In moderne turbomotoren vormen afdichtringen de ultieme bescherming tegen extreme verbrandingsenergie en mechanische integriteit. Deze miniatuurcomponenten, geplaatst op kritische interfaces van de turbine-as, zijn bestand tegen:
- 950°C uitlaatgassen
- 180.000 tpm centrifugale krachten
- **>3 bar pulserende drukverschillen**
Een defect kan leiden tot olieverkoling, drukverlies of een catastrofale lagervastloop. Innovatie in afdichtingen is daarom van het grootste belang.
I. De verzegelende drie-eenheid: functies en faalwijzen
Triune-functies en faalgrenzen van turboafdichtingen
| Functie | Locatie | Gevolg van falen |
|---|---|---|
| Olie-insluiting | Compressor-/turbine-aslagers | Olie-infiltratie in de uitlaat → blauwe rookuitstoot, vergiftiging van de katalysator |
| Boostdrukvergrendeling | Compressor achterplaat | Vermogensverlies, vertraagde respons van de turbospoel (bijv. >15% boostdaling) |
| Uitlaatgasisolatie | Turbinebehuizinginterface | Lekkage van heet gas → carbonisatie van lagerolie |
II. Materiaalevolutie: van grafiet tot geavanceerde FKM/PTFE-hybriden
Materiaalevolutie: triomf van hogetemperatuurpolymeren
- Beperkingen van traditionele materialen
- Met grafiet beklede stalen ringen: Barst bij >750°C door CTE-mismatch
- Siliconenrubber (VMQ): Degradeert in het directe uitlaatkanaal (<500 uur levensduur bij >250°C)
- Doorbraken in fluorelastomeer
- Hoge-temperatuur FKM (bijv. DuPont™ Viton® Extreme™): Bestand tegen piektemperaturen van 300°C, superieure oliebestendigheid.
- PTFE-composieten: Koolstofvezel-/grafietvulstoffen → 40% lagere wrijvingscoëfficiënt, verbeterde slijtvastheid (bijv. Saint-Gobain NORGLIDE® HP).
- Meerlaagse afdichtingsringen: Stalen skelet + FKM-afdichtingslip + PTFE-wrijvingsoppervlak → combineert dynamische en statische afdichting.
III. Ontwerpuitdagingen: dansen tussen rotatie en stilstand
Ontwerpuitdagingen: Precisiebalans bij dynamisch-statische interfaces
- Thermische expansie labyrint: Differentiële uitzetting tussen turbine-as (staal) en behuizing (gietijzer) tot 0,3 mm → vereist radiale flexibiliteit.
- Controle van de speling op micronniveau: Ideale oliefilmdikte 3-8 μm. Onvoldoende filmdikte veroorzaakt droge wrijving; overmatige filmdikte veroorzaakt olielekkage.
- Omgekeerde drukval: Onvoldoende tegendruk van de compressor bij lage snelheden → vereist veerondersteunde lipuitzetting (bijv. Wave-Spring-ontwerp).
IV. Toekomstige grenzen: slimme afdichtingen en materiaalrevolutie
Toekomstige grenzen: geïntegreerde sensoren en materialen voor ultrahoge temperaturen
- Ingebouwde sensoren: RFID-tags bewaken de temperatuur/slijtage van afdichtingen → maakt voorspellend onderhoud mogelijk.
- Keramische matrixcomposieten (CMC): Bestand tegen >1000°C (bijv. SiC/SiC), toegepast in next-gen-turbo's met een arm mengsel.
- Actieve luchtfilmafdichtingen: Gebruikmaken van de boost-druk om dynamische gasbarrières te vormen → bijna geen wrijving (bijv. het BorgWarner eTurbo™-concept).
Plaatsingstijd: 19 juni 2025