ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1996 года по МПК B23K5/00 C25B1/04 

Изобретение относится к газопламенной обработке металлов, а именно к устройствам для сварки, а также пайки и резки при помощи газов-заменителей ацетилена. Аппарат может быть использован также для пайки и резки металлов.

Известен аппарат для сварки, пайки и резки металлов, содержащий электролизер фильтр-прессного типа [1]
Недостатком такой конструкции электролизера является сложность системы уплотнения электролизера из-за большого количества ячеек.

Известен также электролизно-водный сварочный аппарат, содержащий выпрямитель, биполярный электролизер, выполненный в виде металлического корпуса с размещенными внутри его обечайкой и дистанционными элементами из тонконепроводящего материала, между которыми установлены электродные пластины с отверстиями для выхода газа и прохода электролита, а по торцам корпуса смонтированы концевые электроды, один из которых снабжен штуцером для подсоединения к напорной емкости и штуцером для выхода газа, соединенным посредством узлов подготовки газовой смеси, с горелкой [2]
Этот аппарат является прототипом изобретения.

Известный аппарат имеет следующие недостатки: сложность изготовления дистанционных элементов в виде установленных на пластинах заклепок сферической формы; недостаточная циркуляция электролита из-за наличия тих заклепок; плохая изоляция металлического корпуса от электродного пространства, так как обечайка выполнена из перфорированного материала; отверстия для выхода газа расположены на некотором расстоянии от вершин электродных пластин, что заставляет поддерживать толщину газовой подушки в довольно больших пределах, чтобы не допустить короткозамкнутости электродов по электролиту. Еще одним недостатком является ненадежность герметизации электролизера, что приводит к подтеканию электролита и короткому замыканию токоподвода на корпус.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Дистанционные элементы выполнены в виде тонкостенных прокладок, например, из фторпласта, форма которых повторяет контур внутренней поверхности корпуса, корпус электролизера установлен под углом к горизонтали равным не более 15^о. Обечайка может быть выполнена из спиральносвернутой фторпластовой пленки. Электродная пластина может быть по меньшей мере в одном месте выполнена со срезом, при этом прокладка выполнена незамкнутой, а отверстие для выхода газа или прохода электролита образовано внутренней поверхностью обечайки и этим срезом. Один из торцов корпуса электролизера снабжен радиальным упорным элементом, шайбой и размещенной между ними изоляционной прокладкой, концевой электрод смонтирован внутри корпуса и выполнен с хвостовиком, установленным в отверстии шайбы, а герметизирующий элемент выполнен в виде фигурного кожуха и размещен между концевым электродом, корпусом, радиальным опорным элементом и изоляционной прокладкой.

На фиг. 1 представлена схема электролизно-водного сварочного аппарата; на фиг. 2 биполярный электролизер; на фиг. 3 варианты выполнения электродных пластин.

Электролизно-водный сварочный аппарат состоит из блока питания 1, которым является мостовой трехфазный выпрямитель сетевого тока 380 В, двух биполярных электролизеров 2, каждый из которых связан с накопителем 3, который одновременно является напорной емкостью. На накопителе смонтированы каплеотделители 4, которые связаны между собой трубопроводом 5, соединенным с коллектором 6. Из коллектора один трубопровод через огнепреградитель 7 и выпускной клапан 8 связан с кислородным вентилем горелки, а другой трубопровод через обратный клапан 9, бензобак 10, огнепреградитель и выпускной клапан связан с ацетиленовым вентилем сварочной горелки. Каждый электролизер 2 имеет корпус 11, который может быть выполнен трубчатым, прямоугольным и т.п. На внутренней поверхности корпуса 11 размещена обечайка 12 из спиральносвернутой фторпластовой пленки. Обечайка может быть выполнена также иным образом. Поперек оси корпуса 11 установлены пластинчатые электроды 13, в каждом из которых имеется отверстие 14 для выхода газа и отверстие 15 для прохода электролита. Электродные пластины 13 могут быть выполнены с одним срезом или двумя срезами. Срезы 16 пластин 13 образуют с внутренней поверхностью обечайки 12 отверстия для выхода газа, если срез в верхней части пластины, или прохода электролита, если срез расположен в нижней части пластины. Электродные пластины 13 отделены друг от друга дистанционными элементами из токонепроводящего материала, например, фторпласта, которые имеют вид тонкостенных прокладок 17, повторяющих контур внутренней поверхности корпуса 11. Эти прокладки прижаты к внутренней поверхности обечайки за счет сил упругости и давления, развиваемого в электролизере при работе. При использовании электродных пластин со срезами эти прокладки 17 выполнены незамкнутыми, т.е. часть прокладки, также как и электродная пластина, срезана. Электродные пластины выполнены из никеля или нержавеющей стали. Они могут быть в виде диска, прямоугольника и т. д. в зависимости от внутреннего контура корпуса электролизера. Пакет электродных пластин 13 и прокладок 17 сжат по оси корпуса 11 массивными концевыми электродами 18 и 31, закрывающими полость корпуса с обеих сторон. Эти электроды или изолированы от корпуса оба или изолирован один из них. В данном аппарате изолирован только один электрод. Вторым электродом является простая фланцевая крышка 31, прикрепленная к корпусу болтами 29 через прокладку 28. В крышке 31 смонтированы штуцер 32 для выхода газа и штуцер 30 для соединения электролизера с напорной емкостью. Эти штуцеры могут быть установлены коаксиально в верхней части фланцевой крышки -электрода 31. Концевой электрод 18, герметизирующий торец корпуса 11 и используемый в качестве токоподвода, установлен внутри корпуса 11, имеет хвостовик 27 с резьбой на конце. На торце корпуса 11 закреплен радиальный опорный элемент 20, который может быть выполнен в виде фланца по форме корпуса (наружнего или внутреннего), в виде выступов по периметру стенок корпуса или в другом виде. Герметизацию сочленения между концевым электродом 18 и внутренней стенкой корпуса 11 а также изоляцию этого электрода от опорного элемента 20 осуществляет герметизирующий элемент, выполненный в виде фигурного кожуха 19, например, из фторпласта, который размещен между электродом 18, корпусом 11 и опорным элементом 20. На резьбовом хвостовике 27 установлены шайба 23, гайка 25 и тарельчатые пружины 24. Между опорным элементом 20 и шайбой 23 размещена изоляционная прокладка, которая может быть выполнена любым образом, и в данном случае состоит из диэлектрических шайбы 22 и кольца 21. На обоих торцах кольца 21 сделаны радиальные прорези 26. При капельном подтекании электролита через герметизируемые сочленения, он вытекает наружу через прорези 26, потому не происходит короткого замыкания между электродом 18 и корпусом 11 через электролит и аппарат остается работоспособным.

Для того, чтобы сократить длину корпуса и улучшить циркуляцию электролита, электролизер состоит из двух одинаковых корпусов, соединенных последовательно: ток подведен к концевым электродам 18, а электроды-крышки 31 коротко замкнуты между собой. Электролизеры 11 установлены под углом к горизонтали не более 15^о. Угол наклона корпуса к горизонтали тем больше, чем длиннее корпус электролизера. Увеличение угла наклона более 15^о заметно замедляет всплывание пузырьков газа в электролите и, как следствие, приводит к росту напряжения на ячейке. Жидкость из напорной емкости подведена к электролизеру через штуцер 30, расположенный в нижней части концевого электрода-крышки 31. Электролит в электролизере находится под давлением столба жидкости стекающей из напорной емкости 3, расположенной над электролизером. Высота столба жидкости больше максимального перепада давления газа по длине электролизера. В результате обеспечивается поступление электролита в самые отдаленные от места подвода жидкости электролитические ячейки, а также упорядочение потоков жидкости и газа. Отверстие для прохода электролита может быть выполнено на середине высоты электродной пластины, чтобы электролит всегда оставался в межэлектродном пространстве ячеек.

Работает аппарат следующим образом.

Исходное состояние: электролизеры заполнены электролитом полностью, накопитель (напорная емкость) примерно на 3/4 высоты. Электролит водный раствор едкого кали или едкого натра. К концевым электродам обоих электролизеров подают постоянный ток напряжением около 510В. Постоянный ток получают простым выпрямлением трехфазного тока 380В. В электролизерах начинается выделение водорода и кислорода, их смесь гремучий газ образует газовую подушку в верхней части электролизеров, выжимая избыток жидкости через штуцер 30 в накопитель и устраняя шунтирование электродов электролитом через отверстие 14 для выхода газов. Далее гремучий газ через штуцер 32 поступает в накопитель 3, проходит над поверхностью электролита в нем и затем проходит последовательно через два каплеотделителя 4, осушающих газ от капель электролита. После каплеотделителей смесь по трубопроводу 5 поступает в коллектор 7, где разделяется на два потока. Один проходит через огнепреградитель и выпускной клапан 8 и поступает в горелку. Второй поток обогащается парами бензина в бензобаке 10 для получения нейтрального или восстановительного пламени и также подается в горелку. На выходе из горелки смесь поджигают и далее выполняют сварку, пайку, резку металлов или другие операции.

Использование: для газопламенной обработки материалов с помощью горелок, работающих на гремучем газе получаемом путем электролиза воды. Сущность изобретения: аппарат содержит выпрямитель, электролизер, узлы подготовки газовой смеси и горелку. Электролизер выполнен в виде металлического корпуса, на внутренней поверхности которого размещена обечайка из токонепроводящего материала, которая в одном из вариантов выполнения может быть из спиральносвернутой фторопластовой пленки. Поперек корпуса электролизера установлены электродные пластины с отверстиями для выхода газа и для прохода электролита. Между электродами установлены тонкостенные прокладки, например, из фторопласта, повторяющие контур внутренней поверхности корпуса. Электродные пластины могут быть выполнены с одним срезом вверху или внизу или с двумя срезами вверху и внизу. Отверстия для прохода электролита и выхода газа в этих случаях будут образованы внутренней поверхностью обечайки и этими срезами, а прокладки в этом случае будут выполнены незамкнутыми. Корпус электролизера установлен под углом к горизонтали равным не более 15^o. На одном из торцов корпуса электролизера установлена шайба и радиальный опорный элемент. Между ними размещена изоляционная прокладка. Концевой электрод выполнен с хвостовиком и смонтирован внутри корпуса, а герметизирующий элемент выполнен в виде фигурного кожуха из химически стойкого полимера и размещен между концевым электродом, корпусом, радиальным опорным элементом и изоляционной прокладкой. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ, содержащий выпрямитель, биополярный электролизер в виде маталлического корпуса с размещенной внутри его обечайкой, расположенных внутри обечайки дистанционных элементов из токонепроводящего материала, между которыми установлены электродные пластины с отверстиями для выхода газа и прохода электролита, и смонтированных по торцам корпуса герметизирующих элементов и концевых электродов, один из которых снабжен штуцером для подсоединения к напорной емкости и штуцером для выхода газа, а также узлы для подготовки газовой смеси и горелку, отличающийся тем, что корпус электролизера установлен под углом к горизонтали, равным не более 15^o, а дистанционные элементы выполнены в виде тонкостенных прокладок, например, из фторопласта, повторяющих контур внутренней поверхности корпуса.