Strukturmechanische Untersuchung von Turbinenscheiben mit integrierten Wärmerohren

Ausgehend von einem temperaturabhängigen Materialmodell werden die Einflüsse von Wärmerohren auf das Temperatur- und Spannungsfeld einer Turbinenscheibe mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode aufgezeigt. Das Wärmerohr ist als Festkörper mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit modelliert. Es werden an einer Ringscheibe sowohl die geometrischen Einflüsse, wie unterschiedliche Wärmerohrlängen und Wärmerohrdurchmesser, als auch die Einflüsse verschiedener Randbedingungen, wie die vorherrschende Scheibenkühlung und der Wärmeeintrag am Scheibenrand, untersucht. Die durch die Wärmerohrkavität ausgelösten Kerbspannungen und Spannungsüberhöhungen werden lokalisiert, klassifiziert und durch konstruktive Möglichkeiten minimiert. Auch der Einfluss des Wärmerohrbetriebsdruckes auf die Scheibe wird evaluiert. Des Weiteren werden vereinfachte Flugzyklen zur Untersuchung der transienten Temperaturspannungen simuliert und mit Hilfe des Schädigungsparameters nach Smith, Watson und Topper eine Lebensdauerberechnung hinsichtlich Kurzzeitermüdung durchgeführt. Abschließend werden die Potenziale der Konfiguration in Bezug auf eine Reduktion der Kriechschädigung dargelegt.