CN204143971U - 沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子，陶瓷绝缘子为分段圆柱结构，分为前段圆柱、中段圆柱和尾段圆柱，陶瓷绝缘子中心轴向通孔为台阶通孔，分为前段通孔和后段通孔；处于前段圆柱与中段圆柱连接位置处的外侧台阶面转角处采用圆弧过渡，外侧台阶面内凹转角采用半径为R1的圆弧过渡，外侧台阶面外凸转角采用半径为R2的圆弧过渡；处于前段通孔与后段通孔连接位置处的内侧台阶面转角处也采用圆弧过渡，内侧台阶面内凹转角采用半径为R2的圆弧过渡。本实用新型在原有结构基础上，增加了转接处的圆弧过渡连接，将受到的外力分散，避免了应力集中，同时可以避免烧结过程中形成应力集中和加工搬运中形成崩角，导致微裂纹产生。

Description

沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子

技术领域

本实用新型涉及航空发动机沿面点火电嘴陶瓷结构技术领域，具体为一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子。

背景技术

陶瓷材料由于其良好的力学性能，在结构件中得到广泛的应用。特别是在航空发动机点火领域，由于陶瓷材料耐热温度高、力学强度高及耐压性好的特点，能充分的满足航空发动机严苛的工作环境，在点火电嘴中作为结构功能件被广泛应用。但在沿面电嘴中，不仅要求其具有良好的力学结构和性能，还需要在高温工况下能耐高电压，使陶瓷端面沿其表面形成放电火花，实现点火功能。

早期研制该类型陶瓷绝缘子结构采用传统的热压铸成型加工技术，该技术存在着陶瓷绝缘子致密度差、形变量大、力学强度低的缺点，并且热压铸成型技术生产的陶瓷绝缘子性能一致性差，导致绝缘子废品率偏高，延误了研制进度。

发明内容

为解决航空沿面点火电嘴用结构陶瓷断裂、瓷体力学强度不高以及瓷体在高压下被击穿的问题，确保陶瓷绝缘子的结构强度、力学性能、抗电强度及电嘴的工作可靠性，提高产品的安全性和耐久性，本实用新型提出了一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子。

本实用新型的技术方案为：

所述一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子，陶瓷绝缘子为分段圆柱结构，分为前段圆柱、中段圆柱和尾段圆柱，陶瓷绝缘子中心轴向通孔为台阶通孔，分为前段通孔和后段通孔；其特征在于：处于前段圆柱与中段圆柱连接位置处的外侧台阶面转角处采用圆弧过渡，外侧台阶面内凹转角采用半径为R1的圆弧过渡，外侧台阶面外凸转角采用半径为R2的圆弧过渡；处于前段通孔与后段通孔连接位置处的内侧台阶面转角处也采用圆弧过渡，内侧台阶面内凹转角采用半径为R2的圆弧过渡。

进一步的优选方案，所述一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子，其特征在于：前段圆柱外圆直径11mm，中段圆柱外圆直径18.2mm，尾段圆柱外圆直径16.5mm；前段通孔直径5.1mm，后端通孔直径13mm。

有益效果

本实用新型在原有结构基础上，增加了转接处的圆弧过渡连接，将受到的外力分散，避免了应力集中，同时可以避免烧结过程中形成应力集中和加工搬运中形成崩角，导致微裂纹产生。将中段和后段瓷体壁厚增加了0.25mm，增加了其抗折强度。将原来120°坡面改成台阶直平面，利于装配时弹簧在其表面接触并承受工作时传递的热应力和震动载荷。

附图说明

图1：改进前陶瓷绝缘子结构图；

图2：改进后陶瓷绝缘子结构图；

图3：实施例中的陶瓷绝缘子结构图；

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本实用新型：

本实施例中采用A-95氧化铝陶瓷造粒粉，经冷等静压成型成毛坯，将毛坯车削成所需要的几何特征，烧结成瓷后制得需要的产品。

如图1所示，改进前的结构制得的绝缘子不能满足其力、电学性能要求，表现在抗弯强度达不到理论计算数据，抗电性能测试时，瓷体被击穿。为此改进陶瓷绝缘子结构，目的实现陶瓷材料在结构设计时受力状况的合理分布。

本实施例中的航空沿面电嘴用陶瓷绝缘子的结构设计方法，主要按以下步骤进行：

1)陶瓷绝缘子的结构设计，按电嘴技术指标和陶瓷材料的技术性能指标要求，结合电嘴的实际工作环境，设计合理的结构用陶瓷。在结构设计时，充分考虑陶瓷制品的特性，增加转角连接处的R1，R2，减小该地方热烧结时形成的应力集中并防止在加工中造成尖角处微裂纹的形成。

2)按照设计的结构陶瓷的特点，选择合理的加工制造方法(见ZL200910124086.8一种航空电嘴用特种陶瓷零件的加工方法)。就等静压成型相比热压铸成型而言，坯体致密度好，坯体均匀，且车削后能实现净尺寸成型，热收缩小，烧结时形变量小，几何尺寸及测试数据的一致性高。因此本实用新型涉及的绝缘子采用冷等静压成型。

3)对结构陶瓷制品的性能指标检测。采用三点弯曲法来测试陶瓷的抗折强度，其加压速度为2.95KN/s，跨距22mm。其测试最高压力值高于理论设计值判定合格。其电学性能的测试为瓷体的抗电强度，要求在15KV交流下持续30秒瓷体不被击穿为合格。上述性能不仅表观的测试了其瓷体的力学、电学性能，也反映了瓷体内在的特性，在高温烧结时，坯体逐渐融化、熔融成液相-固相交互的状态，坯体逐步致密化、晶态化，晶粒逐步由晶核发育成晶体，当其晶体尺寸达到20um后，瓷体的各项优异性能得到凸显，但当晶粒尺寸超过50um时，瓷体的性能出现恶化，控制其性能达到理想状态也是控制了烧结过程。因此对陶瓷制品的性能测试显得至关重要。

4)结构改进并进行验证性试验。结构改进后需要对绝缘子及随产品进行例行试验考核，绝缘子需要对其抗折强度，抗电性能，抗热震性，体积密度等做充分的验证试验和数据收集，分析改进后的绝缘子的优势，并装配在电嘴中。电嘴的例行试验包括盐雾、震动、冲击性及寿命试验等的验证，以考核在模拟工况下电嘴工作的可靠性，耐久性。在此基础上，还需要随配套的发动机进行长试考核。

5)确定最终结构状态如图2。陶瓷绝缘子为分段圆柱结构，分为前段圆柱、中段圆柱和尾段圆柱，陶瓷绝缘子中心轴向通孔为台阶通孔，分为前段通孔和后段通孔；处于前段圆柱与中段圆柱连接位置处的外侧台阶面转角处采用圆弧过渡，外侧台阶面内凹转角采用半径为R1的圆弧过渡，外侧台阶面外凸转角采用半径为R2的圆弧过渡；处于前段通孔与后段通孔连接位置处的内侧台阶面转角处也采用圆弧过渡，内侧台阶面内凹转角采用半径为R2的圆弧过渡。这样将陶瓷绝缘子受到的外力分散，避免了应力集中，同时可以避免烧结过程中形成应力集中和加工搬运中形成崩角，导致微裂纹产生。

本实施例中陶瓷绝缘子的加工流程：A-95氧化铝造粒粉装模→毛坯冷等静压成型→毛坯数控车床净尺寸车削→高温烧结成瓷→性能试验→检验→成品入库。

参照附图3，陶瓷绝缘子前段圆柱外圆直径11mm，中段圆柱外圆直径18.2mm，尾段圆柱外圆直径16.5mm；前段通孔直径5.1mm，后端通孔直径13mm。相比于图1中改进前的结构，后端通孔直径从原来的13.5mm减小到13mm，使瓷体壁厚增加，增加圆弧转接连接，改变其力学结构，消除应力集中，提高力学性能，并将120°夹角改成180°平台，使得该陶瓷绝缘子在电嘴中装配时，弹簧套接在前段圆柱(外圆11mm直径)上与台阶面接触，可伐合金与尾段(外圆直径16.5mm)钎焊连接后与电嘴壳体焊接在一起，形成组件结构，利于装配时弹簧在其表面接触并承受工作时传递的热应力和震动载荷。

改进前与改进后的结构性能对比如表1：

表1 结构陶瓷零件性能对比表

其力学性能由原来的(2.3～3.2)kN提高到现在的(5.0～5.5)kN，超过设计指标3.4kN。其电学性能耐压强度合格率由60％提高到100％。经试验验证形成的最终陶瓷绝缘子结构，其力学性能、电性能符合要求，结构合理，满足电嘴使用要求。

Claims (2)

1.一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子，陶瓷绝缘子为分段圆柱结构，分为前段圆柱、中段圆柱和尾段圆柱，陶瓷绝缘子中心轴向通孔为台阶通孔，分为前段通孔和后段通孔；其特征在于：处于前段圆柱与中段圆柱连接位置处的外侧台阶面转角处采用圆弧过渡，外侧台阶面内凹转角采用半径为R1的圆弧过渡，外侧台阶面外凸转角采用半径为R2的圆弧过渡；处于前段通孔与后段通孔连接位置处的内侧台阶面转角处也采用圆弧过渡，内侧台阶面内凹转角采用半径为R2的圆弧过渡。

2.根据权利要求1所述一种沿面点火电嘴用陶瓷绝缘子，其特征在于：前段圆柱外圆直径11mm，中段圆柱外圆直径18.2mm，尾段圆柱外圆直径16.5mm；前段通孔直径5.1mm，后端通孔直径13mm。