探访"祥云"背后的秘密：是什么让火炬如此美丽

　　晨报首席记者陈敏

　　昨天，北京奥运会火炬正式在海南三亚开始传递。

　　此前历时130天的“和谐之旅”中，北京奥运会火炬传递约13.7万公里。在这漫长“旅途”中，无论是在阳光下，或是风雨中，又或是如在伦敦那样突降大雪，北京奥运会火炬“祥云”经受住了不同气象条件所带来的考验，令奥运圣火的火焰，一如既往地燃烧着，美丽且充满激情。

　　究竟是什么原因，令每一支北京奥运会火炬都能如此“百毒不侵”？经过对相关设计人员的深入采访，记者终于解开了这朵“祥云”背后真正的奥秘。

　　呼吸孔：生命之源

　　奥运火炬靠近顶端部位的云纹图案上，有一圈密密的细小的孔按图案排列。这些几乎被人们所忽视的小孔，对于火炬而言却如其名字———“呼吸孔”那般，至关重要。

　　设计人员进一步解释道：“外壳只起到一定的挡风作用。但要确保火炬火焰在风中不熄，光挡是远远不够的。如果只是定向风，靠挡是没有问题的，但问题在于，很多时候会遇到的是不定向风。”不定向风会令燃烧产生的烟气堵塞在火炬内部，导致火炬内部出现缺氧状况，从而导致火焰发生熄灭现象。

　　要能和调皮的不定向风斗智斗勇，让奥运火炬的火焰稳定的燃烧，在燃烧器、控制阀所起到稳定火焰的重要作用的同时，除了挡，还需要泄。这个时候，“呼吸孔”就起到了至关重要的作用，充分加大了烟气外排的通道，令火炬内部保证足够燃烧的氧气含量。不过，可别以为这些小孔就是随便开几个那么简单，它们的大小、数量是经过了前后50多个方案的反复试验验证后，才精确得出的。

　　“确定后的这些"呼吸孔"，每一个的直径都为1.2毫米，太大了会影响外观，而太小的话，效果就不够明显，不能保证北京奥运火炬小于1%的超低熄灭率。其总数为430个，数量的确定同样是从其性能要求，和配合外观双方面经过反复验证的。”设计人员说。

　　燃烧系统：坚实基础

　　北京奥运会火炬的内部构造中，最令人称道的莫过于其内部燃烧系统。因为其采用的是最新型的双火焰燃烧系统，位于火炬上部内，即有两个燃烧器同时产生火焰，起到了极好的稳定燃烧和抗风效果。这一燃烧系统实际上是受了吸气式发动机的启发，参考了飞机发动机和火箭燃烧技术，在火炬制造中为首次使用。国外也有类似双火焰的设计，如2006年都灵冬奥会的火炬，但它们都是扩散式燃烧器，没有预混装置。

　　北京奥运会火炬的燃烧系统中，其中一个是外环部位的扩散式燃烧器，即主燃室，我们所看到的火焰，主要就从这里产生。其工作原理是，燃料进入其中后，没有混合任何空气，直接从喷嘴喷出后，再和空气混合，先扩散后燃烧，火焰温度稍低些。它的作用，主要是用来保障火焰的外观，即让饱满的火焰呈不透明的橙黄色，可视度好。

　　另一个则是中心部位的预混式燃烧器，即预燃室。它的工作原理类似于人们家中常用的燃气灶具，所使用燃料进入其中后，将会有一些从其底部的6个小孔进入腔体内的空气与其混合入后，再从喷嘴出来，燃烧充分，火焰温度较高，但形状短，呈蓝色，在强光下不易看见。

　　同时使用两个不同的燃烧器，最关键的就是可起到稳定火焰的作用，提高其抗风性能。预燃室相当于一个稳定的火源，即使主燃室火焰熄灭，它也会马上把主火焰点燃，保证火炬始终不灭。

　　控制阀：火炬的心脏

　　传递过程中的奥运火炬在点燃前，都要由专门负责的工作人员用一把小小的钥匙，在火炬中部处做开启动作状。但这把钥匙到底开启的是什么呢？

　　“它起到一个开启气源的功能。这把钥匙顺时针转动后，可通过一个转轴拨动一个顶杆，由顶杆顶开燃料罐上的常闭开关阀。”设计人员表示。更形象点说，这把钥匙，其实就是启动了火炬的“心脏”———控制阀。“这个控制阀可没有外表看上去的那么简单，它的内部有十几个零件组成。说穿了，它就相当于人的心脏。”

　　这颗“心脏”是否正常并强有力的跳动，极大地影响着火炬火焰的稳定性及大小。因为火炬从某种程度上讲，也是一个低压燃具，而低压燃具的“心脏”就是主要起稳定、控制的阀体。

　　火炬控制阀的稳压系统，就是使燃料罐中的高压液态燃料在转变为气态后，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。这一稳压系统，可避免因喷出的燃气压力过大，而导致产生的火焰过高。与此同时，又可避免当火炬燃烧了一段时间后，燃料罐内的燃料少了，气压相对低了时，火焰过于小，从而影响到其抗风效果。简而言之，稳压系统可保证无论燃料多与少，出口压力的恒定，从而保证火焰的高度、大小，确保其抗风性。这点，在高原地带尤其重要。

　　此外，“火炬的钥匙开启式，也是以前从未有过的，是比较经典的设计。这也就意味着，如果没有工具的话，就无法开启火炬的燃烧系统，具有较高的安全性。这样也不容易产生什么误动作所带来的后果。比如说，我不小心给打开了，或是在火炬传递结束后，在其使命结束后还能点燃圣火。”相关设计人员表示。

　　燃料罐：火炬的动力源

　　同样容易被人们忽视，但却起至关重要作用的，还有燃料罐。为了既能保证和火炬外壳的匹配，又能满足燃烧时间，火炬内的燃料罐和我们在市面上常见的普通燃料罐大不相同。

　　它是一个非标罐身，直径为32毫米，长240毫米，长径比为7，而国家的相关标准为不大于5。这种非同寻常的罐身，对于传统的成型工艺来说，是不可能实现的。因此，相关设计人员采用了非常规制作工艺，将一块铝锭，通过一套模具挤压成型，之后再多次拉伸，然后通过收口、螺纹等几道工序后，形成一体化的非标罐身。如此工艺制作下，燃料罐的罐身壁厚约为1.5毫米，看上去很薄，可相关设计人员笑着说：“要想弄开这个燃料罐，恐怕你得用锯子锯了。”

　　别看它长得又细又长还皮薄，它却可以在25公斤即2.5兆帕的压力下，安全无事。换句话说，就算把它沉入250多米的水下，也不会有事。

　　奥运火炬基本工作流程

　　北京奥运会火炬“祥云”的内部燃烧系统，由两大部分组成，包括了上部的燃烧器，和中下部的燃料供应系统，即燃料罐、稳压阀和回热管。

　　工作时，利用开关工具即钥匙，顺时针打开燃料罐上的开关阀，罐内的高压丙烷从液体转化为气态后，经稳压阀减压，并维持在相对稳定的某一压力值附近，兵分两路，一路进入主燃室燃烧，另一路进入预燃室与空气预混后再燃烧。同时，位于火焰附近的回热管被加热后，将热量传至燃料罐，保证其内部燃料即丙烷气化的所需热量。