奥运火炬是用什么做燃料的?

奥运火炬是用什么做燃料的?
奥运火炬是用什么做燃料的?

奥运火炬是用什么做燃料的?
随着科学技术的发展,传递的圣火也在不断改进.
　　自从1936年第一次举行奥运火炬接力跑开始,传递圣火的火炬总共制造了24种样式,其中13个是为夏季奥运会设计的,11个是为冬奥会设计的.
　　1936年,卡尔·迪姆教授根据古希腊瓷器上的绘画设计,由德国人弗里德里希·克虏伯·许特韦克为柏林奥运会制作了第一把火炬.火炬由镁为主的燃料供燃,重460克,长27厘米.
　　1948年伦敦奥运会制作了两个火炬,一个重960克,长47厘米,另一个是专为最后一棒传递者制作的,重2.15公斤,长42厘米.
　　1952年赫尔辛基奥运会的火炬长57厘米、重1.08公斤,用合金材料制成,还有一个桦木制成的手柄.
　　1960年罗马奥运会的火炬由意大利考古工作者设计,重580克,长39.5厘米,由铜铝合金制成,用天然树脂松香作燃料.
　　1964年东京奥运会的火炬重826克,长64.8厘米,用不锈钢和铝制成.
　　1972年慕尼黑奥运会再次请1936年第一个火炬制造者克虏伯主持设计,用不锈钢制成的火炬长75厘米、重1.35公斤,燃料是液化气,能燃烧20分钟.
　　1976年蒙特利尔奥运会火炬长66厘米,重540克,燃料是经特殊处理的橄榄油,能烧10分钟.
　　1984年洛杉矶奥运会的火炬由特纳公司的纽哈特设计,重1.2公斤,长56.5厘米,由铝和铜合金制成,以丙烷作燃料.
　　2004年雅典奥运会火炬由金银两色的金属和木质手把构成,呈卷起的橄榄叶状,犹如向上喷发的烈火.火炬高68厘米,重700克,由希腊著名设计师安德雷亚斯·瓦罗佐斯设计,在总共21种不同的式样的竞争中脱颖而出
　　2008北京奥运
　　火炬结构特点
　　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.
　　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.
　　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.
　　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.
　　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.
　　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.
　　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.
　　我们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.