[发明专利]一种阳极自冷却式等离子体点火器

说明书

一种阳极自冷却式等离子体点火器，点火器阴极、绝缘套和阴极安装座同轴安装在点火器核心层内腔，绝缘套下端外表面与点火器核心层内表面之间形成气体通道；点火器阴极固定在阴极安装座内，并使引弧端伸出绝缘套的下端面后在电离区与点火器核心层之间形成高温电弧，从而在电离区产生高温等离子体。本发明的点火器外壳与点火器内隔层之间有一级冷却通道，点火器内隔层与点火器核心层之间有二级冷却通道。本发明提高了等离子体点火器的工作可靠性，延长了点火器的使用寿命，并且极大地简化了将现有等离子体点火器在航空发动机上应用的进气装置，更有利于等离子体点火器在航空发动机燃烧室对点火器尺寸、进气形式等有特殊要求的动力装置上的应用。

技术领域

本发明涉及能源动力领域动力装置的等离子体点火与燃烧强化技术，具体是一种阳极自冷却式等离子体点火器。

背景技术

随着能源动力装置的快速发展，对极端条件下点火与熄火后再点火技术提出了更高的要求。目前我国航空发动机燃烧室中的点火装置存在点火能量低，点火边界窄，熄火后难以再次进行点火启动，很难满足燃烧室在宽参数变化条件特别是极端条件下对可靠点火与燃烧强化技术的要求。

等离子体点火技术具有点火温度高、能量大、化学活性强等技术优势和特点，能够提高发动机在高机动、恶劣条件下的点火可靠性，扩大点火范围。美、俄等航空发达国家十分重视等离子体点火技术的研究和发展，纷纷开展了将等离子体点火技术应用于航空航天动力装置中的研究工作。1992年，美国GE公司以发动机主燃烧室或加力燃烧室为应用对象申请了等离子体点火系统的专利。2009年中国科技大学与皖能集团联合研发“电站锅炉等离子体煤粉点火系统”，具有点火热效率高，适应工况范围广等特点。但上述等离子体点火装置体积和重量大、结构复杂，无法满足航空发动机等动力装置对小型化点火装置的需求。空军工程大学针对上述特点在2013年提出了一种航空发动机空气旋流等离子体点火器，专利授权号为ZL 201310084697.0，该点火器实现了体积和重量小、结构简单、使用和维护方便等特点，但点火器电极烧蚀严重，会降低点火器的工作可靠性和使用寿命。针对此问题，空军工程大学2014年提出了一种拉长电弧等离子体射流点火器，专利授权号为ZL201410568885.5，该点火器通过点火器内腔及阳极的结构，使得电弧弧根不与阳极通道的内壁面接触，而是穿过阳极喷口，与阳极外表面直接接触，电弧电压升高，在驱动电源输出功率一定的情况下，电弧电流降低，减轻对电极的烧蚀，但点火器工作可靠性与寿命仍无法满足发动机长时间工作的要求。

因此本发明研制一种阳极自冷却式等离子体点火器，通过结构设计使得流入点火器的工作介质气体流经内部结构形成的气体通道，利用工作介质气体对阳极材料进行冷却，达到进一步减轻电极材料烧蚀、提高点火器工作可靠性与寿命的目的。同时，本发明不需要专门的管路对其供气，利用发动机燃烧室二股通道内的气流引入等离子体点火器内腔形成高温等离子体射流。

发明内容

为克服现有技术中存在的点火器工作可靠性与寿命仍无法满足发动机长时间工作要求的不足，本发明提出了一种阳极自冷却式等离子体点火器。

本发明包括点火器外壳、点火器内隔层、点火器核心层、点火器阴极、绝缘套和阴极安装座组成，其特征在于，所述绝缘套安装在点火器核心层内腔；该绝缘套上端与点火器核心层上端干涉配合，绝缘套下端外表面与点火器核心层内表面之间有间隙，并有该间隙形成气室；所述点火器核心层的圆周上均布有径向的通孔，该通孔形成气体通道。所述绝缘套下端外径与点火器核心层下端内径的比值为5：8。点火器阴极与阴极安装座均位于该绝缘套套内，并使该点火器阴极的外螺纹端装入阴极安装座下端端面中心的阴极安装座安装孔内。所述阴极安装座的下端面安放在所述绝缘套内圆周表面上径向凸出的定位凸台上。所述点火器阴极的另一端为引弧端；该引弧端伸出绝缘套的下端面并位于电离区内；所述引弧端在电离区内与点火器核心层之间形成高温电弧，电弧将电离区的工作介质气体电离产生高温等离子体。点火器内隔层上端的内螺纹与位于点火器核心层中段的外螺纹连接，点火器内隔层内表面与点火器核心层外表面的间隙形成了二级冷却通道。