V moderních přeplňovaných motorech představují těsnicí kroužky maximální ochranu mezi extrémní energií spalování a mechanickou integritou. Tyto miniaturní komponenty, umístěné na kritických rozhraních hřídele turbíny, odolávají:
- 950 °C výfukové plyny
- odstředivé síly 180 000 ot/min
- **>3 bary pulzující tlakové rozdíly**
Porucha způsobuje karbonizaci oleje, netěsnosti nebo katastrofické zadření ložisek – což činí inovace v oblasti těsnění prvořadou.
I. Pečetící trojice: Funkce a způsoby selhání
Trojjediné funkce a hranice selhání turbotěsnění
| Funkce | Umístění | Důsledek selhání |
|---|---|---|
| Zadržování oleje | Čepy hřídele kompresoru/turbíny | Vniknutí oleje do výfuku → emise modrého kouře, otrava katalyzátoru |
| Zámek plnicího tlaku | Zadní deska kompresoru | Ztráta výkonu, zpožděná odezva turbodmychadla (např. pokles plnicího tlaku >15 %) |
| Izolace výfukových plynů | Rozhraní skříně turbíny | Únik horkých plynů → karbonizace ložiskového oleje |
II. Vývoj materiálů: Od grafitu k pokročilým hybridům FKM/PTFE
Evoluce materiálů: Triumf vysokoteplotních polymerů
- Omezení tradičních materiálů
- Ocelové kroužky s grafitemTrhlina při >750 °C v důsledku nesouladu CTE
- Silikonová pryž (VMQ)Degraduje v přímé výfukové cestě (životnost <500 hodin při >250 °C)
- Průlomy v oblasti fluoroelastomerů
- Vysokoteplotní FKM(např. DuPont™ Viton® Extreme™): Odolává maximálním teplotám až 300 °C, má vynikající odolnost vůči olejům.
- PTFE kompozityPlniva z uhlíkových vláken/grafitu → o 40 % nižší koeficient tření, zvýšená odolnost proti opotřebení (např. Saint-Gobain NORGLIDE® HP).
- Vícevrstvé těsnicí kroužkyOcelová kostra + těsnicí břit FKM + třecí plocha PTFE → sjednocuje dynamické a statické těsnění.
III. Výzvy v oblasti designu: Tanec mezi rotací a stagnací
Výzvy v oblasti návrhu: Přesné vyvážení na dynamicko-statických rozhraních
- Labyrint tepelné roztažnostiRozdílná roztažnost mezi hřídelí turbíny (ocel) a skříní (litina) až 0,3 mm → vyžaduje radiální poddajnost.
- Řízení vůle na mikronové úrovniIdeální tloušťka olejového filmu 3–8 μm. Nedostatečná tloušťka filmu způsobuje suché tření; nadměrná tloušťka filmu způsobuje únik oleje.
- Zpětný tlakový odvaděčNedostatečný protitlak kompresoru při nízkých otáčkách → vyžaduje pružinové roztažení břitu (např. konstrukce Wave-Spring).
IV. Budoucí hranice: Chytré těsnění a materiálová revoluce
Budoucí hranice: Integrované snímání a materiály pro ultravysokoteplotní použití
- Vestavěné senzoryRFID štítky monitorující teplotu/opotřebení těsnění → umožňující prediktivní údržbu.
- Keramické kompozity (CMC)Odolává teplotám >1000 °C (např. SiC/SiC), používá se v turbodmychadlech nové generace s chudou směsí.
- Těsnicí fólie Active AirVyužití plnicího tlaku k vytvoření dynamických plynových bariér → téměř nulové tření (např. koncept BorgWarner eTurbo™).
Čas zveřejnění: 19. června 2025