工业生产中伴随着大量低品位蒸汽能源的浪费,低品位蒸汽压力低、温度低、气流不稳定。为了经济、有效地回收低品位蒸汽资源,课题组研发出罗茨式低品位蒸汽发电机组,专门用于回收压力小于0.8Mpa、温度低于230℃的低品位蒸汽。为了进一步探究罗茨动力机工作特性,并研究不同结构的转子对低品位蒸汽的适应性,论文对三种结构(两叶直叶、三叶直叶、三叶扭叶)的转子,从理论推导、数值模拟及试验分析方面进行研究。1.阐述了罗茨动力机发电装置的原理与组成,建立了罗茨式蒸汽动力机数学模型。从啮合重合度方面分析三种结构转子的稳定性,以圆弧—渐开线作为三种转子的端面型线,基于平面啮合理论进行三叶转子端面型线方程推导;基于空间啮合理论进行三叶扭叶转子的螺旋面方程推导,并进行三种结构转子的理论流量、泄漏模型以及排气流量脉动推导。2.利用SolidWorks软件建立动力机各部件三维模型,通过布尔运算抽取动力机的流场域模型,将流场域模型导入ANSYS Workbench进行网格划分。根据发电机组的运行原理,分析动力机的额定工况以及低品位蒸汽工质的物理性质,考虑工质温度以及动力机冷却系统的共同作用,为数值分析模型合理设置边界条件及初始条件。3.使用动网格方法模拟转子转动时动力机内部流动情况。编制UDF函数控制转子转速,模拟稳定工作时的转子啮合运动,通过非定常数值计算得到转子在不同位置时动力机内的压力,速度,流线情况。比较三种转子的求解结果可知,三叶扭叶转子的运行稳定性高于三叶直叶转子,三叶直叶转子稳定性高于两叶直叶转子;并且三种转子对蒸汽气源波动的敏感度依次提高,三叶扭叶转子更能适应低品位蒸汽的波动特性。4.建立了三叶直叶动力机发电装置试验平台,以压缩空气驱动动力机。将三叶动力机转速曲线与两叶动力机试验数据对比,结果表明三叶直叶动力机比两叶动力机更能在波动气源下稳定工作。