雙級壓縮空壓機是將壓縮轉子和二級壓縮轉子組合在一個殼體內，通過斜齒輪直接驅動。自然空氣通過空氣過濾器進入壓縮，在壓縮室內與少量潤滑油混合，同時混合氣體被壓縮到級間壓力。壓縮氣體進入冷卻通道，與大量油霧接觸，溫度大大降低。冷卻的壓縮氣體進入二級轉子進行二次壓縮，并被壓縮至排氣壓力。壓縮機通過排氣法蘭排出，完成整個壓縮過程。

  雙級壓縮空壓機根據工程熱力學理論，空壓機的恒溫壓縮節省動力。(溫度高時氣體密度越低，壓縮需要的功越多。).而且，恒溫壓縮不僅可以減少消耗的功，還可以降低壓縮氣體的溫度，使空壓機材料的使用更加廣泛和經濟，雙級壓縮空壓機使空壓機的運行更加可靠。而恒溫壓縮是指氣體熱量可以隨時與外界進行交換，氣體溫度與外界相等，這在實際工作中是不可能實現的。分級壓縮和中間冷卻是降低排氣溫度的有效方法。

  雙級壓縮空壓機兩對轉子是同時做功的，所以抽氣速度快，出氣量大，是單級不可替代的優勢。而且由于兩級壓縮，每級壓縮比單級壓縮小得多，轉子和軸承上的壓力也小。此外，轉子直徑大，轉速低，運行更可靠。

  雙級壓縮空壓機就相同功率的電機產生的空氣輸出而言，兩級壓縮機的空氣輸出一般比單級高13%-15%，相當于一臺110K單級壓縮機的空氣輸出，能耗與一臺90KW雙級壓縮機相同。

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