CN109306900A - 空气涡轮起动器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于起动发动机的空气涡轮起动器，其包括壳体，所述壳体限定入口、出口以及在入口和出口之间延伸的流动路径，用于使气流通过该流动路径。涡轮构件安装在壳体内并设置在流动路径内，用于从气流中可旋转地提取机械动力。次级供应端口流体连接到壳体内的加压气流。本申请还提供一种空气涡轮起动器组件和操作空气涡轮起动器的方法。

Description

空气涡轮起动器

技术领域

本申请涉及一种空气涡轮起动器、空气涡轮起动器组件和操作空气涡轮起动器的方法。

背景技术

诸如燃气涡轮发动机的飞行器发动机以常规操作接合到空气涡轮起动器。空气涡轮起动器通常通过齿轮箱或其他变速器组件安装到发动机上。变速器将动力从起动器传输至发动机，以协助起动发动机。燃气涡轮发动机和空气涡轮起动器的内部部件一起旋转，使得空气涡轮起动器可以用于起动发动机。

发明内容

在一个方面中，本申请涉及一种空气涡轮起动器，其包括：壳体，所述壳体限定被构造成接收加压气体的入口、出口以及在所述入口和所述出口之间延伸用于使加压气流通过其中的流动路径；以及次级供应端口，所述次级供应端口流体连接到所述壳体内的加压气流，并且适于提供来自所述壳体的加压气体的次级供应。

在另一个方面中，本申请涉及一种操作空气涡轮起动器的方法，所述方法包括：将加压空气提供到空气涡轮起动器，所述空气涡轮起动器包括至少一个涡轮构件，所述至少一个涡轮构件轴颈连接在所述空气涡轮起动器的一部分内，经由所述至少一个涡轮构件从加压空气中提取机械动力，以及在与经由所述至少一个涡轮构件提取机械动力不相关的次级应用中选择性地利用来自所述空气涡轮起动器的提供的加压空气。

技术方案1.一种空气涡轮起动器，包括：壳体，所述壳体限定被构造成接收加压气体的入口、出口以及在所述入口和所述出口之间延伸用于使加压气流通过其中的流动路径；以及次级供应端口，所述次级供应端口流体连接到所述壳体内的加压气流，并且适于提供来自所述壳体的加压气体的次级供应。

技术方案2.根据技术方案1所述的空气涡轮起动器，其中所述壳体包括可操作地联接在一起的多个部段，所述多个部段包括入口部段和涡轮部段。

技术方案3.根据技术方案2所述的空气涡轮起动器，其中所述入口部段还包括安装到所述涡轮部段的入口组件并且形成所述入口的至少一部分。

技术方案4.根据技术方案3所述的空气涡轮起动器，其中所述入口组件包括入口连接件，所述入口连接件适于与管道连接并且接收来自所述管道的加压气体。

技术方案5.根据技术方案4所述的空气涡轮起动器，其中所述次级供应端口包括在所述入口组件内并且位于所述入口连接件的流体下游。

技术方案6.根据技术方案4所述的空气涡轮起动器，其中所述入口组件还包括入口增压室，所述入口增压室流体连接到所述入口连接件。

技术方案7.根据技术方案6所述的空气涡轮起动器，其中所述次级供应端口包括在所述入口组件内并且与所述入口增压室流体连接。

技术方案8.根据技术方案7所述的空气涡轮起动器，其中所述入口组件还包括入口阀，所述入口阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，并且适于在处于所述打开位置时流体连接所述入口增压室和所述涡轮部段。

技术方案9.根据技术方案8所述的空气涡轮起动器，其中所述次级供应端口适于在所述入口阀处于所述关闭位置时提供加压气体的次级供应。

技术方案10.根据技术方案9所述的空气涡轮起动器，其中所述入口阀是气动入口阀。

技术方案11.根据技术方案1所述的空气涡轮起动器，还包括插塞，所述插塞适于选择性地关闭所述次级供应端口。

技术方案12.一种空气涡轮起动器组件，包括：空气涡轮起动器，所述空气涡轮起动器包括：壳体，所述壳体具有可操作地联接到加压气流的入口、至少一个出口以及在所述入口和所述至少一个出口之间延伸以用于加压气流通过其中的流动路径，至少一个涡轮构件，所述至少一个涡轮构件安装在所述壳体的涡轮部段内并且设置在气流中以用于从气流中可旋转地提取机械动力，驱动轴，所述驱动轴可操作地联接到所述至少一个涡轮构件并且由所述至少一个涡轮构件驱动；以及次级供应端口，所述次级供应端口流体连接到加压气流，并且适于提供通过其中的加压气体的次级供应。

技术方案13.根据技术方案12所述的空气涡轮起动器组件，其中所述空气涡轮起动器包括入口增压室，所述入口增压室经由入口阀选择性地流体连接到所述涡轮部段。

技术方案14.根据技术方案13所述的空气涡轮起动器组件，其中所述入口阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述打开位置中，所述入口阀允许所述入口增压室内的加压气体进入所述壳体的涡轮部段。

技术方案15.根据技术方案14所述的空气涡轮起动器组件，其中在所述入口阀处于所述关闭位置和所述入口阀处于所述打开位置的情况下，所述加压气体的次级供应是可触及的。

技术方案16.根据技术方案13所述的空气涡轮起动器组件，其中所述次级供应端口与所述入口增压室流体连接。

技术方案17.根据技术方案12所述的空气涡轮起动器组件，还包括插塞，所述插塞适于关闭所述次级供应端口。

技术方案18.一种操作空气涡轮起动器的方法，包括：将加压空气提供到空气涡轮起动器，所述空气涡轮起动器包括至少一个涡轮构件，所述至少一个涡轮构件轴颈连接在所述空气涡轮起动器的一部分内；经由所述至少一个涡轮构件从加压空气中提取机械动力；以及在与经由所述至少一个涡轮构件提取机械动力不相关的次级应用中选择性地利用来自所述空气涡轮起动器的提供的加压空气。

技术方案19.根据技术方案18所述的方法，还包括将气动工具可操作地联接到所述空气涡轮起动器的一部分，并且其中所述气动工具的使用是所述次级应用。

技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中提取机械动力和在所述次级应用中利用加压空气是同时发生的。

附图说明

在附图中：

图1是根据本说明书所述各个方面的具有附件齿轮箱和起动器的涡轮发动机的立体示意图。

图2是根据本说明书中所描述的各个方面的可用于图1的发动机组件中的起动器的立体图。

图3是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的横截面图。

图4是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的局部分解图。

图5是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的一部分的透视图。

图6是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的一部分的横截面放大图。

图7是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的局部剖视示意图，其中入口阀处于第二位置。

图8是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的一部分的横截面图，其中各部分处于齿对齿的情形。

图8A是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的一部分的立体图，其中各部分处于齿对齿的情形。

图9是根据本说明书所述各个方面的图8的起动器的一部分的横截面图，示出了旋转。

图10是根据本说明书所述各个方面的图8的起动器的一部分的横截面图，示出了缩回。

图11是根据本说明书所述各个方面的图2的起动器的一部分的横截面图，其中小齿轮处于接合位置。

图11A是根据本说明书所述各个方面的处于图11所示位置的起动器的一部分的立体图。

具体实施方式

本申请涉及一种驱动机构，所述驱动机构产生以与一件旋转设备连接的旋转轴的形式的动力学运动。一个非限制性实施例是空气涡轮起动器。起动器可以具有各种应用，包括但不限于起动燃气涡轮发动机、起动往复式发动机、起动船用发动机或类似物。

所有方向性参考(例如径向、上部、下部、向上、向下、左边、右边、横向、前方、后方、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于指认的目的以帮助读者对本发明的理解，且并不产生具体来说关于其位置、取向或使用的限制。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)应在广义上来解释，且可包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。示例性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。

如本说明书所使用，术语“前部”或“上游”是指在朝向入口的流体流动方向上移动，或一个部件与另一部件相比相对更靠近入口。术语“后部”或“下游”是指相对于空气涡轮起动器朝向流动路径的出口的方向，或者一个部件与另一部件相比相对更靠近出口。另外，如本说明书中所使用，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与外部发动机圆周之间延伸的尺寸。应进一步理解，“一组”可以包括任何数目个所分别描述元件，包括仅一个元件。

参考图1，起动器马达或空气涡轮起动器10联接到也被称为变速器壳体的附件齿轮箱(AGB，accessory gear box)12，并且一起示意性地示出为安装到诸如燃气涡轮发动机的涡轮发动机14。涡轮发动机14包括具有将空气供应到高压压缩区域18的风扇16的进气口。具有风扇16的进气口和高压压缩区域共同称为燃烧上游的涡轮发动机14的“冷部段”。高压压缩区域18为燃烧室20提供高压空气。在燃烧室中，高压空气与燃料混合并燃烧。热的加压燃烧气体在从涡轮发动机14排出之前穿过涡轮区域22。当加压气体穿过涡轮区域22时，涡轮从穿过涡轮发动机14的气流中提取旋转能量。涡轮区域22的高压涡轮可以通过轴联接到高压压缩区域18的压缩机构(未示出)以为压缩机构提供动力。

AGB 12可以借助于机械动力输出装置26在涡轮区域22处联接到涡轮发动机14。机械动力输出装置26包含多个齿轮和用于将AGB12机械联接到涡轮发动机14的装置。在正常操作条件下，动力输出装置26将来自涡轮发动机14的动力传递到AGB 12，以便为飞行器的附件，例如但不限于燃料泵、电气系统和机舱环境控制装置，提供动力。空气涡轮起动器10通常安装在涡轮发动机14的AGB 12或动力输出装置26中的至少一个附近。例如，空气涡轮起动器10可以安装在包含风扇16的进气口区域的外部上或者安装在高压压缩区域18附近的核心上。

在操作期间，空气涡轮起动器10可以用于启动发动机的旋转。尽管已经将空气涡轮起动器10图示为在飞行器发动机的环境中使用，但是应该理解，本申请不限于此。空气涡轮起动器可以用在任何合适的环境中，以根据需要启动包括在其他移动或非移动应用中的旋转。

现在参考图2，更详细地示出了示例性空气涡轮起动器10。通常，空气涡轮起动器10包括限定入口32和一组出口34的壳体30。用箭头示意性地示出的流动路径36在入口32和一组出口34之间延伸，用于将包括但不限于气体、压缩空气或类似物的流体流传送通过该流动路径。壳体30可以由两个或更多个组合在一起的部件组成，或者可以一体地形成为单个部件。在本申请的所描述的方面中，空气涡轮起动器10的壳体30通常以串联布置限定入口组件38、涡轮部段40、齿轮箱42和驱动部段44。空气涡轮起动器10可以由任何材料和方法形成，包括但不限于压铸诸如铝、不锈钢、铁或钛的高强度和轻质金属。壳体30和齿轮箱42可以形成为具有足够的厚度以提供足够的机械刚度，而不会给空气涡轮起动器10以及因此给飞行器增加不必要的重量。

在图3中更好地看到的，入口组件38包括入口连接件46，入口连接件可以与输送气流的任何合适的导管连接，所述气流包括但不限于加压气体。在一个非限制性示例中，气体是空气并且从气流源供应，所述气流源包括但不限于地面操作空气推车、辅助动力单元或始于已经运行的发动机的交叉排气。入口连接件46与入口增压室48流体连接，入口增压室经由入口开口50将加压空气引导到涡轮部段40中。入口阀52可选择性地打开和关闭入口开口50。入口开口50与涡轮部段40对齐。更具体地，已示出针对涡轮部段40的旋转轴线51。入口开口50与旋转轴线51对齐。尽管入口连接件46沿向上方向取向，但将理解的是，经由入口阀52通过入口开口50的空气供给与涡轮部段40对齐。这允许更紧凑的空气涡轮起动器10。

入口阀52可以是任何合适的入口阀并且在本说明书中已经示例性地示出为气动入口阀。入口阀52至少部分地设置在入口开口50内并且可在打开位置和关闭位置之间移动。可以使用气动致动器来将入口阀52移动到其打开位置。致动器的气动动力源可以是例如从辅助动力单元(APU)供应的加压空气、来自另一发动机压缩机的排气、地面推车或类似物。在一些情况下，供应到空气涡轮起动器10和入口阀52的加压空气是不受调节的，并且压力大小大于空气涡轮起动器10操作所需的压力。因此，一些入口阀52也可以被配置为压力调节阀，从而调节到达空气涡轮起动器的空气流的压力。

加压空气可以在孔口54处供应到阀座58中的腔体56中。不管加压空气的具体来源如何，所供应的空气将入口阀52从关闭位置推动到打开位置(图7)。当加压空气不再供应到腔体56时，可以包括偏置元件60以将入口阀52朝向关闭位置偏置。偏置元件60可以是任何合适的机构并且在本说明书中已经作为非限制性示例被示出为螺旋弹簧。

如果入口阀52处于打开位置，则加压空气被引导到入口增压室48中，流过壳体的入口32，流过流动通道62并且经由所述一组出口34离开壳体30。流动通道62包括穿过环组件66形成的轴向流动部分64，环组件靠近入口32安装在壳体30内。环组件66包括中心孔口68和一组周向间隔开的喷嘴70(在图4中更好地示出)，这些喷嘴与环组件66的表面成一体并径向突出。流动通道62的入口由中心孔口68提供，并且仅有的出口是由环组件66的喷嘴70限定的那些出口。

在涡轮部段40内，包括一组转子或涡轮构件。在所示的示例中，第一涡轮构件72和第二涡轮构件74形成双涡轮构件并且在涡轮部段40处可旋转地安装在壳体30内并且设置在流动路径36(图5)内，以用于沿着流动路径36可旋转地提取来自气流的机械动力。第一涡轮构件72和第二涡轮构件74分别限定涡轮部段40的第一级和第二级。具体地，第一涡轮构件72和第二涡轮构件74包括沿着其周边具有多个叶片或喷嘴的轮。第一涡轮构件72的喷嘴76与环组件66的喷嘴70对准并且与壳体30的内表面紧密间隔开。具有喷嘴82的中间环80可以位于第一涡轮构件72和第二涡轮构件74之间。第二涡轮构件74的喷嘴78可以与中间环80的喷嘴82对齐并且与壳体30的内表面紧密间隔开。

第一涡轮构件72可以被认为是第一级转子，第二涡轮构件74可以被认为是第二级转子。类似地，环组件66可以被认为是第一定子或第一喷嘴级，并且中间环80可以被认为是第二定子或第二喷嘴级。环组件66已经被示出为包括十六个喷嘴70。中间环已经被示出为包括二十四个喷嘴82。第一和第二喷嘴级的喷嘴数量比在这种尺寸的传统起动器中通常发现的喷嘴数量(分别为14和22)要多。与更高的结合的附加喷嘴允许空气涡轮起动器10消耗更多的空气并且处于比传统产品更高的压力下。这允许70psig的较高转矩，比其他传统起动器高26％。尽管描述了十六个喷嘴70和二十四个喷嘴82，但是可以在环组件66、中间环80或类似物中的至少一个上包括附加的或更少的喷嘴。例如，在一个非限制性示例中，中间环80可以包括二十五个喷嘴82。

第一涡轮构件72和第二涡轮构件74经由输出轴90联接。更具体地，第一涡轮构件72和第二涡轮构件74每个都可以包括键连接到输出轴90的第一部分的中心毂部分92。输出轴90由一对轴承94可旋转地支撑。

输出轴90用作对设置在本申请42的内部98内的齿轮系96的旋转输入。齿轮系96可以包括任何齿轮组件，包括但不限于行星齿轮组件或小齿轮组件。输出轴90将齿轮系96联接到第一涡轮构件72和第二涡轮构件74，从而允许机械动力传递到齿轮系96。齿轮箱42的内部98可以包含润滑剂(未示出)，润滑剂包括但不限于润滑脂或油，以向其中包含的机械部件例如齿轮系96提供润滑和冷却。

保持构件100可以安装到齿轮箱42并且可以被包括以遮盖齿轮箱42的内部98。保持构件100可以包括具有孔口104的板102，输出轴90可以穿过该孔口延伸。尽管这里使用了术语“板”，但应理解，保持构件100的这种部分不必是平坦的。在所示的示例中，作为非限制性示例，板102包括非平面或阶梯式轮廓。

应该理解的是，保持构件100可以具有任何合适的形状、外形、轮廓等。在所示的示例中，周边部分可以安装在壳体和齿轮箱之间，并且板102包括中心部分，该中心部分延伸到壳体中并且孔口104位于其中。本体或板102可以包括截头圆锥形部分。非必须的，并且保持构件100可以是被构造成阻止或限制润滑剂从齿轮箱42的内部移动的任何合适的保持器。应该理解，输出轴90和保持构件100可以形成不透流体的密封。

保持构件100适于在齿轮箱的使用期限内将润滑脂保持在齿轮箱42内。可以设想，当诸如润滑脂的润滑剂位于内部98内时，保持构件100可将润滑剂保持在内部98内。这限制了润滑剂在壳体30内的迁移并且导致改进的齿轮润滑，使得齿轮箱42不会像传统组件中的问题那样变干。此外，在组件寿命期间不需要添加额外量的润滑剂。

齿轮系96的输出可以可操作地联接到驱动轴108的第一端106。可旋转驱动轴108可以由任何材料和方法构造，包括但不限于挤压或机械加工诸如含有铝、铁、镍、铬、钛、钨、钒或钼的那些高强度金属合金。驱动轴108的直径可以是固定的或沿其长度变化。

孔口110可以位于齿轮箱42内，驱动轴108的第一端部106可以延伸通过该孔口以与齿轮系96啮合。第二壳体112可以与齿轮箱42可操作地联接。驱动轴108可以可旋转地安装在第二壳体112内。

例如，驱动轴108的第二端部116可以被安装用于在支撑并容纳在端部壳体120中的轴承单元118内旋转。端部壳体120可以以任何合适的方式安装到第二壳体112。端部壳体120形成并安装成使其内壁表面与其包含的结构同心地紧密间隔开，并且该结构的一端与第二壳体112的端部邻接且以螺栓连接。第二壳体112和端部壳体120被固定为与壳体30和第二壳体112同轴。以这种方式，壳体包括安装在一起的多个部段。

端部壳体120在最外端部分122处被切除以暴露驱动轴108的一部分和可操作地联接到其上的小齿轮124。在所示的示例中，端部部分122可以被认为是端部壳体120的底部并且可以暴露驱动轴108和小齿轮124的下侧。端部壳体120还容纳可操作地联接到驱动轴108的离合器组件126。在所示示例中，具有螺旋螺纹部分134(图7)的花键132可操作地联接驱动轴108和离合器组件126。离合器组件126可以包括任何形式的联接，包括但不限于齿轮、花键、离合器机构或其组合。在所示出的示例中，离合器组件126包括离合器花键136，该离合器花键具有与螺旋螺纹部分134互补的内部螺旋螺纹138。第二离合器构件140可以通过齿连接142选择性地可操作地联接到离合器花键136。更具体地，离合器花键136和第二离合器构件140的相对的或相邻的面分别设置有互补的可相互接合的倾斜转矩传递齿144和146(图4)。作为非限制性示例，齿144和146是锯齿形的，以提供单向超越离合器连接。

小齿轮124被示出为在紧邻离合器组件126的输出侧的第二端116处定位在驱动轴108上。更具体地，小齿轮124联接到第二离合器构件140或与第二离合器构件140一体形成。小齿轮124适于例如沿驱动轴108的同轴方向移动进入和脱离与发动机环齿轮150(图7)的接合。空气涡轮起动器10与涡轮发动机14连接安装，使得驱动轴108平行于齿轮齿并且限定发动机环齿轮150的周边极限。

用于朝向或远离发动机环齿轮150移动小齿轮124的组件可包括活塞128、分度组件130和螺线管152。螺线管152可以是任何合适的螺线管。在所示的示例中，螺线管152控制空气流入联接至第二壳体112的封闭端部156的孔口154中。螺线管152还可以控制气流进入阀孔口54。

图4更好地示出壳体30包括限定内部162和外部164的周边壁160。该组出口34在第二涡轮构件74之后沿着周边壁160位于壳体的中间部段处。在所示的示例中，周边壁160是圆柱形周边壁。周边壁可以以任何合适的方式形成，包括其可以具有2.54毫米(0.100英寸)的壁厚。该组出口34可以跨越周边壁的一部分圆周，包括它们可以跨越270度或更多的圆周。在图示的例子中，一组出口34包括多个出口或孔口，这些出口或孔口围绕周边壁160周向地间隔开约360度。该组出口34被示出为包括多排出口，但应该理解，情况不一定如此。出口34可以位于、布置或取向为任何合适的位置和方式。该组出口34被示出为包括尺寸变化的排气口34a和34b。这种尺寸差异本质上可以纯粹是美学的，或者可以用来满足其他要求，例如尺寸设计成产生小的排气口、螺纹口等等。在图示的例子中，示出了三十二个较大的排气口34a和八个较小的排气口34b。可以设想，排气口34a和34b可以具有任何合适的尺寸，包括但不限于，较大的排气口34a可以是15.875毫米(5/8英寸)，较小的排气口34b可以是11.1125毫米(7/16英寸)。可以理解的是，可选地，可以包括仅一个尺寸的排气口，可以包括附加的尺寸，并且可以包括各种尺寸的任意数量的端口。出口34可以包括任何合适的端口，用于提供用于气体离开空气涡轮起动器10的低阻力逸出路径。尽管可以使用替代形状、外形、轮廓，但出于示例性目的示出了圆形出口34。此外，可以理解的是，出口34覆盖的面积越大，气体的阻力越低，背压的量越小。可以在第二级转子和排气口之间测量背压。本申请的各方面导致1psig的压力或更低的压力。这比背压高达10psig的传统产品要低。

图5更清楚地示出了相对于壳体30设置的屏或防护屏166。防护屏166可位于该组出口34上游的壳体30的内部162内。防护屏166可以靠近第二涡轮构件74定位。更具体地，其可以紧密地定位在第二涡轮构件74的排气口处并且在第二涡轮构件74和该组出口34之间轴向地定位。尽管其可以以任何合适的方式安装在壳体30内，但是防护屏166已经被示出为安装到轴承94的轴承毂168上，轴承毂形成轴向保持装置，该轴向保持装置适于相对于壳体30轴向保持防护屏166。防护屏166可延伸以邻接形成壳体30的周边壁。

可以以任何合适的方式形成防护屏166，包括它可以包括具有开口167的板，具有开口167的穿孔片或具有开口167的网筛。防护屏166可以由任何合适的材料形成，包括但不限于不锈钢，并且具有任何合适尺寸的开口和百分比开口面积。在所示的示例中，防护屏166具有60％的开口面积，以提供更好的密封但基本上不增加背压。

除其他之外，与一组出口34结合的防护屏166产生用于气体流出空气涡轮起动器10的侵入路径。与一组出口34及其小尺寸组合的防护屏166减少了火花、微粒或其他碎屑会逃离壳体30的可能性。图6是示出示例性侵入路径170的空气涡轮起动器10的一部分的放大横截面图。当金属或其他污染物经由入口32进入壳体时，这种侵入路径的产生可能是特别有利的。这种碎屑会在壳体30的内部162内产生火花，并且包含防护屏166以及小直径出口34阻止火花离开壳体30。如果空气涡轮起动器10的一部分发生故障，则防护屏166连同小直径出口34也可以用作多种形式的机械防护措施。

图7是空气涡轮起动器的局部剖视示意图并且示出了空气涡轮起动器10的示例性尺寸。例如，空气涡轮起动器10的总长度(L)可以大约为小于50cm(19.7英寸)。此外，空气涡轮起动器10从发动机安装表面(在112处)到入口32处的起动器的后端的长度可以小于39cm(15.33英寸)。端部部分122的延伸长度可以小于9.7cm(3.82英寸)。作为非限制性示例，除了入口组件38、电磁阀152和软管/配件之外，通常包括高度的空气涡轮起动器10的直径(H1)可以小于等于15.63cm(6.15英寸)，包括的是壳体30的圆柱形部分可以具有14.6cm(5.75英寸)或更小的直径。包括入口组件(H2)的高度可以等于或小于17.17cm(6.76英寸)。包括电磁阀152(H3)的高度可以等于或小于23.5cm(9.25英寸)。

图7还示出了本申请的各方面包括次级供应端口或空气供应端口148可以被包括在入口组件38中。可以设想，空气涡轮起动器10可以用于双重功能或用途，并且还充当加压空气供应点。更具体地，空气供应端口148与空气涡轮起动器10中的加压气体的流动联接，并适于提供来自空气涡轮起动器10的加压气体的次级供给。空气供应端口148可以允许使用者接近位于壳体30的增压室48中的加压空气，优选地当入口阀52处于关闭位置时。例如，在本申请的一个非限制性方面中，空气供应端口148可以与用于可选择地提供用于另一气动工具或装置的加压空气或气体端口的接口相适配。在这个意义上，空气供应端口148可以提供端口148，以允许使用者或操作者通过空气涡轮起动器10接收或利用来自加压源的气体，而不需要额外的中间结构、流动路径、连接器、接口转换器或类似物。在本申请的一个非限制性方面中，空气供应端口148可以包括5/8英寸(1.5875cm)的国家管道锥形(NPT)端口的形式。虽然没有示出，但将理解，空气涡轮起动器10中可以包括插塞，并且这种附加装置可以适于选择性地关闭次级供应端口148。

图7还示出了处于打开位置的入口阀52。在操作期间，螺线管152可以控制例如经由管道(未示出)供应到孔口54的空气流。随着空气填充腔体56，入口阀52推动偏置元件60，并且入口阀52移动到如图7所示的打开位置。被引导到入口增压室48中的加压空气然后流过壳体的入口32，流过流动通道62，并且在通过一组出口34离开壳体30的中间部分之前驱动第一涡轮部件72和第二涡轮部件74。因此，当入口阀52处于打开位置时，压缩空气可以流过入口阀52并进入涡轮部段40。加压空气撞击第一和第二涡轮构件72和74，使它们以相对较高的速度旋转。

因为入口阀被描述为由加压空气提供动力，所以它可以被认为是气动阀。但是应当理解，可以使用替代的阀机构和致动器。当空气不再供应到腔体56中时，偏置元件60可以返回到其未压缩状态并且将入口阀52移回到关闭位置(图3)。当入口阀52处于关闭位置时，可以防止压缩空气流向涡轮部段40。

在正常操作中，当期望起动涡轮发动机14时，小齿轮124向右移动，使得小齿轮124接合发动机环齿轮150。更具体地，当第一和第二涡轮构件72和74被驱动时，它们导致输出轴90旋转。输出轴90用作齿轮系96的输入，这又导致驱动轴108旋转。转矩通过花键132从螺纹部分134传递到离合器组件126，通过齿连接传递到小齿轮124，并且最终传递到发动机环齿轮150。

当发动机14发动并变成自行操作时，发动机环齿轮150可以以大于驱动轴108的速度驱动小齿轮。齿144和146将滑动，使得空气涡轮起动器在高发动机速度下不被驱动。

空气涡轮起动器10进一步设计为当小齿轮124在被致动到右侧接合时小齿轮124抵接发动机环齿轮150的齿之一时提供分度功能。图8是在齿对齿情形中的起动器的一部分的横截面图。应该理解的是，为了清楚起见，图8-11A中所示的空气涡轮起动器10的部分被示出为端部壳体120中的开口处于向上位置。

当加压空气通过孔口154被引入第二壳体112的封闭端部156时，活塞128、分度组件130、离合器组件126和小齿轮124被推向端部壳体120，如箭头172所示。最终，小齿轮124应该与发动机环齿轮啮合。然而，当存在齿对齿情形时，小齿轮124的运动被发动机环齿轮150的齿抵接阻碍。更具体地，小齿轮124的齿与发动机环齿轮150的齿相撞。当小齿轮124和发动机环齿轮150之间的接合在第一次尝试时没有达到时发生分度。

现在参考图9，由于作用在活塞128和分度组件130上的力(由箭头174示出)，分度组件130中的内部机构如箭头176所示在齿形离合器花键136内旋转。虽然分度组件130可以旋转任何合适的量，但可以设想分度组件130旋转大约一半的小齿轮齿。应该理解，小齿轮124和齿形离合器花键136在分度运动期间保持静止。

在齿对齿情形之后，活塞128、分度组件130、离合器组件126和小齿轮124从端部壳体120缩回，如图10中的箭头178所示。在缩回期间，分度组件130内部的弹簧180开始小齿轮124的重新分度。新的小齿轮位置在缩回期间弹簧卸载时建立。一旦小齿轮124旋转并达到分度位置，弹簧180将驱动轴108组件拉回到完全缩回位置，并且由于活塞128后面的空气的作用，驱动轴108再次向前移动以接合到发动机环齿轮150。然后尝试基于分度使小齿轮124处于新位置的新接合。如图11所示，小齿轮124可以适当地接合发动机环齿轮150。

与本说明书描述的起动器相关的优点包括防止用于涡轮发动机的起动器的不期望的反向驱动。通过防止反向驱动，减少了本说明书所述的部件的磨损，尤其是驱动轴和输出轴的磨损减少。减少磨损反过来会延长零件的使用寿命。这里描述的起动器能够降低维护成本并且容易修理。起动器齿轮机构完成冲击缓冲、分度、超越、自动齿分离等所有常规功能。

围绕圆柱形周边壁160的一组出口的布置允许各种端口的360度排出。在排气口较少的起动器中，排气更集中，并且在起动器可以安装的位置或者在其可以安装的取向上抑制排气，而不堵塞或阻塞端口。相反，上述一组出口允许在安装空气涡轮起动器10时具有灵活性。空气涡轮起动器10仅需要在包括入口32和小齿轮124的若干特定点处联接。由于入口组件38可以以任何方式旋转，只要在入口32处提供一致空气流，因此这允许空气涡轮起动器10的多个取向。

本申请还允许从第二级提取更多的功率。在传统产品中，功率分配通常是70％的功率来自第一级(定子和转子的组合的级)，而只有30％来自第二级。在本申请中，功率分配是54-46％。增加的喷嘴和定子喷嘴中的偏移的组合允许增加第二级提取的功率。

较大的输出轴允许传递由增加的功率提取产生的较大转矩。更具体地，本申请还允许在传统小齿轮内使用更大直径的驱动轴108。作为非限制性示例，可以使用22.225毫米(7/8英寸)的直径，这是典型的轴直径的增加。这种较大的轴允许更多的转矩分配。可以包括本申请的非限制性方面，其中可以使用更小的轴直径(例如小于22.225毫米或者7/8英寸的直径)。进一步地，可以设想，可以通过扩大小齿轮中的中心开口来改造传统的小齿轮，该小齿轮适于容纳19.05毫米(3/4英寸)的轴以限定较大尺寸的开口。一旦扩大，大于19.05毫米的轴就可以插入或穿过较大尺寸的开口。中心开口可以以任何合适的方式放大，包括通过钻孔或化学蚀刻。

此外，由于操作者可以尝试多次起动空气起动器，所以典型的直径为3/4英寸的轴的破损是典型的。例如，在某些情况下，空气起动器不会起动发动机，并且操作者在空气起动器的多个部分仍在操作时将尝试再次起动空气起动。与固定环齿轮和具有典型直径的重新起动的驱动轴的相互作用导致轴断裂，从而导致空气起动器无用。这里考虑的较大直径将导致更坚固的产品。

此外，本申请的各方面包括一种形成空气涡轮起动器的方法，所述方法包括：将涡轮构件封闭在入口和一组出口之间的周边壁内以限定流体路径；和通过在所述涡轮构件和所述一组出口之间设置防护屏，在所述涡轮构件和所述周边壁的外部之间形成侵入路径。所述侵入路径被布置为使得碎片被阻止通过所述一组出口被弹出。这可以包括停止或减慢这种碎片的速度。此外，各方面公开了位于内部的屏可适于减轻来自壳体内的点燃颗粒的喷射。使用过程中的屏和出口也可以形成涡轮构件与周边壁的外部之间的火花的侵入路径。

在未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。无法在所有方面说明这一特征并不意味着将其解释为不可能，而是为了简洁描述而完成。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新的例子，不管新例子是否被明确描述。本说明书所述的特征的组合或置换被本申请所覆盖。本发明涵盖除了上图中所示出的公开方面和配置之外的许多其它可能的公开方面和配置。另外，可以重新布置各种部件的设计和放置，例如起动器、AGB或其部件，从而可以实现许多不同的直列配置。

本书面描述使用示例来公开本发明的各个方面，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的各个方面，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本申请的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种空气涡轮起动器，包括：

壳体，所述壳体限定被构造成接收加压气体的入口、出口以及在所述入口和所述出口之间延伸用于使加压气流通过其中的流动路径；以及

次级供应端口，所述次级供应端口流体连接到所述壳体内的加压气流，并且适于提供来自所述壳体的加压气体的次级供应。

2.根据权利要求1所述的空气涡轮起动器，其中所述壳体包括可操作地联接在一起的多个部段，所述多个部段包括入口部段和涡轮部段。

3.根据权利要求2所述的空气涡轮起动器，其中所述入口部段还包括安装到所述涡轮部段的入口组件并且形成所述入口的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的空气涡轮起动器，其中所述入口组件包括入口连接件，所述入口连接件适于与管道连接并且接收来自所述管道的加压气体。

5.一种空气涡轮起动器组件，包括：

空气涡轮起动器，所述空气涡轮起动器包括：壳体，所述壳体具有可操作地联接到加压气流的入口、至少一个出口以及在所述入口和所述至少一个出口之间延伸以用于加压气流通过其中的流动路径，至少一个涡轮构件，所述至少一个涡轮构件安装在所述壳体的涡轮部段内并且设置在气流中以用于从气流中可旋转地提取机械动力，驱动轴，所述驱动轴可操作地联接到所述至少一个涡轮构件并且由所述至少一个涡轮构件驱动；以及

次级供应端口，所述次级供应端口流体连接到加压气流，并且适于提供通过其中的加压气体的次级供应。

6.根据权利要求5所述的空气涡轮起动器组件，其中所述空气涡轮起动器包括入口增压室，所述入口增压室经由入口阀选择性地流体连接到所述涡轮部段。

7.根据权利要求6所述的空气涡轮起动器组件，其中所述入口阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述打开位置中，所述入口阀允许所述入口增压室内的加压气体进入所述壳体的涡轮部段。

8.一种操作空气涡轮起动器的方法，包括：

将加压空气提供到空气涡轮起动器，所述空气涡轮起动器包括至少一个涡轮构件，所述至少一个涡轮构件轴颈连接在所述空气涡轮起动器的一部分内；

经由所述至少一个涡轮构件从加压空气中提取机械动力；以及

在与经由所述至少一个涡轮构件提取机械动力不相关的次级应用中选择性地利用来自所述空气涡轮起动器的提供的加压空气。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括将气动工具可操作地联接到所述空气涡轮起动器的一部分，并且其中所述气动工具的使用是所述次级应用。

10.根据权利要求9所述的方法，其中提取机械动力和在所述次级应用中利用加压空气是同时发生的。