DE3537044C2 - Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment zum Begrenzen des Strömungsweges in einer axial durchströmten Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches kühlbares, bogenförmiges Wandsegment ist aus der DE 28 47 013 A1 bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf axial durchströmte Maschinen, die einen Strömungsweg für Arbeitsgase haben. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kranz von kühlbaren Wandsegmenten, wie beispielsweise die bogenförmigen Dichtsegmente einer äußeren Luftabdichtung, welche sich umfangsmäßig um eine Achse einer Gasturbine erstrecken, um den Strömungsweg der Arbeitsgase zu begrenzen.

Ein axial durchströmtes Gasturbinentriebwerk hat typisch einen Verdichtungsabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg für Arbeitsgase erstreckt sich axial durch diese Abschnitte des Triebwerks. Eine Stator- oder Leitradbaugruppe erstreckt sich um den ringförmigen Strömungsweg, um die Arbeitsgase zu dem Strömungswert zu leiten und auf diesen zu beschränken.

Wenn die Arbeitsgase auf dem Strömungsweg strömen, werden sie in dem Verdichtungsabschnitt unter Druck gesetzt und in dem Verbrennungsabschnitt mit Brennstoff verbrannt, wodurch den Arbeitsgasen Energie zugeführt wird. Die heißen, unter Druck stehenden Arbeitsgase 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 Arbeitsgase 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 Arbeitsgasen. Die Laufschaufeln haben Flügelprofilteile, welche sich nach außen über den Strömungsweg der Arbeitsgase 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 Strömungsweg der Arbeitgase 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 Strömungsweg angeordnet, um die Arbeitsgase auf den Strömungsweg zu beschränken. Diese Wandsegmente haben radiale Flächen, die gegenseitigen Umfangsabstand aufweisen, so daß zwischen ihnen eine Spalt C_g 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 Luftabdichtung ist Teil der Statorgruppe des Triebwerks und besteht typisch aus einem Kranz mehrerer kühlbarer bogenförmiger Wandsegmente als Dichtsegmente. Die äußere Luftabdichtung umgibt die Laufschaufeln, um den Strömungsweg der Arbeitsgase zu begrenzen. Die Statorbaugruppe weist weiter ein Triebwerksgehäuse, wie beispielsweise ein äußeres Gehäuse, und ein einzelnes Gebilde, wie beispielsweise einen stromaufwärtigen Halter und einen stromabwärtigen Halter, zum Abstützen der Wandsegmente der äußeren Luftabdichtung an dem äußeren Gehäuse auf. Die Wandsegmente erfassen diese Halter mit einem Paar Flanschen. Das äußere Gehäuse und die Halter positionieren die Wandsegmente in unmittelbarer Nähe der Laufschaufeln, um die Leckage der Gase vorbei an den Spitzen der Laufschaufeln zu blockieren. Die nach innen weisenden Oberflächen der Wandsegmente sind gewöhnlich aus einem abschleifbaren Material gebildet, damit die Wandsegmente während des Betriebes mit den Spitzen der Laufschaufeln in Reibkontakt kommen können. Als Ergebnis ihrer Anordnung an dem Strömungsweg sind die Oberflächen der Wandsegmente und die Wandsegmente selbst mit den heißen Arbeitsgasen in innigem Kontakt und empfangen Wärme aus den Gasen. Die Wandsegmente werden gekühlt, um die Temperatur der Wandsegmente innerhalb zulässiger Grenzen zu halten.

Ein Beispiel einer äußeren Luftabdichtung, die aus Wandsegmenten 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 und einem stromabwärtigen Flansch einen Halter erfaßt. Kühlluft strömt in einen Hohlraum, der sich umfangsmäßig um die äußere Luftabdichtung zwischen der äußeren Luftabdichtung und einem Triebwerksgehäuse erstreckt. Eine Dichtvorrichtung in Form einer Prall- oder Leitplatte erstreckt sich umfangsmäßig um die äußere Luftabdichtung, um dazwischen einen Prallufthohlraum zu begrenzen. Mehrere Löcher erstrecken sich durch die Prallplatte, um die Kühlluftströmung durch die Prallplatte genau zu dosieren und durch den Prallufthohlraum hindurch und gegen die äußere Oberfläche des Wandsegments zu leiten. Diese Kühlung erzeugt einen großen Temperaturgradienten zwischen der äußeren Oberfläche und der Oberfläche des abschleifbaren Materials an dem Strömungsweg der Arbeitgase. Die Luft wird dann in dem Prallufthohlraum gesammelt. Die Kühlluft wird aus dem Prallufthohlraum über mehrere axiale Durchlässe in dem stromabwärtigen Haken abgegeben, um einen kontinuierlichen Kühlluftstrom durch die Platte und den Prallufthohlram zu erzeugen. Dieser Kühlluftstrom dient zur Konvektionskühlung des Randbereiches der äußeren Luftabdichtung, wenn sie durch die Kammer hindurchgeht.

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.

Eine weitere äußere Luftabdichtung mit kühlbaren, bogenförmigen Wandsegmenten als Dichtsegmenten ist aus der eingangs erwähnten DE 28 47 013 A1 bekannt. Jedes bogenförmige Wandsegment weist dabei einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Flansch zum Befestigen an entsprechenden Halteeinrichtungen eines äußeren Gehäuses auf. Der stromabwärtige Flansch ist mit Löchern versehen, die zum Kühlen des Wandsegmentes dienen. Kühle Luft strömt durch eine Vielzahl von kleinen Löchern in einer Prallplatte in einen Hohlraum an dem Wandsegment und gelangt durch die Löcher in dem stromabwärtigen Flansch in eine hintere Nut, mittels der das Wandsegment an einem Halter befestigt ist, und von dieser aus in einen Bereich am Rand des Strömungsweges der Arbeitsgase, wo ohne diese Kühlluft eine Umwälzung heißer Arbeitsgase erfolgen würde. Der stromaufwärtige Flansch ist nicht mit Löchern versehen, da sonst ein Verlust an Kühlluft, die zum Verhindern der genannten Umwälzung benötigt wird, stattfinden würde. Die Löcher in dem stromabwärtigen Flansch sind als Bohrungen ausgebildet. Durch den Austritt der Kühlluft in den Strömungsweg der Arbeitsgase geht wertvolle Kühlluft verloren, jedoch ist diese Art der Kühlung notwendig, um zu große thermische Wechselbeanspruchungen zu verhindern, durch welche Deckmaterialien, die sich auf der inneren Oberfläche des Wandsegmentes befinden, reißen und abblättern könnten. Welche Materialien zum Begrenzen des Strömungsweges geeignet sind, ist in der DE 28 47 013 A1 nicht erwähnt.

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 Triebwerksleistung hat. Die Dauerhaftigkeit von solchen Vorrichtungen wird jedoch durch thermische Wechselbeanspruchung des Wandsegments in dem Gasturbinentriebwerk, die zum Reißen und Abblättern der Keramik und sogar zum Trennen der Keramik von dem Metall führen 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kühlbares, bogenförmiges Wandsegment der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß die Gefahr des Reißens oder Abblätterns des Deckmaterials von dem Träger wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Wandsegment nach der Erfindung ist das Deckmaterial keramisches Deckmaterial. Die Fähigkeit von keramischem Deckmaterial, Wärmestöße mit großen Temperaturgradienten auszuhalten, hängt stark von der Dicke des Trägers ab, auf dem das keramische Deckmaterial aufgebracht ist. Durch das Vorhandensein von Flanschen auf der kühlbaren Seite des Wandsegments kann das Wandsegment wie bekannte Wandsegmente in einer äußeren Luftabdichtung gehalten werden. Zwar haben diese Flansche negative Auswirkungen auf die Dicke des Trägers, diese können aber durch das Ausbilden der Flansche gemäß der Erfindung so stark verringert werden, daß ein Reißen und Abblättern des keramischen Überzugs auch ohne übermäßige Kühlung verhindert wird. Dadurch, daß die Flansche Einschnitte aufweisen, wird die Kontinuität der Flansche in Umfangsrichtung durchbrochen und damit die mechanische Starrheit der Flansche in Umfangsrichtung und so die Trägheit des Trägers des Wandsegments gegenüber Wärmestößen stark verringert. Bohrungen, wie sie durch die DE 28 47 013 A1 vorgegeben werden, durchbrechen die Kontinuität in Umfangsrichtung nicht.

Aus der DE 31 19 056 A1 ist zwar die Unterbrechung der Kontinuität der Flansche eines kühlbaren, bogenförmigen Wandsegments an sich bekannt. Die Unterbrechung der Umfangskontinuität der Flansche geschieht hier aber zu einem anderen Zweck, nämlich zur Herabsetzung des Verzögerungseffektes auf das Ausdehnen oder Schrumpfen des durch die Flansche verstärkten Wandsegmentes bei Temperaturschwankungen. Die Verwendung eines keramischen Überzuges und die Verbesserung von dessen Haftvermögen sind in der DE 31 19 056 A1 nicht erwähnt.

Die Erfindung basiert zum Teil auf der Erkenntnis, daß die Fähigkeit des keramischen Deckmaterials, Wärmestöße (starke thermische Wechselbeanspruchungen) mit großen Temperaturgradienten auszuhalten, eine starke Funktion der Dicke des Trägers ist, 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 keramischen Deckmaterials und dem metallischen Trägermaterial erzeugt, wenn die Materialien den unterschiedlichen Temperaturen ihrer Betriebshüllkurve ausgesetzt sind. Die Dicke des Trägers wird durch das Vorhandensein der Flansche wirksam gesteigert, mit denen das Dichtsegment die Haltevorrichtung erfaßt. Diese Flansche haben eine lokale Auswirkung und eine Gesamtauswirkung auf die Dicke. Die Flansche vergrößern daher die Spannungen und verringern die Fähigkeit der Dichtung, maximale Wärmegradienten auszuhalten.

Ein Kennwert zum Messen der Gesamtauswirkung der Flansche auf die Dicke wird als die gesamte effektive Dicke bezeichnet. Ein Kennwert zum Messen der lokalen Auswirkung der Flansche auf die Dicke wird als lokale effektive Dicke bezeichnet. Es ist demgemäß wichtig, die Auswirkung zu berücksichtigen, die diese Flansche auf die gesamte effektive Dicke des Trägers und auf die lokale effektive Dicke des Trägers haben. Sowohl die gesamte effektive Dicke als auch die lokale effektive Dicke des Trägers werden dadurch, daß die Flansche in Längsrichtung unterbrochen sind, verringert.

Somit ist es der Hauptvorteil der Erfindung die Fähigkeit des Wandsegments, einen Sprungfunktionswärmegradienten besser auszuhalten als ein gleiches bogenförmiges Wandsegment, das durchgehende Flansche hat, was das Ergebnis der gesamten effektiven Dicke und der lokalen effektiven Dicke des Flansches ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schwingungsfestigkeit des Wandsegments, die aus den reduzierten Spannungen resultiert, welche bei den longitudinal unterbrochenen Flanschen auftreten, im Vergleich zu dem gleichen bogenförmigen Wandsegment, das longitudinal durchgehende Flansche hat.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Teils eines axial durchströmten Gasturbinentriebwerks, die einen Teil eines Turbinenabschnitts und eine Drehachse des Triebwerks zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Teilschnittansicht eines bekannten bogenförmigen Wandsegments für eine Gasturbine,

Fig. 3 eine Ansicht insgesamt nach der Linie 3-3 in Fig. 1, wobei Teile eines äußeren Halters weggebrochen worden sind, um die Vorderseite von zwei benachbarten bogenförmigen Wandsegmenten für eine Gasturbine sichtbar zu machen,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des in Fig. 3 gezeigten Wandsegments,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Wandsegments nach Fig. 4,

Fig. 6 noch eine weitere Ausführungsform des Wandsegments nach Fig. 4,

Fig. 7 ein Diagramm des akzeptablen maximalen Wärmegradienten über der effektiven Dicke eines Trägers des Wandsegments,

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

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

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines axialdurchströmten Gasturbinentriebwerks 10, die einen Teil eines Turbinenabschnitts 12 und eine Drehachse A_r des Triebwerks 10 zeigt. Der Turbinenabschnitt 12 enthält einen ringförmigen Strömungsweg 14 für ein Arbeitsgas, der um die Drehachse A_r angeordnet ist. Eine Statorbaugruppe 16 begrenzt den Strömungsweg 14 des Arbeitsgases. Die Statorbaugruppe 16 weist ein äußeres Gehäuse 18 auf. Das äußere Gehäuse 18 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Strömungsweg 14 des Arbeitsgases. Mehrere Laufschaufeln, die durch die einzelne Laufschaufel 22 dargestellt sind, erstrecken sich radial nach außen über den Strömungsweg 14 des Arbeitsgases bis in die unmittelbare Nähe des äußeren Gehäuses 18.

Ein Statorgebilde, das aus mehreren bogenförmigen Wandsegmenten gebildet ist, die durch das einzelne bogenförmige Wandsegment 24 dargestellt sind, erstreckt sich um eine Achse A_e und begrenzt den ringförmigen Strömungsweg 14. In der gezeigten Ausführungsform bilden die bogenförmigen Wandsegmente 24 eine äußere Luftabdichtung 26, welche die Spitzen der Laufschaufeln 22 umgibt. Die äußere Luftabdichtung 26 ist von den Laufschaufeln 22 durch einen variablen Spalt C_r radial getrennt, der eine freie Relativradialbewegung zwischen der Laufschaufel 22 und der äußeren Luftabdichtung 26 ermöglicht. Die äußere Luftabdichtung 26 ist in radialem Abstand einwärts von dem äußeren Gehäuse 18 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Hohlraum 28 vorhanden ist.

Jedes bogenförmige Wandsegment 24 hat einen stromaufwärtigen Flansch 30 und einen stromabwärtigen Flansch 32. Diese Flansche 30, 32 haben axialen Abstand voneinander und erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Wandsegment 24. Das Wandsegment 24 erfaßt mit diesen Flanschen 30, 32 eine Haltevorrichtung mit einem stromaufwärtigen Halter 34 und einem 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 Laufschaufeln 22 abzustützen und zu positionieren. Jeder Halter 34, 36 kann in Segmente geteilt sein, um die Umfangsfestigkeit des Halters 34 bzw. 36 zu reduzieren. Flexible Dichtungen 37 sind zwischen jedem Segment und dem Kranz von Segmenten angeordnet. Jedes bogenförmige Wandsegment 24 erfaßt mit einer durchgehenden Wand 38 an dem stromaufwärtigen Flansch 20 und mit einer durchgehenden Wand 39 an dem stromabwärtigen Flansch 32 seine zugeordnete Dichtung 37.

Eine stromaufwärtige Schiene 40 erstreckt sich an dem stromaufwärtigen Halter 34 in Umfangsrichtung um das äußere 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 ersten Kühlluftrohres 46 und eines zweiten Kühlluftrohres 48 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Schienen 40, 42. Die Kühlluftrohre 46, 48 sind mit einer Kühlluftquelle (nicht dargestellt) in Strömungsverbindung und lassen über Kühlluftlöcher 52 Kühlluft auf die Schienen 40, 42 prallen.

Ein erster Strömungsweg 54 für Kühlluft erstreckt sich innerhalb des äußeren Gehäuses 18. Der erste Strömungsweg 54 für Kühlluft wird durch das äußere Gehäuse 18 begrenzt und erstreckt sich außerhalb des Strömungsweges 14 des Arbeitsgases durch das Triebwerk 10. Der erste Strömungsweg 54 für Kühlluft 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 Umfangsrichtung erstreckt, ist zwischen der äußeren Luftabdichtung 26 und dem stromaufwärtige und dem stromabwärtigen Halter 34 bzw. 36 eingeschlossen. Die Prallplatte 56 begrenzt den Hohlraum 28 und hat radialen Abstand von der äußeren Luftabdichtung 26, wodurch ein weiterer Hohlraum 58 gebildet ist. Ein zweiter Strömungsweg 60 für Kühlluft erstreckt sich axial und in Umfangsrichtung unter der äußeren Luftabdichtung 26 in dem weiteren Hohlraum 58. Mehrere Prallöcher 62 in der Prallplatte 56 bringen den ersten Strömungsweg 54 für Kühlluft in Strömungsverbindung mit dem zweiten Strömungsweg 60 für Kühlluft und ermöglichen der Kühlluft, auf eine äußere Oberfläche 64 der äußeren Luftabdichtung 26 zu prallen.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht, die ein bekanntes bogenförmiges Wandsegment 24a einer bekannten äußeren Luftabdichtung 26a zeigt. Wegen der grundsätzlichen Ähnlichkeiten im Aufbau zwischen der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion und dem weiter unten noch näher erläuterten neuartigen Wandsegment 24 werden die gleichen Bezugszahlen für beide benutzt, wobei den in Fig. 2 benutzten Bezugszahlen jeweils der Buchstabe "a" hinzugefügt ist.

Das bogenförmige Wandsegment 24a hat ein metallisches Trägerelement oder einen metallischen Träger 66a mit einem vorderen Rand 68a und einem hinteren Rand 70a, die sich umfangsmäßig um das Wandsegment 24a erstrecken. Eine nach innen weisende gekrümmte erste Oberfläche 72a und eine nach außen weisende gekrümmte zweite Oberfläche 74a erstrecken sich axial zwischen dem vorderen Rand 68a und dem hinteren Rand 70a. Die gekrümmte erste Oberfläche 72a erstreckt sich umfangsmäßig um eine Achse A_sm, und die gekrümmte zweite Oberfläche 74a erstreckt sich umfangsmäßig um eine Achse A′_sm, welche in der gezeigten Ausführungsform zusammenfallen. Ein keramisches Deckmaterial 76a, das eine Keramikdeckoberfläche 78a hat, bildet eine gekrümmte Dichtfläche, die sich umfangsmäßig um die Achse A_se erstreckt. Das keramische Deckmaterial 76a 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 76a eine poröse metallische Unterlage 82 und einen Unterlegüberzug 84 auf, mit dem die Unterlage 82 zum Befestigen des keramischen Deckmaterials 76a an dem Träger 66a getränkt ist.

Der stromaufwärtige Flansch 30a und der stromabwärtige Flansch 32a bilden ein Paar Flansche, das an dem Träger 66a befestigt ist. Die Flansche 30a, 32a erstrecken sich in Umfangsrichtung um den Träger 66a und haben axialen Abstand voneinander. Jeder Flansch 30a, 32a hat eine longitudinale Länge L, gemessen längs einer Bezugsoberfläche, die zu der nach außen weisenden zweiten Oberfläche 74a des Trägers 66a im wesentlichen parallel ist. Der stromaufwärtige Flansch 30a hat einen ersten Abschnitt 86a, welcher sich von dem Träger 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 Träger 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 Träger 66a, so daß eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 96a dazwischen vorhanden ist. Die genuteten Flansche 30a, 32a ermöglichen dem Wandsegment 24a den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Halter 34 bzw. 36 zu erfassen.

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

Das Wandsegment 24 hat ein keramisches Deckmaterial 76 mit einer Dicke T_fm, die in dem Bereich von 3,05 bis 5,08 mm liegt, das hauptsächlich auch einem hochschmelzenden Oxid und Kombinationen von hochschmelzenden Oxiden, wie beispielsweise ZrO₂ (Zirkoniumoxid), Al₂O₃ (Aluminiumoxid), MgAl₂O₄ (Spinell) und 3Al₂O₃ · 2SiO₂ (Mullit) besteht. Das keramische Deckmaterial 76 hat eine keramische Deckflächenschicht 98 und eine Keramik/Metall- Zwischenschicht 102 mit einer zugeordneten Verbindungsschicht 104. Das Metall, das in der Keramik/Metall-Zwischenschicht 102 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 76 hat einen Elastizitätsmodul, der sich abhängig von der Temperatur und der Zusammensetzung der Keramikschichten von über 21000 MPa bei Raumtemperatur bis unter 14000 MPa bei Temperaturen über 1316°C erstreckt, und die Zwischenschicht 102 hat einen Elastizitätsmodul von etwa 63000 MPa bei Raumtemperatur bis unter 28000 MPa bei Temperaturen von etwa 815°C.

Ebenso wie das in Fig. 2 gezeigte bogenförmige Wandsegment 24a hat das bogenförmige Wandsegment 24 einen metallischen Träger 66, einen stromaufwärtigen Flansch 30 und einen stromabwärtigen Flansch 32 (nicht dargestellt). Der Träger 66 hat eine mittlere Dicke T_s, die sich zwischen der nach innen weisenden, gekrümmten ersten Oberfläche 72 und der nach außen weisenden gekrümmten zweiten 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 30, 32 vorzugsweise auf hier beschriebene Weise gebildet. Es wird zwar nur auf den stromaufwärtigen Flansch 30 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 zweiten Oberfläche 74 des Trägers 66 erstreckt. Die Bezugsfläche könnte sich exakt parallel zu der zweiten Oberfläche 74 erstrecken, aber weil es geringfügige Diskontinuitäten in der zweiten Oberfläche 74 gibt, ist die Bezugsfläche im wesentlichen parallel zu ihr und ist eine glatte Oberfläche. Ein erster Abschnitt 86 des Flansches 30 erstreckt sich von dem Träger 66 nach außen und hat eine Breite W₁ (vgl. Fig. 1) und eine Dicke T₁. Mehrere Einschnitte 108 erstrecken sich durch die gesamte Breite W₁ des ersten Abschnitts 86. In der Summe erstrecken sich diese Einschnitte 108 gemeinsam über ein Stück der Bezugsfläche, das größer oder gleich 40% der Länge L ist, um die longitudinale Kontinuität des ersten Abschnittes 86 zu unterbrechen. Ein zweiter Abschnitt 88, der sich von dem ersten Abschnitt 86 aus axial in der Richtung des vorderen Randes 68 (siehe Fig. 1) erstreckt, ist um den ersten Abschnitt 86 radial von dem Träger 66 entfernt, so daß dazwischen eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 90 verbleibt. Der zweite Abschnitt 88 hat eine Breite W₂ (vgl. Fig. 1) und eine Dicke T₂. Überall dort, wo der erste Abschnitt 86 durch einen der Einschnitte 108 unterbrochen ist, erstreckt sich ein weiterer Einschnitt 110 durch die gesamte Breite W₂ des zweiten Abschnitts 88 und die Dicke T₂ des zweiten Abschnitts 88 und mündet in den Einschnitt 108 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 zweiten 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 zweiten Oberfläche 74 des Trägers 66 aus um eine Dicke T₁₁ nach außen, die das Doppelte der mittleren Dicke T_s des Trägers 66 ist. Der zweite Bereich 116 erstreckt sich von dem ersten Bereich 114 aus nach außen und hat eine Breite W₁ und eine Dicke T₁₂. Die Einschnitte 108 erstrecken sich durch die gesamte Breite W₁ des ersten Abschnittes 86 in dem zweiten Bereich 116 und die Summe der Länge der Einschnitte 108 ist größer als oder gleich 40% der Länge L des Flansches 30 um die longitudinale Kontinuität des ersten Abschnitts 86 zu unterbrechen. Die Einschnitte 108 bilden einen Spalt G zwischen benachbarten Teilabschnitten des ersten Abschnitts 86.

Der erste Bereich 114 des ersten Abschnitts 86 weist die longitudinal durchgehende Wand 38 auf. Die Wand 38 erstreckt sich von dem Träger 66 aus über die Strecke, die kleiner als die oder gleich der Dicke T₁₁ des ersten Bereiches 114 ist. Die Wand 38 hat eine größere Breite W₁ in den ununterbrochenen Teilabschnitten des ersten Abschnitts 86 oder genauer in den Teilabschnitten des ersten Bereiches 114, die sich zwischen dem Träger 66 und den ununterbrochenen Teilabschnitten des zweiten Bereiches 116 erstrecken. Die Wand 38 hat eine reduzierte kleinere Breite W₁₁, die kleiner ist als die größere Breite W₁, in den unterbrochenen Teilabschnitten des ersten Abschnitts 86 oder genauer in den Teilabschnitten des ersten Bereiches 114, die sich zwischen dem Träger 66 und jedem Einschnitt 108 in dem ersten Abschnitt 86 erstrecken.

Der zweite Abschnitt 88 hat einen ersten Teil 118 benachbart zu dem ersten Abschnitt 86 und einen zweiten Teil 122, welcher sich von dem ersten Teil 118 aus axial erstreckt. Der zweite Abschnitt 88 hat eine Gesamtbreite W₂, welche gleich der Summe der Breite dieser Teile 118, 122 ist. Der weitere Einschnitt 110 bildet einen Spalt G_L zwischen benachbarten Teilabschnitten des zweiten Abschnitts 88 in dem zweiten Teil 122 und einen Spalt G_L′ zwischen benachbarten Teilabschnitten des zweiten Abschnitts 88 in dem ersten Teil 118, der größer als der oder gleich dem Spalt G_L ist (G_L′G_L). In der dargestellten Ausführungsform ist der Spalt G in dem ersten Abschnitt 86 gleich dem Spalt G_L′ in dem ersten Teil 118.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform als in Fig. 4, bei der die Wand 38 beseitigt ist. Dieser Typ von Konstruktion ist der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion vorzuziehen, weil die Wand 38 die effektive Dicke des Trägers im Vergleich zu den Konstruktionen, die keine Wand haben, vergrößert. Die Wand 38 bildet jedoch eine Dichtfläche, an der die Dichtung 37 besser anliegt. Gemäß der gestrichelten Darstellung in Fig. 4 könnte der Einschnitt 108 einen kleinen Schlitz aufweisen, der sich einwärts zu dem Träger 66 erstreckt, so daß die Wand 38 nicht mehr longitudinal durchgehend ist.

Fig. 6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Wandsegments 24 nach Fig. 4, bei der der weitere Einschnitt 110 einen Spalt G_L′′ bildet und jeder Einschnitt 108 in dem ersten Abschnitt 86 einen Spalt G′′ zwischen benachbarten Teilabschnitten des ersten Abschnitts 86 bildet, der die gleiche Größe wie der Spalt G_L′′ hat. Während des Betriebes des Gasturbinentriebwerks 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, strömen Kühlluft und heiße Arbeitsgase in den Turbinenabschnitt 12 des Triebwerks. Die heißen Arbeitsgase strömen längs des ringförmigen Strömungsweges 14. Kühlluft strömt auf dem ersten Strömungsweg 54 für Kühlluft und tritt in den Turbinenabschnitt 12 außerhalb des Strömungsweges 14 für Arbeitsgase ein. Die Bestandteile des Turbinenabschnitts 12, zu denen das äußere Gehäuse 18, die äußere Luftabdichtung 26 und der stromaufwärtige und der stromabwärtige Halter 34 bzw. 36 für die äußere Luftabdichtung 26 gehören, werden durch die heißen Arbeitsgase erhitzt und durch die Kühlluft gekühlt.

Diese Teile des Triebwerks sprechen thermisch unterschiedlich auf das Erwärmen durch die Arbeitsgase und das Kühlen durch die Kühlluft an. Faktoren, welche ihr thermisches Ansprechen nachteilig beeinflussen, sind die Wärmekapazität der Teile und das Ausmaß, in welchem die Teile den heißen Arbeitsgasen 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 Strömungsweg 14 für Arbeitsgase 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 Arbeitsgastemperatur an als das äußere Gehäuse 18. Eine Zunahme der Temperatur der heißen Arbeitsgase, zu der es beispielsweise während der Beschleunigung und des Anlaufs des Gasturbinentriebwerks 10 kommt, bewirkt, daß sich die äußere Luftabdichtung 26 und die Halter 34, 36 ausdehnen, wodurch Umfangsspalte C_g (siehe Fig. 3) zwischen den benachbarten bogenförmigen Wandsegmenten 24, die vorgesehen sind, um eine zerstörerische Berührung zwischen den Wandsegmenten 24 zu vermeiden, verkleinert werden.

Diese Temperaturzunahmen, die beispielsweise während der Beschleunigung und des Anlaufs auftreten, können große Wärmegradienten in der äußeren Luftabdichtung 26 zwischen einer inneren Oberfläche 78 der äußeren Luftabdichtung 26 und der äußeren Oberfläche 74 des Trägers 66 verursachen.

Dieses plötzliche Aufprägen des Temperaturgradienten wird als Wärmestoß bezeichnet. Der Wärmestoß ist bedeutsam, und zwar wegen Inkompatibilitäten zwischen dem Träger 66 und dem keramischen Deckmaterial 76, die hauptsächlich durch Differenzen zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägers 66 und dem Deckmaterial 76 und durch Differenzen zwischen den Elastizitätsmodulen der beiden Materialien über der thermischen Hüllkurve verursacht werden, welcher das Wandsegment 24 während seiner Lebensdauer ausgesetzt ist. Beispielsweise ist das Wandsegment 24 nicht nur der Betriebsumgebung des Gasturbinentriebwerks 10 ausgesetzt, sondern auch völlig anderen Umgebungen während langer Zeitspannen bei Raumdruck und -temperatur, bevor es in das Triebwerk 10 eingebaut wird, und während Zeitspannen, in denen das Triebwerk nicht in Betrieb ist. Demgemäß müssen der Träger 66 und das aufgesprühte Deckmaterial 76 sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Betriebsbedingungen zusammenbleiben, bei denen der Träger in dem Bereich von 537 bis 815°C arbeiten wird, während Teile des Deckmaterials eine Temperatur von 1647°C überschreiten können.

Die Dicke des Trägers 66 und der Flansche 30, 32 haben einen merklichen Einfluß auf die Fähigkeit des bogenförmigen Wandsegments 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 Wandsegments, einen Wärmestoß auszuhalten, zu bestimmen. Diese Teste wurden unter Verwendung eines Prüfstandes ausgeführt, bei dem ein heißer Strahl von Gasen gegen die innere Oberfläche 78 des Wandsegments 24 gerichtet wurde. Die Temperatur der inneren Oberfläche 78 des Wandsegments 24 wurde überwacht. Gleichzeitig prallte Kühlluft auf die nach außen weisende zweite Oberfläche 74 des Trägers 66 auf. Die Ergebnisse von einigen dieser Tests sind in Fig. 7 zusammengefaßt dargestellt. Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des maximalen Wärmegradienten, der Beschädigungen des bogenförmigen Wandsegments bewirkte, in Abhängigkeit von der effektiven Dicke des Trägers. Gemäß Fig. 7 nimmt die Fähigkeit des mit Keramik bedeckten Wandsegments 24 der äußeren Luftabdichtung 26, einen maximalen Wärmegradienten ohne Zerstörung ertragen zu können, mit abnehmender effektiver Dicke des Trägers 66 zu.

Wenn die Dicke des Trägers 66 relativ zu der Dicke des keramischen Deckmaterials 76 zunimmt, vergrößert die Dickenzunahme die Fähigkeit des Trägers, Kräfte auszuüben, die aus Differenzen im Wärmeausdehnungskoeffizienten im keramischen Deckmaterial 76 und dem Träger 66 resultieren. Die effektive Dicke (und demgemäß die Fähigkeit des Trägers, Kräfte auszuüben) wird durch das Vorhandensein der Flansche 30, 32 vergrößert, die sich von dem Träger 66 nach außen erstrecken.

Diese Flansche 30, 32 haben eine lokale Auswirkung und eine Gesamtauswirkung auf einen Träger gegebener tatsächlicher Dicke und veranlassen den Träger, sich genau so zu verhalten wie ein Träger größerer Dicke, d. h., der Träger hat eine effektive Dicke, die größer ist als die tatsächliche Dicke, und zwar wegen des Vorhandenseins der Flansche 30, 32. Diese gesamte effektive Dicke kann entweder analytisch oder experimentell gemessen werden. Eine experimentelle Lösung, die durchführbar ist, besteht darin, den Träger 66 freitragend zu haltern, indem ein Umfangsende an einem starren Halter befestigt und eine gleichmäßige Belastung auf das andere Umfangsende des Trägers 66 ausgeübt wird. Das Messen der Durchbiegung (d. h. der Winkelbewegung des Trägers 66), die durch die Belastung verursacht wird, ermöglicht die Berechnung einer effektiven Dicke für den Träger 66, wenn der Träger 66 so behandelt wird, als hätte er eine gleichförmige theoretische Dicke. Diese berechnete gleichförmige Dicke wird als gesamte effektive Dicke des bogenförmigen Wandsegments 24 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 freitragenden Träger 66 zu berechnen.

Darüber hinaus haben die Flansche 30, 32 eine lokale Auswirkung, die zu einer lokalen Vergrößerung der Steifigkeit (oder der lokalen Dicke) des Trägers 66 führt. Diese lokale Vergrößerung der Steifigkeit des Trägers 66 verursacht Unterschiede in der Durchbiegung des Trägers 66 zwischen zwei benachbarten Stellen des Trägers 66 bei einem bestimmten Wärmegradienten. Weil das keramische Deckmaterial 76 auf dem Träger 66 durch die Verbindungsschicht 104 befestigt ist, erfährt das keramische Deckmaterial 76 unterschiedliche Durchbiegungen, denn sie muß den Durchbiegungen des Querschnitts folgen, mit dem sie verbunden ist, und infolgedessen erfährt jede Stelle in einer Schicht des keramischen Deckmaterials 76 unterschiedliche Spannungen. Durch Verwendung derselben Methode der finiten Elemente zur Strukturanalyse kann die lokale effektive Dicke auch an einem Flanschabschnitt ausgewertet werden. Das erfolgt durch Nachbilden des gesamten Flansches 30, 32 einschließlich des Trägers 66 bis zu derselben Breite wie die maximale Breite des Flansches 30, 32.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm der Spannungswerte in den keramischen Deckmaterialien 76a, 76 längs jeweils eines Axialschnittes durch die beiden axialen Abstand aufweisenden Flansche 30a, 32a, 30, 32, welche sich von dem Träger 66a bzw. 66 nach außen erstrecken, wenn die bogenförmigen Wandsegmente 24a, 24 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 durchgezogene Kurve 1 zeigt die Spannungskonzentration, die durch die Flansche 30a, 32a gemäß Fig. 2 verursacht wird, welche keine Einschnitte 108, 110 haben. Im Vergleich dazu zeigt die gestrichelte Kurve 2 die reduzierte Auswirkung der Flansche 30, 32 aufgrund der Einschnitte 108, 110 gemäß der Ausführungsform 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 Wandsegments 24 im Vergleich mit Wandsegmenten 24a, die die Einschnitte 108, 110 gemäß Fig. 4 nicht haben.

Fig. 9 zeigt den Wert der Spannungen für dieselben Wandsegmente 24a, 24, die in der Umfangsrichtung durch den Flanschquerschnitt analysiert worden sind. Sie gilt für den Arbeitspunkt maximaler Leistung des Triebwerks unter Bedingungen, bei denen das keramische Deckmaterial am schwächsten ist (seine geringste Festigkeit hat) und einem starken Wärmegradienten ausgesetzt ist. Das bogenförmige Wandsegment 24 mit Flanschen 30, 32, die Einschnitte 108, 110 haben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, hat ebenfalls einen beträchtlich reduzierten Spannungswert in der Umfangsrichtung, wie es die Kurve 2 zeigt, im Vergleich zu dem Spannungsprofil des bogenförmigen Wandsegments 24a, das die umfangsmäßig durchgehenden Flansche hat, was in Fig. 2 gezeigt ist.

Basierend auf der experimentellen Arbeit, bei der als Deckmaterial 76 ein Keramikmaterial benutzt worden ist, das aus hochschmelzenden Oxiden hergestellt worden ist, wird angenommen, daß ein Wandsegment 24 einer äußeren Luftabdichtung, das ein keramisches Deckmaterial 76 der oben beschriebenen Art hat, mit Flanschen 30, 32 hergestellt werden kann, um die Benutzung von herkömmlichen Techniken zum Haltern des Wandsegmets 24 in dem Gasturbinentriebwerk 10 zu gestatten. Die Erfahrung zeigt, daß ein solches Wandsegment einen Wärmestoß von 815°C aushalten wird, ohne daß es zu einem Ausfall aufgrund des Flansches 30 oder 32 kommt, der die Vergrößerung der gesamten effektiven Dicke und der lokalen effektiven Dicke des Trägers 66 ergibt, vorausgesetzt, daß gewisse Richtlinien eingehalten werden. Insbesondere sollte das Wandsegment 24 eine Schicht aus dem keramischen Deckmaterial 76 haben, die eine Dicke in dem Bereich von 3,05 bis 5,08 mm hat, einen Träger 66, der eine tatsächliche mittlere Dicke T_s hat, die in dem Bereich von 1,78 bis 2,54 mm liegt und die weniger als 25% größer als die tatsächliche Dicke Ts des Trägers 66 ist; das heißt, das Wandsegment hat einen Kennwert C_oe der gesamten effektiven Dicke, der kleiner als oder gleich 1,25 ist (C_oe1,25), wobei die gesamte effektive Dicke kleiner als das oder gleich dem 1,23fachen der tatsächlichen Dicke Ts des Trägers 66 ist. Eine weitere Richtlinie betrifft die lokale Auswirkung der tatsächlichen Flanschdicke auf die effektive Dicke des Trägers. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die lokale effektive Dicke des Trägers 66 kleiner als das 2,5fache der tatsächlichen Dicke T_s des Trägers sein sollte; d. h., der Kennwert der lokalen effektiven Dicke (C_le) sollte kleiner als oder gleich 2,5 sein (C_le2,5). Schließlich sollte der erste Abschnitt 86 des Flansches 30 keine maximale durchgehende lokale Dicke T₁ haben, die größer als das Zweifache der tatsächlichen Dicke T_s des Trägers ist (d. h., der Flansch 30 wird mehrere Einschnitte 108, 110 haben, deren innerste Oberfläche innerhalb dem Zweifachen der Dicke T_s des Trägers 66 ist); die Summe der Längen der Einschnitte 108 in dem ersten Abschnitt 86 ist in der longitudinalen Richtung wenigstens gleich 40% der Länge L des Flansches 30, und zwar gemessen längs der im wesentlichen zu der zweiten Oberfläche 74 parallelen Bezugsfläche; und jeder Einschnitt 108 in dem ersten Abschnitt 86 ist mit einem weiteren Einschnitt 110 in dem zweiten Abschnitt 88 des Flansches 30 verbunden, der sich vollständig durch den zweiten Abschnitt 88 des Flansches 30 erstreckt.

Claims (11)

1. Kühlbares bogenförmiges Wandsegment (24) zum Begrenzen des Strömungsweges (14) in einer axial durchströmten Gasturbine, insbesondere des Turbinenteils, mit einem Teil eines Trägers (66), der erste und zweite entgegengesetzte Oberflächen (72, 74) aufweist, mit einem Deckmaterial (76), das an der ersten Oberfläche (72) befestigt ist und den Strömungsweg (14) des Arbeitsgases begrenzt, und mit einem Paar Flansche (30, 32), die an der zweiten Oberfläche (74) des Trägers (66) befestigt sind und sich in Umfangsrichtung entlang des Trägers (66) erstrecken, zur Halterung des Wandsegments (24) an einer Haltevorrichtung (34, 36), dadurch gekennzeichnet, daß das Deckmaterial ein keramisches Deckmaterial (76) ist und daß jeder Flansch (30, 32) in seiner der Umfangsrichtung entsprechenden Längsrichtung durch 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 erstrecken.

2. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (30, 32) einen ersten Abschnitt (86) mit einer Breite (W₁) und einer Dicke (T₁) hat, der an dem Träger (66) befestigt, radial ausgerichtet ist und sich von dem Träger (66) 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 Träger (66) entfernt ist, so daß eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (90a) gebildet ist und der erste Abschnitt (86) anschließend an den an den Träger (66) angrenzenden ersten Bereich (114) einen zweiten Bereich (116) hat, daß sich jeder Einschnitt (108, 110) durch den jeweiligen Flansch (30, 32) erstreckt, die Kontinuität des zweiten Abschnitts (88) in Umfangsrichtung des Wandsegments (24) vollständig unterbricht, sich in den ersten Abschnitt (86) erstreckt und die Kontinuität des ersten Abschnitts (86) in Umfangsrichtung des Wandsegments (24) unterbricht und daß jeder Einschnitt (108) einen ersten Spalt (G) bildet, der sich durch die gesamte Breite (W₁) des ersten Abschnitts (86) erstreckt und einen zweiten Spalt (G′) aufweist, der sich von dem Spalt (G) aus durch die gesamte Breite (W₂) und Dicke (T₂) des zweiten Abschnitts (88) erstreckt.

3. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen der Längen der ersten Spalte (G) gleich oder größer als 40% der Länge (L) des Flansches ist.

4. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (66) mit den Flanschen (30, 32) eine gesamte effektive Dicke hat, die kleiner als das 1,25fache der tatsächlichen Dicke (T_s) des Trägers (66) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (72, 74) ist, und eine lokale effektive Dicke an den Flanschen (30, 32), die kleiner als das 2,5fache der tatsächlichen Dicke (T_s) des Trägers (66) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (72, 74) ist.

5. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Deckmaterial (76) ein hochschmelzendes Oxid enthält und eine Dicke von 3,05 bis 5,08 mm hat, daß der Träger (66) eine Dicke (T_s) von 1,78 bis 2,54 mm zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (72, 74) hat und daß das keramische Deckmaterial (76) eine keramische Deckflächenschicht (98) an dem Strömungsweg (14) des Arbeitsgases hat.

6. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einschnitte (108) von dem zweiten Bereich (116) aus wenigstens zum Teil längs der Dicke (T₁₁) des ersten Bereiches (114) zu dem Träger (66) erstrecken.

7. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einschnitte (108) über die gesamte Dicke (T₁₁) des ersten Bereiches (114) erstrecken.

8. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (88) einen an den ersten Abschnitt (86) angrenzenden ersten Teil (118) und einen sich von dem ersten Teil (118) aus axial erstreckenden zweiten Teil (122) hat, wobei jeder der Einschnitte (110) in dem zweiten Abschnitt (88) einen dritten Spalt (G_L′) in dem ersten Teil (118) und einen vierten Spalt (G_L) in dem zweiten Teil (122) bildet, wobei der dritte Spalt (G_L′) größer als der vierte oder gleich dem vierten Spalt (G_L) ist.

9. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Spalte (G_L′) die gleiche Größe wie die ersten Spalte (G) aufweisen.

10. Kühlbares, bogenförmiges Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (114) des ersten Abschnitts (86) eine in Umfangsrichtung durchgehende Wand (38) hat, die sich über eine Strecke von dem Träger (66) aus erstreckt, welche kleiner als die oder gleich der Dicke (T₁₁) des ersten Bereichs (114) ist, wobei die Wand (38) eine größere Breite (W₁) in den ununterbrochenen Teilabschnitten des ersten Abschnitts (86) hat und eine kleinere Breite (W₁₁) in den mit den Einschnitten (108) versehenen Teilabschnitten des ersten Abschnitts (86).

11. Kühlbares, bogenförmigen Wandsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T₁₁) des ersten Bereiches (114) des ersten Abschnitts (86) gemessen von dem Träger (66) bis zu dem zweiten Bereich (116) des ersten Abschnitts (86) kleiner als das Zweifache oder gleich dem Zweifachen der Dicke (T_s) des Trägers (66) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (72, 74) ist.