氣體壓縮機(jī)在石油、化工等過程工業(yè)及商業(yè)、民用眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前常用的容積式壓縮機(jī)，其壓縮過程中的氣體溫升隨壓縮比的增大而增大，為防止機(jī)油氧化變質(zhì)，均限制單級壓縮的壓縮比不能過大。為獲得更高的壓編比，通常采用多級壓縮和級間冷卻。與單級壓縮相比，多級壓縮使制冷系統(tǒng)變得復(fù)雜、操作維護(hù)麻煩。

　　流體噴射式齒輪壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，但其壓縮機(jī)理與傳統(tǒng)的容積式壓縮機(jī)不同。目前廣泛應(yīng)用的容積式壓縮機(jī)如往復(fù)式、桿式壓縮機(jī)其壓縮腔容積的改變是通過有關(guān)部件的機(jī)械運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的，而齒輪壓縮機(jī)是通過向壓縮腔內(nèi)噴射一定量的流體（高壓冷凍機(jī)油或來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽〉，該流體占據(jù)壓縮腔的一部分容積，使壓縮腔內(nèi)原有氣體所占容積相應(yīng)減小從而實(shí)現(xiàn)壓縮。由于噴射的流體溫度較低，可有效減小壓縮溫升，因此，這種壓縮機(jī)有望實(shí)現(xiàn)單級高壓縮比壓縮，如果開發(fā)成功，將有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要對其壓縮過程進(jìn)行熱力學(xué)分析。

　　1齒輪壓縮機(jī)的工作原理，如所示，氣體經(jīng)由管道進(jìn)入齒輪壓縮機(jī)的吸氣腔，齒槽被機(jī)體和前后端蓋封閉，從吸氣腔充入的低壓氣體被封閉在齒中，由于齒輪旋轉(zhuǎn)就源深不斷地把吸氣腔內(nèi)的氣體送到排氣腔。在輸氣過程中，高壓的機(jī)油不斷沿切線方向噴進(jìn)齒榷，壓縮和冷卻齒榷內(nèi)氣體。噴射壓縮之后，齒槽內(nèi)氣體壓力上升到預(yù)定壓力，噴管進(jìn)出口壓差消失，噴射隨之停止。接著，高壓齒槽進(jìn)入排氣腔，其中的機(jī)油進(jìn)入高壓油池，而壓縮氣體進(jìn)入排氣腔經(jīng)上部排氣管排出。排氣完后的一對齒榷在油面以下嚙合，齒檐內(nèi)充滿的油就又被嚙合齒排出。當(dāng)排空油的齒槽進(jìn)入吸氣腔時就重新開始充氣，如此循環(huán)往復(fù)完成壓縮機(jī)的工作過程。

　　齒輪壓鏞機(jī)結(jié)ft示敢B 3齒內(nèi)的壓縮過程分析為了便于對齒輪壓縮機(jī)齒槽進(jìn)行熱力過程分析，假設(shè)機(jī)油噴進(jìn)齒榷后與齒槽內(nèi)的氣體均勻混合，齒頂前沿和后沿掠過噴嘴出口的過程瞬間完成。

　　齒榷噴射過掛示意S若壓縮過程為絕熱過程，則齒槽內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴噴油壓縮后氣體溫度為：齒檐內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴噴油壓縮后氣體體積變?yōu)椋簩τ诙嘧冞^程，只需將多變指數(shù)n代替式噴嘴噴入齒槽內(nèi)的油的質(zhì)量為：體比熱容，4為油比熱容，Ty為油進(jìn)口溫度，T'為油氣混合后的平均溫度。

　　則油氣混合后的平均溫度為：上式給出的是絕熱壓縮后齒檐內(nèi)氣體的溫度。

　　齒棺壓縮過程必然伴隨著傳熱，因此，實(shí)際壓縮過程為多變過程，先以T（為初值，按等端點(diǎn)法求出多變指數(shù)lnPH/PtnT7T+lnPPH然后，將求得的n代替式（1）、式（2）中的絕熱指數(shù)k，進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足給定的精度要求為止，求出多變指數(shù)n.噴入齒槽內(nèi)的油應(yīng)使齒檐內(nèi)的氣體被壓縮到壓縮機(jī)排氣壓力PH，則壓縮后齒檐內(nèi)的氣體體積為：齒槽掠過噴嘴的時間為：T=縋「一根據(jù)伯努利方程有：z為齒速，P2為出口壓力，21和句分別為噴管進(jìn)出口在系統(tǒng)坐標(biāo)系中的高度位置。

　　由于噴管進(jìn)出口位能差與動能差及壓差相比是個小量，可以忽略不計(jì)。噴管進(jìn)口油的速度較小，也可以忽略不計(jì)。則伯努利方程簡化為：噴油的質(zhì)量流ft表示為：假設(shè)經(jīng)過了t時間的噴油，噴入的油量使齒槽中氣體的體積由V減小到V，則此時齒棺內(nèi)氣體的壓力P為：將式（13）代入式（11）中，則此時噴嘴出口油速u為：假設(shè)經(jīng)過了T時間的噴油后，再經(jīng)歷一個微元噴油時間，噴入齒槽中的油體積8V為，則噴入齒槽中油的質(zhì)量為：即：同時，在8t時間內(nèi)從噴嘴噴出的油的質(zhì)量為：在Si：時間內(nèi)從噴嘴噴出的油全部進(jìn)入齒槽內(nèi)，將式（14）代入上式后，兩邊積分并整理得：以上所作推導(dǎo)的前提是在一個齒槽掠過噴嘴的時間內(nèi)，剛好使噴嘴的出口油速降為零。因此，所推導(dǎo)出的公式是使齒槽中氣體壓力從壓縮到PH噴嘴出口的*小面積公式。合理確定齒輪壓縮機(jī)的噴嘴出口面積是設(shè)計(jì)與研究齒輪壓縮機(jī)時的關(guān)鍵，如果噴嘴出n面積設(shè)計(jì)偏小，則無法達(dá)到要求的排氣壓力。式（18>給出的噴嘈出口面積關(guān)系包含了轉(zhuǎn)速、齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作介質(zhì)的物性參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，因此，可用于分析有關(guān)因索的影響及壓縮機(jī)的變工況分析。

　　4壓縮過程的計(jì)算結(jié)果與分析bookmark5齒輪壓縮機(jī)齒輪為兩個相同直齒漸開線變位齒1440r/min，壓縮機(jī)吸氣壓力P壓力PH=1.0MPa，吸氣溫度T303K，油進(jìn)口溫度Ty=308K.計(jì)算結(jié)杲如~所示。

　　為噴嘴出口油速隨時間的變化曲線，由圖可知，噴嘴出口油速u不是個定值，在噴油開始的瞬間，u值*大，隨著噴油過程的進(jìn)行，u值隨之逐漸減小，噴油結(jié)束時，u降為零。為齒槽中氣體體積隨時間的變化曲線，由圖可知，隨著噴油過程的進(jìn)行，齒榷中氣體體積不斷的減小，實(shí)現(xiàn)壓縮。

　　為齒槽中氣體壓力隨時間的變化曲線，由圖可知，隨著噴油過程的進(jìn)行，齒槽中氣體壓力不斷的上升，*后達(dá)到壓縮機(jī)的排氣壓力。為齒槽中氣體壓縮過程示功圖，由圖可知，齒榷中氣體壓縮過程曲線與定溫過程曲線基本重合，其主要原因是充入齒槽的機(jī)油來自油分離冷卻器，其度較低，而機(jī)油的熱容比齒槽內(nèi)的被壓縮氣體大，因此，混合后油、氣混合物的平均溫度較低。

　　5結(jié)論通過以上對齒輪壓縮機(jī)齒槽中氣體壓縮過程的分析表明：對齒輪的齒槽進(jìn)行流體噴射可以實(shí)現(xiàn)對齒槽中氣體的壓縮；氣體壓縮過程是一個接近定溫過程的多變在一定的壓縮比下，對應(yīng)一個*小的噴嘴出口面積，所推導(dǎo)出的噴嘴出口面積計(jì)算公式可用于確定*小的噴嘴出口面積的大小和進(jìn)行變工況分析。