УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ СВАРКИ И ПАЙКИ Российский патент 1998 года по МПК B23K5/00 C25B1/04 

Изобретение относится к оборудованию для газовой сварки и пайки и моет быть использовано вместо ацетиленовой газосварки с использованием стандартных горелок и шлангов.

Известно устройство для газопламенной микросварки и пайки, содержащее электролизер с газовой горелкой, трансформатор, соединенный с выпрямителем, к которому подключен регулятор потребляемой мощности, управляющий работой электролизера, регулятор давления газовой смеси, блок предохранения от обратного удара газов, электропневмоклапан, распределитель управляющих импульсов, а газовая горелка снабжена разрядником и дополнительной трубкой для подачи газа, при этом управляющий вход распределителя соединен с управляющим выходом регулятора давления, высоковольтный выход распределителя подключен к разряднику, низковольтный выход распределителя соединен с управляющим входом электропневмоклапана, а газовый выход электропневмоклапана соединен с дополнительной трубкой подачи газа в газовую горелку.

Недостатком вышеуказанного устройства является получение газовой смеси, а не раздельно кислорода и водорода, что не позволяет регулировать содержание водорода и кислорода при производстве сварочных или иных работ, например, в источнике [2].

Известно также устройство автоматического управления процессом электролиза воды для получения водорода и кислорода, для газопламенной сварки, содержащее блок питания, к которому через регулятор потребляемой мощности подключен электролизер, в котором установлены датчики давления и температуры, выход датчика давления через регулятор давления соединен с управляющим входом регулятора потребляемой мощности, тиристорный контактор, включенный по входу блока питания, блоки защиты по давлению и температуре, снабженные соответственно задатчиком критических значений давления и температуры, логический элемент ИЛИ и управляемый ключ, при этом выход датчика температуры через блок защиты по температуре соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход датчика давления через блок защиты по давлению соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, выход которого через управляемый ключ соединен с управляющим входом тиристорного контактора, например в источнике [2].

Недостатком этого устройства является то, что оно управляет процессом электролиза воды для получения смеси водорода и кислорода, а не отдельно кислорода и отдельно водорода.

Описываемое ниже изобретение направлено на получение раздельно кислорода и водорода путем электролиза воды, что позволит регулировать состав газовой смеси при производстве сварочных и других работ. Это достигается конструкцией электролизера, который содержит корпус из стали, стальной поддон корпуса, внутри корпус разделен по вертикали пополам стальной перегородкой. Перегородка не доходит 50 мм до днища. При заливке электролизера уровень воды находится выше этой щели на 120-150 мм, поэтому образуется как бы сообщающиеся сосуды. Внутренняя поверхность электролизера и поддона покрыта электроизоляционным слоем, это может быть герметик, каучук и т.д. В верхней части корпуса находится заливная горловина, а также отверстия для установки клапанов. В задней стенке корпуса, по одному в каждом отсеке, находятся отверстия для выводных клемм-шпилек, в передней части корпуса находятся мерная трубка для контроля уровня воды, а также выводные штуцера для водорода и кислорода. Внутри корпуса находятся пакеты пластин-электродов: минусовые в одном отсеке, а плюсовые в другом отсеке. За передней стенкой корпуса, перед пакетами электродов находится поплавковая система, состоящая из двух поплавков. Поплавки связаны с системой клапанов, выравнивающих разность давлений в отсеках.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для газопламенной сварки и пайки содержит электролизер, понижающий трансформатор, выпрямитель, объединенный с тиристорным регулятором напряжения, датчики давления.

Электролизер выполнен в виде двух отсеков: водородного и кислородного, соединенных между собой в нижней части. В одном отсеке расположены аноды для получения кислорода, а в другом отсеке, который подробно описан выше, - катоды для получения водорода. Предлагаемое устройство имеет также водородную цепь, которая содержит водородный отсек электролизера, бак сбора конденсата водорода, бак, выполняющий функцию гидрозатвора и окислителя водорода, соединенные между собой последовательно трубопроводами, переходящими в водородную линию. Предлагаемое устройство также имеет кислородную цепь, которая содержит кислородный отсек электролизера, бак сбора конденсата кислорода, бак, выполняющий функцию гидрозатвора кислорода, соединенные между собой последовательно трубопроводами, переходящими в кислородную линию. Баки сбора конденсата водорода и кислорода имеют датчики, которые соединены с тиристорным регулятором напряжения, который в свою очередь соединен с электросетью 220/380 В через понижающий трансформатор.

Устройство также содержит регулятор поддержания давления в кислородном и водородном отсеках электролизера (автомат перепада давлений). Он имеет коромысло, укрепленное шарнирно на перегородке между отсеками электролизера, на концах которого имеются вилки, взаимодействующие с поплавками, которые в свою очередь укреплены на стержнях клапанов подвижно, стержни клапанов жестко связаны с клапанами и подвижно с гнездами клапанов, укрепленных в верхней части электролизера, по одному в каждом отсеке.

На фиг. 1 представлена блок-схема сварочного аппарата; фиг. 2 - электролизер, вид сбоку; фиг. 3 -то же, вид спереди; фиг. 4 - то же, вид в плане; фиг. 5 - то же, разрез по А-А на фиг. 2; фиг. 6 - то же, разрез по Б-Б на фиг. 2; фиг. 7 - то же, разрез по С-С на фиг. 4; фиг. 8 - регулятор поддержки давления; фиг. 9- электроды анода и катода; фиг. 10 - бак-окислитель (водяной затвор); фиг. 11 - бак-осушитель (сборник конденсата); фиг.- 12 схема блока управления.

На фиг. 1-12 представлены составные части устройства для газопламенной сварки и пайки, где электролизер 1, бак сбора конденсата водорода 2, водяной затвор водородный 3, трубопровод 4, соединяющий водородный отсек электролизера 1 с баком сбора конденсата водорода 2, трубопровод 5, соединяющий бак сбора конденсата 2 с баком водяного затвора 3. Трубопровод 6, соединяющий бак водяного затвора водорода 3 с магистралью водорода 7. Бак сбора конденсата кислорода 8, бак водяного затвора кислорода 9, трубопровод 10, соединяющий кислородный отсек электролизера 1 с баком сбора конденсата кислорода 8, трубопровод 11, соединяющий бак сбора конденсата кислорода 7 с баком водяного затвора кислорода 9, трубопровод 12, соединяющий бак водяного затвора кислорода 9 с магистралью кислорода 13. Датчик давления 14, установленный на баке сбора конденсата водорода 2, датчик давления 15, установленный на баке сбора конденсата кислорода 8. Понижающий трансформатор 16, выпрямитель 17, объединенный с тиристорным регулятором напряжения 18, электросеть 19 напряжения 220/380 В. Электросеть 20 питания электролизера 1, электросеть 21 датчиков 14 и 15. Электролизер 1 (фиг. 2, 3, 4, 5, 6, 7), корпус электролизера 22, поддон электролизера 23, патрубок трубопровода 4, патрубок трубопровода 10, смотровое окно уровня жидкости 24, перегородка 25 в корпусе электролизера 1, электроды анода и катода 26 и 27 электроизоляция электродов и внутренней поверхности корпуса электролизера 28, коромысло 29, шарнир коромысла 30, ось шарнира укреплена на нижней кромке перегородки 25 электролизера 1, левое плечо 31 и правое плечо 31' коромысла 29. Вилка 32 левого плеча 31 коромысла 29. Поплавок 33 водородной секции, захват 54 поплавка 33, втулка 35 поплавка 33. Клапан 36 водородного отсека электролизера, гнездо 37 клапана 36 водородного отсека электролизера. Стержень 38 клапана 36, пружина 39 клапана 36, направляющая 40 стержня 38, упор 41 на стержне 38, сигнальный элемент 42. Аналогично устроено устройство кислородной секции электролизера и имеет те же позиции, но со значком ('), например вилка 32'.

Шпилька выводной клеммы 43, гайка выводной клеммы 43 с шайбой 44, болты крепления поддона с корпусом электролизера 45, заливная горловина с пробкой 46, отверстия в пластинах электродов 47.

Бак 2 для сбора конденсата водорода (фиг. 11). Корпус бака 48, крышка бака 49, сливная пробка 50, впускной штуцер 51, выпускной штуцер 52, датчик давления 14, впускной клапан 53, запорный клапан 54.

Бак 8 для сбора конденсата кислорода имеет аналогичное устройство, как и бак 2 сбора конденсата водорода (фиг. 11).

Гидрозатворы водородный 3 и кислородный 9 имеют одинаковое устройство и содержат корпус 55, крышку 56, штуцер ввода 57, барботажную трубку 58, сливную пробку 59, выходной штуцер 60.

Схема блока управления (фиг. 12): электросеть 19 напряжением 220/380 В, понижающий трансформатор 16, выпрямитель 17, объединенный с тиристорным регулятором напряжения 18.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Устройство монтируется, как показано на фиг. 1. Подготовка устройства к работе: электролизер заливается на 50% объема, т.е. около шести литров раствора, содержащего 95% воды и 5% какой-либо щелочи: KOH или NaOH. В бак водородного гидрозатвора заливают 50%-ный раствор воды с керосином или ацетоном на 2/3 объема бака, керосин добавляется для повышения температуры пламени горелки, а ацетон наоборот - для понижения. Затем устройство подключается к сети и через несколько минут готово к работе. Ток подается на электроды электролизера и вода начинает разлагаться на водород и кислород, которые накапливаются в своих отсеках: кислород на аноде, а водород на катоде. При этом герметичная перегородка не дает смешиваться газам, а разность давлений регулируется клапанами, которые не дают чрезмерно колебаться уровню раствора в отсеках. Осуществляется это следующим образом, допустим, что давление повышается в водородном отсеке. Под действием повышенного давления в этом отсеке уровень раствора понижается, а в кислородном повышается. Поплавок в кислородном отсеке перемещается вверх вдоль стержня 38, а клапан кислородного отсека остается закрытым. Вместе с поплавком вверх поднимается плечо коромысла, а противоположное плечо коромысла, находящегося в водородном отсеке, опускается вниз, вместе с ним относительно стержня 38 опускается и поплавок. Дойдя до упора на стержне, он перемещает его, а вместе с ним и стержень с клапаном водородного отсека. Клапан открывается и соединяет водородный отсек с атмосферой, при этом происходит сброс излишков газов, повышение уровня в водородном отсеке и понижение уровня в кислородном отсеке. Когда уровни в отсеках сравняются, то клапан закроется, следовательно, выравняется и давление газов в отсеках. Точно так же происходит выравнивание давления при повышении давления в кислородном отсеке. Следовательно, поддержание равновесия будет происходить автоматически при одновременном повышении давления в обоих отсеках.

Аварийное отключение питания электролизера происходит только тогда, когда давление превысит заданное одновременно в обоих отсеках, что обеспечивается срабатыванием датчиков 14 и 15.

Выделившиеся газы поступают в баки-сборники конденсата: водород в бак 2, кислород в бак 8. На крышках этих баков установлены датчики давления 14 и 15, включающие микропереключатели при превышении заданного давления. Микропереключатели соединены с тиристорным регулятором напряжения, который срабатывает, отключая питание от электродов. Из баков-сборников конденсата осушенные газы поступают в баки гидрозатворов, эти баки оборудованы клапанами, размещенными в штуцерах, они служат против высасывания растворов из гидрозатворов при остывании аппарата. Затем газы проходят гидрозатворы и поступают на горелку. Горелки применяются стандартные, такие же как и на ацетиленовых газосварочных аппаратах. По окончании работ установку отключают от сети.

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения следующие:
- позволяет получать раздельно водород и кислород, что в свою очередь дает возможность применять их как совместно, так и порознь;
- позволяет регулировать подачу того или иного газа раздельно при производстве работ;
- не требует создания новых видов горелок, т.к. используются стандартные;
- при работе аппарата вредные выбросы сведены к минимуму, а также нет отходов, которые требуют захоронения;
- при работе данного аппарата давление газов, создаваемое в нем, теоретически может быть любым, поэтому данный аппарат может заменить ацетиленовую газосварку;
- данный аппарат более мобилен и компактен, чем ацетиленовый;
- время работы данного аппарата практически неограниченно, т.к. зависит в основном только от наличия воды.

Устройство для газовой сварки и пайки может быть использовано вместо ацетиленовой газосварки с применением стандартных горелок и шлангов. Электролизер 1 выполнен из двух отсеков: водородного и кислородного, соединенных между собой в нижней части. В одном отсеке расположены электроды катода для получения водорода, а в другом - электроды анода для получения кислорода. Водородный отсек электролизера 1, бак 2 сбора конденсата водорода, бак-гидрозатвор 3 водорода соединены между собой последовательно трубопроводами. Кислородный отсек электролизера 1, бак 8 сбора конденсата кислорода, бак- гидрозатвор 9 кислорода соединены между собой последовательно трубопроводами. Баки сбора конденсата водорода 2 и кислорода 8 имеют датчики давления 14 и 15, которые соединены электрически с тиристорным регулятором напряжения 18, который в свою очередь соединен с электросетью 220/380 В через выпрямитель 17 и понижающий трансформатор 16. Такая конструкция электролизера позволяет регулировать состав газовой смеси при производстве сварочных работ. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для газопламенной сварки и пайки, содержащее электролизер с электродами и соединенную с ним трубопроводами газовую горелку, отличающееся тем, что электролизер состоит из водородного и кислородного отсеков, соединенных между собой в нижней части, в которых расположены соответственно аноды для получения кислорода и катоды для получения водорода, а устройство снабжено водородной цепью, состоящей из бака сбора конденсата водорода с датчиком давления и бака гидрозатвора водорода, соединенных последовательно трубопроводами с водородным отсеком электролизера и между собой, кислородной цепью, состоящей из бака сбора конденсата кислорода и бака гидрозатвора кислорода, соединенных последовательно трубопроводами с кислородным отсеком электролизера и между собой, электрически соединенным с датчиками давления кислорода и водорода тиристорным регулятором напряжения, соединенным с электросетью 220/380 В, выпрямителем и понижающим трансформатором, электрически соединенными между собой и с тиристорным регулятором напряжения, и регулятором поддержания давления в кислородном и водородном отсеках электролизера. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор поддержания давления в кислородном и водородном отсеках электролизера состоит из коромысла, укрепленного шарнирно на перегородке между отсеками, вилок, закрепленных на концах коромысла, клапанов со стержнями, расположенных на крышке отсеков, упоров, расположенных на концах стержней и поплавков, расположенных на стержнях с возможностью взаимодействия с последними.