Klassifizierung und Eigenschaften von Bürstendichtungen

Basierend auf ihren strukturellen und funktionellen Eigenschaften können Bürstendichtungen in Standardtypen, mehrstufige Typen und Hybridtypen eingeteilt werden, die Bürstendichtungen mit anderen Dichtungsmechanismen kombinieren (z. B. Bürsten-Labyrinthdichtungen).

Bei mehrstufigen Bürstendichtungen besteht das Problem einer ungleichmäßigen Druckabfallverteilung über ihre Stufen, was leicht zu einem vorzeitigen Ausfall der Dichtung führen kann. Studien zeigen, dass bei mehrstufigen Bürstendichtungen der Druckabfall, der von jeder aufeinanderfolgenden Stufe getragen wird, progressiv zunimmt (bei einer zweistufigen Bürstendichtung beispielsweise liegen die Druckabfallbeiträge der einzelnen Stufen typischerweise zwischen 32 % und 35 % bzw. 65 % und 68 %). Die Hauptursache für dieses Phänomen ist die zunehmend zunehmende-und ungleichmäßige-Volumenströmungsrate über die Stufen hinweg. Durch die Vergrößerung der Querschnittsfläche der Strömungskanäle in den stromabwärts gelegenen Stufen kann der Volumenstrom effektiv reduziert werden, wodurch der Druckabfall über die Stufen hinweg ausgeglichen und sowohl die Dichtungsleistung als auch die Lebensdauer verbessert werden.

Hybridbürstendichtungen (z. B. Bürsten-Labyrinthdichtungen) nutzen die Vorteile verschiedener Dichtungsmechanismen. Simulationen von Fluidstrukturinteraktionen zeigen, dass unter identischen Betriebsbedingungen die Leckagerate solcher Hybridkonstruktionen im Vergleich zu reinen Bürstendichtungsstrukturen um etwa 18 % reduziert werden kann. Die in ihren Strömungsfeldern erzeugten Luftströmungswirbel dienen dazu, einen Teil der Gasenergie abzuleiten und die Leckagegeschwindigkeit zu verringern, wodurch die Dichtung über einen gewissen Grad an Anpassungsfähigkeit an verschiedene Differenzdruckbedingungen verfügt.

Insgesamt bieten Bürstendichtungen mehrere deutliche Vorteile, darunter geringe Anforderungen an die Einbaugenauigkeit, hohe Effizienz und minimale Leckage. Praktische Anwendungen-beispielsweise bei der Nachrüstung von Dampfturbinen in Kraftwerken-haben gezeigt, dass diese Dichtungen den Wirkungsgrad von Turbinenzylindern effektiv steigern, den Kohleverbrauch senken und erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen können.

Darüber hinaus wurden verschiedene spezielle Strukturdesigns entwickelt, um die Leistung zu optimieren; Beispielsweise ermöglichen Bürstendichtungskonstruktionen mit gebogenen Borstenabschnitten die gleichzeitige Erzielung einer geringen Borstensteifigkeit und einer minimalen radialen strukturellen Stellfläche.