Untersuchung des Wärmeeintrags und der Reibleistung anstreifender Bürstendichtungen

Bürstendichtungen sind eine vergleichsweise neuartige Dichtungsbauart, ihre
radial flexible Dichtungsstruktur toleriert kurzzeitigen Kontakt mit der
rotierenden Gegenfläche ohne bleibende Schädigung. Die Größe des
Dichtspaltes kann hierdurch reduziert werden, was im Vergleich zu
Labyrinthdichtungen zu einer deutlichen Leckagereduzierung führt. Bedingt
durch die reduzierten Dichtspalte treten Anstreifvorgänge häufiger auf. Sie
verursachen durch mechanische Reibung einen problematischen Wärmeeintrag und
verstärken den Verschleiß.

In diesem Kontext wurde am Institut für Thermische Strömungsmaschinen des
Karlsruher Instituts für Technologie ein Prüfstand zur experimentellen
Untersuchung von Bürstendichtungen entwickelt. Hauptmerkmal der neuartigen
Prüfanlage ist die Möglichkeit zur Einstellung stufenlos variabler,
konzentrischer oder exzentrischer Überdeckungen.

Mit Hilfe detaillierter experimenteller Untersuchungen werden das
Durchsatzverhalten, die Reibleistung, der Verschleiß und der Wärmeeintrag in
den Rotor beim konzentrischen bzw. exzentrischen Anstreifen von
Bürstendichtungen ermittelt. Umfangsgeschwindigkeiten und Drücke decken
einen weiten Bereich realer Anwendungen in Gasturbinen und Flugtriebwerken
ab. Durch eine zusätzlich ausgeführte analytische Wärme- und Energiebilanz
werden aufschlussreiche Informationen über die Aufteilung der Wärmeeinträge
in die Dichtung und den Rotor gewonnen, welche bisherige aus der Literatur
bekannte Modellannahmen deutlich relativieren.