Свічка запалювання для газотурбинного двигуна

Изобретение относится к устройствам для воспламенения топливо-воздушной смеси в камерах сгорания энергетических установок, в частности к свечам зажигания дляГТД. Известна свеча зажигания, имеющая наружный электрод, выполненный в виде кожуха, образующий на активном конце свечи полость с боковыми тангенциальными отверстиями и выходным сопловым отверстием в кожухе, и расположенный в нем изолятор с центральным электродом [Авт.св. № 1233237, кл. Н 01 Т 13/00]. Недостатки этой свечи зажигания следующие: закоксовывание тангенциальных отверстий в кожухе, что приводит к перебоям работы свечи, снижает надежность воспламенения топлива; истечение горячих газов через тангенциальные и центральные отверстия сопровождается большими потерями тепла и активированных частиц в стенки отверстий. Это снижает энергию всех стр уй, и х длину и температуру, а перегрев электродов возрастает, что также снижает ресурс электродов и надежность работы свечи. Наиболее близкой к заявляемой свече зажигания по технической сущности и достигаемому результату является свеча зажигания, имеющая полость внутри изолятора на ее активном конце, ограниченную торцем центрального электрода, замыкает полость имеющий трубчатое сопло наружный электрод, образующий с центральным электродом внутри полости разрядный промежуток [Заявка Великобритании № 2147362, кл. Н 01 Т 13/00]. В этой свече зажигания на электроды подают высокое напряжение, пробивающее разрядный промежуток, в котором образуется небольшой объем плазмы. Скачок тока при разрядке конденсатора приводит к резкому росту температуры и размера плазмы. Истечение плазмы из сопла в камеру сгорания происходит в виде плазменной струи, движущейся с достаточно большой скоростью, обеспечивающей проникновение сквозь сносящий поток воздуха у стенки камеры и попадание ядра плазменной струи в зону, благоприятную для воспламенения топлива. Известная свеча зажигания позволяет воспламенять топливовоздушн ую смесь в камере сгорания ГТД высокореакционной плазменной струей, сокращающей начальную и основную фазы процесса сгорания топлива, что приводит к уменьшению потерь, связанных с поздним догоранием, обеспечивает надежное зажигание и полноту сгорания топлива, расширяет границы воспламенения топливо-воздушных смесей. Недостатком известной свечи зажигания является следующее. Термо-газо-динамические и электромагнитные процессы генерации и истечения плазмы из полости свечи имеют сложный характер, определяющий параметры плазменной струи, как источника воспламенения, могущие изменяться в широких пределах. Поэтому произвольный выбор размеров полости, где происходит генерация плазмы, и размеров трубчатого сопла, где происходят основные потери энергии плазменной струи, за счет которых перегревается и эродирует наружный электрод, не во всех случаях позволяют обеспечивать высокий ресурс свечи при надежном воспламенении горючей смеси. Перегрев электродов и электроэрозия происходят из-за интенсивного теплообмена плазменной струи с поверхностью трубчатого сопла, размывания высокотемпературного ядра потока в тр убчатом сопле и повышения температуры пограничного слоя с одной стороны и повышение отвода энергии через пятно дуги, расширяющееся с повышением температуры пограничного слоя - с другой стороны. Кроме того, при чрезмерном уменьшении диаметра выходного сечения сопла, вызванного стремлением увеличить дальнобойность плазменной струи, только часть объема плазмы истекает из полости за время разрядки конденсатора, образуя тонкую, легко сносимую потоком воздуха, плазменную струю. Эти случаи нежелательны, так как не только не позволяют реализовать высокую воспламеняющую эффективность плазменной струи, но и приводят к перегреву электродов, их эрозии и даже к перегреву керамики изолятора и ее пробою высоким напряжением. Заявляемое изобретение предназначено для повышения ресурса свечи зажигания, имеющей полость в изоляторе на активном конце свечи, ограниченную торцем центрального электрода и имеющим сопло наружным электродом, образующим с центральным электродом в полости разрядный промежуток, путем применения сужающегося сопла с заявляемым углом сужения и выполнением полости и сопла согласно заявляемому математическому выражению, а также повышением воспламеняющей способности плазменной струи и надежности работы свечи зажигания. Предлагаемая свеча зажигания имеет полость внутри изолятора на ее активном конце, ограниченную торцем центрального электрода, с противоположной стороны имеющим сопло наружным электродом, образующим с центральным электродом внутри полости разрядный промежуток. Угол сужения сужающегося сопла принимает значения из интервала 0-90°, а полость и сопло выполнены согласно математическому выражению где Vn - объем полости; Sc - площадь сечения сопла на выходе; d - ширина разрядного промежутка. Заявляемая свеча зажигания отличается от прототипа наличием сужающегося сопла, угол сужения которого задан интервалом значений, а также согласованностью размеров полости и сопла согласно математическому выражению. На чертеже показан продольный разрез свечи зажигания с разрядной полостью и сужающимся соплом. Свеча зажигания содержит корпус 1, внутри которого размещен изолятор 2 с полостью 3. Полость 3 ограничена торцем центрального электрода 4, с противоположной стороны - наружным электродом 5, имеющим сужающееся сопло 6. Между центральным электродом 4 и наружным электродом 5 расположен в полости 3 разрядный промежуток д. Угол сужающейся части сопла 6 принимает значения из интервала 0-90°, полость 3 и сопло 6 выполнены согласно математическому выражению где Vn - объем полости; Sc - площадь сечения сопла на выходе; d - ширина разрядного промежутка. Свеча зажигания работает следующим образом. Свечу устанавливают на штатное место в камере сгорания энергетической установки. В полость 3 свечи через соло 6 из камеры сгорания попадает топливо - воздушная смесь. На электроды 4 и 5 подают напряжения пробоя разрядного промежутка