Датчик ионизационный сигнализатора пламени Российский патент 2021 года по МПК G01N30/68 F23R3/00 

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.

(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 результаты достигаются тем, что датчик ионизационный сигнализатора пламени содержит центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента, при этом, согласно настоящему изобретению, для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры и снабжен дополнительным входным отверстием забора хладагента, при этом оба входных отверстия забора хладагента выполнены в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено между входными отверстиями забора хладагента 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 двух входных отверстий забора хладагента в области натекания основного потока на электрод.

Улучшение эффективности охлаждения датчика и, как следствие, повышение его надежности достигается тем, что два входных отверстия забора хладагента выполнены в области натекания основного газового потока, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено между двумя входными отверстиями, в следе стабилизатора пламени, в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящим через форсажную камеру, тем самым, образовав положительный перепад давления 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 частном случае реализации заявленного предложения, в выходном отверстии установлена перфорированная решетка, выполненная за одно целое со стенкой центрального электрода ионизации.

Площадь проходного сечения перфорированной решетки соответствует суммарной площади проходных сечений обоих отверстий забора хладагента, что обеспечивает беспрепятственное прохождение хладагента и эффективное охлаждение электрода. Малый диаметр отверстий перфорированной решетки препятствует стабилизации пламени на отверстиях, исключая таким образом обгорание электрода.

В заявленном предложении предпочтительно в качестве хладагента применять газотопливную смесь, расположив входные отверстия 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 заявленном предложении участок центрального электрода ионизации в зоне перфорированной решетки выходного отверстия выпуска хладагента предпочтительно расположить на расстоянии L, равном не более 0,5хН (Н - высота полки стабилизатора), от среза стабилизатора пламени, 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 - сечение А - А - сечение по отверстиям перфорированной решетки (в увеличенном масштабе).

На Фигуре 3 - вид Б - вид сбоку на датчик ионизационный сигнализатора пламени (форсажная камера условно не показана).

Датчик ионизационного сигнализатора пламени (далее датчик) содержит центральный электрод ионизации 1 (далее электрод) с внутренним охлаждающим каналом 2, в котором выполнены входные 3 и 4 и выходное 5 отверстия для забора и выпуска охлаждающей газотопливной смеси, при этом выходное отверстие 5 выполнено между двумя входными отверстиями 3 и 4. Датчик установлен на форсажной камере 6, при этом электрод 1 изолирован от корпуса форсажной камеры 6, а входные отверстия 3 и 4 забора хладагента находятся в областях 7 и 8 натекания основного газового потока соответственно (упомянутые области 7 и 8 условно ограничены штрихпунктирными линиями) на электрод 1 с наибольшим полным давлением газа (Р*_наиб), проходящего через форсажную камеру 6, выходное отверстие 5 выпуска газотопливной смеси выполнено в следе стабилизатора пламени 9 в зоне горения 10 с наименьшим полным давлением газа (Р*_наим.) (которая также условно ограничена штрихпунктирными линиями), проходящего через форсажную камеру 6.

Конструктивно заявленный датчик состоит из 2-х неразъемных частей: токосъемной головки 11 и термостойкого штепсельного разъема 12. В корпус токосъемной головки 11 запрессовывается изолятор 13 с припаянной втулкой 14, которая сваривается с корпусом 15 токосъемной головки 11. Электрод 1 токосъемной головки 11 ввернут в изолятор 13. Верхний конец электрода 1 и корпус 15 датчика соединены с помощью сварки через гибкие контакты 16 и 17 с контактами 18 и 19 термостойкого штепсельного разъема 12 соответственно.

В качестве хладагента предпочтительно применять газотопливную смесь, расположив входные отверстия 3 и 4 забора хладагента в области попадания топлива из топливных коллекторов 20, 21 и 22, 23, находящихся перед стабилизаторами 9 и 24 пламени соответственно.

Работа заявленного 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 15 датчика. В случае отсутствия пламени среда между электродами является изолятором. При наличии пламени среда между электродом 1 датчика и корпусом 15 датчика ионизируется и в цепи появляется переменный ток.

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига форсажной камеры. Заявлен датчик ионизационный сигнализатора пламени, который содержит центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента. При этом согласно настоящему изобретению для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры и снабжен дополнительным входным отверстием забора хладагента. Причем оба входных отверстия забора хладагента выполнены в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено между входными отверстиями забора хладагента в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру. Технический результат - упрощение конструкции датчика, снижение массы, а также повышение надежности за счет улучшения эффективности охлаждения электрода. 3 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, отличающийся тем, что для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры и снабжен дополнительным входным отверстием забора хладагента, при этом оба входных отверстия забора хладагента выполнены в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено между входными отверстиями забора хладагента 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 выходном отверстии установлена перфорированная решетка, выполненная за одно целое со стенкой центрального электрода ионизации.

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

4. Датчик ионизационный сигнализатора пламени по п. 1, отличающийся тем, что участок центрального электрода ионизации в зоне перфорированной решетки выходного отверстия выпуска хладагента расположен на расстоянии L, равном не более 0,5хН, от среза стабилизатора пламени, где Н - высота полки стабилизатора пламени.