УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК B23K5/00 C25B15/02 

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов, а именно к устройствам для нагрева, резки, сварки и пайки материалов водородно-кислородным пламенем.

Известны устройства для обработки материалов водородно-кислородным пламенем, содержащие электролизно-водный генератор гремучего газа, соединенный через гидрозатвор и предохранительный клапан с газопламенной горелкой, и устройство электропитания электролизера от сети переменного тока. В некоторых устройствах электропитания используется импульсный регулятор напряжения, вход управления которого подключен к датчику верхнего предела давления гремучего газа в электролизере [1,2]
Недостаток известных устройств для газопламенной обработки материалов заключается в том, что импульсная регулировка напряжения питания электролизера при неизбежном влиянии на процесс электролизера дестабилизирующих факторов (изменений температуры, концентрации и уровня электролита, напряжения питающей сети) не обеспечивает постоянство заданного выхода гремучего газа. Другим недостатком является отсутствие возможности получения качества пламени, необходимого для выполнения различных видов газопламенной обработки материалов.

Известно также устройство для газопламенной обработки материалов, содержащее электролизно-водный генератор, соединенный через гидрозатвор, газосушитель, узел для регулирования состава газовой смеси и предохранительный клапан с горелкой [3]
Узел регулирования состава газовой смеси выполнен в виде разораспределителя гремучего газа, соединенного через параллельно установленные барботеры со смесителем.

Однако известное устройство не обеспечивает постоянство заданной производительности электролизера по газу и следовательно стабильности состава горючей смеси, поступающей в горелку. Это приводит к уменьшению его надежности и усложнению эксплуатации. Кроме того, следствием значительного пенообразования на поверхности электролита является насыщение гремучего газа парами воды, отсюда возникает необходимость в осушении его с помощью газоосушителя.

Цель изобретения обеспечение возможности регулирования производительности и состава горючей смеси в широких пределах, повышение надежности и безопасности устройства в эксплуатации.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу стабилизатора тока и электролизера.

Устройство содержит последовательно соединенные фильтр 1 защиты от импульсных электропомех, трансформатор 2, стабилизатор 3 среднего значения тока, электролизно-водный генератор 4 гремучего газа, гидрозатвор 5, барботер 6, газосмеситель 7, снабженный регулятором 8 для оперативного изменения состава горючей смеси.

Газовым шлангом 9 газосмеситель соединен с газопламенной горелкой 10. Выход гидрозатвора 5 соединен также трубопроводом 11 с дополнительным входом 12 газосмесителя 7. Между гидрозатвором и газосмесителем могут быть подключены параллельно соединенные барботеры 6, количество которых определяется числом компонентов (углеводородов), вводимых в газовую смесь для получения необходимого характера горения пламени (восстановительного или самофлюсующего).

К электролизеру подключен блок 13 индикации уровня электролита и датчик 14 давления газа, первый выход которого подключен к блоку 15 индикации давления газа. К выходу 16 гидрозатвора 5 присоединен блок 17 индикации уровня жидкости. Блоки 13, 15, 17 индикации и индикатор 18 включения устройства конструктивно объединены на сигнализационной панели 19.

Стабилизатор 3 среднего значения тока электролизера 4 выполнен в виде последовательно соединенных блока формирователя 20 синхроимпульсов, широтно-импульсного модулятора 21 (ШИМ), широтно-импульсного преобразователя 22 (ШИП) и датчика 23 среднего значения тока, подключенного к выходу 24 стабилизатора тока и второму входу 25 сравнения ШИМ, третий вход 26 блокировки которого соединен с вторым входом 27 стабилизатора тока, соединенным с выходом датчика 14 давления газа. Второй вход ШИП соединен с первым входом 28 стабилизатора тока. К входу 29 опорного напряжения ШИМ подключен также элемент 30 оперативной установки среднего значения тока электролизера.

В качестве ШИМ 21 применен компаратор. ШИМ 22 выполнен по схеме мостового импульсного выпрямителя с тиристорными ключами в двух смежных плечах моста. Элемент 30 может быть выполнен в виде резистивного делителя с ступенчатым либо плавным регулированием снимаемого с него напряжения.

Устройство для газопламенной обработки материалов работает следующим образом.

По завершении подготовки, заключающейся в наполнении электролизера 4 номинальным количеством электролита (25%-ный водный раствор едкого калия) и гидрозатвора 5 номинальным количеством жидкости, о чем свидетельствуют показания индикатора 13 уровня электролита и индикатора 17 уровня жидкости, барботера(ов) 6 легко испаряющимся углеводородом (например, бензином, спиртом, ацетоном), задания с помощью элемента 30 требуемой производительности газовой смеси и установки соответствующей этой производительности сопла газовой горелки 10, устройство подключают к питающей сети. Включение устройства индицируется индикатором 18.

Производимый электролизером 4 гремучий газ поступает в гидрозатвор 5, предотвращающий возможность обратного удара пламени. Далее гремучий газ разделяется на два потока: один поток поступает в газосмеситель 7 непосредственно по трубопроводу 11, другой, проходя через барботер(ы) 6, обогащается парами углеводорода. В газосмесителе 7 оба потока газа смешиваются, при этом оптимальный состав горючей смеси для получения требуемого характера пламени восстановительного и нейтрального характера может быть установлен на выходе газосмесителя регулятором 8 состава газовой смеси. Далее горючая смесь поступает в горелку 10.

При газорезке металлов для получения необходимого окислительного характера пламени поступление в газосмеситель обогащенной смеси полностью исключается путем соответствующей установки регулятора 8.

Уменьшение количества электролита в электролизере при продолжительной эксплуатации устройства автоматически индицируется блоком 13, а соответствие номиналу уровня жидкости в гидрозатворе контролируется с помощью блока 17.

Стабилизатор 3 работает следующим образом. На вход 25 сравнения ШИМ 21 с выхода датчика 23 подано напряжение, значение которого пропорционально среднему значению тока электролизера I_ср. К входу 29 опорному ШИМ приложена сумма мгновенных значений двух напряжений: выходного напряжения элемента 30, пропорционального заданному среднему значению тока электролизера, и выходных синхроимпульсов формирователя 20 (фиг.2,б), синфазных с моментами перехода через нуль напряжения питающей сети (фиг.2,в). В результате сравнения значений напряжений на входах 25, 29 ШИМ формирует на выходе импульсы постоянной амплитуды, но изменяющейся длительности (фиг.2,в): при повышении напряжения питающей сети длительность импульсов ШИМ уменьшается, и наоборот.

Таким же образом изменяется длительность импульсов напряжения на выходе ШИП 22, при этом площадь импульсов тока, питающего электролизер, и его среднее значение I_ср. остаются неизменными (фиг.2,г).

Выполнение ШИП в виде мостовой схемы с управляемыми ключами в смежных плечах моста исключает необходимость в отдельном выпрямителе и уменьшает потери мощности в вентилях, поскольку ШИП работает в импульсном режиме.

В случае каких-либо неисправностей в устройстве, могущих привести к достижению гремучим газом в электролизере предельно допустимого давления, срабатывает датчик 14, и его выходной сигнал, поступающий на вход 27 ШИМ, блокирует работу последнего, а следовательно, и ШИП. При этом автоматически прекращается питание электролизера. Тем самым повышается надежность и безопасность устройства.

Стабилизация среднего значения тока электролизера эффективно уменьшает пенообразование на поверхности электролита (фиг.2,д) и, как следствие, содержание водяного пара в гремучем газе, при этом отпадает необходимость в газоосушителе.

Предварительно заданные оператором производительность устройства по газу и качество горючей смеси (в условиях различных дестабилизирующих факторов) автоматически поддерживаются в результате стабилизации тока электролизера и не требуют оперативного контроля, тем самым повышается производительность труда оператора.

Изобретение относится к обработке материалов водородно-кислородным пламенем. В устройстве постоянство производительности по газу обеспечивается стабилизацией среднего значения тока электролизера с помощью управляемого импульсного преобразователя напряжения. Устройство содержит фильтр 1, трансформатор 2, стабилизатор 3 среднего значения тока, электролизно-водный генератор 4 гремучего газа с датчиком 14 давления газа, гидрозатвор 5 с датчиком 16 уровня жидкости, барботер 6, газосмеситель 7, подключенный к газопламенной горелке 10. Устройство повышает безопасность и производительность работы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее электролизно-водный генератор, соединенный через гидрозатвор, барботер и газосмеситель с горелкой, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные фильтр, трансформатор и стабилизатор тока, а также датчик давления газа с блоком индикации, причем вход электролизно-водного генератора подключен к выходу стабилизатора тока, второй вход которого подключен к датчику давления газа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стабилизатор тока выполнен в виде последовательно соединенных блока формирователя сихроимпульсов, широтно-импульсного модулятора, широтно-импульсного преобразователя и датчика среднего значения тока, подключенного к выходу стабилизатора тока и второму входу широтно-импульсного модулятора, третий вход которого соединен с вторым входом стабилизатора тока, второй вход широтно-импульсного преобразователя соединен с первым входом стабилизатора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход гидрозатвора подключен также к дополнительному входу газосмесителя. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит блок индикации уровня электролита. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит блок индикации уровня жидкости в гидрозатворе.