CN105888825B - 一种获取爆燃能的方法 - Google Patents

Abstract

一种获取爆燃能的方法属于能源应用领域，尤其涉及爆燃物爆燃瞬间所释放能量的获取方法。本发明的方法是将爆燃物分成体积相同或质量相等的小爆燃丸，对爆燃物进行分量控制爆燃，使爆燃的破坏力达到可控制的安全程度；将爆燃丸爆燃瞬间释放的能量转为动能块的动能，再控制具有动能的动能块以不同方式输出功。为使动能块能充分获取爆燃瞬间释放的能量，本发明采取了用簧片卡先将动能块卡锁的方法，使动能块获取的动能大幅提高。本发明方法实现的爆燃装置具有自动连续爆燃的功能，靠电源的开关控制该装置的工作和停止。利用本发明方法所实现的爆燃装置具有实际应用价值，这种获取爆燃能的方法对节省自然资源具有重要意义。

Description

一种获取爆燃能的方法

技术领域

本发明属于能源应用领域，尤其是涉及爆燃物爆燃瞬间释放能量的获取方法。

背景技术

目前公知所利用的能源有石油、煤、天燃气等，这些能源属于不可再生的自然资源，随着人类的挖掘和消耗逐渐地在不断减少。现在正在利用可再生的自然资源开发新的能源，如：水力、风能、太阳能等是目前鼓励发展和利用的能源。能源是现代人们生产、生活所必不可少资源，也是人类社会发展的物资基础。若没有能源，人们的衣、食、住、行就难以维系。由于能源的重要性，现代人们为了掠夺能源甚至会发生战争。能源是当今社会发展极为重要的物资基础，节省和利用好能源是目前广泛探索和研究的重要课题。

当人们发现了核裂变和聚变后，首先研制出原子弹。这种能释放出巨大能量的原子弹被制造出很多，至今也只实用了两枚，浪费了大量资源。核能真正被用于生产、生活主要是解决了核反应速度的控制问题，靠控制核反应速度的方法使核能得到了利用，例如核能发电等。无疑核能的利用是人类社会发展的一大进步，为节省自然资源做出了贡献。核电站的建立解决了一部分电能的问题，但事故的发生也带来灾难性的后果，如：前苏联的切尔诺贝利核电站事故，最近发生事故的日本福岛核电站等；还有核废料处理等问题的存在，导致人们对核能利用的担忧。核安全问题成为核能利用和发展的障碍，核能利用所存在的安全问题还需要深入研究和解决。

为了战争发明、制造出核弹，为了社会和平发展核能被开发利用。同样为了战争发明了弹药，是战争中被使用最多的爆燃物，在生产、生活中这种爆燃物也被大量应用，如：开掘隧道、拆除旧建筑、地质勘探等。制做这种爆燃物的原料丰富，成本低廉，例如：膨化硝氨的氧化剂硝酸氨(NH₄NO₃)由氮、氢、氧构成，取自于大气中，是一种取之不尽的源泉。目前硝酸氨已经不再采用硝石法来产生，而采用化学合成，成本低，资源丰富。我国已建成多条硝酸氨生产线，年产量可达9600吨，但由于应用需求量少，每年仅生产4500多吨。其还原剂(也称为可燃剂C₁₆H₃₂)可用木屑或农作物的秸秆粉，其来源广泛，且具有可再生性。该爆燃物的理想爆燃反应式为：48NH₄NO₃+C₁₆H₃₂→16CO₂+112H₂O+48N₂；从反应式中可以看出当氧化剂和还原剂配比达到平衡时，爆燃所产生的废料为二氧化碳、水和氮气，不产生有害气体和有害废料，对环境无毒气污染，也不需要消耗氧气。

爆燃物可在撞击或电火花等的作用下即可爆燃发生氧化还原反应，在不需要氧气的情况下，这种氧化还原反应十几微秒的瞬间里即可产生高达十几万个大气压的高压气体和一定的热量。爆燃物氧化还原反应所产生的气体是该爆燃物体积的约1000倍，放出的热量却不及同体积固体燃料煤所释放的热量，约是同体积液体汽油所释放热量的十分之一。仅从所释放的热能比较，这种爆燃物不及汽油、柴油等液体燃料，但其瞬间所释放的能量要高于同体积液体燃料的十几倍。我们知道枪弹壳中的爆燃物爆燃后，将瞬间释放的能量转为弹头的动能，能使弹头射出上千米远；若弹壳中是汽油爆燃，不会使弹头产生如此大的动能。爆燃物瞬间爆燃释放的能量是巨大的，由于爆燃的威力巨大，难以控制，现在多用于破坏性工作。目前对于这种爆燃能的获取，并利用其做功还未见报道和这方面的专利。获取这种爆燃物瞬间释放的能量具有重要的探索和研究价值，本发明就是针对获取和利用这种爆燃能的方法。

发明内容

本发明就是针对爆燃物爆燃威力所造成的破坏力如何控制；以及爆燃瞬间释放巨大能量如何获取的方法。爆燃物爆燃瞬间释放的巨大能量具有很大的破坏力，所以首先要解决对这种破坏力的控制。如果类似控制核反应那样控制其反应速度，使爆燃速度降低，这样虽然减小了威力，但同时也减少了爆燃物所释放的能量。为了不减少爆燃物所释放的能量，本发明对爆燃威力的控制采取分量爆燃的方法。即每次起爆的爆燃物的威力所造成的破坏力达到可控的量，然后通过多次起爆，使大量的爆燃物分多次利用。每次起爆爆燃物量的多少由爆燃物本身的性质及本发明的能量获取装置的大小和结构材质所决定。

爆燃物爆燃时所造成的破坏力是巨大的，但是这种破坏力的大小与爆燃物用量的多少成正比，因此控制爆燃的破坏力在安全范围内所用爆燃物的量做为每次起爆用量的上限。将爆燃物分量做成各个体积大小相同或重量相等的球或圆柱，在此称为爆燃丸。各个爆燃丸加上其最大容许误差不能超过每次安全用量的上限。如果M克爆燃物爆燃释放的能量为E，为了减小爆燃物的威力达到安全可控的破坏力范围内，每次只能爆燃可控安全用量的上限为m克的爆燃丸，将M克爆燃物分为M/m次起爆，取M/m≥1的整数，M克爆燃物分多次爆燃所释放能量的总和理论上应等于一次爆燃释放的能量E，所不同的是多次爆燃释放出总能量E的时间至少是一次爆燃时间的M/m倍。

本发明控制爆燃的方法并未改变爆燃物的性质，基于这种仍保持爆燃物原有爆燃性质的基础上，本发明对爆燃物爆燃瞬间释放能量获取的方法是将爆燃丸爆燃瞬间的能量传给动能块，获取动能的动能块往复运动受限制于爆燃装置的滑腔；然后使具有动能的动能块以不同方式做功，压缩成高压气体储存或直接输出机械功。一定质量的动能块获得动能后，输出功的方式有多种，根据输出功的方式设计不同的爆燃装置，动能块相应有不同形状，可以是滑块或滑杆等具有一定质量多种形状的动能块。利用本发明的方法可以实现具有动能的动能块挤压气体直接推动叶轮转动的爆燃装置；也可以是用具有动能的动能块压缩气体通过单向阀将高压气体输进储气灌中的爆燃装置；还可以是用具有动能的动能块直接推动推杆驱动曲轴做圆周机械功的爆燃装置等。

如何使动能块充分获取爆燃能而具有更大的动能是本发明的关键。本发明解决这一关键技术的方法是在动能块的一端卡锁簧片卡，使动能块在一定力的作用下才能冲开卡锁。爆燃的瞬间产生巨大的冲击力，使一定质量的动能块在冲击力的方向上由于簧片卡的作用产生弹性应变力，再加上爆燃瞬间产生巨大气体压强，撞击动能块冲开簧片卡的卡锁，获取巨大的动能。即动能块的动能来自两方面，一方面是爆燃瞬间的冲击在簧片卡的作用下产生的弹性应变力，另一方面是爆燃产生巨大压强的推力。其道理以推动一个螺旋弹簧为例，更便于理解；用簧片卡阻挡螺旋弹簧移动，使螺旋弹簧受挤压具有了弹力势能；当推力大于簧片卡的阻力被推开时，螺旋弹簧的弹力势能再加上推力一同转为弹簧的动能，螺旋弹簧迅速被弹出。如果没有簧片卡的作用，螺旋弹簧仅仅靠推动所获得的动能，移动的距离只能是推出的距离。

本发明获取爆燃能的方法不仅是爆燃产生巨大压强的推力，更主要是爆燃瞬间所产生巨大的冲击力同时作用在动能块上，在簧片卡的作用下，使爆燃能高效地转为动能块的动能。如果没有簧片卡的作用，动能块获得的动能将大幅减少，簧片卡是本发明获取爆燃能高效转为动能起着关键的作用。所用簧片卡具有较好的可恢复性弹力，在每个动能块上所安装簧片卡的阻力总和不大于爆燃产生气体巨大压强对其产生的推力，簧片卡一旦被推开就不再有在动能块运动方向的阻力。

本发明方法是在爆燃丸多个方向装有动能块的爆燃装置，通常这些动能块都是对称放置在各个方向上，即爆燃装置有控制动能块运动的滑腔是多个，且两两对称。为了使爆燃丸充分贴紧动能块，有一个方向装圆锥形的放电火花头，其对称方向的动能块可将爆燃丸压紧。动能块在贴爆燃丸的面加工成圆柱面，使爆燃丸贴紧动能块的面积增大，使动能块能更好地受到爆燃所产生的冲击力。当爆燃丸爆燃的一瞬间，各个动能块向四周弹开，将充分获取爆燃能，动能块获取动能后在爆燃装置滑腔的限制下，将在不同方向做功。

本发明方法的爆燃装置是具有连续工作的机制，当爆燃能转为动能块的动能时开始做功；做功后，动能块靠反作用力或机械运动的惯性使动能块返回至爆燃前的状态，并被簧片卡锁住，同时簧片卡的移动触碰双触点开关，将各个双触点开关串联连接，这样只有在各个动能块全部回到起爆前的位置，并被锁住的情况下，放电电源的正极才能导通。当爆燃丸被滑杆动能块送至起爆位置，并被挤压好后，滑杆动能块即回到起爆前的位置，此时簧片卡才能触碰到电源的开关。簧片卡和滑杆动能块都是金属材质，能够导电，使电源的负极才能导通。当电源的正、负极都导通后，在火花头和滑杆动能块之间形成正、负高压放电空间，即可放电打出电火花，被挤压好的爆燃丸起爆，开始重复又一个爆燃能获取过程。若停止爆燃，只要将放电电源的手动开关断开即可。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明压缩气体方式的爆燃装置起爆前的正视剖面图。

图2是本发明压缩气体方式的爆燃装置爆燃后的俯视剖面图。

图3是本发明压缩气体方式的爆燃装置做功后的正视剖面图。

图4是本发明转动簧片卡及双点触碰开关放大示意图。

图5是本发明平动簧片卡及V形分隔片的放大示意图。

图6是本发明输出机械功方式的爆燃装置起爆前的正视剖面图。

图7是本发明输出机械功方式的爆燃装置爆燃后的俯视剖面图。

图中：1.爆燃装置外壳体；2.滑块动能块；3.滑杆动能块；4.转动簧片卡；5.平动簧片卡；6.爆燃丸分隔片；7.动能块上的单向阀；8.双触点开关；9.火花头；10.爆燃丸；11.爆燃丸内盒；12.爆燃丸外盒；13.悬挂绳；14.橡胶垫；15.绝缘陶瓷块；16.单向通气阀；17.储气灌；18.气体压力传感器；19.推杆；20.曲轴；21.手动电源开关。

具体实施方式

本发明所用的爆燃物是由氧化剂和还原剂组成，具体实施所用的氧化剂是硝酸氨，化学成分NH₄NO₃；还原剂是秸秆粉加有少量柴油，化学成分C₁₆H₃₂。即背景技术所述的爆燃物中的一种，按照其化学反应平衡方程式：48NH₄NO₃+C₁₆H₃₂→16CO₂+112H₂O+48N₂的氧化剂和还原剂质量的比例进行混合，并经过膨化等特殊处理，降低其爆速，使其敏化程度在一般的碰撞下不会起爆，但在电火花的作用下即可起爆。然后将该爆燃物经过威力实验测试，确定每次在爆燃装置中的起爆量；经测定该爆燃物的质量为3克时，对爆燃装置为安全的爆燃量。该爆燃物的密度为0.98g/cm³，因此可做成直径为18mm的球状爆燃丸。该爆燃丸虽然质量仅有3克，理论上能释放1.5*10⁶焦耳的能量，相当于33克汽油释放的能量，成本却是汽油的1/20。汽油驱动汽车做有用功的能量不足等量汽油释放总能量的20％。因此即使获取该爆燃丸1/100的理论释放能量，即获取1.5*10⁴焦耳的能量仍具有很好的经济应用价值。

本发明所用的爆燃物需做成大小相同或重量相等的球状爆燃丸(10)，为了这些爆燃丸放置的安全，为其设计了双层盒，如图1和图2中所示的装爆燃丸的双层盒。将爆燃丸(10)装在一个封闭的塑料盒(11)内，用8根悬挂绳(13)悬挂在一个网状(非密闭)的橡胶盒(12)内。网状非密闭的橡胶盒(12)所用的材质坚固且有一定的弹性，类似汽车外轮胎的材质做成。爆燃丸(10)通过导管导向爆燃装置进口。导管与封闭塑料盒(11)相通，爆燃丸(10)装在封闭的塑料盒(11)中是为了防止油渍、泥土、水等的污染。装爆燃丸(10)的封闭塑料盒(11)用悬挂绳(13)悬挂在一个体积更大的橡胶盒(12)中，内外两个盒的四周及上下均不接触，且有一定距离的间隔。这种存放爆燃丸盒的双层设计，主要目的是一旦发生危险外层的橡胶盒可阻挡和减小内层塑料盒爆燃对外所造成的破坏力。

图1、图6都是用本发明方法实现的爆燃能获取装置的正视剖面图。从爆燃丸进入爆燃室，然后起爆，至动能块获得动能的这些过程两种装置都相同，所不同的是图1所示爆燃装置的滑块动能块(2)获取动能后压缩气体，使气体压缩进储气灌中；而图6所示爆燃装置的滑杆动能块(3)获取动能后，推动推杆驱动曲轴直接输出圆周运动的机械功。本发明获取爆燃能的方法可以有不同方式输出功的装置，无论哪种输出功的实施方式，都是用本发明获取爆燃能的方法实现的，在此主要以图1所示的压缩气体的实施方式进一步说明本发明的方法。

本发明的方法是分多次、每次爆燃少量的爆燃物，即每次只爆燃一个爆燃丸(10)。预备起爆的爆燃丸尽可能远离爆燃点，因此需要控制依次输送爆燃丸，且每次要保证只有一个爆燃丸(10)到爆燃点。对于这种控制采用了一个简单的V形分隔片(6)安装在进口处，如图3所示和局部放大的图5所示；当进口开启时，分隔片(6)挡住后面的爆燃丸，只放进最前面的爆燃丸进入滑杆动能块的滑腔，由滑杆动能块(3)将爆燃丸推进爆燃室。爆燃丸(10)到达爆燃室后靠撞击或电火花都可导致起爆；为了安全，本实施方式所用的爆燃丸(10)在一般撞击下不会起爆，只有在电火花的作用下才能起爆的爆燃物做的这种的爆燃丸。

图3所示和图5所示，爆燃丸(10)通过进口进入通向爆燃室的滑腔，其后面的爆燃丸被分隔片(6)挡住，只有第一个爆燃丸由滑杆动能块(3)推入爆燃室。爆燃室的空间是圆柱形，在火花头(9)和滑杆动能块(3)的作用下，爆燃丸被挤压成圆柱状与四周滑块动能块(2)紧密接触，且接触面成圆柱状，如图2所示。当爆燃装置处于图1所示的状态时，各个动能块已被安装在爆燃装置壳体(1)内的簧片卡(4)卡住，此时联向火花头的各个串联双触点开关(8)在转动簧片卡(4)的作用下都被开启，如图4所示；当动能杆(3)将爆燃丸压到位时，平动簧片卡(5)也将接通电源，此时火花头(9)开始放电打出电火花，激发爆燃室中已被挤压好的爆燃丸起爆。图5所示的平动簧片卡(5)的一个尖端与固定片的尖端间装有一个小弹簧，其弹力可以使平动簧片卡推进滑杆动能块(3)的凹槽中。

爆燃丸(10)起爆对爆燃装置壳体(1)内的火花头(9)及其陶瓷块(15)有作用力，其他方向的力均作用在动能块上，爆燃装置壳体(1)主要是限制各个方向动能块获取动能后的运动轨道。如图2所示，除一个滑杆动能块(3)推向上移动(在图1和图3中示出)，还有4个滑块动能块(2)在爆燃装置壳体(1)内分别沿4个方向弹出，此时转动簧片卡(4)都已冲开，图4所示，转动簧片卡(4)停在固定其圆轴削平处的位置，转动簧片卡(4)触压的电源开关(8)也都断开，火花头(9)也不再放电。火花头(9)是安装在绝缘的陶瓷块(15)上，只有联接的导线与其电导通。

滑块动能块(2)上对称装有单向阀(7)，可使气体单向流入到被挤压一侧。动能块上所装的单向阀(7)有两个作用，一方面在爆燃装置壳体(1)内将爆燃产生的高压气体冲到被挤压一侧，使动能块两边的气压迅速达到平衡，然后靠动能块所获得的动能继续压缩气体，使高压气体通过单向阀(16)压入储气灌(17)；另一方面当动能块被弹回时，由于动能块是在密闭的爆燃装置壳体(1)中返回运动，动能块两侧将造成压差，此时动能块的单向阀(7)再次打开，使两侧的气压平衡。

图3所示滑块动能块(2)到达爆燃装置滑腔的尽端时，由于还有部分未压缩进单向通气阀(16)的残余高压气体，再加上动能块在爆燃装置滑腔的尽端撞碰到橡胶垫(14)上，滑块动能块(2)将被弹回。同时滑杆动能块(3)也到达了爆燃装置滑腔的顶端，爆燃丸进口的分隔片(6)被瞬间打开，将进入一个爆燃丸，如图3及局部放大的图5所示。然后该装置又将进入图1所示的爆燃前状态，开始重复上述爆燃过程。

对于控制爆燃装置滑腔中各个方向的动能块全部回位后再起爆的措施是在每个转动簧片卡(4)的活动方向上安装一个双触点开关(8)，如图4所示。将这些双触点开关串联，再与电源和放电的金属火花头(9)相联。只有当各个方向的动能块全都回归到位，且都被簧片卡(4)卡锁后，放电火花头(9)的电源正极才能被导通。电源的负极联在爆燃丸进口处绝缘板的双触点开关(8)上，只有当爆燃丸被推至爆燃点时，平动簧片卡(5)进入滑杆动能块(3)的卡槽后才能将电源负极导通；此时电源的正、负极都导通后，在火花头(9)和滑杆动能块(3)之间形成高压放电间隙的空间，才能放电产生电火花起爆爆燃丸。

如果要停止爆燃，可将手动电源开关(21)断开，使火花头(9)不再放电打出火花，爆燃装置即停止工作。在储气灌(17)上装有气体压力传感器(18)，当储气灌(17)中的压力达到盛载的高压时，由压力传感器(18)组成的控制电路控制一个继电器开关自动断开放电电源，使爆燃装置停止工作；当储器灌中盛载气体的压力不足时，由压力传感器(18)组成的电路将控制放电电源导通，使爆燃装置开始工作。本发明方法实施的装置只要供给的爆燃丸不间断，放电电源导通就开始连续工作，电源断开就自动停止工作。

如果将滑块动能块(2)固定在图2的位置在爆燃装置滑腔中不动，靠爆燃产生的气体直接通过动能块上的单向阀(7)冲进另一侧，将形成高压气体通过单向阀(16)输进储气灌(17)，而不需要动能块移动做功，这种情况获得的能量可以计算出来。爆燃物爆燃后所产生的气体是爆燃物体积约1000倍，如果获得的气体具有1MPa的压强，那么该爆燃丸将会有产生0.3升1MPa的气体。根据气体的体积、压强和温度关系的理论公式：P₀V₀/T₀＝P₁V₁/T₁可以计算出在等温的情况下，获得0.3升1MPa的气体所需能量或0.3升1MPa所具有做功的能量，理论上计算约为677焦耳，不足该爆燃丸理论释放能量的万分之五。因此靠爆燃产生的高压气体直储存所获得的能量很少，但本发明利用动能块上的单向阀(7)使这种能仍可以获得。实际上爆燃释放的能量主要在爆燃的一瞬间，在爆燃的一瞬间是获取爆燃能的关键，本发明的方法主要是利用动能块获取爆燃瞬间释放的能量。

由于在瞬间获取这种巨大的爆燃能很困难，这种爆燃的威力又很难控制，常常将这种爆燃物用于做破坏性的工作。本发明方法就是将这种破坏力作用于动能块上，使巨大的爆燃能转为动能块的动能，然后控制具有动能的动能块再做功。图1所示具有动能的动能块压缩气体做功，将动能转为高压气体的势能，然后再利用这种压缩在储气灌中的高压气体做功。例如：国家发明专利“气动机”(ZL00136776.5)是需要输入高压气体做功的装置。也就是说产生高压气体的这种爆燃装置对气动机的应用具有重要的价值，同时对能源领域的应用也具有重要的意义。

图6和图7所示是本发明方法直接输出机械功的另一具体实施方式正视和俯视剖面图。在输送爆燃丸(10)至爆燃室、起爆、爆燃能转为多方向滑杆动能块(3)的动能等过程与压缩气体的爆燃装置都一样，不再重复叙述。所不同的是滑杆动能块(3)利用所获得的动能推动推杆(19)驱动曲轴(20)做圆周运动。在曲轴和转盘之间有一个千斤卡，与自行车后齿轮与轴之间的的千斤卡一样，安装千斤卡的目的使转盘只能向一个方向转动，且曲轴(20)转速减慢或有间歇停顿都不影响转盘的转动。每个方向上的滑杆动能块(3)都能驱动一个转盘带动发电机，该发明方法的这种具体实施的爆燃装置可同时带动5台发电机。本发明获取爆燃能的方法使爆燃物在产生高压气体、发电等生产、生活中得到新的利用，对节省自然资源具有重要应用价值。

Claims (2)

1.一种获取爆燃能的方法，将爆燃物分为大小相同或质量相等的爆燃丸(10)，盛装在双层盒(12)里，由导管通过滑腔导向爆燃室，在爆燃室中装有单向导气阀(7)的动能块(2)或动能杆(3)撞击或电火花引爆爆燃丸，在爆燃装置壳体(1)上装有卡锁动能块(2)的转动簧片卡(4)或卡锁动能杆(3)的平动簧片卡(5)，其特征在于：爆燃瞬间的能量传给动能块(2)或动能杆(3)，使装有单向导气阀(7)的动能块冲开转动簧片卡(4)或使动能杆冲开平动簧片卡(5)，动能块(2)或动能杆(3)在滑腔中往复运动做功。

2.根据权利要求1所述的一种获取爆燃能的方法，其特征是：爆燃装置有两两对称多个滑腔的爆燃装置壳体(1)。