一种燃气涡轮发动机起动器的制作方法

1.本发明涉及燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃气涡轮发动机起动器。


背景技术：

2.燃气涡轮发动机在工作开始之前，需要外界给转子提供一定的能量进行转动，带动进气，从而完成一系列的燃烧过程，最终使发动机进入工作状态。常见的燃气涡轮的起动机方式有：电机起动、涡轮起动以及活塞式起动。
3.燃气涡轮发动机只用直接作用式电机起动机，电动起动机设计成短时重复式的，过载时会迅速升温到极限值，其自身质量太大，采用的蓄电池也远超电动机本身，且受环境影响很大；涡轮起动机主要是轴向单级冲压涡轮，用压缩冷空气或压缩热空气进行工作；使用冷空气，空气消耗量巨大，且空气在涡轮内膨胀，温度急剧下降，可能导致涡轮结冰；热空气需要单独携带燃料，且单独工作，发动机持续时间比较长。活塞式起动机是一个带空气冷却的二冲程活塞发动机。这种起动机额定功率较小，只能启动小功率的燃气涡轮发动机。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种燃气涡轮发动机起动器，以高效、节能、低成本的方式解决驱动燃气涡轮发动机地面试车的起动问题。
5.为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
6.一种燃气涡轮发动机起动器，包括锥体以及喷嘴体，其中：
7.锥体为空心结构，包括锥形段以及位于锥形段前端的连接段；锥体的前端设置有弹簧座，锥体的前端以及弹簧座共同插入所述喷嘴体的后端，并通过螺纹圈将弹簧座、锥体与喷嘴体轴向压紧固定；锥体上的锥形段的外形面与发动机流道结构尺寸一致；所述锥体的锥形段后端开设有与空气枪连接的阶梯型接口，阶梯型接口包括多个同轴开设的台阶槽；
8.喷嘴体的前端分布有多个收扩喷口，喷嘴体后端的外圆周上分布有多个安装凸台；
9.所述弹簧座前端的锥体内腔中设置有导套、弹簧及封严气门，其中：
10.弹簧座设计为环形镂空结构，弹簧座的内环处留有止口和中心孔，分别起定位支撑导套和封严气门的作用；
11.导套为前小后大的筒形结构，导套的两端留有卡口，分别由弹簧座内环处的止口以及所述阶梯型接口的前端提供定位支撑；
12.封严气门通过弹簧沿轴向装配在弹簧座内部，封严气门能在弹簧座内轴向滑动；封严气门包括轴杆以及位于轴杆后端的封塞，弹簧套在轴杆上，弹簧在空气起动完成后，起到使封严气门复位的作用，使封塞封堵所述阶梯型接口最前端的台阶槽。
13.进一步地，所述锥体和喷嘴体均采用高温合金锻件加工。
14.进一步地，所述锥形段的外径自后之前逐渐增大，连接段的外径一致。
15.进一步地，所述螺纹圈套在喷嘴体的后端以及所述的连接段上；在锥体前端的圆周上分布有多个凹槽，喷嘴体后端的圆周上设置有穿过弹簧座且插入所述凹槽中的定位销，起到周向定位锥体和弹簧座的作用；定位螺桩装于贯通喷嘴体及螺纹圈的螺纹孔内，起防止螺纹圈转动的作用。
16.进一步地，所述螺纹圈中的螺纹为锯齿形螺纹，其中前侧非工作面的牙侧角为30
°
，后侧工作面的牙侧角为3
°
。
17.进一步地，所述阶梯型接口的台阶槽中，最后端的台阶槽直径最大，向前端方向台阶槽直径依次减小；最后端的台阶槽内壁上设置有分布有侧板，构成花瓣形结构。
18.进一步地，所述最后端的台阶槽用于是空气枪的枪头脱离以及枪头卡紧；中部的台阶槽与空气枪上的弹性封严圈配合，最前端的台阶槽与空气枪上的o 型密封圈配合。
19.进一步地，所述弹簧座的外环上布设有限位孔，与所述定位销配合，起周向防转作用。
20.进一步地，所述导套的后端沿筒壁开多个矩形孔，导套的前端面开设有凹槽，在弹簧座内环的止口上设置有凸台，凹槽与凸台相配合以周向定位，防止导套周向转动。
21.与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
22.当特殊类型的燃气涡轮发动机无法使用传统方式的起动装置时，例如需要火药起动等破坏性的起动方式，本发明能够为地面试车提供起动，有效地完成交付前试验，以满足发动机出厂的稳定性和可靠性。同时本发明可以节约资源，降低试车成本。
附图说明
23.图1为本发明的轴向剖视示意图；
24.图2为本发明起动器的主视图；
25.图3为本发明实施例的结构示意图。
26.图中标号说明：1锥体，2封严气门，3弹簧，4喷嘴体，5弹簧座，6导套， 7螺纹圈，8定位螺桩，9定位销，10阶梯型接口，11台阶槽，12侧板，13锥形段，14连接段，15止口，16中心孔，17收扩喷口，18安装凸台，19轴杆， 20封塞，21矩形孔，22枪头。
具体实施方式
27.参见图1至图3，本发明提供了一种燃气涡轮发动机起动器，包括锥体1 以及喷嘴体4，其中：
28.锥体1为高温合金锻件加工，锥体1为空心结构，包括锥形段13以及位于锥形段13前端的连接段14；锥形段13的外径自后之前逐渐增大，连接段14 的外径一致；采用先收缩后扩张结构，可以提高出口气流速度，为起动提供重组动能；锥体1的前端设置有弹簧座5，锥体1的前端以及弹簧座5共同插入所述喷嘴体4的后端，并通过螺纹圈7将弹簧座5、锥体1与喷嘴体4轴向压紧固定。
29.锥体1前端的连接段14外径一致，所述螺纹圈7套在喷嘴体4的后端以及所述的连接段14上；在锥体1前端的圆周上分布有多个凹槽，喷嘴体4后端的圆周上设置有穿过弹簧座5且插入所述凹槽中的定位销9，起到周向定位锥体1 和弹簧座5的作用。定位螺桩8装于贯通喷嘴体4及螺纹圈7的螺纹孔内，起防止螺纹圈7转动的作用。锥体1上的锥形段13的外
形面与发动机流道结构尺寸一致，该形状的结构设计可以保证发动机地面试车性能与实际使用时的性能一致；锥形段13的内部空腔形状与外形相对应，在强度满足承受腔内压强的同时保证腔体内的体积，满足锥体的空气容量。
30.螺纹圈7中的螺纹为锯齿形螺纹，其中前侧非工作面的牙侧角为30
°
，后侧工作面的牙侧角为3
°
，该螺纹设计兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，是为螺纹圈单向向前受力所设计的螺纹结构。
31.所述锥体1的锥形段13后端开设有与空气枪连接的阶梯型接口10，阶梯型接口10包括多个同轴开设的台阶槽11，最后端的台阶槽11直径最大，向前端方向台阶槽11直径依次减小；最后端的台阶槽11内壁上设置有分布有侧板 12，构成花瓣形结构；最后端的台阶槽11是空气枪的枪头22脱离以及枪头22 卡紧的开关式设计，保证空气枪的装配和轴向定位，该设计能够满足配合枪头 22的安装稳定，确保在枪头22进入锥体1时能够在进口端有效卡紧；中部的台阶槽11与空气枪上的弹性封严圈配合，最前端的台阶槽11与空气枪上的o 型密封圈配合，起封严作用。上述的阶梯型接口10作为空气枪的出气口，自后至前台阶槽11的面积由大到小，能有效减少沿程损失，减少气体的驻留，能够稳定、持续为燃气涡轮发动机提供动力输出。
32.喷嘴体4采用高温合金锻件加工，喷嘴体4的前端分布有多个收扩喷口17，高压气流在收扩喷口17中加速，为发动机起动提供足够的动量。喷嘴体4后端的外圆周上分布有多个安装凸台18，通过安装凸台18上的安装孔将喷嘴体4 固定在发动机上。安装凸台18与喷嘴体外壁之间圆滑过渡，为安装工艺提供便捷。
33.弹簧座5前端的锥体1内腔中设置有导套6、弹簧3及封严气门2，其中：
34.弹簧座5设计为环形镂空结构，该设计能够保证腔内空间及高压空气流通，同时保证使用的强度；弹簧座5的外环上布设有限位孔，与所述定位销9配合，起周向防转作用；弹簧座5的内环处留有止口15和中心孔16，分别起定位支撑导套6和封严气门2的作用。
35.导套6为前小后大的筒形结构，后端沿筒壁开多个矩形孔21，该设计主要是为了高压空气流通；导套6的前端面开设有凹槽，在弹簧座5内环的止口15 上设置有凸台，凹槽与凸台相配合以周向定位，防止导套6周向转动。导套6 的两端留有卡口，分别由弹簧座5内环处的止口15以及所述阶梯型接口10的前端提供定位支撑。
36.封严气门2通过弹簧3沿轴向装配在弹簧座5内部，封严气门2能在弹簧座5内轴向滑动；封严气门包括轴杆19以及位于轴杆19后端的封塞20，弹簧 3套在轴杆19上，弹簧3在空气起动完成后，起到使封严气门复位的作用，使封塞20封堵所述阶梯型接口10最前端的台阶槽11，保证空气起动器封闭，避免空气枪对排气的影响，也避免燃气烧蚀引起其他破坏影响，减少发动机起动损失。
37.下面通过图2说明本发明的具体实施例。
38.本发明的发动机起动器在实施过程中需要空气枪配合来完成整个起动过程：
39.将发动机起动器固定在燃气涡轮发动机上，在燃气涡轮发动机需要起动时，空气枪的枪头22从锥体1后部的阶梯型接口10插入，推动封严气门2压缩弹簧3；枪头22的花瓣形挡边与阶梯型接口10的最后端台阶槽11相适配，空气枪的结构设计决定此时空气枪受向后的拉力，此时旋转调整空气枪转动角度保证花瓣形挡边与最后端台阶槽11对正，起到轴向定位空气枪的作用，防止空气枪向后脱出。
40.空气枪的枪头22插入腔体后，向发动机起动器内喷入高压空气，高压空气在空气起动器腔体内流动，并最终通过喷嘴体4上的收扩喷口17喷出，吹动起动叶轮带转发动机转子；当到达规定时间后，空气枪的制动机构带动空气枪旋转，当空气枪的花瓣形挡边脱离阶梯型接口10，空气枪向后脱出，弹簧3回弹，封严气门2封堵阶梯型接口10，完成整个起动过程。
41.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。