Đang tải... (xem toàn văn)
Nguyên lý cơ bản • Như đã nói ở trên thiết bị tách nước thành khí HHO liên quan đến việc sản xuất khí Hydro và Oxi với sự giúp đỡ của quá trình điện phân. Trong quá trình này, dòng điện một chiều thông qua điện cực vào nước, thông qua các phản ứng hóa học khí Oxi được tạo ra ở các tấm điện cực dương còn khí Hydro thì được tạo ra ở các tấm điện cực âm. • Nước tinh khiết thì không dẫn điện vì vậy cần phải thêm một số chất xúc tác nhằm làm tăng hiệu suất của quá trình này. Chất xúc tác có tác dụng làm giảm điện trở kháng của nước. Chất xúc tác được lựa chọn ở đây là NaOH. Ta chỉ cần bỏ chất xúc tác vào nước lần đầu tiên những lần sau khi dung dịch điện phân cạn dần ta chỉ cần thêm nước vào vì trong quá trình điện phân chất xúc tác không mất đi. 2.6.1. Các loại thiết bị điện phân chủ yếu. • Có 2 loại thiết bị điện phân là wet cell và dry cell. Cả 2 loại đều hoạt động theo nguyên lý điện phân, nghĩa là đều xảy ra phản ứng: 2 H2O (l) →2 H2(g) + O2(g) (2.4) • Sự khác biệt lớn nhất chủ yếu là trong thiết kế. Các tấm điện cực được ngâm ngập vào trong nước được gọi là “Wet cell” và cách thứ 2 là “Dry cell” dòng điện được nối với các cạnh của các tấm điện cực, các cạnh này được cách ly với dung dịch điện phân bằng các tấm đệm bằng vật liệu cách điện. 2.6.2. Wet Cell • Ở kiểu này các tấm điện cực và các kết nối với nguồn điện một chiều được nối với các tấm điện phân được ngâm trong dung dịch điện phân. Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo và lắp ráp. Nhược điểm là lượng nhiệt sinh ra trong quá trình điện phân không thoát ra ngoài dung dịch điện phân được dẫn đến nước bốc hơi nhiều hơn trong dung dịch điện phân và hòa lẫn vào khí HHO được tạo ra.
LỜI CẢM ƠN Trong bốn năm học tập, rèn luyện mơi trường đại học, kiên trì nỗ lực chúng em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đây cột mốc vô quan trọng đánh dấu trưởng thành sinh viên, kết tinh lý thuyết thực nghiệm Nhìn lại trình chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp, thật vô biết ơn cổ vũ tinh thần, giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè thầy cô sau tháng thực đồ án hướng dẫn thầy Trương Nguyễn Luân Vũ Do mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt nhiệm vụ theo thời gian quy định Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp chúng em xin chân thành cảm ơn đến: Ba mẹ giúp đỡ động viên tinh thần cho chúng em suốt khoảng thời gian thực đô án Thầy Trương Nguyễn Luân Vũ tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, truyền đạt ý tưởng, tạo điều kiện cho chúng em thực tốt đồ án Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô khoa chất lượng cao môn công nghệ chế tạo máy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh cung cấp cho chúng em kiến thức trình học tập trường Và bạn sinh viên giúp đỡ nhau, trao đổi kiến thức trình thực đồ án Một lần chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất người giúp đỡ nhóm hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 8, năm 2016 Nhóm sinh viên thực Hà Viết Bửu Phạm Huy Tâm TÓM TẮT Hàn phương pháp hàn sử dụng nhiệt lửa sinh đốt cháy chất cháy (C2H2,CH4,C6H6…)hoặc H2 với Ơ xy để nung chảy kim loại,thơng dụng hàn khí Ơ xy –Axetylen nhiệt sinh phản ứng cháy hai khí lớn tập trung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao (vùng cao tới 3200oC);còn lửa giửa oxy chất khí cháy khác có nhiệt độ từ 20002200oC Như nói khí H Ô xy lựa chọn tốt cho việc hàn lên tới 2800 oC Trong khóa luận tốt nghiệp em chọn phương pháp tách khí H Ô xy từ nước để làm nhiên liệu cháy cho máy hàn Máy em đặt tên là: “Máy hàn sử dụng công nghệ HHO” Đề tài triển khai cách khoa học qua nhiều bước: tìm kiếm sở liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mơ hình, tính tốn, thực gia cơng chi tiết cần thiết lắp ráp thành máy hàn hoàn chỉnh Giai đoạn cuối dự án tiến hành chạy thử nghiệm, kiểm tra hiệu chỉnh mô hình để đảm bảo yêu cầu đề tài Ưu điểm lớn máy nguồn nhiên liệu dường vô tận sản phẩm sau cháy nước nên không gây ô nhiễm mơi trường sử dụng khí Ơ xy – Axetylen Kích thước hồn chỉnh máy hàn: 503x456x693 mm Sử dụng điện 220V Cơng suất: 480W Nhiên liệu máy nước, có kèm theo chất phụ gia KOH (28% theo khối lượng) NaOH (1 phần dung dịch NaOH phần nước theo trọng lượng) Máy hàn mối hàn que đồng thau hàn nhôm; cắt Inox 304 1mm ABSTRACT Brazing welding method using heat generated by the fire when the fire burned substances (C2H2, CH4, C6H6, ) or H2 with Oxygen to melt metal, most commonly used in gas welding Oxygen - acetylene because of the heat generated by the combustion reaction of two major gas and focus, creating a high flame temperature (the highest area to 3200oC), while mid flame burning oxygen and other gases from air only 2000-2200oC As noted above, the H2 and Oxygen gas is also a good choice for brazing because of its flame can be up to 2800oC In this thesis, I chose H2 gas separation method and Oxygen from water to fuel the fire for welding This machine is you name it: " Welding machines use steam technology HHO " The theme is deployed in a scientific manner through multiple steps: searching the database, develop ideas, solutions, design implementation, optimization models, calculations, done processing the required details set and assembled into a complete welding The final phase of the project is to conduct test runs, test and performance adjust the model to ensure proper request of subjects The biggest advantage of this machine is the source of seemingly endless fuel and combustion products after steam only and will not pollute the environment as using oxygen - acetylene The size of the welding complete: 503x456x693 cm Using 220V Power: 480W Of the main fuel is water, there is an additive with KOH (28% by weight) or sodium hydroxide (NaOH part parts water by weight) The machine can weld by weld welding rod brass or aluminum; 304 1mm stainless steel plate cutting MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài .1 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.3 Kết đạt 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát hàn khí 2.1.1 Thực chất, đặc điểm công dụng hàn khí 2.1.2 Ngọn lửa hàn 2.1.3 Vật liệu hàn khí 2.2 Giới thiệu lịch sử khí HHO 13 2.3 So sánh với nghiên liệu khác .15 2.3.1 So sánh với Axetylen 15 2.3.2 So sánh với Axetylen 16 2.4 Ứng dụng khí HHO 17 2.4.1 Nhiên liệu phụ trợ cho động đốt .17 2.4.2 Cắt thép cacbon sử dụng khí HHO 18 2.4.3 Hàn sử dụng khí HHO 18 2.5 Nguyên lý tạo khí HHO 20 2.6 Các loại thiết bị tách nước tạo khí HHO 21 2.6.1 Các loại thiết bị điện phân chủ yếu 21 2.6.2 Wet Cell 21 2.6.3 Dry Cell 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 24 3.1 Biện luận chọn phương án 24 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 24 3.3 Thiết kế dry cell .25 3.3.1 Thiết kế giữ 25 3.3.2 Tấm trung tính 26 3.3.3 Tấm điện cực 27 3.3.4 Tấm cách điện 28 3.3.5 Vật liệu làm điện cực trung tính 29 3.4 Khoảng cách điện cực 32 3.5 Thiết kế bình chứa dung dịch bình khí 33 3.6 Tính tốn chọn nguồn điện lượng khí .34 3.6.1 Tính tốn chọn nguồn điện .34 3.6.2 Tính tốn lượng khí 35 3.7 Kết nối nguồn điện với Dry Cell 35 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH LẮP RÁP & VẬN HÀNH 39 4.1 Quy trình lắp ráp 39 4.1.1 Lắp ráp Dry Cell .39 4.1.2 Lắp ráp Dry Cell, hệ thống bình chứa tủ điện vào khung 48 4.1.3 Nối ống dẫn dung dịch từ bình chứa xuống Dry Cell .51 4.1.4 Kết nối Dry Cell với nguồn điện .52 4.2 Quy trình vận hành 53 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM 54 5.1 Tổng kết 54 5.2 Kiểm tra thực nghiệm 56 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 6.1 Kết luận 59 6.2 Hướng phát triển tương lai .59 Tài liệu tham khảo 60 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hai học sinh làm máy hàn HHO Ninh Bình Hình 1.2 Máy sản xuất khí Hydro tu nước Hình 1.3 Thử nghiệm đốt cháy que hàn đồng thau .3 Hình 1.4 Dry Cell lắp tơ chạy thử nghiệm Hình 1.5 Hàn ống nhôm dự án SafeFlame Hình 1.6 Hình ảnh hàn ống đồng dự án SafeFlame .5 Hình 1.7 Mơ hình máy hàn HHO Hình 2.1 Ảnh minh họa hàn Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc lửa hàn Hình 2.3 Loại dây .12 Hình 2.5 Sử dụng khí HHO xe 18 Hình 2.6 Nguyên lý tạo khí HHO .20 Hình 2.7 Mơ hình điện phân kiểu Wet Cell 22 Hình 2.8 Wet Cell thực tế 22 Hình 2.9 Mơ hình điện phân nước kiểu Dry Cell 23 Hình 2.10 Dry Cell thực tế 23 Hình 3.1 Hệ thống máy hàn khí HHO 24 Hình 3.2 Bản vẽ giữ .25 Hình 3.3 Bản vẽ trung tính 26 Hình 3.4 Tấm trung tính thực tế 27 Hình 3.5 Bản vẽ điện cực .27 Hình 3.6 Tấm điện cực thực tế 28 Hình 3.7 Bản vẽ cách điện 29 Hình 3.8 Bình chứa nước bình lọc khí 34 Hình 3.9 Lượng khí theo lý thuyết 35 Hình 4.1 Bản vẽ lắp Dry Cell 39 Hình 4.2 Dry Cell 3D 40 Hình 4.3 Phân rã Dry Cell 40 Hình 4.4 Lắp ống giảm vào nắp 41 Hình 4.5 Lắp co nước vào thân bình chứa dung dịch 41 Hình 4.6 Bình chứa dung dịch 42 Hình 4.7 Lắp ống giảm vào nắp 43 Hình 4.8 Lắp ống nối vào nắp bình lọc khí 44 Hình 4.9 Bình lọc khí 44 Hình 4.10 Hệ thống bình chứa 45 Hinh 4.11 Phân rã hệ thống bình chứa 46 Hình 4.12 Tủ điện .47 Hình 4.13 Sơ đồ kết nối biến áp với chỉnh lưu cầu pha 48 Hình 4.14 lắp ráp tủ điện vào khung 48 Hình 4.15 Lắp hệ thống bình chứa vào khung 49 Hình 4.16 Lắp Dry Cell vào khung .50 Hình 4.15 Lắp ống nước vào bình chứa Dry Cell 51 Hình 4.16 Kết nối lưỡng cực 52 Hình 4.17 Sơ đồ kết nối Dry Cell với nguồn điện .52 Hình 5.1 Mơ hình thiết kế máy hàn HHO Hình 5.2 Mơ hình thực tế máy hàn HHO 54 Hình 5.2 Kết sau cắt Inox 1mm 56 Hình 5.3 Kết sau cắt nhơm 2mm .57 Hình 5.4 Kết sau hàn miếng thép 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thành phần thuốc hàn đồng hợp kim đồng (%) Bảng 2.2 Thành phần thuốc hàn gang (%) Bảng 2.3 So sánh HHO với axetylen Bảng 2.4 So sánh HHO với dầu mỏ Bảng 3.1 Thành phần dao động cho thép khơng gỉ 304 Bảng 3.2: Cơ tính thép khơng gỉ 304 Bảng 3.3: Tính chất vật lý thép không gỉ 304 điều kiện ủ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Hàn khí phương pháp hàn quen thuộc sống nay, đặc biệt hàn Oxy – Axetylen Nhưng chí phí để mua khí Oxy Axetylen cao sử dụng lại tạo khí CO2 gây nhiễm mơi trường Trong máy hàn khí HHO cần dùng nước điện để sản xuất hydro oxy tùy theo nhu cầu Oxy loại khí trì cháy hydro loại khí đốt khơng chứa carbon So với nhiên liệu khác, khí HHO có ưu điểm sau: An tồn với mơi trường: sản phẩm q trình cháy nước khơng gây nhiễm; hydro nhẹ khơng khí nên bay lên, khác với loại dầu khí khác tụ lại gây ô nhiễm Có lượng lớn gấp đôi diesel: kg nước cho 340000 Kcal Nhiệt độ lửa lên tới 2800o C điều chỉnh Có lượng nhiệt tập trung cao lửa hydro – oxy có dạng tia thẳng Tự động tái sinh: hydro – oxy sinh từ nước sau cháy lại quay nước Hydro chất xúc tác cho cháy, đẩy nhanh trình phản ứng gia tăng nhiệt độ cho cháy Hydro giảm đặc tính chất khác nên thêm vào chất để tinh luyện -Nguồn sản xuất hydro – oxy từ nước dồi Không cần hệ thống bồn bể, bình để chứa, sản xuất dùng cần: Tiết kiệm phí lưu trữ an tồn khơng phải trữ khí Ứng dụng đa dạng: Hàn lửa, cắt lửa, gia nhiệt, chất xúc tác cho cháy, làm carbon… Dựa vào ưu điểm đặc tính nhóm chúng em định chọn đề tài chế tạo mơ hình máy hàn khí HHO để tiết kiệm chi phí thân thiện với mơi trường 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu Tình hình nước Hiện Việt Nam chưa có chương trình quốc gia trọng điểm liên quan đến lượng hydrogen có vài cá nhân với niềm đam mê khoa học nghiên cứu đề tài như: Trong Cuộc thi sáng tạo thiếu niên, nhi đồng toàn quốc lần thứ 11 năm 2015 vừa qua học sinh Ngô Đức Thắng Phạm Thành Trung, học sinh lớp Hinh 4.11 Phân rã hệ thống bình chứa 49 4.1.3 Lắp ráp tủ điện Bước 1: lắp ráp núm vặn điều chỉnh điện áp, đèn báo CB vào khung tủ điện Hình 4.12 Tủ điện Bước 2: Đấu nối biến áp với chỉnh lưu cầu pha theo hình vẽ 4.12 50 Hình 4.13 Sơ đồ kết nối biến áp với chỉnh lưu cầu pha 4.1.4 Lắp ráp Dry Cell, hệ thống bình chứa tủ điện vào khung Bước 1: lắp tủ điện vào khung Hình 4.14 lắp ráp tủ điện vào khung 51 Bước 2: lắp hệ thống khí vào khung vít 4x25mm lên sắt lỗ gá lắp đặt khung Hình 4.15 Lắp hệ thống bình chứa vào khung 52 Bước 3: đặt Dry Cell vào khung dùng dấy rút rút chặt Dry Cell giữ cố định Hình 4.16 Lắp Dry Cell vào khung 53 4.1.5 Nối ống dẫn dung dịch từ bình chứa xuống Dry Cell Dùng ống nước 8 nhựa ráp vào co nước bình chứa Dry Cell hình 4.15 Hình 4.15 Lắp ống nước vào bình chứa Dry Cell 4.1.6 Kết nối Dry Cell với nguồn điện 54 Ta chọn kết nối lưỡng cực hình vẽ sau: Hình 4.16 Kết nối lưỡng cực Sơ đồ kết nối thể qua hình 4.17 Hình 4.17 Sơ đồ kết nối Dry Cell với nguồn điện 4.2 - Quy trình vận hành Bước 1: Chuẩn bị dung dịch KOH 28% 55 - Bước 2: Đổ dung dịch vào bình chứa dung dịch đợi cho dung dich điền đầy khoảng trống Dry Cell Bước 3: Mở khóa khí đèn hàn để khơng làm khí bị nén lại dẫn đến cháy thiết bị điện (điển hình cháy Diode) Bước 4: Gạt CB qua chế độ ON để bắt đầu trình điện phân Bước 5: Xoay núm điều chỉnh điện áp đến mức điện áp cần sử dụng (có mức điện áp 40V, 44V 48V) Bước 6: Đợi khoảng 20 giây để khí ổn định mồi lửa sử dụng Bước 7: Sau sử dụng xong đóng khóa khí đèn hàn gạt CB qua chế độ OFF Bước 8: Trả núm điều chỉnh điện áp mức CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM 5.1 Tổng kết 56 Sau q trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình máy hàn sử dụng cơng nghệ HHO Hình 5.1 Mơ hình thiết kế máy hàn HHO Hình 5.2 Mơ hình thực tế máy hàn HHO 57 Sơ đồ khối thể trình điện phân máy Hình 5.3 Sơ đồ khối q trình điện phân Thơng số kỹ thuật Kích thước: 503x456x693 mm Nguồn điện sử dụng: 220V AC Công suất: 480W Lượng khí ra: 2,506 lit/phút Tính an tồn Vì sử dụng hai van chiều lắp đặt đường ống dẫn khí vào bình lọc khí lại lắp vào đèn hàn trước dẫn khí sử dụng nên tính an tồn xem đảm bảo Phạm vi sử dụng - Hàn hầu hết kim loại với độ dày khoảng 2mm - Cắt Inox 304 1mm nhanh, cắt nhôm dày 2mm dễ dàng Đánh giá - Máy có kích thước vừa phải nên di chuyển dễ dàng - Tính ổn định hoạt động cao - Có thể đưa vào sử dụng thực tế Một số khó khăn trình nghiên cứu - Việc tìm mua Diode cầu cơng suất lớn khó khăn - Vì chưa có kinh nghiệm nên thiết kế chưa tối ưu 5.2 Kiểm tra thực nghiệm Nhóm em có làm số thí nghiệm hàn cắt kim loại kết sau: 58 Thí nghiệm 1: cắt Inox 304 dày 1mm Hình 5.2 Kết sau cắt Inox 1mm Ở thí nghiệm ta thấy hình số có mảnh kim loại nóng đỏ sàn 59 Thí nghiệm 2: cắt nhơm dày 2mm Hình 5.3 Kết sau cắt nhơm 2mm Ta thấy hình số miếng nhôm rã cắt rời khỏi nhôm ban đầu 60 Thí nghiệm 3: hàn mảnh thép dày 2mm Hình 5.4 Kết sau hàn miếng thép Ở hình hình thí nghiệm ta thấy hai mặt sau hàn kết dính với kim loại đồng nóng chảy 61 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Nhiên liệu hóa thạch đóng vài trò quan trọng việc đưa xã hội đến mức phát triển ngày tồn vấn đề nhức nhối lớn: nhiễm khơng khí, vấn đề môi trường tràn dầu, nguy hiểm nóng bỏng vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu với nóng lên trái đất Ngồi ra, nhiên liệu hóa thạch nguồn tài nguyên hữu hạn tái tạo Giữa bối cảnh đó, nhiên liệu ý nhiên liệu thay tương lai nhiên liệu Hydrogen Nhiên liệu Hydro dạng HHO sản xuất phương pháp điện phân với nguồn nhiên liệu dường vơ tận nước Đây xem công nghệ sản xuất nhiên liệu Phương pháp sử dụng khí HHO để làm nhiên liệu máy hàn phương pháp mang lại hiệu kinh tế việc làm giảm khí thải nhiễm mơi trường 6.2 Hướng phát triển tương lai Việc chế tạo thử nghiệm thành cơng mơ hình máy hàn sử dụng công nghệ HHO đồ án tốt nghiệp tiền đề cho nhóm chúng em tiếp tục nghiên cứu, phát triển sản phẩm thành máy hàn sử dụng khí HHO hồn chỉnh phục vụ cho ngành cơng nghiệp khí tương lai Ngồi hướng phát triển khác khả quan sử dụng khí HHO làm nhiên liệu thay cho nhiên liệu hóa thạch cho phương tiện giao thơng vận tải, sản xuất điện có nhiều triển vọng, chìa khóa cho nguồn lượng tương lai, giải vấn đề nhiễm bầu khí biến đổi khí hậu tồn cầu Tuy nhiên việc bảo quản vận chuyển nhiên liệu hydro nhiều khó khăn Vì thế, để đưa hydro vào sử dụng đời sống cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu 62 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Giáo trình hàn khí - Nguyễn Văn Tuyên – CĐN Hà Nam [2] Giáo trình giới thiệu hàn khí kỹ thuật hàn, ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Tiếng Anh [3] Electrical Efficiency of Electrolytic Hydrogen Production, International Journal of ELECTROCHEMICAL SCIENCE Website [4] http://www.hho4free.com/configurator/cell_configurator.html [5] http://home.people.net.au/~chriso/free/ [6] http://www.fuel-saver.org/Thread-HHO-cell-efficiency-calculator [7] http://www.hho-generator.de/en/hho-mmw-calculator.htm [8]http://www.vusta.vn/vi/news/Guong-hoat-dong-KHCN/Ky-su-Viet-sang-che-o-to-chaybang-nuoc-la-58532.html [9] http://qlkh.tnu.edu.vn/Article/Details/59290 63