RU2130222C1

RU2130222C1 - Gas-turbine engine spark plug

Info

Publication number: RU2130222C1
Application number: RU96115866A
Authority: RU
Inventors: М.Л. Кузменко; А.А. Снитко; В.В. Токарев; Ю.Е. Кириевский; О.В. Брындин
Original assignee: Акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1999-05-10

Abstract

FIELD: ignition systems of gas-turbine engines primarily using compressed natural gas. SUBSTANCE: spark plug has body accommodating central electrode and enclosed in casing forming cooling space. Casing is provided with inlet and outlet holes as well as with exit hole at butt end and with screen. The latter is secured to butt end on central electrode side and its walls forming inner space are not closed in direction of coolant flow. Inner space of screen communicates through holes with cooling space of casing and with combustion zone which provides for stepwise air flow from cooling space of casing through screen space to obtain air curtain above screen end and plug facing combustion zone and for organizing stable local vortex of reverse-current zone precisely above exit hole for plasma at butt end of casing. EFFECT: improved plug cooling efficiency and starting characteristics which improved operating safety of gas-turbine plant. 2 dwg

Description

Изобретение относится к системам зажигания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на сжатом природном газе. The invention relates to ignition systems for gas turbine engines operating primarily on compressed natural gas.

Известна свеча зажигания, содержащая корпус и кожух обдува с окном для подвода воздуха из диффузора камеры сгорания [1]. Недостатком такой конструкции является затрудненный розжиг горючей смеси при запуске двигателя вследствие того, что охлаждающий воздух уменьшает концентрацию топливного аэрозоля или топливного газа в зоне розжига свечи и ухудшает пусковые характеристики камеры сгорания. Known spark plug containing a housing and a casing of blowing with a window for supplying air from the diffuser of the combustion chamber [1]. The disadvantage of this design is the difficult ignition of the combustible mixture when starting the engine due to the fact that the cooling air reduces the concentration of fuel aerosol or fuel gas in the zone of ignition of the candle and affects the starting characteristics of the combustion chamber.

Наиболее близкой к заявляемой является свеча зажигания, содержащая корпус с расположенным в нем центральным электродом и кожухом, охватывающим корпус с образованием охлаждающей полости и снабженным впускным и выпускными отверстиями, а также отверстием на торце для выхода плазмы и экраном, жестко скрепленным с кожухом со стороны центрального электрода и подвижно охватывающим кожух со стороны крепления свечи [2]. Closest to the claimed is a spark plug containing a housing with a central electrode and a housing located therein, covering the housing with the formation of a cooling cavity and provided with inlet and outlet openings, as well as an opening at the end for the plasma exit and a screen rigidly fastened to the housing from the central side electrode and movably covering the casing from the side of the candle [2].

Известная свеча зажигания служит для воспламенения горючей смеси в форсажной камере и выполнена с возможностью скольжения с экраном другого изделия - стабилизатор форсажной камеры. В жаровых трубах камеры сгорания использование свечи зажигания такой конструкции невозможно вследствие низкой эффективности охлаждения свечи при нагреве, вероятности прорыва горячих газов из камеры сгорания за контур двигателя и выгорания свечи. Known spark plug is used to ignite the combustible mixture in the afterburner and is made to slide with the screen of another product - afterburner stabilizer. It is not possible to use a spark plug of this design in the flame tubes of a combustion chamber due to the low efficiency of cooling the spark plug during heating, the likelihood of breakthrough of hot gases from the combustion chamber beyond the engine circuit and the burning of the spark plug.

Кроме того, свеча известной конструкции обладает низкими пусковыми свойствами применительно к жаровым трубам камеры сгорания газотурбинных установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе. Это объясняется трудностью организации зоны обратных токов точно над местом установки свечи при пусках вследствие необходимости охлаждения стенки жаровой трубы слоем охлаждающего воздуха. In addition, the candle of known design has low starting properties in relation to the flame tubes of the combustion chamber of gas turbine installations, which operate mainly on compressed natural gas. This is explained by the difficulty of organizing the reverse current zone exactly above the place of installation of the plug during start-ups due to the need to cool the walls of the flame tube with a layer of cooling air.

Незначительное смещение вихря зоны обратных токов приводит к незапуску двигателя и снижает пусковые характеристики свечи, а также ее надежность и ресурс. An insignificant displacement of the vortex of the reverse current zone leads to non-start of the engine and reduces the starting characteristics of the spark plug, as well as its reliability and service life.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в расширении технических возможностей при использовании свечи зажигания в жаровых трубах камеры сгорания газотурбинных установок, а также в увеличении ресурса и надежности свечи за счет повышения эффективности ее охлаждения, улучшения пусковых характеристик путем создания над свечей при запуске местной зоны обратных токов и стабилизации потока рабочего тела. The technical problem to which this invention is directed is to expand the technical capabilities when using a spark plug in the flame tubes of a combustion chamber of gas turbine plants, as well as to increase the life and reliability of the candle by increasing the efficiency of its cooling, improving starting characteristics by creating above candles with launching the local reverse current zone and stabilizing the flow of the working fluid.

Выполнение в кожухе экрана с внутренней полостью (полый экран), скрепленного по торцам свечи со стороны центрального электрода, т.е. со стороны полости горения, позволяет улучшить теплоизоляцию поверхности корпуса свечи и уменьшить тепловое излучение от продуктов горения к центральному электроду. The execution in the casing of the screen with an internal cavity (hollow screen), fastened at the ends of the candles from the side of the Central electrode, i.e. from the side of the combustion cavity, it allows to improve the thermal insulation of the surface of the candle body and reduce heat radiation from the combustion products to the central electrode.

Выполнение экрана с внутренней полостью, сообщающейся с выходным отверстием (для плазмы) на торце кожуха, а стенок экрана, образующих внутреннюю полость, незамкнутыми в направлении течения рабочего тела (горючей смеси), позволяет создавать над свечей при запуске местную зону обратных токов и стабилизировать поток рабочего тела. The implementation of the screen with an internal cavity communicating with the outlet (for plasma) at the end of the casing, and the walls of the screen forming the internal cavity, open in the direction of flow of the working fluid (combustible mixture), allows you to create a local zone of reverse currents above the candles at startup and stabilize the flow working fluid.

Выполнение внутренней полости экрана, сообщающейся отверстиями с охлаждающей полостью кожуха и полостью горения, дает возможность ступенчато направлять поток воздуха из охлаждающей полости кожуха через полость экрана для создания воздушной завесы над торцом экрана и свечей, обращенной к зоне горения, и формировать устойчивый местный вихрь зоны обратных токов точно над выходным отверстием для плазмы на торце кожуха. Такая конструкция позволяет использовать ее в жаровых трубах камеры сгорания газотурбинных установок, а также повышает эффективность охлаждения свечи и улучшает ее пусковые характеристики, повышая при этом безопасность эксплуатации газотурбинной установки, особенно при ее работе на сжатом природном газе. The implementation of the inner cavity of the screen, communicating with the holes with the cooling cavity of the casing and the combustion cavity, makes it possible to stepwise direct the air flow from the cooling cavity of the casing through the cavity of the screen to create an air curtain over the end of the screen and the candles facing the combustion zone, and form a stable local vortex of the reverse zone currents exactly above the plasma outlet at the end of the casing. This design allows its use in the combustion tubes of the combustion chamber of gas turbine plants, and also increases the efficiency of cooling the candle and improves its starting characteristics, while increasing the safety of operation of the gas turbine plant, especially when it is running on compressed natural gas.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами. The invention is illustrated by the following figures.

На фиг. 1 изображен продольный разрез свечи зажигания, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a spark plug, FIG. 2 is a view A in FIG. 1.

Свеча зажигания газотурбинного двигателя содержит корпус 1, расположенный в нем центральный электрод 2 и кожух 3, охватывающий корпус 1 с образованием охлаждающей полости 4 и сообщенный впускными 5 и выпускными 6 отверстиями, а также выходным отверстием 7 (для выхода плазмы) на торце 8. Кожух 3 с полым экраном 9, образующим внутреннюю полость 10 внутри экрана 9, скрепленного с торцем 8 со стороны центрального электрода 2. The gas turbine engine spark plug contains a housing 1, a central electrode 2 and a housing 3 located therein, enclosing the housing 1 with the formation of a cooling cavity 4 and communicated with inlet 5 and exhaust 6 openings, as well as an outlet 7 (for plasma exit) at the end 8. The casing 3 with a hollow screen 9, forming an internal cavity 10 inside the screen 9, fastened to the end 8 from the side of the central electrode 2.

Экран выполнен с углублением 11, сообщающимся с выходным отверстием 7 на торце 8 кожуха 3. Стенки 12 экрана 9, образующие углубление 11, выполнены незамкнутыми на ширине 13 в направлении 14 течения рабочего тела, состоящего из потока горючей смеси. Внутренняя полость 10 экрана 9 сообщается отверстиями 6 с охлаждающей полостью 4 кожуха 3 и отверстиями 15 - с полостью горения 16 внутри жаровой трубы 17. Показан также поток 18 охлаждающего воздуха между наружным корпусом 19 камеры сгорания и стенкой жаровой трубы 17. The screen is made with a recess 11 communicating with the outlet 7 at the end 8 of the casing 3. The walls 12 of the screen 9 forming the recess 11 are made open on a width of 13 in the direction 14 of the flow of the working fluid, consisting of a flow of a combustible mixture. The inner cavity 10 of the screen 9 communicates with openings 6 with a cooling cavity 4 of the casing 3 and openings 15 with a combustion cavity 16 inside the flame tube 17. Also shown is a flow of 18 cooling air between the outer casing 19 of the combustion chamber and the wall of the flame tube 17.

При работе газотурбинного двигателя охлаждающий воздух 18 из компрессора поступает через впускные отверстия 5 в охлаждающую полость 4, далее - через выпускные отверстия 6 протекает во внутреннюю полость 10 экрана 9 и вытекает далее через отверстия 15 в полость горения 16 внутри жаровой трубы 17, создавая воздушный слой турбулентного вихря внутри воздушной полости 10, а над экраном 9 и углублением 11, корпусом 1 свечи и ее центральным электродом 2 - воздушный слой заградительного охлаждения. When the gas turbine engine is running, cooling air 18 from the compressor enters through the inlet openings 5 into the cooling cavity 4, then through the outlet openings 6 it flows into the inner cavity 10 of the screen 9 and then flows through the openings 15 into the combustion cavity 16 inside the flame tube 17, creating an air layer a turbulent vortex inside the air cavity 10, and above the screen 9 and the recess 11, the candle body 1 and its central electrode 2 is an air layer of defensive cooling.

При розжиге горючей смеси при запуске двигателя поток 14 газовоздушной смеси, обтекая поверхности экрана 9 за счет незамкнутой части на ширине 13 углубления 11, стабилизирует поток горючей смеси и образует местный вихрь зоны обратных токов, расположенный в углублении 11 экрана 9. При работе свечи поток плазмы выходит из отверстия 7 на торце 8 кожуха 3, легко воспламеняя горючую смесь, тем самым улучшая розжиг смеси и запуск двигателя. During ignition of the combustible mixture at engine start, the air-gas mixture stream 14, flowing around the surface of the screen 9 due to the open part at the width 13 of the recess 11, stabilizes the flow of the combustible mixture and forms a local vortex of the reverse current zone located in the recess 11 of the screen 9. When the candle is working, the plasma stream leaves the hole 7 at the end 8 of the casing 3, easily igniting the combustible mixture, thereby improving the ignition of the mixture and engine start.

Источники информации
1. Авиационные двухконтурные двигатели Д-30КУ, Д-30КП, Москва, "Машиностроение", 1988, стр. 198, 199.Sources of information
1. Aviation dual-circuit engines D-30KU, D-30KP, Moscow, "Engineering", 1988, p. 198, 199.

2. Патент Великобритании N 1250180, H 01 T 13/16, 1971 г. 2. British patent N 1250180, H 01 T 13/16, 1971

Claims

Spark plug of a gas turbine engine, comprising a housing with a central electrode located therein, a casing enclosing the housing to form a cooling cavity, provided with inlet and outlet openings, as well as an outlet at the end, and a screen made with an internal cavity communicated by openings with a cooling cavity of the casing and with a combustion cavity, characterized in that the screen is fastened to the end from the side of the central electrode, and the walls of the screen forming the inner cavity are made open in the direction the working fluid flow.