奥运火炬燃烧材料是什么?

奥运火炬燃烧材料是什么?
奥运火炬燃烧材料是什么?

奥运火炬燃烧材料是什么?
北京2008年奥运会火炬接力活动将历时130天,传递总里程约13.7万公里.在这漫长的“旅途”中,圣火会在一只只火炬间接力传递.那么我们将怎样保证整个火炬接力过程不出纰漏呢? 首先我们来看火炬,北京奥运会火炬长72厘米,重985克,在工艺上采用轻薄高品质铝合金和中空塑件设计,下半部喷涂了高触感塑胶漆,手感轻盈舒适且不易滑落；每支火炬的燃烧时间15分钟,这对于传递过程已经足够,因为每届奥运会火炬手数量和传递距离有所不同,此次传递每天将有208名火炬手参与传递,一般每个火炬手传递200到400米,整个过程不会超过十分钟. 130天的过程中,有33天属于境外接力,5月4日后圣火将回到中国大陆,继续其在内地进行97天的旅程.4个多月里,圣火将“光临”我国的31个省、自治区和直辖市的113个城市和地区,地理环境差异性较大不说,难保不碰上刮风下雨,火炬的火焰会受到影响吗? 当然不会.北京奥运会的火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面,达到了全新的技术高度,能在每小时65公里的强风中和每小时50毫米的大雨下保持燃烧,最低零下6℃到最高45℃的温度变化也不会对其燃烧产生影响.据悉,该火炬令人骄傲的内部燃烧系统是由航天科工集团自主设计研发,由于涉及军工技术,火炬燃烧技术被视为北京奥组委的核心机密. 另外,火炬火焰在零风速下火焰高度25至30厘米,在强光和日光情况下均可识别和拍摄,也就是说,不能到达现场为火炬手加油的朋友可以在电视机前看到清晰的火焰.这是因为丙烷产生的火焰呈亮黄色,火炬手跑动时,飘动的火焰在不同背景下都非常醒目.丙烷是一种无色无味且价格低廉的常用燃料,可以适应比较宽的温度范围,近几届奥运会都用丙烷等混合气体做燃料. 北京奥运会的“绿色奥运”理念在火炬上也能够得以体现.北京奥运会火炬的外形制作材料均为可回收的环保材料,而丙烷作为一种碳氢化合物,在燃烧后主要产生水蒸气和二氧化碳,同样也不会对环境造成污染. 初步了解火炬的制作材料和原理后,让我们仔细看一下火炬身上所具有的科技元素.航天三院三十一所的设计师们可以讲这些困难的奥秘告诉大家,让我们真正了解这支高科技奥运之“芯”. ①基本工作流程 航天芯,也就是2008年北京奥运火炬的燃烧系统,包括燃料供应系统(燃料瓶、稳压装置和回热装置)和燃烧器两大部分.工作时,利用开关工具顺时针打开燃料瓶上的常闭开关阀,瓶内的高压丙烷蒸汽经过稳压装置进行减压,并维持在相对稳定的某一压力值附近,然后经过有五个通气孔的燃料分配器的侧孔进入回热铜管,在流经燃烧室和燃料瓶后重新进入燃料分配器,并从两路分别进入预燃室和主燃室进行燃烧. ②燃料瓶 燃料供应系统的主要构成部件是稳压装置和燃料瓶,都是采用国内先进工艺和技术自主研发的.燃料瓶采用无缝冷拉工艺,直径为32毫米,即用一整块板拉成现在的形状,因此非常耐压(达14兆帕),相当于可承受水下1400多米的压力.由于火炬燃烧有时间要求,一瓶燃料需要保证燃烧15分钟以上,而燃烧器除要保证火炬形态外,也有一定的流量要求,因此为了既能保证和火炬外壳的匹配,又能满足燃烧时间,燃料瓶只能做得又细又长.这从工艺上讲,难度大大增加.因为是整体成型,且燃料瓶壁的壁厚不到1毫米,在长细比达到7.5倍的情况下是很容易拉裂的. ③燃料的选择 燃料用的是99%以上纯度的丙烷.历史上的奥运火炬用混合燃料的较多.采用丙烷燃料是为了能在火炬传递路线范围内,满足环境温度的要求.其次颜色也是一个考虑,丙烷燃烧后火焰是橙色,具有较好的可视性. ④稳压装置 稳压装置也是特别研制的.从燃料瓶里出来的气体压力是不稳定的,随着温度降低而减小.而火炬的燃烧需要一个稳定的流量,稳压装置的作用就是提供一定压力,一定流量的燃料供应,这和一般稳压装置的原理是一样的.气态的燃料以相对较高的压力进入稳压装置的进口,以高出环境压力一定范围的压力流出,保证燃烧所需的燃料压力和流量.稳压器的设计要求一般就是小巧轻便和多功能.现在的稳压装置共有四个功能：第一是将火炬开关设计到稳压装置上,这就少了一个零件；第二是减压；第三是稳压；第四就是在意外跌落的情况下,还能确保火炬继续燃烧,不会发生危险. ⑤燃料瓶和稳压装置的连接 燃料瓶和稳压装置采用螺纹连接,燃料瓶口用外螺纹,稳压装置用内螺纹.这个虽不是独创,但在火炬上用得比较少.以前的一些火炬用的是现成的燃料瓶,多数是采用直接的顶压方式.这种没有螺纹的连接方式,如果气体压力过大,顶针会顶得很紧,用起来费劲；如果压力过小,由于使用时的振动,容易松脱,造成漏气；同时由于是非精确定位密封,在压紧的过程中或使用过程中也容易密封不严而漏气,既不安全,也容易熄火.我们吸取了国外火炬的经验和教训,采用了螺纹接口. ⑥回热管 2000年悉尼奥运会和2002年盐湖城冬奥会的火炬都采用了保温装置.因为对于气相燃烧而言,若没有有效的热量补充,燃料瓶的温度是下降的.燃料在低温状态下,蒸汽压会降低,有可能会影响火炬燃烧性能.最初的设计就遇到了这个问题.刚研制时燃料瓶容积较大,因此它降温慢.现在燃料瓶小了,而燃烧时间要求提高,所以必须要加回热装置.要给它加热,就要有热源,于是很自然地想到利用火炬自身的火焰热量——燃料出来后不是直接进燃烧室,而是通过回热系统给燃料瓶进行加热,减缓温度降低的速度,满足燃烧时间.回热管还有个好处,就是热交换不可能把所有热量都交换掉,所以管内的气体温度也是升高的,有利于燃烧,这是个额外的好处. ⑦燃烧器 双火焰是一个核心设计,并在国内第一次运用.燃料经过回热之后,分两路,一路进入预燃室,一路进入主燃室,基本上按1:2的比例进行分配.预燃室底部中心是喷嘴,其周围是进空气的孔.火炬外壳底部也有一定面积的进气通道.预燃室燃料往上喷时,会带动周围空气上升进入预燃室,这就是引射作用. 预燃室中燃料和空气混合后再燃烧,火焰像我们家里的煤气灶一样,掺混得比较好,燃烧充分,火焰温度比较高,形状短,是蓝色的,在强光下不易看见.而主燃室的燃料没有经过预混,燃料喷出后和空气混合,先扩散再燃烧,火焰温度稍低些,呈不透明的橙色.火焰高度高于25厘米.预燃室相当于一个稳定的火源,保证它始终不灭,即使外面的主燃室火焰熄灭,它会马上把主火焰点燃. 国外也有类似双火焰的设计,但不太一样,不是预混气的.像2006年都灵冬奥会,也是前后两个燃烧室,但两个都是扩散火焰.我们考虑用预混火焰,主要是它的温度比较高,复燃主火焰比较容易些.另一方面,主火焰在上,预燃火焰在下,受外界影响相对就小,保护火焰就容易些. 这个设计实际上是受了吸气式发动机的启发.因为有的发动机也有一个小的预燃室.应该说这种方案在火炬的使用中是第一次.主火焰从圆形管道上均匀的小孔中喷出,这也是特别之处.国外有很多是从一个小口喷出,或者虽是多个喷口,但尺寸较大.我们也做过这样方案的试验,一方面不太利于火焰的稳定,另一方面燃烧时烟较大.我们现在这个设计,火焰能从一个环的小孔中喷出,好处之一是喷出的燃料比较均匀,是圆形的火焰；另一个就是喷出来的燃料能与空气掺混的比较均匀,燃烧比较充分,烟就会小,有利于观赏性和环保. 在火炬研制中我们发现,风速对火炬工作的影响最大,在专用设备上进行了大量实验,做到大风小风条件下,都不熄火.我们很希望得到一支性能可靠、稳定的火炬.我们认为今后应在实际环境中,继续对火炬进行各项参数考核,并经严格的生产过程,保证研制质量.我们期待着北京奥运火炬将在同一个世界,传播同一个梦想.