Если сжатие рабочего тела осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах, то такой компрессор называется многоступенчатым.

Несмотря на то, что существуют различные конструкции компрессоров, термодинамические процессы, протекающие в них- одинаковые по своей сути. Поэтому нет необходимости анализировать работу всего многообразия конструкций компрессоров. Достаточно рассмотреть процессы, происходящие, например, в одноступенчатом поршневом компрессоре.

Одноступенчатый компрессор представляет собой цилиндр 1, внутри которого движется поршень 2. Вокруг цилиндра располагается охлаждающая рубашка 3. Цилиндр снабжен нагнетательным (выхлопным) клапаном 4
и всасывающим клапаном 5.

Индикаторная диаграмма цикла поршневого компрессора представлена на рисунке 12.

В процессе 4-1 поршень движется слева направо, открывается всасывающий клапан и в цилиндр поступает атмосферный воздух с давлением . После заполнения цилиндра атмосферным воздухом (после достижения поршнем НМТ), всасывающий клапан закрывается, и поршень начинает двигаться справа налево. При этом воздух в цилиндре сжимается и его давление возрастает (процесс 1-2).

Когда давление газа достигнет требуемого значения давления , несколько превышающего давление в резервуаре, в который подается газ, открывается выхлопной клапан и сжатый газ вытесняется поршнем из цилиндра в резервуар. При этом поршень достигает ВМТ. Это процесс 2-3.

После вытеснения газа из цилиндра, выхлопной клапан закрывается, открывается всасывающий клапан, и поршень снова начинает двигаться слева направо, всасывая атмосферный воздух.

Таким образом, теоретически процесс 3-4 не совершается, поскольку в цилиндре отсутствует рабочее тело- газ. В действительности это не так. Поршень не может вплотную придвинуться к всасывающему и нагнетательному клапану и вытеснить весь воздух из цилиндра вследствие особенностей конструкции цилиндра. Объем между ВМТ и клапанами цилиндра называется мертвым объемом.

Поэтому после вытеснения сжатого воздуха при давлении  в резервуар, часть сжатого воздуха остается в цилиндре и в процессе 3-4 происходит его расширение в цилиндре.

Действительная индикаторная диаграмма поршневого компрессора изображена на рисунке 13.

Мертвый объем составляет около  от объема цилиндра.

Следует различать индикаторную диаграмму и идеализированный цикл компрессора в  координатах. Идеализированный цикл в  координатах строится для постоянной массы рабочего тела (для 1кг рабочего тела), а индикаторная диаграмма в  координатах изображает процессы, протекающие в цилиндре компрессора при изменяющейся массе газа в нем.

В цикле компрессора, в отличие от циклов двигателей внутреннего сгорания, работа сжатия газа превышает работу расширения газа. Поэтому для осуществления такого цикла к компрессору необходимо подводить энергию извне. Поршень цилиндра присоединяется, например, к электродвигателю или двигателю внутреннего сгорания.

Определим работу, которую необходимо затратить для сжатия газа в цилиндре или, другими словами, определим мощность электродвигателя или ДВС, которым необходимо оснастить компрессор.

Работа, затрачиваемая на сжатие газа в процессе 1-2, определяется по формуле:

,                                   (8.1)

Работа сжатия  всегда отрицательная, поскольку  и, следовательно, . На индикаторной диаграмме величина  изображается площадью под кривой 1-2.

Работа, совершаемая над сжатым газом в процессе его вытеснения в резервуар (процесс 2-3), это работа, совершаемая над газом в изобарном процессе:

,                          (8.2)

Поскольку :

,                                  (8.3)

На индикаторной диаграмме величина  изображается площадью под кривой 2-3.

В процессе 3-4 работа ни самим рабочим телом, ни над самим рабочим телом не совершается, поскольку в процессе 3-4 отсутствует само рабочее тело:

                                          (8.4)

,                             (8.5)