英格索兰旋转式燃气发动机

旋转式发动机的概念起源于1929年德国的费利克斯·汪克尔，但直到二战后不久才获得商业成功。在美国，柯蒂斯-莱特公司率先将汪克尔发动机的概念应用于飞机发动机，并通过授权许可，将其应用于汽车发动机。在汪克尔发动机中，奥托循环的四个冲程发生在对称三角形转子的每个弓形面与椭圆形外摆线壳体内部之间的空间内。转子通过齿轮偏心安装在输出轴上，因此转子的转速低于输出轴的转速。这种结构简单、紧凑的旋转式设计比传统的活塞式发动机具有更高的功率重量比，并且维护成本更低。

IR工业旋转发动机的四个事件。利用内部齿轮使转子能够以曲轴转速的1/3运行（顶部）。

寻找一款可靠的发动机

20世纪70年代初，随着可分离式高速平衡对置往复式压缩机在上游油气应用中逐渐普及，英格索兰公司（IR）需要一款可靠的发动机来驱动其高速RDS压缩机。IR看到了汪克尔旋转发动机的潜力，于1972年与柯蒂斯-莱特公司签署了一项许可协议，授权IR开发、制造和销售用于泵、发电机和压缩机的工业旋转发动机。

I-R公司的目标是开发一种以天然气为燃料、转速为1000转/分、功率以500马力（373千瓦）为增量的往复式压缩机变速原动机，这需要对汪克尔转子发动机技术进行重大扩展。I-R公司的重型压缩机驱动发动机采用铸铁端壳和油冷球墨铸铁转子，排量高达2500立方英寸（40升）。在此之前，已成功制造的最大汪克尔转子发动机排量仅为90立方英寸（1.5升）。

经过两年的秘密内部研发，该产品于1976年海上技术大会（OTC）上正式发布，并刊登在1976年7月的《柴油与燃气轮机进展》杂志上。当时推出了两款转速为1000转/分的旋转式发动机，型号与排量相关。额定功率为500马力（373千瓦）的IR2500采用单旋转模块；额定功率为1000马力（746千瓦）的IR5000则采用两个旋转模块耦合而成。首台样机在OTC发布后，秘密地与IR RDS压缩机一起包装在西南工业公司，并进行了空载演示。IR公司还秘密委托一家电影公司拍摄了一部关于发动机设计、研发和发布过程的影片，并与发动机的塑料模型一起分发。这款“革命性”新产品的盛大发布令整个燃气压缩行业措手不及。

这种结构紧凑的自然吸气式发动机压缩比为9:1。发动机燃烧室表面需要极高的精度和光洁度。独特的三角形转子通过传动比为3.0的内部齿轮驱动输出轴。由于取消了传统往复式发动机的易损件，并减少了轴承和其他部件的数量，旋转式发动机预计能够降低维护成本并延长保养周期。

1977 年左右，路易斯安那州的 IR2500 旋转发动机和 RDS-2 往复式压缩机驳船安装式天然气生产装置。

为了进行耐久性测试，IR Compression Services在俄克拉荷马州塔尔萨市建立了一个广泛的现场测试项目。该项目通过租赁用于天然气生产应用的旋转驱动式压缩机组，积累了宝贵的现场经验。西南工业公司（Southwest Industries）将13台机组与1000转/分的IR RDS压缩机组装在一起，并安装在8家不同的客户处，签订了为期一年的压缩服务合同，合同涵盖IR提供的所有服务。

石油消耗问题

到 1977 年初，主机组已累计运行超过 8000 小时，但尽管运行可靠且热效率达到令人满意的 32%，其油耗仍然高得令人难以接受。通过设计改进，油耗有所降低，然而转子顶端（又称叶尖）密封件却出现了问题。

1977 年左右，宾夕法尼亚州某气体增压装置中，IR5000 发动机驱动 RDS-2 往复式压缩机。

这些发动机在实验室中表现优异，但在实际现场使用天然气燃料（天然气的质量和热值不稳定）进行全天候运行时，却始终存在问题。当时的观察者戏称，“发动机外壳在运行中温度极高，晚上都能照着它看报纸。” 过高的温度导致外壳变形，并影响了外壳和转子的特殊涂层，甚至影响了金属的热处理。

IR公司最初表示，动力模块需要每8000小时更换一次，并计划通过进一步研发延长更换周期。尽管IR公司相信更多的现场研发能够解决转子顶端密封问题，但同步进行的实验室研发却导致发动机功率提升了10%，这反而加剧了现场已经出现的转子顶端密封磨损问题。

第一台客户自有机组是1976年安装在国家燃料天然气公司希思压缩站的IR5000型发电机。该压缩站此前一直由可靠的老式斯诺卧式压缩机供电。当时库尔斯普林电力博物馆的一份通讯中提到，他们曾参观过该压缩站，欣赏那些节奏分明、相对安静的卧式压缩机“突突”运转声。然而，夜里却被汪克尔发动机的“尖叫”声打断了。

最终，50台旋转式压缩机组投入现场应用，其中43台用于驱动压缩机，7台用于驱动发电机。发电机驱动装置和10台压缩机驱动装置为客户所有，其余均归IR压缩服务公司所有。由于顶部密封件仍然是该系列发动机的致命弱点，最后一台新机组于1979年末投入使用。

最终，整个旋转发动机项目虽然创意绝佳，但对IR公司而言却是一场商业灾难。据报道，该公司在研发旋转发动机方面投入了1000万美元（这在20世纪70年代是一笔巨款），但据说为了摆脱困境，他们又花费了双倍的金额。尽管如此，IR公司还是履行了其应尽的责任，用沃克夏汽油发动机替换了客户拥有的旋转发动机，想必也包括其自身车队的旋转发动机。

顺便提一下，在20世纪70年代初期，IR公司也曾设计并初步研发过一款传统的往复式燃气发动机。据说它看起来是一款不错的高速燃气发动机设计，但最终旋转式发动机胜出，往复式发动机也从未投入生产。