Инжекционная газовая горелка для кузнечного горна своими руками: руководство по изготовлению

Переделка горелки от старой плиты

Сделать горелку для горна можно из устройства, применяемого в газовых плитах. Для этого достаточно лишь правильно рассчитать мощность по таким формулам:

определяем мощность плиты (W), с которой снимается горелка (узнать ее можно из инструкции или данных на корпусе агрегата);
умножаем W на КПД топлива (0,89-0,93), чтобы получить необходимую мощность для горна (W1);
узнаем теплотворную способность газа (Q). Если применяется пропан, она составит 3600 кДж/м 3 ;
вычисляем расход топлива: T = 3,6 × W1 / Q.

Изготовив горелку по чертежам, нужно обязательно проверить ее работоспособность

Особое внимание уделяется герметичности системы. При выявлении запаха газа сразу же закрывайте регуляторы, проветривайте помещение и ищите утечку, чтобы не допустить возникновения аварийной ситуации в процессе работы

В этой статье я расскажу вам как сделать кузнечный горн, работающий на пропане

В этой статье я расскажу вам как сделать кузнечный горн, работающий на пропане.

Самодельный кузнечный горн можно использовать для ковки ножей, мечей, работ со стеклом или любой другой работы, требующей разогрева какой-либо вещи до очень высокой температуры.

Некоторые части мини горна сварены сварочным аппаратом, но если у вас нет навыков сварки, проявите смекалку – можно скрепить конструкцию болтами или спаять ее.

Предупреждение! Не начинайте делать горн в домашних условиях на пропановом топливе если у вас нет опыта работы с пропаном. Хотя пропан при правильном использовании не представляет угрозы, опасность все равно сохраняется. Горелка большая и взрыв может повредить ваше имущество и навредить вашему здоровью. Я вас предупредил и ответственности за ваши дальнейшие действия я не несу.

Всегда используйте защитную экипировку при зажигании горелки и работе с ней. Минимум, что на вас должно быть надето – защитные очки или маска для лица, хлопковые или кожаные защитные перчатки. Не надевайте одежду из синтетических материалов, если собираетесь работать с горелкой, так как они моментально вспыхивают.

Назначение частей горна

Теперь вернемся к списку в начале и посмотрим, что в горне для чего. А тогда уже возьмемся за изготовление горна по образцам, рассмотренным далее или самостоятельно, исходя из имеющихся в наличии материалов и возможностей.

В промышленности на футеровку стола идет преимущественно кварцевый огнеупорный кирпич, он при интенсивной рабочей нагрузке служит десятилетия. Самодельный горн обычно футеруют печным шамотным кирпичом, более дешевым и доступным. При нерегулярном пользовании его тоже хватит на годы.

Топливник с колосниковой решеткой, воздушной камерой с дренажом и подающим патрубком с вентилем образуют сердце горна – фурму. В промышленных образцах применяют сменные фурмы под разные способы нагрева и нагреваемые заготовки. Любителю или мастеру-индивидуалу чаще всего достаточно одной наглухо вмонтированной в стол с цельной перфорированной круглыми отверстиями колосниковой решеткой.

Воздушный дренаж необходим, чтобы точно и оперативно, не отрывая взгляда от заготовки, регулировать дутье. Недогретую деталь проковать не удастся и закалку она не примет; перегретая и пересушенная пойдет рваться под молотом, а в закалочной ванне ее поведет как минимум, а то и треснет. И уж во всяком случае окажется недопустимо хрупкой. Как по виду раскаленной заготовки определить ее готовность для ковки или закалки – разговор особый. Но опытные кузнецы знают, что перепустить лишний воздух в атмосферу нужно успеть за секунды.

Назначение камеры, или шатра, горна совместно с его зонтом и дымоходом – удалить дымовые газы из рабочей зоны. Их при подготовке угольной массы (см. ниже) выделяется предостаточно, и ни один для здоровья не полезен. Тяга в дымоходе нужна хорошая, т.к. переднее (рабочее) окно шатра и проемы для длинномера (трубы, металлопрофили) открыты постоянно.

Что касается закалочной ванны и газовоздушной камеры, то они могут быть, а могут и не быть, это уж по вашему усмотрению. Закалочная ванна обязательно нужна, если вы собираетесь ковать т. наз. дамаск, изделия из булатной стали. Им нужна термоударная закалка, т.е. из горна – мгновенно в ванну.

Газовоздушная камера в промышленности используется:

Для дополнительной сушки и подогрева воздуха.
Для очистки дутьевого воздуха от примесей и конденсата.
Для введения в воздух газообразных легирующих присадок.

В домашних условиях супер-супер спецспавы не получают; проблема конденсата на производстве возникает при дутье от общей сети сжатого воздуха. В маломощном горне воздух достаточно нагревается, проходя через отверстия колосника фурмы, а очистить бытовой газ от серы можно, пропуская его сквозь слой нафталина, как сказано выше. В общем, делайте газовоздушник, не делайте, дело ваше.

Наконец, горнило. Это жаростойкий колпак, расширяющий зону предельно высокой температуры. Его ставят, если в горне плавят в тигле цветные или драгоценные металлы и сплавы (температура плавления золота 1060 градусов, серебра 960, меди 1080, латуни и бронзы 900), цементируют детали в муфеле и т.п. Искать дорогое готовое горнило нет смысла, в домашней кузне его вполне заменит десяток шамотных кирпичей, выкладываемых на сухую по детали. В такой комплектации самодельный горн заменит и дорогостоящую муфельную печь.

Полезные советы

Несколько секретов для улучшения работы горна:

Задняя стенка с вырезом улучшит вентиляцию и даст возможность работать с длинными заготовками.
Металлическая подставка под горн сделает работу более удобной.
Для работы с разными по размеру заготовками удобнее использовать несколько разных по размеру стоящих рядом горнов. Воздух подводится при помощи гибких шлангов для быстроты переключения между горелками.
Каждая «магистраль» должна иметь запорную арматуру. Для плавной регулировки следует отказаться от шаровых вентилей.

После завершения процесса монтажа необходимо произвести тестовый запуск газа в горн. Малейший запах — это сигнал неправильной установки. Для дальнейшей безопасной эксплуатации конструкции требуется выяснить и устранить причину утечки. Проверку следует проводить при достаточном проветривании помещения.

Практические газовые нюансы

Зачем и почему? Во-первых, это вещь недешевая. Во-вторых, конструкция газовой горелки не слишком сложная, она будет вам по плечу, обещаем

Перед тем, как сделать газовую горелку своими руками, нужно принять во внимание кое-какую специальную информацию

Особенности газовых горелок:

Первым делом – материал, из которого должно быть сделано сопло. Только тугоплавкий металл, ведь ваше устройство должно выдавать по-настоящему высокие температуры – вплоть до 1000°С, поэтому сопло должно быть устойчивым с таким температурам.
Не экономим на кране, ведь от его качества будет зависеть ваша безопасность. Если вдруг начнется утечка, подача газа мгновенно перекрывается с помощью крана. Кран должен быть качественным, он не должен пропускать.
Еще один элемент устройства, качество которого должно быть самым высоким – узел подключения к газовому баллону с редуктором или без него, если баллончик небольшого размера – тогда он с клапаном. Помним, что подавляющая часть аварий с «газовой» подоплекой происходит именно из-за дефектного запорного аппарата.
Чаще всего используется пропан – это для вашей информации.
По своей сути газовая горелка – это форсунка испарительного типа.
Газовая горелка для пайки своими руками в принципе ничем не отличается от устройства для закаливания металлических деталей, так что она может быть сделана для самого разнообразного применения.

Как устроена газовая горелка?

Механизм действия устройства инжекторного типа:

Газ подается по шлангу в результате давления, которое образуется в процессе испарения сжиженного газа внутри баллона. Этого давления вполне достаточно, чтобы газа поступающего газа хватало для возникновения и поддержки ровного постоянного пламени. Не на всех баллонах имеется редуктор, в этом случае поступление газа может регулироваться рабочим краном.
Запорный кран – ни в коем разе не рабочий, у него совершенно другая функция, он крепится на вентиль баллона с единственной задачей – открывать или закрывать подачу газа.
Струя газа подается в насадку через трубку подачи газа. Эта трубка переходит в ниппель, который формирует направление пламени. Этот ниппель вместе с трубкой подачи газа расположен в специальном вкладыше, функция которого – смешивание газа с воздухом.
Вкладыш вместе с ниппелем и трубкой подачи газа регулируется винтом. Лучше всего делать устройство сборно-разборным, так как ниппель необходимо чистить в обязательно порядке.
После формирования во вкладыше смесь газа и воздуха подается в специальное сопло насадки, в которое подается дополнительная порция кислорода из атмосферного воздуха. В насадке нужны вентиляционные отверстия, они позволят сделать пламя более ровным и стабильным.

Нюансы и инструкция по эксплуатации

Пропановая горелка относится к опасным устройствам, в связи с чем, работая с ней, нужно выполнять правила эксплуатации и пожарной безопасности

Горелка кровельная пропановая, инструкция по применению:

Осторожно и плотно накручивают сопло на форсунку. Подключают к штуцеру резака шланг, закрепляя его специальным хомутом

Обычно они в комплекте не поставляются и потребуется их приобрести отдельно. Закрепляют второй конец шланга на газовом сосуде. Проверяют плотность и надежность соединений, при закрытом регуляторе пламени. С помощью мыльной воды проверяют плотность соединения и газовоздушные утечки, а при открытом газовом вентиле на баллоне. Плавно проворачивают против часовой стрелки газовый регулятор и поджигают горелку. Запрещено направлять факел на пожароопасные материалы. После окончания работ закрывают свой газовый кран на сосуде. Когда пламя горелки погасло, закрывают регулятор факела резака и дают ему остыть.

Запрещено направлять факел на пожароопасные материалы. После окончания работ закрывают свой газовый кран на сосуде. Когда пламя горелки погасло, закрывают регулятор факела резака и дают ему остыть.

Опасные и вредные производственные факторы при работе на кровле с пропановой горелкой:

Возникновение пожароопасной ситуации;
взрыв газовой емкости;
ожоги от открытого огня;
термический ожог от нагретых поверхностей резака.

Безопасность при работе с газом

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

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.

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.

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.

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.

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.

Стационарный

Стационарные горны делают опытные мастера под свои антропометрические данные. Кусок раскаленного до оранжевого железа весом в несколько кило в клещах – предмет чрезвычайно травмоопасный, поэтому эргономика стационарного горна должна быть идеальной.

Берем размеры

Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.

Примерные размеры кузнечного горна

Именно приблизительные, но высоту стола и его размеры нужно определить точно:

Становимся ровно, ноги на ширине плеч. Правую свободно опущенную руку сгибаем в локте.
Помощник измеряет расстояние от локтевого сгиба до пола. Добавляем к нему 5-7 см, это и будет высота стола.
Теперь берем в ту же руку самые большие клещи, помощник измеряет расстояние от живота до концов их губок.
Добавляем к нему 10-12 см, мы получили половину длины диагонали стола.
Длину стороны квадратного стола берем равной 1,4 от длины полудиагонали (0,707 от полной диагонали).

Конструкция

Последовательность изготовления стационарного горна видна из рис. Воздушник фурмы с наддувом от пылесоса или улитки автопечки лучше опустить пониже, а заслонку воздушного дренажа при этом (пп. 4 и 5) сделать выдвижной вперед. Получится воздушный ресивер достаточно большой емкости, и заслонку можно будет выдвигать-вдвигать носком обуви.

Изготовление стационарного горна

Обратите также внимание на цельный колосник, поз. 2

Он в данном случае специальный для горнов

Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом

Он в данном случае специальный для горнов. Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом.

Но почему нельзя сделать колосниковую решетку наборной из планок, как в печке? Потому, что масса топлива спекается не однородно. В щелях между планками поток воздуха будет прыгать туда, где ему свободнее выйти. В том месте температура окажется выше, и вся заготовка может оказаться пересушенной пятнами. На-глаз мастер-любитель этого не заметит, но под нагрузкой местная хрупкость скажется. А пропускание воздуха сквозь двумерную регулярную структуру (печной колосник одномерный) уменьшает неравномерность воздухораспределения на порядок. Если колосник трехмерный, как показано на рис. с устройством горна в начале, то неравномерность распределения воздуха практически не сказывается.

Самодельная фурма с воздушным душем

А как быть, если негде взять спецколосник? Тогда приемлемый выход – полностью самодельная фурма с концентрическим расположением отверстий диаметром 8-10 мм, см. рис. справа, такая система не так быстро засоряется и дутье по площади обеспечивает более-менее равномерное. По принципу действия похоже на рассеиватель душа.

Наддувать воздушный душ пылесосом нельзя, топливо выдует. Нужно взять улитку от автопечки или подобную ей. Регулировать дутье дренажом в таком случае тоже нежелательно, оптимальный для равномерности дутья наддув слабоват. Нужно встроить в воздуховод дроссельную заслонку, а нижнюю крышку фурмы сделать съемной только для чистки.

Как добиться безопасности

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.

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.