罗茨式动力机是本课题组针对现有低品质余热蒸汽回收难提出的一种新型动力机,也是本课题组研发的低品质余热回收发电机组的核心装置,罗茨式动力机主要用于回收压力小于0.8MPa、温度低于230℃的低品质余热蒸汽。作为发电系统的核心动力装置,其工作性能对最终的发电效果有重要影响,为提高动力机的工作效率,改善运行稳定性,增强工作可靠性,本文对罗茨式动力机的工作性能进行深入探究,并通过结构优化达到改善动力机工作性能的目的,主要从以下几方面开展研究:1.首先对罗茨式动力机的基本结构及其工作原理进行简要介绍,然后根据动力机的工作特性,提出了四项工作性能指标,并基于容积式旋转机械的原理,建立各项性能指标的数学模型,为后续罗茨式动力机的结构优化提供理论依据。2.对罗茨式动力机转子型线和结构参数进行优化设计,基于啮合原理改进转子型线,提出新型圆弧-渐开线-圆弧包络线型转子,计算表明新型转子改善了动力机的面积利用系数与啮合重合度,然后采用优化方法对动力机参数进行优化,以总效率为目标函数,选择设计变量进行优化设计,从而得到最优值,根据理论优化结果对动力机输出转矩、功率、流量等参数进行计算,结果表明理论上计算的工作性能参数得到了提升,初步验证了优化结果。3.运用CFD技术和动网格技术对罗茨式动力机进行流场仿真,开展动力机工作性能数值模拟,针对优化前后的动力机,对其压力场和速度场进行对比分析,并初步探究了容积效率和转速的关系,分析表明优化后的流场压力变化减小、涡流减小变弱,说明优化结果减小气流脉动,提高稳定性,且优化后容积效率也得到了提升,该数值模拟结果与理论分析结果相似。4.以优化后的罗茨式动力机为研究对象,搭建了简易试验平台,并对罗茨式动力机的工作性能进行了试验测试,探究各项性能指标随转速的变化规律,绘制优化前后动力机的工作性能曲线,并进行对比分析,结果表明优化结果提升了动力机的工作性能,增强了动力机的工作可靠性,该结论同时也验证了理论分析与数值模拟结果的正确性。