I. Giới thiệu về Thiết kế máy hàn hơi công nghệ HHO tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chế tạo máy hàn hơi sử dụng công nghệ HHO" thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) đã nghiên cứu và chế tạo thành công một máy hàn sử dụng công nghệ HHO. Đồ án tập trung vào việc thiết kế máy hàn hơi, cụ thể là thiết kế máy hàn HHO, tận dụng ưu điểm của công nghệ HHO là nguồn nhiên liệu dường như vô tận và thân thiện môi trường. Sản phẩm sau khi cháy chỉ là hơi nước, khắc phục nhược điểm gây ô nhiễm của các phương pháp hàn truyền thống như hàn oxy-acetylen. Nghiên cứu máy hàn HHO trong đồ án này bao gồm nhiều giai đoạn: tìm kiếm thông tin, phát triển ý tưởng, thiết kế máy hàn HHO, tối ưu hóa mô hình, tính toán, gia công và lắp ráp. Cuối cùng là thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo chất lượng sản phẩm. HHO HCMUTE là kết quả nghiên cứu đáng chú ý.
1.1 Lý do lựa chọn đề tài
Máy hàn hơi truyền thống, đặc biệt là sử dụng oxy-acetylen, có chi phí nhiên liệu cao và gây ô nhiễm môi trường do phát thải CO2. Công nghệ HHO mang lại giải pháp thay thế, sử dụng nước và điện để sản xuất hydro và oxy, hai thành phần tạo nên ngọn lửa hàn. Máy hàn HHO có nhiều ưu điểm: thân thiện môi trường (sản phẩm cháy là hơi nước), năng lượng lớn, nhiệt độ ngọn lửa cao (2800oC) và có thể điều chỉnh, tự tái sinh nhiên liệu, ứng dụng đa dạng (hàn, cắt, gia nhiệt). Do đó, thiết kế máy hàn HHO được lựa chọn nhằm mục tiêu tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Lợi ích máy hàn HHO là rõ ràng và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ hàn sạch hơn. Đây là một đề tài có tính phát triển máy hàn HHO tiên tiến.
1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Trong nước, mặc dù chưa có chương trình quốc gia trọng điểm về năng lượng hydro, một số cá nhân đã nghiên cứu về máy hàn HHO. Ví dụ, hai học sinh trường THPT Nguyễn Huệ (Ninh Bình) đã đoạt giải trong cuộc thi sáng tạo với sản phẩm máy hàn HHO. Kỹ sư Vũ Hồng Khánh ở Hải Phòng cũng đã chế tạo thành công máy điều chế khí HHO. Nghiên cứu khoa học HCMUTE này đóng góp vào bức tranh nghiên cứu trong nước. Quốc tế, công nghệ HHO đã được quan tâm, ví dụ dự án SafeFlame của châu Âu đã tạo ra máy hàn di động sử dụng ngọn lửa từ nước. Ứng dụng công nghệ HHO trong hàn đang được phát triển mạnh mẽ, hướng tới giải pháp hàn thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng. Giải pháp hàn hơi HHO đang dần khẳng định vị thế của mình trên thế giới.
II. Cơ sở lý thuyết và thiết kế máy hàn hơi
Phần này trình bày cơ sở lý thuyết về hàn khí, nguyên lý tạo khí HHO, và quá trình thiết kế máy hàn HHO. Khí HHO, hỗn hợp hydro và oxy, được tạo ra bằng phương pháp điện phân nước. Thiết kế máy hàn HHO bao gồm thiết kế Dry Cell (điện phân nước kiểu khô), thiết kế bình chứa dung dịch và bình khí, và thiết kế hệ thống điện. Cấu tạo máy hàn hơi được mô tả chi tiết, bao gồm các thành phần như: tấm điện cực, tấm trung tính, tấm cách điện, vật liệu điện cực. Tính toán chọn nguồn điện và lượng khí thoát ra cũng được thực hiện để đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy. Mô hình máy hàn HHO được xây dựng và phân tích.
2.1 Nguyên lý hoạt động của máy hàn HHO
Máy hàn HHO hoạt động dựa trên nguyên lý điện phân nước. Dòng điện một chiều được cấp vào hệ thống sản xuất HHO, làm cho nước phân ly thành hydro và oxy. Hai khí này được thu gom và dẫn đến đầu phun, tạo ra ngọn lửa khi đốt cháy. Nguyên lý tạo khí HHO được trình bày chi tiết, bao gồm các phản ứng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện phân. Điện phân nước là quá trình cốt lõi của máy hàn HHO. Thiết kế tấm điện cực và khoảng cách giữa các tấm điện cực ảnh hưởng đến hiệu suất điện phân. Vật liệu làm điện cực cũng cần được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ bền và an toàn. Mô hình máy hàn HHO cho thấy toàn bộ quá trình này.
2.2 Thiết kế máy hàn hơi công nghệ HHO
Thiết kế máy hàn HHO được thực hiện dựa trên các nguyên lý đã trình bày. Thiết kế Dry Cell tối ưu hóa quá trình điện phân nước, đảm bảo hiệu suất cao và an toàn. Thiết kế bình chứa dung dịch và bình khí đảm bảo quá trình lưu trữ và cung cấp khí ổn định. Chọn nguồn điện phù hợp để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân. Tính toán lượng khí thoát ra giúp đảm bảo lượng khí đủ cho quá trình hàn. Bản vẽ kỹ thuật cho thấy chi tiết cấu tạo của máy. Mô phỏng máy hàn HHO giúp đánh giá hiệu quả của thiết kế. Các yếu tố an toàn điện cũng được cân nhắc trong thiết kế máy hàn hơi. An toàn điện và an toàn khi sử dụng máy hàn được ưu tiên hàng đầu.
III. Kết quả và ứng dụng
Đồ án đã chế tạo thành công máy hàn HHO. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy hoạt động ổn định và đáp ứng các yêu cầu đề ra. Máy có thể hàn được các mối hàn bằng que đồng thau hoặc hàn nhôm, cắt được tấm inox 304 1mm. Kích thước máy hàn là 503x456x693 mm, sử dụng điện 220V, công suất 480W. Nhiên liệu chính là nước, có thể thêm phụ gia KOH hoặc NaOH. Ưu điểm máy hàn HHO là nguồn nhiên liệu dồi dào, thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí. Ứng dụng máy hàn HHO trong nhiều lĩnh vực là tiềm năng.
3.1 Kết quả kiểm tra thực nghiệm
Các thử nghiệm cho thấy máy hàn HHO có khả năng hàn và cắt kim loại hiệu quả. Kết quả hàn được đánh giá về chất lượng mối hàn, độ bền, và tính thẩm mỹ. Kết quả cắt được đánh giá về độ chính xác và độ sạch của vết cắt. So sánh máy hàn HHO với máy hàn điện và so sánh máy hàn HHO và máy hàn hơi truyền thống cho thấy những ưu điểm vượt trội của máy hàn HHO. Hiệu quả máy hàn HHO được chứng minh qua các thử nghiệm thực tế. Dữ liệu thu thập được được phân tích và đánh giá để xác định hiệu suất của máy. An toàn máy hàn HHO được đảm bảo trong quá trình thử nghiệm.
3.2 Ứng dụng và hướng phát triển
Máy hàn HHO có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, như sửa chữa ô tô, chế tạo máy móc, và công nghiệp đóng tàu. Ứng dụng máy hàn HHO góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng. Hướng phát triển tương lai bao gồm cải tiến thiết kế để tăng hiệu suất, giảm chi phí, và nâng cao độ an toàn. Nghiên cứu sâu hơn về tính toán lượng khí thoát ra để tối ưu hóa quá trình hàn. Phát triển công nghệ HHO cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng. Cải tiến máy hàn hơi là vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu.
