Газовая горелка для пайки своими руками. Как сделать газовую горелку самостоятельно Как сделать газовую форсунку своими руками
Главным элементом газового котла является горелка. Именно вокруг нее выставляются все остальные элементы. От устройства узла зависят многие аспекты использования оборудования. Прежде всего это безопасность и экономичность. Поэтому многие хотят сделать своими руками такую газовую горелку для котла, которая будет подходить по всем требованиям хозяев. На первый взгляд это может показаться сложным процессом, но на самом деле это не так.
Виды горелок
Многие считают, что горелка – это просто сопло, посредством которой подается газ. Но это не совсем так. Она также домешивает воздух в горючее. При этом важно учитывать, что изделие должно иметь специальную конструкцию, позволяющую делать смесь устойчивой.
Устройство может быть нескольких видов, в зависимости от способа добавления кислорода в газ:
- атмосферная горелка;
- вентиляторная;
- диффузионно-кинетическая.
Атмосферные
Принцип работы этого компонента прост: газ проходит через эжектор, где его давление понижается. При этом воздух попадает внутрь из-за разных показателей атмосфер.
Эти устройства обладают массой достоинств:
- простая конструкция;
- компактность;
- тихая работа;
- приемлемая стоимость;
- возможность переоборудования твердотопливного котла под это оборудование – горелка просто устанавливается в камеру зольника.
При этом подобные устройства не могут иметь высокую мощность. Дело в том, что за счет своей конструкции атмосферные грелки не могут втянуть большое количество кислорода.
Вентиляторные
В этом виде устройств воздух подается в нужном количестве посредством вентилятора. За счет такой подачи кислорода они обладают массой преимуществ:
- Нет ограничений в мощности – любое количество газа обеспечивается необходимым количеством воздуха, которого нужно для полного сгорания без остатков.
- Камера, в которой проходит реакция, может быть закрытой. Внутрь кислород поступает посредством специального воздуховода. Это позволяет полностью исключить попадание продуктов горения внутрь дома из-за обратной тяги. При этом устанавливать отдельный воздуховод нет необходимости. Для этого используются специальные коаксиальные дымоходы, которые по факту являются трубой, расположенной внутри другой. Дым отводится по внутреннему элементу, а кислород попадает в котел, проходя между внутренними и наружными стенками.
- Участие человека при использовании сводится к минимуму, так как оборудование обладает функцией «умной» настройки.
Этот вид горелок также обладает рядом недостатков:
- По сравнению с атмосферными они работают заметно громче.
- Имеют высокую цену.
- Работают только в паре с электричеством – должны иметь свой источник бесперебойного питания. В противном случае от перепада напряжения они могут выйти из строя.
Диффузионно-кинетические
В основном подобное оборудование встречается в крупных обогревателях промышленного назначения. Принцип работы основан, как на атмосферной, так и на вентиляторной грелке.
Газовая горелка своими руками
Так как конструирование вентиляторного вида требует наличия специального оборудования, рассмотрим создание своими руками газовой горелки в твердотопливный котел. Лучше всего для этого выбрать вентиль от кислородного баллона, стандарта ВК-74. Для этого нужно:
- Выходной патрубок дополнительно оснащается штуцером, который с помощью шланга можно будет подсоединить к реактору.
- На входную сторону патрубка, подключенную к баллону, устанавливается колпачок с небольшим отверстием для соединения с жиклером. Последний можно взять с паяльной лампы или плиты.
- К колпачку приваривается стальная труба длиной в 100 мм и толщиной стенки в 2 мм.
- Обязательно нужно смотреть, чтобы между колпачком и соплом был зазор в 15 мм, через который будет поступать кислород. Именно поэтому к первому необходимо сначала прикрепить три небольших отрезка проволоки (их можно будет потом подогнуть для нужного расположения), а только потом трубу.
- Сама горелка готова. После этого нужно изготовить основание, на котором она будет расположена для установки в камеру горения.
Кроме создания самой горелки, важно также соблюдать и процесс ее поджигания:
- Открывается кран подачи газа на баллоне или магистрали.
- К соплу подносится спичка.
- Открывается основной вентиль.
Важно! Мощность устройства можно регулировать посредством вентиля. Самым горячим является зелено-голубое пламя.
Вся настройка состоит в расположении факела в центре. Для этого держатели из проволоки немного подгибаются.
Особенности использования
Газовые горелки неприхотливы в обслуживании. Главной особенностью является ежегодная чистка. При этом процедуру должны проводить только высококвалифицированные специалисты, так как для этого нужно разбирать котел. Чаще всего чисткой горелок занимается сервисный центр.
Грязь удаляется просто – с помощью сжатого воздуха. При этом важно настроить подходящее давление. Дело в том, что некоторые современные детали могут не выдержать поток в 10 атм.
Чтобы процесс очистки проходил быстрее и требовался реже, на подаче газа ставится специальный фильтр. Это делает мастер после подачи заявки в соответствующую структуру.
Что ж, несмотря на то, что газовая горелка в котле отопления хоть и кажется сложнейшим инженерным узлом, теме не менее ее можно без проблем сделать самому. Для этого нужно подготовить все необходимые материалы и обладать навыками работы с металлом. Кроме того, необходимо иметь несколько единиц специального инструмента.
Спиртовые горелки полезны для любителей рыбалки, охоты, походов. В одном из предыдущих материалов мы рассказали, используя сосуд от звездочки. Сегодня мы рассмотрим способ создания более объемной горелки с использованием алюминиевой баночки. У многих может возникнуть вопрос, почему изготавливать спиртовую горелку, если в магазинах продается сухое горючее. Сухое горючее также можно использовать, чтобы сварить кофе или приготовить горячий чай на походе, но практика показывает, что спиртовая горелка справляется с этим намного лучше и эффективнее.
Давайте посмотрим видео спиртовой горелки от автора самоделки :
Что же нам понадобится для изготовления самодельной спиртовой горелки?
- Алюминиевая баночка из-под газировки, пива или других напитков;
- Круглогубцы;
- Четыре спичечных коробка;
- Канцелярский нож;
- Медицинский спирт;
- Фломастер или маркер
- И ножницы.
Первым делом мы должны отрезать верхнюю часть баночки. Для этого нам необходимо сделать нарез канцелярским ножом и оторвать ненужную часть круглогубцами.
Далее кладем два спичечных коробка, на них канцелярский нож лезвием к баночке и отрезаем нижнюю часть.
Ту же процедуру предстоит сделать с верхней частью нашей алюминиевой баночки, но на этот раз с четырьмя коробками.
К отрезанной верхней части прикладываем два спичечных коробка, но на этот раз не режем, а обводим фломастером или маркером.
На получившейся линии ставим метки или точки через каждый сантиметр и делаем надрезы ножницами так, чтобы они начинались с линии до самого низа куска банки.
Наша спиртовая горелка практически готова, и нам остается лишь собрать ее составляющие части в одно целое. Для этого слегка складываем нижнюю часть верхнего куска баночки, чтобы она с легкостью вошла во вторую.
Остается лишь залить медицинский спирт в нашу горелку и протестировать ее.
Внимание!!! Медицинский спирт, как и сама горелка огнеопасна. При ее использовании обязательно сохраняйте правила обращения с огнем и правила безопасности. Держите горелку в дали от легковоспламеняющихся материалов и смесей. Не заливайте слишком много спирта, поскольку это может привести к взрыву горелки и серьезным травмам.
Горелка работает, а это значит, что очередная самоделка изготовлена удачным образом. Таким образом мы можем вскипятить примерно 250 мл воды всего за 2 минуты, используя примерно 15 мл спирта.
Горелка состоит всего из пяти деталей: рукоятки, подводящей трубки, корпуса, форсунки и рассекателя.
Пропано-бутановая смесь, которой заправляют баллоны для бытовых газовых плит, при оптимальных условиях сгорает в воздухе с температурой пламени до 1200 °С. Её достаточно для работы с «твердыми» (среднеплавкими) припоями: медно-цинковыми (латунью), серебряными. Но чтобы получить такое пламя, горелка должна обеспечить хорошее перемешивание газа с воздухом, то есть подачу их в строго определенном соотношении - не больше и не меньше! Для удобства работы с небольшими деталями факел должен быть тонким, но в то же время устойчивым и достаточно жарким.
Давление газа в баллоне - 16 атм., для такого дела оно слишком велико, поэтому надо ограничить подаваемое в горелку давление до 1,5-3 атм., применив сварочный редуктор или вентиль от набора для смоления лыж При этом жиклёр форсунки должен иметь диаметр не более 0,1 мм. Для предохранения его от случайного засорения на выходе из баллона необходим фильтрующий элемент, например керамический - от фильтра тонкой очистки топлива двигателя ЗИЛ-130, либо самодельный - из маленькой керамической шлифовальной головки.
Так как скорость горения газовоздушной смеси относительно невелика, при стремительном истечении из жиклера смесь может не успеть воспламениться - произойдет отрыв пламени и горелка погаснет Во избежание этого рассекатель надо сделать таким, чтобы через его периферийные отверстия часть газа вытекала с небольшой скоростью и образовывала вокруг основного потока газа запальную «корону».
Всё это удалось реализовать в простой, доступной для повторения конструкции. Горелка состоит всего из пяти деталей: рукоятки, подводящей трубки, корпуса, форсунки и рассекателя.
Деревянная рукоятка использована от перегоревшего паяльника.
Подводящая стальная трубка имеет наружный диаметр 10 мм и толщину стенки 2 мм. На одном её конце проточены три конических пояска для плотного подсоединения шланга, а на другом нарезана резьба М10. Чуть изогнув трубку с этой стороны, вставили её в отверстие рукоятки и зафиксировали там клеем.
Рис.1 Газовая горелка для газопламеной пайки:
1 - газоподводящая трубка диаметром 10x2 (сталь); 2 - рукоятка (дерево); 3 - форсунка (сталь); 4 - корпус (латунь); 5 - рассекатель латунь)
Корпус и рассекатель выточены из латунного прутка диаметром 20 мм. В корпусе аккуратно просверлены два радиальных отверстия диаметром 5 мм - для подводки воздуха. Четыре радиальных отверстия диаметром 1 мм в стержне рассекателя обеспечивают подачу газа к группе запальных отверстий в переднем фланце этой детали.
При сборке рассекатель запрессовали в корпус с небольшим натягом. Внутренний же фланец рассекателя, напротив, установили в корпус с гарантированным зазором: его диаметр проточили на 0,6 мм меньше внутреннего диаметра корпуса. Эта щель необходима для дросселирования (торможения) потока газа, подводимого к отверстиям запальника.
Заготовка форсунки выточена из стального прутка. А её тоненькое отверстие изготовили следующим образом. Сверлом диаметром 2 мм проделали глухое центральное отверстие, не доходя до выхода 1,5 мм, а перемычку просверлили сверлом диаметром 0,4-0,5 мм. Затем легкими ударами молотка полностью зачеканили это отверстие. Далее, постепенно подтачивая торец надфилем или шлифовальной бумагой, нашли сечение, где выходное отверстие имело необходимую величину. Определили это место так. Навернули форсунку на резьбовой наконечник трубки горелки. Надели на хвостовик подающей трубки подводящий резино-тканевый шланг от редуктора баллона и закрепили его хомутиком. Выставив рабочее давление, подали газ и, подождав, когда он вытеснит воздух из шланга, внесли форсунку (без корпуса и рассекателя) в пламя газовой конфорки. Шлифовкой торца добились длины факела горелки 5-6 см. Затем навернули на наружную резьбу форсунки корпус в сборе с рассекателем.
Пламя горелки должно быть ровным, без копоти. В противном случае регулируют количество эжектируемого воздуха поворотом корпуса на резьбе форсунки. Если резьбовое соединение очень свободное, его уплотняют лентой ФУМ.
Для людей активно работающих в мастерской или в загородном доме часто возникает потребность нагреть деталь или произвести пайку. Эти задачи позволит решить высокотемпературная газовая горелка, которую можно изготовить своими руками. С её помощью можно производить нагрев деталей для последующей обработки или сварки, закаливать детали, осуществлять , ремонт кровли. Это перечень может быть продолжен.
Все эти задачи могут быть решены с помощью газовой горелки. К таким устройствам относят аппараты, которые обеспечивают смешивание, предварительный подогрев, подачу требуемого объёма газа и кислорода. В ней создаются условия для обеспечения необходимой скорости сгорания полученной смеси и создания необходимой температуры нагрева.
Таких устройств на рынке предлагается большое количество, от специализированных профессиональных (для котлов отопления, и сварочных работ), до универсальных бытовых горелок на пропане.
Газовые горелки, изготовленные в промышленных масштабах, рассматриваются исключительно с точки зрения надёжности и безопасности при эксплуатации. Однако, очень часто по критерию «эффективность — стоимость» газовые горелки промышленного производства не выдерживают никакой критики. Кроме этого, можно приобрести изделие сомнительного качества или изготовленное в дружественном Китае.
Рассмотрев подробно варианты конструкций подобных горелок, напрашивается однозначный вывод. В этих газовых агрегатах нет ничего сложного. Поэтому многие стараются изготовить такой аппарат в домашних условиях. Получается удобная и дешёвая газовая горелка своими руками.
Классификация горелок
Устройство газовой горелки достаточно простое. Современные газовые горелки подразделяются следующим образом:
- Предварительного смешения. Происходит образование газовой смеси непосредственно перед поступлением в выходное отверстие.
- Инжекционные горелки. Воздух, необходимый для горения, самопроизвольно засасывается (как говорят, инжектируется) самой газовой струёй.
- Рекуперативные. Сущность их работы заложена в предварительном подогреве газа и воздуха. Это происходит перед смешиванием. Сам подогрев осуществляет специальное устройство – рекуператор.
- Регенеративные. Предварительный подогрев в горелках этого типа осуществляется в регенераторе.
- Наддувные (газовые горелки с наддувом). В них воздух принудительно нагнетается в топку специальным вентилятором. Это происходит после смешивания горючей смеси.
- Диффузионные. По конструкции это самые простые горелки. Они состоят из обычной трубки с просверленными в ней отверстиями. Через эти отверстия происходит подача газа. Для обеспечения постоянного и надёжного горения, необходимый воздух поступает из окружающей среды.
- Газовые атмосферные горелки для котлов. Принцип их действия очень схож с принципом инжекционных горелок. Основным отличием является то, что обогащение кислородом осуществляется не полностью, а частично.
- Газовые горелки для печи, каминов, систем отопления.
Мощность любой газовой горелки определяется по объёму расходуемого газа за единицу времени. У разных горелок она может отличаться достаточно существенно.
Конструкция горелки
Стандартная самодельная горелка функционирует таким образом. Под давлением по специальному шлангу из баллона подаётся газ. Чаще всего в качестве такого газа используется пропан. Объём подаваемого газа изменяется расположенным на баллоне регулирующим рабочим краном. Поэтому установка дополнительного понижающего редуктора не требуется.
Запорный кран располагается за основным вентилем и крепится на газовом баллоне. Он используется для открывания или закрывания подачи газа. Все остальные регулировки (длину и интенсивность пламени) самой горелки осуществляют с помощью, так называемого, рабочего крана. Подводящий газовый шланг, по которому происходит подача газа, подключен к специальной насадке. Она завершается ниппелем. Он позволяет задавать величину (длину) и интенсивность (скорость) пламени. Ниппель совместно с трубкой помещают в специальный вкладыш (металлический стакан). Именно в нём происходит создание горючей смеси, то есть обогащение пропана кислородом атмосферного воздуха. Созданная горючая смесь под давлением поступает через сопло в область сгорания. Для обеспечения непрерывного процесса горения в сопле конструктивно предусмотрены специальные отверстия. Они выполняют функцию дополнительной вентиляции.
Конструкцию подобных газовых аппаратов разрабатывают с учётом удобства в эксплуатации, профилактики, ремонта. Поэтому они должны быть легкоразборными. Это упрощает процесс обслуживания и ремонта.
На основе такой стандартной схемы можно разработать собственную конструкцию. Она будет состоять из следующих элементов:
- корпуса (обычно его изготавливают из металла);
- редуктора, который крепится на баллон (применяют готовый прибор);
- форсунки (изготавливают самостоятельно);
- регулятор подачи топлива (по выбору);
- головка (форма выбирается исходя из решаемых задач).
Корпус горелки изготавливается в форме стакана. В качестве материала применяют обыкновенную сталь. Такая форма позволяет обеспечить надёжную защиту от возможного задувания рабочего пламени. К корпусу крепят рукоятку. Она может быть выполнена из различного материала. Самое главное, чтобы она обеспечивала удобство при работе. Предыдущий опыт показывает, самая оптимальная длина такой ручки находится в интервале от 70 до 80 сантиметров.
Сверху крепится деревянный держатель. В его корпус помещают шланг подачи газа. Это позволяет придать конструкции определённую прочность. Длина пламени может осуществляться двумя регулировками. С помощью редуктора, расположенного на газовом баллоне, и вентиля, установленного на трубке. Розжиг газовой смеси производится благодаря специальной форсунке.
Изготовление газовой горелки
Приступая к самостоятельному изготовлению устройства, необходимо приготовить инструменты для работы и подобрать требуемый материал. Прежде всего, выбирают материал для ручки. Жёстких требований не существует, поэтому каждый может использовать свою фантазию и возможности. Основными требованиями к ручке являются: её удобство в эксплуатации, чтобы она не перегревалась во время работы. Опыт показывает, что целесообразно использовать готовую рукоятку. Например, ручка от какого-нибудь, вышедшего из строя паяльника, кипятильника или другого бытового прибора.
Для изготовления подводящей трубки используется сталь. Выбирают стальную трубку диаметром не более 1см и толщиной стенки 2,5 мм. Изготовленную рубку вставляют в подготовленную ручку. Там её необходимо надёжно закрепить. Способ крепления выбирается в соответствии со своими возможностями.
Корпус горелки изготавливают из стали. Рассекатель делают из латунного прутка. В корпусе рассекателя сверлят несколько отверстий (обычно более четырёх). Это позволит создать хорошую циркуляцию кислорода на выходе горелки.
После этого рассекатель надёжно закрепляют в корпусе. Следует предусмотреть небольшой зазор для внутреннего фланца. Рекомендуемый зазор должен составлять примерно 5мм. Такой зазор обеспечит необходимое замедление скорости потока газа, который поступает к запальнику. Замедление позволит надёжнее зажигать горелку.
Форсунку изготавливают из металлического прута. Она обеспечит подачу газа к области горения. Её изготавливают следующим образом. Сверлом диаметром в 2мм аккуратно делают глухое отверстие в корпусе форсунки. Затем сверлят отверстие сверлом 4мм. Оно необходимо для создания перемычки. Их аккуратно заклёпывают и шлифуют.
Конец изготовленной трубки соединяют с выходным отверстием редуктора. Для соединения применяют гибкий шланг. Материал подбирают из перечня разрешённых материалов для бытовых газовых систем. Это может быть специальная резина или особый тканевый материал. Для обеспечения надёжности и пожарной безопасности целесообразней использовать сертифицированный материал. Шланг надевают на трубку и закрепляют его стандартным хомутом.
После завершения сборки всего аппарата, требуется выставить оптимальное давление в баллоне. Перед поджигом горелки следует тщательно проверить всю систему подачи газа, смешивания с воздухом на наличие возможных утечек. Если они проявились, их обязательно необходимо устранить. Только после всех проверок можно зажигать горелку. Горелка должна обеспечивать длину горящей струи до 50 мм.
Грамотно самостоятельно собранная горелка прослужит надёжным помощником в делах на длительный срок. Она будет тем средством, которое поможет решать многие бытовые задачи, не прибегая к применению дорогостоящего инструмента.
Цель настоящей статьи – рассказать, как делается газовая горелка своими руками. Газовые горелки в малом предпринимательстве, индивидуальном техническом творчестве и в быту применяются весьма широко для спаечных, слесарно-кузнечных, кровельных, ювелирных работ, для запуска на газе отопительных приборов и получения для различных нужд пламени с температурой свыше 1500 градусов.
В технологическом аспекте газовое пламя хорошо тем, что обладает высокой восстановительной способностью (очищает поверхность металла от загрязнений и восстанавливает его окисел в чистый металл), не проявляя сколько-нибудь заметно иной химической активности.
В теплотехническом – газ высокоэнергоемкое относительно недорогое и чистое топливо; 1 ГДж газового тепла обходится, как правило, дешевле, чем от любого другого энергоносителя, а закоксовывание газовых отопительных приборов и осаждение в них сажи минимальны или отсутствуют.
Но вместе с тем, повторим прописную истину: с газом не шутят. Газовая горелка не так уж сложна, но как добиться ее экономичности и безопасности – об этом и пойдет далее разговор. С примерами правильного технического исполнения и рекомендациями по изготовлению самостоятельно.
Выбираем газ
Своими руками изготавливается исключительно газовая горелка на пропане, бутане или пропан-бутановой смеси, т.е. на газообразных насыщенных углеводородах, и атмосферном воздухе. При использовании 100% изобутана (см. далее) возможно достижение температуры пламени до 2000 градусов.
Ацетилен позволяет получить температуру пламени до 3000 градусов, но ввиду его опасности, дороговизны карбида кальция и необходимости в чистом кислороде как окислителе практически вышел из употребления и в сварочных работах. Получить чистый водород в домашних условиях возможно; водородное пламя от горелки с наддувом (см. далее) дает температуру до 2500 градусов. Но сырье для получения водорода дорого и небезопасно (один из компонентов – сильная кислота), но главное – водород не ощутим на запах и вкус, добавлять к нему меркаптановую отдушку нет смысла, т.к. водород на порядок скорее распространяется, а примесь его к воздуху всего в 4% уже дает взрывоопасный гремучий газ, причем воспламенение его может произойти просто на свету.
Метан не используется в бытовых газовых горелках по сходным причинам; кроме того, он сильно ядовит. Что касается паров ЛВЖ, пиролизных газов и биогаза, то при сжигании в газовых горелках они дают не весьма чистое пламя с температурой ниже 1100 градусов. ЛВЖ средней и ниже средней летучести (от бензина до мазута) сжигаются в специальных жидкостных горелках, напр., в горелках для дизтоплива; спирты – в маломощных пламенных приборах, а эфиры вообще не жгут – малоэнергичны, но очень опасны.
Как добиться безопасности
Чтобы сделать газовую горелку безопасную в работе и не пожирающую зря топливо, золотым правилом следует взять: никакого масштабирования и вообще изменений чертежей прототипа!
Тут дело в т. наз. числе Рейнольдса Re, показывающем взаимосвязь между скоростью потока, плотностью, вязкостью текущей среды и характерным размером области, в которой она движется, напр. диаметром поперечного сечения трубы. По Re можно судить о наличии турбулентности в потоке и ее характере. Если, к примеру, труба не круглая и оба характерных ее размера больше некоторого критического значения, то появятся вихри 2-го и более высоких порядков. Физически выделенных стенок «трубы» может и не быть, напр., в морских течениях, но многие их «фокусы» объясняются именно переходом Re через критические значения.
Примечание: на всякий случай, для справки – для газов значение числа Рейнольдса, при котором ламинарный поток переходит в турбулентный, есть Re>2000 (в системе СИ).
Далеко не все самодельные газовые горелки точно рассчитываются согласно законов газовой динамики. Но, если произвольно изменить размеры деталей удачной конструкции, то Re топлива или подсасываемого воздуха может скакнуть за пределы, которых оно придерживалось в авторском изделии, и горелка станет в лучшем случае коптящей и прожорливой, а, вполне возможно, и опасной.
Диаметр инжектора
Определяющим параметром для качества газовой горелки является диаметр сечения ее топливного инжектора (газового сопла, форсунки, жиклера – синонимы). Для горелок на пропан-бутане на обычную температуру (1000-1300 градусов) его можно ориентировочно принять таким:
- На тепловую мощность до 100 Вт – 0,15-0,2 мм.
- На мощность 100-300 Вт – 0,25-0,35 мм.
- На мощность 300-500 Вт – 0,35-0,45 мм.
- На мощность 500-1000 Вт – 0,45-0,6 мм.
- На мощность 1-3 кВт – 0,6-0,7 мм.
- На мощность 3-7 кВт – 0,7-0,9 мм.
- На мощность 7-10 кВт – 0,9-1,1 мм.
В высокотемпературных горелках инжекторы делают более узкими, 0,06-0,15 мм. Отличным материалом для инжектора послужит отрезок иглы для медицинского шприца или капельницы; из них можно подобрать сопло на любой из указанных диаметров. Иглы для надувания мячей хуже, они не жаропрочны. Их используют более как воздуховоды в микрогорелках с наддувом, см. далее. В обойму (капсюль) инжектора его запаивают твердым припоем или вклеивают жаропрочным клеем (холодной сваркой).
Мощность
Делать газовую горелку на мощность свыше 10 кВт ни в коем случае не следует. Почему? Допустим, КПД горелки 95%; для любительской конструкции это очень хороший показатель. Если мощность горелки 1 кВт, то на саморазогрев горелки уйдет 50 Вт. О 50 Вт паяльник можно обжечься, но аварией он не грозит. А вот если сделать горелку на 20 кВт, то лишним будет 1 кВт, это уже оставленные без присмотра утюг или электроплитка. Опасность усугубляется тем, что ее проявление, как и числа Рейнольдса, пороговое – или просто горячо, или вспыхивает, плавится, взрывается. Поэтому чертежи самодельной горелки более чем на 7-8 кВт лучше и не искать.
Примечание: промышленные газовые горелки выпускаются на мощность до многих МВт, но достигается это точной профилировкой газового ствола, в домашних условиях невыполнимой; один из примеров см. далее.
Арматура
Третий фактор, определяющий безопасность горелки – состав ее арматуры и порядок пользования ею. В общем схема такова:
- Горелку ни в коем случае нельзя гасить регулировочным вентилем, подачу топлива прекращают вентилем на баллоне;
- Для горелок мощностью до 500-700 Вт и высокотемпературных (с узким инжектором, исключающим переход Re газового потока за критическое значение), питаемых пропаном либо изобутаном от баллона до 5 л при наружной температуре до 30 градусов, допустимо совмещать регулировочный и запорный вентили в одном – штатном на баллоне;
- В горелках на мощность более чем 3 кВт (с широким инжектором), или запитанных от баллона более чем на 5 л, вероятность «проскока» Re за 2000 весьма велика. Поэтому в таких горелках между запорным и регулировочным вентилями обязательно нужен и редуктор, поддерживающий в подающем газопроводе давление в определенных пределах.
Какую делать?
Газовые горелки малой мощности для быта и мелкого частного производства по эксплуатационным показателям классифицируются след. образом:
- Высокотемпературные – для точных спаечно-сварочных, ювелирных и стеклодувных работ. КПД не важен, нужно добиться максимальной для данного топлива температуры пламени.
- Технологические – для слесарных и кузнечных работ. Температура пламени весьма желательна не ниже 1200 градусов, и с соблюдением этого условия горелка доводится до максимальной экономичности.
- Отопительные и кровельные – добиваются наилучшего КПД. Температура пламени, как правило, до 1100 градусов или ниже.
Касательно способа сжигания топлива газовая горелка может быть выполнена по одной из след. схем:
- Свободно-атмосферной.
- Атмосферно-эжекционной.
- С наддувом.
Атмосферные
В свободно-атмосферных горелках газ сгорает в свободном пространстве; приток воздуха обеспечивается свободной конвекцией. Такие горелки неэкономичны, пламя рыжее, коптящее, пляшущее и бьющееся. Интерес, представляют, во-первых, потому, что избыточной подачей газа или недостаточной воздуха любую другую горелку можно перевести в свободно-атмосферный режим. Именно в нем горелки поджигают – на минимуме подачи топлива и еще меньшем притоке воздуха. Во-вторых, свободный приток вторичного воздуха может быть очень полезен в т. наз. полутораконтурных горелках для отопления, т.к. намного упрощает их конструкцию не в ущерб безопасности, см. далее.
Эжекционные
В эжекционных горелках не менее 40% необходимого для сгорания топлива воздуха подсасывается газовым потоком от инжектора. Эжекционные горелки конструктивно просты и позволяют получить пламя с температурой до 1500 градусов при КПД свыше 95%, поэтому используются наиболее широко, однако не могут быть выполнены модулируемыми, см. ниже. По использованию воздуха эжекционные горелки делятся на:
- Одноконтурные – весь нужный воздух засасывается сразу. С должным образом профилированным газовым каналом на мощности более 10 кВт показывают КПД свыше 99%. Своими руками не повторяемы.
- Двухконтурные – ок. 50% воздуха засасывается инжектором, остальное – в камеру сгорания и/или дожигатель. Позволяют получить либо пламя в 1300-1500 градусов, либо КПЛ свыше 95% и пламя до 1200 градусов. Используются любым образом из указанных выше. Конструктивно достаточно сложны, но своими силами повторяемы.
- Полутораконтурные, часто называемые также двухконтурными – первичный воздух подсасывается потоком из инжектора, а вторичный свободно поступает в ограниченный объем (напр., топку печи), в котором и догорает топливо. Только однорежимные (см. ниже), но конструктивно просты, поэтому широко используются для временного запуска отопительных печей и котлов на газе.
С наддувом
В горелках с наддувом весь воздух, и первичный, и вторичный, подается в зону сгорания топлива принудительно. Простейшая микрогорелка с наддувом для настольных спаечных, ювелирных и стекольных работ может быть сделана самостоятельно (см. далее), но изготовление отопительной горелки с наддувом требует солидной производственной базы. Зато именно горелки с наддувом позволяют реализовать все возможности управления режимом горения; согласно условиям использования они делятся на:
- Однорежимные;
- Двухрежимные;
- Модулируемые.
Управление горением
В однорежимных горелках режим сгорания топлива либо определяется раз навсегда конструктивно (напр., в промышленных горелках для отжиговых печей), либо устанавливается вручную, для чего горелку нужно или погасить, или прервать технологический цикл с ее применением. Двухрежимные горелки работают, как правило, на полной или половинной мощности. Переход с режима в режим осуществляется по ходу работы либо пользования. Двухрежимными делают отопительные (зима – весна/осень) либо кровельные горелки.
В модулируемых горелках подача топлива и воздуха плавно и непрерывно регулируется автоматикой, отрабатывающей по комплексу критически важных исходных параметров. Напр., для отопительной горелки – по соотношению температур в помещении, наружной и теплоносителя в обратке. Выходной параметр возможен один (минимальный расход газа, наибольшая температура пламени) или их может быть тоже несколько, напр., при температуре пламени у верхнего предела минимизируется расход топлива, а при ее падении оптимизируется для данного техпроцесса температура.
Примеры конструкций
Разбираясь в конструкциях газовых горелок, пойдем по пути увеличения мощности, это позволит лучше понять материал. И с самого начала познакомимся с таким важным обстоятельством, как наддув.
Мини от баллончика
Как устроена однорежимная мини газовая горелка для настольной работы с питанием от баллончика для заправки зажигалок, хорошо известно: это 2 иглы, вставленные друг в друга, поз. А на рис.:
Наддув – от аквариумного компрессора. Поскольку без сопротивления распылителя под водой он дает заметно пульсирующий поток, нужен ресивер из 5 л баклаги. Газировка в таких не выпускается, так что пробку ресивера нужно будет дополнительно загерметизировать сырой резиной, силиконом или просто пластилином. Если взять компрессор для аквариума на 600 л и более, а топливом – 100% изобутан (такие баллончики дороже обычных), можно получить пламя свыше 1500 градусов.
Камни преткновения при повторении данной конструкции, во-первых, регулировка подачи газа. С воздухом проблем нет – его подачу устанавливают штатным регулятором компрессора. Но регулировка газа перегибанием шланга очень груба, а регулятор от капельницы быстро выходит из строя, он же вместе с ней одноразовый. Во-вторых, сопряжение горелки с баллончиком – чтобы его клапан открылся, нужно надавить на заправочный штуцер
Поможет решить проблемы первое, узел, показанный на поз. Б; делают его из той же пары игл. Сначала нужно подобрать отрезок трубочки для втулки, с небольшим усилием налезающий на штуцер баллончика, а затем, также с небольшим усилием, затолкать его в канюлю иглы; ее, возможно, придется немного рассверлить. Но втулка не должна болтаться ни на штуцере, ни в канюле по отдельности.
Затем делаем обойму для баллончика с регулировочным винтом (поз. В), вставляем баллончик, надеваем на штуцер регулятор по поз. Б, и заворачиваем винт до получения нужной подачи газа. Регулировка очень точная, буквально микроскопическая.
Паяльные горелки
Проще всего сделать паяльную горелку прим. на 0,5-1 кВт, если у вас есть в наличии любой газовый вентиль: кислородный серии ВК, от старого автогена (ацетиленовый ствол заглушается) и т.п. Один из вариантов конструкции паяльной горелки на основе газового вентиля показан на рис.
Его особенность – минимальное количество точеных деталей, да и те можно подобрать готовые, и достаточно широкие возможности регулировки пламени перемещением насадки 11. Материал деталей 7-12 – достаточно жаростойкая сталь; в данном случае подойдет относительно недорогая Ст45, т.к. температура пламени из-за полного отсутствия профилировки газового канала и эжекторных окон (которых как таковых и нет) не превысит 800-900 градусов. Также, вследствие того, что эта горелка одноконтурная, она довольно-таки прожорлива.
Двухконтурные
Двухконтурная газовая горелка для пайки намного экономичнее и позволяет получить пламя до 1200-1300 градусов. Примеры конструкций такого рода с запиткой от 5 л баллона даны на рис.
Горелка слева – на мощность ок. 1 кВт, поэтому состоит всего из 3-х деталей, не считая газового ствола и ручки, так что отдельного вентиля на регулировку пламени не требуется. При желании можно сделать сменные капсюли инжектора на меньшие мощности; расход топлива на малых мощностях при этом весьма заметно упадет. Простота конструкции в данном случае достигнута благодаря использованию схемы с неполным разделением воздушных контуров: весь воздух засасывается через отверстия в корпусе, но часть его увлекается горящей газовой струей через отверстие диаметром 12 мм в дожигатель.
Неполное разделение воздушных контуров не позволяет выйти на мощность свыше 1,2-1,3 кВт: Re в камере сгорания скачет «выше крыши», отчего начинается горение хлопками вплоть до взрыва, если попытаться наладить пламя, поддав газку. Поэтому, не имея опыта, инжектор в это горелку лучше ставить 0,3-0,4 мм.
Горелка с полным разделением воздушных контуров, чертежи которой даны справа на рис., развивает мощность до нескольких кВт. Поэтому в ее арматуре необходим, кроме запорного на баллоне, и регулировочный вентиль. Совместно со скользящим первичным эжектором он позволяет в достаточно широких пределах регулировать температуру пламени, выдерживая минимальный на данной мощности его расход. Практически, выставив вентилем пламя желаемой силы, перемещают первичный эжектор, пока на пойдет узкая голубая струя (очень горячая) или широкая желтоватая (не такая горячая).
Для горна и кузницы
Двухконтурная горелка с полным разделением контуров пригодна и для кузнечных работ. Напр., как за 10-15 мин соорудить из подручных материалов горн для только что описанной, см. видео:
Видео: газовый горн за 10 минут
Слесарно-кузнечная газовая горелка специально для горна также может быть построена по полной двухконтурной схеме, см. след. ролик.
Видео: газовая горелка для горна своими руками
И, наконец, мини газовая горелка может греть и маленький настольный горн; как их вместе сделать самому, см.:
Видео: мини-горн своими руками в домашних условиях
Для тонкой работы
Здесь на рис. даны чертежи газовой горелки со встроенным регулировочным вентилем для особо точных и ответственных работ. Ее особенность – массивная камера сгорания с охлаждающим оребрением. Благодаря этому, во-первых, уменьшаются термические деформации деталей горелки. Во-вторых, случайные скачки подачи газа и воздуха практически не влияют на температуру в камере сгорания. В результате установленное пламя долгое время держится очень стабильно.
Высокотемпературная
Наконец, рассмотрим горелку, предназначенную для получения пламени максимально высокой температуры – на 100% изобутане без наддува это горелка дает пламя с температурой более 1500 градусов – листовую сталь режет, плавит в мини-тигле любые ювелирные сплавы и размягчает любое силикатное стекло, кроме кварцевого. Неплохой инжектор для этой горелки получается из иглы от инсулинового шприца.
Отопительные
Если вы планируете раз навсегда перевести свою старую печку или котел с дров-угля на газ, то у вас нет иного выхода, как приобрести модулируемую горелку с наддувом, поз. 1 на рис. В противном случае любая экономия на самоделке скоро будет съедена перерасходом топлива.
В случае, когда для обогрева требуется мощность более 12-15 кВт и вдобавок есть человек, готовый и способный взять на себя обязанности истопника, регулирующего подачу газа сообразно наружной температуре, более дешевым вариантом будет двухконтурная атмосферная горелка для котла, схема устройства которой дана на поз. 2. Хорошо в данном качестве зарекомендовали себя т. наз. саратовские горелки, поз. 3; они выпускаются на широкий диапазон мощностей, давно и успешно применяются в теплотехнике.
Если же вам нужно продержаться на газе некоторое время, напр., до конца отопительного сезона, и затеять затем реконструкцию системы отопления, или запустить на газе, напр., дачную либо банную печку, то для этого своими руками может быть изготовлена полутораконтурная газовая горелка для печи. Схема ее устройства и работы дана на поз. 4. Непременное условие – топка отопительного прибора должна быть с поддувалом: если пускать вторичный воздух в зазор между зевом топки и корпусом горелки, расход топлива существенно возрастет. Чертеж полутораконтурной газовой горелки для печи мощностью до 10-12 кВт дан на поз. 5; продолговатые отверстия для забора первичного воздуха должны находиться снаружи!
Кровельные
Газовая горелка для кровельных работ с современными наплавляемыми материалами (кровельная лампа) обязательно выполняется двухрежимной: на половинной мощности прогревают подстилающую поверхность, а на полной наплавляют покрытие после разворачивания рулона. Промедление здесь недопустимо, поэтому тратить время на переналадку горелки (что возможно только после ее остывания) нельзя.
Устройство кровельной газовой горелки промышленного производства показано слева на рис. Она двухконтурная по схеме с неполным разделением контуров. В данном случае такое решение допустимо, т.к. горелка работает на полной мощности ок. 20% времени технологического цикла и эксплуатируется подготовленным персоналом вне помещения.
Самый сложный узел кровельной лампы, вряд ли повторимый в домашних условиях – клапан переключения мощности. Однако без него возможно обойтись ценой небольшого увеличения расхода топлива. Если вы – мастер-универсал и кровельными работами занимаетесь эпизодически, то снижение рентабельности из-за этого не будет заметно.
Технически данное решение реализуемо в горелке со связанными парами воздушных контуров, см. справа на рис. Переход с режима на режим осуществляется либо установкой/снятием корпуса внутренних контуров, либо просто перемещением лампы по высоте, т.к. режим работы такой горелки сильно зависит от противодавления на выхлопе. Для прогрева подстилающей поверхности лампу относят от нее подальше, тогда из сопла пойдет мощный широкий поток не чрезмерно горячих газов. А для наплавки лампу подводят ближе: по кровельному материалу растечется широкий «блин» пламени.
В заключение
В этой статье рассмотрены лишь отдельные примеры газовых горелок. Общее число их конструкций только на «домашний» диапазон мощностей до 15-20 кВт исчисляется сотнями, если не тысячами. Но будем надеяться, что и вам пригодится какая-то из описанных здесь.
