Турбокомпрессоры
Новым словом в компрессионном оборудовании для холодильной техники является появление энергоэффективных турбокомпрессоров, обеспечивающих высокую производительность при низких массо-габаритных показателях благодаря высокой скорости вращения вала: от 15 до 40 тыс. об/мин.

История турбокомпрессоров
История появления турбокомпрессоров неразрывно связана с автомобильной отраслью. В конце XIX века многие усилия многих ученых были сосредоточены на повышении эффективности двигателей внутреннего сгорания. Так, в 1885-96гг. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путем сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. Именно это и послужило поводом для создания турбокомпрессора.
На практике же успехов добился швейцарец Альфред Бюхи, который в 1905 году впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности на 40%. Тогда же, в1905г., на изобретение был выдан патент. А в 1920-х стали появляться дизельные локомотивы и суда с турбокомпрессорами.
По сути своей, турбокомпрессор представлял собой высоконапорный вентилятор. Подача газа осуществлялась вдоль оси, рабочее колесо представляло собой основание со специальной формы лопатками, вращение которых разгоняло воздух и выбрасывало его под действием центробежных сил на периферию, в коллектор (улитку), где гасилась кинетическая энергия газа, превращаясь в потенциальную, т.е. давление газа повышалось.
На обоих концах вала турбокомпрессора было по одному рабочему колесу. На одно из них поступали выхлопные газы, раскручивая его и передавая через вал вращение на второе колесо, на котором сжимался воздух.
Принцип работы турбокомпрессора
Со временем принцип работы турбокомпрессоров не изменился. Однако само устройство компрессора претерпело массу усовершенствований. Причиной тому стало расширение сферы их применения.
Так, в 1930-х годах турбокомпрессоры проникли в холодильную технику, где использовались в качестве расширителей (детандеров) для охлаждения газов до низких температур: сжатый газ при нормальной температуре подавался на периферию рабочего колеса, раскручивал его, расширялся и охлаждался. При этом потенциальная энергия газа превращалась в кинетическую энергию вала, на который устанавливался генератор, вырабатывающий электричество.
Подобные агрегаты повсеместно применяются в установках для разделения воздуха и др.
Очевидно, что чем большим давлением обладал исходный газ, тем более низких температур можно было достигнуть. Однако, тем быстрее вращался и вал детандера, что потребовало изучения новых типов подшипников - газовых лепестковых. Частота вращения вала достигала десятков тысяч оборотов в минуту, что недопустимо для традиционных шариковых подшипников. В свою очередь газовые подшипники успешно справились с поставленной задачей. Они представляли собой цилиндр, внутренняя поверхность которого была собрана из наложенных друг на друга лепестков, каждый из которых образовывал с валом воздушный клин. При вращении вала этот клин противодействовал сближению вала с лепестками. Так достигалась воздушная подвеска вала: он вращался с огромной скоростью внутри подшипника, не касаясь ни одной из его поверхностей.
Ещё более современными являются магнитные подшипники, в которых удержание вала строго посредине подшипника осуществляется за счет магнитного поля. Более подробно о них будет рассказано далее.
Турбокомпрессор в холодильной технике
Долгое время использование турбоагрегатов в холодильной технике ограничивалось низкотемпературными установками. Лишь в начале XXI века произошла их адаптация под требования и рабочие режим систем кондиционирования. Главным образом это заслуга компании Danfoss, запустившей в Канаде завод по изготовлению турбокомпрессоров под маркой Turbocor.
Итак, компрессора Turbocor (см. рис. 1) представляют собой высокоэффективные центробежные компрессора, вал которых раскручивается электродвигателем, оснащенным возможностью плавного регулирования скорости (инвертор).
Сжатие газа осуществляется в две ступени. Входящий фреон характеризуется низкой температурой и давлением, поступает на вход в первое рабочее колесо, где сжимается до промежуточного давления. Далее он проходит через специальный аппарат ко входу во второе рабочее колесо, где сжимается и выбрасывается в спиральную улитку. В улитке некоторая часть кинетической энергии превращается в дополнительную потенциальную энергию. На выходе фреон имеет конечное давление и поступает в конденсатор.
Рис. 1. Состав турбокомпрессора (изображение взято из технической документации Turbocor)

Преимущества Turbocor
Турбокомпрессорами в настоящее время оснащаются холодильные машины с холодопроизводительностью не менее 300кВт. К преимуществам Turbocor по сравнению с используемыми в этом диапазоне мощностей винтовыми компрессорами относится:
- Компактность: габариты турбокомпрессора в 2-3 раза меньше винтовых компрессоров аналогичной мощности. В свою очередь габариты чиллера (площадь основания) также снижается на 20-40% (для чиллеров с водяным охлаждением конденсатора).
- Масса турбокомпрессора также ниже массы компрерссора той же мощности любого другого типа.

- Энергоэффективность: энергопотребление снижено в среднем на 7%, а холодильный коэффициент, учитывающий только потребляемую мощность компрессора, превышает 5.1.
- Пониженный уровень шума. В то время, как общий уровень звукового давления чиллеров составляет около 77-79дБ(А), а уровень звуковой мощности - 95-97дБ(А), у чиллеров с турбокомпрессорами данные показатели составляют соответственно 67-73дБ(А) и 85-92дБ(А).
- К достоинствам Turbocor следует отнести и отсутствие опасности от попадания жидкого хладагента в полость сжатия.
- Отсутствие масла. Компрессоры Turbocor не требуют использования масла, что означает упрощение заправочных работ, повышение эффективности работы теплообменников (во-первых, масло ухудшало процессы кипения и конденсации, во-вторых, оно создавало тонкую пленку, являясь дополнительной преградой на пути теплообмена). Более того, так как турбокомпрессорами можно заменить компрессора действующих холодильных машин, то в руководствах приводится порядок освобождения холодильного контура от имеющегося у нем масла.
- Компрессоры Turbocor оснащены собственной системой управления и регулирования, позволяющей получать задающие сигналы внешней автоматикой и передавать ей рабочие параметры.