 14 — манжета (резина кислото- и щелочеупорная), 15 — горловина заливная («нержавейка»), 16 — гайка накидная M18, 17 — шайба заливной горловины («нержавейка»), 18 — шайба герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная), 19 — крышка заливной горловины («нержавейка»), 20 — прокладка герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная).

Вообще-то пришлось немало поломать голову, прежде чем «водогорелка» стала удобной и надежной, 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.

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 ее включении газ давит на керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация газа...

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).

Соединительные трубки в аппарате — полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведет тонкий резиновый шланг. Так что после отключения питания достаточно эту «резину» перегнуть руками — и пламя, выдав напоследок легкий хлопок, потухнет.

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). 

Рис.4. Принципиальная электрическая схема блока электропитания.

По сути, это — двух-полупериодный, известный многим самодельщикам регулируемый выпрямитель. Причем 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 радиоприемнике).

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

Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнито-провода применен набор Ш16x32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная — 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная — 2x220 витков ПЭЛ-0,3.

Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и сварки даже при самой напряженной 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 загрязненный 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 щелочи. 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 щелочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную порцию чистого керосина.

Источник: Моделист конструткор №3 1997