Die Labyrinthdichtung zählt zu den berührungslosen Strömungsdichtungen. Sie dichtet nicht absolut, sondern begrenzt den Leckagemassenstrom durch eine Folge von Drosselstellen auf ein definiertes Maß. Da zwischen Rotor und Stator kein Kontakt besteht, arbeitet sie nahezu verschleiß- und reibungsfrei, auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten und Temperaturen.
Kaskadierte Drosselung
Das Labyrinth besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Dichtspitzen und den dazwischenliegenden Kammern. An jeder Drosselstelle wird ein Teil der Druckenergie in kinetische Energie umgesetzt: Das Medium strömt als Freistrahl mit hoher Geschwindigkeit durch den engen Ringspalt. In der nachfolgenden Kammer wird dieser Strahl verwirbelt und seine kinetische Energie dissipiert, ohne dass sie in Druck zurückgewonnen wird. Der Druck sinkt so stufenweise vom Prozessdruck auf den Gegendruck ab. Je mehr Drosselstellen, desto kleiner das Druckgefälle pro Stufe und desto geringer der Leckagemassenstrom.
Was die Dichtwirkung bestimmt
- Spaltweite: der dominierende Parameter. Der Leckagemassenstrom wächst nahezu proportional mit der freien Spaltfläche, ein halbierter Radialspalt halbiert die Leckage annähernd.
- Anzahl der Drosselstellen: Mehr Stufen reduzieren die Leckage, mit abnehmendem Grenznutzen.
- Druckverhältnis und Medium: Gasdichte, Temperatur und Druckdifferenz bestimmen den Massenstrom. Bei hohen Druckverhältnissen kann an der letzten Drosselstelle Schallgeschwindigkeit erreicht werden.
- Carry-over-Effekt: Wird der Freistrahl in der Kammer nicht vollständig verzögert, trägt er Restgeschwindigkeit in den nächsten Spalt. Die Stufe wirkt dann schwächer, das Labyrinth „bläst durch".
- Kammergeometrie und Rotation: Kammertiefe, Teilung und Drall der Strömung beeinflussen die Dissipation.
Bauformen
Beim Durchblicklabyrinth liegen alle Spalte auf einem Durchmesser; es ist einfach zu fertigen, aber anfällig für den Carry-over-Effekt. Das Stufenlabyrinth versetzt die Spalte radial, sodass der Strahl an jeder Stufe umgelenkt wird. Beim kämmenden Labyrinth greifen Spitzen von Rotor und Stator ineinander und erzwingen eine besonders wirksame Strömungsumlenkung, verlangen aber eine axial geteilte oder entsprechend montierbare Konstruktion.
Warum Kohle engere Spalte erlaubt
Metallische Labyrinthe müssen mit Sicherheitsspiel ausgelegt werden: Wellenauslenkung, Rundlaufabweichung und unterschiedliche Wärmedehnung dürfen nicht zum Anstreifen führen, da Metall auf Metall frisst. Das kostet Spaltweite und damit Dichtwirkung. Kohlelabyrinthe sind dagegen anstreiftolerant: Kohle- und Graphitwerkstoffe sind selbstschmierend und formstabil und laufen sich bei Kontakt ohne Schaden für die Welle ein. Dadurch lassen sich deutlich engere Dichtspalte realisieren, bei zugleich hoher chemischer Beständigkeit und Temperaturfestigkeit. Eine Bauform für rotierende Wellen ist unsere Type A2, eine berührungslose Kohle-Labyrinthdichtung.
Grenzen und Kombination mit Sperrgas
Eine Labyrinthdichtung lässt systembedingt immer eine Restleckage zu. Für toxische, brennbare oder umweltrelevante Gase wird sie deshalb mit Sperrgas kombiniert: In eine Zwischenkammer wird ein inertes Sperrgas mit einem Druck oberhalb des Prozessdrucks eingespeist. Es strömt zu beiden Seiten ab und verhindert, dass Prozessgas nach außen gelangt. Versorgung, Regelung und Überwachung übernimmt ein Sperrgassystem; die Grundlagen erklärt unser Beitrag Was ist ein Sperrgassystem?
Typische Einsatzgebiete
Labyrinthdichtungen finden sich als Förderraum- und Wellenabdichtung in Prozessgas- und Schraubenverdichtern, Drehkolbengebläsen, Turbomaschinen und Lagergehäusen, überall dort, wo hohe Drehzahlen, Temperaturen oder Trockenlauf eine berührende Dichtung ausschließen. Einen Überblick über alle Bauarten gibt die Seite Wellendichtungen.
Fachlicher Hinweis: Spaltweite, Stufenzahl und Werkstoff werden für jede Anwendung aus Druck, Temperatur, Medium und Drehzahl ausgelegt. Wir dimensionieren die Dichtung gemeinsam mit Ihnen.