Багатоступінчаті компресори є сукупністю декількох послідовно працюючих одноступінчатих компресорів з проміжним охолоджуванням газу, що стискається, між ступенями.
На мал. 20.2 приведена принципова схема триступінчатого компресора.
Мал. 20.2
I, II, III - ступені стиснення; 1, 2 - проміжні холодильники
Робочі процеси в р, v - і Т, S - діаграмах (для ідеального компресора) представлені на мал. 20.3
Мал. 20.3
Крапки 1, 2, 3, 4, 5, 6, на діаграмах відносяться до одних і тих же станів.
Газ всмоктується в циліндр низького тиску процес 0-1 (I - перший циліндр) при тиску р1 і стискається по політропі 1- 2 до тиску р2, з яким поступає в перший холодильник (1), де по ізобарі р2 = const охолоджується до температури крапки 3(причому Т1 = Т3) унаслідок віддачі теплоти води омиваючої змійовик і при цьому зменшуючи свій 
об'єм на величину. Цей процес охолоджування зображається горизонтальним відрізком 2-3. Крапка 3 лежить так само, як і крапка 1 на ізотермі 1-3-5-7. Площа 0-1-2 - а визначає роботу, затрачувану на стиснення газу в першому ступені компресора. З першого холодильника повітря стану крапки 3 всмоктується в другий циліндр при тиску р2 і стискається в ньому по політропі 3-4 до тиску р4. Далі слідує охолоджування по ізобарі р4 = const в холодильнику (2) до температури Т5 ( причому Т1 = Т3 = Т5) із зменшенням об'єму на величину 
. Процес вторинного охолоджування є відрізком горизонталі 4-5. Крапка 5 лежить на ізотермі 1-3-5-7. Площа а - 3-4 - b визначає роботу стиснення газу в другому ступені компресора.
З холодильника (2) повітря стану крапки 5 всмоктується в III -цилиндр, де по політропі 5-6 стискається до необхідного тиску р7. Площа b - 5-6 - з визначає роботу стиснення газу в третьому ступені компресора.
Якби процес стиснення здійснювався по ізотермі 1-3-5 - 7, то робота стиснення була б мінімальною, це площа 0-1-3-5-7-с-0. При стисненні по адіаббаті 1-10 робота стиснення максимальна, це площа 0-1-10-с-0. При стисненні в одноступінчатому компресорі по політропі 1-9 величина роботи визначається площею 0-1-9-с-0. Робота триступінчатого компресора при політропном стисненні газу в кожному ступені визначається площею 0-1-2-3-4-5-6-с-0. Заштрихована площа дає виграш в технічній роботі від застосування триступінчатого стиснення. Чим більше число ступенів стиснення і холодильників, проміжних охолоджувачів, тим ближче процес до ізотермічного, оскільки при цьому ламана лінія 1-2-3-4-5-6 і так далі наближається до кривої ізотермічного стиснення 1-3-5-7
В Т, S — діаграмі 1-2; 3-4; 5-6 є політропами стиснення описувані рівняннями типу 
, показник політропи можна вважати постійним. Лінії 2-3; 4-5; 6-7 відповідають ізобарному відведенню теплоти.
Площа а-2-1-b; площа d-4-3-е; площа к-6-5-с визначають теплоту, відведену від газу при політропному стисненні в окремих циліндрах компресора.
Площа е-3-2-а; площа с-5-4-d; площа f-7-6-к визначають теплоту, відведену від газу при ізобарному охолоджуванні. При однакових температурах газу при вході в циліндри компресора Т1 = Т3 = Т5 і однакових температурах газу при виході з циліндрів Т2 = Т4 = Т6політропи 1-2; 3-4; 5-6 еквидистантні 
і площа а-2-1-3 = площі е-4-3-е = площі к-6-5-с буде рівними між собою. Звідси витікає, що в холодильниках від газу при р=const відводиться одна і та ж кількість теплоти.
Роботу багатоступінчатого компресора прагнуть організувати так, щоб забезпечувалися:
1. Повне охолоджування газу в усіх холодильниках, тобто температуру газу доводять до початкової температури T1 , яку він мав при вході в перший ступінь T1 = Т3 = T5 .
2.Однакова кінцева температура стиснення газу у всіх ступенях, забезпечуюча в усіх циліндрах надійні умови для мастила Т2 = T4 = T6.
3. Однакові показники політроп стиснення у всіх циліндрах, тобто.
При виконанні цих умов перепади тиску (відносини кінцевого тиску до початкового, р1/р2) у всіх ступенях будуть однакові, тобто
, 
,
, (20.4)
Згідно (20.4) слідує p2/p1 = p4/p3 = p6/p5 = 
,(20.5)
де - ступінь підвищення тиску у кожному ступені компресора.
Із співвідношення (20.5) слідує, що
оскільки p2 = p3 і p4 = p5 ,
то 
, (20.6) звідки: 
, (20.7)
Аналогічний висновок може бути отриманий для багатоступінчатого компресора з будь-якою кількістю циліндрів. При числі циліндрів (ступенів) т
, (20.8)
Звідки маємо: 
тобто тиск р2, р4, p6 зростають за законом геометричної прогресії із знаменником р.
Для визначення об'ємів V3, V5, визначаючих розміри циліндрів окремих ступенів, міркуємо таким чином:
Оскільки температури в крапці 1, 3, 5 однакові, тобто Т1 = Т3 = Т 5, можна записати, що p1 . v1 = p3 . v3 = p5 . v5.
З цього співвідношення виходить, що: 
, (20.9)
, і так далі (20.10)
тобто об'єми циліндрів багатоступінчатого компресора v1, v3, v5 і так далі утворюють геометричну прогресію, що зменшується, із знаменником 1/π.
Об'єми v2 , v4 , v6 визначають із співвідношень:
або 
, (20.11)
Оскільки температури в крапці 2, 4, 6 однакові, тобто Т2 = Т4 = Т6, то можна записати, що 
З цього рівняння виходить, що 
, (20.12)
, (20.13) 
Для визначення загальної роботи, затрачуваної на привід багатоступінчатого компресора, необхідно підсумувати роботи, затрачувані на стиснення газу по окремих ступенях:
, (20.14)
, (20.15)
, (20.16)
Оскільки T1=T3=T5 і показники політропи однакові для всіх ступенів lІ= lІ =lIII.
Повна питома робота стиснення m-ступінчатого компресора
або 
, (20.17)
Кількість теплоти, отнимаемой від газу при стисненні в циліндрах 
і при його охолоджуванні в проміжних холодильниках можна знайти по відомих формулах для політропного та ізобарного процесів.
, (20.18)
, де 
, (20.19)
ЛЕКЦІЯ 21
