Вопрос № 3. Система зажигания топлива.

Электрические системы зажигания предназначены для воспламенения топливовоздушной смеси в основных и форсажных камерах сгорания ГТД. При этом тепловая энергия, необходимая для воспламенения топлива, выделяется при электрическом разряде между электродами специального разрядника, называемого авиационной свечой.

Система зажигания является частью системы запуска двигателя. Включение зажигания происходит в момент, согласованный с работой топливной аппаратуры, стартера и других устройств системы запуска.

В зависимости от назначения различают пусковые и рабочие системы зажигания. Пусковые системы используются для воспламенения топлива в основных и форсажных камерах сгорания только при запуске авиадвигателя и включении форсажа на земле и в полете. Рабочие системы служат для воспламенения горючей смеси в течение всего времени работы двигателя.

Для поршневых двигателей необходима как пусковая, так и рабочая системы зажигания. На газотурбинных авиадвигателях применяются только пусковые системы, обеспечивающие запуск. В дальнейшем процесс горения поддерживается за счет непрерывного поступления топлива воздуха в камеру сгорания.

Для зажигания топливовоздушной смеси используют следующие виды электрических разрядов: искровой разряд, разряд по поверхности полупроводника, разряд по металлизированной поверхности диэлектрика.

В соответствии с видом электрического разряда системы зажигания разделяются на две группы:

- высоковольтные искровые, в них используется разряд между электродами свечи, расположенной в камере сгорания, к электродам свечи подводится напряжение 15—20 кВ;

- низковольтные с полупроводниковыми свечами; воспламеняющие топливовоздушную смесь посредством разряда вдоль поверхности полупроводника, к электродам которого подводится напряжение 2—5 кВ;

- низковольтные с эрозионными свечами, использующие низковольтный разряд вдоль поверхности металлизированного изолятора.

Кроме того, применяются комбинированные системы зажигания, в которых воспламенение топлива осуществляется двойным разрядом. Первый разряд - высоковольтный ионизирующий, второй - низковольтный емкостной или разряд по поверхности полупроводника или металлизированного диэлектрика.

В соответствии с типом источника высокого напряжения системы зажигания можно разделить на два вида:

- системы с индукционной (пусковой) катушкой, первичная обмотка которой питается постоянным током напряжением 28 В;

- системы с трансформатором, первичная обмотка которого питается переменным током напряжением 115 В.

Основными элементами систем зажигания являются электрические свечи и преобразователи постоянного (27 В) или переменного (115В) тока низкого напряжения в импульсы или переменный ток высокого напряжения (2 - 20 кВ).

Рассмотрим работу системы зажигания топлива в ГТД вертолётов.

На двигателях вертолетов применяется метод факельного зажигания. Сущность этого метода заключается в следующем: воспламенение топлива, которое впрыскивается в рабочие форсунки, производится от специальных запальных устройств – воспламенителей. Запальное устройство располагается вне жаровой трубы и состоит из пусковой форсунки, свечи и электромагнитного клапана. При запуске двигателя электромагнитный клапан открывается, топливо поступает в пусковую форсунку и распыляется в газовом потоке. В области распыления расположена свеча, которая воспламеняет смесь. Факел пламени, образовавшийся в запальном устройстве, двинется в камеру сгорания и поджигает струю основного топлива, подаваемого через рабочую форсунку. После окончания запуска система зажигания отключается и топливо к пусковой форсунке не подается.

Система зажигания топлива включает в себя:

- агрегат зажигания;

- высоковольтные экранированные провода;

- запальные свечи;

- аппаратуру управления.

Рис. 3. Принципиальная схема агрегата зажигания.

Агрегат зажигания. В основу работы агрегата зажигания (рис. 3) положен принцип накопления электрического заряда на накопительном конденсаторе с последующим мгновенным разрядом конденсатора по полупроводниковому слою запальной свечи.

Конструктивно агрегат зажигания состоит из индукционной катушки, выпрямителя, накопительного конденсатора, разрядника и активизатора.

При включении питания через замкнутые контакты прерывателя (КП) и первичную обмотку индукционной катушки начинает протекать ток. Когда он достигнет значения, при котором сила электромагнитного притяжения подвижного контакта к сердечнику становится больше силы противодействующей пружины, контакты прерывателя размыкаются. Это вызывает быстрое уменьшение тока в первичной цепи и связанного с ним магнитного потока. В результате резкого изменения магнитного потока во вторичной обмотке w₂ индуктируется эдс. Под ее влиянием по обмотке w₂ через выпрямитель В течет ток, который заряжает накопительный конденсатор С2.

С уменьшением тока в обмотке w₁ сила электромагнитного притяжения становится меньше силы пружины и контакты прерывателя вновь замыкаются, процесс повторяется с периодичностью 600 – 1000 циклов в секунду.

В целях уменьшения искрообразования на контактах, уменьшения их износа и увеличения скорости спадания тока первичной цепи катушки после размыкания контактов прерывателя, а следовательно, и увеличения эдс, индуктируемой во вторичной цепи, параллельно контактам прерывателя включен конденсатор С1.

Через каждые 50 – 150 циклов накопительный конденсатор С2 заряжается до пробивного напряжения разрядника Р 1300 – 2500 В. При этом происходит пробой разрядника и энергия, запасенная в конденсаторе С2, вызывает мощный разряд по полупроводниковому слою свечи.

Для увеличения надежности работы системы в схему введен активизатор, представляющий собой высокочастотный колебательный контур, состоящий из первичной обмотки w_1А, конденсатора С_А и резистора R_А. Одновременно с зарядом накопительного конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор С_А. После пробоя разрядника активизатор создает ионизирующий импульс малой мощности, с помощью которого осуществляется первоначальный пробой разрядного промежутка свечи.

Таким образом, активизатор, развивая высокое напряжение в начале процесса пробоя, служит для создания между электродами свечи первой лидирующей ионизированной дорожки, а затем энергия, накопленная на накопительном конденсаторе, выделяется на свече в виде емкостного разряда большой мощности.

После пробоя свечи разрядник восстанавливается (гаснет) и вновь происходит заряд накопительного конденсатора. Процесс повторяется.

Полупроводниковая свеча (рис. 4) состоит из корпуса 1, на нижней части которого размещается кожух 3 с окнами для продува охлаждающего воздуха. От корпуса свечи, который одновременно служит боковым электродом, изолятором 4отделены центральный электрод 6 и стержень 2, соединенные между собой герметизирующим токопроводящим стеклонаполнителем. На цилиндрическую поверхность изолятора между центральным и боковым электродами наносится слой полупроводника 5. К стержню 2подсоединяется провод источника питания.

Рис. 4. Полупроводниковая свеча:

1 – корпус; 2 – стержень; 3 – кожух; 4 – изолятор; 5 – слой полупроводника; 6 – центральный электрод.

При подаче напряжения происходит сильный разряд по поверхности полупроводника и топливовоздушная смесь воспламеняется.

Свечи устанавливаются в пусковых воспламенителях камер сгорания двигателей.

Вывод: основными элементами электрических систем зажигания являются источники высокого напряжения, авиационные свечи, соединительные провода и коммутационная аппаратура.

Вопросы для самоконтроля

1. Состав систем запуска. Способы запуска ГТД.

2. Особенности автономного запуска авиадвигателей.

3. Состав система зажигания топлива.

Литература

1. В.Д. Константинов, И.Г. Уфимцев, Н.В. Козлов "Авиационное оборудование самолётов", стр. 85…103.

2. П.И. Чинаев "Авиационное оборудование самолётов", стр. 137…154

3. А.С. Тырченко, Н.Н. Точилов, М.М. Ногас, В.М. Блувштейн "Авиационное оборудование вертолётов"

(должность)

(воинское звание, подпись, инициалы, фамилия)