氢燃料如何稳定供给？火种灯如何不熄灭？
火炬内飘带质地丝滑 涂钠盐让火焰变金黄
中山的生产基地,工人正在加工火炬内飘带。
火炬内飘带。
火种灯。
火种台。
2月2日,冬奥火炬开始传递,将有1200名火炬手参与。
去年2月,北京冬奥会、冬残奥会火炬“飞扬”外观设计公布。经过与北京冬奥组委联合组织的企业现场考察和样品测试验证,最终确定了冬奥火炬各部件及周边产品加工企业。随后,一个集火炬外飘带—内飘带—燃烧系统—火种灯—仪式火种台—终端检测—交付产品为一体的总流程,在上海、北京、江苏、广东、河北等五大基地迅速建立并快速运转起来。蕴含高科技的冬奥火炬如何实现量产?南都记者采访了相关研发团队,以及负责生产冬奥火炬内飘带、火种灯、仪式火种台等配套产品企业的广东中山加工基地,揭秘火炬、火种灯、火种台背后的科技元素。
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火炬氢气燃料如何实现稳定供给?
高压浓缩氢气进瓶后,加上减压阀
研发团队告诉南都记者,“飞扬”火炬是碳纤维氢能火炬,重量约为1.5千克。北京冬奥会的火炬燃料采用了氢气,能够实现零碳排放,但把足量的氢气储存在手持火炬中,不是一件容易的事。
上海石化副总经理、火炬量产项目领导小组副组长黄翔宇介绍,手持火炬体型小,为储存足量的氢气,研发团队用42MPa高压将12克氢气压缩进氢气瓶,将氢气瓶放入火炬。
解决了储存问题后,如何实现氢气安全减压和稳定供给,又是一道难题。
黄翔宇介绍,完成充气后,氢气瓶内部压力相当于420个大气压,氢气瓶必须具备很高的安全性。为此,航天科技技术团队研制出了高精度减压阀,氢气在使用时能够安全减压和稳定供给。还在氢气瓶铝合金内胆上缠绕了一层碳纤维,使氢气瓶更坚固、更安全。
采用氢气做火炬燃料还需解决火焰显色度问题。“正常氢气燃烧时火焰呈淡蓝色,在日光下接近透明。我们在火炬上涂了具有显色功能的钠盐,钠盐被火焰灼烧时会发生焰色反应,使火焰变为鲜艳明亮的金黄色。”黄翔宇说。
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火炬内飘带如何实现质地丝滑?
用工匠级手艺量产内飘带
火炬内飘带如何实现质地顺滑?
根据要求,要在3D打印材质上做出“中国红”,表现出“国旗在空中飘扬”、丝绸般的顺滑质感,100%还原设计师的“飘”和“亮”的理念。
要实现3D打印材质到成品的丝滑感需要采用传统手工工艺,用工匠做工艺品级别的手艺来量产工业品。火炬内飘带生产团队总工程师罗添翼在中山小榄、佛山顺德、江门等地甄选出最好的材料打磨厂。“工艺品浓缩的是工匠手工的矜贵,但不可能每一件都一样,不同师傅做出来肯定有差别。要量产工艺品级别的工业品,怎么做到呢?”
攻关之初,罗添翼在上游打磨厂车间里琢磨了好几天,把不规则螺旋型结构又带波浪纹的内飘带3D打印坯件摸透,做出几个合格品,然后编写精确到秒和力度的工作手册,分发给打磨生产线上的师傅,培训、试制。
打磨只是其中一个生产环节。3D打印坯件打磨-抛光之后,内飘带要经过表面糙化、除尘、预热、涂敷、烘烤等一系列流水线工序。
南都记者了解到,火炬内飘带成品有丝绸飘逸质感,纳米级陶瓷涂层厚度,耐受800-1000℃高温5-10分钟。
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火种灯如何保证不熄灭?
内外灯罩之间设计导流通道,有效泄压
北京冬奥会火炬设计者李剑叶表示,火种灯的造型灵感来自“中华第一灯”——西汉长信宫灯。火种灯的功能是确保火种在不同地点间实现运输,而且保证它不能熄灭。
“为此,我们做了很多结构上的创新。例如火种灯的玻璃是双层结构,它既保证了灯具的进气量,能够让火焰的高度适中并充分燃烧,又不至于产生黑烟和异味,保持火种灯外观清洁、透亮。”李剑叶说。
火种灯设计团队成员洪文明介绍,火炬器具设计的前提是以保安全、保稳定为主。“比如,火种灯在内外灯罩之间设计了一个导流通道,可在风吹产生正压和负压的时候,达到有效泄压作用,减小风力对火种灯火焰的影响,保障在5至6级风速下火焰不熄灭。”
据了解,火种灯的这种双层结构是首创,将空间自上向下全部打通,使灯具上部有气压产生时,腔体内的二氧化碳废气可以从侧壁空间顺利排出。
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火种台如何保证安全性?
上下分块,避免火苗下蹿
北京冬奥会仪式火种台以“承天载物”为设计理念,创意灵感来自中国传统青铜礼器——尊。上方是开放式的燃烧室,雕花纹理是以中心点散开的六边形雪花,将火种台“尊”的曲线造型和沉稳的基座体现得恰到好处。
据火种台生产团队介绍,仪式火种台的燃料为固定喉管接入的丙烷。由于火种台火焰比火种灯和火炬大得多,其安全性要求更高。
火种台生产团队告诉南都记者,他们把飘带造型的火种台做成上下两个主要分块,下方支架与上部燃烧室完全隔开,可避免火苗下蹿形成台体内部爆燃可能。上部燃烧室则以侧面环绕镂空间隙,方便提供足够的空气交换空间,保证正上方火苗燃烧稳定。
采写:见习记者 丁境炫 南都记者任磊斌 潘珊菊 实习生 赵姬
摄影:南都记者刘威(部分广州石化供图)
