Полупроводниковая свеча зажигания для газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к свечам зажигания, в частности к свечам зажигания поверхностного разряда газотурбинных и реактивных двигателей. Целью изобретения является повышение термостойкости и ресурса при одновременном повышении технологичности. Свеча содержит основной трубчатый корпус, экранную керамическую трубку, изолятор, закрепленный в основном корпусе со стороны экранной керамической трубки медной клиновой втулкой, своим большим поперечным сечением обращенной к экранной керамической трубке, и кольцевым уплотнением из стеклогерметика, размещенного на медной клиновой втулке в кольцевом зазоре, образованном ножкой изолятора и основным корпусом, токопроводящий стержень с контактной головкой, закрепленной стеклогерметиком во внутреннем канале изолятора, дополнительный изолятор с полупроводниковым элементом, во внутреннем канале которого стеклогерметиком закреплен центральный электрод, керамическую изолирующую трубку, термокомпенсационный элемент, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем и центральным электродом, дополнительный корпус с ввертной резьбой, образующий рабочий торец свечи, во внутренней полости которого частично размещен основной корпус, герметично сваркой закрепленный в дополнительном корпусе выше резьбы, а в зоне ниже ввертной резьбы между корпусами выполнена теплоизолирующая кольцевая полость. 1 ил.

Изобретение относится к свечам зажигания, в частности к свечам зажигания поверхностного разряда газотурбинных и реактивных двигателей.

Известна конструкция свечи [1], содержащая корпус (боковой электрод), экранную керамическую трубку, изолятор с полупроводниковым (п/п) рабочим элементом и закрепленным в нем с помощью стеклогерметика центральным электродом, при этом изолятор закреплен с помощью медной клиновой втулки, своим большим поперечным сечением обращенной в сторону экранной керамической трубки, и стеклогерметика, заключенного между корпусом и ножкой изолятора со стороны экранной керамической трубки.

Недостатками данной свечи являются наличие радиальных трещин в изоляторе, образующих вследствие воздействия осевых нагрузок со стороны корпуса и центрального электрода при изготовлении свечи в процессе остывания после горячей стеклогерметизации; под совместным влиянием высоких температур воздуха за компрессором (600^оС и выше) и температур в зоне рабочего торца кольцевой слой стеклогерметика, прилегающий к корпусу, размягчается, высокое давление в камере сгорания (40 ат и более), воздействуя на рабочий торец п/п элемента, приводит к "подвижке" изолятора, потере контакта п/п рабочего элемента с боковым электродом и попаданию топлива в образовавшийся зазор. По этим причинам свеча не обеспечивает предъявляемых требований по теплостойкости и ресурсу, так как увеличение искрового зазора вследствие "подвижки" изолятора приводит к нарушению контакта п/п элемента с электродами и значительному увеличению пробивного напряжения; трещины в изоляторе приводят к потере электропрочности свечи.

Указанные недостатки ("подвижка" изолятора, потеря контакта) частично устранены в свече [2]. Свеча состоит из трубчатого корпуса, бокового электрода, изолятора с п/п рабочим элементом и закрепленного в нем с помощью стеклогерметика центрального электрода, экранной керамической трубки, размещенной в кольцевом зазоре между стенками корпуса и ножкой изолятора, причем корпус имеет буртик для установки бокового электрода, а изолятор закреплен в корпусе при помощи втулки, приваренной к корпусу.

Недостатком данной свечи является необеспечение электропрочности искрообразующего узла изолятора свечи вследствие образования радиальных трещин изолятора [4].

Недостатки [2] частично устранены в свече [3], являющейся наиболее близким техническим решением по технической сущности к заявляемому. Свеча содержит корпус с неподвижно установленным экранным герметизирующим изолятором и закрепленным в нем токопроводящим стержнем с контактом, промежуточный изолятор, рабочий искрообразующий изолятор и закрепленный в нем центральный электрод (ц.э.) с контактом. Контакты ц.э. и токопроводящего стержня имеют подпружиненные торцевые поверхности, при этом контакт ц.э. соединен с ц.э. эластичным элементом. Наличие пружины устраняет осевые воздействия корпуса (при этом радиальные трещины не возникают) и "подвижку" изолятора, обеспечивая плотные контакты электродов с п/п поверхностью. Расположение герметизирующего узла в экранной части свечи (т.е. в зоне пониженных температурных воздействий) обеспечивает заданный уровень герметичности свечей, применяемых на изделиях с низкими значениями температуры Т₂ за компрессором.

Однако при повышенных значениях температур (Т₂) на современных изделиях ГТД размещение узла герметизации в зоне экрана свечи не обеспечивает заданной герметичности, поскольку узлы герметизирующий и искрообразующий находятся в одном корпусе. Часть корпуса, находящаяся в зоне повышенных температурных воздействий (1200^оС и более), передает через стенки корпуса тепло в экранную часть. Кроме того такие свечи нетехнологичны при изготовлении вследствие того, что для сборки их необходима операция сварки, приводящая к короблению корпуса и требующая последующей рихтовки и механической обработки окончательно собранной свечи для исключения радиальных биений ввертной резьбы относительно рабочей части свечи. Механическая обработки свечи приводит к потере герметичности и электропрочности, в том числе вследствие возникающих трещин в изоляторе при рихтовке, что значительно снижает выход годных свечей в процессе их изготовления.

Целью изобретения является повышение термостойкости и ресурса свечи, повышение технологичности.

На чертеже изображена полупроводниковая свеча зажигания, разрез.

Свеча содержит основной трубчатый корпус 1, экранную керамическую трубку 2, герметизирующий узел, включающий изолятор 3, закрепленный в основном корпусе 1 со стороны экранной керамической трубки 2 медной клиновой втулкой 4 и кольцевым уплотнением из стеклогерметика 5, размещенного в кольцевом зазоре, образованном ножкой изолятора 3 и основным трубчатым корпусом 1 на медной клиновой втулке 4, токопроводящий стержень 6 с контактной головкой 7, закрепленной стеклогерметиком 8 во внутреннем канале изолятора, дополнительный искрообразующий узел, включающий дополнительный изолятор 9 с п/п элементом 10, во внутреннем канале которого стеклогерметиком 11 закреплен центральный электрод 12, термокомпенсационный элемент 13, пайкой соединенный с токопроводящим стержнем 23 и центральным электродом 12, пружина 14 и керамические изоляторы 15, 16, 17, дополнительный корпус 18, образующий рабочий торец 20 свечи, во внутренней полости 19 дополнительного корпуса 18 частично размещен основной корпус 1. Корпуса между собой сварены выше резьбы, а в зоне ниже ввертной резьбы между корпусами выполнена теплоизолирующая кольцевая полость 21.

Свеча зажигания работает следующим образом.

Высокое напряжение от емкостного агрегата зажигания прикладывается к токопроводящему стержню 6 через термокомпенсационный элемент 13 к центральному электроду 12 и через основной корпус 1 к дополнительному корпусу 18, являющемуся боковым электродом свечи. Между электродами свечи на поверхности 22 рабочего торца 20 возникает мощный электрический емкостной разряд. Пружина использована как для поджатия дополнительного изолятора к торцевой поверхности дополнительного корпуса, так и для создания контактного давления в разъеме цепи центрального электрода. Наличие пружины, поджимающей искрообразующий изолятор к торцевой части дополнительного корпуса, предотвращает критическое воздействие осевых усилий со стороны корпуса, исключая образование радиальных трещин.

Введение дополнительного корпуса с ввертной резьбой, образующего рабочий торец свечи, частичное размещение основного корпуса в дополнительном корпусе, наличие теплоизолирующей кольцевой полости ниже ввертной резьбы обеспечивает заданную герметичность свечи, исключает "подвижку" герметизирующего изолятора в корпусе. Размещение искрообразующего узла в дополнительном корпусе и прижатие его к торцевой части (боковому электроду) с помощью пружины обеспечивает необходимую электропрочность свечи.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет существенно повысить теплостойкость и ресурс свечи при одновременном повышении технологичности изготовления и увеличить выход годных свечей, что подтверждено актами испытаний на изделиях [5].

Формула изобретения

ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, 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, и кольцевого уплотнения 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, и термокомпенсационный элемент, посредством пайки соединенный с токопроводящим стержнем, причем свеча снабжена массовым электродом и крепежным элементом с наружной резьбой для закрепления ее на двигателе, отличающаяся тем, что, с целью повышения термостойкости и ресурса при одновременном повышении технологичности, свеча снабжена дополнительным корпусом, на котором размещен крепежный элемент, наружный торец дополнительного корпуса является массовым электродом, во внутренней полости дополнительного корпуса частично размещен основной корпус, основной и дополнительной корпуса соединены при помощи герметичного сварочного шва, расположенного выше крепежного элемента, причем между стенкой дополнительного корпуса и набором изоляторов в зоне ниже крепежного элемента выполнена кольцевая теплоизолирующая полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1