Г. Ефремов – Инструменты и их рукоятки. Кокошник, коруна, кичка... ("Сделай сам" №2∙2007) (страница 27)
8.
ОТВЕТ ПОЛУЧЕН!
Плазменная горелка
Вопрос:
Меня очень заинтересовала просьба читателя
Ответ:
Этой темы я уже касался в статье «О безопасности водородно-кислородной горелки», опубликованной в № 3 за 1999 год, то есть еще в прошлом веке прошлого тысячелетия! Напечатал это и самому как-то удивительно. Вдуматься только: прошлое тысячелетие!!!
Не у всех найдется этот номер журнала более чем семилетней давности. Поэтому, чтобы не заставлять разыскивать его, я повторю, по мере изложения материала, все необходимое содержание той прошлой статьи. Без этого повторения изложение затронутой темы будет неполным.
Работа предлагаемого прибора основана на горении смеси водорода и кислорода, получаемых при электролизе воды. Эта смесь имеет всегда оптимальный строго постоянный состав, обусловленный тем, что вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Никаких регулировок состава горючей смеси не требуется.
Перед написанием этой статьи я полазил в Интернете, поизучал доступные материалы по физике плазмы, ее природе, свойствах и т. п.
Я не физик-ядерщик, так вот сразу вдруг всей глубины изучаемого явления не постигнешь. Изучением видов и свойств плазмы занимаются очень солидные НИИ во многих странах мира. Так вот после некоторого изучения затронутой темы у меня появилось сомнение в правомерности названия прибора, вынесенного в заголовок данной статьи. С одной стороны еще из школьного курса химии мы знаем, что при электролизе воды постоянным током атомы кислорода притягиваются к отрицательному электроду, а атомы водорода — к положительному. Значит, они имеют соответствующие заряды. При этом количество отрицательных и положительных зарядов равно между собой. А по основному определению, плазма — это смесь газов с равной концентрацией положительных и отрицательных зарядов. Всё вроде бы соответствует.
С другой стороны — не все так однозначно. Определение плазмы, вынесенное в эпиграф статьи, взято из «Толкового словаря русского языка» Ожегова С.И и Шведовой Н.Ю. Отношусь с глубоким уважением к авторам этого капитального труда, но они тоже не физики-ядерщики. Не стану вдаваться в дебри физики плазмы (я ее и не знаю), тема статьи другая Но наука определяет плазму не просто как смесь газов, а еще как «особое состояние вещества». Возможно, что когда мы поджигаем смесь водорода и кислорода с равным количеством и концентрацией положительных и отрицательных зарядов, мы и получаем то «особое состояние» вещества, из которого состоит высокотемпературный факел пламени горелки нашего прибора. Всё же я бы предпочел, дабы не быть уличенным в некомпетентности (со стороны некоторых ученых мужей), называть прибор «Водородно-кислородная горелка». Тем более что это название совершенно не противоречит физико-химическим процессам, происходящим в приборе.
Как бы мы ни назвали прибор, он полностью соответствует своему предназначению.
Исходным веществом, из которого получается горючая газовая смесь, служит вода, в которую добавляется щелочь или кислота для повышения электропроводимости. Вода с такими добавками называется электролитом. В некоторых источниках говорится о необходимости применения дистиллированной воды. В процессе работы я убедился, что абсолютной необходимости в этом нет. Вся установка прекрасно работает на обыкновенной воде из водопроводного крана. Образуются, конечно, осадки внутри электролизера из-за присутствия в воде растворенных минеральных солей, но на образование газовой смеси это не влияет. Когда мы воду в чайнике кипятим, известкового наслоения на стенках тоже предостаточно.
Водородная горелка в домашней мастерской позволяет снять многие проблемы, связанные с применением тонкого высокотемпературного факела. Особенно хороша она для ювелирных работ, связанных с пайкой твердыми припоями, температура плавления которых 600–900 °C. Применяя офлюсованную проволоку из того же металла (наподобие сварочных электродов), что и соединяемые детали, можно сваривать эти детали. Горелка позволяет выполнять местную термообработку инструмента, резать листовой металл, прожигать отверстия, обрабатывать химическое, в том числе и кварцевое, стекло (трубки, например, гнуть). Одним словом, изобретательный мастер найдет применение этому прибору.
К несомненным достоинствам можно отнести постоянную готовность к работе, простоту регулировки пламени, отсутствие какого-либо дефицитного горючего (газа, например), оптимальный постоянный состав горючей смеси, абсолютное отсутствие какого-либо запаха и копоти (продукт сгорания смеси — вода). Последнее обстоятельство немаловажно для мастера, оборудовавшего себе мастерскую в домашних условиях.
Только не надо думать, что, изготовив аппарат, вы будете сваривать водопроводные трубы. Мощности предлагаемого к изготовлению прибора не хватит для таких работ. Это прибор для деликатных, тонких, ювелирных работ. В принципе можно изготовить более мощный аппарат, которому будет доступна сварка даже трамвайных рельсов, но я это категорически не рекомендую. Ниже будет сказано, по каким соображениям. Для грубых работ лучше применять электросварочные аппараты и ацетиленовые горелки.
Конструируя и изготовляя свой вариант устройства, я руководствовался материалами, опубликованными в журнале «Моделист конструктор» № 7, 1980 г., автор С. Серов, и «МК» № 10, 1985 г., автор Ю. Орлов. При этом я изменил и переработал все узлы конструкции применительно к своим небогатым возможностям изготовления в домашних условиях. Провел некоторые исследовательские эксперименты для выявления возможностей прибора и вариантов эксплуатации.
Блок-схема приведена на рис. 1, где:
Рис. 1
Общий вид моего варианта конструкции на фото 1 — вид спереди, фото 2 — вид с задней стороны. Трансформатора и ЛАТРа на этих фотографиях нет, особого интереса они не представляют.
Фото 1
Фото 2
Чертеж электролизера в сборе на рис. 2.
Рис. 2
На чертеже: 1) шпилька М6х160 4 шт. 2) гайка М6 8 шт. 3) шайба 8 шт. 4) рамка корпусная 2 шт. 5) щека 3 шт. 6) трубка изоляционная 4 шт. 7) кольцо резиновое 22 шт.8) пластина-электрод 10 шт. 9) штуцер 2 шт. 10) гайка М6х0,75 2 шт.11) шайба уплотнительная 2 шт. 12) лепесток контактный 2 шт. 13) ножка 4 шт.
Электролизер представляет собой емкость, собранную из резиновых колец (7) с проложенными между ними электродами (8), зажатыми между двумя щеками (5) и стянутыми шпильками (1) через рамки (4).
Перед сборкой всего пакета на шпильки одевается хлорвиниловая трубка (6). Это необходимо дли того, чтобы все электродные пластины (8) были изолированы как от корпуса, так и друг от друга. Для плотной посадки надо взять отрезок трубки с внутренним диаметром 6 мм, необходимой длины (лучше с некоторым запасом), погрузить ее на 1–2 минуты в ацетон и, не мешкая, натянуть на шпильку. После пятиминутного высыхания шпилька будет плотно обтянута изоляцией. Излишки срезать.
Электродные пластины (8) надо изготовить из листа нержавеющей стали, не поддающейся воздействию кислот и щелочей. Толщина листа роли не играет, но слишком толстый плохо поддается рихтовке для придания хорошей плоскостности. На два крайних электрода приклепывают по лепестку для электрического соединения. Можно просто просверлить отверстия под соединение с помощью винта с гайкой. Верхние отверстия (в пластинах) диаметром 10 мм служат для прохода образующейся газовой смеси, нижние такого же диаметра — для перетекания электролита.
Промежуточные резиновые кольца (7) лучше всего вырезать из листа толщиной 8-10 мм, если, конечно, найдется такая. В свое время я не нашел, поэтому вышел из затруднения, найдя старую камеру от К-700. Вместо одного вырезал по два на каждую секцию. Резина из камеры имеет даже некоторые преимущества. Во-первых, из нее проще вырезать кольца, во-вторых, камеры обладают хорошей маслостойкостью и стойкостью к воздействию химических веществ, что характерно далеко не для всей листовой резины. Недостаточно стойкая резина начинает разбухать и разрушаться.
Две щеки (5) сделаны из листа прозрачного оргстекла толщиной 4–5 мм. Прозрачность нужна для наблюдения за уровнем жидкости внутри электролизера. В отверстия диаметром 6,1 мм вставляют два штуцера. Один служит для отбора горючей смеси, через другое заливается рабочая жидкость и доливается вода при понижении ее уровня в процессе работы. Этот штуцер заглушают герметичным колпачком (на сборочном чертеже не показан). Чертежи деталей поз. 1, 5, 7, 8, 9 показаны на рис. 3.
Рис. 3
Корпусные рамки (4) (рис. 4) должны обладать достаточной прочностью, чтобы при стягивании всего пакета они не вздумали прогибаться, что неминуемо приведет к появлению щелей между секциями. Сделать их можно из чего угодно. Можно сварить из стальных уголков, даже из прочного дерева, дуба к примеру. Я сделал из куска дюралевой плиты толщиной 20 мм.