Свеча зажигания газотурбинных промышленных установок - RU2757292C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к конструкции свечей зажигания газотурбинных промышленных установок.

Известны свечи зажигания, описанные в [Патент РФ №1720459, 30.10.1989 г., Патент РФ №51445, 10.02.2006 г., Патент РФ №2285318, 10.10.2006 г., Патент РФ №54466, 22.08.2005 г., Патент РФ №2300164, 26.05.2005 г., Патент РФ №2678860, 12.02.2018 г., Патент РФ №182925, 16.04.2018 г., Патент США №4951173, 21.08.1990 г., Патент Японии №1200587, 08.11.1989 г., Патент США №4814664, 21.03.1984 г., Свеча зажигания СП-04М. Руководство по эксплуатации 8Г3.242.251 РЭ], содержащие корпус из жаропрочного металла, керамический изолятор с установленным в нем центральным электродом, размещенным и закрепленным в корпусе с помощью стеклогерметика, закрепленную в корпусе экранную керамическую трубку, концевой участок которой, обращенный к изолятору, размещен между корпусом и изолятором с образованием внутреннего и наружного кольцевых каналов.

Малые осевые размеры этих свечей зажигания и аналогичных им не позволяют использовать их в составе многогорелочных перспективных малоэмиссионных камер сгорания (далее - МЭКС) промышленных газотурбинных установок, а также газотурбинных энергетических установок с выносными камерами сгорания, в которых для установки свечей зажигания применяются специальные втулки большой протяженности более 500 мм, как это описано в [Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб./ А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. - М.: Машиностроение, 2008. - T. l. - 201 с.. Рекламный проспект системы зажигания LO-4 на официальном сайте фирмы «CHENTRONICS» www.chentronics.com., Рекламный проспект системы зажигания ХЕ18РВ06 на официальном сайте фирмы «TESI» www.tesigroup.com]. Размеры свечей зажигания, описанных в [Патент РФ №1720459, 30.10.1989 г., Патент РФ №51445, 10.02.2006 г., Патент РФ №2285318, 10.10.2006 г., Патент РФ №54466, 22.08.2005 г., Патент РФ №2300164, 26.05.2005 г., Патент РФ №2678860, 12.02.2018 г., Патент РФ №182925, 16.04.2018 г., Патент США №4951173, 21.08.1990 г., Патент Японии №1200587, 08.11.1989 г., Патент США №4814664, 21.03.1984 г., Свеча зажигания СП-04М. Руководство по эксплуатации 8Г3.242.251 РЭ], для их установки требуют их размещения в зоне рабочего торца этих втулок, т.е. в зоне с повышенной температурой, воздействующей на рабочий торец свечи зажигания. Повышенная температура на рабочем торце свечи зажигания приводит к растрескиванию или размягчению стеклогерметика, возникновению значимых утечек через свечу продуктов сгорания и газообразного топлива (природного газа) из камеры сгорания в отсек, в котором установлен двигатель, что создает взрывоопасную среду в его объеме, как это описано в [Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб./ А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. - М.: Машиностроение, 2008. - Т. 1. - 201 с., ГОСТ IEC 60079-10-1].

Кроме этого, для подключения высоковольтного провода зажигания к свече зажигания потребуется использовать специальный переходник, обеспечивающий со стороны свечи зажигания высокотемпературное высоковольтное соединение с ним. Размещение в указанной выше специальной втулке свечи зажигания с герметизацией стеклом непосредственно центрального электрода в керамическом изоляторе, формирующем искровой зазор свечи зажигания, самого керамического изолятора в корпусе свечи зажигания, необходимость подключения к свече специального высокотемпературного переходника для подключения высоковольтного провода зажигания не позволяют обеспечить возможность уменьшения диаметральных размеров специальной втулки, что необходимо для обеспечения сборки форсуночной головки камеры сгорания с горелкой.

Циклические воздействия повышенных температур на рабочий торец свечи зажигания, размещенной в специальной втулке, приводит к созданию напряжений, передаваемых от корпуса свечи зажигания на керамический изолятор. С наработкой двигателя это приводит к возникновению в изоляторе трещин и, соответственно, к электрическому пробою изолятора по мере электроэрозионной выработки электродов свечи (увеличения искрового зазора свечи зажигания). В пределе это приводит к прекращению искрообразования на рабочем торце свечи зажигания и срыву воспламенения топливовоздушной смеси в горелке камеры сгорания.

Частично указанных недостатков лишены свечи зажигания, описанные в [Патент РФ №51446, 18.08.2005 г., Патент РФ №2007004, 27.06.1991 г., Патент РФ №51793, 28.08.2005 г., Патент РФ №52529, 24.10.2005 г., Патент РФ №156352, 16.03.2015 г., Патент РФ №101872, 30.08.2010 г., Патент РФ №62297, 13.11.2006 г., Патент РФ №94071, 11.01.2010 г., Патент РФ №150820, 14.08.2014 г., Патент РФ №2621700, 27.11.2015 г., Патент США №4771209, 13.09.1988 г., Патент США №3691419, 12.09.1972 г., Патент США №5973443, 26.10.1999 г.]. Свеча, описанная в [Патент РФ №51446, 18.08.2005 г.], наиболее близка к заявляемому изобретению и принята за прототип, содержит основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором с полупроводниковым покрытием и внутренним каналом, в котором расположен центральный электрод, металлическую втулку, закрепленную в основном корпусе свечи и поджимающую искрообразующий изолятор к внутреннему торцу основного корпуса, образующего боковой электрод свечи, герметизирующий изолятор с ножками и внутренним каналом с закрепленным в нем в стеклогерметике токоведущим стержнем, установленный с упором в бурт дополнительного корпуса и закрепленный в нем медной клиновой втулкой, обращенной своим большим сечением в сторону искрообразующего изолятора, и стеклогерметизирующей уплотнительной втулкой, выполненной из нетокопроводящего стеклогерметика, охватывающей герметизирующий изолятор, экранную трубку, цангу, соединяющую токоведущий стержень с центральным электродом.

Технические решения, реализованные в свечах, описанных в [Патент РФ №51446, 18.08.2005 г„ Патент РФ №2007004, 27.06.1991 г., Патент РФ №51793, 28.08.2005 г., Патент РФ №52529, 24.10.2005 г., Патент РФ №156352, 16.03.2015 г., Патент РФ №101872, 30.08.2010 г., Патент РФ №62297, 13.11.2006 г., Патент РФ №94071, 11.01.2010 г., Патент РФ №150820, 14.08.2014 г., Патент РФ №2621700, 27.11.2015 г., Патент США №4771209, 13.09.1988 г., Патент США №3691419, 12.09.1972 г., Патент США №5973443, 26.10.1999 г.], увеличивают их осевые размеры, однако эти свечи зажигания, во-первых, не позволяют значимо уменьшить их диаметр, так как в них для обеспечения электрической прочности применяются такие же керамические изоляторы, как в свечах, описанных в [Патент РФ №1720459, 30.10.1989 г., Патент РФ №51445, 10.02.2006 г., Патент РФ №2285318, 10.10.2006 г., Патент РФ №54466, 22.08.2005 г., Патент РФ №2300164, 26.05.2005 г., Патент РФ №2678860, 12.02.2018 г., Патент РФ №182925, 16.04.2018 г., Патент США №4951173, 21.08.1990 г., Патент Японии №1200587, 08.11.1989 г., Патент США №4814664, 21.03.1984 г., Свеча зажигания СП-04М. Руководство по эксплуатации 8Г3.242.251 РЭ], а во-вторых, свечи такого типа с увеличенной длиной имеют низкую технологичность в части обеспечения собираемости в специальной втулке (кожухе), так как с увеличением длины свечи не обеспечиваются высокие требования по собираемости в специальной втулке форсуночной головки в связи с невозможностью обеспечения необходимой соосности сопрягаемых поверхностей свечи и специальной втулки соответственно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение технологичности сборки свечей в составе горелок перспективных МЭКС, применяемых в ГТУ, за счет исключения влияния взаимных биений поверхностей специальной втулки и свечи зажигания на их собираемость.

Поставленная задача решается свечой зажигания, содержащей основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором с полупроводниковым покрытием и внутренним каналом, в котором расположен центральный электрод, металлическую втулку, закрепленную в основном корпусе свечи и поджимающую искрообразующий изолятор к внутреннему торцу основного корпуса, образующего боковой электрод свечи, герметизирующий изолятор с ножками и внутренним каналом с закрепленным в нем в стеклогерметике токоведущим стержнем, установленный с упором в бурт дополнительного корпуса и закрепленный в нем медной клиновой втулкой, обращенной своим большим сечением в сторону искрообразующего изолятора, и стеклогерметизирующей уплотнительной втулкой, выполненной из нетокопроводящего стеклогерметика, охватывающей герметизирующий изолятор, экранную трубку, цангу, соединяющую токоведущий стержень с центральным электродом, при этом свеча дополнительно содержит не менее одного промежуточного и монтажного корпусов, при этом в монтажном корпусе частично расположен дополнительный корпус и соединен с ним сваркой, а промежуточный корпус расположен между основным и монтажным корпусами, при этом контакт между монтажным, промежуточным и основным корпусами отсутствует, в основном корпусе дополнительно расположена керамическая трубка, в промежуточном корпусе размещен промежуточный изолятор, а в монтажном корпусе установлен дополнительный изолятор, помимо внутреннего канала основного изолятора центральный электрод расположен во внутренних каналах керамической трубки, промежуточного изолятора и дополнительного изолятора, при этом промежуточный изолятор установлен с упором в бурт промежуточного корпуса и закреплен в нем металлической втулкой, зафиксированной в промежуточном корпусе сваркой, при этом с упором в торцы промежуточного изолятора на центральном электроде закреплены сваркой два металлических кольца, керамическая трубка расположена с упором в бурт основного корпуса и закреплена в нем металлической втулкой, установленной с упором в бурт на месте перехода внешних диаметров керамической трубки и закрепленной внутри основного корпуса сваркой, с упором в другой торец керамической трубки на центральном электроде закреплено сваркой третье металлическое кольцо, внутри канала керамической трубки с упором в бурт на месте перехода ее внутренних диаметров на центральном электроде закреплена сваркой металлическая шайба, дополнительный изолятор установлен с упором в бурт монтажного корпуса и закреплен в нем металлической втулкой, зафиксированной в монтажном корпусе сваркой с упором в бурт дополнительного изолятора, со стороны промежуточного корпуса с упором в торец дополнительного изолятора на центральном электроде закреплено сваркой четвертое металлическое кольцо, при этом внутренний диаметр металлических колец и металлической шайбы соответствует внешнему диаметру центрального электрода, максимальный внешний диаметр промежуточного и основного корпусов равны и соответствуют внутреннему диаметру специальной втулки форсуночной головки, в которую устанавливается свеча, внешний диаметр части основного корпуса, образующей боковой электрод свечи, не является максимальным и соответствует диаметру отверстия в рабочем торце специальной втулки форсуночной головки, через которое рабочий торец свечи выступает в камеру сгорания газотурбинной установки.

Новым согласно заявляемым изобретением является то, что свеча дополнительно содержит не менее одного промежуточного и монтажного корпусов, при этом в монтажном корпусе частично расположен дополнительный корпус и соединен с ним сваркой, а промежуточный корпус расположен между основным и монтажным корпусами, при этом контакт между монтажным, промежуточным и основным корпусами отсутствует, в основном корпусе дополнительно расположена керамическая трубка, в промежуточном корпусе размещен промежуточный изолятор, а в монтажном корпусе установлен дополнительный изолятор, помимо внутреннего канала основного изолятора центральный электрод расположен во внутренних каналах керамической трубки, промежуточного изолятора и дополнительного изолятора, при этом промежуточный изолятор установлен с упором в бурт промежуточного корпуса и закреплен в нем металлической втулкой, зафиксированной в промежуточном корпусе сваркой, при этом с упором в торцы промежуточного изолятора на центральном электроде закреплены сваркой два металлических кольца, керамическая трубка расположена с упором в бурт основного корпуса и закреплена в нем металлической втулкой, установленной с упором в бурт на месте перехода внешних диаметров керамической трубки и закрепленной внутри основного корпуса сваркой, с упором в другой торец керамической трубки на центральном электроде закреплено сваркой третье металлическое кольцо, внутри канала керамической трубки с упором в бурт на месте перехода ее внутренних диаметров на центральном электроде закреплена сваркой металлическая шайба, дополнительный изолятор установлен с упором в бурт монтажного корпуса и закреплен в нем металлической втулкой, зафиксированной в монтажном корпусе сваркой с упором в бурт дополнительного изолятора, со стороны промежуточного корпуса с упором в торец дополнительного изолятора на центральном электроде закреплено сваркой четвертое металлическое кольцо, при этом внутренний диаметр металлических колец и металлической шайбы соответствует внешнему диаметру центрального электрода, максимальный внешний диаметр промежуточного и основного корпусов равны и соответствуют внутреннему диаметру специальной втулки форсуночной головки, в которую устанавливается свеча, внешний диаметр части основного корпуса, образующей боковой электрод свечи, не является максимальным и соответствует диаметру отверстия в рабочем торце специальной втулки форсуночной головки, через которое рабочий торец свечи выступает в камеру сгорания газотурбинной установки.

Разделение свечи на независимые части путем введения промежуточного корпуса и, соединенного с дополнительным корпусом, монтажного корпуса, с отсутствием контакта между монтажным, промежуточным и основным корпусами, обеспечивает возможность их свободного взаимного радиального смещения для исключения влияния взаимных биений поверхностей специальной втулки форсуночной головки и свечи на их собираемость. При этом центральный электрод, расположенный во внутренних каналах керамической трубки, промежуточного изолятора и дополнительного изолятора обеспечивает целостность свечи, не оказывая существенного сопротивления взаимному радиальному смещению составляющих ее корпусов. Выполнение максимальных внешних диаметров промежуточного и основного корпусов взаимно равными и соответствующими внутреннему диаметру специальной втулки форсуночной головки обеспечивает самоцентрируемость каждого отдельного корпуса свечи в любой точке специальной втулки форсуночной головки в процессе их сборки, а за счет выполнения диаметра бокового электрода меньше максимального диаметра основного корпуса и соответствующего диаметру отверстия в рабочем торце специальной втулки форсуночной головки, обеспечивается гарантированный проход части основного корпуса, образующей боковой электрод свечи, в отверстие в рабочем торце специальной втулки форсуночной головки, через которое рабочий торец свечи выступает в камеру сгорания газотурбинной установки.

Одновременно выполнение внешнего диаметра промежуточного и основного корпусов соответствующим внутреннему диаметру специальной втулки обеспечивает их свободное скольжение внутри нее при термическом расширении центрального электрода свечи, что исключает возникновение механических напряжений в керамических изоляторах и трубке свечи, а расположенная и зафиксированная металлической втулкой в основном корпусе керамическая трубка, закрепленная на центральном электроде металлическими шайбой и кольцом, обеспечивает надежное соединение основного корпуса с центральным электродом, а также, принимая на себя вибрационные и термомеханические напряжения, возникающие от воздействия центрального электрода, исключает их передачу на искрообразующий изолятор, на который в процессе работы газотурбинной установки воздействуют максимальные градиенты температур, что исключает образование в нем трещин, приводящих к потере его электрической прочности, а, соответственно, и незапуску газотурбинной установки. Кроме этого, сочетание закрепления промежуточного, дополнительного изоляторов и керамической трубки на центральном электроде с помощью металлических колец и шайбы, с их закреплением в основном, промежуточном и монтажном корпусах металлическими втулками, обеспечивает высокую технологичность сборки самой свечи и исключает высокотемпературное и механическое воздействие на керамические изоляторы и трубку в процессе сборки свечи, которые могут приводить к возникновению микротрещин в их структуре, как, например, при закреплении методом высокотемпературной герметизации стеклогерметиком. Наличие монтажного корпуса, соединенного сваркой с дополнительным корпусом, с размещенным в нем дополнительным изолятором, исключает термомеханическое и вибрационное воздействие на герметизирующий изолятор от центрального изолятора, так как приходящие на дополнительный изолятор механические нагрузки не передаются на герметизирующий изолятор, с которым он соединен посредством скользящей цанги и токовода с обеспечением надежного электрического контакта, что препятствует образованию в герметизирующем изоляторе механических напряжений, которые могут привести к образованию трещин в нем или в закрепляющем его стеклогерметике, а, соответственно, значительной утечке горячих газов через свечу, что, в свою очередь, может приводить к созданию взрывоопасной среды в отсеке, в котором установлена газотурбинная установка. При этом рост температуры среды в зоне экрана свечи даже при небольшой утечке горячих газов через свечу может привести к разрушению электроизоляционных материалов в проводе зажигания, соединенном со свечой, внутренний электрический пробой которого может стать причиной отсутствия разрядов в искровом промежутке свечи, а, соответственно, и незапуска газотурбинной установки.

На фигуре 1 представлена свеча зажигания для газотурбинной установки, содержащая основной трубчатый корпус 1 с установленным в нем искрообразующим изолятором 2 с полупроводниковым покрытием и внутренним каналом, в котором расположен центральный электрод 3, металлическую втулку 4, закрепленную в основном корпусе 1 свечи и поджимающую искрообразующий изолятор 2 к внутреннему торцу основного корпуса 1, образующего боковой электрод свечи, герметизирующий изолятор 5 с ножками и внутренним каналом с закрепленным в нем в стеклогерметике 6 токоведущим стержнем 7, установленный с упором в бурт дополнительного корпуса 8 и закрепленный в нем медной клиновой втулкой 9, обращенной своим большим сечением в сторону искрообразующего изолятора 2, и стеклогерметизирующей уплотнительной втулкой 10, выполненной из нетокопроводящего стеклогерметика, охватывающей герметизирующий изолятор 5, экранную керамическую трубку 11, цангу 12, соединяющую токоведущий стержень 7 с центральным электродом 3 отличающаяся тем, что свеча дополнительно содержит не менее одного промежуточного корпуса 13 и монтажного корпуса 14, при этом в монтажном корпусе 14 частично расположен дополнительный корпус 8 и соединен с ним сваркой, а промежуточный корпус 13 расположен между основным 1 и монтажным 14 корпусами, при этом контакт между монтажным 14, промежуточным 13 и основным 1 корпусами отсутствует, в основном корпусе 1 дополнительно расположена керамическая трубка 15, в промежуточном корпусе 13 размещен промежуточный изолятор 16, а в монтажном корпусе 14 установлен дополнительный изолятор 17, помимо внутреннего канала основного изолятора 2 центральный электрод 3 расположен во внутренних каналах керамической трубки 15, промежуточного изолятора 16 и дополнительного изолятора 17, при этом промежуточный изолятор 16 установлен с упором в бурт промежуточного корпуса 13 и закреплен в нем металлической втулкой 18, зафиксированной в промежуточном корпусе 13 сваркой, при этом с упором в торцы промежуточного изолятора 16 на центральном электроде 3 закреплены сваркой два металлических кольца 19, керамическая трубка 15 расположена с упором в бурт основного корпуса 1 и закреплена в нем металлической втулкой 20, установленной с упором в бурт на месте перехода внешних диаметров керамической трубки 15 и закрепленной внутри основного корпуса 1 сваркой, с упором в другой торец керамической трубки 15 на центральном электроде 3 закреплено сваркой третье металлическое кольцо 19, внутри канала керамической трубки 15 с упором в бурт на месте перехода ее внутренних диаметров на центральном электроде 3 закреплена сваркой металлическая шайба 21, дополнительный изолятор 17 установлен с упором в бурт монтажного корпуса 14 и закреплен в нем металлической втулкой 22, зафиксированной в монтажном корпусе 14 сваркой с упором в бурт дополнительного изолятора 17, со стороны промежуточного корпуса 13 с упором в торец дополнительного изолятора 17 на центральном электроде 3 закреплено сваркой четвертое металлическое кольцо 19, при этом внутренний диаметр металлических колец 19 и металлической шайбы 21 соответствует внешнему диаметру центрального электрода 3, максимальный внешний диаметр промежуточного 13 и основного 1 корпусов равны и соответствуют внутреннему диаметру специальной втулки форсуночной головки, в которую устанавливается свеча, внешний диаметр части основного корпуса 1, образующей боковой электрод свечи, не является максимальным и соответствует диаметру отверстия в рабочем торце специальной втулки форсуночной головки, через которое рабочий торец свечи выступает в камеру сгорания газотурбинной установки. На фигуре 2 представлен эскиз заявляемой конструкции свечи с двумя промежуточными корпусами.

На фигуре 3 представлен эскиз монтажа свечи в специальной втулке форсуночной головки 23.

Свеча зажигания работает следующим образом.

В процессе подготовки газотурбинного двигателя промышленной установки к работе в специальную втулку 23 его форсуночной головки с противоположной от ее рабочего торца стороны устанавливается свеча зажигания, описанная на фигуре 1. При этом сначала в специальную втулку 23 заходит основной корпус свечи 1, затем промежуточный 13 и монтажный 14. Последний фиксируется на корпусе форсуночной головки крепежными элементами. Имеющая место не прямолинейность специальной втулки 23 не препятствует заходу в нее свечи, так как разделенная на три отдельных корпуса конструкция свечи позволяет свободно смещаться основному 1, промежуточному 13 и монтажному 14 корпусам относительно друг друга в радиальных направлениях за счет упругих свойств, изгиба центрального электрода 3. При этом выполнение максимального диаметра основного корпуса свечи 1 соответствующим внутреннему диаметру специальной втулки 23 обеспечивает его самоцентровку и достаточную соосность со специальной втулкой 23 для прохода бокового электрода свечи, диаметр которого не является максимальным диаметром основного корпуса 1, в отверстие в рабочем торце специальной втулки 23, через которое разрядный промежуток свечи выступает в камеру сгорания газотурбинного двигателя.

В процессе запуска газотурбинного двигателя промышленной установки в его камеру сгорания поступает топливовоздушная смесь. При приложении к свече высокого выходного напряжения агрегата зажигания через высоковольтный провод зажигания возникает разность потенциалов между центральным 3 и боковым электродами, в результате чего происходит электрический пробой по керамической поверхности искрообразующего изолятора 2, образующей искровой зазор. В это время надежный электрический контакт и минимальные электрические потери в цепи от провода зажигания до центрального электрода 1 обеспечиваются достаточной площадью цангового соединения центрального электрода 1 с тоководом 7, расположенным в герметизирующем изоляторе 5. В свою очередь электрический контакт провода зажигания с боковым электродом обеспечивается по цепи, последовательно контактируемых, дополнительного корпуса 8, монтажного корпуса 14, корпуса форсуночной головки, ее специальной втулки 23 и основного корпуса 1, при этом контакт основного корпуса 1 со специальной втулкой 23 обеспечивается, как по его максимальному внешнему диаметру, так и по диаметру бокового электрода свечи, расположенного в отверстии в рабочем торце специальной втулки 23 форсуночной головки.

Плазменный выброс, генерируемый свечой, инициирует в камере сгорания двигателя воспламенение топливовоздушной смеси, после чего подача напряжения на свечу прекращается. В процессе такого типового запуска газотурбинного двигателя промышленной установки и его дальнейшей работы, когда давление в камере сгорания составляет порядка 16 кгс/см², а температура по всей длине специальной втулки 23, в которую установлена свеча составляет порядка 400°С, а на рабочем торце свечи в зоне бокового электрода может достигать 700°С и более, закрепление герметизирующего изолятора 5 медной втулкой 9 и стеклогерметической втулкой 10, во-первых, исключает утечку взрывоопасной топливо-воздушной смеси в отсек с газотурбинным двигателем, тем самым исключается создание взрывоопасной ситуации, а во-вторых, исключает утечку горячих газов через свечу, воздействие которых на высоковольтный провод в месте соединения со свечой может приводить к разрушению его изоляции и, соответственно, внутреннему электрическому пробою, что может привести к отсутствию искрообразования на рабочем торце свечи и незапуску газотурбинного двигателя.

Электропрочность между центральным электродом и корпусом специальной втулки, в которую устанавливается свеча зажигания, в местах где между ними отсутствуют керамические изоляторы, обеспечивается электроизоляционными свойствами этого радиального зазора и обеспечением более низкого по величине искрового зазора свечи на ее рабочем торце, в котором размещен полупроводниковый элемент, уменьшающий пробивное напряжение свечи зажигания до значений меньших, чем пробивные напряжения зазора между центральным электродом и корпусом специальной втулки.

В результате воздействия повышенной до 400°С температуры происходит значительное удлинение центрального электрода свечи 3, однако за счет выполнения максимальных диаметров основного 1 и промежуточного 13 корпусов соответствующими внутреннему диаметру специальной втулки 23, а внешнего диаметра бокового электрода соответствующим диаметру отверстия в рабочем торце специальной втулки 23, эти корпусы свободно перемещаются внутри специальной втулки 23 форсуночной головки в осевом направлении, не вызывая критичных напряжений в закрепленных на центральном электроде 3 керамической трубке 15, промежуточном 16 и дополнительном 17 изоляторах, одновременно такое закрепление керамических изоляторов 16, 17 и трубки 15, практически полностью исключает указанных выше механических нагрузок от центрального электрода 3 на герметизирующий 5 и искрообразующий 2 изоляторы, как наиболее ответственные с точки обеспечения надежности работы системы зажигания и безопасности работы газотурбинной промышленной установки, отвечающие за герметичность свечи и генерацию электрических разрядов на ее рабочем торце.

Воздействие указанной выше повышенной температуры на специальную втулку 23 форсуночной головки также приводит к изменению ее длины и короблению. Однако имеющее место коробление специальной втулки 23 не приводит к деформации корпуса свечи и возникновению при этом напряжений в ее керамических деталях, так как свеча разделена на три независимые, самоцентрирующиеся части, которые свободно смещаются относительно друг друга в радиальных направлениях за счет центрального электрода 3.

Имеющая место вибрация при работе газотурбинного двигателя промышленной установки может приводить к значительным перемещениям центрального электрода свечи 3. Однако наличие промежуточного корпуса 13 минимизирует такие перемещения центрального электрода 3, во-первых, уменьшая вибрационную нагрузку на керамические детали свечи, а во-вторых, ограничивая перемещения центрального электрода 3 в направлениях к специальной втулке 23 в пределах значений, при которых исключается электрический пробой воздушного промежутка между ними при работе свечи от низковольтного агрегата зажигания.

Имеющие место напряжения, возникающие в керамических изоляторах 16, 17 и трубке 15, закрепленных на центральном электроде 3, не приводят к их разрушению, так как закрепление металлическими кольцами 19 и шайбой 21 не сопровождаются термоударами с механическим воздействием, как это имеет место при высокотемпературной герметизации стеклогерметиком, в результате которых снижается механическая прочность керамических деталей.

Таким образом, описанная свеча зажигания выгодно отличается от известных аналогов и прототипа повышенной технологичностью сборки свечей в составе горелок перспективных МЭКС, применяемых в ГТУ, за счет исключения влияния взаимных биений поверхностей специальной втулки форсуночной головки и свечи зажигания на их собираемость. При этом предложенная конструкция свечи исключает термомеханическое и вибрационное воздействие центрального электрода на герметизирующий и искрообразующий изоляторы, отвечающие за герметичность и бесперебойность искрообразования свечи соответственно. Эффективность предлагаемого изобретения подтверждена положительными результатами автономных испытаний.

Реферат

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к конструкции свечей зажигания газотурбинных промышленных установок. Техническим результатом является обеспечение повышения технологичности сборки свечей в составе горелок перспективных малоэмиссионных камер сгорания за счет исключения влияния взаимных биений поверхностей специальной втулки и свечи зажигания на их собираемость. Предложена свеча зажигания для газотурбинного двигателя, содержащая основной трубчатый корпус с установленным в нем искрообразующим изолятором с внутренним каналом, в котором расположен центральный электрод, металлическую втулку, закрепленную в основном корпусе свечи и поджимающую искрообразующий изолятор к внутреннему торцу основного корпуса, образующего боковой электрод свечи, герметизирующий изолятор с ножками и внутренним каналом с закрепленным в нем в стеклогерметике токоведущим стержнем, установленный с упором в бурт дополнительного корпуса и закрепленный в нем медной клиновой втулкой, обращенной своим большим сечением в сторону искрообразующего изолятора, и стеклогерметизирующей уплотнительной втулкой, охватывающей герметизирующий изолятор, экранную трубку, цангу, соединяющую токоведущий стержень с центральным электродом. Свеча дополнительно содержит не менее одного промежуточного корпуса и монтажный корпус, при этом в монтажном корпусе частично расположен дополнительный корпус и соединен с ним сваркой, а промежуточный корпус расположен между основным и монтажным корпусами, при этом контакт между монтажным, промежуточным и основным корпусами отсутствует, в основном корпусе дополнительно расположена керамическая трубка, в промежуточном корпусе размещен промежуточный изолятор, а в монтажном корпусе установлен дополнительный изолятор, помимо внутреннего канала основного изолятора центральный электрод расположен во внутренних каналах керамической трубки, промежуточного изолятора и дополнительного изолятора, при этом промежуточный изолятор установлен с упором в бурт промежуточного корпуса и закреплен в нем металлической втулкой, зафиксированной в промежуточном корпусе сваркой. 3 ил.

Формула