Пожарный поршень
, Пожарный поршень иногда называемый пожарным шприцем или зажигалкой с ударным стержнем , представляет собой устройство древнего происхождения из Юго-Восточной Азии , которое используется для разжигания огня. По-малайски это называется «гобек апи». Он использует принцип нагрева газа (в данном случае воздуха) путем быстрого и адиабатического сжатия для воспламенения куска трута , который затем используется для поджога растопки. [1]
Описание и использование
[ редактировать ]Пожарный поршень представляет собой полый цилиндр, загерметизированный с одного конца и открытый с другого. Размеры варьируются в длину 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 (25–35 см) с отверстием около 0,5 дюйма (14 мм). ) в диаметре. поршень уплотнением с герметичным кольцевым . В цилиндр установлен Для создания герметичного, но скользкого уплотнения используется струнная набивка, смазанная водой, или резиновая прокладка, смазанная консистентной смазкой. На конце поршня выполнена небольшая полость, куда можно вставить трут , не измельчая его при последующих операциях. Поршень можно полностью вынуть из цилиндра для установки или снятия трута.
Поршень (или цилиндр) имеет ручку на конце, позволяющую его надежно удерживать, или достаточно большую площадь поверхности, чтобы можно было резко ударить по нему, не вызывая боли, в то время как цилиндр (или поршень) закреплен или ударяется о твердая поверхность. Сжатие воздуха при быстром вдавливании поршня в цилиндр приводит к резкому повышению внутренней температуры до более чем 400 ° F (260 ° C), температуры самовоспламенения трута. Она достаточно горячая, чтобы трут на поверхности поршня загорелся с видимой вспышкой, которую можно увидеть, если цилиндр изготовлен из полупрозрачного или прозрачного материала. Затем поршень быстро вынимают, прежде чем горящий трут истощит доступный кислород внутри цилиндра. Затем тлеющий трут можно снять с поверхности поршня и перенести в большее гнездо из трута. Затем угли энергично раздувают или обдувают , чтобы создать пламя, после чего можно добавлять различные этапы более крупной растопки, пока она не превратится в полномасштабный огонь.
Древние и современные версии пожарных поршней изготавливались из дерева , рогов животных , рогов , бамбука или металла. Сегодня пожарные поршни обычно изготавливаются из дерева, металла или пластика. Стали доступны конструкции , сделанные своими руками, с использованием деревянных дюбелей, труб из ПВХ и меди, а также резиновых уплотнительных колец для создания версий стоимостью менее 2 долларов США каждая. [ нужна ссылка ]
Принцип работы
[ редактировать ]Быстрое сжатие газа одновременно увеличивает его давление и температуру. Если это сжатие происходит слишком медленно, тепло будет рассеиваться в окружающую среду, поскольку газ возвращается с ней в тепловое равновесие. Если сжатие происходит достаточно быстро, то для достижения теплового равновесия не остается времени. Абсолютная температура газа может внезапно стать намного выше, чем температура окружающей среды, увеличившись от исходной комнатной температуры газа до температуры, достаточно высокой, чтобы зажечь трут. Воздух в цилиндре действует как источник тепла и как окислитель для трутовика.
Тот же принцип используется в дизельном двигателе для воспламенения топлива в цилиндре, устраняя необходимость в свече зажигания, которая используется в бензиновом двигателе . Принцип работы ближе к двигателю с горячей лампой , раннему предшественнику дизеля, поскольку топливо (трут) сжимается вместе с газом, тогда как в дизеле топливо впрыскивается, когда газ уже сжат и имеет высокую температуру. .
Пожарные поршни имеют степень сжатия примерно 25:1. Для сравнения: у современного дизельного двигателя это соотношение составляет примерно 20:1, а у бензинового двигателя — от 7:1 до 11,5:1. Пожарный поршень намеренно сделан узким, чтобы человеческая сила могла без посторонней помощи приложить достаточную силу для полного сжатия воздуха в цилиндре. Для достижения высокой степени сжатия конечный сжатый объем трута и воздуха должен быть небольшим по сравнению с длиной поршневой трубки. Вместе эти два фактора означают, что пожарным поршнем можно зажечь лишь небольшое количество трута, но этого может быть достаточно, чтобы зажечь другой трут и, в свою очередь, зажечь более крупный огонь.
Лучше всего подходят труты, которые воспламеняются при очень низкой температуре. Легковоспламеняющиеся материалы, такие как угольная ткань или амаду, хорошо работают в качестве трута, а также могут удерживать тлеющие угли. Напротив, хлопковые волокна воспламеняются при температуре 455 °F (235 °C) и ярко вспыхивают, но не удерживают тлеющие угли. Яркой вспышки света иногда достаточно для демонстрационных целей, но она не приведет к постоянному возгоранию.
Конструкция ручного насоса, такого как обычный 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 побочным эффектом. Как в пожарном поршне, так и в насосах механизм и смазочные материалы должны выбираться так, чтобы выдерживать высокие пиковые температуры и давления.
История
[ редактировать ]Юго-Восточная Азия и Мадагаскар
[ редактировать ]Огненные поршни были изобретены выходцами из Юго-Восточной Азии (вероятно, австронезийскими народами ). Их использование было в основном сосредоточено в австронезийских регионах, особенно на Малайском полуострове , Филиппинах , Борнео , Суматре , Яве , некоторых островах к востоку от Явы, включая Флорес , и на Мадагаскаре . Они также встречаются в Бирме , Таиланде и Лаосе в материковой части Юго-Восточной Азии , а также в некоторых частях провинции Юньнань и в Японии . [3] [4] [5] [6]
Пожарные поршни в Юго-Восточной Азии изготавливались по-разному: из бамбука, дерева, металла, слоновой кости, кости и рога. Основная трубка 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] Используемый трут обычно получали из оснований листьев пальм и ротанговых лоз и обычно хранили в ящике для трута, который переносили вместе с поршнем. они были известны как лек пхай ток Сообщалось, что по -тайски ; и гобек апи на малайском языке (буквально «огненная ступка и пестик »). [8]
Древность огненного поршня в Юго-Восточной Азии неизвестна, но он определенно предшествовал австронезийской колонизации Мадагаскара ( ок. 100–500 гг. н.э.). Это было одно из первых убедительных доказательств связи Мадагаскара с происхождением из Юго-Восточной Азии. [6]
Принципы, регулирующие пожарные поршни, также использовались для изготовления сильфонов поршней Юго-Восточной Азии из бамбука. Эти поршневые сильфоны могли закачивать в печь достаточно воздуха, чтобы обеспечить температуру, достаточную для плавления металла, что привело к независимому развитию сложной металлургии бронзы и железа в Юго-Восточной Азии, начиная примерно с 1500 г. до н.э. В частности, в развитии бронзовых гонгов (например, из культуры Донг Сон ), которые затем экспортировались в древние морские торговые сети Юго-Восточной Азии. [6] [9] До контакта с европейцами эти поршневые сильфоны достигли Мадагаскара. [10] Технология бамбуковых поршневых сильфонов также была рано принята китайцами, полностью заменив местную китайскую технологию кожаных сильфонов. [6] [11]
Были ли на европейские пожарные поршни влияние пожарных поршней Юго-Восточной Азии, было предметом споров. Но Бальфур (1908) и Фокс (1969) убедительно продемонстрировали, что европейские пожарные поршни были независимо обнаружены с помощью пневматического оружия. Фокс, однако, пытается утверждать, что пожарные поршни Юго-Восточной Азии были завезены из Европы, но другие ученые отвергают это как неубедительное. Наличие производных сильфонно-поршневых технологий и существование огненных поршней даже в изолированных и широко разделенных культурах, таких как качин северной Бирмы и игорот горного Лусона , позволяет с уверенностью утверждать, что огненные 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 Рудольфа Дизеля на создание дизельного двигателя примерно в 1892 году, а не европейские версии (которые к концу 19 века в значительной степени были заменены спичками). Дизель был учеником изобретателя Карла фон Линде . Идея двигателя внутреннего сгорания пришла к нему после того, как он стал свидетелем того, как Линде зажег сигарету огненным поршнем. Этот пожарный поршень был приобретен компанией Linde из Юго-Восточной Азии во время лекции на Пенанге . [5] [12] [13]
Европа
[ редактировать ]Первый известный задокументированный огневой поршень на Западе был изготовлен в 1745 году аббатом Агостино Руффо из Вероны, Италия, который изготавливал пару пневматических пушек для короля Португалии Иоанна V. Пока Руффо проверял воздушный насос пистолета на предмет утечек, затыкая его выходное отверстие куском дерева, он заметил, что после того, как он создал давление в насосе, дерево обгорело. Впоследствии он установил, что трут воспламенился от насоса. Руффо создал аппарат для дальнейшего изучения этого явления. [14] но его изобретение не получило популяризации.
Записано, что первый огненный поршень широко дебютировал перед учеными в 1802 году. [15] и он был запатентован в 1807 году одновременно в Англии и Франции. [16] Пожарные поршни, или «пожарные шприцы», как их тогда называли, пользовались непродолжительным периодом популярности в некоторых частях Европы в начале девятнадцатого века, пока их не вытеснила фрикционная спичка, изобретенная в 1826 году. [17]
В США описания публикуются уже много лет. [18] [19] [20]
См. также
[ редактировать ]- Четыре удара
- Освещение камина
- Лутанг , филиппинский бамбуковый детский игрушечный пистолет, использующий тот же принцип и конструкцию.
Цитаты
[ редактировать ]- ^ Манансала, Пол К. (24 марта 2006 г.). «Металлургия Юго-Восточной Азии (Глоссарий) Поршневые сильфоны» . Проверено 28 мая 2007 г.
- ^ Jump up to: а б Хаф, Уолтер (1926). Огонь как агент человеческой культуры . Смитсоновский институт, Национальный музей США. стр. 109–110. ISBN 9780598370822 .
- ^ Хаф, Уолтер. 1928. Аппарат для разжигания огня в Национальном музее США. Труды Национального музея США 73 (2735): 1–72.
- ^ Jump up to: а б Бальфур, Генри. 1908. Пожарный поршень. Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского института, показывающий деятельность, расходы и состояние учреждения за год, закончившийся 30 июня 1907 г. , стр. 565–593. Вашингтон, округ Колумбия: Государственная типография.
- ^ Jump up to: а б Огата, Масанори; Симоцума, Ёрикадзу (20–21 октября 2002 г.). «Происхождение дизельного двигателя – огненный поршень горных народов, живших в Юго-Восточной Азии» . Первая международная конференция по бизнесу и трансферу технологий . Японское общество инженеров-механиков. Архивировано из оригинала 23 мая 2007 г. Проверено 28 мая 2007 г.
- ^ Jump up to: а б с д Нидэм, Джозеф (1965). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение . Издательство Кембриджского университета. стр. 140–141. ISBN 9780521058032 .
- ^ Тилтон, Бак (2010). Полная книга огня: разведение костров для тепла, света, приготовления пищи и выживания . Менаша Ридж Пресс. стр. 34–35. ISBN 9780897328296 .
- ^ Джеймисон, Ричард; Джеймисон, Линда (2007). Примитивные навыки и ремесла: Путеводитель для туристов по укрытиям, инструментам, оружию, выслеживанию, выживанию и многому другому . Skyhorse Publishing Inc., стр. 163–176 . ISBN 9781602391482 .
- ^ Холл, Кеннет Р. (2010). История ранней Юго-Восточной Азии: морская торговля и общественное развитие, 100–1500 гг . Издательство Rowman & Littlefield. п. 4. ISBN 9780742567627 .
- ^ Jump up to: а б Нидэм, Джозеф (1970). Клерки и ремесленники в Китае и на Востоке . Издательство Кембриджского университета. стр. 155–167.
- ^ Вертиме, Теодор А. (1961). Наступление эпохи стали . Архив Брилла.
- ^ Дизельная история (фильм). Архивы Прелингера: Shell Oil. 1952 год . Проверено 16 февраля 2007 г.
- ^ Гурстель, Уильям (2009). «Рудольф Дизель и огненный поршень». Делать . 19 . Севастополь, Калифорния : O'Reilly Media : 166–168. ISSN 1556-2336 .
- ^ См.:
- «Новое наблюдение за воздухом, конденсируемым внутри шприца» (1745) Джорнале де Леттерати , 1 : 307–308. (на итальянском языке)
- Гови, Жилберто (1876) «Об изобретении пневматических зажигалок для огня» , Atti della Accademia Nazionale dei Lincei , 2-я серия, 3 (2): 41–44. (на итальянском языке)
- Гови, Жилберто (1876) «Об изобретении пневматической зажигалки» , Reports , 83 : 541–543. (на французском языке)
- (Редакция) (21 сентября 1876 г.) «Общества и академии: Париж: Академия наук, 4 сентября», Nature , 14 : 468.
- ↑ В 1802 году рабочий из Сент-Этьена, Франция, который долгое время занимался усовершенствованием пневматических винтовок, заметил, что (1) когда ружье стреляло в темноте, оно излучало яркий свет, и (2) если был ворс, присутствующий в пистолете, когда пистолет находился под давлением, ворс может обгореть или даже воспламениться. Слухи об этих наблюдениях дошли до господ Эйнара, Гаэза и Жансуля, 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. Видеть:
- Молле Дж. Мемуары о двух новых фактах: возгорании горючих материалов и появлении яркого света, получаемого только за счет сжатия воздуха; прочитано на публичном заседании Лионской академии 27 марта 1804 г. [Воспоминания о двух новых фактах: воспламенении горючих материалов и появлении яркого света, получаемого только при сжатии 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 можно использовать для изготовления пожарного поршня. Из стр. 13: «Этот новый процесс настолько обеспечивает успех эксперимента, что только что описанное устройство можно рассматривать как своего рода зажигалку ». (Эта новая процедура настолько обеспечивает успех эксперимента, что только что описанный аппарат можно рассматривать как разновидность зажигалки .) Молле добавил (стр. 30–31) имена нескольких изобретателей, создавших огненные поршни: г-н. Дюмотье (или Дюмотье) из Парижа; г-н Дюбуа, литейщик из Лиона; и г-н Тибодье, еще один житель Лиона.
- Домбр (1811) «Отчет о мемуарах г-на Молле о производстве света и тепла эффектом сжатия » Эффект сжатия], Извещение о работах Академии дю Гар за 1811 год , часть 1, стр. . 175–182.
- (Пикте) (1803) (Письмо профессора Пикте г-ну Тиллоху) , Philosophical Magazine , 14 : 363–364.
- (Редакция) (1803) «Вспышка из пневматического пистолета», Журнал естественной философии, химии и искусств , 4 : 280.
- Харт, Джон (1823) «О свете, создаваемом выстрелом из пневматического пистолета», Ежеквартальный журнал науки, литературы и искусства , 15 : 64–66.
- Тенар, Луи Жак (1830) «Наблюдения за светом, возникающим из воздуха и кислорода в результате сжатия» , Annals of Chemistry and Physics , 2-я серия, 44 : 181–188.
- ↑ В 1806 году «полковник Гробер», которым, вероятно, был Жак Франсуа Луи Гробер (1757-181?), полковник французской артиллерии, придумал огненный поршень ( briquet pneumatique , пневматическая зажигалка), но приказал изготовить его профессиональный производитель научных инструментов в Париже, «Дюмотье» (по-разному пишется Дюмотье, Дюмутье и Дюмотье). Видеть:
- Гроберт (апрель 1806 г.) «Средства получения воспламенения с помощью сжатого воздуха» , L’Esprit des Journals, François et Stranger , 4 : 139–145.
- Морело, Саймон, Естественная история в применении к химии (Париж, Франция: Ф. Шоэль и Х. Николь, 1809), том. 1, с. 94. Со стр. 94, сноска 1: « ) Придумано полковником Гробертом , казнено г-ном Дюмотье . ( 1
- Крель, Питер О.К., История ударных волн, взрывов и ударов (Берлин, Германия: Springer Verlag, 2009), стр. 273.
- (Сотрудники) (1807 г.) «Описание патента, выданного Ричарду Лоренцу… на определенные изобретения (сообщенные ему иностранцами, проживающими за границей) различных машин или инструментов, один из которых будет производить мгновенный свет, а другой мгновенный огонь. Датировано 5 февраля 1807 года». Справочник искусств, мануфактуры и сельского хозяйства , 2-я серия, 11 : 250–253.
- ^ Фокс, Роберт. 1969. Пожарный поршень и его происхождение в Европе. Технология и культура 10:355–370.
- ↑ Смайли, Эдвин (февраль 1915 г.) «Примитивные способы добычи огня», Boys' Life , 4 (12): 9.
- ↑ Пост, Огастус (сентябрь 1929 г.) «Посадочная площадка: Дизельный двигатель», Boys' Life , 19 (9): 44.
- ^ Спенсер, Билли (март 1974 г.) «Человек и огонь», Boys' Life , 64 (3): 6.
Общие и цитируемые ссылки
[ редактировать ]- Arbor Scientific, Обучающие инструменты, огненный шприц P1-2020
- Бальфур, Генри (1907). «Огненный поршень», Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского института , стр. 565–598.
- Фокс, Роберт (июль 1969 г.). «Пожарный поршень и его происхождение в Европе», Технология и культура , 10 (3): 355–370.
- Джеймисон (1994). Замечательный Firepiston Woodsmoke . Менаша Ридж Пресс, Бирмингем, Алабама ISBN 0-89732-151-0
- Джеймисон, Ричард с Мелом Дьюизом (2007), «Замечательный пожарный поршень» в книге: Ричард и Линда Джеймисон, «Примитивные навыки и ремесла: руководство для любителей активного отдыха по укрытиям, инструментам, оружию, выслеживанию, выживанию и многому другому» (Нью-Йорк: Skyhorse Publishing). , ), стр. 163–176.
- Роулендс, Джон Дж. (1947) Страна озера Кэш ; Нью-Йорк: WW Нортон и компания.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Огненный поршень: древняя машина для разжигания огня
- Инструкции YouTube по изготовлению пожарного поршня
- Бристольский университет, химический факультет: пожарный поршень
- Коллекция старинных пожарных шприцев.
- Уравнение, описывающее изменение температуры при сжатии
- Фотографии пожарного шприца
- Голые ученые: как работает пожарный поршень