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Analyse des Betriebs- und Anfahrverhaltens von Zentrifugal-Wellendichtungen im Einsatz bei WHR-Systemen

  • Mit der neuen Abgasnorm Euro VI und den steigenden Kraftstoffpreisen müssen Nutzfahrzeugantriebe eine Reduzierung der CO2-Emission und eine höhere Effizienz vorweisen (Umweltbundesamt, 2015). Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wird bei vielen Nutzfahrzeugherstellern intensiv an Systemen zur Rückgewinnung von Abgasenergie, den sogenannten Waste-Heat-Recovery-Systemen, geforscht. EineMit der neuen Abgasnorm Euro VI und den steigenden Kraftstoffpreisen müssen Nutzfahrzeugantriebe eine Reduzierung der CO2-Emission und eine höhere Effizienz vorweisen (Umweltbundesamt, 2015). Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wird bei vielen Nutzfahrzeugherstellern intensiv an Systemen zur Rückgewinnung von Abgasenergie, den sogenannten Waste-Heat-Recovery-Systemen, geforscht. Eine Kraftstoffersparnis von rund 5 % wird dabei angestrebt. Das System basiert auf einem ORC-Prozess. Bei diesem thermodynamischen Kreisprozess wird die Abwärme des Abgases über einen Wärmetauscher geführt, der das organische Arbeitsfluid Ethanol in einem geschlossenen Kreislauf erhitzt. Durch den Dampfdruckaufbau wird eine Turbine angetrieben. Zur Transformation der Enthalpie des Ethanoldampfes in mechanische Energie sind Drehzahlen von bis zu 120000 U/min notwendig, um eine hohe Effizienz des Systems vorweisen zu können. Systemdrücke bis 50 bar und Temperaturen des Ethanoldampfes von maximal 300 °C treten im WHR-System auf und führen zu extremen Beanspruchungen. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die Wellendichtungen, vor allem bei nutzfahrzeugtypischen Lebensdauern, dar. Als interessante Alternative zeigt sich die Zentrifugal-Wellendichtung, um die hohen Dichtungsanforderungen über die geforderten Laufzeiten zuverlässig zu erfüllen. Durch methodisch stufenweise ablauforientiertes Vorgehen wird die Analyse der Zentrifugal-Wellendichtungen durchgeführt. Hierbei wird zuallererst das Wirkprinzip untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Wärmeeinträge aus der Umgebung und Verwendung unterschiedlicher Sperrfluide gelegt. Für eine Testdrehzahl von 15000 U/min ergibt sich, bei einer beidseitig glatten Scheibe mit einem Scheibenradius von 8,7 mm, eine maximal abdichtbare Druckdifferenz von 0,04 bar. Im Sperrfluid herrschen hierbei Temperaturen von rund 50 °C. Die Versuche zeigen Korrelationen zu den bekannten theoretischen Ansätzen von Ketola und McGrey. Die maximale Druckdifferenz beträgt in diesem Fall 0,043 bar. Nachdem stationäre Betrachtungen ausreichend untersucht werden, widmet sich diese Arbeit dem Anfahr- und Not-Aus-Verhalten. Die Optimierung des Projekts wird durch abschließende Verbesserungsvorschläge, für die Realisierung höherer Sperrdrücke, erzielt.show moreshow less

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Metadaten
Author:Ali Aydın
Place of publication:Offenburg
Year of Publication:2015
Pagenumber:XII, 72
Language:German
GND Keyword:Zentrifugal-Wellendichtung; berührungsfrei; hochdrehzahl
Tag:Dichtung; WHR
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Advisor:Günther Waibel, Thomas Steidten
Publishing Institution:Hochschule Offenburg
Granting Institution:Hochschule Offenburg
Date of final exam:0015/08/07
Document Type:Bachelor Thesis
Institutes:Abschlussarbeiten / Bachelor-Studiengänge / MA
Acces Right:Zugriffsbeschränkt
SWB-ID:1655861506
Release Date:2015/11/13
Licence (German):License LogoEs gilt das UrhG
URN:urn:nbn:de:bsz:ofb1-opus4-9927