СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ПЛАЗМЕННАЯ

Полезная модель относится к элементам электрического оборудования, а именно - к элементам систем зажигания, в частности применяемых для розжига горючих смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей, газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок.
Известна полупроводниковая свеча зажигания (патент №2007004, МПК H01T 13/00, 1991.06.27), содержащая основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором с полупроводниковым элементом и внутренним каналом, закрепленный в последнем в стеклогерметике центральный электрод, дополнительный корпус, частично размещенный внутри основного корпуса и соединенный с ним, медную клиновую втулку, герметизирующий изолятор с ножками и внутренним каналом с закрепленным на нем в стеклогерметике токоведущим стержнем и экранную керамическую изолирующую втулку, отличающаяся тем, что, с целью повышения термостойкости и ресурса при одновременном снижении осевых габаритов, свеча снабжена цангой, кольцевым уплотнением из нетоковедущего стеклогерметика, закрепленной на внутренней поверхности основного корпуса металлической втулкой, изготовленной из материала, имеющего коэффициент термического расширения больший, чем коэффициент термического расширения материала части основного корпуса на участке между втулкой и торцевой поверхностью полупроводникового элемента искрообразующего изолятора, последний закреплен в основном корпусе между его торцевой частью и металлической втулкой, токоведущий стержень соединен с центральным электродом цангой, дополнительный корпус выполнен с буртом, герметизирующий изолятор установлен с упором в бурт размещен в нетоковедущем изоляторе, длина всей ножки герметизирующего изолятора выполнена больше в 1,4 раза длины его части, выступающей из нетоковедущего герметика, охватывающего герметизирующий изолятор, медная клиновая втулка обращена своей большой стороной в сторону искрообразующего изолятора, ножка герметизирующего изолятора установлена с образованием кольцевого зазора с частью
дополнительного корпуса, размещенного внутри основного, кольцевое уплотнение из нетоковедущего стеклогерметика размещено в кольцевом зазоре на медной клиновой втулке, керамическая изолирующая втулка установлена между кольцевым уплотнением и металлической втулкой, причем стеклогерметик, закрепляющий токоведущий стержень во внутреннем канале герметизирующего изолятора, размещен в ножке изолятора со стороны экранной керамической втулки выше прямой линии, перпендикулярной оси свечи, проходящей через торец медной втулки с большим поперечным сечением.
К недостаткам данной конструкции необходимо отнести сложность устройства, наличие полупроводника, что обусловливает увеличение материальных и временных затрат при изготовлении свечи, и относительно небольшую величину плазменного выброса, что приводит к снижению надежности воспламенения топливо-воздушной смеси в камере сгорания.
Кроме того, свеча имеет сварную конструкцию и при ее изготовлении используются драгоценные металлы, что приводит к увеличению себестоимости свечи.
Известна свеча зажигания для газотурбинного двигателя (патент РФ на полезную модель №52529, H01T 13/00 (2006.01), 2005.10.24), 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, отличающаяся тем, что 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.
Преимуществом данной свечи, перед существующими, является образование удлиненной плазменной струи, что позволяет устанавливать свечу в камере сгорания на меньшую глубину, тем самым, выводя ее из зоны воздействия высоких температур и повышая ресурс.
К недостаткам данной конструкции необходимо отнести сложность устройства, наличие сварных соединений и значительного количества деталей сложной формы.
Кроме того, искрообразующий изолятор данной свечи выполнен с тангенциальными канавками, что затрудняет процесс его изготовления и приводит значительному увеличению материальных и временных затрат, а боковой электрод выполнен съемным, что может привести к выходу свечи из строя в ходе ее монтажа-демонтажа на двигателе, затрудняет процесс технического обслуживания свечи и приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.
Также при изготовлении свечи используются драгоценные и редкоземельные металлы, что приводит к значительному увеличению ее себестоимости.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание простой и надежной конструкции свечи зажигания для розжига горючих смесей в камерах сгорания газотурбинных двигателей, газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок.
Поставленная задача решается свечой зажигания плазменной, содержащей основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором, во внутреннем канале которого в токоведущем стеклогерметике закреплены центральный электрод и контакт, внутри корпуса расположена керамическая трубка, охватывающая искрообразующий стеклогерметик и упирающаяся через металлические шайбы в буртик корпуса, между искрообразующим изолятором и корпусом установлена клиновидная медная втулка, отличающейся тем, что медная втулка обращена острием в сторону рабочего торца, центральный электрод в стержневой части выполнен с резьбой и гайкой, закреплен в токоведущем стеклогерметике, имеет цилиндрическую посадочную площадку, в которую упирается искрообразующий изолятор, который, в свою очередь, упирается в буртик корпуса, образующего с центральным электродом вихревую камеру, межэлектродный зазор находится между коническими поверхностями центрального и бокового электродов, между металлическими шайбами и клиновидной медной втулкой установлены керамическая и герметизирующая втулки, в погружной части корпуса свечи выполнены четыре тангенциальных отверстия для подвода плазмообразующего воздуха, боковой электрод образует канал для выброса плазмы.
Экранная часть корпуса свечи имеет резьбу для крепления гайки угольника в целях передачи электрического контакта от агрегата зажигания.
На внешней части корпуса выполнены резьба и шестигранник для монтажа свечи на двигателе.
2
На фиг.1 представлена заявляемая свеча зажигания, содержащая основной трубчатый корпус 1 с установленным в нем искрообразующим изолятором 2, во внутреннем канале которого в токоведущем стеклогерметике 3 закреплены центральный электрод 4 и контакт 5, внутри корпуса расположена керамическая трубка 6, охватывающая стеклогерметик 2 и упирающаяся через металлические шайбы 7 в буртик корпуса 1, между искрообразующим изолятором 2 и корпусом 1 установлена клиновидная медная втулка 8, обращенная острием в сторону рабочего торца, центральный электрод 4 в стержневой части выполнен с резьбой и гайкой 9 закреплен в токоведущем стеклогерметике 3, имеет цилиндрическую посадочную площадку 10, в которую упирается искрообразующий изолятор 2, который, в свою очередь, упирается в буртик корпуса 1, образующего с центральным электродом 4 вихревую камеру, межэлектродный зазор 11 величиной от 0,7 до 2 мм находится между коническими поверхностями центрального 4 и бокового 12 электродов, между металлическими шайбами 7 и клиновидной медной втулкой 8 установлены керамическая 13 и герметизирующая 14 втулки, в погружной части корпуса свечи выполнены четыре тангенциальных отверстия 15 диаметром от 1,5 до 4,5 мм для подвода плазмообразующего воздуха, боковой электрод 12 образует канал 16 диаметром от 3 до 7,5 мм для выброса плазмы.
2
Уменьшение диаметра отверстий до величины менее 1,5 мм приводит к уменьшению расхода воздуха, увеличению температуры плазменной струи и снижению ресурсных показателей свечи.
2
Увеличение диаметра отверстий до величины более 4,5 мм приводит к увеличению расхода воздуха, снижению температуры плазменной струи и ухудшению воспламеняющей способности свечи.
Уменьшение диаметра канала до величины менее 3 мм приводит к увеличению перепада давления плазмообразующего воздуха на свече, снижению скорости истечения плазмы и устойчивости горения дуги в связи с увеличением влияния сносящего потока в камере сгорания.
Увеличение диаметра канала до величины более 7,5 мм приводит к уменьшению перепада давления плазмообразующего воздуха на свече и возникновению электрической дуги в межэлектродном зазоре без образования плазменной струи, выбрасываемой в камеру сгорания.
Межэлектродный зазор 11 образован коническими поверхностями центрального 4 и бокового 12 электродов, обращенными большими сечениями друг к другу.
Уменьшение его до величины менее 0,7 мм приводит к снижению мощности, выделяемой на свече и, как следствие, к ухудшению воспламеняющей способности системы плазменного зажигания.
Увеличение его до величины более 2 мм приводит к возрастанию мощности, потребляемой системой зажигания из бортсети, и увеличению пробивного напряжения свечи, что, в свою очередь может привести к нарушению работоспособности выходных цепей агрегата зажигания вследствие воздействия высоких напряжений.
Экранная часть корпуса свечи имеет резьбу для крепления гайки угольника в целях передачи электрического контакта от агрегата зажигания.
На внешней части корпуса выполнены резьба и шестигранник 17 для монтажа свечи на двигателе.
Свеча работает следующим образом.
Высокое напряжение, поступающее от агрегата зажигания через высоковольтный кабель поступает к центральному электроду 4 - через центральную жилу высоковольтного кабеля, контактное устройство (на фиг.1 не показаны), контакт 5, токопроводящий стеклогерметик 3 и стержень центрального электрода 4; к боковому электроду (корпусу) через экранную оплетку кабеля (на фиг.1 не показан), корпус 1 и гайку угольника 17. Происходит интенсивная ионизация межэлектродного зазора с последующим его пробоем; между центральным и боковым электродами свечи зажигается электрическая дуга, разогревающая воздух, поступающий через тангенциальные отверстия 15 в корпусе, до температуры, при которой происходит образование низкотемпературной плазмы. Далее плазма выбрасывается в камеру сгорания через канал 16 и поджигает горючую смесь.
Заявляемая свеча зажигания технологична, имеет простую конструкцию, обеспечивающую требуемые характеристики для розжига горючих смесей в
камерах сгорания газотурбинных двигателей, газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок, как следствие - невысокую стоимость.