Апарат для газової різки та зварювання різних матеріалів, включно з тугоплавкими металами, жодному господарству, гадаю, не завадить. Тим більше компактний і абсолютно безпечний у користуванні. Але де такий дістати? Та й не по кишені багатьом його придбання.
А от у прихильників малої механізації — любителів створювати все своїми руками такий апарат напевно є. Можливо, навіть саморобний, виконаний за ескізами та з урахуванням рекомендацій, які були опубліковані на сторінках «Моделиста-конструктора» (№ 7 за 1980 р. і № 10 за 1985 р.).
Про те, як змайструвати вдосконалений варіант малогабаритного, але досить потужного апарата для газової різки та зварювання, що працює за принципом отримання воднево-кисневої горючої суміші за допомогою електролізу водного розчину лугу, розповідає чергова публікація журналу.
Перша «водогорілка», здатна різати й зварювати навіть тугоплавкі метали, у мене з 1985 року. Виготовив її (а зараз налагодив дрібносерійний випуск аналогів на продаж) за матеріалами журналу «Моделист-конструктор». Тепер виношу на суд читачів свою останню розробку, в основі якої хоча й удосконалений (більша кількість робочих пластин, модифіковані бічні плати та надійний штуцер для виходу горючої газової суміші), але діючий за тим самим принципом електролізер.
а — блок-схема, б — готова саморобна конструкція; 1 — блок живлення випрямленою напругою електромережі, 2 — електролізер, 3 — затвор рідинний, 4 — пальник газовий, 5 — амперметр, 6 — ручка вмикання апарата, 7 — ручка зміни режиму роботи (стрибкоподібна зміна потужності, що віддається в навантаження), 8 — ручка керування потенціометрами, 9 — скоба зберігання електрошнура у згорнутому стані, 10 — корпус переносний дерев’яний, 11 — штепсельна вилка.
Тим, хто вперше стикається з подібним пристроєм, не зайве, гадаю, у найзагальніших рисах пояснити (а іншим нагадати), у чому суть такого роду конструкцій. А вона досить проста.
Між бічними платами, з’єднаними чотирма шпильками, розміщені металеві пластини-електроди, розділені гумовими кільцями. Внутрішня комірчаста порожнина такої батареї на 1/2…3/4 об’єму заповнена слабким водним розчином лугу (КОН або NaOH). Прикладена до пластин напруга від джерела постійного струму спричиняє розкладання (електроліз) розчину, що супроводжується рясним виділенням водню та кисню. Ця суміш газів, пройшовши через спеціальний рідинний затвор (рис. 1а), надходить далі на пальник і, згораючи, дає змогу отримати таку потрібну для багатьох технологічних процесів (наприклад, різки та зварювання металів) високу температуру — близько 1800° C.
1 — плата бічна (фанера, s12, 2 шт.), 2 — щока прозора (оргскло, s4, 2 шт.), 3 — пластина-електрод (жерсть, s0,5; 81 шт.), 4 — кільце роздільне герметизуюче (5-мм гума кислото- та лугостійка, 82 шт.), 5 — втулка-ізолятор (кембрикова трубка 6,2х1, L35, 12 шт.), 6 — шпилька М6 (4 шт.), 7 — гайка М6 із стопорною шайбою (8 шт.), 8 — трубка виведення горючої газової суміші, 9 — розчин слабколужний (2/3 внутрішнього об’єму електролізера), 10 — вивід контактний (мідь рафінована, 2 шт.), 11 — штуцер («нержавійка»), 12 — гайка накидна М10, 13 — шайба штуцера («нержавійка»), 14 — манжета (гума кислото- та лугостійка), 15 — горловина заливна («нержавійка»), 16 — гайка накидна M18, 17 — шайба заливної горловини («нержавійка»), 18 — шайба герметизуюча (гума кислото- та лугостійка), 19 — кришка заливної горловини («нержавійка»), 20 — прокладка герметизуюча (гума кислото- та лугостійка).
Продуктивність електролізера залежить від концентрації лугу в розчині та інших чинників. А найголовніше — від розмірів і кількості пластин-електродів, відстані між ними, що, своєю чергою, визначається параметрами блока електроживлення — потужністю та напругою (з розрахунку 2…3 В на гальванічний проміжок між двома розташованими поруч одна з одною пластинами).
Пропоновані мною конструкції джерела постійного струму доступні для виготовлення в умовах «домашньої майстерні» і початківцю-саморобнику. Вони здатні забезпечити надійну роботу навіть «вісімдесятикоміркового» (пластин-електродів у такого — 81 шт.) електролізера, а тим більше — «тридцятикоміркового». Варіант, принципова електрична схема якого зображена на рис. 4, дає змогу до того ж легко здійснювати регулювання потужності для оптимального узгодження з навантаженням: на першому ступені — 0…1,7 кВт, на другому (при вмиканні SA1) — 1,7…3,4 кВт.
І пластини для електролізера пропонуються відповідні — 150×150 мм. Виготовляються вони з покрівельного заліза товщиною 0,5 мм. Окрім газовідвідного 12-мм отвору в кожній пластині свердлиться ще по чотири установчих (діаметром 2,5 мм), у які під час складання просовуються в’язальні або велосипедні спиці. Останні потрібні для кращого центрування пластин і прокладок, а тому на остаточному етапі складання з конструкції прибираються.
1 — балон (2 шт.), 2 — пробка (2 шт.), 3 — штуцер ввідний, 4 — штуцер вивідний, 5 — гас, 6 — перехідник (сталева труба).
Загалом довелося чимало поламати голову, перш ніж «водогорілка» стала зручною і надійною, як лампа Едісона: увімкнув — запрацювала, вимкнув — працювати перестала. Особливо клопітною справою виявилася модернізація не самого електролізера, а під’єднуваного до нього на виході рідинного затвора. Але варто було відмовитися від застосування води, що стало вже шаблонним, як заслону від поширення полум’я всередину газоутворювальної батареї (по з’єднувальній трубці) і звернутися до використання… гасу, як усе одразу пішло на лад.
Чому обрано саме гас? По-перше, тому що на відміну від води ця рідина в присутності лугу не спінюється. По-друге, як показала практика, при випадковому потраплянні крапель гасу в полум’я пальника останнє не гасне — спостерігається лише невеликий спалах. Нарешті, по-третє: будучи зручним «розділювачем», гас, перебуваючи в затворі, виявляється безпечним у пожежному відношенні.
Після закінчення роботи, під час перерви тощо пальник, природно, гаситься. В електролізері утворюється вакуум, і гас перетікає з правого бачка в лівий (рис. 3). Потім — барботаж повітря, після чого пальник можна зберігати скільки завгодно: у будь-який момент він готовий до використання. При його вмиканні газ тисне на гас, який знову перетікає в правий бачок. Потім починається барботаж газу…
З’єднувальні трубки в апараті — поліхлорвінілові. Лише до самого пальника веде тонкий гумовий шланг. Тож після вимкнення живлення достатньо цю «гуму» перегнути руками — і полум’я, видавши наостанок легкий хлопок, згасне.
І ще одна тонкість. Хоча блок живлення (див. рис. 4) і здатний забезпечити електроенергією 3,4-кіловаттне навантаження, користуватися такою великою потужністю в аматорській практиці трапляється дуже рідко. І щоб «не ганяти електроніку» майже вхолосту (в однонапівперіодному режимі випрямлення, коли на виході 0…1,7 кВт), не зайве мати в розпорядженні й інше джерело живлення електролізера — менше і простіше (рис. 5). По суті, це — двонапівперіодний, відомий багатьом саморобникам регульований випрямляч. Причому зі зв’язаними один з одним (механічно) «повзунками» 470-омних потенціометрів. Конструктивно такий зв’язок можна здійснити або за допомогою найпростішої зубчастої передачі з двома текстолітовими шестернями, або скористатися складнішим пристроєм типу верньєра (у побутовому радіоприймачі).
Трансформатор у блоці живлення саморобний. Як магнітопровід застосовано набір Ш16×32 з трансформаторної сталі. Обмотки містять: первинна — 2000 витків ПЕЛ-0,1; вторинна — 2×220 витків ПЕЛ-0,3.
Практика показує: розглянутий саморобний апарат для газової різки та зварювання навіть при найнапруженішій експлуатації здатний справно служити дуже тривалий час. Щоправда, раз на 10 років потрібно проводити ґрунтовне техобслуговування, здебільшого через електролізер. Пластини останнього, працюючи в агресивному середовищі, покриваються оксидом заліза, який починає виступати в ролі ізолятора. Доводиться пластини промивати з подальшою зачисткою на наждачному крузі. Більше того, замінювати чотири з них (біля негативного полюса), роз’їдені кислотними залишками, що збираються поблизу «мінуса».
Тому рекомендується в електролізер заливати лише дистильовану воду, а лужний розчин використовувати найменш забруднений солями (неприпустима присутність слідів хімічних сполук сірчаної та соляної кислот).
Застосування так званих зливних отворів (окрім заливного та газовідвідного) також навряд чи можна вважати виправданим, що й було враховано при розробці апарата. Так само необов’язковим є і введення в схему апарата бідонів для збирання накопичуваної надзвичайно агресивної луги. До того ж експлуатація «безбідонної» конструкції показує, що цієї «шкідливої рідини» здатне зібратися за 10-річний період на дні гасового затвора не більше півсклянки. Накопичену лугу видаляють (наприклад, під час техобслуговування), а в затвор заливають чергову порцію чистого гасу.
«Моделист-конструктор» № 3’97, В. РАДЬКОВ