RU2579435C1 - Способ контроля систем зажигания газотурбинных двигателей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике поджига горючих смесей с помощью электрической искры, в частности, к системам зажигания, и может быть использовано для контроля систем зажигания и оценки их работоспособности, сравнительной оценки воспламеняющей способности систем зажигания совместно с запальными устройствами, в которые установлены свечи зажигания.

Технический результат - возможность проверки общей работоспособности систем зажигания, как с подачей топлива, так и без нее, сравнение систем зажигания, прогнозирование наиболее характерных отказов на стадиях разработки, доводки и эксплуатации, регистрация объема выделяющейся плазмы, определение видимой световой энергии, выделяющейся от источника, оценка дальнобойности свечи зажигания (длины выброса пламени), осуществление допускового контроля систем зажигания.

Сущность изобретения: измеряют оптическое отображение плазменного факела с торца свечи, фиксируемого фотоэлектрическим датчиком, установленным на заданном расстоянии от рабочего торца свечи, показания тока, напряжения, фототока регистрируют цифровым запоминающим осциллографом с датчиков тока, напряжения и фотодатчика, сравнивают значения протекающего фототока с заданными значениями и по результатам сравнения делают вывод о пригодности системы зажигания. 4ил.

Description

Изобретение относится к технике розжига горючих смесей с помощью электрической искры, в частности к системам зажигания, и может быть использовано для контроля систем зажигания и оценки их работоспособности, сравнительной оценки воспламеняющей способности систем зажигания совместно с запальными устройствами, в которые установлены свечи зажигания.

Известен способ контроля систем зажигания [Алимбеков Л.И. Устройства зажигания газотурбинных двигателей и измерительные преобразователи энергии искровых разрядов: Автореферат дис. на соиск. уч. ст. к.т.н., спец-ти 05.13.05, 05.09.03. - Уфа, 1998.], заключающийся в измерении разрядного тока накопительного конденсатора агрегата зажигания на свечу, при одновременном измерении напряжения на свече зажигания (электродах свечи в искровом зазоре), перемножении значений разрядного тока и напряжения на электродах и интегрировании этого произведения, получении значения энергии, выделенной в искровом промежутке свечи, и мощности, выделенной в нем.

Недостатком этого способа являются его ограниченные функциональные возможности, поскольку он предполагает использование двух преобразовательных датчиков - датчика тока и датчика падения напряжения в свече. При одинаковой энергии, выделяемой в искровом зазоре свечей зажигания, они могут иметь различную воспламеняющую способность, которая определяется конструкцией запального устройства, в которое она установлена, конструкцией рабочего торца самой свечи, величиной искрового зазора.

Известен также способ контроля емкостных систем зажигания [А.Н. Мурысев, А.О. Рыбаков, А.Г. Каюмов, Ю.Д. Курдачев. Исследование рабочих процессов в стреляющих свечах зажигания и разработка методов повышения их эффективности. // Тезисы доклада на конференции «Проблемы авиации и космонавтики и роль ученых в их решении» // МинВУЗ РФ, УАИ, 1988. - С. 78-81], заключающийся в том, что оптическим путем измеряют величину плазменного факела, генерируемого свечами, установленными в запальные устройства при работе в составе системы зажигания, сравнивают величину плазменного факела (по оси свечи) с заданным значением, по результатам сравнения делают вывод о пригодности систем зажигания.

Недостатком данного способа является то, что величина плазменного факела (его дальнобойность или пространственное распространение) не в полной мере позволяет оценивать воспламеняющую способность систем зажигания, т.к. в зависимости от конструкции запальных устройств и параметров систем зажигания при одной и той же протяженности плазменного факела диапазон розжига одних и тех же камер сгорания двигателей может отличаться.

Также известен способ контроля систем зажигания [Патент РФ №95409, МПК G01R 21/06, опубл. 27.06.2010 г.], реализованный в устройстве-измерителе энергии искровых разрядов в свече зажигания с использованием в качестве датчика мгновенной мощности приемника оптического излучения. Данное устройство включает фокусирующее устройство, приемник оптического излучения, усилитель, два аналоговых ключа, интегратор, аналогово-цифровой преобразователь, блок цифровой индикации, компаратор и два одновибратора, при этом фокусирующее устройство подключено к искровому разряднику в цепи зажигания, а между интегратором и аналогово-цифровым преобразователем включен калибровочный усилитель.

Недостаток данного способа заключается в том, что он применим только для свечей с открытым торцом и не пригоден для плазменных свечей зажигания, поскольку энергия и мощность выделяются только в искровом промежутке. Энергия в искровом промежутке отличается от энергии на рабочем торце свечи, это обусловливает необходимость контролировать энергию и объем плазмы, выделяемые на торце свечи, и их распространение в пространстве.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля системы зажигания двигателей [Патент РФ №2338080, МПК F02C 7/26, опубл. 10.11.2008 г.], заключающийся в определении наличия плазменного факела, генерируемого свечой на нормируемом расстоянии от рабочего торца свечи, установленной в запальное устройство при работе в составе системы зажигания. Данный способ контроля систем зажигания осуществляют следующим образом. Смачивают искровой зазор свечи нормированным количеством топлива, подключают агрегат зажигания к источнику питания, в момент протекания разрядного тока агрегата зажигания через свечу и генерации ею плазменного факела измеряют ионизационные токи плазменного факела, протекающие между рабочими поверхностями электродов, и устройства контроля в измерительном его контуре, образованном автономным источником питания, датчиком тока сравнивают регистрируемый датчиком ток в регистраторе тока с заданными значениями его параметров: амплитудой, длительностью, временем между началом разрядного тока в агрегате зажигания и началом протекания ионизационного тока плазменного факела и по результатам сравнения делают вывод о пригодности агрегата зажигания.

Недостатком описанного способа является то, что он не позволяет производить контроль систем зажигания без подачи топлива и дает возможность сравнивать между собой только свечи зажигания одного и того же типа.

Задача изобретения - упрощение процесса испытаний и контроля работоспособности систем зажигания, снижение затрат на проведение испытаний.

Технический результат - возможность проверки общей работоспособности систем зажигания, как с подачей топлива, так и без нее, сравнение систем зажигания, прогнозирование наиболее характерных отказов на стадиях разработки, доводки и эксплуатации, регистрация объема выделяющейся плазмы, определение видимой световой энергии, выделяющейся от источника, оценка дальнобойности свечи зажигания (длины выброса пламени), осуществление допускового контроля систем зажигания.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом контроля систем зажигания газотурбинных двигателей, заключающимся в определении наличия плазменного факела, генерируемого свечой на нормируемом расстоянии от рабочего торца свечи, установленной в запальное устройство при работе в составе системы зажигания. При этом измеряют оптическое отображение плазменного факела с торца свечи, фиксируемого фотоэлектрическим датчиком, установленным на заданном расстоянии от рабочего торца свечи, показания тока, напряжения, фототока регистрируют цифровым запоминающим осциллографом с датчиков тока, напряжения и фотодатчика, сравнивают значения протекающего фототока с заданными значениями и по результатам сравнения делают вывод о пригодности системы зажигания.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего данный способ контроля систем зажигания.

Устройство содержит агрегат зажигания 1, блок 2, соединяющий исследуемый искровой промежуток, например, свечу поверхностного разряда 3 и фотоприемник 4, при этом фотоприемник расположен на фиксированном расстоянии от торца свечи; преобразователь сигнала 5, устройство регистрации сигналов - цифровой осциллограф 6, аналогово-цифровой преобразователь 8, устройство обработки сигналов - ЭВМ с программным обеспечением 9, устройство отображения информации 10. Агрегат зажигания 1, блок 2, преобразователь сигнала 5 и цифровой осциллограф 6 последовательно соединены в блок 7, выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя 8, подключенного к ЭВМ 9 с устройством отображения информации 10.

Устройство работает следующим образом. Подключают агрегат зажигания 1 к источнику питания (не показан), в момент протекания разрядного тока агрегата зажигания 1 через свечу поверхностного разряда 3 измеряют оптическое отображение плазменного факела с торца свечи, фиксируемого фотоприемником 4, сравнивают регистрируемые цифровым осциллографом 6 показания тока, напряжения и фототока с заданными значениями (например, с характеристиками эталонной свечи зажигания), по результатам сравнения делают вывод о пригодности системы зажигания.

Пример конкретной реализации способа.

К агрегату зажигания с нормированными параметрами последовательно подключают свечи зажигания с различными искровыми зазорами. При включении агрегата зажигания происходит искрообразование на рабочем торце свечи с выделением плазменного разряда. Фотоприемник располагают на фиксированном расстоянии от торца свечи. Световой поток принимается фотоприемником, на его выходе образуется фототок, амплитуда которого пропорциональна длине выброса плазмы с торца свечи, при этом интегральное значение фототока пропорционально объему выделившейся плазмы. Величину плазменного факела на срезе сопла свечи фиксируют визуально при помощи измерительной линейки, а также фото и видеокамеры с последующей раскадровкой изображений, при этом точность измерения выброса плазмы разряда составляет 0,05 мм. Фиксируют время жизни плазмы, амплитудные значения фототока и его интегральные значения за период, т.е. пространственно-временное распространение плазмы, которое определяет воспламеняющую способность свечи зажигания. Чем больше максимальные амплитудные значения фототока и его интегральные значения за период, тем выше воспламеняющая способность как свечи зажигания, так и системы зажигания в целом. Характерные осциллограммы, отражающие зависимость регистрируемых фототоков (I_ф) от энергии агрегата зажигания (W) на примере свечи зажигания с искровым зазором 1,2 мм, представлены на фиг. 2 (при W=3 Дж) и фиг. 3 (при W=9 Дж), где по оси абсцисс показана длительность сигнала в мс, а по оси ординат - амплитудное значение напряжения в B. Они демонстрируют, что у агрегатов зажигания с разной энергией величина фототока различна. Осциллограммы сигналов, а также регистрируемые значения объема и длительности выброса плазмы разряда показали корреляционную взаимосвязь фототока и объема выброса плазмы разряда в виде линейной зависимости с коэффициентом корреляции (R²) более 0,98, представленной на фиг. 4. Путем сравнения интегральных и амплитудных значений фототока различных свечей выбирают свечи зажигания с наиболее высокой воспламеняющей способностью. Чем выше эти показатели, тем лучше характеристики свечи или системы зажигания в целом.

Итак, заявляемый способ контроля систем зажигания позволяет регистрировать объем выделяющейся плазмы и определять видимую световую энергию, выделяющуюся от источника. Кроме того, он позволяет осуществлять контроль систем зажигания, как с подачей топлива, так и без нее, оценивать дальнобойность свечи (длину выброса пламени), проводить сравнение систем зажигания и может быть применен для их допускового контроля. Это позволит значительно сократить затраты на проведение испытаний систем зажигания камер сгорания газотурбинных двигателей.

Claims (1)

1. Способ контроля систем зажигания газотурбинных двигателей, заключающийся в определении наличия плазменного факела, генерируемого свечой на нормируемом расстоянии от рабочего торца свечи, установленной в запальное устройство при работе в составе системы зажигания, отличающийся тем, что измеряют оптическое отображение плазменного факела с торца свечи, фиксируемого фотоэлектрическим датчиком, установленным на заданном расстоянии от рабочего торца свечи, показания тока, напряжения, фототока регистрируют цифровым запоминающим осциллографом с датчиков тока, напряжения и фотодатчика, сравнивают значения протекающего фототока с заданными значениями и по результатам сравнения делают вывод о пригодности системы зажигания.

Images