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燃料是火炬内部系统设计首要解决的问题。此次，北京奥运会火炬选择了丙烷作为燃料。它燃烧后主要产生水蒸气和二氧化碳，不会对环境造成污染。而且丙烷可以适应比较宽的温度范围，在零下40摄氏度时仍能产生1 个以上饱和蒸气压，高于外界大气压，形成燃烧；丙烷可在低温保持一定的压力，像丁烷在低温时压力就变得很低了，很难喷出来。以往很多火炬传递需要跟着保温车，在保温车里保温，点燃的时候再把燃气罐拿出来，而丙烷燃料适应的温度范围比较宽。加上它产生的火焰呈亮黄色，火炬手跑动时，动态飘动的火焰在不同背景下都比较醒目。因此，它非常符合作为火炬燃料的各项技术指标。* `4 x' E$ l& q1 g- N
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但是丙烷也存在问题：在低温时压力较小，喷出相对困难，而且在丙烷液体变成气体时需要吸收热量，导致燃气罐温度降低。对于这个技术难题来说，需要提高燃气罐的压力，一般来说，只有充入更多的丙烷气体，或者增加对燃气罐加热的装置，这样就额外的损失了能量。
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TRIZ 理论认为，这里实际存在着“应力，压强”与“能量损失”这一对技术矛盾。根据这一矛盾对，在TRIZ 理论的矛盾矩阵表中找到相应位置（图6）,得到TRIZ 理论所推荐的创新原理是：: c5 l+ L- h: i9 D
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图6 矛盾矩阵
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3 M/ }: I9 ] ]8 ^ ● 第2 号抽取原理（Principle of isolation）：从物体中抽出产生负面影响的部分或属性，或者仅抽出物体中必要的部分或属性。
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9 Q$ B$ N C* @; D% ` O: y$ L ● 第36 号相变原理(Principle of using phasetransition)：利用物质相变时产生的某种效应。如体积改变，吸热或放热。
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● 第25 号自服务原理(Principle of self-service)：使物体通过执行辅助或维护功能为自身服务，或者利用废弃的能量与物质。3 ?3 f, {# ^+ G7 \- C; c
/ i* I9 N0 d' S. c& d& l 其中，根据TRIZ 第25 号自服务原理（图7），我们可以利用到火炬燃烧时本身会释放出热量，设计增加回热管(heat regenerative pipe)，用火炬火焰的热量来加热燃气罐，这样就可以使得丙烷始终保持一定的温度，很好地解决了这一技术难题。
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* ~1 L8 H, _4 u+ f7 W) ]6 \& x图7 自服务原理) U/ F+ d& g3 g! f) s" l/ D
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3.2 不灭的火焰——火焰方案
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7 v9 i. F! I5 V2 { 火炬在传递过程中要求不能熄灭，而且不论刮风还是下雨，都必须保持火炬燃烧的状态。尽管大家过去也都想了很多方法，但是在奥运会历史上还是经常出现意外。例如，上一届雅典奥运会在火炬传递的两个最重要的仪式上都曾出现熄火现象。与此不同，在悉尼奥运会上，奥运火炬还首次实现在海底传递。对于一般的奥运火炬来说，要保证火焰不灭，那么必须要能够始终足够的产生大量的热才能维持火焰在各种极端情况下，相应的要求气体燃料足够多，燃烧室中产生火焰热量足够大才能抵御各种情况。这样势必要求燃烧系统所占的体积很大，相应火炬的重量也会增加。但是对于奥运火炬传递手来说，从安全的角度考虑，不希望火焰的热量过大，同时为了使用方便，也不希望火炬的体积和重量过大的。因此，技术系统中对同一参数出现了完全相反的要求，在TRIZ理论中将这种情况称为“物理矛盾”。在TRIZ 理论中，由第41号到51号创新原理来专门解决物理矛盾。 ]3 ?. }: g L N3 U4 C7 P
) R& F4 `9 e- _! B7 Y 对于火焰不灭问题，TRIZ 理论所推荐的第41号创新原理：矛盾空间分离原理（Separation of contradicting properties in space）（图8），与此次北京奥运火炬所采用的是“双火焰方案”设计思想是完全一致的，将整个燃烧系统分为： 预燃室(precombustion chamber)和主燃室(maincombustion chamber)。
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( ~# G& x1 \/ ]9 d5 u图8 矛盾空间分离原理: r* X m7 U9 C
7 m3 Q$ } k2 `. |, F+ D) W7 K" W 整个火炬燃烧系统的工作方式是：当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，然后经过稳压阀。气体从稳压阀出来后，会经过回热管，到达阀门后气体“兵分两路”，一路流到燃烧器的预燃室，另外一路流到主燃室。到达预燃室的气体与空气形成预混火焰；到达主燃室的气体，将进行空气的补燃，形成饱满的火焰。火炬内的预燃室保持一个比较小但十分稳定的火焰，如果出现极端情况，主燃室火焰熄灭，预燃室仍能保持燃烧，保证火炬不熄灭。
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另外，火炬的燃气罐和稳压阀是连接在一起的，稳压阀的作用是使从气罐里出来的气体经过稳压阀后，保持一定的压力。如果气体压力稳定的话，在各种气候变化时，火炬的火焰能保持一定高度。这样的设计使得北京奥运会火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度，能在每小时65公里的强风和每小时50 毫米的大雨情况下保持燃烧。
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: C' g# Y6 F& {' h0 j图9 祥云火炬顶部8 x( ~3 }; ^* _+ K) I" W: M
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3.3 防止风的回旋火炬顶端的纸卷形状（图9）容易形成风的回旋，因此，需要改进燃烧系统的抗风性。而实际上，只要预燃室不灭，整个火焰也就不会灭。那么对于提高预燃室抗风性的问题，需要改进的火炬燃烧系统的可靠性，但要提高火焰的可靠性，那么必须提供更大的热量，这样就造成了火炬能量损失。根据“可靠性”和“能量损失”这一矛盾，再由TRIZ 理论的矛盾矩阵表，得到推荐的创新原理是：
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; s& a" c& M# W3 T$ Q q7 V ● 第10号预先作用原理（Principle of preliminary action）；
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a) 预先对物体（全部或至少部分）施加必要的改变；
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* Z) ~2 `( A+ u4 a- I4 t% T" E: ] b) 预先安置物体，使其在最方便的位置开始发挥作用而不浪费运送时间。 |
楼主: 深南大道
发表于 2008-4-14 05:55:33
