СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК H01T13/20 

Изобретение относится к системам зажигания газотурбинных двигателей.

Известна свеча зажигания, содержащая корпус с расположенным в нем центральным электродом и кожух, охватывающий корпус свечи [1].

Внутри кожуха установлена гильза с перфорированной перегородкой. Однако при нагреве происходит деформация подвижного соединения между кожухом свечи и корпусом, что нарушает герметизацию соединения и приводит к прорыву горячих газов из камеры сгорания и выгоранию свечи. Кроме того, центральный электрод свечи не защищен от воздействия потока продуктов горения, что вызывает коксование топлива на нем и перегрев свечи.

Известна также свеча зажигания, содержащая корпус с расположенным в нем центральным электродом и кожух, охватывающий корпус свечи, снабженный отражателем, образующим с торцом корпуса кольцевой канал в форме щели [2].

Электрод и отверстие в отражателе для выхода плазменного разряда не защищены от воздействия потока продуктов горения. Это снижает защитные свойства отражателя, ухудшает теплоизоляцию свечи, а также приводит к коксованию топлива на центральном электроде свечи, что снижает ресурс, надежность и пусковые характеристики свечи.

Известна свеча зажигания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, охватываемый кожухом с впускным отверстием с образованием охлаждающей полости, имеющим перфорированную перегородку, причем кожух снабжен отражателем, а между перфорированной перегородкой образована кольцевая щель для выхода охлаждающего воздуха [3].

Недостатком известной конструкции является недостаточное охлаждение отражателя и его прогар преимущественно со стороны против течения зоны обратных токов. Это объясняется различными градиентами температур сторон отражателя вблизи места установки свечи в жаровой трубе камеры сгорания, образованием трещин защитного керамического покрытия, наносимого на обращенную к зоне горения поверхность отражателя.

Наиболее близкой к заявляемой является свеча зажигания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, расположенный в нем центральный электрод и кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости, снабженный впускным и выпускным отверстиями и отражателем с выходным отверстием, причем отражатель скреплен с торцом кожуха перегородкой, выполненной в форме незамкнутого кольца по профилю кожуха, и образует над торцом электрода щелевой канал, выпускное отверстие охлаждающей полости выполнено на торце кожуха между электродом и участком перегородки, расположенной напротив ее незамкнутой части, а выходное отверстие отражателя соединено с щелевым каналом [4].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является малый диапазон углов установки незамкнутой части перегородки в отражателе кожуха относительно направлений течения зоны обратных токов в жаровой трубе камеры сгорания. Также недостатком известной конструкции является малая турбулизация охлаждающего воздуха в щелевом канале и недостаточное эжектирующее воздействие охлаждающего воздуха на поток топливовоздушной смеси при розжиге. Вследствие этого образуются переменные градиенты температур, возможно растрескивание защитного керамического покрытия на торце кожуха.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении ресурса, надежности и пусковых характеристик свечи за счет повышения эффективности ее охлаждения, повышения эжектирующего воздействия охлаждающего воздуха в щелевом канале на поток топливовоздушной смеси из зоны обратных токов жаровой трубы к выходному отверстию для плазмы и вырезу в отражателе при розжиге, а также турбулизации охлаждающего воздуха и увеличения диапазона углов установки выреза в отражателе относительно продольной оси жаровой трубы.

Сущность технического решения заключается в том, что в свече зажигания газотурбинного двигателя, содержащей корпус, расположенный в нем центральный электрод и кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости, снабженный впускным и выпускным отверстиями и отражателем с выходным отверстием, причем отражатель скреплен с торцом кожуха перегородкой, выполненной в форме незамкнутого кольца по профилю кожуха, и образует над торцом электрода щелевой канал, выпускное отверстие охлаждающей полости выполнено на торце кожуха между электродом и участком перегородки, расположенной напротив ее незамкнутой части, а выходное отверстие отражателя соединено со щелевым каналом, согласно изобретению отражатель выполнен в форме диска с вырезом, расположенным со стороны незамкнутой части перегородки, а его выходное отверстие соединено с вырезом. Толщина отражателя составляет 0,45... 0,95 от высоты щелевого канала. Поверхность отражателя в щелевом канале выполнена с множеством выступов, образующих зазор с торцом кожуха. Выступы на поверхности отражателя выполнены в виде цилиндрических штырьков, высота которых составляет 0,25...0,85 от толщины отражателя, а объем выступов составляет 0,015...0,15 от объема щелевого канала.

Выполнение отражателя в форме диска с вырезом, расположенным со стороны незамкнутой части перегородки, а его выходного отверстия, соединенного с вырезом, повышает эжектирующее воздействие охлаждающего воздуха в щелевом канале на поток топливовоздушной смеси из зоны обратных токов жаровой трубы к выходному отверстию и вырезу в отражателе при розжиге, а также лучше защищает корпус свечи и центральный электрод от воздействия высокотемпературного потока продуктов горения, уменьшает коксование топлива на электроде и перегрев свечи. В продольном щелевом канале охлаждающий воздух имеет большую скорость, чем скорость потоков в жаровой трубе камеры сгорания. Статическое давление в продольном щелевом канале ниже, чем в выходном отверстии отражателя. При этом соединение выходного отверстия с вырезом увеличивает зону выхода плазмы, исключает турбулентные срывы топливовоздушной смеси, а также увеличивает диапазон углов установки выреза отражателя относительно продольной оси жаровой трубы, т.е. относительно направления зоны обратных токов при розжиге.

При толщине отражателя, составляющей 0,45...0,95 от высоты щелевого канала, достигается наилучший эффект конвективного охлаждения электрода, корпуса и кожуха свечи за счет теплоизоляции их поверхностей от воздействия высоких температур в зоне горения, при этом уменьшается коксование топлива на центральном электроде и обеспечивается самоочищение центрального электрода от нагарообразования.

Выполнение поверхности отражателя в щелевом канале с множеством выступов, образующих торцами зазор с торцом кожуха, повышает эффективность охлаждения кожуха, корпуса свечи и электрода путем турбулизации охлаждающего воздуха в щелевом канале. Кроме того, такое выполнение выравнивает градиенты температур на поверхностях отражателя, обращенных к зоне горения, и в щелевом канале, что препятствует образованию трещин керамического покрытия, которое наносится преимущественно на обращенную к зоне горения поверхность отражателя.

Выполнение поверхности отражателя в виде цилиндрических штырьков, высота которых составляет 0,25...0,85 от толщины отражателя, а объема выступов, составляющим 0,015. ..0,15 от объема щелевого канала, снижает потери давления охлаждающего воздуха. При этом достигается наилучший эффект конвективного и струйного заградительного охлаждения корпуса свечи и центрального электрода за счет турбулизации охлаждающего воздуха в щелевом канале.

На фиг.1 изображен продольный разрез свечи зажигания.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1.

На фиг.3 - вид А на фиг.2.

На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2.

Свеча зажигания содержит корпус 1, расположенный в нем центральный электрод 2 и кожух 3, охватывающий корпус 1 с образованием охлаждающей полости 4 и снабженный впускным 5 и выпускным 6 отверстиями и отражателем 7 с выходным отверстием 8 (см. фиг. 1, 2). Отражатель 7 скреплен при помощи сварки с торцом 9 кожуха 3 перегородкой 10, выполненной в форме незамкнутого кольца по профилю 11 кожуха 3, и образует над торцом 12 электрода 2 щелевой канал 13 (см. фиг. 2, 4). Выпускное отверстие 6 охлаждающей полости 4 выполнено на торце 9 кожуха 3 между электродом 2 и участком перегородки 14, расположенной напротив ее незамкнутой части 15, а выходное отверстие 8 отражателя 7 соединено с щелевым каналом 13 (см. фиг.2, 3, 4). Отражатель 7 выполнен в форме диска 16 с вырезом 17, расположенным со стороны незамкнутой части 15 перегородки 10, а выходное отверстие 8 кожуха 3 соединено с вырезом 17 (см. фиг.3, 4). Толщина 18 отражателя 7 составляет 0,45...0,95 от высоты щелевого канала 13 (см. фиг.2). Поверхность 19 отражателя 7 в щелевом канале 13 выполнена с множеством выступов 20, образующих торцами 21 зазор 22 с торцом 9 кожуха 3 (см. фиг.2). Выступы 20 на поверхности 19 отражателя 7 выполнены в виде цилиндрических штырьков, высота которых составляет 0,25... 0,85 от толщины 18 отражателя 7, а объем выступов 20 составляет 0,015...0,15 от объема щелевого канала 13, определяемого контуром отражателя 7 (см. фиг. 2, 4). Кроме того, на фиг.1, 2 изображено: поз.23 - стенка одной из жаровых труб, где установлена свеча зажигания, поз. 24 - наружный корпус камеры сгорания, поз. 25 - направление течения воздуха в камере сгорания, поз.26 - направление течения воздуха в охлаждающей полости 4, поз.27 - направление течения охлаждающего воздуха в щелевом канале 13, поз.28 - направление потока воздуха в жаровой трубе 23, поз.29 - направление зоны обратных токов в жаровой трубе 23, поз.30 - направление эжекции топливовоздушной смеси при розжиге.

При запуске газотурбинного двигателя воздух из компрессора поступает через впускное отверстие 5 в охлаждающую полость 4, далее через выпускное отверстие 6 протекает через щелевой канал 13, создавая эффект эжекции топливовоздушной смеси из зоны обратных токов 29 через отверстие 8 с вырезом 17 в отражателе 7 в направлении 30. При работе свечи поток плазмы выходит из отверстия 8 с вырезом 17 в противоположном направлении к эжектируемому потоку 29, 30 топливовоздушной смеси, улучшая розжиг горючей смеси в наземных и высотных условиях запуска двигателя. При работе газотурбинного двигателя сжатый компрессором воздух поступает через впускное отверстие 5 в охлаждающую полость 4, далее через выпускное отверстие 6 протекает через щелевой канал 13, создавая турбулизированный выступами 20 на поверхности 19 отражателя 7 слой заградительного охлаждения над корпусом 1 свечи и его центральным электродом 2, определяемый высотой и объемом выступов 20 в объеме щелевого канала 13. При этом вырез 17 в отражателе 7 и соединение выходного отверстия 8 с вырезом 17 усиливает эффект эжекции топливовоздушной смеси при розжиге и эффективность охлаждения центрального электрода 2 и корпуса 1 свечи зажигания.

Источники информации
1. RU, патент 988146, Н 01 Т 13/06, 25.03.81 г.

2. ЕР, патент 0593816 А1, F 23 D 14/46, 23.10.92 г.

3. RU, патент 2111592 С1, Н 01 Т 13/06, 04.07.94 г.

4. RU, патент 2136094 С1, Н 01 Т 13/00,13/06, 04.09.96 г. - прототип.

Изобретение относится к системам зажигания газотурбинных двигателей. Свеча зажигания содержит корпус, расположенный в нем центральный электрод и кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости, снабженный впускным и выпускным отверстиями и отражателем с выходным отверстием, причем отражатель скреплен с торцом кожуха перегородкой, выполненной в форме незамкнутого кольца по профилю кожуха, и образует над торцом электрода щелевой канал, выпускное отверстие охлаждающей полости выполнено на торце кожуха между электродом и участком перегородки, расположенной напротив ее незамкнутой части, а выходное отверстие отражателя соединено со щелевым каналом. Отражатель выполнен в форме диска с вырезом, расположенным со стороны незамкнутой части перегородки, а его выходное отверстие соединено с вырезом. Толщина отражателя составляет 0,45...0,95 от высоты щелевого канала. Поверхность отражателя в щелевом канале выполнена с множеством выступов, образующих зазор с торцом кожуха. Выступы на поверхности отражателя выполнены в виде цилиндрических штырьков, высота которых составляет 0,25...0,85 от толщины отражателя, а объем выступов составляет 0,015...0,15 от объема щелевого канала. Техническим результатом является увеличение ресурса, надежности и улучшение пусковых характеристик свечи за счет повышения эффективности ее охлаждения. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Свеча зажигания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, расположенный в нем центральный электрод и кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей полости, снабженный впускным и выпускным отверстиями и отражателем с выходным отверстием, причем отражатель скреплен с торцом кожуха перегородкой, выполненной в форме незамкнутого кольца по профилю кожуха, и образует над торцом электрода щелевой канал, выпускное отверстие охлаждающей полости выполнено на торце кожуха между электродом и участком перегородки, расположенной напротив ее незамкнутой части, а выходное отверстие отражателя соединено со щелевым каналом, отличающаяся тем, что отражатель выполнен в форме диска с вырезом, расположенным со стороны незамкнутой части перегородки, а его выходное отверстие соединено с вырезом. 2. Свеча зажигания по п. 1, отличающаяся тем, что толщина отражателя составляет 0,45. . . 0,95 от высоты щелевого канала. 3. Свеча зажигания по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что поверхность отражателя в щелевом канале выполнена с множеством выступов, образующих зазор с торцом кожуха. 4. Свеча зажигания по любому из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что выступы на поверхности отражателя выполнены в виде цилиндрических штырьков, высота которых составляет 0,25. . . 0,85 от толщины отражателя, а объем выступов составляет 0,015. . . 0,15 от объема щелевого канала.