Пожарный поршень - Fire piston

Кусок хлопковой ткани воспламеняется от внезапного сжатия огненного поршня.
Демонстрация пожарного поршня

А пожарный поршень, иногда называемый пожарный шприц или пускатель огня, это устройство древнего Юго восточный азиат происхождение, которое используется для разжигания огня. Он использует принцип нагрева газа (в данном случае воздуха) быстрым и адиабатический сжатие, чтобы зажечь кусок Трут, который затем используется для зажигания растопки.[1]

Описание и использование

Современный пожарный поршень из ПВХ трубы 1/2 ", деревянного дюбеля и резинового уплотнительного кольца.

Пожарный поршень состоит из полого цилиндр запломбированы с одного конца и открыты с другого. Размеры варьируются по длине от 3 до 6 дюймов (от 7,5 до 15 см) с отверстием диаметром около 0,25 дюйма (6–7 мм) до 10–14 дюймов (от 25 до 35 см) с отверстием около 0,5 дюйма (14 мм). ) в диаметре. А поршень с герметичным циркуляром печать вставлен в цилиндр. Набивка колонны, смазанная водой, или резиновая прокладка, смазанная консистентной смазкой, используется для создания герметичного, но скользкого уплотнения. На конце поршня сделана небольшая полость, где Трут может быть вставлен без его раздавливания во время последующих операций. Поршень можно полностью вынуть из цилиндра для установки или снятия трута.

Поршень (или цилиндр) имеет ручку на конце, позволяющую надежно захватить его, или достаточно большую площадь поверхности, чтобы ударить по нему резко, не причиняя боли, в то время как цилиндр (или поршень) зажат или ударяется о твердая поверхность. Сжатие воздуха, когда поршень быстро вдавливается в цилиндр, вызывает резкое повышение внутренней температуры до более 400 ° F (260 ° C), температура самовоспламенения трута. Он достаточно горячий, чтобы трут на поверхности поршня или в его поверхности загорелся с видимой вспышкой, которую можно увидеть, если цилиндр изготовлен из полупрозрачного или прозрачного материала. Затем поршень быстро вынимается, прежде чем горящий трут исчерпает доступный кислород внутри цилиндра. Затем тлеющий трут можно удалить с торца поршня и перенести в большее гнездо из трутовика. В уголь затем энергично обдувается или обдувается, чтобы создать пламя, в это время могут быть добавлены различные стадии более крупного возгорания, пока не превратится в полномасштабный огонь.

Древние и современные версии пожарных поршней изготавливались из дерево, рога животных, рога, бамбук, или металл. Сегодня пожарные поршни обычно изготавливаются из дерева, металла или пластика. Сделай это сам стали доступны конструкции с использованием деревянных дюбелей, ПВХ и медных труб, а также резиновых уплотнительных колец, для создания версий стоимостью менее 2 долларов США каждая.

Принцип действия

Пожарный шприц XIX века в стеклянном цилиндре с металлическим поршнем, к которому крепится трут.

Быстрое сжатие газа одновременно увеличивает его давление и температуру. Если это сжатие осуществляется слишком медленно, тепло будет рассеиваться в окружающую среду, поскольку газ возвращается к тепловому равновесию с ними. Если сжатие происходит достаточно быстро, то для достижения теплового равновесия не остается времени. В абсолютная температура Температура газа может внезапно стать намного выше, чем температура окружающей среды, увеличиваясь от исходной комнатной температуры газа до температуры, достаточно высокой, чтобы поджечь трут. Воздух в цилиндре действует как источник тепла и как окислитель трутовика.

Тот же принцип используется в дизельный двигатель для воспламенения топлива в цилиндре, устраняя необходимость в свече зажигания, которая используется в нефтяной двигатель. Принцип работы ближе к двигатель горячей лампы, предшествующий дизелю, поскольку топливо (трут) сжимается с газом, в то время как в дизельном топливе топливо впрыскивается, когда газ уже сжат и имеет высокую температуру.

Пожарные поршни имеют коэффициент сжатия примерно 25: 1. Это сопоставимо с примерно 20: 1 для современного дизельного двигателя и между 7: 1 и 11,5: 1 для бензинового двигателя. Пожарный поршень сделан намеренно узким, чтобы человеческая сила без посторонней помощи могла приложить достаточно силы, чтобы максимально сжать воздух в цилиндре. Для достижения высокой степени сжатия конечный сжатый объем трута и воздуха должен быть небольшим по сравнению с длиной поршневой трубки. Эти два фактора вместе означают, что только небольшое количество трута может быть зажжено пожарным поршнем, но этого может быть достаточно, чтобы зажечь другой трут и, в свою очередь, зажечь более крупный огонь.

Лучше всего подойдут приправы, которые воспламеняются при очень низкой температуре. Легко воспламеняющиеся материалы, такие как обугленная ткань или Амаду хорошо работает как трут, а также может удерживать угольки. Напротив, хлопковые волокна воспламеняются при температуре 455 ° F (235 ° C) и ярко вспыхивают, но не тлеют. Яркой вспышки света иногда достаточно для демонстрационных целей, но она не приведет к постоянному возгоранию.

Конструкция насоса с ручным приводом, например обычного велосипедный насос, очень похожа, за исключением того, что насос также имеет клапаны и шланг для подачи сжатого воздуха на выходе. В случае насоса нагрев сжатого воздуха является нежелательным. побочный эффект. Как в пожарных поршнях, так и в насосах, механизм и смазочные материалы должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать высокие пиковые температуры и давления.

История

Юго-Восточная Азия и Мадагаскар

Пожарные поршни от Таиланд (1,2); то Филиппины (3,4); и Ява, Индонезия  (5)[2]

Огненные поршни были изобретены выходцами из Юго-Восточной Азии (вероятно, Австронезийские народы ). Их использование было в основном сосредоточено в Австронезийский регионах, особенно в Малайский полуостров, Филиппины, Борнео, Суматра, Ява, некоторые острова к востоку от Явы, включая Флорес, И в Мадагаскар. Они также встречаются в Бирма, Таиланд, и Лаос в Материковая часть Юго-Восточной Азии, а также части Юньнань И в Япония.[3][4][5][6]

Современная копия пожарного поршня из кокоболо

Огненные поршни в Юго-Восточной Азии изготавливались по-разному из бамбука, дерева, металла, слоновой кости, кости и рога. Основная труба обычно имела длину около 3,25 дюйма (8,3 см) и диаметр 0,5 дюйма (1,3 см) с размером отверстия около 0,375 дюйма (0,95 см).[7] Конец трубки обычно расширялся в небольшую полость, используемую для хранения трута.[2] Использованный трут обычно получали из оснований листьев пальмы и ротанг виноградных лоз и обычно хранились в трут несется вместе с поршнем. Сообщалось, что они были известны как лек пхай ток в Тайский; и гобек апи в малайский (буквально "огонь Ступка и пестик ).[8]

Древность огненного поршня в Юго-Восточной Азии неизвестна, но определенно предшествовала Австронезийская колонизация из Мадагаскар (ок. 100-500 гг. н.э.). Это было одно из первых убедительных доказательств того, что Мадагаскар имеет происхождение из Юго-Восточной Азии.[6]

Принципы пожарных поршней также использовались при строительстве Юго-Восточной Азии. поршневые сильфоны с бамбуком. Эти поршневые сильфоны могли закачивать достаточно воздуха в печь для получения достаточно высоких температур для плавления металла, что привело к независимому развитию сложных бронзы и железа. металлургия в Юго-Восточной Азии примерно с 1500 г. до н.э. В частности, при разработке бронза гонги (например, из Донг Сон культура ), которые затем экспортировались в древние морские торговые сети Юго-Восточной Азии.[6][9] Эти поршневые сильфоны достигли Мадагаскара до контакта с Европой.[10] Технология изготовления бамбуковых поршневых сильфонов также была рано заимствована китайцами, полностью заменив традиционную китайскую технологию изготовления кожаных сильфонов.[6][11]

Был ли вопрос о том, повлияли ли на европейские пожарные поршни огненные поршни из Юго-Восточной Азии, был предметом споров. Но Бальфур (1908) и Фокс (1969) убедительно продемонстрировали, что европейские огнестрельные поршни были независимо обнаружены с помощью пневматического оружия. Фокс, однако, пытается утверждать, что огненные поршни в Юго-Восточной Азии были привезены из Европы, но другие ученые отвергают это как неубедительное. Наличие производных поршнево-сильфонных технологий и существование пожарных поршней даже в изолированных и широко разделенных культурах, таких как Качин Северной Бирмы и Игорот нагорья Лусон, однозначно свидетельствует о том, что пожарные поршни в Юго-Восточной Азии существовали задолго до европейских версий.[4][10]

Несмотря на независимое изобретение европейских пожарных поршней, именно пожарные поршни из Юго-Восточной Азии вдохновили Рудольф Дизель в его создании дизельный двигатель примерно в 1892 году, а не в европейских версиях (которые к концу 19 века в значительной степени были заменены спичками). Дизель был учеником изобретателя Карл фон Линде. Он получил представление о двигателе внутреннего сгорания после того, как стал свидетелем того, как Линде зажег сигарету с помощью пожарного поршня. Этот пожарный поршень был приобретен Linde из Юго-Восточной Азии во время лекции в Пенанг.[5][12][13]

Европа

Первый зарегистрированный на Западе огнестрельный поршень был изготовлен в 1745 году аббатом Агостино Руффо из Вероны, Италия, который делал пару пневматических ружей для короля Португалии. Джон V. В то время как Руффо проверял герметичность воздушного насоса пистолета, закупорив его выход куском дерева, он заметил, что после того, как он нагнетал давление в насос, дерево обгорело. Впоследствии он обнаружил, что трут воспламенился насосом. Руффо создал прибор для дальнейшего изучения этого явления,[14] но его изобретение не получило популяризации.

Сообщается, что первый огненный поршень широко дебютировал перед учеными в 1802 году.[15] и был запатентован в 1807 году одновременно в Англии и Франции.[16] Огненные поршни, или «огненные шприцы», как их тогда называли, в течение короткого периода времени пользовались популярностью в некоторых частях Европы в начале девятнадцатого века, пока их не вытеснили фрикционный матч изобретен в 1826 году.[17]

В США описания публикуются много лет.[18][19][20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Манансала, Пол К. (24 марта 2006 г.). «Металлургия, Юго-Восточная Азия (Глоссарий) Поршневые сильфоны». Получено 2007-05-28.
  2. ^ а б Хаф, Уолтер (1926). Огонь как агент человеческой культуры. Смитсоновский институт, Национальный музей США. С. 109–110. ISBN  9780598370822.
  3. ^ Хаф, Уолтер. 1928. Аппарат для разжигания огня в Национальном музее США. Труды Национального музея США 73(2735):1–72.
  4. ^ а б Бальфур, Генри. 1908. Пожарный поршень. Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского института, показывающий операции, расходы и состояние учреждения за год, закончившийся 30 июня 1907 г., 565–593. Вашингтон, округ Колумбия: Государственная типография.
  5. ^ а б Огата, Масанори; Шимоцума, Ёрикадзу (20–21 октября 2002 г.). «Происхождение дизельного двигателя - в огненном поршне горных людей, живших в Юго-Восточной Азии». Первая международная конференция по бизнесу и трансферу технологий. Японское общество инженеров-механиков. Архивировано из оригинал на 2007-05-23. Получено 2007-05-28.
  6. ^ а б c d Нидхэм, Джозеф (1965). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение. Издательство Кембриджского университета. С. 140–141. ISBN  9780521058032.
  7. ^ Тилтон, Бак (2010). Полная книга огня: разведение костров для тепла, света, приготовления пищи и выживания. Menasha Ridge Press. С. 34–35. ISBN  9780897328296.
  8. ^ Джеймисон, Ричард; Джеймисон, Линда (2007). Примитивные навыки и ремесла: руководство по укрытиям, инструментам, оружию, отслеживанию, выживанию и многому другому.. Skyhorse Publishing Inc., стр.163 -176. ISBN  9781602391482.
  9. ^ Холл, Кеннет Р. (2010). История ранней Юго-Восточной Азии: морская торговля и социальное развитие, 100–1500. Rowman & Littlefield Publishers. п. 4. ISBN  9780742567627.
  10. ^ а б Нидхэм, Джозеф (1970). Клерки и ремесленники в Китае и Восточной Европе. Издательство Кембриджского университета. С. 155–167.
  11. ^ Вертайм, Теодор А. (1961). Наступление эпохи стали. Brill Archive.
  12. ^ История Дизеля (Фильм). Архивы Прелингера: Shell Oil. 1952 г.. Получено 2007-02-16.
  13. ^ Гурстель, Уильям (2009). «Рудольф Дизель и огненный поршень». Делать. Севастополь, Калифорния: O'Reilly Media. 19: 166–168. ISSN  1556-2336.
  14. ^ Увидеть:
  15. ^ В 1802 году рабочий из Сент-Этьена, Франция, который долгое время занимался усовершенствованием пневматических винтовок, заметил, что (1) когда из ружья стреляли в темноте, оно излучало яркий свет, и (2) если был ворсинок присутствующий в пистолете, когда пистолет находился под давлением, ворс мог подгореть или даже воспламениться. Информация об этих наблюдениях достигла господ Эйнарда, Хэза и Генсула, которые подтвердили их и опубликовали. Жозеф Молле (1756–1829), профессор физики из Лиона, узнал об этих фактах и ​​исследовал их. В 1804 году он представил свои открытия Лионской академии. Увидеть:
    • Молле, Дж., Mémoire sur deux faits nouveaux, l'inflampting des matières горючие материалы и l'apparition d'une vive lumière, полученное par la seule сжатие воздуха; lu dans la séance publique de l'Académie de Lyon 27 марта 1804 г. [Воспоминания о двух новых фактах: возгорании горючих материалов и появлении яркого света, получаемого только путем сжатия воздуха; прочитано на публичном заседании Лионской академии 27 марта 1804 г.] (Лион, Франция: Ballancre père et fils, 1811). В 1804 году Молле предположил, что его открытия могут быть использованы для изготовления пожарного поршня. С п. 13: "Ce procédé nouveau assure tellement la réussite de l'expérience, que l'appareil qu'on vient de décrire pourrait être considérécom une espece de брикет." (Эта новая процедура настолько гарантирует успех эксперимента, что только что описанный аппарат можно рассматривать как тип более легкий.) Молле добавил (стр. 30–31) имена нескольких изобретателей, создавших огнестрельные поршни: г-н Дюмотье (или Дюмотье) из Парижа; Г-н Дюбуа, литейщик из Лиона; и мистер Тибо, еще один житель Лиона.
    • Домбр (1811) "Rapport sur un mémoire de M. Mollet, relatif à la production de la lumière et de chaleur par l'effet de compress" [Отчет о мемуарах г-на Молле о производстве света и тепла в результате сжатия], Подвеска Notice des Travaux de l'Académie du Gard l'année 1811, часть 1. С. 175–182.
    В 1803 г. Марк-Огюст Пикте (1752–1825), швейцарский ученый и журналист, который предал гласности открытия британской науки, сообщил о наблюдениях Молле Александру Тиллоху, редактору журнала. Философский журнал.Уильям Николсон, редактор журнала Журнал натуральной философии, химии и искусств, утверждал, что излучение света во время стрельбы из пневматического пистолета было замечено ранее в Англии «мистером Флетчером», который продемонстрировал эффект Николсону и его коллегам.Образование света во время разряда пневматической пушки исследовал Джон Харт из Англии и обнаружил, что оно вызвано загрязнением; Точно так же французский химик Луи Жак Тенар исследовал образование света при сжатии газов и обнаружил, что причиной этого является загрязнение.
  16. ^ В 1806 году «полковник Гробер», которым, вероятно, был Жак Франсуа Луи Гробер (1757–181?), Полковник французской артиллерии, задумал пожарный поршень (брикет пневматика, пневматическая зажигалка), но он был изготовлен профессиональным производителем научных инструментов в Париже, "Дюмотье" (по-разному пишется Дюмутье, Дю Мутье и Дюмотье). Увидеть:
    • Гроберт (апрель 1806 г.) "Moyen de produire des воспламенения par l'air comprimé" (Средства воспламенения сжатым воздухом), L'Esprit des journaux, françois et étranger, 4 : 139–145.
    • Морелот, Саймон, Аппликация Histoire naturelle à la Chimie [Естественная история в применении к химии] (Париж, Франция: F. Schoell, H. Nicolle, 1809), vol. 1, п. 94. Со страницы 94, сноска 1: " (1) Inventé par le полковник Grobert, exécuté par M. Дюмотье. "((1) Изобретено полковником Гробером, казнено г-ном Дюмотье.)
    • Крел, Питер О. К., История ударных волн, взрывов и ударов (Берлин, Германия: Springer Verlag, 2009), п. 273.
    В 1807 году Роберт Лоренц из Хаммерсмита, Англия, получил британский патент на пожарный поршень от имени Гроберта.
  17. ^ Фокс, Роберт. 1969. Пожарный поршень и его происхождение в Европе. Технологии и культура 10:355–370.
  18. ^ Смайли, Эдвин (февраль 1915 г.) «Примитивные методы разведения огня». Жизнь мальчиков, 4 (12) : 9.
  19. ^ Пост, Август (сентябрь 1929 г.) "Поле приземления: Дизельный двигатель" Жизнь мальчиков, 19 (9) : 44.
  20. ^ Спенсер, Билли (март 1974) «Человек и огонь», Жизнь мальчиков, 64 (3) : 6.

Библиография

  • Arbor Scientific, Инструменты, которые учат, Пожарный шприц P1-2020; http://www.arborsci.com/Data_Sheets/P1-2020_DS.pdf
  • Бальфур, Генри (1907) «Пожарный поршень», Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского институтаС. 565–598.
  • Фокс, Роберт (июль 1969) "Огненный поршень и его происхождение в Европе", Технологии и культура, 10 (3) : 355–370.
  • Джеймисон, Замечательный Firepiston Woodsmoke (1994) Menasha Ridge Press, Бирмингем, штат Алабама ISBN  0-89732-151-0
  • Джеймисон, Ричард с Мэл Дьюиз, «Замечательный пожарный поршень» в: Ричард и Линда Джеймисон, Примитивные навыки и ремесла: руководство для отдыхающих по убежищам, инструментам, оружию, отслеживанию, выживанию и многому другому. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Skyhorse Publishing, 2007), стр. 163–176.
  • Роулендс, Джон Дж. Страна Кэш-Лейк (1947); W. W. Norton and Company, Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

внешняя ссылка