Оснащение стеклодувной мастерской. Прототип настольной стеклодувной горелки

Настольная горелка – основной инструмент стеклодува, неважно, стеклянное ли это приборостроение или изготовление забавных фигурок и декоров. Горелка формирует факел пламени, удобный для размягчения стекла и последующих операций с ним. При этом возникает необходимость в получении различных температур и форм факела.

Мало мало мало мало мало огня
Я хочу еще немного больше.

Линда – «Мало огня».

Сестpа, дык, елы-палы
Здpавствуй, сестpа
Hам не так уж долго
Осталось быть здесь вместе…

Аквариум. «Сестра».

Волею случая мне досталась небольшая настольная стеклодувная горелка, формирующая довольно тонкую нерегулируемую иглу пламени. Даже при работе на парах бензина (температура пламени более высокая, чем у газо-воздушного пламени) мощности горелки не хватало для работы со сколь ни будь крупными заготовками. Для некоторого увеличения теплового потока составлялись две горелки – добавлялась газовая портативная, встречно, или вот так.

Получалось пушистенькое пламя, с высокотемпературной иглой в центре. Дело пошло повеселее, стало возможным раздуть трубку 10мм. Следующим логичным шагом было изготовление более мощной горелки сжигающей пары бензина.

Речь пойдет о прототипе горелки, сделанном, из подручных материалов – в основном это детали сантехники. Обработка деталей велась без применения токарного станка по металлу. Горелка работает на парах бензина и выполнена по мотивам стеклодувной горелки Юрия Николаевича Бондаренко [1] — стеклодува-астронома, занимающегося изготовлением газоразрядных приборов. Из его конструкции были заимствованы решения некоторых узлов, в остальном, горелка повторят конструкцию известную ювелирам и стоматологам.

Основу ее, представляет полый цилиндрический корпус 1, соосно с которым, насквозь, проходит сопло 4. Пробковый краник 5, позволяет регулировать форму факела – при открывании его, часть горючей смеси поступает в корпус помимо сопла и формируется в факел сеткой 2. Диафрагма 3, вкупе с формой сетки 2 и образующаяся при этом линзообразная полость, концентрирует поток горючей смеси преимущественно по оси горелки. Эти детали заимствованы из горелки наставника [1]. На трубке сопла имеется несколько отверстий подающих немного газа на сетку (на эскизе не показаны) и при полностью закрытом кранике 5, для формирования небольшого поддерживающего факела. Он не позволяет сорваться основному факелу – «игле» при больших расходах газа. Эти отверстия подбираются при настройке горелки.

Инструменты, оборудование.
Для пайки мягким припоем нужна небольшая газовая горелка. Набор слесарного инструмента. Электрическое точило. Был использован токарный станок по дереву, сверлильный станок. Тиски.

Материалы.
Кроме железок-заготовок, понадобилась медная трубка 6мм диаметром. Оловянно-медный припой №3, флюс к нему. Пробковый краник от самовара.

Заготовкой для корпуса горелки послужил фабричный бронзовый штуцер из магазина сантехники с внутренним диаметром 30мм. Там же были приобретены еще несколько различных деталей, некоторые из них также были использованы в дальнейшем как заготовки для элементов горелки.

Один из штуцеров без изменений применен как корпус. Штуцер не обтачивался снаружи – большая толщина стенок и приливы обеспечат корпусу дополнительный теплоотвод.

Размер сантехнических заглушек был выбран таковым, чтобы при минимальной обточке резьбы, полученная деталь влезла во внутренний канал штуцера. Обтачивал на токарном станке по дереву, для этого выточил простенькую оснастку, на которую насадил заготовку.

Плотность посадки позволило более, никак деталь не закреплять. Сильно вступающие углы шестигранника под ключ, предварительно сточены на точиле. Обороты – около 1000 об/мин, вначале грубая обточка маленькой «болгаркой» — вращается деталь, работает болгарка. После, доводка напильником и средней шкуркой пришпиленной на деревянный брусок. Торцевое закрепление заготовки позволило удобно и часто примерять ее к «месту работы» — полученная деталь входит в корпус плотно с небольшим усилием.

Приступаем к сложной и ответственной детали – сетке. Вначале несколько теоретических соображений.

Сетка, кроме распределения горючей газовой смеси, еще и отвечает за безопасность – не позволят проникнуть пламени внутрь и избежать «обратного удара». Это актуально, поскольку наша горючая смесь готовиться в баллоне «бульбуляторе» а не как обычно – по месту, в горелке. В горелку такого рода для полноценной работы со стеклом, в том числе и тугоплавким, вроде «Пирекс», необходимо добавление гремучего газа из электролизера.

Пламя, проходя внутрь, через сетку, охлаждается настолько, что гаснет. Существует понятие – предельное отверстие. Это максимальный диаметр «глубоких» отверстий, способных выполнять пламегасительную функцию, и для разных газов он разный. Например, для бензиновых паров в воздухе, скорость распространения пламени которых, невелика, предельное отверстие ~0,9…1мм, но как только в систему проникает кислород или гремучий газ, существенно увеличивающие скорость распространения пламени, отверстия в защитной «сетке» придется делать существенно меньше. Предельный диаметр отверстий, к примеру, для чистого гремучего газа, ~0,3мм, что представляет некоторую трудность при изготовлении и эксплуатации.

Как некий компромисс, Юрий Николаевич предлагает применять отверстия в сетке 0,8мм, при этом необходимой мерой безопасности в мастерской, будет достаточно прочное исполнение «бульбулятора» и «промывалок» электролизера [1], так чтобы они могли без повреждения пережить возможный подрыв. Карбюратор бензина делается из пропанового баллона, промывалки электролизера из углекислотных огнетушителей. При штатной работе оборудования проскоков не происходит. В случае нарушений нормальных режимов работы, происходит хлопок, не приводящий к аварии.

«Длинность» отверстиям сетки, придает ее толщина. Учитывая линзообразную форму, толщина сетки должна быть 3…4мм в тонкой части и 6…7мм по краям. Готовой пластинки такой толщины не нашлось, пришлось искать донора. Им оказался достаточно массивный, отслуживший свой срок смеситель, для ванной комнаты. Из него была выпилен относительно ровный кусочек стенки, из которого и удалось выкроить заготовку для сетки.

Заготовка после грубого обтачивания, была насажена (припаяна) на винт М5, за него заготовку можно было закрепить в сверлильном трехкулачковом патроне для доводки размеров и формы.

Сверлильный станок, для удобства работы был положен на бок. Вогнутая поверхность в заготовке была выточена грубо — маленькой «болгаркой», «обмылком» диска (меньше радиус), потом доведена шлифовальной шкуркой. Винт впаян, поэтому торчащая головка стачивалась вместе с заготовкой. После, доводился до нужного внешний диаметр заготовки. После обтачивания, выплавил из заготовки хвостовик – остаток винта М5. Оставшееся отверстие рассверлил до нужных 6мм.

Следующий ответственный и довольно муторный этап – накернить центры будущих отверстий и сверлить их. При нужном количестве отверстий и их диаметре, задача непростая. Сильно помог радиолюбительский опыт – кернение и сверление большого количества отверстий на заготовках печатных платах, до изобретения безвыводных (SMD) компонентов, был обычной практикой.

Диаметр отверстий уже обсуждался, следует сказать об их количестве – суммарная их площадь, должна быть не менее 20% от площади сетки.

Вычертить отверстия удобно в Автокаде, кроме прочего, эта программа позволяет распечатать эскиз точно в масштабе 1:1. После распечатки, полученный шаблончик приклеил на ровную поверхность сетки клеем-карандашом, ориентируясь на центральное отверстие, удобно это делать на просвет.

Для накернивания, применил специальный миниатюрный керн. Следует позаботиться о хорошем ярком свете, удобен при этой работе специальный козырек с увеличительными стеклами. Работа не быстрая и важно организовать удобное место – некоторая свободная поверхность, «оператор» в сидячем положении. Рекомендую делать подобные операции не за один подход. После кернения, шаблон отдирается, остатки смываются теплой водой.

Для сверления подобного рода – толстый металл, тонкие сверла, необходимая точность, совершенно не применимы разнообразные ручные устройства. Следует пользоваться чем то, более стационарным. В данном случае применялся миниатюрный патрон, позволяющий зажимать мое сверло 0,8мм, хвостовик патрона зажимал в большом трехкулачковом патроне настольного сверлильного станка. Такая комбинация позволила уверенно сверлить тонким сверлом, сломал только одно, да и то в самом конце.

У меня оказались недорогие сверла, приобретенные в радиомагазине и были они невысокого качества, этакое упрощение от идеи сверла. Канавки для отведения стружки на них, были весьма неглубокими. Есть подозрение, что делают их специально для сверления фольгированного стеклотекстолита и лучше применять нормальные «машиностроительные» сверла.

Юрий Николаевич говорит, что есть экземпляры свёрл, которые заклинивают при глубоком сверлении, поэтому покупать их следует с запасом и потом выбирать не клинящие. Есть предположение, что связано это с их конусностью. Сверление несколько облегчается при смазывании сверла маслом или спиртом, но спирт нужно постоянно подливать.

Правильная заточка такого миниатюрного сверла – задача непростая и при отсутствии навыка, лучше применять новые сверла, иначе, неизбежен существенный «увод» при сверлении. Впрочем, при аккуратном сверлении в станке, все нужные отверстия можно просверлить одним сверлом с одной заточки.

После сверления, все образовавшиеся мелкие заусенцы следует сошлифовать. Удобнее всего это делать на вращающейся детали. Для установки сетки в токарный станок по дереву, была выточена простейшая оснастка. Сетка плотно вставляется в углубление.

При изготовлении прототипа горелки, предполагалась работа только на парах бензина, поэтому часть отверстий была выполнена увеличенной – 1мм.

Сетка утапливается в корпус на 2…4мм. Юрий Николаевич, рекомендует этот размер тщательно подобрать – при его избытке корпус горелки будет сильно греться, при недостаточности, факел в некоторых режимах склонен к срыву.

В моем «низкотемпературном» случае — при питании только парами бензина, без гремучего газа и при весьма массивном корпусе, установил максимальную глубину без настройки. После, сетку хорошо бы впаять. Делать это следует «твердым» припоем. Подойдет медно-фосфорный, но в данном случае, лучше серебряный припой вроде ПСр-45, он меньше выгорает. Полноценно сетку в свой массивный корпус, твердым припоем впаять так и не смог – не хватало температуры, даже когда грел с отражателем, большой паяльной лампой. Впрочем, сетка входила в корпус с хорошим натягом, поэтому оставил как есть.

Сопло – сплошное упрощение. Выполнено из медной трубки внутренним диаметром 4мм. Применять только в качестве ознакомительного варианта. Процитирую из [1] — «Сопло должно давать узкий ламинарный поток горючей смеси и острый факел хотя бы при малом пламени. Его ламинарность может быть обеспечена при диаметре отверстия до 2,5 мм, длине больше 35 мм, полированной внутренней поверхности и спокойном потоке на входе. Ламинарное пламя меньше шумит и позволяет уменьшить зону разогрева, поэтому следует стараться получить именно ламинарный факел. (На этот счёт у профессиональных стеклодувов могут быть другие мнения). Отверстие сопла лучше сделать коническим — это обеспечит меньшее сопротивление потоку. Оконечную часть длиной около десяти миллиметров следует сделать цилиндрической».

Трубку-сопло перед гнутьем отжигал и набивал сухим песком. Внутреннюю полость горелки неплотно, без особого фанатизма заполнил медной «путанкой» — это и дополнительная защита от «проскока» пламени и успокоение потока газа. Набивка, также удерживает диафрагму прижатой изнутри к сетке.

Вся пайка «сзади» выполнена оловянно-медным припоем, с температурой плавления около 200°C. Корпус горелки нагревается ощутимо, хвостовая же часть не выше 60°C – вполне можно взяться рукой и даже после длительной работы узел не разрушается.

Сама диафрагма выполнена из ровной латунной пластинки 3мм. Для более выраженного эффекта, «линзу» следует делать двояковыпуклой, для чего диафрагма также, должна быть вогнутой. Для этого ее можно выгнуть при помощи пунзеля и анки, или выточить из более толстой заготовки аналогично сетке.

После пробных розжигов, показалось, что факел коротковат, как вероятная причина, виделись тонкие сечения трубок подводящих газ в корпус. Горелка была модернизирована – каналы пробкового крана рассверлены до диаметра 7мм, общая подводящая трубка заменена.

Стало несколько лучше. Одновременно, настраивал поддерживающий факел. Юрий Николаевич советует в отверстии сетки, через которое проходит центральное сопло, напилить треугольным надфилем канавок, этакую звездочку из пяти-семи лучей, чтобы вокруг сопла был усиленный поток смеси. Он повысит устойчивость «иглы» и уменьшит сваливание в турбулентный режим.

Количество горючей смеси, для поддерживающего пламени, задается отверстиями на сопле внутри корпуса. Количество их и размер настраиваются.

Несколько фото получившегося на сегодняшний день факела при разном положении крана на горелке – так сказать «игла», «мягкое» пламя и нечто среднее.

«Нога» для экспериментальной горелки не делалась, во время работы зажимал ее корпус в небольших настольных тисках.

— Ну вот и славно! — по своему обыкновению заключил беседу Стравинский и поднялся, — до свиданья! — он пожал руку Ивану и, уже выходя, повернулся к тому, что был с бородкой, и сказал: — Да, а кислород попробуйте… и ванны.

М.А.Булгаков МАСТЕР И МАРГАРИТА

Полученный факел куда как больше первой маленькой горелки, даже с добавкой газовой сестры. Стекло нагревается значительно быстрее и больший участок, «течет», удалось раздуть трубку 18мм из легкоплавкого «неонового» стекла. Получаются операции, не удававшиеся ранее – разворачивание краев, прокалывание толстого слоя стекла вольфрамовой иглой. Вместе с тем, чувствуется необходимость дальнейшего увеличения температуры факела. Здесь вариантов не много – добавка кислорода или гремучего газа.

Работа над ошибками. Пути дальнейшего совершенствования.

Все-таки, работы такого рода, следует делать с применением токарного станка по металлу, детали и вся конструкция будут более аккуратными и точными, изготовление их менее мучительным. Диаметр корпуса и сопла явно великоват, кажется именно это, не позволяет получить более длинный факел мягкого пламени– скорость газа при попадании в широкий корпус (сопло) сильно падает. Стоит приблизиться к размерам горелки в [1]. Сопло, корпус, сетку и диафрагму, хорошо бы делать из латунной болванки, а не из чего попало – конструкцию можно сделать значительнее удобнее в сборке и настройке. Сопло хорошо бы сделать по уставу – точеное, конусное полированное отверстие (см. выше, или [1]). Про кислород или «гремучку», уже говорил.

Литература.

laboratoria.zip

[1,11 Mb] (скачиваний: 1)

1. Бондаренко Ю.Н. Лабораторная технология. Изготовление газоразрядных источников света
для лабораторных целей и многое другое.

Источник: usamodelkina.ru

Добавить комментарий