Электролизно-водное газосварочное устройство

 

Использование: изобретение относится к области газовой сварки или резки, а конкретно к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем. Сущность изобретения: блоком управления, соединенным с блоком коммутации, осуществляют автоматическое переключение секций пластин электролизера в зависимости от сигналов датчиков давления газовой смеси, а также от величины сигнала реле максимального пикового тока, при этом автоматически поддерживают величины давления газовой смеси независимо от расхода газовой смеси газовой горелкой и равномерную загрузку электросети. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области газовой сварки или резки, конкретно к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем.

Известно газосварочное устройство по авт. св. N 1530363, B 23 K 5/00, содержащее электролизно-водный генератор (ЭВГ) с блоком коммутации для регулирования тока через электролизер. Этот блок имеет ручные переключатели, которыми можно закорачивать часть секций электролизера. Недостатком этого устройства является то, что сварщику часто приходится отвлекаться от процесса сварки для регулирования тока. Это особенно ощутимо, так как обычно место сварки удалено от ЭВГ и сварщику для регулировки тока надо покинуть место сварки и перейти к месту установки ЭВГ.

Наиболее близким к заявленному является газосварочное устройство, описанное в книге авторов Корж В.Н. и Дыхно Ф.Л. Обработка металлов водородно-кислородным пламенем. - Киев: Техника, 1984. Это устройство состоит из газовой горелки, электролизера с сетевым выпрямителем, токового ключа и датчика максимального давления, который управляет ключем. Когда давление достигает уровня срабатывания датчика максимального давления, тот срабатывает и выключает токовый ключ. В результате генерация газа прекращается, а когда давление станет ниже уровня срабатывания датчика, ключ включает ток электролизера. В этом устройстве при любом расходе газа, устанавливаемом кранами газовой горелки, в электролизере поддерживается постоянное давление газа и, следовательно, производительность электролизера всегда равна расходу газа.

Недостатком этого устройства является значительная перегрузка электрической сети и большие коммутационные помехи. Это вызвано тем, что выпрямитель периодически включается и выключается, и, следовательно, сила тока во включенном состоянии значительно выше среднего тока, необходимого для генерации газа. Эксперименты и расчеты показывают, что для обеспечения нормальной работы газосварочного устройства во всем рабочем диапазоне температур и напряжений электрической сети сила тока во включенном состоянии должна в 7-10 раз превышать максимальный средний ток.

Целью изобретения является улучшение удобства эксплуатации путем исключения ручных регулировок режимов работы электролизера, а также повышения равномерности потребления тока из электросети при одновременной автоматической установке минимальной силы тока, соответствующей потребляемому из электролизера расходу газа газовой горелкой.

Поставленная цель достигается тем, что электролизно-водное газосварочное устройство снабжено блоком автоматического управления, датчиком минимального давления, реле максимального пикового тока, установленным в цепи питания электролизера, а также подсоединенным к секциям электролизера блоком коммутации, при этом блок коммутации выполнен в виде шунтирующих секций электролизера управляемых ключей, выходы обоих датчиков давления и реле максимального тока присоединены к входам блока автоматического управления, а выходы последнего подключены к входу ключа в цепи питания электролизера и к входам управляемых ключей блока коммутации. Кроме того, управляемые ключи блока коммутации подключены к неперекрывающимся участкам секций электролизера, а количество секций на этих участках соответствует ряду геометрической прогрессии со знаменателем 2.

В отношении соответствия заявленного технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень" заявитель считает необходимым отметить, что проведенный им дополнительный поиск по источникам научно-технической и патентной информации не выявил аналогов, содержащих совокупность существенных признаков, изложенных в отличительной части формулы изобретения заявителя. Следовательно, по мнению заявителя, заявленное техническое решение соответствует указанному критерию изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного устройства, а на фиг. 2 - схема соединения пластин секций электролизера с блоком коммутации.

Устройство содержит газовую горелку 1, соединенную шлангами 2 с электролизером 3, который подключен к сетевому выпрямителю 4 посредством ключа 5.

Давление газовой смеси в электролизере 3 контролируется датчиками максимального 6 и минимального 7 давления, а величина максимального пикового тока в электролизере контролируется реле максимального пикового тока 8. Управление устройством осуществляется блоком автоматического управления 9, с которым соединены блок коммутации 10, а также ключ 5, датчики давлений 6 и 7, реле максимального пикового тока 8. Блок коммутации 10 содержит управляемые ключи 11 - 14, которые соединены с секциями пластин K, 2K, 4K, 8K электролизера 3.

Устройство работает следующим образом.

От выпрямителя сетевого напряжения 4 электропитание через ключ 5 подается на электролизер 3. Когда ключ замкнут, ток течет через электролизер и в нем генерируется газовая смесь водород-кислород, которая поступает в газовую горелку 1 и, сгорая на ее выходе, дает требуемую для сварки температуру. Электролизер 3 состоит из набора последовательно включенных секций, в том числе из K, 2K, 4K, 8K. Общее количество секций выбирается из условия обеспечения требуемого тока при максимальных температуре электролита и напряжении электрической сети. При снижении указанных параметров сила тока будет уменьшаться, и для ее восстановления необходимо уменьшать количество включенных секций. Для этого часть секций закорачивается блоком коммутации. Схема подключения блока коммутации 10 к электролизеру 3 показана на фиг. 2. Блок коммутации 10 состоит из управляемых ключей 11-14 (количество ключей может быть больше или меньше в зависимости от конкретных условий работы и параметров), которые подключены к отдельным пластинам электролизера 3 и могут закорачивать соответственно K, 2K, 4K, 8K и т.д. секций, т.е. количество закорачиваемых секций представляет ряд членов геометрической прогрессии со знаменателем 2. Первый член этого ряда равен K и выбирается в зависимости от конкретных условий работы.

При таком способе коммутации для управления ключами достаточно подавать двоичный код, причем младшие разряды этого кода должны подаваться на ключи, закорачивающие меньшее количество секций. При этом способе коммутации для закорачивания заданного количества секций при заданной дискретности закорачивания требуется минимальное количество управляемых ключей, что снижает стоимость и повышает надежность устройства.

Алгоритм работы блока управления 9 (см. фиг. 1) следующий.

а. В случае отсутствия сигналов от датчиков давления 6, 7 и блока измерения максимального пикового тока 8 блок управления 9 сохраняет двоичное число, подаваемое на блок коммутации 10 и держит ключ 5 замкнутым. Если при этом давление не меняется, это означает, что через электролизер течет такой ток, при котором производительность электролизера равна расходу газа, т.е. это установившийся режим.

б. Если сработал датчик нижнего давления 7, блок управления периодически добавляет по единице к двоичному числу, подаваемому на блок коммутации. Это число постепенно увеличивается и соответственно увеличивается количество закороченных секций электролизера, в результате растут ток и производительность. Благодаря этому растет давление. Рост давления продолжается до тех пор, пока оно не превысит нижнюю границу. После этого датчик нижнего давления 7 выключится, блок управления 9 переходит к описанному выше установившемуся режиму и сохраняет полученную величину тока. Период добавления единицы к двоичному числу равен 1,5-3 с. Если в блоке коммутации используются реле (а они наиболее удобны в данном случае, так как у них управляющие цепи изолированы от контактов), блок управления одновременно с добавлением к двоичному числу единицы выключает ключ 1 на время, несколько превышающее время переключения реле в блоке коммутации (обычно это 40-60 мс). Благодаря этому переключение контактов реле в блоке коммутации происходит в обесточенном состоянии, что исключает возникновение электрической дуги между контактами реле и тем самым повышает долговечность реле.

в. Если сработал датчик верхнего давления 6, блок управления вычитает единицу из двоичного числа и одновременно выключает ключ 5. Из-за отсутствия тока давление снижается до тех пор, пока не выключится датчик верхнего давления. После этого блок управления включает ключ 5, но теперь ток будет меньше, чем до переключения, так как двоичное число уменьшено на единицу. Если теперь ток все еще велик и давление возрастет снова выше верхней границы, процесс повторится и установившийся ток станет еще меньше. Описанные переключения будут продолжаться до тех пор, пока сила тока не уменьшится до такой величины, при которой производительность электролизера равна расходу газа и давление не возрастает. Блок управления переходит в установившейся режим. Благодаря тому, что блок управления держит ключ 5 выключенным вплоть до выключения датчика верхнего давления, исключается возможность колебательных процессов в устройстве. Это объясняется тем, что при каждом повышении давления до верхней границы двоичное число уменьшается только на единицу, и ток поэтому не может снизиться настолько, что его придется сразу же повышать.

г. Если сигналы обоих датчиков давления приходят на блок управления 9 одновременно (это возможно в случае неисправности одного из датчиков), преобладает действие датчика верхнего давления 6. Это исключает возможность аварии из-за чрезмерного увеличения тока или давления.

д. В случае срабатывания реле максимального пикового тока 8 (это происходит, когда ток превышает максимально допустимую величину), блок управления 9 вычитает единицу из двоичного числа и на небольшое время (0,1-0,2 с) блокирует сигналы блока измерения тока. Указанная блокировка повышает точность ограничения тока благодаря тому, что исключает ложные переключения тока сразу после предыдущего переключения, которые могут быть вызваны кратковременным превышением тока своей установившейся величины сразу после переключения секций. Такое превышение является свойством электролизера. После окончания времени блокировки в случае поступления сигнала от блока измерения тока процесс снижения тока повторяется. Если в блоке коммутации 10 применены реле, блок управления 9, как и в случае переключения по сигналу датчика нижнего давления 7, выключает ключ 5 на время переключения реле в блоке коммутации.

В случае одновременного поступления сигналов от датчика нижнего давления 7 и реле максимального пикового тока 8 действие последнего преобладает, и происходит снижение тока.

е. При включении газосварочного устройства в электрическую сеть блок управления 9 устанавливает двоичное число, подаваемое на блок коммутации, равным нулю. Благодаря этому при включении устройства ток устанавливается минимальным и затем постепенно повышается до необходимой величины.

Как видно из описанного алгоритма работы, во всех режимах устройство устанавливает минимальную силу тока, достаточную при выбранном расходе газа.

Формула изобретения

1. Электролизно-водное газосварочное устройство, содержащее газовую горелку, соединенную шлангами с секционным электролизером, оснащенным датчиком максимального давления газовой смеси, сетевым выпрямителем и ключом в цепи питания электролизера от выпрямителя, отличающееся тем, что с целью улучшения удобства эксплуатации путем исключения ручных регулировок режимов работы электролизера, а также повышения равномерности потребления тока из электросети при одновременной автоматической установке минимальной силы тока, соответствующей потребляемому из электролизера расходу газа газовой горелкой, оно снабжено блоком автоматического управления, датчиком минимального давления, реле максимального пикового тока, установленным в цепи питания электролизера, а также подсоединенным к секциям электролизера блоком коммутации, при этом блок коммутации выполнен в виде шунтирующих секций электролизера управляемых ключей, выходы обоих датчиков давления и реле максимального пикового тока присоединены к входам блока автоматического управления, а выходы последнего подключены к входу ключа в цепи питания электролизера и к входам управляемых ключей блока коммутации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемые ключи блока коммутации подключены к неперекрывающимся участкам секций электролизера, при этом количество секций на этих участках соответствует ряду геометрической прогрессии со знаменателем 2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2