СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК H01T13/16 

Изобретение относится к системам зажигания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на сжатом природном газе.

Известна свеча зажигания, содержащая корпус и кожух обдува с окном для подвода воздуха из диффузора камеры сгорания [1]. Недостатком такой конструкции является затрудненный розжиг горючей смеси при запуске двигателя вследствие того, что охлаждающий воздух уменьшает концентрацию топливного аэрозоля или топливного газа в зоне розжига свечи и ухудшает пусковые характеристики камеры сгорания.

Наиболее близкой к заявляемой является свеча зажигания, содержащая корпус с расположенным в нем центральным электродом и кожухом, охватывающим корпус с образованием охлаждающей полости и снабженным впускным и выпускными отверстиями, а также отверстием на торце для выхода плазмы и экраном, жестко скрепленным с кожухом со стороны центрального электрода и подвижно охватывающим кожух со стороны крепления свечи [2].

Известная свеча зажигания служит для воспламенения горючей смеси в форсажной камере и выполнена с возможностью скольжения с экраном другого изделия - стабилизатор форсажной камеры. В жаровых трубах камеры сгорания использование свечи зажигания такой конструкции невозможно вследствие низкой эффективности охлаждения свечи при нагреве, вероятности прорыва горячих газов из камеры сгорания за контур двигателя и выгорания свечи.

Кроме того, свеча известной конструкции обладает низкими пусковыми свойствами применительно к жаровым трубам камеры сгорания газотурбинных установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе. Это объясняется трудностью организации зоны обратных токов точно над местом установки свечи при пусках вследствие необходимости охлаждения стенки жаровой трубы слоем охлаждающего воздуха.

Незначительное смещение вихря зоны обратных токов приводит к незапуску двигателя и снижает пусковые характеристики свечи, а также ее надежность и ресурс.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в расширении технических возможностей при использовании свечи зажигания в жаровых трубах камеры сгорания газотурбинных установок, а также в увеличении ресурса и надежности свечи за счет повышения эффективности ее охлаждения, улучшения пусковых характеристик путем создания над свечей при запуске местной зоны обратных токов и стабилизации потока рабочего тела.

Выполнение в кожухе экрана с внутренней полостью (полый экран), скрепленного по торцам свечи со стороны центрального электрода, т.е. со стороны полости горения, позволяет улучшить теплоизоляцию поверхности корпуса свечи и уменьшить тепловое излучение от продуктов горения к центральному электроду.

Выполнение экрана с внутренней полостью, сообщающейся с выходным отверстием (для плазмы) на торце кожуха, а стенок экрана, образующих внутреннюю полость, незамкнутыми в направлении течения рабочего тела (горючей смеси), позволяет создавать над свечей при запуске местную зону обратных токов и стабилизировать поток рабочего тела.

Выполнение внутренней полости экрана, сообщающейся отверстиями с охлаждающей полостью кожуха и полостью горения, дает возможность ступенчато направлять поток воздуха из охлаждающей полости кожуха через полость экрана для создания воздушной завесы над торцом экрана и свечей, обращенной к зоне горения, и формировать устойчивый местный вихрь зоны обратных токов точно над выходным отверстием для плазмы на торце кожуха. Такая конструкция позволяет использовать ее в жаровых трубах камеры сгорания газотурбинных установок, а также повышает эффективность охлаждения свечи и улучшает ее пусковые характеристики, повышая при этом безопасность эксплуатации газотурбинной установки, особенно при ее работе на сжатом природном газе.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез свечи зажигания, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Свеча зажигания газотурбинного двигателя содержит корпус 1, расположенный в нем центральный электрод 2 и кожух 3, охватывающий корпус 1 с образованием охлаждающей полости 4 и сообщенный впускными 5 и выпускными 6 отверстиями, а также выходным отверстием 7 (для выхода плазмы) на торце 8. Кожух 3 с полым экраном 9, образующим внутреннюю полость 10 внутри экрана 9, скрепленного с торцем 8 со стороны центрального электрода 2.

Экран выполнен с углублением 11, сообщающимся с выходным отверстием 7 на торце 8 кожуха 3. Стенки 12 экрана 9, образующие углубление 11, выполнены незамкнутыми на ширине 13 в направлении 14 течения рабочего тела, состоящего из потока горючей смеси. Внутренняя полость 10 экрана 9 сообщается отверстиями 6 с охлаждающей полостью 4 кожуха 3 и отверстиями 15 - с полостью горения 16 внутри жаровой трубы 17. Показан также поток 18 охлаждающего воздуха между наружным корпусом 19 камеры сгорания и стенкой жаровой трубы 17.

При работе газотурбинного двигателя охлаждающий воздух 18 из компрессора поступает через впускные отверстия 5 в охлаждающую полость 4, далее - через выпускные отверстия 6 протекает во внутреннюю полость 10 экрана 9 и вытекает далее через отверстия 15 в полость горения 16 внутри жаровой трубы 17, создавая воздушный слой турбулентного вихря внутри воздушной полости 10, а над экраном 9 и углублением 11, корпусом 1 свечи и ее центральным электродом 2 - воздушный слой заградительного охлаждения.

При розжиге горючей смеси при запуске двигателя поток 14 газовоздушной смеси, обтекая поверхности экрана 9 за счет незамкнутой части на ширине 13 углубления 11, стабилизирует поток горючей смеси и образует местный вихрь зоны обратных токов, расположенный в углублении 11 экрана 9. При работе свечи поток плазмы выходит из отверстия 7 на торце 8 кожуха 3, легко воспламеняя горючую смесь, тем самым улучшая розжиг смеси и запуск двигателя.

Источники информации
1. Авиационные двухконтурные двигатели Д-30КУ, Д-30КП, Москва, "Машиностроение", 1988, стр. 198, 199.

2. Патент Великобритании N 1250180, H 01 T 13/16, 1971 г.

Свеча предназначена для использования в системах зажигания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на сжатом природном газе. Она содержит корпус, расположенный в нем центральный электрод, кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости. Кожух снабжен впускными и выпускными отверстиями, а также выходным отверстием на торце и экраном. Экран скреплен с торцом со стороны центрального электрода, а его стенки, образующие внутреннюю полость, выполнены незамкнутыми в направлении течения рабочего тела. Выполнение внутренней полости экрана сообщающейся отверстиями с охлаждающей полостью кожуха и полостью горения дает возможность ступенчато направлять поток воздуха из охлаждающей полости кожуха через полость экрана для создания воздушной завесы над торцом экрана и свечой, обращенной к зоне горения, и формировать устойчивый местный вихрь зоны обратных токов точно над выходным отверстием для плазмы на торце кожуха. Такая конструкция повышает эффективность охлаждения свечи и улучшает ее пусковые характеристики, повышая при этом безопасность эксплуатации газотурбинной установки. 2 ил.

Свеча зажигания газотурбинного двигателя, содержащая корпус с расположенным в нем центральным электродом, кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости, снабженный впускными и выпускными отверстиями, а также выходным отверстием на торце, и экраном, выполненным с внутренней полостью, сообщенной отверстиями с охлаждающей полостью кожуха и с полостью горения, отличающаяся тем, что экран скреплен с торцом со стороны центрального электрода, а стенки экрана, образующие внутреннюю полость, выполнены незамкнутыми в направлении течения рабочего тела.