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容积式压缩机是压缩机中的主要分类，已在应用的就有数十种不同的结构形式，除了前文所介绍的结构形式外，还有一些结构形式也得到了大量应用，如滚动活塞式、摆动转子式、摆盘式、斜盘式等，但这些往往仅限应用于制冷压缩机领域，故此不再做介绍。本节主要介绍的两种机型，前者只有极少企业生产，主要用于无油用途，而后者几乎只应用在粉粒物料运输车上。
齿式压缩机包括单齿、双齿和三齿转子压缩机，它早在20世纪30年代就在潜艇排水中得到应用，70年代出现干式单级、双级单齿转子压缩机，80年代发展出干式真空泵（也称爪式真空泵，图3-143）。
图3-143 爪式真空泵
因单齿主要应用在真空泵，而空气压缩则主要是双齿，故以下以双齿式为例，说明其基本结构及工作原理。齿式压缩机与罗茨鼓风机的结构和工作原理类似，转子的形状是主要的区别。
1.基本结构
如图3-144所示，双齿转子压缩机由一对相互啮合的转子、一对同步齿轮、一个“∞”字形气缸体及气缸体两端的端板、齿轮箱、轴承箱等组成。两转子并不直接接触，由同步齿轮保持两转子间的间隙和啮合，以及用于传递动力，两转子以相反的方向旋转。齿式压缩机的吸气孔口既可以径向布置在气缸体上，也可以轴向布置在端板上，排气孔口则只能轴向布置在端板上。
2.工作原理
转子在旋转过程中相互啮合，形成工作腔容积的周期性变化，从而实现气体的压缩。
转子、气缸体及端板形成的容积就是基元容积，如图3-145中①②③④，随着转子的旋转，基元容积发生周期性变化，转子齿旋转一周，就完成一次吸气、压缩和排气工作循环。因为它有两个齿，因此转子每旋转半周就有一次吸气和排气。
图3-144 齿式压缩机主机
图3-145 齿式压缩机基元容积
3.工作循环过程
图3-146中，吸气孔口径向布置，排气孔口轴向布置在气缸侧面的盖板上。
两转子按相反的方向旋转，两转子和气缸间形成的容积逐渐扩大，气体从吸气孔口进入[图3-146（a）]。随着转子的旋转，转子与进气孔口脱离，气体被分别封闭在两侧转子和气缸形成的基元容积中[图3-146（b）]，直至两侧两个封闭的基元容积合并成一个新的基元容积[图3-146（c）]。随着两转子转角的增加，两个转子和气缸形成的基元容积逐渐缩小，气体得到压缩。直至这个封闭容积到达排气孔口（排气孔口是按轴向开在气缸端盖上的），开始排气直至结束[图3-146（d）]。与此同时，转子的另一端已经开始进气过程并达到最大容积，开始上述过程。也就是说，每个转子旋转一周有两次吸气和排气过程。
图3-146 齿式压缩机循环过程
4.齿式压缩机的特点
齿式压缩机（真空泵）具有如下主要特点。
（1）转子的旋转啮合运动，形成工作腔容积的周期性变化。单齿转子压缩机（真空泵）可以实现完全内压缩（相对罗茨鼓风机）。
（2）没有吸、排气阀等易损件（相对往复活塞式）。
（3）工作腔采用间隙密封，降低了摩擦损失，同时简化了结构设计。
（4）间隙密封带来的问题就是泄漏量大，难以达到较高的压力。
5.机组系统及工作流程
齿式压缩机的机组系统主要由压缩主机、进气系统、冷却系统、油循环系统及消音降噪等辅助设备组成。系统流程图如图3-147所示。
气路流程（单向过程）：空气经进气过滤器（1）过滤掉空气中的固体颗粒等杂质，再经进气/消音阀（2）进入压缩主机（低压部分）（3）进行第一级压缩，压缩后的高温气体在一级冷却器（4）中冷却，冷凝水由冷凝水分离器（5）分离并由排水器（15）排出机外，低温干燥的压缩气体进入压缩主机（高压部分）（6）进行第二级压缩，提升至工况要求的排气压力，气流通过逆止阀（7）后，进入后冷却器（8）冷却，同样，冷却过程中产生的冷凝水被冷凝水分离器（9）分离出来并由排水器（15）排出，而压缩气体由管道输送到使用现场。
①—进气过滤器；②—进气/消音阀；③—压缩主机（低压部分）；④—一级冷却器；⑤—冷凝水分离器；⑥—压缩主机（高压部分）；⑦—逆止阀；⑧—后冷却器；⑨—冷凝水分离器；⑩—油槽（齿轮箱）；⑪—油冷却器；⑫—油过滤器；⑬—油泵；⑭—散热风扇；⑮—排水器
图3-147 两级齿式压缩机系统流程图
油路流程（循环过程）：油槽（齿轮箱）（10）一方面是储存润滑油，另一方面也为齿轮箱提供润滑。油槽中的润滑油在油泵（13）的作用下形成油路的循环，经油冷却器（11）对润滑油进行冷却，油过滤器（12）过滤掉润滑油中的杂质后，向高压、低压主机（6、3）的轴承和同步齿轮等部件分别提供润滑所需的润滑油，最后润滑油再回到油槽（10）中，完成循环。
6.齿式压缩机的应用
（1）鼓风及气力输送 齿式压缩机具有内压缩过程，同等容压缩的罗茨鼓风机相比，耗能少，排气温度低，单级压力比高。同时，齿式压缩机保持了罗茨鼓风机结构简单、加工方便、运行可靠等一系列优点。所以，同罗茨鼓风机类似，在鼓风或气力输送等这些低压、大流量应用场合，齿式压缩机具有广泛的应用。排气压力0.02～0.15MPa（表压），容积流量1～100m 3 /min。排气压力较高时，齿式压缩机比罗茨鼓风机节能，压力太低时（表压≤0.05MPa），其能耗略高于罗茨鼓风机。
（2）低压无油压缩机 用于低压无油压缩机时，齿式压缩机在某些参数范围内具有一定的竞争优势：由于摩擦相对较小，无油齿式压缩机在热力性能及可靠性上优于无油滑片压缩机。而在加工难度及制造成本上，齿式压缩机比螺杆压缩机具有竞争优势。所以，其在低压、小流量且无油的应用领域中，具有一定的市场。目前在售的无油齿式压缩机主要是几家国外品牌，用于弥补其小流量无油压缩机的产品空白。
无油齿式压缩机（业内常称为旋齿式）典型的参数范围为：单级排气压力0.1～0.25MPa（表压），两级排气压力0.4～0.8MPa（表压），容积流量2～20m 3 /min，转速3000～6000r/min。
（3）爪式真空泵 通常为干泵，即压缩腔无任何润滑介质和密封液体。爪型干式真空泵是 20世纪末快速发展成熟的新型真空泵，适用于无油清洁的真空工艺过程，如半导体行业、电子行业、化工行业等各种工艺使用。爪式真空泵对被抽容器没有油污染，并可直排大气。应用范围有逐年上升的趋势。
多级爪型干式真空泵的结构，一般采用多级转子串联（螺旋型和反爪型）。简单来说，前者多个转子串联在一根轴上，上、下一级转子错开一定的角度，在轴上呈现螺旋型布局。后者的上、下一级转子相当于正反布置，交错分布，称为反爪型。为了提高抽速和极限真空，另外可组成罗茨转子+多级爪式转子串联的形式，组成多级爪式真空泵。罗茨转子和爪式转子也同样串联安装在两根轴上，用同步齿轮带动 2个平行的转子轴。目前这种泵的设计结构大都是由一级罗茨转子与三级爪式转子串联而成，罗茨转子作为高真空级，爪形转子作为压缩排气级，如图3-148所示。
图3-148 罗茨+爪型干式真空泵
无油摆式空气压缩机由于其结构原理的局限，不能长时间连续运行，其应用范围受到了限制，仅在散装颗粒或粉料输送等不连续作业的设备上有少量应用。如散装水泥罐车配套的空气压缩机大多是摆式（见图3-149）。这种用途的空气压缩机排气压力要求通常是0.2MPa，市场上也有螺杆式和罗茨式用于这种用途。
图3-149 散装水泥罐车配置的摆式空气压缩机
1.基本结构
无油摆式空气压缩机从结构上来看也属于活塞式。由气缸、传动、辅件3部分组成。
气缸部分由气缸、阀座、摆动活塞、阀片和密封条组成，如图3-150所示。运动部件——摆动活塞，上、下各有一副摆臂，将气缸分为4个腔体，摆动活塞与气缸壁接触部分设有密封条。两侧各有一个阀座。吸气道在阀座上，排气道在缸体上。吸气孔口与排气孔口上分别设有吸气阀片和排气阀片。
1—吸气阀片；2—排气阀片；3—摆动活塞；4—密封条；5—阀座；6—排气管
图3-150 摆式空气压缩机气缸简图
传动部分包括机身、曲轴、连杆、飞轮等，如图3-151所示。
原动机（柴油机或汽车发动机）通过皮带轮（或传动轴）将动力传递给曲轴，曲轴在传动箱内作旋转运动，曲轴带动连杆驱动摆杆做往复运动，从而带动摆动活塞在气缸内作来回摇摆运动。
1—飞轮；2—曲轴；3—连杆；4—摆杆；5—摆动活塞；6—密封条
图3-151 摆式空气压缩机气缸简图
辅件部分由滤清器、安全阀、传感器及管路等组成。
2.工作原理
当摆动活塞顺时针摆动时[图3-152（a）]，左侧阀座的上吸气阀片和右侧阀座的下吸气阀片打开，压缩机处于吸气状态，当腔内气体达到额定压力时，气缸右上腔和左下腔的排气阀片打开，完成排气过程。当摆动活塞到达顺时针旋转止点后，即开始逆时针旋转，如图3-152（b）所示，右侧阀座的上吸气阀片和左侧阀座的下吸气阀片打开，压缩机处于吸气状态，当腔内气体达到额定压力时，气缸左上腔和右下腔的排气阀片打开，完成排气过程。
图3-152 摆式空气压缩机工作原理
摆动活塞在气缸内的一个来回摆动就完成两次吸气、压缩和排气过程。曲轴每转一转，摆动活塞来回各摆一次，这样曲轴连续运转，摆动活塞不断来回摆动，周而复始不断循环，完成对空气的压缩和输出。
3.特点
（1）腔内无油润滑，摆动活塞与气缸壁之间采用自润滑材料作为密封条，主要成分是石墨。密封条安装在摆动活塞两端摆臂顶部的凹槽内。当摆臂来回运动时，由于离心力的作用，密封条被抛向气缸壁，实现工作腔的密封。
（2）结构简单，体积小，加工简单，制造成本低。
（3）因工作温度高（160～190℃），油封容易失效，润滑油进入工作腔污染压缩气体。
（4）密封条自润滑材料容易磨损，会使密封效果下降，导致排气量和排气压力减少。