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2.5.1.1 Einfluss der Dichtungen auf das Verhalten einer Gasturbine

Das Betriebsverhalten einer Gasturbine und seiner Komponenten hängt in hohem Maß von den Luft- und Luft/Öl-Dichtungssystemen zwischen Rotor und stehenden Komponenten ab. Die Verschlechterung der Leistungsabgabe (Deterioration) während der Betriebszeit zeigt sich in Form ansteigenden Kraftstoffverbrauchs (SFC = Specific Fuel Consumption) oder verringerter Leistung ( "Bild 2.5-2"). Einen großen Teil trägt der Verschleiß durch Anstreifvorgänge zwischen rotierenden (z.B. Rotorschaufeln, Zwischenringe und Labyrinthträger) und statischen Bauteilen (z.B. Gehäuse, Leitapparate und Dichtsegmente) zu diesem unerwünschten Effekt bei. Im Einzelnen läuft der folgende Vorgang ab:

Bei instationären Betriebszuständen, z.B. dem Hochfahren einer Maschine, dehnen sich die Rotorkomponenten der Dichtungen als Folge der Fliehkräfte und Wärmedehnungen anders aus als die statischen Komponenten. Solche Dichtungskomponenten werden gewöhnlich von den Gehäusen gehalten die deren Dehnung beeinflussen. Dadurch kann es zur Spaltüberbrückung und zum Anlaufen der Dichtung kommen. Die Aufheizung beim Anstreifvorgang vergrößert die Wärmedehnung und damit den Abrieb. So entsteht bei einem Anlauf ein relativ starker Ausrieb. Das bedeutet für den stationären Betrieb einen entsprechend großen Dichtungsspalt. Dass bei einem erneuten Start ein weiterer Anlauf stattfindet ist eher unwahrscheinlich. Ein ähnlicher Vorgang ist auch beim Abstellen denkbar, wenn das Gehäuse schneller schrumpft als der Rotor (siehe "Bild 3.1.2.4-2" und "Bild 3.1.2.4-3"). Natürlich sind die Spalte der neuen Maschine noch vergleichsweise eng. In der Einlaufphase der ersten Start-/Abstell-Zyklen einer Gasturbine sind somit relativ intensive Anstreifvorgänge zu erwarten. Man erkennt aber auch, dass ein vorsichtiges und vorschriftenkonformes Einfahren die laufenden Betriebskosten optimieren kann. Je schneller die Laständerungen erfolgen, umso größer sind die zu erwartenden Spaltvergrößerungen.

Es ist verständlich, dass Maschinen mit häufigen und schnellen Start/Abstellzyklen, wie sie für Spitzenlasten benötigt werden, einen stärkeren und schnelleren Wirkungsgradabfall erwarten lassen als Maschinen für Grundlastbetrieb. Neben den Begleiterscheinungen des Leistungsabfalls geht es um eine Vielzahl potenziell schadensauslösender Effekte deren Hauptursachen Luftleckagen an Schaufelspitzen (Lauf- und Leitschaufeln) und/oder Labyrinthen sind: