Wat is het verschil tussen een borstelafdichting en een labyrintafdichting?

Op het gebied van afdichtingstechnologieën zijn borstelafdichtingen en labyrintafdichtingen twee verschillende oplossingen die worden gebruikt om vloeistoflekkage te beheersen en drukverschillen in roterende machines te handhaven. Hoewel beide dienen als afdichting, verschillen hun ontwerpen, materialen en prestatiekenmerken aanzienlijk.

In dit artikel gaan we dieper in op de complexiteit van borstelafdichtingen en labyrintafdichtingen. We vergelijken hun structuren, toepassingen en effectiviteit in verschillende industriële omgevingen.

Wat is een borstelafdichting?

Een borstelafdichting is een type mechanische verzegeling die gebruikmaakt van een dichte bundel borstelharen, meestal gemaakt van roestvrij staal, om een flexibel afdichtingsmechanisme te creëren tussen stationaire en roterende componenten in turbomachines. De borstelharen zijn in de draairichting gekanteld, wat zorgt voor een flexibele afdichtingsinterface die radiale beweging en asafwijkingen kan opvangen terwijl minimale speling behouden blijft. Dit unieke ontwerp zorgt ervoor dat borstelafdichtingen effectieve afdichting bieden, zelfs bij hoge drukverschillen en rotatiesnelheden.

Borstelafdichtingen bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele labyrintafdichtingen. De borstelpakking past zich aan het rotoroppervlak aan, waardoor lekkages worden geminimaliseerd en lekstroom wordt verminderd. De compliantie van de borstelharen zorgt voor een betere aanpassing aan de rotordynamiek, thermische groei en andere operationele factoren. Bovendien kunnen borstelafdichtingen worden gebruikt in combinatie met labyrintafdichtingen of andere afdichtingstechnologieën om de afdichtingsprestaties verder te verbeteren.

De toepassing van borstelafdichtingen is uitgebreid naar verschillende industrieën, waaronder stoomturbines, gasturbines en lucht- en ruimtevaartmotoren. In stoomturbinetoepassingen kunnen borstelafdichtingen stoomlekkage aanzienlijk verminderen, wat de algehele machine-efficiëntie verbetert en kostbare stoomverliezen vermindert. Borstelafdichtingen worden ook gebruikt in industriële gasturbines en straalmotoren om lekluchtstroom te minimaliseren, wat resulteert in verbeterde operationele efficiëntie.

Wat is een labyrintzegel

A labyrint afdichting is een type contactloze afdichting die gebruikmaakt van een reeks ingewikkelde, doolhofachtige doorgangen om een kronkelig pad voor vloeistofstroom te creëren. De afdichting bestaat uit een reeks labyrinttanden of -vinnen die in een specifiek patroon zijn gerangschikt, waarbij elke tand een kleine drukval creëert. Terwijl de vloeistof door het labyrint navigeert, ervaart het een reeks uitzettingen en samentrekkingen, wat resulteert in een aanzienlijke drukverlaging over de afdichting.

Labyrintafdichtingen zijn gebaseerd op het principe van het creëren van meerdere drukvallen om lekstroom te minimaliseren. De effectiviteit van een labyrintafdichting hangt af van factoren zoals het aantal labyrinttanden, hun geometrie en de speling tussen de roterende en stationaire componenten. De speling is ontworpen om zo klein mogelijk te zijn, terwijl het toch een veilige werking mogelijk maakt en rekening houdt met factoren zoals thermische uitzetting en rotordynamiek.

Een van de belangrijkste voordelen van labyrintafdichtingen is hun contactloze aard, wat slijtage aan het rotoroppervlak minimaliseert en de levensduur van de afdichting verlengt. Labyrintafdichtingen zijn ook relatief eenvoudig van ontwerp en kunnen eenvoudig worden vervaardigd en onderhouden. Ze zijn echter gevoelig voor veranderingen in de speling en kunnen een verhoogde lekkage ervaren als de speling te groot wordt door slijtage of operationele omstandigheden.

Labyrintafdichtingen vinden toepassingen in verschillende roterende machines, zoals stoomturbines, gasturbines en compressoren. Ze worden vaak gebruikt in combinatie met andere afdichtingstechnologieën, zoals borstelafdichtingen of abradable seals, om een uitgebreide afdichtingsoplossing te bieden.

Belangrijkste verschillen tussen borstelafdichting en labyrintafdichting

Afdichtingsmechanisme

Borstelafdichtingen bestaan uit dicht opeengepakte borstelharen, meestal gemaakt van roestvrij staal, die een meegevende afdichtingsinterface vormen. De borstelharen buigen en passen zich aan de rotorbewegingen aan, waardoor een nauwe speling behouden blijft.

Daarentegen vertrouwen labyrintafdichtingen op een reeks stijve tanden of mesranden die een kronkelig pad creëren voor vloeistofstroom. Labyrintafdichtingen hebben geen meegevend afdichtingselement zoals borstelafdichtingen.

Contact

Borstelafdichtingen zijn een contacttype afdichting, wat betekent dat de borstelharen licht contact maken met het rotoroppervlak. Dit contact zorgt ervoor dat borstelafdichtingen rotoruitwijkingen en trillingen kunnen opvangen en tegelijkertijd een effectieve afdichting behouden.

Labyrintafdichtingen zijn daarentegen contactloze afdichtingen. Ze behouden een kleine speling tussen de afdichtingstanden en de rotor, waarbij ze vertrouwen op de drukval over het labyrintpad om lekkage te verminderen.

Lekkage reductie

Borstelafdichtingen bieden superieure lekkagereductie vergeleken met labyrintafdichtingen. De meegevende borstelpakking past zich aan de rotor aan, waardoor lekkagegaten worden geminimaliseerd. Een enkele borstelafdichting kan lekkage tot 90% verminderen vergeleken met conventionele labyrintafdichtingen.

Labyrintafdichtingen zijn weliswaar effectief, maar hebben inherente lekkage vanwege de speling tussen de afdichtingstanden en de rotor. Lekkage in labyrintafdichtingen neemt in de loop van de tijd toe naarmate de speling toeneemt door slijtage en thermische groei.

Duurzaamheid

Labyrintafdichtingen hebben over het algemeen een hogere duurzaamheid vergeleken met borstelafdichtingen. De stijve geometrie van labyrintafdichtingen maakt ze bestand tegen slijtage en achteruitgang.

Borstelafdichtingen slijten na verloop van tijd doordat de borstelharen tegen het rotoroppervlak wrijven, omdat ze contact maken met de rotor.

Temperatuurbereik

Zowel borstelafdichtingen als labyrintafdichtingen kunnen in een breed temperatuurbereik werken. Borstelafdichtingen hebben echter een klein voordeel bij toepassingen met hoge temperaturen. Borstelafdichtingsharen, meestal gemaakt van superlegeringen op basis van kobalt of nikkel, kunnen temperaturen tot 800 °C (1.472 °F) weerstaan. Labyrintafdichtingen kunnen, afhankelijk van het gebruikte materiaal, werken bij temperaturen tot ongeveer 650 °C (1.200 °F). De meegevende aard van borstelafdichtingen zorgt ervoor dat ze thermische groei effectiever kunnen opvangen dan stijve labyrintafdichtingen.

Toepassingen

Borstelafdichtingen en labyrintafdichtingen vinden toepassingen in verschillende turbomachines, waaronder stoomturbines, gasturbines, compressoren en pompen. Borstelafdichtingen zijn met name effectief in toepassingen met hoge drukverschillen, zoals afdichting van stoomturbineklieren en afdichting van gasturbinelagers. Ze worden ook gebruikt in combinatie met labyrintafdichtingen om de algehele afdichtingsprestaties te verbeteren.

Labyrintafdichtingen worden veel gebruikt in toepassingen met lagere drukverschillen en waar contactloze afdichting de voorkeur heeft. Ze worden vaak aangetroffen in turboladerafdichtingen, compressoroogafdichtingen en als tussenfaseafdichtingen in turbines en compressoren.