内啮合齿轮式压缩机设计与性能分析

【摘要】StarRotor发动机作为一种全新的布雷顿循环发动机，相较于传统的地面交通工具用内燃机，具有功率密度高、多燃料、低成本等诸多优点。作为StarRotor发动机的主要组成部分之一，压缩机直接影响发动机的效率、燃油消耗率等性能。内啮合齿轮式压缩机正是一种非常适合于StarRotor发动机的容积式压缩机。内啮合齿轮式压缩机采用传统上用于机油泵的摆线齿轮机构作为其核心部件，工作介质由液体变为气体，对该类型机构的设计要求更为严格；内啮合齿轮式压缩机在压缩时通过采用湿压缩来降低工作介质的温度，因而研究湿压缩对内啮合齿轮式压缩机的性能的影响具有极为重要的意义。论文通过对StarRotor发动机的总体设计要求，确定内啮合齿轮式压缩机的总体设计。论文给出内啮合齿轮式压缩机摆线齿轮机构型线的设计方法及工作腔容积的计算方法。通过对压比控制装置的设计，来满足内啮合齿轮式压缩机压比可调的要求；通过对机械同步机构的设计，使得内啮合齿轮式压缩机在工作时，摆线齿轮机构不出现打齿问题。论文通过分别选择45钢与Al为材料对摆线齿轮机构进行有限元分析，给出内啮合齿轮式压缩机摆线齿轮机构材料选择的要求。论文从StarRotor发动机总体设计的角度和压缩机的性能参数的角度，建立性能分析的热力学模型，将内啮合齿轮式压缩机的压缩过程分为定温压缩与非定温压缩两类，研究内啮合齿轮式压缩机的性能。对内啮合齿轮式压缩机的性能的分析结果显示，采用湿压缩的内啮合齿轮式压缩机相较于传统的速度式压缩机具有压比范围宽、无喘振、功率低的优势；喷水比在一定范围内的增加，可以显著降低压缩机的排气温度，并一定程度上降低压缩机的压比；容积比的增加会引起压缩机排气温度与压比的显著增加、功率的降低及发动机有效燃油消耗率的降低，但容积比不宜过大。论文对内啮合齿轮式压缩机设计的研究及对采用湿压缩的内啮合齿轮式压缩机性能的研究，为StarRotor发动机的研制打下基础，并为发动机的设计提供新的思路，这对于改善发动机的性能具有极为重要的意义。
【作者】牛鸿斌；
【导师】苏铁熊；王艳华；
【作者基本信息】中北大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】StarRotor发动机；内啮合齿轮式压缩机；湿压缩；设计；性能分析；

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