Горелка для газового горна своими руками

Начнем с того, что горелка для газового горна или плавильной печи обычно не продается в магазинах. Кровельные горелки не подходят, потому как они не развивают требуемую тепловую мощность и вообще не будут работать на закрытую камеру. Поэтому горелка для газового горна или плавильной печи должна быть сделана своими руками.

Горелка для газового горна

Собрать газовую горелку для горна или плавильной печи своими руками — дело пары часов. Это совсем не трудно. Материалы все доступны в любом магазине сантехники. Гораздо труднее — заставить ее правильно работать. На эксперименты по настройке газовой горелки может уйти целая неделя. При этом если к этому вопросу подходить совершенно неподготовленным, то это может оказаться последняя неделя вашей жизни. Работа, а уж тем более эксперименты с газом КРАЙНЕ ОПАСНЫ!

Именно поэтому я обещал написать отдельный пост про газовую горелку и ее настройку. Вначале я расскажу немного теории о газовых горелках. Очень внимательно все прочтите и постарайтесь запомнить и вникнуть в суть. Это позволит вам экспериментировать более осмысленно, не опасаясь за свою жизнь.

Безопасность при работе с газом

Начнем с мер предосторожности. Начните работу с газом с самого маленького 5-ти литрового баллона. Купите новый и заправьте его пропаном на ближайшей газовой заправке. Попросите заправщика рассказать вам о том, как правильно хранить, транспортировать, заправлять и использовать газовый баллон. Он с удовольствием это сделает, потому как целый день заправлять баллоны ему просто скучно.

Сразу купите хороший регулируемый редуктор. Стоит он 700-1500 рублей, но это мелочь, когда речь идет о безопасности. На манометре должны быть деления от 0,1 до 0,6 МПа (мега-паскалей). Внимание! Кран редуктора работает не так, как водопроводный кран, а наоборот: чтобы увеличить давление, нам надо крутить по часовой стрелке, т.е. закручивать кран; чтобы снизить давление, надо крутить против часовой стрелки, т.е. откручивать кран. Это важно запомнить, потому как в критической ситуации мы будем пытаться закрутить кран, а это наоборот, только увеличит давление газа — помните об этом!

Горелка плавильной печи, как и горелка для газового горна работает обычно в диапазоне давлений от 0,15 до 0,25 МПа. Мне проще считать давление в атмосферах, поэтому это 1,5 — 2,5 атмосферы. Не выкручивайте редуктор на большее давление — оно нам попросту не нужно! Моя газовая горелка для плавильной печи сейчас работает при давлении в 1,5 атмосферы, чего вполне хватает, чтобы уже через 15 минут в тигле плавал жидкий алюминий.

Работу с газом настоятельно рекомендуется проводить на открытом воздухе. Особенно пока газовая горелка еще не настроена. В замкнутом пространстве достаточно 10-15% концентрации пропана в воздухе для того, чтобы произошел взрыв. На воздухе же взорваться, работая с газом, практически нереально. Чтобы взорвать 5-ти литровый газовый баллон, его нужно кинуть в большой костер на 3-4 минуты. Только тогда он взорвется.

Также очень рекомендуется использовать длинный газовый шланг не менее 3-5 метров. Шланг обязательно нужно крепить к редуктору при помощи хомута с винтовой затяжкой. Помимо самого редуктора нужно также обзавестись каким-либо регулировочным краном, который бы располагался непосредственно около горелки. Это нужно, чтобы не бегать каждый раз к баллону открывать/закрывать газ. По хорошему, баллон у вас потом должен стоять за углом в специальном металлическом шкафу с висячим замком. Я вместо крана использовал еще одну газовую горелку от ацетиленового резака, только вместо насадки я подсоединил шланг моей горелки.

Что из себя представляет газовая горелка?

Переходим к теории газовых горелок. Начнем с того, что сам по себе газ не горит! Запомните это! Горит только газо-воздушная смесь, поэтому чтобы горелка заработала, в ней должен правильно осуществляться процесс смешения газа и воздуха. Именно этим, в общем-то, и занимается газовая горелка: смешивает воздух с газом.

Существует, грубо говоря, два вида газовых горелок — это инжекционные, где воздух затягивает в горелку под действием струи газа; и горелки с принудительной подачей воздуха — газовые горелки с наддувом. В промышленности, насколько я знаю, уже не используются инжекционные газовые горелки, потому как они считаются нестабильными. И действительно, собрав, и попытавшись запустить инжекционную газовую горелку, я убедился, что на ее работу влияет то, откуда сегодня дует ветер. В любой момент она может погаснуть от того же дуновения ветерка, так что поигравшись с инжекционной, я перешел к следующему этапу — газовой горелке с наддувом.

Газовая горелка с наддувом обладает более стабильной работой по сравнению с инжекционной. Ее удобнее регулировать, настраивать мощность пламени. Газовая горелка с наддувом превосходно работает на закрытую камеру газового горна или плавильной печи. Конструкция обеих горелок отличается незначительно. По сути у горелки с наддувом немного другое расположение рабочих камер и есть наддув :)

Так что же представляет из себя горелка для газового горна? По сути это просто обычная труба, ну или система труб. Газ подается в начало трубы через крохотное отверстие (жиклер), пролетает трубу, смешиваясь в ней с воздухом, и вылетая из трубы, начинает гореть. Чтобы газовая горелка работала правильно, газ должен смешиваться с воздухом в нужных пропорциях. Это достигается подбором нескольких параметров: диаметра отверстия жиклера, давлением газа, диаметром трубы горелки и, отчасти, ее длиной, которая должна быть порядка 10 диаметров трубы. Чем меньше диаметр жиклера, тем более быстрая струя газа будет вырываться из него при постоянном давлении. Если при заданном диаметре жиклера (например, 1 мм) нам нужно увеличить скорость газового потока, то мы либо увеличиваем давление газа, либо уменьшаем диаметр трубы газовой горелки.

В инжекционных газовых горелках (которые без наддува), количество поступающего в горелку воздуха зависит от скорости газового потока. Чем он выше, тем больше воздуха этот поток утянет за собой в трубу. Однако при высокой скорости газ может не успевать смешиваться с воздухом, и пламя на выходе трубки будет постоянно «срывать», сдувать потоком газа. Обратная ситуация — когда скорость потока газовоздушной смеси слишком мала, пламя прорывается внутрь трубы и горение происходит прямо возле жиклера. Ничего страшного в этом нет, просто нужно выключить подачу газа и регулировать горелку заново, увеличивая давление. Также проскакивание наблюдается всегда при выключении горелки, когда догорают остатки газа с практически нулевым давлением. При этом горение завершается характерным «пуком», когда резко сгорают остатки смеси внутри трубки.

Добиться более стабильной работы от горелки можно применив рассекатель, устанавливаемый в конце трубы. Он представляет собой заглушку с просверленным в середине большим отверстием (немного меньше диаметра трубы, чтобы не весь газ шел через него), окаймленным множеством маленьких отверстий (6-12 штук). Суть в том, что основной поток газа с большой скоростью будет вырываться из большого отверстия, а из маленьких остатки газа будут вырываться с гораздо меньшей скоростью, поджигая тем самым основной поток в случае, если его вдруг начинает «сдувать».

Еще лучше стабилизируется пламя на выходе газовой горелки, если после рассекателя установить так называемую «жаровую камеру». Это отрезок трубы несколько большего диаметра, чем основная трубка. В трубе большего диаметра поток газа немного замедляется, что способствует его более полному сгоранию и предотвращает срывы пламени из-за слишком высокой скорости. В учебниках рекомендуется плавное расширение «жаровой камеры» от основной трубки к выходу. Должен получиться своеобразный раструб. Но раструб в изготовлении более сложен, чем просто присобачить трубу диаметром побольше, которая и так хорошо работает.

Какое должно быть пламя у горелки для газового горна?

Пламя газовой горелки

Давайте рассмотрим рисунок выше. На нем показано три вида пламени одной  и той же газовой горелки с наддувом, но с разной степенью обогощенности смеси кислородом. Под №1 идет смесь с минимальным количеством кислорода. Наддув выключен. Пламя у горелки мягкое, желтое. Языки пламени неспешно вырываются из горелки, горение происходит практически беззвучно. Энергия такого пламени минимальна. На нем только чайник греть. Под №2 наддув включен на одну треть. Желтые вялые языки пропадают, пламя приобретает голубой цвет, из сопла появляется так называемое «ядро» пламени характерного зеленоватого оттенка. Температура самого ядра не так уж велика, но на границе перехода от ядра к голубому цвету эта температура достигает максимума. Поднесенная в эту зону металлическая арматура раскаляется практически до бела! По мере дальнейшего усиления наддува форма факела становится все более правильной, ядро укорачивается и прячется в недрах сопла, и, наконец, пламя, вырывающееся с гулким ревом приобретает острую форму кинжала, как показано на картинке №3. Такое пламя обладает максимальной концентрацией энергии в одной точке, что уже характерно для газовых резаков.

Температура пламени

На графике слева представлено распределение температуры пламени в зависимости от зоны. На сами значения не обращайте внимания — для пропана они немного нише, но суть остается та же. Максимальная температура у пламени на границе ядра. И самые холодные зоны — это самое начало пламени и самый хвост факела.

Для горелки газового горна или газовой плавильной печи нужно выбирать вариант №2. В замкнутой рабочей камере плавильной печи синий язык пламени вытягивается и полностью обволакивает тигель с металлом, более-менее равномерно нагревая его. Если же в плавильной газовой печи довести факел до состояния №3, то тигель будет сильно перегреваться в одной точке, начнет обгорать и в конце концов испортится. Конкретно для газового горна иногда требуется именно локализованный нагрев заготовки, поэтому возможен вариант использования и резкого факела №3.

…Статья в процессе написания…

  • Nikita Potylitsyn

    Спасибо за статью!
    А вы уже пробовали плавить в газовой печи что-то более энергоемкое, чем алюминий?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Нет, пока только алюминий, но латунь тоже должна довольно бодро расплавиться. Может и бронза, но последней у меня просто нету.

  • Владимир

    Какую газовую горелку вы использовали?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Владимир, обратите свое внимание на название статьи! Статья про то, как самому сделать САМОДЕЛЬНУЮ горелку. Я использовал САМОДЕЛЬНУЮ горелку!

  • dgin09

    По-моему, насчет энергии пламени вы применяете неверные формулировки.
    Как общеизвестно энергия сгорания любого топлива зависит только от его массы.
    То есть при одинаковом расходе газа пламя #1,#2 и #3 выделяет одинаковую энергию, разница только в объемной плотности этой энергии.
    Зы: какой расход газа и какая мощность вашей горелки?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Ну так я об этом и написал! Необходимо обеспечить полное сгорание газа внутри объема камеры, иначе энергия сгорания (которая равна во всех трех случаях) будет греть улицу вместо тигля.

      Ни расхода газа, ни мощности я не замерял. Моя горелка полностью справляется со своей задачей — быстро плавит много алюминия :) Оптимизация расхода газа мне пока не требовалась.

  • dgin09

    Вот никак не пойму, если горн закрыт, то почему горелка работает? Она ж должна задохнуться от своих же «испражнений» углекислого газа и воды…

  • Дмитрий

    Почему это кровельная горелка не подходит? Сам пользовался газовым горном из кровельной горелки, естественно «стакан» был снят, а трубка с жиклёром вставлена в трубу, в которую ещё вентилятором нагнетался воздух, отлично работает.

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Согласитесь, что после того как открутили стакан, вставили в трубу и добавили вентилятор, горелка уже перестала быть кровельной :) Это как суп из топора.

  • юрий ситников

    Какой вентилятор лучше применить? Я пользовался пылесосом «урал», но как-то недокрутил газовый кран, газ попал в пылесос и… днище осталось на столе, а пылесос подпрыгнул на пару метров. Щётки электромотора дико искрят, что и привело к вспышке. А пылесос заработал, как будто и ничего не было. Умели раньше делать надёжно! Лучший вариант- вентилятор на трёхфазнике с частотником. Правда, частотники ужас как дорогие и мне, нищему пензионеру, не по карману. Придётся делать однофазный частотник к мотору от стиралки. Горелка барабанная с периферийным подводом воздуха и газа, с центральным соплом лаваля на выходе. Автору большой респект за подробное изложение.

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Юрий, я применил турбину от электропечки ВАЗ-2108. В автозапчастях взял новую. Чуть дороже 1000 рублей обошлась. Сделал из жестянки раструб-переходник с круглой трубы на квадратный выход турбины.
      На микросхеме NE555 и полевике IRFZ44N собрал простенький ШИМ-регулятор для управления скоростью вращения — в Интернете схем полно (точнее она одна типовая). По-моему будет дешевле, чем свой частотник на ~220В городить. Турбина ВАЗ на +12В и схема управления выходит примитивная и безопасная.

      • юрий ситников

        Благодарю за совет. Правда, моя горелка требует повышенного давления, но так как совдеповские изделия проектировались как минимум с пятикратным запасом прочности, то обязательно проверю. Спасибо.