離心式壓縮機用于壓縮氣體的主要部件是高速旋轉的葉輪和通流面積逐漸增加的擴壓器。簡而言之，離心式壓縮機的工作原理是通過葉輪對氣體做功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體的壓力能。
透平機（汽輪機）或電動機帶動離心式壓縮機主軸葉輪高速旋轉，旋轉所產生的離心力將葉輪中心吸入的氣體甩到工作輪后面，進人到逐漸擴大的氣流通道的擴壓器中去。而在工作輪的中心就形成稀薄氣體地帶，前面的需要被壓縮的氣體就會源源不斷地從工作輪中心的進氣道進入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續不斷地被甩出去（類似于離心泵），從而保持了壓縮機中氣體的連續流動。
氣體因獲得離心力作用而增壓增速，并以很高的速度離開工作輪，但氣體經擴壓器后逐漸降低了速度，部分動能轉變為靜壓能，壓力得到了進一步提高。如果一個工作葉輪所得到的壓力還不能滿足要求，可通過使用多級葉輪串聯起來（類似于多級泵）工作的辦法來達到對出口壓力的要求，對于離心式壓縮機的級數可以多達十級以上，而級間的串聯是通過彎通、回流器來實現的。www.JGFJ11.COm
離心式壓縮機工作時，氣體由進氣口進入機體，在第一級葉輪內壓縮后，由第一級葉輪的出口被吸至第二級的葉輪中心，如此經過所有的葉輪，最后由排氣口排出，這就是離心式壓縮機的工作原理。
由于氣體壓力逐級增大，氣體體積則相應的縮小，因而葉輪也逐級變小。當氣體0過數次壓縮后，其溫度顯著上升，氣體溫度過高對壓縮機的安全造成影響，所以將需要經過級數較多壓縮過程才能達到出口壓力要求的壓縮機分為若干段。
這樣每一段又包括若干級，每一段內所包含的若干級可以是單缸的也可以是多缸的，段與段間必須設置中間冷凝器和氣液分離器，以降低下一段進口氣體的溫度和脫除氣體中的可凝組分。三葉羅茨鼓風機
氣體的壓縮比越大，氣體的溫升就越大，溫升的熱效應所產生的熱應力就越大，對壓縮機設備的安全性的影響就越大，則級間設置中間冷卻器是必需的，而且構成了壓縮裝置的重要系統——冷卻系統。
如某合成甲醇裝置所用的新鮮合成氣所需的壓縮機是通過由商家交付的兩臺單缸壓縮機實現的，該壓縮機為桶形離心式壓縮機。合成氣經壓縮機第一缸（低壓）6個葉輪，即6級，第二個缸（高壓）5個葉輪，即5級的升壓后與循環氣經過一個葉輪，即單級的壓縮機升壓后混合。www.JGFJ11.COM
其第一缸與第二缸，也就是第一段與第二段之間有一個帶有氣液分離器的中間換熱器，其作用是將第一缸出口氣體降溫后進入第二缸進行壓縮。并分離出經第一缸被壓縮氣體中可凝氣體所產生的冷凝液，該冷凝液被送往工藝冷凝液汽提塔汽提。
如上所述，壓縮機的壓縮過程是一近似的絕熱過程，雖然缸體采取有效的換熱措施，但被壓縮的介質溫升仍然較大，如若不進行段間冷卻，進人第二段的人口氣溫就會較高，經過第二段壓縮后的氣體溫度則會更高。www.Hdfj11.com
結果壓縮機的強度就會大大下降，危險程度就會大大上升，所以壓縮比較大需采用多級壓縮時，必須分成多段，段與段間必叫采用冷卻與氣液分離裝置，以保證壓縮機進口的氣溫和不含液滴的要求。
由于喘振是離心式壓縮機特有的現象，所以離心式壓縮機防喘振措施是必不可少的。如某甲醇廠新鮮合成氣壓縮機有一個防喘振的保護回路"該回路利用了轉化單元的最終冷卻器和最終分離器。循環氣壓縮機九耑額外的防喘振保護，因為甲醇合成回路本身就可以看成是防喘振回路。
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