内啮合齿轮式压缩机设计与性能分析

发布时间：2017-05-09 16:18

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【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。
【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
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 主要符号表11-13
• 1. 绪论13-22
• 1.1. 课题研究背景及意义13-14
• 1.2. 国内外研究现状分析14-20
• 1.2.1. 摆线齿轮机构研究现状15-17
• 1.2.2. 湿压缩技术研究现状17-20
• 1.3. 论文主要内容20-22
• 2. 基本理论22-39
• 2.1. StarRotor 发动机工作原理22-24
• 2.2. 内啮合齿轮式压缩机工作原理24-28
• 2.3. 湿压缩过程分析28-30
• 2.4. 理想混合气体的热物理性质30-38
• 2.4.1. 空气热物理性质30-32
• 2.4.2. 水和水蒸汽热物理性质32-37
• 2.4.3. 混合气体的热物理性质37-38
• 2.5. 本章小结38-39
• 3. 内啮合齿轮式压缩机设计39-55
• 3.1. 设计要求39-40
• 3.2. 总体设计40-42
• 3.2.1. StarRotor 发动机能量方程40
• 3.2.2. 内啮合齿轮式压缩机排气量40-41
• 3.2.3. 内啮合齿轮式压缩机功率与效率41
• 3.2.4. 内啮合齿轮式压缩机尺寸41
• 3.2.5. 内啮合齿轮式压缩机压比41-42
• 3.3. 摆线齿轮机构齿轮型线设计42-48
• 3.3.1. 内转子型线42-44
• 3.3.2. 外转子型线44-46
• 3.3.3. 工作腔容积计算46-48
• 3.4. 内啮合齿轮式压缩机结构设计48-52
• 3.4.1. 压比控制装置48-49
• 3.4.2. 同步机构49-52
• 3.5. 摆线齿轮机构材料选择52-54
• 3.6. 本章小结54-55
• 4. 内啮合齿轮式压缩机性能理论分析55-67
• 4.1. 压缩机的性能参数55-57
• 4.1.1. 性能目标55-56
• 4.1.2. 基本参数56-57
• 4.2. 热力计算模型57-60
• 4.2.1. 控制容积57-59
• 4.2.2. 连续方程59-60
• 4.2.3. 状态方程60
• 4.2.4. 能量方程60
• 4.3. 性能指数60-62
• 4.3.1. StarRotor 发动机有效燃油消耗率60-61
• 4.3.2. 内啮合齿轮式压缩机排气量61
• 4.3.3. 内啮合齿轮式压缩机功率与效率61
• 4.3.4. 内啮合齿轮式压缩机压比61-62
• 4.4. 性能分析62-66
• 4.4.1. 热力过程分析62-63
• 4.4.2. 定温压缩63-64
• 4.4.3. 非定温压缩64-66
• 4.5. 本章小结66-67
• 5. 内啮合齿轮式压缩机性能计算结果分析67-78
• 5.1. 特性曲线67-71
• 5.1.1. 内啮合齿轮式压缩机的特性曲线67-70
• 5.1.2. 与传统速度式压缩机的比较70-71
• 5.2. 喷水比、容积比的作用71-76
• 5.2.1. 对温度的影响72-73
• 5.2.2. 对压比的影响73-74
• 5.2.3. 对效率影响74-75
• 5.2.4. 对有效燃油消耗率及功率的影响75-76
• 5.3. 本章小结76-78
• 6. 结论与展望78-80
• 6.1. 结论78-79
• 6.2. 展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林莘,赵冠春;活塞压缩机喷水蒸发内冷却过程的热力学研究[J];工程热物理学报;1987年01期

2 石华鑫,杨绍侃,朱瑞琪;活塞式压缩机喷水蒸发冷却中液滴雾化的研究[J];流体工程;1984年02期

3 冯诗愚;刘卫华;高秀峰;李云;顾兆林;;内啮合转子压缩机气体力及力矩[J];南京航空航天大学学报;2007年04期

4 冯诗愚;刘卫华;高秀峰;李云;顾兆林;;一种新型内啮合转子压缩机几何关系[J];南京航空航天大学学报;2007年05期

5 王永青,刘铭,廉乐明,严家

本文编号：352834