Untersuchung des Wärmeeintrags und der Reibleistung anstreifender Bürstendichtungen
David Pfefferle
Diese Publikation zitieren
David Pfefferle, Untersuchung des Wärmeeintrags und der Reibleistung anstreifender Bürstendichtungen (2017), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832592653
5
Accesses
Accesses
Beschreibung / Abstract
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.
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.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung und Problemstellung
- 2 Grundlagen des Betriebsverhaltens von Bürstendichtungen
- 2.1 Aufbau und Funktion
- 2.2 Wechselwirkung von Leckage- und mechanischem Betriebsverhalten
- 2.3 Leckageverhalten
- 2.4 Mechanisches Betriebsverhalten
- 2.5 Anstreifverhalten
- 3 Zielsetzung und Vorgehensweise
- 4 Versuchsaufbau und Messtechnik
- 4.1 Versuchsaufbau
- 4.2 Messtechnik
- 5 Versuchsdurchführung
- 5.1 Betriebsparameter der Untersuchungen
- 5.2 Eingesetzte Dichtungen
- 5.3 Prüfverfahren
- 5.4 Ablauf eines einzelnen Anstreifversuchs
- 5.5 Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Anstreifversuchen
- 5.6 Verschleißmessungen
- 6 Inverse Berechnung des Wärmeeintrags in die Rotorstruktur
- 6.1 Abstrahierung und Modellbildung
- 6.2 Thermische Randbedingungen
- 6.3 Konvergenzkriterium
- 6.4 Übersicht der transienten Größen eines Anstreifvorgangs
- 7 Ergebnisse
- 7.1 Vergleich der exp. ermittelten Reibleistung mit Korrelationen
- 7.2 Reibleistung und Wärmeeintrag in die Rotorstruktur
- 7.3 Wärmestromaufteilung im Reibkontakt
- 7.4 Rotortemperatur im Reibkontakt
- 7.5 Sensitivitätsanalyse
- 7.6 Verschleiß von Rotor und Bürstendichtung
- 8 Analytische Betrachtung der Wärmestromaufteilung
- 8.1 Ableitung eines analytischen Ausdrucks für die Wärmestromaufteilung
- 8.2 Stationäre Wärmestromaufteilung
- 8.3 Transienter Verlauf der Wärmestromaufteilung
- 9 Vergleich der Wärmestromaufteilung in Experiment, Analytik und Literatur
- 9.1 Vergleich der analytischen Berechnungen mit Literaturaussagen
- 9.2 Vergleich der analytischen Berechnungen mit experimentellen Ergebnissen
- 10 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anhang
- A.1 Ermittlung des dimensionslosen Dichtungsbeiwerts cD bei Bürstendichtungen
- A.2 PT1-Rücktransformation der Telemetriesignale
- A.3 Ablaufdiagramm der Auswertung eines Anstreifvorgangs
- A.4 Berücksichtigung unerwünschter Überdeckungsvarianz
- A.5 Blowdown Verhalten der untersuchten Bürstendichtung
- A.6 Flächenverhältnis
- A.7 Fehlerfortpflanzung und Sensitivätsanalyse
- A.8 Verlustleistung im Antriebsstrang