Für hocheffiziente Turbomaschinen sind Hochleistungs-Dichtungssysteme erforderlich, um die Lackage zwischen rotierenden und stationären Teilen zu minimieren. Ein konventionelles Dichtungssystem wie eine Labyrinthdichtung erfordert einen gewissen Spalt zwischen der Dichtung und dem rotierenden Gegenstück, um ein Anstreifen und Strukturschäden zu verhindern. Der Spalt kann daher nicht beliebig klein gewählt werden, was die Reduzierung der Leckage begrenzt. Neue Dichtungstechnologien wie Bürstendichtungen, bieten ein großes Potenzial zur Reduzierung der Leckage. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem flexiblen Borstenpaket, das zwischen einem Stützring und einem Deckring angeordnet ist. Ihr größter Vorteil gegenüber anderen Dichtungskonzepten ist der sehr kleine Spalt zwischen dem Borstenpaket und dem Rotor und damit ein reduzierter Leckagemassenstrom. Dieser kleine Spalt kann aufgrund der großen radialen Flexibilität der Borsten erreicht werden, ohne dass die Gefahr von strukutrellen Schäden infolge des Anstreifens. Neben der reduzierten Leckage bieten Bürstendichtungen weitere Vorteile wie geringeres Gewicht, geringeren axialen Platzbedarf und verbesserte rotordynamische Eigenschaften.

Ziele der Bürstendichtungsforschung:

Bei Gasturbinen kann es aus verschiedenen Gründen zum Anstreifen zwischen Bürstendichtungen und Rotor kommen, wie z.B. durch mechanisches Rotordehnung, ungleiche Wärmeausdehnung und plötzliche Änderungen der Betriebsbedingungen. Dank der flexible Struktur der Bürstendichtung werden die Kontaktkräfte während eines Anstreifereignisses reduziert; der Reibungswärmeeintrag kann jedoch immer noch beträchtlich sein. Diese Wärmeeinwirkung kann bei bereits hochbelasteten Rotorsystemen zu einer nachteiligen zusätzlichen thermischen Belastung führen. Daher ist für den zuverlässigen Einsatz von Bürstendichtungen das Verständnis der Wärmeeinwirkung und Wärmeübertragung auf Rotor und Bürstendichtung erforderlich.

Daher sind die Forschungsziele:

1. die Quantifizierung der Wärmeeinträge durch das Anstreifen von Bürstendichtungen und Beurteilung der Dichtungsleistung mit Hilfe von Experimenten und FE-Analysen;
2. die Entwicklung eines neuen Modells zur Vorhersage der Wärmeeinträge;
3. das Verständnis der physikalischen Mechanismen.