CN101463763A - 磁稳等离子流点火发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种磁稳等离子流点火发生器。其组成包括安装座、绝缘体、旋流器、阴极和阳极；其特征是：在安装座外设置磁稳线圈；安装座和阳极成一体且其内部为空腔、侧壁上开有空气入口；阴极置于安装座和阳极的空腔内，安装座和阳极与阴极之间设置绝缘体；阴极后部为尖锥形且尖锥形处开有旋流出孔构成旋流器；阳极的出口形状为缩放喷口状，其内压缩角与阴极配合将电弧压缩推入阳极中部，喷出的等离子射流由外扩角放大，形成锥面；阳极上开设有气冷喷道，喷道的进气口设在空气入口处；安装座与高压点火电缆相连并与大地相通；安装座内有内极，内极与阴极紧密相接。本发明可以实现在小电流工作状态下，等离子弧的稳定以及等离子射流的发生。

Description

磁稳等离子流点火发生器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种发动机的点火器，特别是一种适用于燃气轮机的点火发生器。

(二)背景技术

现如今燃气轮机由于其功率大、重量尺寸小、效率高等优点，在航空、船舶、发电等诸多领域得到广泛应用和发展。在燃气轮机的启动过程中，点火是关键。点火的成功率将直接关系到整个装置的安全可靠运行。

目前，常用的燃气轮机点火方法有电火花点火和半导体表面放电点火，电火花点点火能量较低，点火延时长。半导体表面放电点火虽然可以得到较大的点火功率，但由于半导体的寿命问题，直接影响整个点火装置的性能和寿命，且电磁辐射相当严重。

等离子点火是近年来的一种新型点火装置，利用电弧激发高温等离子体引燃燃料。其优点在于点火功率大，可以提高点火的成功率和燃烧的稳定性。现有的等离子点火技术有脉冲式等离子点火和连续等离子射流点火，脉冲式等离子点火由于放电频率的限制，持续点火能量不足，能提供的等离子体不多，因此，出现了连续等离子射流点火的概念，既改变脉冲的工作方式为连续的等离子射流。该设想具有十分重要的现实意义和很高的可行性。因此，本发明在前期做了大量的理论研究，并掌握了一定的技术基础。(如哈尔滨工程大学硕士论文：《等离子点火器燃烧流场的数值模拟》，《等离子点火器三维燃烧流场数值模拟》，《等离子发生器空气流动数值模拟》等)对于数值模拟以及仿真结果的分析证明本发明的可行及重大的实际意义：对于燃气轮机在恶劣工况下的点火可靠性大大提高，并能维持燃烧室的稳定，扩大了边界条件。本发明提出了磁稳等离子流点火发生器构思，进行了多次的设计与改进，并经过多次试验，证明其与仿真结果相符合，切实可行并具有实用价值。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以解决小电流工作状态下等离子弧的稳定及等离子射流发生问题，并能使发生器的使用寿命大大提高的磁稳等离子流点火发生器。

本发明的目的是这样实现的：

其组成包括安装座1，绝缘体2，旋流器7，阴极5和阳极6；在安装座1外设置磁稳线圈4；安装座1和阳极6成一体且其内部为空腔、侧壁上开有空气入口；阴极5置于安装座1和阳极6的空腔内，安装座1和阳极6与阴极5之间设置绝缘体2；阴极5后部为尖锥形且尖锥形处开有旋流出孔构成旋流器7；阳极6的出口形状为缩放喷口状，其内压缩角与阴极5配合将电弧压缩推入阳极6中部，喷出的等离子射流由外扩角放大，形成锥面；安装座1与高压点火电缆屏蔽层相连并与大地相通；安装座1内有内极3，内极3与阴极5紧密相接。

其工作时由点火激励器通过高压点火电缆与其连接，高压点火电缆的外部屏蔽层连接点火激励器的正极与本发明的安装座；高压点火电缆的内芯连接点火激励器的负极与本发明的内极。高压点火电缆的屏蔽层与内芯间有聚四氟乙烯绝缘层，绝缘层平均厚度不小于2mm。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、阳极6内开有气冷喷道。

2、阴极5上开的旋流出孔的孔数量为偶数，沿轴向对称均匀分布，出孔方向与轴向平行，出孔数量在4～8个为宜。

3、磁稳线圈4的内部绕组沿轴向缠绕。

4、阴极5的尖端钎焊有一小块锆金属。

本发明的技术特点是通过点火激励器在点火发生器内部建立起连续电弧，由磁稳线圈4与流过的压缩空气对电弧产生磁压缩与气冷压缩作用，将电弧压缩成等离子弧，此时压缩空气与等离子弧接触产生连续的高速高温等离子体射流喷出，点燃燃料/空气混合物。

本发明可以实现在小电流工作状态下，等离子弧的稳定以及等离子射流的发生。可以解决小电流工作状态下等离子弧的稳定及等离子射流发生问题，并能使发生器的使用寿命大大提高。

(四)附图说明

附图是本发明的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合附图，本发明的磁稳等离子流点火发生器的结构包括安装座1、绝缘体2、内极3、磁稳线圈4、阴极5、阳极6和旋流器7。

安装座1上接头设有螺纹接口与高压点火电缆相连，内极3与阴极5紧密相接，安装座1与阳极6是一体结构并与大地相通。

绝缘体2采用耐高温绝缘材料，将安装座1与阴极5可靠绝缘分离开以避免短路打火。在本实施例中绝缘体2采用绝缘陶瓷材料。

旋流器7与阴极5是一体式结构，其原理是在阴极5头部锥面上开出旋流出孔，开孔数量为6个，沿轴向对称均匀分布，出孔方向与轴向平行，其作用是使空气流旋转喷出以对等离子弧产生气冷压缩作用。

磁稳线圈4设置在安装座1外表面，其内部绕组沿轴向缠绕，其与安装座1间加有绝缘层以免短路，由于发生器工作环境特殊，线圈绕线材料应选择耐高温，高绝缘性，韧性强的材料。磁稳线圈4通以低压稳定直流电，使其产生稳定的轴向强磁场，由于等离子弧为导体在磁场中若偏离中心轴，将受到强磁场的约束而稳定在等离子发生器的出口处。

阴极5整体采用紫铜材料，其头部为尖锥形，在其尖端钎焊一小块锆金属，以加强电子发射能力与耐氧化与烧蚀能力。

阳极6可采用紫铜或不锈钢材料，形状为缩放喷口状，内压缩角与阴极5配合将电弧压缩推入阳极6中部，喷出的等离子射流由外扩角放大，形成锥面，扩大点火区域。在其喷口中部开有气冷喷孔，对等离子弧进行进一步压缩，并对阳极6增强冷却效果。

Claims (9)

1、一种磁稳等离子流点火发生器，其组成包括安装座(1)，绝缘体(2)，旋流器(7)，阴极(5)和阳极(6)；其特征是：在安装座(1)外设置磁稳线圈(4)；安装座(1)和阳极(6)成一体且其内部为空腔、侧壁上开有空气入口；阴极(5)置于安装座(1)和阳极(6)的空腔内，安装座(1)和阳极(6)与阴极(5)之间设置绝缘体(2)；阴极(5)后部为尖锥形且尖锥形处开有旋流出孔构成旋流器(7)；阳极(6)的出口形状为缩放喷口状，其内压缩角与阴极(5)配合将电弧压缩推入阳极(6)中部，喷出的等离子射流由外扩角放大，形成锥面；安装座(1)与高压点火电缆相连并与大地相通；安装座(1)内有内极(3)，内极(3)与阴极(5)紧密相接。

2、根据权利要求1所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：阳极(6)内开有气冷喷道，喷道的进气口设在空气入口处；。

3、根据权利要求1或2所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：旋流器(7)的旋流出孔的孔数量为偶数，沿轴向对称均匀分布。

4、根据权利要求1或2所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：磁稳线圈(4)的内部绕组沿轴向缠绕。

5、根据权利要求3所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：磁稳线圈(4)的内部绕组沿轴向缠绕。

6、根据权利要求1或2所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：阴极(5)的尖端钎焊有一小块锆金属。

7、根据权利要求3所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：阴极(5)的尖端钎焊有一小块锆金属。

8、根据权利要求4所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：阴极(5)的尖端钎焊有一小块锆金属。

9、根据权利要求5所述的磁稳等离子流点火发生器，其特征是：阴极(5)的尖端钎焊有一小块锆金属。

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