CH669976A5

CH669976A5 -

Info

Publication number: CH669976A5
Application number: CH4702/85A
Authority: CH
Inventors: Robert Weidner
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1989-04-28
Also published as: IL76660A0; DE3537044C2; JPS61157704A; GB2169037B; IT1186037B; US4650395A; GB2169037A; CA1235070A; FR2575224A1; IT8522684A0; SE458624B; GB8524592D0; SE8505156L; DE3537044A1; JPH0689654B2; SE8505156D0; IL76660A; FR2575224B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kühlbares, bogenförmiges Wandsegment zum Begrenzen eines Arbeitsmediumströmungsweges in einer Rotationsmaschine, insbesondere im Turbinenteil eines Gasturbinentriebwerks, nach dem Oberbegriff des Anspru-55 ches 1. Die Erfindung wurde zwar während Arbeiten auf dem Gebiet der Axialgasturbinentriebwerke gemacht, sie findet jedoch auch Anwendung auf anderen Gebieten, bei denen umlaufende Maschinen benutzt werden.

Ein Axialgasturbinentriebwerk hat typisch einen Verdich-60 tungsabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg für Arbeitsmedium-gase erstreckt sich axial durch diese Abschnitte des Triebwerks. Eine Stator- oder Leitradbaugruppe erstreckt sich um den ringförmigen Strömungsweg, um die Arbeismediumgase zu dem Strö-65 mungsweg zu leiten und auf diesen zu beschränken.

Wenn die Gase auf dem Strömungsweg strömen, werden sie in dem Verdichtungsabschnitt unter Druck gesetzt und in dem Verbrennungsabschnitt mit Brennstoff verbrannt, wodurch den

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Gasen Energie zugeführt wird. Die heissen, unter Druck stehenden Gase expandieren in dem Turbinenabschnitt, um nutzbare Arbeit zu erzeugen. Ein Hauptteil dieser Arbeit wird als Ausgangsleistung benutzt, beispielsweise zum Antreiben einer Freifahrturbine oder zum Erzeugen von Schub für ein Flugzeug.

Ein verbleibender Teil der durch den Turbinenabschnitt erzeugten Arbeit wird nicht als Ausgangsleistung benutzt. Stattdessen wird dieser Teil der Arbeit innerhalb des Verdichtungsabschnitts des Triebwerks zum Verdichten der Arbeitsmediumgase benutzt. Das Triebwerk ist mit einer Rotor- oder Laufradbaugruppe zum Übertragen dieser Arbeit von dem Turbinenabschnitt auf den Verdichtungsabschnitt versehen. Die Rotorbaugruppe hat Kränze von Laufschaufeln in dem Turbinenabschnitt zum Empfangen von Arbeit aus den Arbeitsmediumgasen. Die Laufschaufeln haben Flügelprofilteile, welche sich nach aussen über den Arbeitsmediumströmungsweg erstrecken und in bezug auf die ankommende Strömung abgewinkelt sind, um Arbeit aus den Gasen zu empfangen und die Rotorbaugruppe um die Drehachse anzutreiben. Die Statorbaugruppe hat Kränze von Leitschaufeln, die sich-einwärts über den Arbeitsmediumströmungsweg zwischen den Kränzen von Laufschaufeln erstrecken. Die Leitschaufeln leiten die ankommende Strömung unter einem gewünschten Winkel zu den Laufschaufeln.

Die Statorbaugruppe weist weiter ein äusseres Gehäuse und Kränze von Wandsegmenten auf, die an dem äusseren Gehäuse befestigt sind und sich umfangsmässig um den Arbeitsmediumströmungsweg erstrecken. Die Wandsegmente sind an dem Arbeitsmediumströmungsweg angeordnet, um die Arbeitsmediumgase auf den Strömungsweg zu beschränken. Diese Wandsegmente haben radiale Flächen, die gegenseitigen Umfangsabstand aufweisen, so dass zwischen ihnen ein Spalt Cg vorhanden ist. Dieser Spalt ist vorgesehen, um Änderungen im Durchmesser des Kranzes von Wandsegmenten aufgrund von Betriebsbedingungen des Triebwerks aufzunehmen, wenn das äussere Gehäuse erhitzt wird und sich ausdehnt oder abgekühlt wird und sich zusammenzieht.

Ein Beispiel eines Kranzes von Wandsegmenten ist eine äussere Luftabdichtung. Die äussere Lufitabdichtung ist Teil der Statorbaugruppe des Triebwerks und besteht typisch aus mehreren bogenförmigen Dichtsegmenten. Die äussere Luftabdichtung umgibt die Laufschaufeln, um die Arbeitsmediumgase auf den Strömungsweg zu beschränken. Die Statorbaugruppe weist weiter ein Triebwerksgehäuse, wie beispielsweise ein äusseres Gehäuse, und ein einzelnes Gebilde, wie beispielsweise einen stromaufwär-tigen Halter und eine stromabwärtigen Halter, zum Abstützen der Dichtsegmente der äusseren Luftabdichtung an dem äusseren Gehäuse auf. Die Dichtsegmente erfassen diese Halter mit einem Paar Flanschen. Das äussere Gehäuse und die Halter positionieren die Dichtsegmente in unmittelbarer Nähe der Laufschaufeln, um die Leckage der Gase vorbei an den Spitzen der Laufschaufeln zu blockieren. Die nach innen weisenden Oberflächen der Dichtsegmente sind gewöhnlich aus einem abschleifbaren Material gebildet, damit die Dichtsegmente während des Betriebes mit den Spitzen der Laufschaufeln in Reibkontakt kommen können. Als Ergebnis ihrer Anordnung an dem Strömungsweg sind die Oberflächen der Segmente und die Segmente selbst mit den heissen Arbeitsmediumgasen in innigem Kontakt und empfangen Warme aus den Gasen. Die Segmente werden gekühlt, um die Temperatur der Segmente innerhalb zulässiger Grenzen zu halten.

Ein Beispiel einer äusseren Luftabdichtung, die aus Segmenten gebildet ist, ist in der US-PS 3 583 824 beschrieben. Gemäss dieser US-Patentschrift wird eine äussere Luftabdichtung benutzt, die mit einem stromaufwärtigen Flansch 44 und einem stromabwärtigen Flansch 46 einen Halter erfasst. Kühlluft strömt in einen Hohlraum, der sich umfangsmässig um die äussere Luftabdichtung zwischen der äusseren Luftabdichtung und einem Triebwerksgehäuse erstreckt. Eine Dichtungsvorrichtung in Form einer Prall- oder Leitplanke erstreckt sich umfangsmässig um die äussere Luftabdichtung, um dazwischen einen Prallufthohlraum 58 zu begrenzen. Mehrere Löcher erstrecken sich durch die Prallplatte, um die Kühlluftströmung durch die Prallplatte genau zu dosieren und durch den Prallufthohlraum 58 hindurch gegen die äussere Oberfläche 59 des Dichtsegments zu leiten. Diese Kühlung erzeugt einen grossen Temperaturgradienten zwischen der äusseren Oberfläche 59 und der Oberfläche des abschleifbaren Materials an dem Arbeitsmediumströmungsweg. Die Luft wird dann in dem Prallufthohlraum gesammelt. Die Kühlluft wird aus dem Prallufthohlraum über mehrere axiale Durchlässe 66 in dem stromabwärtigen Haken 46 abgegeben, um einen kontinuierlichen Fluidstrom durch die Platte und den Prallufthohlraum zu erzeugen. Diese Kühlluft dient zur Konvektionskühlung des Randbereiches der äusseren Luftabdichtung, wenn sie durch die Kammer 64 hindurchgeht. Ein weiteres Beispiel einer kühlbaren äusseren Luftabdichtung bildet den Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 678 518, vom 5. Dezember 1984 in Anspruch genommen worden ist.

Das abschleifbare Material auf der äusseren Luftabdichtung muss den Reibkontakt der Laufschaufeln zulassen, ohne dass die Laufschaufeln und die äussere Luftabdichtung beschädigt werden. Darüber hinaus muss das abschleifbare Material die aggressive Umgebung des Turbinenabschnitts des Triebwerks aushalten. Repräsentative abschleifbare Dichtstege und -materialien sind in den US-Patentschriften 3 817 719, 3 879 831, 3 918 925 und

3 936 656 beschrieben.

Ein attraktives Material für die abschleifbare Oberfläche der äusseren Luftabdichtung ist ein keramisches Deckmaterial. Keramische Deckmaterialien sind erwünscht, weil sie die hohe Temperatur in Gasturbinentriebwerken vertragen. Darüber hinaus sind kleinere Mengen an Kühlluft erforderlich, um die Dichtvorrichtung zu schützen, was eine vorteilhafte Auswirkung auf die Triebwerkleistung hat. Die Dauerhaftigkeit von solchen Vorrichtungen wird jedoch durch thermische Wechselbeanspruchung des Dichtsegments in dem Gasturbinentriebwerk, die zum Reissen und Abblättern der Keramik und sogar zum Trennen der Keramik von dem Metall fuhren kann, nachteilig beeinflusst. Beispiele verbesserter Dichtungen, die eine Keramikdeckoberfläche mit guter Wärmestossbeständigkeit haben, sind in den US-Patentschriften

4 289 446 und 4 109 003 beschrieben. Trotzdem wird weiterhin versucht, die Dauerhaftigkeit von solchen Dichtsegmenten zu steigern, um Dichtsegmente zu schaffen, die eine längere Lebensdauer haben.

Demgemäss suchen Wissenschaftler und Ingenieure, Dichtsegmente zu entwickeln, bei denen Keramikmaterial zur Bildung einer abschleifbaren Fläche benutzt und die ein Substrat haben, welches das Keramikmaterial trägt, und durch herkömmliche Techniken in einem Gasturbinentriebwerk gehaltert sind.

Die Fähigkeit des keramischen Deckmaterials, Wärmestösse (starke thermische Wechselbeanspruchungen) mit grossen Temperaturgradienten auszuhalten, ist eine starke Funktion der Substratdicke, und zwar wegen der Beanspruchung, die sie in der Keramikstruktur hervorruft. Diese Beanspruchung wird als Ergebnis der Fehlanpassung zwischen den Koeffizienten der Wärmeausdehnung und den Elastizitätsmodulen des Keramikmaterials un dem Substratmaterial erzeugt, wenn die Materialien den unterschiedlichen Temperaturen ihrer Betriebshüllkurve ausgesetzt sind. Die Substratdicke wird durch das Vorhandensein von Flanschen wirksam gesteigert, welche von der kühlbaren Seite des Dichtsegments vorstehen, wie beispielsweise die Flansche, mit denen das Dichtsegment die Haltevorrichtung erfasst. Diese Flansche haben eine lokale versteifende Auswirkung (in dem Bereich der Flansche) und eine Gesamtauswirkung (über die gesamte Breite des Wandsegmentes) auf die Dicke, das heisst die Steifheit des Wandsegmentes. Die Flansche vergrössern daher die Spannungen und verringern die Fähigkeit der Dichtung, maximale Wärmegradienten auszuhalten.

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Die gesamte effektive Dicke (Steifheit) dient als Messwert fur die versteifende Auswirkung der Flansche über die gesamte Breite des Wandsegmentes. Die lokale effektive Dicke (Steifheit) dient als Messwert für die versteifende Auswirkung der Flansche an den lokalen oder örtlichen Stellen der Flansche. Es ist demgemäss wichtig, die Auswirkung zu berücksichtigen, die diese Flansche auf die gesamte effektive Dicke des Substrats und auf die lokale effektive Dicke des Substrats haben.

Bei dem erfindungsgemässen Wandsegment, wie es in Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, ist jeder Flansch in seiner der Umfangsrichtung entsprechenden Längsrichtung durch eine oder mehrere Einschnitte unterbrochen, die sich von dem Teil des Hansches aus, der von der zweiten Oberfläche am weitesten entfernt ist, nach innen erstreckt bzw. erstrecken, um die versteifende Auswirkung zu verringern, die die Flansche auf die gesamte effektive Dicke des Substrats und auf die lokale effektive Dicke des Substrats haben.

Gemäss einer Ausführungsform hat jeder Flansch einen ersten Abschnitt, der an dem Substrat befestigt ist und eine Durchgangsöffnung aufweist, und einen zweiten Abschnitt, der sich parallel zu dem Substrat erstreckt und in der Längsrichtung durch einen Schlitz, welcher sich zu der Öffnung in dem ersten Abschnitt erstreckt, vollständig unterbrochen ist.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Fähigkeit des Dichtsegments, einen Sprungfunktionswärmegradienten besser auszuhalten als das gleiche bogenförmige Dichtsegment, das durchgehende Flansche hat, was das Ergebnis der gesamten effektiven Dicke und der lokalen effektiven Dicke des Hansches ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Zeitschwingfestigkeit des Dichtsegments, die aus den reduzierten Spannungen resultiert, welche bei den longitudinal unterbrochenen Hanschen auftreten, im Vergleich zu dem gleichen bogenförmigen Segment, das longitudinal durchgehende Hansche hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Hg. 1 eine Längsschnittansicht eines Teils einer Axialströmungsmaschine, die einen Teil eines Turbinenabschnitts 12 und eine Drehachse Ar des Triebwerks zeigt,

Hg. 2 eine perspektivische Teilabschnittansicht einer bekannten Konstruktion,

Hg. 3 eine Ansicht insgesamt nach der Linie 3-3 in Hg. 1, wobei Teile eines äusseren Halters weggebrochen worden sind, um die Vorderseite von zwei benachbarten bogenförmigen Dichtsegmenten sichtbar zu machen,

Hg. 4 eine perspektivische Teilansicht des in Hg. 3 gezeigten Dichtsegments,

Hg. 5 eine weitere Ausführungsform des Dichtsegments nach Hg. 4, wobei Teile einer durchgehenden Wand 38 entfernt worden sind,

Hg. 6 noch eine weitere Ausführungsform des Dichtsegments nach Hg. 4,

Hg. 7 ein Diagramm des akzeptablen maximalen Wärmegradienten über der effektiven Dicke des Substrats des Dichtsegments,

Hg. 8 ein Diagramm der normierten Spannungswerte für ein bogenförmiges Dichtsegment des in Fig. 4 gezeigten Typs längs eines Axialprofils, um die Auswirkung der lokalen effektiven Dicke auf die Spannung zu zeigen, und

Hg. 9 ein Diagramm der normierten Spannungswerte bei einem bogenförmigen Dichtsegment des in Hg. 4 gezeigten Typs längs eines Umfangprofils, um die Auswirkung der gesamten effektiven Dicke auf die Spannung zu zeigen.

Hg. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Axialgasturbinentriebwerks 10, die einen Teil eines Turbinenabschnitts 12 und eine Drehachse Ar des Triebwerks zeigt. Der Turbinenabschnitt enthält einen ringförmigen Strömungsweg 14 für Arbeitsmediumgase, der um die Drehachse Ar angeordnet ist. Eine Statorbaugruppe 16

begrenzt den Arbeitsmediumströmungsweg 14. Die Statorbaugruppe 16 weist ein äusseres Gehäuse 18 auf. Das äussere Gehäuse 18 erstreckt sich in Umfangrichtung um den Arbeitsmediumströmungsweg 14. Mehrere Laufschaufeln, die durch die ein-5 zelnen Laufschaufeln 22 dargestellt sind, erstrecken sich radial nach aussen über den Arbeitsmediumströmungsweg 14 bis in die unmittelbare Nähe des äusseren Gehäuses 18.

Ein Statorgebilde, das aus mehreren bogenförmigen Wandsegmenten gebildet ist, die durch das einzelne bogenförmige io Wandsegment 24 dargestellt sind, erstreckt sich um eine Achse Ae und begrenzt den ringförmigen Strömungsweg 14. In der gezeigten Ausführungsform bilden die bogenförmigen Dichtsegmente 24 eine äussere Luftabdichtung 26, welche die Spitzen der Laufschaufeln 22 umgibt. Die äussere Luftabdichtung 26 ist von |5 den Laufschaufeln 22 durch einen variablen Spalt Cr radial getrennt, der die Relativradialbewegung zwischen der Laufschaufel und der äusseren Luftabdichtung aufnimmt. Die äussere Luftabdichtung 26 ist in radialem Abstand einwärts von dem äusseren Gehäuse 18 angeordnet, so dass zwischen ihnen ein sich in 20 Umfangsrichtung erstreckender Hohlraum 28 vorhanden ist.

Jedes bogenförmige Dichtsegment 24 hat einen stromaufwärtigen Hansch 30 und einen stromabwärtigen Hansch 32. Diese Hansche haben axialen Abstand voneinander und erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Dichtsegment 24. Das Dichtseg-25 ment 24 erfasst mit diesen Hanschen einen stromaufwärtigen Halter 34 und einen stromabwärtigen Halter 36, welche sich von dem äusseren Gehäuse 18 aus nach innen erstrecken. Die Halter 34, 36 sind an dem äusseren Gehäuse 18 befestigt, um die äussere Luftabdichtung 26 in radialer Richtung um die Laufschau-30 fein 22 abzustützen und zu positionieren. Jeder Halter 34, 36 kann in Segmente geteilt sein, um die Umfangsfestigkeit des Halters zu reduzieren. Hexible Dichtungen 37 sind zwischen jedem Segment und dem Kranz von Segmenten angeordnet. Jedes bogenförmige Segment erfasst mit einer durchgehenden Wand 38 35 an dem stromaufwärtigen Hansch und mit einer durchgehenden Wand 39 an dem stromabwärtigen Hansch seine zugeordnete Dichtung.

Eine stromaufwärtige Schiene 40 erstreckt sich an dem stromaufwärtigen Halter 34 in Umfangsrichtung um das äussere 40 Gehäuse 18. Eine stromabwärtige Schiene 42 erstreckt sich an dem stromabwärtigen Halter 36 in Umfangsrichtung um das äussere Gehäuse 18. Eine Einrichtung für aufprallende Kühlluft in Form eines Kühlluftsrohres 46 und eines Kühlluftrohres 48 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Schienen 40,42. Die 45 Rohre 46,48 sind mit einer Kühlluftquelle (nicht dargestellt) in Strömungsverbindung und lassen über Löcher 52 Kühlluft auf die Schienen prallen.

Ein erster Strömungsweg 54 für Kühlluft erstreckt sich innerhalb des äusseren Gehäuses 18. Der erste Strömungsweg 54 wird 50 durch das äussere Gehäuse 18 begrenzt und erstreckt sich ausserhalb des Arbeitsmediumströmungsweges 14 durch das Triebwerk. Der erste Strömungsweg 54 erstreckt sich zwischen der äusseren Luftabdichtung 26 und dem äusseren Gehäuse 18 in den Hohlraum 28. Ein Prallblech oder eine Prallplatte 56, die sich in 55 Umfangsrichtung erstreckt, ist zwischen der äusseren Luftabdichtung 26 und dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Halter 34 bzw. 36 eingeschlossen. Die Prallplatte begrenzt den Hohlraum 28 und hat radialen Abstand von der äusseren Luftabdichtung 26, wodurch ein zweiter Hohlraum 58 gebildet ist. Ein 60 zweiter Strömungsweg 60 für Kühlluft erstreckt sich axial und in Umfangsrichtung unter der äusseren Luftabdichtung 26 in dem zweiten Hohlraum 58. Mehrere Prallöcher 62 in der Prallplatte 56 bringen den ersten Strömungsweg 54 in Strömungsverbindung mit dem zweiten Strömungsweg 60 und ermöglichen der Kühlluft, 65 auf die äussere Oberfläche 64 der äusseren Luftabdichtung 26 zu prallen.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht, die eine bekannte äussere Luftabdichtung 26a zeigt, welche aus mehreren Dichtseg-

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menten 24a besteht. Wegen der grundsätzlichen Ähnlichkeiten im Aufbau zwischen der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion und der Erfindung werden die gleichen Bezugszahlen für beide benutzt, wobei den in Fig. 2 benutzten Bezugszahlen jeweils der Buchstabe «a» hinzugefügt ist.

Das bogenförmige Dichtsegment 24a hat ein metallisches Substrat 66a mit einem vorderen Rand 68a und einem hinteren Rand 70a, die sich umfangsmässig um das Segment erstrecken. Eine nach innen weisende gekrümmte Oberfläche 72a und eine nach aussen weisende gekrümmte Oberfläche 74a erstrecken sich axial zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand. Die gekrümmte Oberfläche 72a erstreckt sich umfangsmässig um eine Achse Asm, und die gekrümmte Oberfläche 74a erstreckt sich umfangsmässig um eine Achse A'sm, welche in der gezeigten Ausfuhrungsform zusammenfallen. Ein keramisches Deckmaterial 76a, das eine Keramikdeckoberfläche 78a hat, bildet eine gekrümmte Dichtfläche, die sich umfangsmässig um die Achse Age erstreckt. Das keramische Deckmaterial ist auf dem Substrat auf in der US-PS 4 289 446 beschriebene Weise befestigt, auf die bezüglich näherer Einzelheiten auch hinsichtlich des Materials verwiesen wird. Gemäss dieser US-Patentschrift weist das keramische Deckmaterial eine poröse metallische Unterlage 82 und einen Unterlegüberzug 84 auf, mit dem die Unterlage 82 zum Befestigen des keramischen Deckmaterials an dem Substrat getränkt ist.

Der stromaufwärtige Flansch 30a und der stromabwärtige Flansch 32a bilden ein Flanschpaar, das an dem Substrat befestigt ist. Diese Flansche erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Substrat und haben axialen Abstand voneinander. Jeder Flansch hat eine longitudinale Länge L, gemessen längs einer Bezugsoberfläche, die zu der nach aussen weisenden Oberfläche 74a des Substrats im wesentlichen parallel ist. Der stromaufwärtige Flansch 30a hat einen ersten Abschnitt 86a, welcher sich von dem Substrat 66a nach aussen erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 88a, der sich von dem ersten Abschnitt 86a zu dem vorderen Rand 68a erstreckt. Der zweite Abschnitt 88a hat durch den ersten Abschnitt 86a radialen Abstand von dem Substrat 66a, so dass eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 90a dazwischen vorhanden ist. Der stromabwärtige Flansch 32a hat einen ersten Abschnitt 92a, der sich von dem Substrat 66a nach aussen erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 94a, der sich axial zu dem hinteren Rand 70a erstreckt/Der zweite Abschnitt 94a hat durch den ersten Abschnitt 92a radialen Abstand von dem Substrat 66a, so dass eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 96a dazwischen vorhanden ist. Die genuteten Flansche ermöglichen dem Dichtsegment, den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Halter 34 bzw. 36 zu erfassen.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des bogenförmigen Dichtsegments 24 nach der Linie 3-3 in Fig. 1. Teile des benachbarten feststehenden Aufbaus sind weggebrochen worden, um den stromaufwärtigen Flansch 30 des Dichtsegments sichtbar zu machen.

Das keramische Deckmaterial 76 hat eine Dicke Tfm, die in dem Bereich von 3,05 bis 5,08 mm liegt, und besteht hauptsächlich aus einem hochschmelzenden Oxid und Kombinationen von hochschmelzenden Oxiden, wie beispielsweise Zr02 (Zirkoniumoxid), AL2O3 (Aluminiumoxid), MgAl204 (Spinell) und 3A1203 x 2 Si02 (Mullit). Das keramische Deckmaterial hat eine keramische Oberflächenschicht 98 und eine Keramik/Metall-Zwischen-schicht 102 mit einer zugeordneten Verbindungsschicht 104. Das Metall, das in der Keramik/Metall-Zwischenschicht benutzt wird, kann eine Legierung sein, die aus einem Metall mit Chrom, Aluminium und Yttrium (MCrAlY) gebildet ist, wobei Kobalt das bevorzugte Metall ist (CoCrAlY). Das keramische Deckmaterial hat einen Elastizitätsmodul, der sich mit der Temperatur und der Zusammensetzung der Keramikschichten von über 21 000 MPa (3xl06 psi) bei Raumtemperatur bis unter 14000 MPA (2xl06 psi) bei Temperaturen über 1316°C (2400 °F), und die Zwischenschicht 102 hat einen Elastizitätsmodul von etwa 63000 MPa (9xl06 psi) bei Raumtemperatur bis unter 28 000 MPa (4xl06 psi} bei Temperaturen von etwa 815°C(1500°F).

Ebenso wie das in Fig. 2 gezeigte bogenförmige Dichtsegment 24a hat das bogenförmige Dichtsegment 24 ein metallisches Substrat 66, einen stromaufwärtigen Flansch 30 und einen stromabwärtigen Flansch 32 (nicht dargestellt). Das Substrat 66 hat eine mittlere Dicke Ts, die sich zwischen der nach innen weisenden, gekrümmten Oberfläche 72 und der nach aussen weisenden gekrümmten Oberfläche 74 erstreckt. Der stromaufwärtige Flansch 30 und der stromabwärtige Flansch 32 können sich etwas unterscheiden und etwas unterschiedliche radiale, longitudinale und axiale Längen sowie einen unterschiedlichen Abstand zwischen Teilen von sich haben. Trotzdem werden beide Flansche vorzugsweise auf hier beschriebene Weise gebildet. Es wird zwar nur auf den stromaufwärtigen Flansch Bezug genommen, die in den Fig. 3-7 gezeigten Ausführungsformen sind jedoch sowohl für den stromaufwärtigen als auch für den stromabwärtigen Flansch 30 bzw. 32 exemplarisch.

Der in Fig. 3 gezeigte Flansch 30 hat eine longitudinale Länge L längs einer Bezugsfläche, die sich im wesentlichen parallel zu der äusseren Oberfläche 74 des Substrats 66 erstreckt. Die Bezugsfläche könnte sich exakt parallel zu dieser Oberfläche erstrecken, aber weil es geringfügige Diskontinuitäten in der Oberfläche gibt, ist die Referenzfläche im wesentlichen parallel zu ihr und ist eine glatte Oberfläche. Der erste Abschnitt 86 des Flansches 30 erstreckt sich von dem Substrat 66 nach aussen und hat eine Breite Wj (vgl. Fig. 1) und eine Dicke T^ Der Hansch 30 ist mit Einschnitten versehen, die durch die Öffnungen 108 in dem ersten Abschnitt 86 und die Schlitze 110 in dem zweiten Abschnitt gebildet werden. Eine oder mehrere Öffnungen 108 erstrecken sich durch die gesamte Breite W] des ersten Abschnitts 86. In der Summe erstrecken sich diese Öffnungen gemeinsam über ein Stück der Bezugsfläche, das grösser oder gleich 40% der Länge L ist, um die longitudinale Kontinuität des ersten Abschnitts 86 zu unterbrechen. Der zweite Abschnitt 88, der sich von dem ersten Abschnitt 86 aus axial in der Richtung des vorderen Randes erstreckt, ist um den ersten Abschnitt radial von dem Substrat 66 entfernt, so dass dazwischen die sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 90 verbleibt. Der zweite Abschnitt 88 hat eine Breite W2 (vgl. Fig. 1) und eine Dicke T2. Ein Schlitz 110 an jeder Öffnung erstreckt sich durch die gesamte Breite W2 des zweiten Abschnitts 88 und die Dicke T2 des zweiten Abschnitts zu der Öffnung in dem ersten Abschnitt 86.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Ausführungsform nach Fig. 3. Der erste Abschnitt 86 des stromaufwärtigen Flansches 30, der sich von der nach aussen weisenden-Oberfläche 74 aus nach aussen erstreckt, weist einen ersten Bereich 114 und einen zweiten Bereich 116 auf. Der erste Bereich 114 erstreckt sich von der nach aussen weisenden Oberfläche 74 des Substrats 66 aus um eine Strecke Tu nach aussen, die das Doppelte der mittleren Dicke Ts des Substrats 66 ist. Der zweite Bereich 116 ertreckt sich von dem ersten Bereich 114 aus und hat eine Breite W! und eine Dicke T12. Die Öffnungen 108 erstrecken sich durch die gesamte Breite des ersten Abschnitts 86 in dem zweiten Bereich 116 und über ein Stück der Bezugsfläche, das grösser als oder gleich 40% der Länge L der Bezugsfläche ist, um die longitudinale Kontinuität des ersten Abschnitts 86 zu unterbrechen. Die Öffnungen 108 lassen einen Spalt G zwischen benachbarten Teilen des ersten Abschnitts 86.

Der erste Bereich 114 des ersten Abschnitts 86 hat die Wand 38, die aus longitudinal durchgehendem Material gebildet ist. Die Wand 38 erstreckt sich von dem Substrat 66 aus über eine Strecke, die kleiner als die Dicke Tn des ersten Bereiches 114 ist. Die genannte Strecke könnte jedoch auch gleich der Dicke Tu bemessen sein (nicht dargestellt). Die Wand 38 hat eine Breite W; in den Teilen des ersten Bereichs 114, die sich zwischen dem Substrat 66 und den ununterbrochenen Teilen des zweiten Berei-

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Der zweite Abschnitt 88 hat einen ersten Bereich 118, benachbart zu dem ersten Abschnitt 86, und einen zweiten Bereich 122, welcher sich von dem ersten Bereich aus axial erstreckt. Der zweite Abschnitt 88 hat eine Gesamtbreite W2, welche gleich der Summe der Breite dieser Bereiche ist. Der Schlitz 110 lässt einen Spalt GL zwischen benachbarten Teilen des zweiten Abschnitts 88 in dem zweiten Bereich und einen Spalt Gl' zwischen benachbarten Teilen des zweiten Abschnitts in dem ersten Bereich 118, der grösser als der oder gleich dem Spalt Gl ist (Gl' > Gl). In der dargestellten Ausführungsform ist der Spalt G in dem ersten Abschnitt 86 gleich dem Spalt Gl'.

Hg. 5 zeigt eine andere Ausführungsform als in Fig. 4, bei der die Wand 38 beseitigt ist. Dieser Typ von Konstruktion ist der in Hg. 4 gezeigten Konstruktion vorzuziehen, weil die Wand die effektive Dicke des Substrats im Vergleich zu den Konstruktionen, die keine Wand haben, vergrössert. Die Wand bildet jedoch eine Dichtfläche, an der das Dichtsegment 37 besser anliegt. Gemäss der gestrichelten Darstellung in Hg. 4 könnte die Öffnung 108 einen kleinen Schlitz aufweisen, der sich einwärts zu dem Substrat 66 erstreckt.

Hg. 6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Dichtsegments nach Hg. 4, bei der der Schlitz 110 einen Spalt GL" hat und jede Öffnung in dem ersten Abschnitt 86 einen Spalt zwischen benachbarten Teilen des ersten Abschnitts bildet, der die gleiche Grösse wie der Spalt Gl" hat. Während des Betriebes des Gasturbinentriebwerks 10, das in Hg. 1 gezeigt ist, strömen Kühlluft und heisse Arbeitsmediumgase in den Turbinenabschnitt 12 des Triebwerks. Die heissen Arbeitsmediumgase strömen längs des ringförmigen Strömungsweges 14. Kühlluft strömt auf dem ersten Strömungsweg 54 und tritt in den Turbinenabschnitt ausserhalb des Arbeitsmediumströmungsweges ein. Die Bestandteile des Turbinenabschnitts, zu denen das äussere Gehäuse 18, die äussere Luftabdichtung 26 und der stromaufwärtige und der stromabwärtige Halter 34 bzw. 36 für die äussere Luftabdichtung gehören, werden durch die heissen Arbeitsmediumgase erhitzt und durch die Kühlluft gekühlt.

Diese Teile des Triebwerks sprechen thermisch unterschiedlich auf das Erwärmen durch die Arbeistmediumgase und das Kühlen durch die Kühlluft an. Faktoren, welche ihr thermisches Ansprechen nachteilig beeinflussen, umfassen die Wärmekapazität der Teile und das Ausmass, in welchem die Teile den heissen Gasen und der Kühlluft ausgesetzt sind. Beispielsweise befinden sich Teile wie die äussere Luftabdichtung 26 und der stromaufwärtige sowie der stromabwärtige Halter 34, 36 näher bei dem Arbeitsmediumströmungsweg 14 als das äussere Gehäuse 18. Darüber hinaus haben die äussere Luftabdichtung 26 sowie der stromaufwärtige und der stromabwärtige Halter 34, 36 eine Wärmekapazität, die kleiner als die des äusseren Gehäuses 18 ist. Infolgedessen sprechen die äussere Luftabdichtung 26 und der stromaufwärtige und der stromabwärtige Halter 34, 36 schneller auf Änderungen in der Gaswegtemperatur an als das äussere Gehäuse 18. Eine Zunahme der Temperatur der heissen Arbeitsmediumgase, zu der es beispielsweise während der Beschleunigung und des Anlaufs kommt, bewirkt, dass sich die äussere Luftabdichtung 26 und die Halter 34, 36 ausdehnen, wodurch die Umfangsspalte Cg zwischen den benachbarten bogenförmigen Dichtsegmenten 24, die vorgesehen sind, um eine zerstörerische Berührung zwischen den Dichtsegmenten zu vermeiden, verkleinert werden.

Diese Temperaturzunahmen, die beispielsweise während der Beschleunigung und des Anlaufs auftreten, können grosse Wärmegradienten in der äusseren Luftabdichtung 26 zwischen der inneren Oberfläche 78 der äusseren Luftabdichtung und der äusseren Oberfläche 74 des Substrats 66 verursachen.

Dieses plötzliche Aufprägen des Temperaturgradienten wird als Wärmestoss bezeichnet. Der Wärmestoss ist bedeutsam, und zwar wegen Inkompatibilitäten zwischen dem Substrat 66 und der Keramikschicht, die hauptsächlich durch Differenzen zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Deckmaterialien und durch Differenzen zwischen den Elastizitätsmoduln der beiden Materialien über der thermischen Hüllkurve verursacht werden, welcher das Dichtsegment 24 während seiner Lebensdauer ausgesetzt ist. Beispielsweise ist das Dichtsegment 24 nicht nur der Betriebsumgebung eines Gasturbinentriebwerks ausgesetzt, sondern auch einer völig anderen Umgebung während langer Zeitspannen bei Umgebungsdruck und -tempera-tur, bevor es in das Triebwerk eingebaut wird, und während Zeitspannen, in denen das Triebwerk nicht in Betrieb ist. Demgemäss müssen das Substrat und das aufgesprühte Material sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Betriebsbedingungen zusammenbleiben, bei denen das Substrat in dem Bereich von 537 bis 815 ° C arbeiten wird, während Teile der Oberflächenschicht eine Temperatur von 1647 °C überschreiten können.

Die Dicke des Substrats 66 und der Hansche 30, 32 haben einen merklichen Einfluss auf die Fähigkeit des bogenförmigen Dichtsegments 24, den Wärmestoss auszuhalten. Dieser Effekt wird durch Tests im Prüfstand und im Triebwerk veranschaulicht, welche darauf gerichtet sind, die Auswirkung der gesamten effektiven Dicke auf die Fähigkeit eines mit Keramik bedeckten bogenförmigen Dichtsegments, einen Wärmestoss auszuhalten, zu bestimmen. Diese Tests wurden unter Verwendung eines Prüfstandes ausgeführt, bei dem ein heisser Strahl von Gasen gegen die nach innen weisende Oberfläche 78 des Dichtsegments 24 gerichtet wurde. Die Temperatur der Oberfläche 78 des Dichtsegments wurde überwacht. Gleichzeitig prallte Kühlluft auf die nach aussen weisende Oberfläche 74 des Substrats 66 auf. Die Ergebnisse von einigen dieser Tests sind in Fig. 7 zusammengefasst dargestellt. Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des maximalen Wärmegradienten, der bewirkte, dass das bogenförmige Dichtsegment versagte, in Abhängigkeit von der effektiven Dicke des Substrats. Gemäss Fig. 7 nimmt die Fähigkeit der mit Keramik bedeckten äusseren Luftabdichtung 26, einen maximalen Wärmegradienten ohne Zerstörung ertragen zu können, mit abnehmender effektiver Substratdicke zu.

Wenn die Dicke des Substrats 66 relativ zu der Dicke des keramischen Deckmaterials zunimmt, vergrössert die Dickenzunahme die Fähigkeit des Substrats, Kräfte auszuüben, die aus Differenzen im Wärmeausdehnungskoeffizienten im Keramikmaterial und dem Substrat resultieren. Die effektive Dicke (und demgemäss die Fähigkeit des Substrats, Kräfte auszuüben) wird durch das Vorhandensein der Hansche vergrössert, die sich von dem Substrat 66 nach aussen erstrecken.

Diese Hansche 30, 32 haben eine lokale Auswirkung und eine Gesamtauswirkung auf ein Substrat gegebener tatsächlicher Dicke und veranlassen das Substrat, sich genau so zu verhalten wie ein Substrat grösserer Dicke, d.h., das Substrat hat eine effektive Dicke, die grösser ist als die tatsächliche Dicke, und zwar wegen des Vorhandenseins der Hansche. Diese gesamte effektive Dicke kann entweder analytisch oder experimentell gemessen werden. Eine experimentelle Lösung, die durchführbar ist, besteht darin, das Substrat als einen freitragenden Träger zu halten, indem ein Umfangsende an einem starren Halter befestigt und eine gleich-mässige Belastung auf das andere Umfangsende des Trägers ausgeübt wird. Das Messen der Durchbiegung (d.h. der Winkelbewegung des Trägers), die durch die Belastung verursacht wird, ermöglicht die Berechnung einer effektiven Dicke für den Träger, wenn der Träger so behandelt wird, als hätte er eine gleichförmige theoretische Dicke. Diese berechnete gleichförmige Dicke wird als gesamte effektive Dicke des bogenförmigen Dichtsegments bezeichnet. Eine weitere Lösung besteht darin, die Methode der Analyse finiter Elemente zu benutzen, um die gesamte effektive Dicke durch analytisches Nachbilden des Experiments mit dem

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freitragenden Träger zu berechnen.

Darüber hinaus haben die Flansche eine lokale Auswirkung, die zu einer lokalen Vergrösserung der Steifigkeit (oder der lokalen Dicke) des Substrats führt. Diese lokale Vergrösserung der Steifigkeit des Substrats verursacht Unterschiede in der Durchbie- 5 gung des Substrats zwischen zwei benachbarten Stellen des Substrats bei einem bestimmten Wärmegradienten. Weil die Keramik auf dem Substrat durch eine Verbindungsschicht befestigt ist,

erfahrt die Keramik unterschiedliche Durchbiegungen, denn sie muss den Durchbiegungen des Querschnitts folgen, mit dem sie 10 verbunden ist, und infolgedessen erfahrt jede Stelle in einer Schicht der Keramik unterschiedliche Spannungen. Durch Verwendung derselben Methode der fmiten Elemente zur Strukturanalyse kann die lokale effektive Dicke auch an dem Flanschabschnitt ausgewertet werden. Das erfolgt durch Nachbilden des 15 gesamten Flansches einschliesslich des Substrats bis zu derselben Breite wie die maximale Breite des Flansches.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm des Spannungswertes in dem keramischen Deckmaterial längs eines Axialschnittes durch zwei axialen Abstand aufweisende Hansche, welche sich von dem Substrat 20 nach aussen erstrecken, wenn die bogenförmigen Dichtsegmente auf Raumtemperatur sind. Druckspannungen sind negativ, und Zugspannungen sind positiv. Die Kurven sind normiert worden, indem sämtliche Spannungen durch die maximale Zugspannung dividiert worden sind. Die ausgezogene Kurve 1 zeigt die Span- 25 nungskonzentration, die durch die Hansche 30, 32 verursacht wird, welche keine Einschnitte haben, wie sie durch die Öffnungen 108 und die Schlitze 110 gebildet sind. Im Vergleich dazu zeigt die gestrichelte Kurve 2 die reduzierte Auswirkung der Hansche aufgrund der Schlitze und der Öffnungen gemäss der Aus- 30 führungsform nach Fig. 4 mit sowohl einer grossen Verringerung in der lokalen Variation der Spannungen als auch einer Verringerung in den gesamten Spannungen. Diese Verringerung im Spannungswert und in der Variation der Spannungen vergrössert die Lebensdauer des bogenförmigen Dichtsegments im Vergleich mit 35 Teilen, die die Schlitze und Öffnungen gemäss Fig. 4 nicht haben.

Hg. 9 zeigt den Wert der Spannungen für dieselben Konstruktionen, die in der Umfangsrichtung durch den Hanschquerschnitt analysiert worden sind. Sie gilt für den Arbeitspunkt maximaler Leistung des Triebwerks unter Bedingungen, bei denen der Über- 40 zug am schwächsten ist (seine geringste Festigkeit hat) und einem starken Wärmegradienten ausgesetzt ist. Ein bogenförmiges Dichtsegment mit Hanschen, die Schlitze haben, wie es in Fig. 4 -gezeigt ist, hat ebenfalls einen beträchtlich reduzierten Span669 976

nungswert in der Umfangsrichtung, wie es die Kurve 2 zeigt, im Vergleich zu dem Spannungsprofil eines bogenförmigen Dichtsegments, das die umfangsmässig durchgehenden Hansche hat, was in Fig. 1 gezeigt ist.

Basierend auf der experimentellen Arbeit, bei der Keramikmaterial benutzt worden ist, das aus hochschmelzenden Oxiden hergestellt worden ist, wird angenommen, dass ein äusseres Luftabdichtungssegment, das ein keramisches Deckmaterial der oben beschriebenen Art hat, mit Hanschen hergestellt werden kann, um die Benutzung von herkömmlichen Techniken zum Haltern des Segments in einem Gasturbinentriebwerk zu gestatten. Die Erfahrung zeigt, dass ein solches Dichtsegment einen Wärmestoss von 8150 C aushalten wird, ohne dass es zu einem Ausfall aufgrund des Hansches kommt, der die Vergrösserung der gesamten effektiven Dicke und der lokalen effektiven Dicke des Substrats ergibt, vorausgesetzt, dass gewisse Richtlinien eingehalten werden. Insbesondere sollte das Dichtsegment eine Keramikdeckschicht haben, die eine Dicke in dem Bereich von 3,05 bis 5,08 mm (0,120 bis 0,200 Zoll) hat, ein Substrat, das eine tatsächliche mittlere Dicke Ts hat, die in dem Bereich von 1,78 bis 2,54 mm (0,070 bis 0,100 Zoll) hat, die weniger als 25% grösser als die tatsächliche Dicke des Substrats ist; das heisst, das Segment hat einen Kennwert Coe der gesamten effektiven Dicke, der kleiner als oder gleich 1,25 ist (Coe < 1,25), wobei die gesamte effektive Dicke kleiner als das oder gleich dem 1,25-fachen der tatsächlichen Dicke des Substrats ist. Eine weitere Richtlinie betrifft die lokale Auswirkung der tatsächlichen Hanschdicke auf die effektive Dicke des Substrats. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die lokale effektive Dicke des Substrats kleiner als das 2,5-fache der tatsächlichen Dicke des Substrats sein sollte; d.h., der Kennwert der lokalen effektiven Dicke (C[e) sollte kleiner als oder gleich 2,5 sein (Qe < 2,5). Schliesslich sollte der erste Abschnitt 86 des Hansches keine maximale durchgehende lokale Dicke haben, die grösser als das Zweifache der Dicke des Substrats ist (d.h., der Hansch wird eine oder mehrere Öffnungen haben, deren innerste Oberfläche innerhalb dem Zweifachen der Dicke des Substrats ist); die Summe der Längen in der longitudi-nalen Richtung der Öffnungen in dem ersten Abschnitt 86 des Hansches ist wenigstens gleich 40% der Länge des Hansches, und zwar gemessen längs einer Bezugsfläche; und jede Öffnung in dem ersten Abschnitt 86 ist mit einer zweiten Öffnung in dem zweiten Abschnitt 88 des Hansches verbunden, die sich vollständig durch den zweiten Abschnitt des Hansches erstreckt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment zum Begrenzen eines Arbeitsmediumströmungsweges (14) in einer Rotationsmaschine, insbesondere im Turbinenteil eines Gasturbinentriebwerks, mit einem Substrat (66), das eine erste Oberfläche (72) aufweist, die in eine erste Richtung weist, und eine zweite Oberfläche (74), die in die entgegengesetzte Richtung weist, mit einem keramischen Deckmaterial (76), das an der ersten Oberfläche (72) befestigt ist und den Arbeitsmediumströmungsweg (14) begrenzt, und mit einem Paar Flanschen, die an der zweiten Oberfläche (74) des Substrats (66) befestigt sind und sich in Umfangsrichtung entlang des Substrats (66) erstrecken zur Halterung des Wandsegments (24) an einer Haltevorrichtung (34, 36), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flansch in seiner der Umfangsrichtung entsprechenden Längsrichtung durch eine oder mehrere Einschnitte (108, 110) unterbrochen ist, die sich von dem Teil des Flansches aus, der von der zweiten Oberfläche (74) am weitesten entfernt ist, nach innen erstreckt bzw. erstrecken, um die versteifende Auswirkung zu verringern, die die Flansche (30, 32) auf die gesamte effektive Dicke des Substrats (66) und auf die lokale effektive Dicke des Substrats (66) haben.
2. Wandsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flansch (30, 32) einen ersten Abschnitt (86) mit einer Breite (Wj) und einer Dicke (Ti) hat, der an dem Substrat (66) befestigt, radial ausgerichtet ist und sich von dem Substrat aus nach aussen erstreckt, dass jeder Flansch (30, 32) einen zweiten Abschnitt (88) mit einer Breite (W2) und einer Dicke (T2) hat, der sich von dem ersten Abschnitt (86) aus axial erstreckt und um einen ersten Bereich (114) des ersten Abschnitts (86) von dem Substrat (66) entfernt ist, so dass eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (90) gebildet ist und der erste Abschnitt (86) anschliessend an den ersten an das Substrat angrenzenden Bereich (114) einen zweiten Bereich (116) hat, und dass jeder der Einschnitte (108,110) sich durch den jeweiligen Flansch (30, 32) erstreckt und die Kontinuität des zweiten Abschnitts (88) in Umfangsrichtung des Wandsegments (24) vollständig unterbricht und sich in den ersten Abschnitt (86) erstreckt und die Kontinuität des ersten Abschnitts (24) in Umfangrichtung des Wandsegments unterbricht, wobei jeder Einschnitt eine Öffnung (108) aufweist, die sich durch die gesamte Breite (WO des ersten Abschnitts (86) erstreckt und einen Schlitz (110) aufweist, der durch die gesamte Breite (W2) und Dicke (T2) des zweiten Abschnitts (88) zu der Öffnung (108) verläuft.
3. Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (108) Spalte (G) zwischen den benachbarten Teilen des ersten Abschnitts (86) freilassen, wobei die Summen der Längen dieser Spalte (G), gemessen längs einer Bezugsoberfläche, die parallel zu der Oberfläche (74) des Substrats (66) ist, gleich oder grösser als 40% der Länge (L) des Flansches, gemessen längs dieser Oberfläche, ist.
4. Wandsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (66) mit den Flanschen (30, 32) eine gesamte effektive Dicke hat, die kleiner ist als das 1,25-fache der Dicke des Substrats zwischen der ersten und der zweiten'Oberfläche (72, 74), und eine lokale effektive Dicke, die kleiner ist als das 2,5-fache der Dicke des Substrats zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (72,74).
5. Wandsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Deckmaterial (76) ein hochschmelzendes Oxid enthält und eine Dicke hat, die in dem Bereich von 3,05 bis 5,08 mm liegt, dass das Substrat (66) eine Dicke (Ts) zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (72, 74) hat, die in einem Bereich von 1,78 bis 2,54 mm liegt, und dass das keramische Deckmaterial (76) eine keramische Deckflächenschicht (98) an dem Arbeitsmediumströmungsweg (14) hat und in der Lage ist, einen Wärmegradienten von wenigstens 815 ° C zwischen der keramischen Deckflächenschicht (98) und der Oberfläche (74) des Substrats (66), an der die Flansche (30, 32) befestigt sind, auszuhalten.
6. Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (108) sich von dem zweiten Bereich (116) wenigstens zum Teil längs der Dicke (Tu) des ersten Bereiches

5 (114) zu dem Substrat (66) erstrecken.
7. Wandsegment nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (108) sich über die geamte Dicke (Tu) des ersten Bereiches (114) des ersten Abschnitts (86) erstrecken.
8. Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, io dass der zweite Abschnitt (88) einen an den ersten Abschnitt angrenzenden ersten Bereich (118) und einen zweiten Bereich (122) hat, welch letzterer sich vom ersten Bereich (118) des zweiten Abschnittes (88) aus axial erstreckt, und dass wenigstens einer der Schlitze (110) in dem zweiten Abschnitt (88) so ausgebildet 's ist, dass ein Spalt (Gl) zwischen benachbarten Teilen des zweiten Abschnitts (88) in dessen zweitem Bereich (122) und ein Spalt (Gl') zwischen benachbarten Teilen des zweiten Abschnitts (88) in dessen erstem Bereich (118) verbleibt, der grösser als der oder gleich dem erstgenannten Spalt (Gl) ist.

2o 9. Wandsegment nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte (Gl') zwischen benachbarten Teilen des ersten Bereiches (118) des zweiten Abschnitts (88) die gleiche Grösse wie die Spalte (G) zwischen benachbarten Teilen des ersten Abschnitts (86) aufweisen.

25 10. Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (114) des ersten Abschnitts (86) eine Wand (38) aus in Umfangsrichtung durchgehendem Material hat, die sich über eine Strecke von dem Substrat (66) aus erstreckt, welche kleiner als die oder gleich der Dicke (Tu) des ersten Bereichs 30 (114) des ersten Abschnitts (86) ist, wobei die Wand (38) eine Breite (Wj) in den Teilen dieses ersten Bereichs (114), die sich zwischen dem Substrat und den ununterbrochenen Teilen des zweiten Bereichs (116) des ersten Abschnitts (86) erstrecken, und eine Breite (Wn) in den Teilen dieses ersten Bereichs (114) hat, 35 die sich zwischen dem Substrat (66) und jeder Öffnung (108) in dem ersten Abschnitt (86) erstrecken, wobei die letztgenannte Breite (Wn) kleiner als die erstgenannte Breite (Wi) ist.
11. Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (66) eine Dicke (Ts) zwischen der ersten und der 40 zweiten Oberfläche (72, 74) hat, und dass die Dicke (Tn) des ersten Bereiches (114) des ersten Abschnitts (86), gemessen von dem Substrat (66) bis zu dem zweiten Bereich (116) des ersten Abschnitts (86), kleiner ist oder gleich dem zweifachen der Dicke des Substrats (66) zwischen der ersten und der zweiten Oberflä-« che (72, 74).

50 BESCHREIBUNG