Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННЫХ РАБОТ

Изобретение относится к технологическим процессам обработки металлов, а более конкретно к устройствам для выполнения газопламенных работ, типа пайки, сварки, резки металлов, используя электрохимические способы получения гремучего газа для выполнения этих работ.

За ближайший аналог принято устройство для газопламенных работ по первому варианту (RU 2283736, МПК В23К 1/012, В23К 5/00, В23К 31/10, В23К 7/06, С03В 9/00, С25В 9/00, С25В 9/08, С25В 9/20, опубл. 27.08.2005 г.,), содержащее горелку с корпусом, гидрозатвор, электролизер для выделения водорода и кислорода с получением гремучего газа, выпрямитель, трубопроводы, блок управления, подпитывающий сосуд, соединенный трубопроводом для отвода полученного гремучего газа с гидрозатвором и горелкой, капилляр и клапан. Электролизер выполнен с проточной подпиткой и состоит из чередующихся биполярных электродов, диэлектрических прокладок, концевых плит, выполняющих функции анода и катода, крепежных деталей, входного и выходного патрубков. В каждом биполярном электроде выполнены расположенные на разной высоте два отверстия, а электроды размещены между концевыми плитами, разделены диэлектрическими прокладками и стянуты крепежными деталями. Выходной патрубок соединен трубопроводом с подпитывающим сосудом, соединенным через капилляр и клапан с входным патрубком, причем подпитывающий сосуд электрически соединен с концевой плитой, выполняющей функцию анода, а клапан электрически соединен с концевой плитой, выполняющей функцию катода.

К недостаткам описанного устройства можно отнести сложность конструкции и ее высокую стоимость, т.к., например, достаточно сложна система подпитки самого электролизера (клапана, капилляры и т.д.), сложны конструкции гидрозатвора и горелки. Подпитывающий поток жидкости, несмотря на зигзагообразную форму, через нижние отверстия в биполярных электродах приводит к увеличению тепловых потерь на внутреннем сопротивлении устройства. Покрытие никелем одной стороны биполярного электрода усложняет технологию их изготовления. Наличие диэлектрических прокладок между биполярными электродами неизбежно приводит к их старению и необходимости периодической замены. Наличие манометров, предохранительных мембран, золотника, поджатого пружиной, и других элементов гидрозатвора усложняет и конструкцию, и эксплуатацию устройства. При сварке и пайке нужно добавлять в гремучий газ углеводородные соединения для получения оптимального состава горючей смеси. Подача газа из баллона через насадку на горелке приводит к существенному усложнению и самой горелки и делает установку громоздкой.

Изобретение решает задачу удешевления устройства для проведения газопламенных работ за счет упрощения конструкции и снижения стоимости изготовления электролизера и гидрозатвора.

Для получения необходимого технического результата в известном устройстве для газопламенных работ, содержащем горелку, гидрозатвор, электролизер для выделения водорода и кислорода с получением гремучего газа, блок питания и управления, трубопровод, предлагается электролизер выполнить в виде батареи, составленной из отдельных электролизных ячеек, последовательно подключенных по току, причем полюса батареи подключить к противоположным по знаку полюсам блока питания. В качестве отдельной электролизной ячейки предлагается использовать отработавшую свой ресурс и предварительно разряженную банку железоникелевого щелочного аккумулятора, а ячейки снабдить выходными патрубками для отвода полученного гремучего газа, связанными со сборным трубопроводом, соединенным с гидрозатвором. В гидрозатворе для коррекции состава пламени предлагается использовать водную эмульсию с углеводородными соединениями, кроме того, гидрозатвор снабжен отделителем капель от газовой смеси.

Конструкция электродных пластин железоникелевых щелочных аккумуляторов, выполненная из перфорированной никелированной стали в виде трубчатых элементов, наполненных активной массой (положительные пластины - гидрат окиси - закиси никеля и лепестки никеля, отрицательные пластины - тонко измельченное железо - гидрат закиси железа), имеет разветвленную поверхность, которая активно участвует в процессе газообразования, а значит при одинаковых массогабаритных характеристиках с ближайшим аналогом предлагаемая конструкция имеет больший выход по газу. Кроме того, химический состав электродов обеспечивает переходное напряжение на одной ячейке до 1,7-1,9 В, что несколько ниже, чем при использовании традиционных электродов из стали Ст.3 или нержавеющих сталей (2,0-2,2 В), что позволяет получить более высокие энергетические характеристики.

В предлагаемой конструкции отсутствует сообщение отдельных электролизных ячеек батареи по электролиту, что уменьшает тепловые потери на внутреннем сопротивлении устройства. Использованная последовательная схема подключения электролизных ячеек батареи по току уменьшает общий потребляемый ток, а значит при заданной мощности, в соответствии с законом Ленца-Джоуля, снижаются тепловые потери. Выполнение электролизера из отдельных электролизных ячеек позволяет сделать всю установку более компактной, удобной для переноски в процессе эксплуатации.

Основная электролизная ячейка конструкции электролизера выполнена из отслужившей свой ресурсный срок и подлежащей утилизации банки железоникелевого аккумулятора, поэтому себестоимость такого электролизера будет существенно ниже, чем у ближайшего аналога. Кроме того, он гарантирует высокую коррозионную стойкость конструкции, так как рассчитан на длительную работу в среде щелочного электролита.

Отдельные электролизные ячейки снабжены выходными патрубками, по которым отводится гремучий газ в сборный трубопровод, который соединен с гидрозатвором.

Гидрозатвор представляет собой трубу, заглушенную в нижней части и закрытую крышкой-клапаном в верхней части. В трубу вварены патрубки для подвода и отвода гремучего газа и для визуализации уровня жидкости в нем. В верхней части гидрозатвора располагается отделитель капель, который может быть наполнен, например, пластмассовыми шариками.

На прилагаемых к описанию графических материалах изображено:

на фиг.1 - общая схема предлагаемого устройства для газопламенных работ;

на фиг.2 - чертеж гидрозатвора в разрезе.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - электролизная ячейка электролизера; 2 - сборный трубопровод; 3 - гидрозатвор; 4 - горелка; 5 - блок питания; 6 - крышка клапана на гидрозатворе; 7 - патрубок выхода газа; 8 - корпус гидрозатвора; 9 - пружина клапана; 10 - показатель уровня жидкости; 11 - зона барботажа; 12 - основание; 13 - патрубок входа гремучего газа; 14 - сетка; 15 - отделитель капель; 16 - резиновая прокладка клапана.

Описание работы устройства.

Заливают отдельные электролизные ячейки электролизера 1 (фиг.1) 20% водным раствором едкого натрия (NaOH) с добавкой на 1 л раствора 15-20 г едкого лития (LiOH). Для этого отсоединяют сборный трубопровод 2, соединяющий между собой отдельные ячейки, выкручивают пробки и, используя воронку, проводят заливку. Заполнение ячеек контролируют визуально. Для электролизера, в котором в качестве отдельных электролизных ячеек использованы аккумуляторные банки ЖН-100, ориентировочный расход составляет 1,2 л на банку, для ЖН-45 соответственно 0,45 л. Закручивают обратно пробки и присоединяют сборный трубопровод 2 в обратной последовательности. Затем заливают в гидрозатвор 3 дистиллированную воду до средней отметки показателя уровня жидкости (приблизительно 300 мл) 10 (фиг.2). Заливку ведут через патрубок входа гремучего газа 13. В качестве углеводородных соединений используют бензин марки БР-1 «Галоша» или его аналог «Нефрас» С2-80/120 в количестве 50 мл. Восстанавливают соединение между электролизером и гидрозатвором. Присоединяют трубопровод - шланг к горелке 4, размер отверстия мундштука которой подбирается в зависимости от предполагаемого вида работы (фиг.1). Подготовительные работы завершены.

Включают блок питания 5, устанавливают ток, соответствующий выбранному мундштуку на горелке. Гремучий газ собирается в верхней части электролизных ячеек 1 электролизера и через сборный трубопровод вод 2 подается в патрубок входа гремучего газа гидрозатвора 13 (фиг.2), проходя через зону борбатажа 11, газ насыщается парами углеводородного соединения и, проходя через отделитель 15 капель и патрубок выхода газа 7, подается в горелку 4. После стабилизации давления и продувки системы газ на выходе из горелки поджигают.

Предлагаемая конструкция устройства для газопламенных работ является гораздо более простой по сравнению с ближайшим аналогом, а использование отработавших свой ресурс банок железоникелевых щелочных аккумуляторов в качестве отдельных ячеек электролизера значительно снижает стоимость всей установки. Электролизер собирается из нужного количества ячеек, то есть если использовать 10 ячеек ЖН-100, то подводимой электрической мощности в 2 кВт заведомо хватит на работу горелки с наконечником №2. При этом придется доукомплектовать банки пробками, снабженными выходными патрубками. Иными словами изготовить нужно будет только гидрозатвор и блок питания.