Датчик ионизационный сигнализатора пламени Российский патент 2020 года по МПК F23R3/00 G01N30/68 

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига форсажной камеры.

Известно устройство, содержащее центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента, причем выходное отверстие выполнено на концевом участке центрального электрода ионизации.

(см. Авторское свидетельство №371599 МПК опубликовано 1973 г).

Недостаток известного устройства состоит в том, что использование в качестве хладагента воздуха, забираемого из полости компрессора низкого давления (КНД) для охлаждения электрода, усложняет конструкцию датчика, увеличивает массу конструкции за счет наличия штуцера подвода хладагента, а также дополнительных труб подвода хладагента от КНД, что приводит к снижению тяги двигателя.

Техническими результатами изобретения являются упрощение конструкции датчика, снижение массы, а также повышение надежности за счет улучшения эффективности охлаждения электрода.

Указанные технические эффекты достигаются тем, что датчик ионизационный сигнализатора пламени, содержащий центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента, причем выходное отверстие выполнено на концевом участке центрального электрода ионизации согласно настоящему изобретению, для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры, при этом входное отверстие забора хладагента выполнено в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру.

Упрощение конструкции и снижение массы датчика достигается за счет исключения штуцера и дополнительных каналов подвода хладагента (охлаждающего воздуха) из полости компрессора низкого давления (КНД), посредством выполнения входного отверстия забора хладагента в области натекания основного потока на электрод.

Улучшение эффективности охлаждения датчика и, как следствие, повышение его надежности достигается тем, что входное отверстие забора хладагента выполнено в области натекания основного газового потока, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящим через форсажную камеру, тем самым, образовав положительный перепад и осуществив переброс газа, который является хладагентом, из основного потока через канал охлаждения электрода ионизации в зону горения за стабилизатор. При этом газ, проходящий через охлаждающий канал, содержит меньше кислорода, чем в чистом воздухе (как в прототипе), который интенсифицирует процесс горения за стабилизатором, что приводит к уменьшению температуры вблизи электрода датчика.

В данном предложении предпочтительно в качестве хладагента применять газотопливную смесь, расположив входное отверстие забора хладагента в области попадания топлива из топливных коллекторов, находящихся перед стабилизаторами пламени, так как в этом случае циркуляционная зона, образованная обтеканием стабилизаторов, в области установки электрода датчика ионизации дополнительно обогащается топливом, что уменьшает интенсивность горения в месте выпуска хладагента, и, как следствие, улучшает эффективность охлаждения и повышает надежность датчика.

В данном предложении концевой участок центрального электрода ионизации расположен на расстоянии не более 1,5 × Н от полки стабилизатора пламени (Н - длина полки стабилизатора), где величина тока ионизации, образованная при горении, достигает наибольших значений, тем самым улучшается диагностирование включения форсажа.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.

На Фигуре 1 изображен продольный разрез форсажной камеры газотурбинного двигателя с установленным датчиком ионизационного сигнализатора пламени.

На Фигуре 2 - вид А - вид сбоку на датчик в увеличенном масштабе (форсажная камера условно не показана).

На Фигуре 3 - элемент Б - изображение токосъемной головки со штепсельным разъемом.

Датчик ионизационного сигнализатора пламени (далее датчик) содержит центральный электрод ионизации 1 (далее электрод) с внутренним охлаждающим каналом 2, в котором выполнены входное и выходное отверстия 3 и 4 соответственно для забора и выпуска охлаждающей газотопливной смеси, при этом выходное отверстие 4 выполнено на концевом участке 5 электрода 1. Датчик установлен на форсажной камере 6 при этом электрод 1 изолирован от корпуса форсажной камеры 6, а входное отверстие 3 забора хладагента находится в области 7 натекания основного газового потока (условно ограничена штрихпунктирными линиями) на электрод 1 с наибольшим полным давлением газа (Р*наиб), проходящего через форсажную камеру 6, выходное отверстие 4 выпуска газотопливной смеси выполнено в следе стабилизатора пламени 8 в зоне горения 9 с наименьшим полным давлением газа (Р*наим.) (условно ограничена пунктирными линиями), проходящего через форсажную камеру 6.

Конструктивно датчик состоит из 2-х неразъемных частей: токосъемной головки 10 и термостойкого штепсельного разъема 11. В корпус токосъемной головки 10 запрессовывается изолятор 12 с припаянной втулкой 13, которая сваривается с корпусом токосъемной головки 10. Электрод 1 токосъемной головки 10 ввернут в изолятор 12. Верхний конец электрода 1 и корпус 14 датчика соединены с помощью сварки через гибкие контакты 15 и 16 с контактами 17 и 18 термостойкого штепсельного разъема 11 соответственно.

В качестве хладагента предпочтительно применять газотопливную смесь, расположив входное отверстие забора хладагента в области попадания топлива из топливных коллекторов 19, 20, находящихся перед стабилизатором пламени 21.

Работа датчика основана на использовании эффекта несимметричной проводимости продуктов горения топлива при применении пары электродов, характеризующихся резко отличной друг от друга площадью рабочих поверхностей. Одним электродом является электрод 1 датчика, изолированный от корпуса изделия. Вторым электродом является корпус 14 датчика. В случае отсутствия пламени среда между электродами является изолятором. При наличии пламени среда между электродом 1 датчика и корпусом 14 датчика ионизируется и в цепи появляется переменный ток.

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига форсажной камеры. Датчик ионизационный сигнализатора пламени содержит центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента. Выходное отверстие выполнено на концевом участке центрального электрода ионизации. Центральный электрод ионизации датчика установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя. Электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры. Входное отверстие забора хладагента выполнено в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру. Выходное отверстие выпуска хладагента выполнено в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру. Изобретение позволяет упростить конструкцию датчика, снизить массу, а также повысить надежность за счет улучшения эффективности охлаждения электрода. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Датчик ионизационный сигнализатора пламени, содержащий центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента, причем выходное отверстие выполнено на концевом участке центрального электрода ионизации, отличающийся тем, что для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры, при этом входное отверстие забора хладагента выполнено в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру.

2. Датчик ионизационный сигнализатора пламени по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хладагента применена газотопливная смесь.

3. Датчик ионизационный сигнализатора пламени по п. 1, отличающийся тем, что концевой участок центрального электрода ионизации расположен на расстоянии не более 1,5 × Н от полки стабилизатора пламени, где Н - длина полки стабилизатора.