Adaptive gasgeschmierte Gleitringdichtungen für extreme Betriebsbedingungen

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In der vorliegenden Arbeit werden überwiegend experimentell verschiedene adaptive gasgeschmierte Gleitringdichtungen untersucht. Dabei stehen das thermische und das dynamische Verhalten bei hohen p×u-Werten im Vordergrund. Für die Versuche an Axialgleitringdichtungen wurde ein leistungsstarker Prüfstand mit entsprechender Versorgungs- und Messtechnik aufgebaut. Die Messungen mit systematischer Parametervariation (bis 100 bar und 200 m/s bei einer Spaltweite von wenigen Mikrometern) erfolgten an vier verschiedenen Dichtungen, die sich in der Bemusterung, den Dichtringwerkstoffen, der Gestaltung, der Baugröße und der Maximaltemperatur unterscheiden. Messungen zum dynamischen Verhalten zeigen, dass die elastischen sekundären Dichtelemente im Betrieb zu gefährlichen Resonanzen führen können. Für zwei ausgewählte Dichtungen werden die Messergebnisse auch mit berechneten Dichtungskennlinien verglichen und so auch die hier anspruchsvollen Berechnungsverfahren verifiziert. Mit konventionellen gasgeschmierten Axialgleitringdichtungen (mit O-Ringen / Tmax = 200°C) konnten bei starker Wasserkühlung im stationären Betrieb Grenzwerte von 100 bar bei 100 m/s bzw. 5 bar bei 200 m/s realisiert werden. Außerdem wurde für den Einsatz in Gas- und Dampfturbinen eine Hochtemperaturdichtung (Tmax = 450°C) näher untersucht. Für genauere Untersuchungen an neuartigen Zwischenwellendichtungen für Flugtriebwerke wurde dann ein erweiterter Prüfaufbau mit zwei getrennt angetriebenen konzentrisch angeordneten Wellen geschaffen. Diese Dichtungen müssen hohe Anforderungen, wie sehr geringe Leckage auch bei hohem Druck und höchster Drehzahl, begrenzten radialen Bauraum, hohe Temperaturen und großen axialen Längenausgleich, erfüllen. Dabei wurden Testdichtungen mit axialer Spaltregelung in zwei Ursprungsvarianten und in detailverbesserten Modifikationen erprobt und daraus ein Entwurf für eine neue Dichtung erstellt, bei der die noch vorhandenen gravierenden Schwachpunkte konstruktiv gelöst sind. Schließlich wurden mit einem abermals modifizierten Prüfaufbau Schwimmringdichtungen unter erschwerten Einsatzbedingungen untersucht. Aufbauend auf diesen Messergebnissen wurden die Berechnungsgrundlagen wesentlich verbessert. Aus der Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Schwimmringe wurden Empfehlungen hinsichtlich Selbstzentrierung, axialer Vorspannung und richtiger Spaltweite erarbeitet, mit denen sich auch ein gefährliches Anstreifen des Dichtrings auf der Welle vermeiden lässt.