[發(fā)明專利]一種爆炸式閥門及其應(yīng)用以及提升能量轉(zhuǎn)化效率的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810114533.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108343765A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉貴文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉貴文
• 主分類號(hào): F16K17/22
• 分類號(hào): F16K17/22;F16K17/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種爆炸式閥門，包括依次相連的氣源室、膨脹爆炸室以及導(dǎo)流管，氣源室與膨脹爆炸室之間設(shè)有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔內(nèi)設(shè)有進(jìn)氣閥，膨脹爆炸室與導(dǎo)流管之間設(shè)有錐形出氣口，所述錐形出氣口內(nèi)設(shè)有錐體密封裝置；所述錐體密封裝置由膨脹爆炸室內(nèi)氣體的壓力推開(kāi)，并能復(fù)位密封；所述進(jìn)氣閥由所述錐體密封裝置處密封狀態(tài)時(shí)打開(kāi)，并由所述氣源室或者由所述膨脹爆炸室內(nèi)氣體的壓緊力關(guān)閉；或者由所述氣源室內(nèi)氣體的壓緊力打開(kāi)，并由所述膨脹爆炸室內(nèi)氣體的壓緊力關(guān)閉。本發(fā)明的爆炸式閥門可以保證爆炸效果持續(xù)的發(fā)生并具延續(xù)性，大大提升能量轉(zhuǎn)化效率，可以廣泛應(yīng)用于葉輪動(dòng)力裝置、導(dǎo)彈或火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦輪噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)化的動(dòng)力裝置，尤其涉及一種將氣體壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動(dòng)力裝置，以及該裝置的應(yīng)用和提升能量轉(zhuǎn)化效率的方法。

【背景技術(shù)】

我們知道把熱能直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的動(dòng)力裝置有多種。比如：內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)、汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)等等。

就目前的熱能動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置來(lái)說(shuō)，其主要缺點(diǎn)是：尾氣溫度高，燃料有效利用率低，體積大又笨重，比功率不高。比如：靠工質(zhì)受熱膨脹做功的內(nèi)燃機(jī)，其熱功轉(zhuǎn)化有三種基本循環(huán)。1.混合加熱循環(huán)；2.定容加熱循環(huán)；3.定壓加熱循環(huán)。由于熱循環(huán)膨脹不徹底，或者余溫比較高，廢氣帶走的熱量比較多(內(nèi)燃機(jī)廢氣帶走30﹪以上的熱量)。而轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(如：曲柄連桿機(jī)構(gòu))體積比較大而笨重。使得動(dòng)力裝置的比功率難得到提升。雖然航空發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)比功率比較大，為了提升發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率需提高燃?xì)獾臏囟群蛪毫?。但尾氣的余速余溫也高了，使燃料的熱能沒(méi)得到充分有效利用。加之受溫度和壓力影響，材料的高溫強(qiáng)度提升是有限度的。

為了解決上述問(wèn)題，人們提出了爆震式能量轉(zhuǎn)化動(dòng)力裝置。比如：俄液體脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、俄科學(xué)院新西伯利亞拉夫連季耶夫流體動(dòng)力學(xué)研究所及莫斯科航空學(xué)院等2016年研究成功的脈沖爆震(機(jī)理上就是爆炸)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。就是利用燃料爆炸產(chǎn)生推力，其熱效率比普通的壓氣機(jī)燃燒的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高了一倍。爆炸和燃燒的本質(zhì)區(qū)別是：發(fā)生爆炸所需時(shí)間最短可百萬(wàn)分之一秒，而燃燒一般在千分之一秒左右。爆炸會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間壓力和溫度，能使熱能最大限度的轉(zhuǎn)化為氣體分子流動(dòng)的動(dòng)能。爆炸發(fā)生過(guò)程中一般不可控的，并且震動(dòng)和噪音比較大。所以在實(shí)際應(yīng)用中必須把控制好這些因素。

爆炸分為物理爆炸和化學(xué)爆炸。物理爆炸由于碰撞，壓強(qiáng)過(guò)大等原因產(chǎn)生的爆炸，化學(xué)爆炸是由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生巨大能量產(chǎn)生的爆炸。而我們所說(shuō)的爆炸效果就是能量在某一封閉的局部小區(qū)域內(nèi)聚集升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一壓力閥值時(shí)，能量在極短的時(shí)間內(nèi)突然釋放，產(chǎn)生爆炸效果，就像高壓氣球突然爆炸一樣。實(shí)驗(yàn)證明在無(wú)需提高氣體的溫度和壓力的情況下，爆炸效果能使氣體的熱能或壓力能最大程度的轉(zhuǎn)化為氣體分子流動(dòng)的動(dòng)能，因此出現(xiàn)氣體溫度大幅的下降的現(xiàn)象。爆炸效果的微觀解釋是：當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，所密閉容器(或者相對(duì)密閉)里的氣體分子在瞬間發(fā)生的強(qiáng)大熱運(yùn)動(dòng)勢(shì)能，分子間勢(shì)能作用下好像發(fā)生了集體“意識(shí)”一樣，在同一時(shí)刻，同一行為，統(tǒng)一動(dòng)作集中于某一結(jié)果的有序行為，出現(xiàn)所有的能量(分子熱能，分子勢(shì)能等)都向這一結(jié)果(氣體分子流動(dòng)的動(dòng)能)集中的現(xiàn)象，因此出現(xiàn)氣體分子溫度(熱能)大幅下降的現(xiàn)象。

而利用氣體分子流動(dòng)的動(dòng)能通過(guò)沖擊高速葉輪的方式就能方便的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能了，因此利用爆炸效果能提高熱能或者壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率。其次爆炸效果能產(chǎn)生極大的瞬間功率，控制好爆炸的頻次就能使動(dòng)力裝置獲得較大的比功率。

為了保證爆炸效果持續(xù)的發(fā)生并具延續(xù)性，必須有一結(jié)構(gòu)能反復(fù)產(chǎn)生突然“破裂”釋放能量，又能馬上“愈合”封閉能量，又能方便控制的重復(fù)機(jī)構(gòu)。一般說(shuō)氣球爆破了，破口就再也不能自動(dòng)愈合了。而目前爆炸持續(xù)性控制效果的技術(shù)難點(diǎn)就是破口后的自動(dòng)愈合。即爆炸前氣體受到密閉容器的約束，一旦爆炸后約束力瞬間降為零，這樣能快速釋放能量又干脆徹底，在能量釋放結(jié)束時(shí)(也即壓力降至最低時(shí))破口才能自動(dòng)愈合，重新組成密閉空間，然而目前的閥門是無(wú)法做到這一點(diǎn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】