Датчик ионизационный сигнализатора пламени Российский патент 2024 года по МПК F23R3/00 G01N30/68 

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига камер сгорания, либо 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 (А.С. №371599, кл. G08B 17/06, опубл. 22.11.73).

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.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является датчик ионизационный сигнализатора пламени, содержащий корпус, термостойкий штепсельный разъем с контактами, центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом установленный в форсажной камере газотурбинного двигателя и изолированный от нее и корпуса изолятором и слоем стеклогерметика, в центральном электроде ионизации выполнены два отверстия входное отверстие для забора хладагента в области натекания основного газового потока и выходное отверстие для выпуска хладагента, в качестве хладагента применена газотопливная смесь, центральный электрод ионизации и корпус соединены с контактами термостойкого штепсельного разъема, контакты изолированы от корпуса слоем стеклогерметика (Патент РФ №2712532, кл. F23R 3/00, G01N 30/68, опубл. 29.01.2020).

Преимуществом данной конструкции является применение в качестве хладагента газотопливной смеси и отверстие в электроде, выполненное в области натекания основного газового потока.

Однако, в связи с применением в качестве хладагента газотопливной смеси, и высоким давлением газов в форсажной камере, куда установлена известная конструкция, ее недостатком является недостаточная герметизация для защиты от проникновения топлива и продуктов сгорания из форсажной камеры, через датчик ионизационного сигнализатора пламени, в полость двигателя. Кроме того, недостатком конструкции является то, что при ее установке в основную камеру сгорания, в отличии от форсажной камеры, на нее долговременно во время работы газотурбинного двигателя воздействуют высокие температуры, при этом возможно нарушение герметичности из-за растрескивания слоя стеклогерметика расположенного между центральным электродом ионизации и изолятором. Кроме того, практика показывает, что технологически сложно обеспечить герметичность в виде плотного прилегания и отсутствия пор в слое стеклогерметика расположенного в достаточно узком пространстве между центральным электродом ионизации и изолятором.

Задачей изобретения является создание простой и герметичной конструкции датчика ионизационного сигнализатора пламени, для предотвращения проникновения через него топлива и продуктов сгорания в другие конструктивные элементы газотурбинного двигателя.

Технический результат заключается в обеспечении предотвращения проникновения топлива и продуктов сгорания через элементы датчика ионизационного сигнализатора пламени, из камер сгорания, либо форсажной камеры газотурбинного двигателя, в другие его конструктивные элементы.

Данная задача решается, а технический результат достигается благодаря тому, что в конструкции датчика ионизационного сигнализатора пламени, содержащему корпус, термостойкий штепсельный разъем с контактами, центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом установленный в камере сгорания, либо форсажной камере, газотурбинного двигателя и изолированый от нее и корпуса изолятором и слоем стеклогерметика, в упомянутом электроде выполнены два отверстия, входное отверстие и выходное отверстие, центральный электрод ионизации и корпус соединены с контактами термостойкого штепсельного разъема, согласно изобретению контакты термостойкого штепсельного разъема изолированы от полости корпуса как минимум двумя слоями материала обеспечивающего герметичность, а со стороны камеры сгорания, либо форсажной камеры, стеклогерметик между центральным электродом ионизации и изолятором армируется втулкой.

Предлагаемая конструкция датчика ионизационного сигнализатора пламени благодаря тому, что контакты термостойкого штепсельного разъема изолированы от полости корпуса как минимум двумя слоями материала клеевого состава обеспечивающего герметичность, а стеклогерметик между центральным электродом ионизации и изолятором армируется втулкой, обеспечивает долговременную его работу как в камере сгорания, так и в форсажной камере, и предотвращает проникновение топлива и продуктов сгорания, через элементы датчика ионизационного сигнализатора пламени, в другие конструктивные элементы газотурбинного двигателя.

Армирование втулкой стеклогерметика способствует обеспечению герметичности в виде плотного прилегания и отсутствия пор в слое стеклогерметика расположенного в достаточно узком пространстве между центральным электродом ионизации и изолятором, за счет того, что когда в зазор между центральным электродом ионизации и изолятором помещается стеклогерметик, он подвергается нагреву и под давлением поверх него запрессовывается керамическая втулка. Тем самым, армирование втулкой стеклогерметика позволяет достичь плотного прилегания и отсутствия пор и способствует долговременному выполнению своей функции в виде герметизации полости корпуса датчика ионизационного сигнализатора пламени от проникновения в него продуктов сгорания и топлива непосредственно из камеры сгорания или форсажной камеры. Кроме того, наличие армирующей керамической втулки защищает слой стеклогерметика от воздействия высокой температуры при долговременной работе контрукции в камере сгорания газотурбинного двигателя, и предотвращает растрескивания слоя стеклогерметика расположенного за втулкой.

Дополнительной защитой от прорыва газообразных продуктов сгорания и в т.ч. их смеси с топливом служит изоляция места контактов термостойкого штепсельного разъема от самой полости корпуса как минимум двумя слоями стеклогерметика.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, где изображен разрез датчика ионизационного сигнализатора пламени.

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 воздушной, либо газотопливной смеси, при этом выходное отверстие 4 выполнено на торце канала. Датчик устанавливается на форсажной камере (не показана) путем закрепления на нем корпуса 5, при этом электрод 1 изолирован от корпуса камеры сгорания, либо форсажной камеры с закрепленным на ней корпусом 5, изолятором 6 и стеклогерметиком 7, стеклогерметик 7 армируется втулкой 8. В корпус 5 установлен термостойкий штепсельный разъем 9, в котором находятся контакты 10, контакты 10 изолированы от полости корпуса 5 двумя слоями 11 материала в виде клеевого состава обеспечивающего герметичность. Верхний конец электрода 1 и корпус 5 датчика соединены при помощи пайки проводами 12 с контактами 10 термостойкого штепсельного разъема 9.

Центральный электрод ионизации 1 выполнен из сплава 33НК и состоит из двух частей скрепленных между собой сваркой, изогнутой под углом 115̊ трубки с отверстиями 3 и 4, длинной 325мм и наружным Ø13мм и головки электрода с двумя наружными частями со специальной резьбой. На резьбовую часть с большим диаметром наружной резьбы навинчивается керамический изолятор 6, далее на резьбовую часть с меньшим диаметром наружной резьбы навинчивается торцевая втулка 13 и припаивается к изолятору 6 и электроду 1. В зазор между центральным электродом ионизации 1 и изолятором 6 запрессовывается стеклогерметик 7 типа СГН, далее узел в сборе с поз.1, поз. 6, поз. 14 и стеклогерметиком 7 нагревается в муфельной печи до температуры 690̊С, следом, не допуская охлаждения узла до 650̊С, поверх стеклогерметика 7 устанавливается керамическая втулка 8 и под давлением запрессовывается в стеклогерметик, при этом, стеклогерметик охватывает поверхности втулки 8, таким образом образуя армирование и прочное соединение с ней, и заполняет все зазоры между центральным электродом ионизации 1 и изолятором 6 обеспечивая плотное прилегание и отсутствие пор. По своему наружному диаметру керамический изолятор 6 с промежуточной стальной втулкой 14 запрессовывается в корпус 5 который выполнен из нержавеющей коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т. Поле пайки контактов 10 с проводами 12 термостойкий штепсельный разъем с одним слоем герметизирующего клеевого материала устанавливается в корпус 5, контакты 12 соединяются и опрессовываются с концом электрода 1 и корпусом 5, далее узел в виде корпуса 5 сборе с темостойким штепсельным разъемом 9 устанавливается вертикально относительно оси упомянутого разъема 9 и в полость заливается второй слой 11 клеевого состава типа КТ, далее производится ступенчатый нагрев и сушка состава, при визуальном контроле и недостаточном количестве герметизирующего материала после сушки, производится дополнительная заливка слоя материала и сушка, после чего корпус 5 закрывается крышкой 15 и части герметично соединяются сваркой по всему периметру крышки 15.

Работа датчика основана на использовании эффекта несимметричной проводимости продуктов горения топлива при применении пары электродов, характеризующихся резко отличной друг от друга площадью рабочих поверхностей. Питание датчика осуществляется однофазным напряжением переменного тока. Одним электродом является электрод 1 датчика, изолированный от корпуса 5 изделия. Вторым электродом является корпус 5 датчика. В случае отсутствия пламени среда между электродами является изолятором. При наличии пламени среда между электродом 1 датчика и корпусом 5 датчика ионизируется и в цепи появляется переменный ток.

Практика и результаты испытаний показали, что предлагаемая конструкция обеспечивает долговечную работу и предотвращает проникновение топлива и продуктов сгорания через элементы датчика ионизационного сигнализатора пламени, из камер сгорания, либо форсажной камеры газотурбинного двигателя, в другие его конструктивные элементы. Конструкция рекомендуется к серийному изготовлению на АО «УАПО» «Технодинамика».

Изобретение относится к конструкции ионизационных датчиков и применяется в турбореактивных двигателях для сигнализации розжига камер сгорания либо форсажной камеры. Датчик ионизационный сигнализатора пламени содержит корпус, термостойкий штепсельный разъем с контактами, центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, установленный в камере сгорания или в форсажной камере газотурбинного двигателя и изолированный от нее и корпуса изолятором и слоем стеклогерметика. В упомянутом электроде выполнены два отверстия, входное отверстие и выходное отверстие. Центральный электрод ионизации и корпус соединены с контактами термостойкого штепсельного разъема. Контакты термостойкого штепсельного разъема изолированы от полости корпуса как минимум двумя слоями материала, обеспечивающего герметичность. Со стороны камеры сгорания или форсажной камеры стеклогерметик между центральным электродом ионизации и изолятором армируется втулкой. 1 ил.

Датчик ионизационный сигнализатора пламени, содержащий корпус, термостойкий штепсельный разъем с контактами, центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, установленный в камере сгорания или в форсажной камере газотурбинного двигателя и изолированный от нее и корпуса изолятором и слоем стеклогерметика, в упомянутом электроде выполнены входное и выходное отверстия, центральный электрод ионизации и корпус соединены с контактами термостойкого штепсельного разъема, отличающийся тем, что контакты термостойкого штепсельного разъема изолированы от полости корпуса как минимум двумя слоями материала, обеспечивающего герметичность, а со стороны камеры сгорания или форсажной камеры стеклогерметик между центральным электродом ионизации и изолятором армируется втулкой.