CN103277196B - 一种点火器及其改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点火器，包括电嘴(1)、起动喷嘴(2)和点火器壳体(3)，所述电嘴(1)的中心线与所述起动喷嘴(2)喷出的燃油喷雾在所述点火器壳体(3)内形成的喷雾锥角边界线相交得到第一交点，所述第一交点距离所述起动喷嘴(2)出口端面线的垂直距离为18mm-19mm。同等条件下，一次点火成功率高达95％，在高原(海拔2000以上)或气温较低时点火成功率也大大提高。

Description

一种点火器及其改造方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种点火器及其改造方法。

背景技术

目前，很多航空发动机的启动采用预燃室(点火器)间接点火，例如国内的WJ5、WJ6、WJ7等发动机均采用点火器间接点火，先在点火器中形成稳定的火焰，然后传递到火焰筒中。点火器点火性能的好坏，直接关系到航空发动机的启动是否成功。目前许多发动机经常会出现点火困难的问题，而且主要还是由于点火器点火性能差引起的。

某些航空发动机还存在点火性能不稳定的问题，一次点火成功率虽然能够达到70％-80％，但是在高原(海拔2000米以上)或气温较低时常常出现点火不成功的现象。

因此，研制一种新型的点火器及其改造方法以为亟待的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种点火器及其改造方法，以解决航空发动机中预燃室(点火器)点火性能差、点火性能不稳定等的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种点火器包括电嘴、起动喷嘴和点火器壳体，电嘴的中心线与起动喷嘴喷出的燃油喷雾在点火器壳体内形成的喷雾锥角边界线相交得到第一交点，第一交点距离起动喷嘴出口端面线的垂直距离为18mm-19mm。

进一步地，起动喷嘴与点火器壳体之间的设置有垫片，垫片厚度为3mm-4mm。

进一步地，起动喷嘴与点火器壳体的接触部位设置有倒角。

进一步地，倒角设置在点火器壳体上或／和起动喷嘴上。

进一步地，倒角为弧形倒角，弧形倒角的倒角弧度为160°-200°。

进一步地，起动喷嘴为离心喷嘴。离心喷嘴的结构为由内向外逐渐扩大的喷嘴结构形式。

进一步地，起动喷嘴外部设有燃油加压装置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种点火器的改造方法，包括如下步骤：

a、测量并且计算出待改造点火器的电嘴中心线与起动喷嘴喷出的燃油喷雾在点火器壳体内形成的喷雾锥角边界线相交得到的第一交点距离起动喷嘴出口端面线的垂直距离；

b、依据得出的垂直距离与标准范围值18mm-19mm偏差的距离尺寸，通过改造起动喷嘴与点火器壳体接触部位的倒角角度进行调节；或者通过增减起动喷嘴与点火器壳体之间垫片的厚度进行调节；或者通过同时增减起动喷嘴与点火器壳体之间垫片的厚度进行调节以及改造起动喷嘴与点火器壳体接触部位的倒角角度进行调节；

c、再次测量并计算出调整后的待改造点火器电嘴的中心线与起动喷嘴喷出的燃油喷雾在点火器壳体内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴出口端面线的垂直距离；

d、如果垂直距离在18mm-19mm范围内，改造结束；如果垂直距离不在18mm-19mm范围内，重复进行步骤b和步骤c。

进一步地，步骤b中调节起动喷嘴与点火器壳体之间的垫片厚度控制在3mm-4mm。

进一步地，步骤b中调节方法替换为改造电嘴角度，或者改造起动喷嘴的角度，或者改造起动喷嘴的喷嘴形式。

本发明具有以下有益效果：

(1)同等条件下，一次点火成功率高达95％，在高原(海拔2000以上)或气温较低时点火成功率也大大提高。通过大量研究和实验验证获得只有当电嘴的中心线与起动喷嘴喷出的燃油喷雾在点火器壳体内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴出口端面线的垂直距离为18mm-19mm时点火性能显著提高。

(2)通过大量研究和实验验证获得当起动喷嘴与点火器壳体之间的垫片厚度增加到3mm-4mm的时候，能够明显提高点火性能。而当垫片厚度超过4mm或者小于3mm，不仅不能够提高点火性能，反而由于垫片太厚或太薄不利于起动喷嘴与点火器壳体之间的密封，造成燃油泄漏，甚至造成火灾等危害。

(3)采用调整起动喷嘴与点火器壳体之间的垫片厚度以及调整点火器壳体与起动喷嘴结合处的局部结构，能够对于已有结构、现有结构进行简单的改造，改造成本低，在提高点火几率的同时能够减少重新设计制造的成本，适用于国内外大多的预燃室间接点火装置。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本中请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的点火器的结构示意图。

图2是本发明优选实施例的点火器的俯视结构示意图。

图3是本发明优选实施例的点火器改造的结构示意图。

图4是起动喷嘴SMD测量试验的状态图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的点火器的结构示意图，图2是本发明优选实施例的点火器的俯视结构示意图，如图1、2所示，点火器包括电嘴1、起动喷嘴2和点火器壳体3，电嘴1的中心线与起动喷嘴2喷出的燃油喷雾在点火器壳体3内形成的喷雾锥角边界线相交得到第一交点，第一交点距离起动喷嘴2出口端面线的垂直距离为18mm-19mm。起动喷嘴2与点火器壳体3之间的设置有垫片4，垫片4厚度为3mm-4mm。起动喷嘴2与点火器壳体3的接触部位设置有倒角。倒角设置在点火器壳体3上或／和起动喷嘴2上。倒角为弧形倒角，弧形倒角的倒角弧度为160°-200°。同等条件下，一次点火成功率高达95％，在高原(海拔2000以上)或气温较低时点火成功率也大大提高。通过大量研究和实验验证获得只有当电嘴1的中心线与起动喷嘴2喷出的燃油喷雾在点火器壳体3内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴2出口端面线的垂直距离为18mm-19mm时点火性能显著提高。通过大量研究和实验验证获得当起动喷嘴2与点火器壳体3之间的垫片4厚度增加到3mm-4mm的时候，能够明显提高点火性能。而当垫片4厚度超过4mm或者小于3mm，不仅不能够提高点火性能，反而由于垫片4太厚或太薄不利于起动喷嘴2与点火器壳体3之间的密封，造成燃油泄漏，甚至造成爆炸等危害。

其还在于，起动喷嘴2为离心喷嘴。离心喷嘴的结构为由内向外逐渐扩大的喷嘴结构形式。

其还在于，起动喷嘴2外部设有燃油加压装置。

如图1、2所示，O点为起动喷嘴2出口的中心位置，OA和OB为起动喷嘴2出口喷出的燃油喷雾在点火器内的喷雾锥角边界，点火的电嘴1的电嘴中心线S与边界线OA相交于点M。直线MN与起动喷嘴2出口端面平行，两直线之间的距离为L。这里有L来表征起动喷嘴在点火器上的相对位置，即电嘴1的中心线与起动喷嘴2喷出的燃油喷雾在点火器壳体3内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴2出口端面线的垂直距离。

起动点火时，起动喷嘴2向点火器壳体3内供油，点火的电嘴1向油气混合物提供能量，先是在点火器内部形成稳定的火炬，然后火焰从下部传入火焰筒并点燃整个燃烧室。

图3是本发明优选实施例的点火器改造的结构示意图，如图3所示，为改进点火性能的方法：

1)调整起动喷嘴2与点火器壳体3之间垫片4的厚度。经过试验研究发现，当厚度4增加3~4mm之间时，能够提高点火性能。

当垫片4厚度较大时，不利于起动喷嘴2与点火器壳体3之间密封。故推荐该方法来寻找最佳的L值范围。

2)重新设计点火器壳体3与起动喷嘴2结合处的局部结构，来改进L值。

点火器壳体3的改进思路如图3所示。主要有两点：一是增加点火器壳体3与起动喷嘴2结合面的厚度，即提高图中距离C，以保证L值；二是对壳体局部增加倒角R，保证燃油喷雾边界区域能够顺利进入点火器壳体3内部。

点火器的改造方法包括如下步骤：

a、测量并且计算出待改造点火器的电嘴1中心线与起动喷嘴2喷出的燃油喷雾在点火器壳体3内形成的喷雾锥角边界线相交得到的第一交点距离起动喷嘴2出口端面线的垂直距离；

b、依据得出的垂直距离与标准范围值18mm-19mm偏差的距离尺寸，通过改造起动喷嘴2与点火器壳体3接触部位的倒角角度进行调节；或者通过增减起动喷嘴2与点火器壳体3之间垫片4的厚度进行调节；或者通过同时增减起动喷嘴2与点火器壳体3之间垫片4的厚度进行调节以及改造起动喷嘴2与点火器壳体3接触部位的倒角角度进行调节；

c、再次测量并计算出调整后的待改造点火器电嘴1的中心线与起动喷嘴2喷出的燃油喷雾在点火器壳体3内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴2出口端面线的垂直距离；

d、如果垂直距离在18mm-19mm范围内，改造结束；如果垂直距离不在18mm-19mm范围内，重复进行步骤b和步骤c。

其还在于，步骤b中调节起动喷嘴2与点火器壳体3之间的垫片4厚度控制在3mm-4mm。

其还在于，步骤b中调节方法替换为改造电嘴1角度，或者改造起动喷嘴2的角度，或者改造起动喷嘴2的喷嘴形式。改造起动喷嘴2的喷嘴形式包括改变喷嘴的扩口形状、改变喷嘴的喷射角度等等。

图4是起动喷嘴SMD测量试验的状态图，如图4所示，依据静止可燃混气点火的理论模型：电火花在可燃混气中瞬间建立了一个气体小容积，其内气体温度非常高。但因热传到周围未燃气体而使温度迅速下降；而周围未燃气体邻接层因升温而产生化学反应，结果形成燃烧波以接近于球形匀称地向外传播。点火能否获得成功取决于当起始温度已降到大约为正常火焰温度时，已燃烧的容积是否达到某一临界尺寸。这一临界尺寸就是所谓的冷熄距离，小于这一尺寸时由于周围气体的吸热冷却作用不能使火焰传播开来，点火不能获得成功。为建立达到临界尺寸的火焰所需要的能量称为最小点火能量E。

燃油SMD(索泰尔平均直径)尺寸反应了燃油的雾化程度。理论研究认为：点火所需能量与SMD有很大关系，SMD越小会使油珠更容易蒸发，从而核心火团温度高，释放速率大，点火更加容易。

在进行喷嘴SMD测量试验的时候发现，起动喷嘴的喷雾具有如下特点：在离喷口较近的区域内，为一片液膜状区域；接着液膜破裂成丝，形成油滴；当离喷口的距离越远时，喷雾的范围将逐渐变大。

如果电嘴加热区域离喷口较近，需要更多的能量来加热油滴，不利于起动点火；若加热区域离喷口太远，液滴的浓度大大下降，也不利于起动点火的进行。因此，应选择合适的起动喷嘴安装位置来保证点火的可靠性。

通过大量研究和实验验证获得只有当电嘴的中心线与起动喷嘴喷出的燃油喷雾在点火器壳体内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴出口端面线的垂直距离为18mm-19mm时点火性能显著提高。

并且研究表明当起动喷嘴与点火器壳体之间的垫片厚度增加到3mm-4mm的时候，能够明显提高点火性能。而当垫片厚度超过4mm或者小于3mm，不仅不能够提高点火性能，反而由于垫片太厚或太薄不利于起动喷嘴与点火器壳体之间的密封，造成燃油泄漏，甚至造成爆炸等危害。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种点火器的改造方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、测量并且计算出待改造点火器的电嘴(1)中心线与起动喷嘴(2)喷出的燃油喷雾在点火器壳体(3)内形成的喷雾锥角边界线相交得到的第一交点距离起动喷嘴(2)出口端面线的垂直距离；

b、依据得出的垂直距离与标准范围值18mm-19mm偏差的距离尺寸，通过改造起动喷嘴(2)与点火器壳体(3)接触部位的倒角角度进行调节；或者通过增减起动喷嘴(2)与点火器壳体(3)之间垫片(4)的厚度进行调节；或者通过同时增减起动喷嘴(2)与点火器壳体(3)之间垫片(4)的厚度进行调节以及改造起动喷嘴(2)与点火器壳体(3)接触部位的倒角角度进行调节；

c、再次测量并计算出调整后的待改造点火器电嘴(1)的中心线与起动喷嘴(2)喷出的燃油喷雾在点火器壳体(3)内的喷雾锥角边界线的第一交点距离起动喷嘴(2)出口端面线的垂直距离；

d、如果垂直距离在18mm-19mm范围内，改造结束；如果垂直距离不在18mm-19mm范围内，重复进行步骤b和步骤c。

2.根据权利要求1所述的点火器的改造方法，其特征在于，步骤b中调节起动喷嘴(2)与点火器壳体(3)之间的垫片(4)厚度控制在3mm-4mm。

3.根据权利要求1所述的点火器的改造方法，其特征在于，步骤b中调节方法替换为改造电嘴(1)角度，或者改造起动喷嘴(2)的角度，或者改造起动喷嘴(2)的喷嘴形式。