CN107100740B - 气流压缩定向聚能等离子弧点火喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种利用气流压缩定向聚能等离子弧点火喷嘴，主要由外部的阳极管和内部的阴极柱组成，阳极管的根部开有椭圆形的进气孔，该结构可以使高能等离子弧经阴极、阳极之间空腔内的空气与外部形成的压差将等离子弧压缩并聚能，经喷嘴定向喷出，提高等离子弧的喷射距离和能量聚集。本发明应用于燃气轮机等离子点火器喷嘴，可以明显提高等离子点火器的点火效率和可靠性。

Description

气流压缩定向聚能等离子弧点火喷嘴
技术领域
本发明属于动力装置领域，特别是涉及燃气轮机或锅炉起动点火的等离子点火装置。
技术背景
燃气轮机等离子点火器为燃气轮机或锅炉等热力设备提供起动点火的等离子点火装置。等离子点火器功能是通过施加外部能量(电场、高温等)将燃气轮机燃烧室中空气-燃料(液体或气体)混合物部分裂解为等离子体(即物质存在的第四态)，降低燃料开始燃烧的活化能，以达到加速燃烧并有强化燃烧作用的装置。
等离子点火器作为一种新型的起动点火装置已经开始应用，但现阶段的等离子点火器还存在很多问题，如不能对等离子弧进行有效控制，致使点火效果未达到最佳。点火器的性能直接影响燃气轮机的工作可靠性。发动机要求在各种复杂环境以及不可预测条件下(紧急熄火)，都能成功点火，也就是说在燃烧室进口压力为0.6-1.1MPa，燃油进口温度在-50℃-50℃都能点燃。目前常用的燃气轮机点火方式有电火花点火和半导体表面放电点火，电火花点火能量较低，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的点火装置，利用电弧激发高温等离子体引燃燃料。其优点在于点火成功率大，可以提高点火的成功率和燃烧的稳定性。由于应用等离子点火器的环境为燃料与空气的流场，当流场中空气的速度较大，而等离子点火器的电弧的刚性不够时，容易导致电弧的倾斜，从而影响点火的有效直径，容易造成点火成功率低的情况。
申请号CN201220244597.0，提供了一种旋流式等离子点火嘴，包括电嘴，电嘴上开有旋流孔，电嘴底部开有出口通道，旋流孔与电嘴的内径相切，旋流孔为单排分布或上下排分布。该实用新型旋流孔与电嘴的内径相切，保证进入到电嘴腔体内的空气和出口的等离子电弧具有旋流作用，从而使等离子电弧具有一定的刚性，保证等离子电弧的有效点火直径，防止被外部气体吹斜，调高点火的成功率。
本发明通过对现有的电嘴进行改进，以达到改善上述不能对等离子弧进行有效控制，致使点火效果未达到最佳的问题的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生定向等离子电弧，高度聚集能量，可靠性强，使用寿命长的气流定向聚能等离子弧点火喷嘴。
本发明的目的是这样实现的：
本发明气流定向聚能等离子弧点火喷嘴，包括阴极和阳极，其特征是：阴极与阳极同轴安装，管型阳极与阴极柱之间形成环型空腔，阳极根部开有空气进口，阴极柱采用变截面结构。
本发明还可以包括：
1.所述的空气进口，成椭圆型，空气进口面积要大于喷口面积，沿周向均匀分布。
2.所述的空气进口位于阳极根部，椭圆型进口上边缘与喷口上平面距离大于口气进口最大长度。
3.所述的阴极柱的头部截面较大，与阳极开口处对应位置的截面较小。阴极柱的顶部截面与阳极柱的顶部截面在同一平面上。
本发明的优势在于：通过压差产生的空气流动定向压缩等离子弧来实现对等离子弧的聚能，空气进口开在电嘴的根部增加了电嘴空腔的空气流道长度，促使压缩空气向外喷出，阴极采用变截面的结构，可以增加进气量和电嘴出口处的空气流速，从而增加电弧的长度和等离子弧聚能来改善点火的效果，由于阴极头部截面增加，可以延长电嘴的使用寿命和可靠性。
附图说明
图1为本发明的半剖结构图
图2为本发明的A-A剖视图
具体实施方式
下面结合附图对本专利做更详细地描述
结合图1-2本发明包括1阴极头部2电嘴内部空腔3装卸六角头4连接螺纹5喷口6阳极管7进气口8阴极柱。当本发明气流定向聚能等离子弧点火喷嘴开始工作时，等离子瞬间压缩空气，由于2电嘴空腔流道阻力较大促使压缩空气从喷口5喷出，同时2电嘴内部空腔式变截面结构，实现空气从7进气口的到5喷口的加速流动，实现较长等离子弧从5喷口射出，点燃燃料。由于上述结构设计保证了点火器工作时能有高度聚焦的等离子弧从喷口射出，提高等离子弧点火器的点火效率和稳定性。同时由于阴极头部直径变大，可以提高电嘴的使用寿命的稳定性。
图2是本发明气流定向聚能等离子弧点火喷嘴俯视全剖视图，从图中可以看出其包括三个进气口，沿周向均匀分布。
本发明采用以上技术方案可以实现两种效果：一是通过阳极根部开口增加内部空腔长度使等离子弧定向聚能压缩，电嘴内腔变截面来增大流向电嘴喷口的空气流速，从而增大等离子的喷射长度和刚性，保证点火效率和稳定性；二是通过增大阴极头部直径来增加电嘴的使用寿命和稳定性。

Claims (2)

1.气流压缩定向聚能等离子弧点火喷嘴,包括阴极和阳极,其特征在于：所述的阳极为管状结构，所述的阴极为圆柱结构，阳极管(6)与阴极柱(8)同轴安装,阳极与阴极之间形成电嘴(2)，其内部空腔为变截面结构，阳极管根部开有进气口(7)，阴极柱采用变截面结构；
所述的进气口成椭圆形，椭圆长轴方向平行阳极管与阴极柱轴线，进气口数量为3个，沿周向均匀分布；
所述的进气口面积要大于喷口面积；
椭圆形进气口上边缘与喷口上平面距离大于进气口最大长度；
所述的阴极柱采用变截面结构，阴极头部(1)截面积较阳极开口处对应位置阴极柱的截面积大。
2.根据权 利要求1所述的气流压缩定向聚能等离子弧点火喷嘴，其特征在于：所述的阴极柱的顶部截面与喷嘴的顶部横截面在同一平面上。
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