两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气(压力为p0 )先进入低压压缩机，在其中压缩到中间压力pm ，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk ，排入冷凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。
当蒸发温度较低时，采用双级压缩制冷循环可达到以下目的：降低压力比，避免和减少高压力比带来的损失；如降低压缩机的排气温度，提高实际输气量，制冷机运行的平衡性提高等。
另外，两对转子同时做功，打气速度快，出气量大，这点是单级无可替代的优势。而且由于双级压缩，每级的压缩比较单极压缩要小很多，转子和轴承受到的压力小，再加上转子直径大、转速低，所以运行更可靠。
根据工程热力学理论，空压机在压缩过程中定温压缩省功。（温度高的时候气体的密度越低，压缩需要用的功就多）。不仅如此，定温压缩不但可以减少消耗的功，还能降低压缩后气体的温度，使空压机材料的使用更为宽广和经济，使空压机的运行更为可靠。但是定温压缩，就要使气体热量随时与外界交换，气体温度与外界相等，在实际工作中是不可能实现的。而通过分级压缩加中间冷却是降低排气温度的有效方法。
双级压缩螺杆空压机是如何节能的？
其实二级压缩就是把一级压缩转子和二级压缩转子组合在一个机壳内，并分别通过斜齿轮直接传动。自然空气通过空气过滤器进入压缩，在压缩腔与少量润滑油混合，同时将混合气体压缩到级间压力。压缩后的气体进入冷却通道，与大量油雾接触，
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同等功率的电机做工产生的出气量来说，双级普遍比单级高13%-15%，相当于90KW的一台双级压缩空压机同等能耗下能产出一台110K单级压缩空压机的气量。
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