Свеча зажигания для газотурбинного двигателя
Полезная модель относится к авиационному двигателестроению, в частности - к конструктивному выполнению свечей зажигания газотурбинных двигателей. Свеча зажигания для газотурбинного двигателя, содержащая основной трубчатый корпус, экранную керамическую трубку, герметизирующий узел, токопроводящий стержень с контактной головкой, закрепленный во внутреннем канале изолятора, искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого закреплен центральный электрод, термокомпенсационный элемент, соединенный с токопроводящим стержнем и центральным электродом, пружину, трубчатые керамические изоляторы, дополнительный трубчатый корпус, образующий рабочий торец свечи, во внутренней полости дополнительного корпуса частично размещен основной корпус, сваркой соединенный с дополнительным корпусом, на центральном электроде выполнена резьба, с помощью которой он закреплен в канале искрообразующего изолятора, контакт центрального электрода, массовый электрод свечи, имеющий толщину 4-6 мм, имеющий коаксиальное внешнему диаметру дополнительного корпуса свечи канал-отверстие, соединяющее внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса, при этом отношение величины искрового зазора по поверхности полупроводникового элемента между контактом центрального электрода и поверхностью массового электрода к диаметру отверстия в рабочем торце свечи превышает 0,15, закрепленную в основном корпусе свечи изоляционную керамическую трубку, пружину, поджимающую один изолятор к шляпке токопроводящего стержня, к которому припаян термокомпенсационный элемент, и другой коаксиальный керамический изолятор - к внешней поверхности дополнительного изолятора, имеющего больший диаметр по сравнению с той его частью, во внутреннем канале
которой центральный электрод закреплен стеклогерметиком, отличающаяся тем, что часть массового электрода, образующая рабочий торец свечи, имеет переменное сечение, выступающая над торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом часть массового электрода имеет внешний диаметр меньше, чем диаметр дополнительного трубчатого корпуса и часть массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, при этом переход между большим и меньшим диаметрами массового электрода выполнен по поверхности, перпендикулярной оси свечи, а толщина части массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, измеряемая в осевом направлении, не менее 2,5 мм, а радиальная толщина части массового электрода, имеющего меньший внешний диаметр, составляет не менее 1,25 мм.
Полезная модель относится к авиационному двигателестроению - в частности к конструктивному выполнению свечей зажигания газотурбинных двигателей.
Известны малогабаритные свечи зажигания авиационных газотурбинных двигателей [Патент РФ №1720459 МПК 7 Н 01 Т 13/00, 30.10.1989; патент РФ №51445, МПК 7 Н 01 Т 13/00, 22.05.2005], содержащие искрообразующий изолятор с размещенным в нем центральным электродом, установленные в корпус свечи, образующий на рабочем торце массовый электрод свечи, герметизирующий изолятор, экранную керамическую трубку, стеклогерметизирующую втулку.
Однако при повышенных температурах в камерах сгорания газотурбинных двигателей, а также повышенных температурах воздуха за компрессором, используемого для охлаждения таких свечей зажигания, высокие тепловые потоки, воздействующие на рабочий торец и корпус свечей, приводят к возникновению трещин в стеклогерметических втулках, расслоениям в зоне соединения стеклогерметических втулок с корпусом свечи.
Это приводит к потере свечами герметичности и прорыву горячих газов из камеры сгорания в подкапотное пространство двигателей, дополнительному перегреву свечей и их прогару.
Кроме этого, при выполнении встречных запусков двигателей с описанными свечами, при полном давлении в камере сгорания и повышенных температурах, на отдельных свечах происходит электрический пробой между центральным электродом и корпусом по поверхности изоляторов, контактирующих со стеклогерметическими втулками. Электрический пробой внутри свечей исключает наличие электрического разряда в искровом зазоре
свечей, соответственно срываются встречный запуск двигателя, последующий его обычный запуск.
Таким образом, свечи зажигания, описанные в патентах РФ №1720459 и №51445, имеют низкую надежность при работе в условиях повышенных температур топливовоздушной смеси в зоне рабочего торца и воздуха за компрессором, имеют пониженную надежность при работе в этих условиях, т.е. обладают низкой термостойкостью.
Частично указанных недостатков лишена свеча зажигания для газотурбинного двигателя [Патент РФ №2028023 МПК 7 Н 01 Т 13/00, 28.03.1991], содержащая размещенные в трубчатом корпусе экранную керамическую трубку, изолятор, закрепленный в корпусе со стороны экранной трубки при помощи медной клиновой втулки, своим большим поперечным сечением обращенной к экранной трубке, кольцевое уплотнение из стеклогерметика, токоведущий стержень с контактной головкой, закрепленный стеклогерметиком во внутреннем канале изолятора и изолированный от корпуса при помощи набора изоляторов, дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого при помощи стеклогерметика закреплен центральный электрод, термокомпенсационный элемент, посредством пайки соединенный с токопроводящим стержнем, массовый электрод, крепежный элемент с наружной резьбой для закрепления свечи на двигателе, дополнительный корпус, на котором размещены крепежный элемент и массовый электрод, причем во внутренней полости дополнительного корпуса частично размещен основной корпус, основной и дополнительный корпуса соединены при помощи герметичного сварного шва, расположенного выше крепежного элемента, а имеющаяся в дополнительном корпусе пружина поджимает керамические изоляторы с одной стороны - к торцу основного корпуса и к шляпке контактного стержня (головка у прототипа), к которому пайкой подсоединен термокомпенсационный элемент, и с другой стороны - к торцу искрообразующего изолятора, обращенного в сторону экранной керамической трубки.
Наличие в свече отдельных узлов изоляторов для герметизации свечи в основном корпусе и для обеспечения искрообразования в дополнительном корпусе свечи, вынесение узла герметизации в основном корпусе из зоны воздействия повышенных температур камеры сгорания, позволяет исключить разгерметизацию свечей зажигания, а конструктивные отличия от аналогов, в частности, установка и закрепление искрообразующего изолятора в дополнительном корпусе, позволяют исключить внутренний электрический пробой внутри свечи при проведении встречных запусков двигателей.
Совершенствование рабочего цикла современных газотурбинных двигателей связано с повышением температуры топливовоздушной смеси в камерах сгорания и повышением степени сжатия воздуха в компрессоре, что приводит к повышению температуры воздуха, охлаждающего свечи во вторичном контуре. При повышении температуры топливовоздушной смеси в зоне рабочего торца свечей до 900-1000°С, а воздуха за компрессором до 600-650°С, свечи, изготовленные по патенту РФ №2028023, также имеют недостаточную термостойкость по следующим причинам.
При воздействии повышенных температур стеклогерметик, закрепляющий центральный электрод в искрообразующем изоляторе, размягчается. Это приводит к смещению центрального электрода относительно поверхности изолятора, возникновению значительных щелей между контактом центрального электрода и поверхностью искрообразующего изолятора с полупроводниковым элементом, пробивное напряжение свечей повышается, на отдельных свечах - до значений, превышающих значения напряжений, развиваемые агрегатом зажигания, вследствие, чего наблюдается прекращение искрообразования в искровом зазоре, и не происходит розжига топливовоздушной смеси при запуске двигателя.
Подвижка контакта центрального электрода в объем камеры сгорания способствует также его недопустимому перегреву.
Кроме этого, в таких свечах пружина осуществляет поджатие керамических трубок на две опорные поверхности: основной корпус и на
шляпку токопроводящего стержня. Это требует особой точности при изготовлении керамических изоляторов. Даже при соблюдении этого условия, при повышенных температурах, за компрессором, во вторичном контуре, за счет различных коэффициентов температурного расширения конструкционных элементов, на отдельных свечах нарушается контакт шляпки токопроводящего стержня, соединенного с термокомпенсационным элементом с контактной головкой токопроводящего стержня, закрепленного в изоляторе основного корпуса.
Нарушение надежности этого контакта приводит к дополнительным потерям энергии в возникшем зазоре, соответственно - уменьшению доли от накопленной в агрегате зажигания энергии, выделяемой в искровом зазоре свечи. Последнее обстоятельство уменьшает диапазон внешних условий, при которых осуществляется надежный розжиг камеры сгорания.
Размещение полупроводникового элемента в зоне рабочего торца свечи, на которую воздействуют повышенные температуры топливовоздушной смеси, также ограничивает применение описываемых свечей зажигания, температурой не более 800°С в связи с ограниченной термостойкостью высокоресурсных полупроводниковых элементов.
Указанных недостатков лишена свеча зажигания для газотурбинного двигателя [Патент РФ №51793, МПК 7 Н 01 Т 13/02, 22.08.2005] (см. фиг.1), принятая за прототип, содержащая основной трубчатый корпус, экранную керамическую трубку, герметизирующий узел, включающий изолятор, закрепленный в основном корпусе со стороны экранной керамической трубки медной клиновой втулкой и кольцевым уплотнением из стеклогерметика, размещенным в кольцевом зазоре, образованном ножкой изолятора и основным трубчатым корпусом на медной клиновой втулке, токопроводящий стержень с контактной головкой, закрепленный стеклогерметиком во внутреннем канале изолятора, дополнительный искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого стеклогерметиком закреплен центральный электрод,
термокомпенсационный элемент, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем, имеющим шляпку для поджатия к контактной головке токопроводящего стержня, закрепленного в изоляторе герметизирующего узла, и центральным электродом, пружину и трубчатые керамические изоляторы, дополнительный трубчатый корпус, образующий рабочий торец свечи, во внутренней полости которого частично размещен основной трубчатый корпус, сваркой герметично соединенный с дополнительным корпусом выше ввертной резьбы, на центральном электроде выполнена резьба и он закреплен в канале искрообразующего изолятора дополнительно с помощью гайки, установленной на внутреннем торце этого канала со стороны термокомпенсационного элемента, контакт центрального электрода размещен в конической части канала искрообразующего изолятора, с полупроводниковым элементом, расположенным со стороны рабочего торца свечи, и имеет коническую боковую поверхность, сопряженную с конической поверхностью канала этого изолятора, обращенной в сторону рабочего торца, массовый электрод свечи имеет толщину 4-6 мм и образует рабочий торец свечи, имеющий коаксиальное внешнему диаметру дополнительного корпуса свечи отверстие, соединяющее внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса, диаметром, превышающим максимальный диаметр контакта центрального электрода, при этом отношение величины искрового зазора по поверхности искрообразующего изолятора между контактом центрального электрода и поверхностью массового электрода к диаметру отверстия в рабочем торце свечи превышает 0,15, в основном корпусе свечи закреплена изоляционная керамическая трубка, установленная в кольцевом зазоре между ножкой герметизирующего изолятора со стороны рабочего торца и основным корпусом, а пружина поджимает один трубчатый керамический изолятор к шляпке токопроводящего стержня, к которому припаян термокомпенсационный элемент, и другой коаксиальный керамический изолятор - к внешней поверхности искрообразующего изолятора, имеющего
больший диаметр по сравнению с той его частью, во внутреннем канале которой центральный электрод закреплен стеклогерметиком.
Дополнительное закрепление центрального электрода в канале искрообразующего изолятора с помощью резьбового соединения и гайки, установленной на внутренний торец канала этого изолятора, сопряжение конических поверхностей контакта центрального электрода и конической поверхности канала изолятора со стороны рабочего торца, исключает нарушение электрического контакта центрального электрода с поверхностью полупроводникового искрообразующего элемента при воздействии на рабочий торец свечи повышенных температур и, как следствие, исключает повышение пробивного напряжения свечи выше развиваемого агрегатом зажигания выходного напряжения, т.к. при таком закреплении центрального электрода невозможно его перемещение даже при размягчении стеклогерметика, закрепляющего его в канале искрообразующего изолятора.
Размещение и закрепление трубчатого керамического изолятора в основном корпусе свечи в кольцевом зазоре между этим корпусом и ножкой герметизирующего изолятора, поджатие пружиной керамической изоляционной трубки к шляпке токопроводящего стержня без упора в керамическую изолирующую трубку, упирающуюся в торец основного корпуса, исключает возникновение зазоров между контактной головкой токопроводящего стержня герметизирующего изолятора и шляпкой токопроводящего стержня, соединенного с термокомпенсационным элементом, при воздействии на свечу повышенных температур воздуха после компрессора. Тем самым исключаются потери энергии в этом зазоре, и сохраняется заданный диапазон внешних условий, при которых происходит надежный розжиг камеры сгорания двигателя.
Выполнение массового электрода свечи толщиной 4-6 мм позволяет заглубить торцевую поверхность искрообразующего изолятора с полупроводниковым элементом внутрь свечи и уменьшить воздействие повышенных температур на него, снизить количество жидкой фазы топлива,
попадающего в искрообразующий зазор, что уменьшает электроэрозию контактов электродов и полупроводникового элемента, сохранив его ресурс (способность поддерживать низкие пробивные напряжения на свече), а обеспечение отношения величины искрового зазора между контактом центрального электрода и поверхностью массового электрода более 0,15, при обеспечении превышения диаметра отверстия D, соединяющего внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса над максимальным диаметром контакта центрального электрода d, позволяет компенсировать заглубление искрового зазора свечи в целях уменьшения температуры на полупроводниковом элементе и связанное с этим уменьшение диапазона розжига камеры сгорания.
Выполнение указанных выше соотношений обеспечивает формирование мощного плазменного факела, выбрасываемого в объем камеры сгорания, обладающего повышенной воспламеняющей способностью. Это позволяет сохранить требуемый диапазон розжига камеры сгорания двигателя.
Таким образом, реализованные в прототипе решения позволяют повысить термостойкость свечей зажигания при сохранении ими ресурса и без ухудшения воспламеняющей способности, диапазона розжига камеры сгорания, уменьшения диапазона внешних условий, при которых происходит надежный розжиг камеры сгорания газотурбинного двигателя.
Однако дальнейшее совершенствование рабочего цикла газотурбинных двигателей приводит к дополнительному повышению температур в камерах сгорания.
Температура в зоне рабочего торца свечей, выполненных по описанному патенту может достигать 1000-1150°С, что недопустимо, т.к. приводит к ограничению их ресурса, перегреву.
При дальнейшем росте температур в камере сгорания в зоне рабочего торца свечи с целью его теплозащиты свечи зажигания помещают в специальные кожуха охлаждения по типу, описанному в [С.А.Вьюнов, Ю.И.Гусев, А.В.Карпов и др. /Конструкция и проектирование авиационных
газотурбинных двигателей. Под общей редакцией В.Д.Хронина. - М.: Машиностроение, 1989 г. рис.8.21а] (см. фиг.2), увеличивающих расстояние между источниками искрового зазора и зоной обратных токов камеры сгорания с наиболее благоприятными условиями для воспламенения топливовоздушной смеси [М.А.Алабин, Б.М.Кац, Ю.А.Литвинов. /Запуск авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1968].
Кроме того, для улучшения охлаждения стенок камер сгорания, увеличивают толщину слоя воздуха, охлаждающего изнутри стенки жаровой трубы камеры сгорания в целях исключения их перегрева.
При этом в современных газотурбинных двигателях увеличиваются скорости потока топливовоздушной смеси в зоне прямых токов, при меньших или неизменных габаритах камер сгорания через них пропускают больший объем воздуха.
Совокупность описанных конструктивных мероприятий по повышению эффективности работы камер сгорания, а также установка свечей в охлаждающиеся кожухи, приводит к тому, что плазменный факел, генерируемый свечой из отверстия в рабочем торце, образованном массовым боковым электродом, не достигает зоны обратных токов в камере сгорания с наиболее благоприятным для воспламенения топливовоздушной смеси условиями, не обеспечивает устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси в зоне прямых токов топливовоздушной смеси в камере сгорания во всем необходимом диапазоне внешних условий по давлению и температуре окружающего воздуха, имеющихся давлений топлива на запуске двигателя.
Следовательно, свеча-прототип в специальных кожухах охлаждения при увеличении объема воздуха, охлаждающего стенки жаровых труб камер сгорания, увеличении скорости топливовоздушной смеси в зоне прямых токов камер сгорания, обладает уменьшенной воспламеняющей способностью, что исключает их применение на двигателях с повышенными удельными характеристиками.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение воспламеняющей способности свечей зажигания и расширение области применения специальных кожухов охлаждения с обеспечением требуемого диапазона внешних условий и диапазонов давления топлива в процессе запуска двигателя при сохранении приемлемого ресурса свечей.
Указанная задача решается свечей зажигания для газотурбинного двигателя, содержащей основной трубчатый корпус, экранную керамическую трубку, герметизирующий узел, включающий изолятор, закрепленный в основном корпусе со стороны экранной керамической трубки медной клиновой втулкой и кольцевым уплотнением из стеклогерметика, размещенного в кольцевом зазоре, образованном ножкой изолятора и основным трубчатым корпусом на медной клиновой втулке, токопроводящий стержень с контактной головкой, закрепленный во внутреннем канале изолятора, дополнительный искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого стеклогерметиком закреплен центральный электрод, термокомпенсационный элемент, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем, имеющим шляпку для поджатия к контактной головке токопроводящего стержня, закрепленного в изоляторе герметизирующего узла, и центральным электродом, пружину, трубчатые керамические изоляторы, дополнительный трубчатый корпус, образующий рабочий торец свечи и во внутренней полости дополнительного трубчатого корпуса частично размещенный основной трубчатый корпус, сваркой герметично соединенный с дополнительным корпусом выше ввертной резьбы, на центральном электроде выполнена резьба, с помощью которой гайкой он закреплен в канале искрообразующего изолятора со стороны термокомпенсационного элемента, контакт центрального электрода, размещенный в конической части канала полупроводникового элемента, расположенного со стороны рабочего торца на свечи, коническую боковую поверхность контакта центрального электрода, сопряженную с конической поверхностью канала полупроводникового элемента, обращенной в сторону
рабочего торца, массовый электрод свечи, имеющий толщину 4-6 мм и образующий рабочий торец свечи, имеющий коаксиальное внешнему диаметру дополнительного корпуса свечи канал-отверстие, соединяющее внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса диаметром, превышающим диаметр контакта центрального электрода, при этом отношение величины искрового зазора по поверхности полупроводникового элемента между контактом центрального электрода и поверхностью массового электрода, к диаметру отверстия в рабочем торце свечи, превышает 0,15, закрепленную в основном корпусе свечи между ножкой герметизирующего изолятора и основным корпусом со стороны рабочего торца изоляционную керамическую трубку, пружину, поджимающую один трубчатый керамический изолятор к шляпке токопроводящего стержня, к которому припаян термокомпенсационный элемент, и другой коаксиальный керамический изолятор - к внешней поверхности искрообразующего изолятора, имеющего больший диаметр по сравнению с той его частью, во внутреннем канале которой центральный электрод закреплен стеклогерметиком, отличающейся тем, что часть массового электрода, образующая рабочий торец свечи, имеет переменное сечение, выступающая над торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом часть массового электрода имеет внешний диаметр меньше, чем диаметр дополнительного трубчатого корпуса и часть массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, при этом переход между большим и меньшим диаметрами массового электрода выполнен по поверхности, перпендикулярной оси свечи, а толщина части массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, измеряемая в основном направлении, не менее 2,5 мм, а радиальная толщина части массового электрода, имеющая меньший внешний диаметр, составляет не менее 1,25 мм.
Совокупность этих мероприятий позволяет приблизить искровой зазор свечи к зоне обратных токов и достичь ее генерируемым плазменным факелом, что обеспечивает надежное воспламенение топливовоздушной смеси в камере
сгорания во всем требуемом диапазоне внешних условий и значений давления топлива на запуске двигателя.
Это достигается за счет размещения части массового электрода, имеющей меньший внешний диаметр в канале отверстия кожуха охлаждения (см. фиг.3), исключением охлаждения плазменного факела воздухом, предназначенным для охлаждения торца свечи, как это имеет место в прототипе, увеличением дальнобойности плазменного факела (считая от торца кожуха охлаждения) за счет заглубления разрядной камеры, в которой формируется генерируемый плазменный факел, в сторону камеры сгорания, т.к. при установке свечи в кожух часть корпуса свечи, имеющая меньший диаметр массового электрода, размещается в этом канале-отверстии кожуха (см. фиг.3) [А.Н.Мурысев, А.Г.Каюмов, Ю.Д.Курдачев. /Исследование рабочих процессов в стреляющих авиационных свечах зажигания и разработка методов повышения их эффективности./ Тезисы докладов на конференции «Проблемы авиации и космонавтики и роль ученых в их решении»./ Министерство общего и профессионального образования РФ, Федерация космонавтики РФ, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа, 1998].
На фиг.4 представлена заявляемая свеча зажигания для газотурбинного двигателя, содержащей основной трубчатый корпус 1, экранную керамическую трубку 2, герметизирующий узел, включающий изолятор 3, закрепленный в основном корпусе со стороны экранной керамической трубки 2 медной клиновой втулкой 4 и кольцевым уплотнением из стеклогерметика 5, размещенного в кольцевом зазоре 6, образованном ножкой изолятора 7 и основным трубчатым корпусом 1 на медной клиновой втулке 4, токопроводящий стержень 8 с контактной головкой 9, закрепленный во внутреннем канале изолятора 7, дополнительный искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор 10 с полупроводниковым элементом 11, во внутреннем канале которого стеклогерметиком 12 закреплен центральный электрод 13, термокомпенсационный элемент 14, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем 15, имеющим шляпку 16 для
поджатия к контактной головке 9 токопроводящего стержня 8, закрепленного в изоляторе 3 герметизирующего узла, и центральным электродом 13, пружину 17, трубчатые керамические изоляторы 18 и 19, дополнительный трубчатый корпус 20, образующий рабочий торец свечи и во внутренней полости дополнительного трубчатого корпуса частично размещенный основной трубчатый корпус 1, сваркой герметично соединенный с дополнительным корпусом выше ввертной резьбы, на центральном электроде 13 выполнена резьба, с помощью которой гайкой он закреплен в канале дополнительного 10 изолятора со стороны термокомпенсационного элемента 14, контакт центрального электрода 22, размещенный в конической части канала полупроводникового элемента 11, расположенного со стороны рабочего торца на свечи, коническая боковая поверхность контакта центрального электрода сопряжена с конической поверхностью канала полупроводникового элемента, обращенную в сторону рабочего торца, массовый электрод свечи, имеющий толщину 4-6 мм и образующий рабочий торец свечи, имеющий коаксиальное внешнему диаметру дополнительного корпуса свечи канал-отверстие 23, соединяющее внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса 20 диаметром, превышающим диаметр контакта центрального электрода 13, при этом отношение величины искрового зазора (d=t+h) по поверхности полупроводникового элемента 11 между контактом центрального электрода 22 и поверхностью массового электрода, к диаметру D отверстия 23 в рабочем торце свечи, превышает 0,15, закрепленную в основном корпусе свечи 1 между ножкой герметизирующего изолятора 7 и основным корпусом со стороны рабочего торца изоляционную керамическую трубку 24, пружина 17 поджимает один трубчатый керамический изолятор 19 к шляпке 16 токопроводящего стержня 15, к которому припаян термокомпенсационный элемент 14, и другой коаксиальный керамический изолятор 18 к внешней поверхности дополнительного изолятора 10, имеющего больший диаметр по сравнению с той его частью, во внутреннем канале которой центральный электрод закреплен стеклогерметиком, часть массового электрода, образующая рабочий
торец свечи, имеет переменное сечение, выступающая над торцевой поверхностью изолятора 10 с полупроводниковым элементом 11 часть массового электрода имеет внешний диаметр меньше, чем диаметр дополнительного трубчатого корпуса 20 и часть массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора 10 с полупроводниковым элементом 11, при этом переход между большим и меньшим диаметрами массового электрода выполнен по поверхности, перпендикулярной оси свечи, а толщина части массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора 10 с полупроводниковым элементом 11, измеряемая в осевом направлении, не менее 2,5 мм, а радиальная толщина части массового электрода, имеющего меньший внешний диаметр, составляет не менее 1,25 мм.
Свеча зажигания устанавливается в кожух охлаждения, образуя запальное устройство таким образом, чтобы массовый электрод, имеющий диаметр меньший, чем внешний диаметр дополнительного трубчатого корпуса, размещался в отверстии - канале кожуха охлаждения, соединяющего его внутренний объем, в котором размещен дополнительный трубчатый корпус, с объемом (полостью) камеры сгорания двигателя.
В процессе запуска двигателя высокое напряжение от емкостного агрегата зажигания прикладывается к токоведущему стержню герметизирующего изолятора через контактную головку, термокомпенсационный элемент - к центральному электроду, расположенному в искрообразующем изоляторе. В искровом зазоре между контактом центрального электрода и массовым электродом возникает электрический разряд, который воспламеняет распыленные в отверстии массового электрода глубиной (4-6) мм топливо. Это приводит к генерации мощного плазменного факела (с горящим топливом) в объем камер сгорания.
В отличии от прототипа при использовании кожухов охлаждения [С.А.Вьюнов, Ю.И.Гусев, А.В.Карпов и др. /Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общей редакцией В.Д.Хронина. - М.: Машиностроение, 1989 г. рис.8.21а], показанных на фиг.2, искровой зазор
свечи, выполненный по предлагаемому техническому решению, заглублен в камеру сгорания (см. фиг.3) на 5 мм. Это обеспечивает соответственно большее заглубление генерируемый свечей плазменного факела в объем камеры сгорания, более надежное проникновение его в зону обратных токов, значительное расширение диапазона розжига камеры сгорания и расширение пусковых характеристик двигателя.
Эффективность таких свечей в части значительного расширения пусковых характеристик подтверждается комплексом их испытаний в составе двигателей и опытной эксплуатации.
Уменьшенный диаметр части массового электрода позволяет разместить его в канале - отверстии кожуха охлаждения и обеспечить его тепловую защиту корпусом кожуха и продуваемым через него воздухом, отбираемым за компрессором. Выполнение толщины массового электрода более 1,25 мм, осевой толщины - не менее 2,5 мм при достигаемом уровне охлаждения рабочего торца свечи в кожухе охлаждения, позволяет обеспечить достаточный ресурс свечи во включениях, что подтверждено результатами стендовых испытаний [УНПП «Молния»/ Технический акт № ИС-2004/129 от 04.11.2004; УНПП «Молния», ОАО УМПО /Заключение № ЛС-2004-216 от 28.10.2004; ОАО УМПО, УНПП «Молния» /Технический акт № А-85-2003 от 17.09.2003, ОАО УМПО, УНПП «Молния», НТЦ им. А.Люльки ОАО НПО «Сатурн» /Отчет №8-274-02 от 16.05.2002].
Таким образом, предлагаемая свеча зажигания, выполненная согласно настоящей полезной модели, позволяет повысить воспламеняющую способность свечи с расширением области ее применения в специальных кожухах охлаждения с обеспечением требуемого диапазона внешних условий и диапазонов давления топлива в процессе запуска газотурбинного двигателя при сохранении приемлемого ресурса.
Эффективность предлагаемой свечи подтверждена результатами испытаний и эксплуатации свечей зажигания. По сравнению с аналогами и прототипом свечи, изготовленные по предлагаемым решениям, обеспечили
повышенный в 2 раза ресурс и запуск двигателей во всем требуемом диапазоне внешних условий: по давлению и температуре окружающего воздуха, настроек двигателя пускового топлива при использовании специальных кожухов охлаждения.
Свеча зажигания для газотурбинного двигателя, содержащая основной трубчатый корпус, экранную керамическую трубку, герметизирующий узел, включающий изолятор, закрепленный в основном корпусе со стороны экранной керамической трубки медной клиновой втулкой и кольцевым уплотнением из стеклогерметика, размещенным в кольцевом зазоре, образованном ножкой изолятора и основным трубчатым корпусом на медной клиновой втулке, токопроводящий стержень с контактной головкой, закрепленный во внутреннем канале изолятора, искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого стеклогерметиком закреплен центральный электрод, термокомпенсационный элемент, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем, имеющим шляпку для поджатия к контактной головке токопроводящего стержня, закрепленного в изоляторе герметизирующего узла, и центральным электродом, пружину, трубчатые керамические изоляторы, дополнительный трубчатый корпус, образующий рабочий торец свечи и во внутренней полости дополнительного трубчатого корпуса частично размещенный основной трубчатый корпус, сваркой герметично соединенный с дополнительным корпусом выше ввертной резьбы, на центральном электроде выполнена резьба, с помощью которой гайкой он закреплен в канале искрообразующего изолятора со стороны термокомпенсационного элемента, контакт центрального электрода, размещенный в конической части канала полупроводникового элемента, расположенной со стороны рабочего торца свечи, коническую боковую поверхность контакта центрального электрода, сопряженную с конической поверхностью канала полупроводникового элемента, обращенной в сторону рабочего торца, массовый электрод свечи, имеющий толщину 4-6 мм и образующий рабочий торец свечи, имеющий коаксиальное внешнему диаметру дополнительного корпуса свечи канал-отверстие, соединяющее внешний и внутренний торцы дополнительного корпуса диаметром, превышающим диаметр контакта центрального электрода, при этом отношение величины искрового зазора по поверхности полупроводникового элемента между контактом центрального электрода и поверхностью массового электрода к диаметру отверстия в рабочем торце свечи превышает 0,15, закрепленную в основном корпусе свечи между ножкой герметизирующего изолятора и основным корпусом со стороны рабочего торца изоляционную керамическую трубку, пружину, поджимающую один трубчатый керамический изолятор к шляпке токопроводящего стержня, к которому припаян термокомпенсационный элемент, и другой коаксиальный керамический изолятор к внешней поверхности дополнительного изолятора, имеющего больший диаметр по сравнению с той его частью, во внутреннем канале которой центральный электрод закреплен стеклогерметиком, отличающаяся тем, что часть массового электрода, образующая рабочий торец свечи, имеет переменное сечение, выступающая над торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом часть массового электрода имеет внешний диаметр меньше, чем диаметр дополнительного трубчатого корпуса и часть массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, при этом переход между большим и меньшим диаметрами массового электрода выполнен по поверхности, перпендикулярной оси свечи, а толщина части массового электрода, сопрягаемая с торцевой поверхностью изолятора с полупроводниковым элементом, измеряемая в осевом направлении, не менее 2,5 мм, а радиальная толщина части массового электрода, имеющего меньший внешний диаметр, составляет не менее 1,25 мм.
