RU156352U1 - Свеча зажигания для газотурбинного двигателя - Google Patents

Abstract

Свеча зажигания, которая содержит основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен центральный электрод, дополнительный корпус, частично размещенный внутри основного корпуса и соединенный с ним герметично сваркой, с закрепленной в нем медной клиновой втулкой, обращенной большим сечением в сторону рабочего торца свечи, и стеклогерметизирующей втулкой, герметизирующий изолятор, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен токоведущий стержень, керамический трубчатый изолятор, цангу, втулку, между цангой и центральным электродом размещена оплетка-жгут из коррозионно-стойких проволок, пайкой соединенная с центральным электродом и цангой, в которую вставлен токоведущий стержень, причем в свече имеется контакт бокового электрода, два керамических изолятора, между которыми установлена спиральная пружина, противоположные обращенным к пружине торцы этих трубчатых изоляторов упираются соответственно в торец дополнительного корпуса, и через металлическую втулку - в трубчатый керамический изолятор, который противоположным торцем упирается в буртик на боковой поверхности искрообразующего изолятора, обратная сторона этого буртика соприкасается с внутренним торцем основного корпуса свечи, рабочий торец искрообразующего изолятора выступает за внешний торец основного корпуса свечи, на рабочем торце искрообразующего изолятора имеются тангенциальные канавки, соединяющие его боковую поверхность с кольцевой полостью, образованной конической поверхностью контакта центрального электрода и кольцевой канавкой

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности - к конструктивному исполнению свечей зажигания газотурбинных двигателей и решает задачу повышения воспламеняющей способности свечи и системы зажигания.

Известна свеча зажигания [Патент РФ №1720459, 30.03.1994], содержащая искрообразующий изолятор с размещенным в нем контактом центрального электрода, корпус, образующий на рабочем торце боковой электрод и кольцевой искровой зазор с контактом центрального электрода, токоведущий стержень, установленный в контакте центрального электрода, изолятор, во внутреннем канале которого размещен токопроводящий стержень, стеклогерметизирующую втулку, заключенную в кольцевую полость, образованную токопроводящим стержнем и корпусом.

Недостатком указанных свечей зажигания является невозможность их использования в составе мощных газотурбинных двигателей, имеющих относительно большие габариты и повышенные температуры, воздействующие на рабочий торец свечи и узел герметизации.

Конструктивные особенности таких свечей - торцевая герметизация - не обеспечивает требуемый уровень герметичности.

Применение таких свечей при использовании высоковольтных агрегатов зажигания и высоком давлении в камере сгорания в условиях повышенных температур приводит к электрическому пробою по стеклогерметику между центральным электродом и корпусом из-за уменьшения электропрочности стеклогерметика.

Известна свеча зажигания для газотурбинных двигателей [Патент РФ №2007004, 30.01.1994], содержащая основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором с внутренним каналом, закрепленный в последнем в стеклогерметике центральный электрод, дополнительный корпус, частично размещенный внутри основного корпуса и соединенный с ним герметично сваркой, медную клиновую втулку, герметизирующий изолятор с ножками и внутренним каналом с закрепленным на нем в стеклогерметике токоведущим стержнем и экранную изолирующую трубку, цангу, соединяющую центральный электрод искрообразующего изолятора и токоведущий стержень, стеклогерметизирующую втулку, размещенную между ножкой керамического изолятора, дополнительным корпусом и большей стороной сечения медной втулки, обращенной к рабочему торцу свечи и размещенной также между герметизирующим изолятором и дополнительным корпусом, дополнительный трубчатый керамический изолятор, размещенный между дополнительным корпусом и металлической втулкой, закрепленной в основном корпусе, прижимающей искрообразующий изолятор к внутреннему торцу корпуса.

Размещение узла герметизации на относительно большом расстоянии от рабочего торца в зоне экрана свечи, к которому подключены высоковольтные провода зажигания, значительно уменьшает тепловой поток в зону герметизации свечи (герметизирующего изолятора) в процессе работы двигателя, а замена торцевой герметизации на герметизацию свечи по токоведущему стержню стеклогерметиком и по корпусу медной втулкой, обращенной своим большим сечением к рабочему торцу и закрепляющей ее стеклогерметизирующей втулкой, а также электрическая изоляция токоведущего стержня (центрального электрода) от корпуса через керамический изолятор, обеспечивает повышение термостойкости свечи в части обеспечения электропрочности при совместной работе свечи с высоковольтными агрегатами зажигания и повышает герметичность свечи.

Однако при высоких температурах в зоне рабочего торца свечи, достигающих 900-1000°C, с целью уменьшения температур на нем и обеспечения электроэрозионной стойкости контактов электродов, при монтаже на двигателе свечи устанавливаются в специальные кожуха охлаждения.

Применение таких кожухов обеспечивает эффективную защиту рабочего торца свечи от повышенных температур камер сгорания, исключает окисление контактов центрального и бокового электродов свечи, снижение их ресурса.

Однако такое размещение рабочего торца свечи зажигания в специальных кожухах увеличивает расстояние между рабочим торцем и топливовоздушной смесью, уменьшает вероятность контакта топливовоздушной смеси с источником зажигания - электрическим разрядом. При этом даже применение мощных дуговых источников питания вместо емкостных агрегатов зажигания не позволяет увеличить пространственную протяженность электрического разряда для обеспечения его надежного проникновения в зону обратных токов камеры сгорания двигателя.

Таким образом, свеча, при установке ее в кожухе охлаждения, и система зажигания в целом, имеют недостаточную воспламеняющую способность.

Указанных недостатков частично лишена свеча зажигания для газотурбинного двигателя, принятая за прототип [Патент РФ №52529, 27.03.2006; фиг 1а], содержащая основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен центральный электрод, дополнительный корпус, частично размещенный внутри основного корпуса и соединенный с ним герметично сваркой, с закрепленной в нем медной клиновидной втулкой, обращенной большим сечением в сторону рабочего торца свечи и стеклогерметизирующей втулкой, герметизирующий изолятор, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен токоведущий стержень, экранную керамическую промежуточную втулку, цангу, керамический трубчатый изолятор, при этом между цангой и центральным электродом размещена оплетка-жгут из коррозионно-стойких проволок, пайкой соединенная с ними, в которую вставлен токоведущий стержень, в свече дополнительно имеется контакт бокового электрода, два керамических изолятора, между которыми установлена спиральная пружина, противоположные обращенным к пружине торцы этих изоляторов упираются, соответственно, в торец дополнительного корпуса, трубчатый керамический изолятор противоположным торцем упирается в буртик на боковой поверхности искрообразующего изолятора, обратная сторона этого буртика соприкасается с внутренним торцем основного корпуса свечи, рабочий торец искрообразующего (центрального) электрода выступает за внешний торец основного корпуса свечи, на рабочем торце искрообразующего изолятора имеются тангенциальные канавки, соединяющие его боковую поверхность с кольцевой полостью, образованной конической поверхностью контакта центрального электрода и кольцевой канавкой на рабочем торце искрообразующего изолятора, при этом внутренний торец контакта бокового электрода лежит на рабочем торце искрообразующего изолятора, а в контакте бокового электрода имеется соосное с контактом центрального электрода отверстие, имеющее со стороны внешнего торца контакта бокового электрода цилиндрическое сечение, диаметр которого меньше диаметра контакта центрального электрода в месте его контакта с торцевой поверхностью искрообразующего изолятора, и коническое отверстие, меньшим диаметром сопряженное с цилиндрическим отверстием в контакте бокового электрода, а большим диаметром, выходящим на внутренний его торец, установленный на рабочей торец искрообразующего изолятора, коническое отверстие контакта бокового электрода образует с боковой конической поверхностью контакта центрального электрода кольцевую коническую полость, переходящую в цилиндрическое отверстие в контакте бокового электрода, цилиндрическая поверхность бокового электрода, охватывающая выступающую из основного корпуса цилиндрическую поверхность искрообразующего изолятора, имеет шлицы, глубина которых достигает глубины его внутреннего торца, в шлицы контакта бокового электрода входят выступы, выполненные на торце основного корпуса свечи с образованием осевых зазоров между торцевыми поверхностями корпуса и контактом бокового электрода, в осевом зазоре между шлицами на контакте бокового электрода и основного корпуса на боковой поверхности искрообразующего изолятора полностью или частично расположены начала тангенциальных канавок, выходящих в кольцевую канавку на рабочем торце искрообразующего изолятора.

При установке свечи в кожух охлаждения контакт бокового электрода поджимается к внутреннему торцу кожуха охлаждения. При заворачивании свечи в кожух охлаждения, в связи с тем, что глубина кожуха меньше соответствующего размера свечи, контакт бокового электрода поджимает искрообразующий изолятор во внутренний объем основного трубчатого корпуса. Это достигается за счет наличия возможности осевого перемещения искрообразующего изолятора, достигаемого использованием в конструкции свечи пружины и оплетки-жгута. При этом подвижная гирлянда керамических изоляторов обеспечивает сохранение конструкцией требуемой электропрочности.

Однако при заворачивании свечи зажигания в кожух охлаждения возможно смещение искрообразующего изолятора вокруг оси в связи с использованием в конструкции свечи пружины и «нежесткой» оплетки-жгута, вследствие чего тангенциальные канавки на рабочем торце искрообразующего изолятора перекрываются выступами контакта бокового электрода (фиг. 1б). При этом уменьшается расход воздуха, попадающего в отверстия кожуха охлаждения, через тангенциальные канавки и его попадание в камеру сгорания. В результате уменьшается пространственная протяженность плазменной струи, ухудшается контакт с топливовоздушной смесью в зоне обратных токов, что в ряде случаев приводит к нерозжигу топливовоздушной смеси или изменению диапазона перепада давления на свече, при котором происходит надежное воспламенение топлива (из-за уменьшения длины плазменной струи при минимальном перепаде давления, при котором включается система зажигания).

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение воспламеняющей способности свечи зажигания за счет обеспечения стабильной пространственной протяженности плазменной струи при возможном перекрытии тангенциальных канавок в процессе установки свечи зажигания в кожух охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа, свеча зажигания содержит контакт бокового электрода, по периметру внутренней цилиндрической поверхности которого на уровне тангенциальных канавок искрообразующего изолятора выполнена кольцевая канавка высотой, большей или равной высоте тангенциальной канавки, и площадью поперечного сечения, большей или равной площади поперечного сечения тангенциальной канавки искрообразующего изолятора.

Выполнение кольцевой канавки по периметру внутренней цилиндрической поверхности контакта бокового электрода позволяет исключить перекрытие тангенциальных канавок при возможном смещении искрообразующего изолятора вокруг оси, влияющее на расход воздуха через свечу зажигания, то есть на протяженность плазменной струи и, соответственно, на воспламеняющую способность свечи зажигания. Выполнение кольцевой канавки на уровне тангенциальных канавок высотой, большей или равной высоте тангенциальных канавок позволяет исключить препятствия при прохождении воздуха, попадающего в отверстия кожуха охлаждения, через тангенциальные канавки в камеру сгорания. Выполнение кольцевой канавки площадью поперечного сечения, большей или равной площади поперечного сечения тангенциальной канавки, позволяет обеспечить необходимый расход воздуха через свечу. Указанные мероприятия, реализованные в заявляемой свече зажигания, позволяют исключить ограничение расхода воздуха через свечу и, тем самым, увеличить стабильность и пространственную протяженность плазменной струи, соответственно, улучшить контакт плазменной струи с топливовоздушной смесью, расширить диапазон изменения давления воздуха на свече, обеспечивающего необходимую стабильную пространственную протяженность плазменной струи, которая позволяет ей достичь зоны обратных токов камеры сгорания, что, в свою очередь, обеспечивает стабильность воспламеняющей способности системы зажигания и надежный розжиг камеры сгорания двигателя.

На фиг. 1 представлен рабочий торец свечи зажигания согласно прототипу: a - тангенциальные канавки открыты; б - тангенциальные канавки перекрыты выступами контакта бокового электрода. На фиг. 2 представлена заявляемая свеча зажигания, установленная в кожух охлаждения.

Заявляемая свеча зажигания, содержит основной трубчатый корпус 1 с установленным в нем искрообразующим изолятором 2, во внутреннем канале которого в стеклогерметике 3 закреплен центральный электрод 4, дополнительный корпус 5, частично размещенный внутри основного корпуса 1 и соединенный с ним герметично сваркой, с закрепленной в нем медной клиновой втулкой 6, обращенной большим сечением в сторону рабочего торца свечи, и стеклогерметизирующей втулкой 7, герметизирующий изолятор 8, во внутреннем канале которого в стеклогерметике 9 закреплен токоведущий стержень 10, керамический трубчатый изолятор 11, цангу 12, втулку 13, между цангой 12 и центральным электродом 4 размещена оплетка-жгут 14 из коррозионно-стойких проволок, пайкой соединенная с центральным электродом 4 и цангой 12, в которую вставлен токоведущий стержень 10, причем в свече имеется контакт бокового электрода 15, два керамических изолятора 16, между которыми установлена спиральная пружина 17, противоположные обращенным к пружине 17 торцы этих трубчатых изоляторов 16 упираются соответственно в торец дополнительного корпуса 5, и через металлическую втулку 13 - в трубчатый керамический изолятор 11, который противоположным торцем упирается в буртик на боковой поверхности искрообразующего изолятора 2, обратная сторона этого буртика соприкасается с внутренним торцем основного корпуса свечи 1, рабочий торец искрообразующего изолятора 2 выступает за внешний торец основного корпуса свечи, на рабочем торце искрообразующего изолятора 2 имеются тангенциальные канавки 18, соединяющие его боковую поверхность с кольцевой полостью, образованной конической поверхностью контакта центрального электрода 19 и кольцевой канавкой на рабочем торце искрообразующего изолятора 2, внутренний торец контакта бокового электрода 15 лежит на рабочем торце искрообразующего изолятора 2, а в контакте бокового электрода 15 имеется соосное с контактом центрального электрода 4 отверстие, имеющее со стороны внешнего торца контакта бокового электрода 15 цилиндрическое отверстие 20, диаметр которого меньше диаметра контакта центрального электрода 4 в месте его контакта с торцевой поверхностью искрообразующего изолятора 2, и коническое отверстие 21, меньшим диаметром сопряженное с цилиндрическим отверстием в контакте бокового электрода 15, а большим диаметром, выходящим на внутренний его торец, установленный на рабочий торец искрообразующего изолятора 2, коническое отверстие контакта бокового электрода 15 образует с боковой конической поверхностью контакта центрального электрода 19 кольцевую коническую полость 22, переходящую в цилиндрическое отверстие в контакте бокового электрода 15, цилиндрическая поверхность 23 контакта бокового электрода 15, охватывающая выступающую из основного корпуса цилиндрическую поверхность искрообразующего изолятора 2, имеет шлицы 24, глубина которых достигает глубины его внутреннего торца, в которые входят выступы 25, имеющиеся на торце основного корпуса 1 свечи с образованием осевых зазоров между торцевыми поверхностями корпуса 1 и контактом бокового электрода 15, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность 23 контакта бокового электрода 15 имеет выполненную по его периметру кольцевую канавку 26, которая расположена на уровне тангенциальных канавок 18 искрообразующего изолятора 2 и имеет высоту, большую или равную высоте тангенциальной канавки 18, и площадь поперечного сечения, большую или равную площади поперечного сечения тангенциальной канавки 18 искрообразующего изолятора 2.

Свеча зажигания работает следующим образом.

В процессе запуска двигателя воздух, за счет перепада давления, создаваемого между выходом из компрессора и полостью камеры сгорания, поступает в отверстия 27 кожуха охлаждения 28 и в тангенциальные канавки 18, которые находятся на уровне кольцевой канавки 26 внутренней цилиндрической поверхности 23 контакта бокового электрода 15. Далее воздух поступает соответственно в зазор, образованный контактами центрального электрода 19 и бокового электрода 15 и, закручиваясь, выбрасывается через отверстие 20 в камеру сгорания.

При подаче напряжения от дугового источника питания на токоведущий стержень 10 высокое напряжение приводит к возникновению электрической дуги между контактами центрального 4 и бокового 15 электродов. Под действием набегающего воздуха электрическая дуга, а именно, в точке ее контактирования с внутренней поверхностью электрода, выносится на внешнюю поверхность контакта бокового электрода 15, тем самым обеспечивается необходимая длина плазменной струи, проникающей во внутренний объем камеры сгорания.

Увеличение расхода воздуха через свечу за счет выполнения кольцевой канавки по периметру внутренней цилиндрической поверхности контакта бокового электрода высотой, большей или равной высоте тангенциальной канавки, и площадью поперечного сечения, большей или равной площади поперечного сечения тангенциальной канавки искрообразующего изолятора, позволяет максимально использовать перепад давления на свече зажигания и скоростной напор воздуха, поступающего в отверстия кожуха охлаждения за счет перепада давления, создаваемого между выходом из компрессора и полостью камеры сгорания, стабилизировать длину плазменной струи независимо от возможных смещений искрообразующего изолятора вокруг оси в процессе изготовления двигателя и его эксплуатации. В результате исключается вызванное уменьшением расхода воздуха изменение пространственной протяженности плазменной струи, генерируемой свечой зажигания, соответственно, поддерживается ее высокая воспламеняющая способность и расширяется диапазон перепада давления на свече зажигания, при котором происходит устойчивый розжиг камеры сгорания двигателя.

Результаты испытания заявляемых свечей зажигания в составе двигателя ПС-90ГП-25 подтвердили эффективность реализованных в них мероприятий по повышению надежности воспламенения.

Claims (1)

1. Свеча зажигания, которая содержит основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен центральный электрод, дополнительный корпус, частично размещенный внутри основного корпуса и соединенный с ним герметично сваркой, с закрепленной в нем медной клиновой втулкой, обращенной большим сечением в сторону рабочего торца свечи, и стеклогерметизирующей втулкой, герметизирующий изолятор, во внутреннем канале которого в стеклогерметике закреплен токоведущий стержень, керамический трубчатый изолятор, цангу, втулку, между цангой и центральным электродом размещена оплетка-жгут из коррозионно-стойких проволок, пайкой соединенная с центральным электродом и цангой, в которую вставлен токоведущий стержень, причем в свече имеется контакт бокового электрода, два керамических изолятора, между которыми установлена спиральная пружина, противоположные обращенным к пружине торцы этих трубчатых изоляторов упираются соответственно в торец дополнительного корпуса, и через металлическую втулку - в трубчатый керамический изолятор, который противоположным торцем упирается в буртик на боковой поверхности искрообразующего изолятора, обратная сторона этого буртика соприкасается с внутренним торцем основного корпуса свечи, рабочий торец искрообразующего изолятора выступает за внешний торец основного корпуса свечи, на рабочем торце искрообразующего изолятора имеются тангенциальные канавки, соединяющие его боковую поверхность с кольцевой полостью, образованной конической поверхностью контакта центрального электрода и кольцевой канавкой на рабочем торце искрообразующего изолятора, внутренний торец контакта бокового электрода лежит на рабочем торце искрообразующего изолятора, а в контакте бокового электрода имеется соосное с контактом центрального электрода отверстие, имеющее со стороны внешнего торца контакта бокового электрода цилиндрическое отверстие, диаметр которого меньше диаметра контакта центрального электрода в месте его контакта с торцевой поверхностью искрообразующего изолятора, и коническое отверстие, меньшим диаметром сопряженное с цилиндрическим отверстием в контакте бокового электрода, а большим диаметром, выходящим на внутренний его торец, установленный на рабочий торец искрообразующего изолятора, коническое отверстие контакта бокового электрода образует с боковой конической поверхностью контакта центрального электрода кольцевую коническую полость, переходящую в цилиндрическое отверстие в контакте бокового электрода, цилиндрическая поверхность контакта бокового электрода, охватывающая выступающую из основного корпуса цилиндрическую поверхность искрообразующего изолятора, имеет шлицы, глубина которых достигает глубины его внутреннего торца, в которые входят выступы, имеющиеся на торце основного корпуса свечи с образованием осевых зазоров между торцевыми поверхностями корпуса и контактом бокового электрода, отличающаяся тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность контакта бокового электрода имеет выполненную по его периметру кольцевую канавку, которая расположена на уровне тангенциальных канавок искрообразующего изолятора и имеет высоту, большую или равную высоте тангенциальной канавки, и площадь поперечного сечения, большую или равную площади поперечного сечения тангенциальной канавки искрообразующего изолятора.

   

Images