CN107148510B - 排气装置以及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

在排气装置以及燃气轮机中设置有：排气机室(29)；支承于排气机室(29)的内侧的外侧扩散器(43)；配置于外侧扩散器(43)的内侧且在与外侧扩散器(43)之间形成废气流路(F)的内侧扩散器(44)；一端部与外侧扩散器(43)连结且另一端部与内侧扩散器(44)连结的支柱罩体(45)；设置在排气机室(29)中的比支柱罩体(45)靠废气流路(F)的下游侧的位置的第二冷却空气导入口(62)；以覆盖外侧扩散器(43)的外侧的方式形成为环状且支承于排气机室(29)的分隔构件(64)；以及设置在外侧扩散器(43)与分隔构件(64)之间且将从第二冷却空气导入口(62)导入的冷却空气向支柱罩体(45)内侧的支柱罩体流路(65)引导的冷却空气流路(63)。

Description

排气装置以及燃气轮机

技术领域

本发明涉及例如对从燃气轮机排出的废气进行处理的排气装置以及该燃气轮机。

背景技术

例如，通常的燃气轮机由压缩机、燃烧器以及涡轮构成。压缩机通过对从空气取入口获取到的空气进行压缩而形成高温高压的压缩空气。燃烧器通过向该压缩空气供给燃料并使其燃烧而获得高温高压的燃烧气体。涡轮被该燃烧气体驱动，从而驱动在同轴上连结的发电机。

在该燃气轮机中，在涡轮的下游侧设置有排气装置。涡轮构成为，在涡轮机室内沿燃烧气体的流动方向交替地配设有多个静叶和多个动叶。在该涡轮机室的下游侧经由排气机室而配设有排气室。该排气室具有支承于排气机室的排气扩散器。排气扩散器构成为，呈圆筒形状的外侧扩散器与内侧扩散器通过支柱罩而连结。支柱的一端部与支承转子的轴承连结，另一端部与排气机室连结。而且，通过将来自外部的冷却空气导入到支柱与支柱罩之间而将排气扩散器冷却。

在专利文献1中公开了一种透口板，该透口板设置在用于供给从冷却部的引导管送出的冷却流体的排气扩散器冷却装置的入口，且将排气扩散器冷却装置的冷却流体的通路区分为冷却排气扩散器的非加热部和冷却台阶部外壳的加热部。该透口板以遮挡辐射热量为目的进行设置，以解决冷却流体受到来自排气扩散器侧的热辐射而过热、从而使台阶部外壳的冷却变得不充分的情况，供给到排气扩散器的冷却流体的一部分透过透口板而向冷却排气扩散器的非加热部供给，在将排气扩散器冷却之后向外部排出。

在专利文献2中公开了如下的第二冷却***：在内周侧外壳的外周侧设置隔壁，并在内周侧外壳与隔壁之间形成空气腔室。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平06-173712号公报

专利文献2：日本特开2005-083199号公报

发明内容

发明要解决的课题

在如上述那样的现有的排气扩散器中，通过将来自外部的冷却空气导入到支柱与支柱罩之间来冷却排气扩散器。然而，近年来谋求燃气轮机的高输出化，由此废气温度上升，因此，需要排气扩散器的进一步冷却。在该情况下，考虑增加来自外部的向支柱与支柱罩之间导入的冷却空气量。但是，由于冷却排气扩散器后的空气向废气流路排出，因此，存在废气温下降而导致涡轮效率下降这样的问题。

专利文献1所公开的透口板具有使冷却流体通过的构造，在透口板与外侧扩散器之间形成的通路冷却效率差且不能说是冷却性能好。另外，专利文献2所公开的空气腔室未设置于外侧扩散器。当向该专利文献1所公开的外侧扩散器安装专利文献2所公开的空气腔室时，在外侧扩散器上施加了载荷，难以实现载荷的支承方法。

本发明用于解决上述课题，其目的在于，提供一种能够高效地冷却排气扩散器的排气装置以及燃气轮机。

解决方案

用于实现上述目的本发明的一方式的排气装置的特征在于，具有：机室，其形成为环状；外侧扩散器，其形成为环状且支承于所述机室的径向内侧；内侧扩散器，其形成为环状且配置于所述外侧扩散器的径向内侧，从而在所述内侧扩散器与所述外侧扩散器之间形成废气流路；支柱罩体，其形成为筒形状，且长边方向的一端部与所述外侧扩散器连结，另一端部与所述内侧扩散器连结；冷却空气导入部，其设置在所述机室中的比所述支柱罩体靠所述废气流路的上游侧或下游侧的位置；分隔构件，其以覆盖所述外侧扩散器的径向外侧的方式形成为环状，并支承于所述机室；以及冷却空气流路，其设置在所述外侧扩散器与所述分隔构件之间，且形成为将从所述冷却空气导入部导入的冷却空气向所述支柱罩体内侧的支柱罩体流路引导。

由此，通过在外侧扩散器的外侧设置新的分隔构件而能够形成流路面积比以往构造窄的冷却空气流路，因此，能够提高外侧扩散器的冷却性能。另外，由于从机室侧支承分隔构件，所以安装构造变得简单，能够提高维护性。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述分隔构件将轴向的一端部设为前端未固定的自由端，另一端部具备固定于所述机室的固定端，且所述分隔构件在轴向上呈环状配置，所述冷却空气流路配置为形成从所述自由端朝向所述固定端的流路。

由此，从冷却空气导入部供给的冷却空气的全部流量在以分隔构件的自由端折回并朝向固定端的冷却空气流路内流动，因此，促进了外侧扩散器的冷却，冷却空气向支柱罩体流路的流入变得顺畅。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述外侧扩散器在轴向的一端部经由沿周向呈环状配置的支承构件而支承于所述机室，所述分隔构件相对于所述支承构件而配置在径向内侧。

由此，能够在支承外侧扩散器的支承构件的径向内侧配置分隔构件，因此，能够使分隔构件在不发生干涉的范围内接近于外侧扩散器，能够将冷却空气流路的流路剖面面积形成得较窄，外侧扩散器的冷却得到强化。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述支承构件由沿周向隔开间隙而分割为多个的分割片形成，所述分割片被安装为，从轴向观察时，在沿周向配置的所述支柱罩体之间配置有至少一处以上的所述间隙。

由此，从冷却空气导入部供给的冷却空气穿过支承构件的间隙，从而促进了冷却空气沿周向的分散。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述分割片在周向上相邻配置，所述分割片的轴向的一端固定于所述机室且另一端固定于所述外侧扩散器的径向外侧的壁面，所述分割片配置为，相邻的所述分割片之间的间隙在轴向上形成恒定宽度。

由此，在周向的分割片之间形成均匀的间隙，因此，在冷却空气流路中流动的冷却空气的流量在周向上实现均匀化。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述分隔构件在周向上分割为多个，在被分割的分隔构件片的周向两端具备密封构件。

由此，分隔构件片的两端被密封构件密封，因此，进入冷却空气流路的冷却空气从自由端侧向冷却空气流路流入而不会抄近路，所以，周向的冷却空气的流动实现均匀化。另外，能够局部地进行分隔构件片的拆卸，维护性提高。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述冷却空气流路设置于所述支柱罩体与所述外侧扩散器之间的连结部的外侧。

由此，虽然在支柱罩体与外侧扩散器之间的连结部集中有废气的热应力，但是在冷却空气穿过冷却空气流路时将该连结部冷却，因此，能够减少作用于支柱罩体与外侧扩散器之间的连结部的热应力。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述冷却空气导入部与所述分隔构件的径向外侧对置而设置。

由此，从冷却空气导入部导入到机室的内部的冷却空气在穿过支承构件以及分隔构件的过程中沿周向实现均匀化，并穿过冷却空气流路向支柱罩体的内部引导，从而能够利用冷却空气沿周向均匀地冷却外侧扩散器。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，在所述机室与所述分隔构件之间设置有呈环状的空间部，所述冷却空气导入部与所述空间部连通，冷却空气流路的一端部与所述空间部连通，另一端部与所述支柱罩体的内部连通。

由此，从冷却空气导入部导入到机室的内部的冷却空气经由具有恒定容积的空间部而进入到冷却空气流路，空间部起到缓冲罐的作用，冷却空气在空间部沿周向实现均匀化之后向冷却空气流路流入，从而能够利用冷却空气沿周向均匀地冷却外侧扩散器。

在本发明的一方式的排气装置中，其特征在于，所述冷却空气导入部沿周向以规定间隔设置有多个。

由此，能够向机室的内部沿周向均匀地导入冷却空气。

另外，本发明的一方式的燃气轮机的特征在于，具有：压缩机，其对空气进行压缩；燃烧器，其将燃料与所述压缩机压缩后的压缩空气混合而进行燃烧；涡轮，其利用所述燃烧器生成的燃烧气体来获得旋转动力；以及所述排气装置，其对从所述涡轮排出的排气进行处理。

由此，能够以较少的流量来高效地冷却外侧扩散器，能够抑制冷却空气量的增加，因此，能够抑制在废气流路中排出的冷却空气量增加，能够防止废气温度的下降而维持涡轮效率。

发明效果

根据本发明的至少一方式的排气装置以及燃气轮机，在由机室支承的分隔构件与外侧扩散器的径向的外表面之间设置有具有小流路面积且将冷却空气导入到支柱罩体的内部的冷却空气流路，因此，冷却空气流路内的冷却空气的流速增加，外侧扩散器的冷却性能提高。另外，能够以较少的流量高效地冷却外侧扩散器，能够提高发电效率。此外，由于分隔构件是由机室支承的构造，因此，能够简化构造且提高维护性。

附图说明

图1是表示第一实施方式的排气装置的剖视图。

图2是表示排气装置的图1的II-II剖视图。

图3是表示排气装置中的第二冷却空气导入口的剖视图。

图4是表示燃气轮机的整体结构的简图。

图5是表示第二实施方式的排气装置的剖视图。

图6是表示第三实施方式的排气装置的主要部位的剖视图。

图7是表示第四实施方式的排气装置的主要部位的剖视图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本发明的排气装置以及燃气轮机的优选实施方式。需要说明的是，并不通过该实施方式来限定本发明，另外，在具有多个实施方式的情况下，也包括组合各实施方式而构成的情况。

[第一实施方式]

图4是表示第一实施方式的燃气轮机的整体结构的简图。

在第一实施方式中，如图4所示，燃气轮机10由压缩机11、燃烧器12以及涡轮13构成。该燃气轮机10在转子(旋转轴)32的外侧沿着轴心C的方向(以下称为轴向)配置有压缩机11和涡轮13，并且，在压缩机11与涡轮13之间配置有多个燃烧器12。而且，燃气轮机10在同轴上连结有未图示的发电机(电动机)而能够发电。

压缩机11具有获取空气的空气取入口20，在压缩机机室21内配设有入口引导叶片(IGV：Inlet Guide Vane)22，并且，多个静叶23与多个动叶24沿空气的流动方向(轴心C方向)交替地配设。该压缩机11通过对从空气取入口20获取到的空气进行压缩而生成高温高压的压缩空气，并将该压缩空气供给至燃烧器12。压缩机11能够借助在同轴上连结的电动机而起动。

燃烧器12被供给燃料和由压缩机11压缩且积存于涡轮机室26的高温高压的压缩空气并使它们燃烧，由此生成燃烧气体。涡轮13在涡轮机室26内沿燃烧气体的流动方向(轴向)交替地配设有多个静叶27和多个动叶28。而且，在该涡轮机室26的下游侧经由排气机室29而配设有排气室30。该排气室30具有与涡轮13连结的排气扩散器31。涡轮13由来自燃烧器12的燃烧气体进行驱动，从而能够驱动在同轴上连结的发电机。

压缩机11、燃烧器12以及涡轮13在内部配置有以贯穿排气室30的中心部的方式沿着轴向的转子32。转子32的压缩机11侧的端部被轴承部33支承为旋转自如，并且，排气室30侧的端部被轴承部34支承为旋转自如。而且，转子32在压缩机11中重叠地固定了多个装配有各动叶24的盘构件。另外，转子32在涡轮13中重叠地固定了多个装配有各动叶28的盘构件。而且，转子32在空气取入口20侧的端部与发电机的驱动轴连结。

而且，在该燃气轮机10中，压缩机11的压缩机机室21被腿部35支承，涡轮13的涡轮机室26被腿部36支承，排气室30被腿部37支承。

因此，在压缩机11中，从空气取入口20获取到的空气通过入口引导叶片22、多个静叶23以及动叶24而被压缩，由此成为高温高压的压缩空气。在燃烧器12中，向该压缩空气供给规定的燃料并使其燃烧。在涡轮13中，由燃烧器12生成的高温高压的燃烧气体通过涡轮13中的多个静叶27和动叶28而驱动转子32进行旋转，从而驱动与该转子32连结的发电机。而且，驱动涡轮13后的燃烧气体作为废气释放到大气中。

在这样构成的燃气轮机10中设置有对从涡轮13排出的废气进行处理的排气装置。图1是表示第一实施方式的排气装置的剖视图，图2是表示排气装置的图1的II-II剖视图，图3是表示排气装置中的第二冷却空气导入口的剖视图。需要说明的是，在以下的说明中，转子32的轴心方向是轴向，且成为燃烧气体(废气)G的流动方向。另外，将燃烧气体(废气)G的流动方向的上游侧称为前侧(前方)，将燃烧气体(废气)G的流动方向的下游侧称为后侧(后方)。

如图1以及图2所示，涡轮机室26呈圆筒形状(环状)，且多个静叶27和动叶28沿着轴向交替地配设，在燃烧气体G的流动方向的下游侧配置有排气机室29，且利用紧固螺栓41而连结。排气机室29呈圆筒形状，在燃烧气体G的流动方向的下游侧配置有排气室30。该排气室30呈圆筒形状(环状)。而且，排气机室29与排气室30通过能够吸收热延伸的排气室支承件42而连结。

排气机室29在其内侧配置有呈圆筒形状的排气扩散器31。该排气扩散器31通过支柱罩体(支柱罩)45连结呈圆筒形状(环状)的外侧扩散器43和内侧扩散器44而构成。该支柱罩体45呈圆筒形状或者椭圆筒形状等的中空构造，沿着周向而相对于径向倾斜规定角度，且在排气扩散器31的周向上隔开均等的间隔而设置有多个(在本实施方式中为6个)。排气扩散器31通过在外侧扩散器43的径向内侧配置内侧扩散器44，从而在内外的扩散器43、44之间形成供废气(燃烧气体)G流动的废气流路F。

需要说明的是，转子32被轴承部34支承为旋转自如，轴承部34由排气机室29经由支柱47而被支承。在支柱罩体45的内部配设有支柱47。在支柱罩体45与支柱47之间，形成有供冷却空气A流动的支柱罩体流路65，该支柱罩体流路65用于冷却支柱47。

如图2所示，排气扩散器31的外侧扩散器43的轴向的前方侧的前端部43c向涡轮机室26侧延伸出，且与叶环48抵接。在排气机室29与比排气机室29靠径向内侧配置的外侧扩散器43之间，设置有在径向上呈环状的气体密封件49。另外，外侧扩散器43与支柱罩体45以及内侧扩散器44结合而形成为一体，在比支柱47靠轴向的后方侧的后端部43d，由排气机室29借助扩散器支承件(支承构件)50而被支承。因此，在靠近作为载荷的支承点的后端部43d的支柱罩体45的轴向下游侧的连结部45b附近，施加有较大的弯曲载荷，产生更高的热应力，该连结部45b为外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部45b。

扩散器支承件50呈长条形状，且沿着轴向延伸设置，并且在周向上隔开规定的间隔而配设为环状。如图2所示，扩散器支承件50通过在周向上分割为多个支承件分割片50a而设置。各支承件分割片50a的一端部与排气机室29紧固，另一端部与外侧扩散器43紧固。支承件分割片50a以与在周向上相邻配置的支承件分割片50a之间形成宽度在轴向上恒定的间隙S2的方式固定于排气机室29。排气机室29设置为从外侧覆盖扩散器支承件50，在排气机室29的后端部与外侧扩散器43的后端部之间设置有气体密封件51。气体密封件49、51将由排气机室29和外侧扩散器43包围的环状空间与在轴向上游侧或下游侧相邻的叶环48以及排气室30之间密封，以遮挡轴向的燃烧气体或者冷却空气的流动。

在排气机室29的与轴向的支柱47对应的位置处，沿周向隔开规定间隔地设置有多个第一冷却空气导入口61。该多个第一冷却空气导入口61能够将外部的冷却空气A导入到支柱罩体45与支柱47之间的支柱罩体流路65。另外，在排气机室29的比支柱47(支柱罩体45)靠废气流路F的下游侧的位置处，沿周向隔开规定间隔地设置有第二冷却空气导入口(冷却空气导入部)62。该多个第二冷却空气导入口62是以外侧扩散器43的冷却为目的而导入外部的冷却空气A的开口。冷却空气A在后述的冷却空气流路63中将外侧扩散器43冷却之后向支柱罩体流路65供给，与从第一冷却空气导入口61供给的冷却空气A的流动合流而将支柱47冷却之后，向燃烧气体流路F排出。

另外，在外侧扩散器43的径向外侧设置有呈环状且具有比第二冷却空气导入口62小的流路面积的冷却空气流路63，该冷却空气流路63将从该第二冷却空气导入口62导入的冷却空气A导入到支柱罩体45与支柱47之间的支柱罩体流路65。

冷却空气流路63配置为将形成为环状的分隔构件64的轴向的后方侧的一端部设为前端未固定的自由端，将轴向的前方侧的另一端部设为固定端，使分隔构件64固定于朝向排气机室29的轴向的后方侧的面，并在外侧扩散器43的径向外侧覆盖外侧扩散器43，由此形成冷却空气流路63。即，分隔构件64呈直径比外侧扩散器43大的圆筒形状，轴向上的前方侧的端部(一端部)通过焊接而固定于排气机室29，在轴向上的后方侧的端部(另一端部)的自由端与外侧扩散器43侧的后端部43d之间设置有间隙S1。因此，冷却空气流路63形成于分隔构件64与外侧扩散器43的径向外侧面之间、以及从外侧扩散器43朝轴向的前方侧延伸的支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b的外侧。

如图2所示，分隔构件64被水平凸缘部64a分割为两个分隔构件片这两部分(上半分隔构件片64b、下半分隔构件片64c)，且绕转子32配置为环状。在水平凸缘部64a借助紧固螺栓64d(未图示)而紧固上半分隔构件片64b和下半分隔构件片64c。在水平凸缘部64a配置有密封构件64e(未图示)，从而防止在分隔构件64的外表面沿轴向流动的冷却空气A从水平凸缘部64a泄漏而抄近路到冷却空气流路63。需要说明的是，分隔构件64不局限于分割为两部分，也可以为分割为三部分以上。

需要说明的是，在燃气轮机的起动时，排气机室29与外侧扩散器43之间的温差扩大，有可能使固定于排气机室29的分隔构件64与外侧扩散器43在径向上接近而发生干涉。因此，以即便在最接近的情况下也能够维持最小间隙的方式进行包含外侧扩散器43的排气扩散器31的安装。即，在安装时调整分隔构件64与外侧扩散器43的径向的间隙，决定冷却空气流路63的间隙，以使得在运转时能够维持最小间隙。换句话说，由于将冷却空气流路63设定为在运转时能够维持狭窄的流路剖面面积，因此，在运转时，在冷却空气流路63内流动的冷却空气A(A1)的流速变快，冷却空气A对外侧扩散器43冷却的冷却性能提高。

支柱罩体45设置有排气扩散器31中的径向外侧的端部扩径而向外侧弯曲的凸缘部45a。另一方面，外侧扩散器43在与支柱罩体45连结的位置处形成有开口部43a。支柱罩体45的凸缘部45a以重叠的方式紧贴于外侧扩散器43的开口部43a的周围，且通过焊接而与外侧扩散器43的开口部43a的周围连结。外侧扩散器43的后端部43d经由多个扩散器支承件50支承于排气机室29，且外侧扩散器43经由多个支柱罩体45而与内侧扩散器44连结。因此，在支柱罩体45的凸缘部45a与外侧扩散器43的开口部43a之间的连结部45b作用有弯曲载荷。另外，外侧扩散器43被在废气流路F中流动的高温的废气G加热，从而尤其在支柱罩体45的凸缘部45a与外侧扩散器43的开口部43a之间的连结部45b作用有热应力。对此，在本实施方式中，改善了在冷却空气流路63中流动的冷却空气A1的冷却性能，并通过冷却外侧扩散器43、支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b而减少了热应力。

另外，排气机室29在径向内侧配置外侧扩散器43，并且在外侧扩散器43的径向外侧配置分隔构件64，由此在排气机室29与分隔构件64之间设置有呈环状的空间部R。在该情况下，在该空间部R配置有将排气机室29与外侧扩散器43连结的多个扩散器支承件50，分隔构件64配置于各扩散器支承件50的径向内侧。而且，第二冷却空气导入口62与分隔构件64的径向外侧对置而设置。因此，第二冷却空气导入口62与空间部R连通，冷却空气流路63的一端部与该空间部R连通，另一端部与支柱罩体流路65连通。

即，分隔构件64配置于外侧扩散器43的径向外侧，轴向前方侧的前端部(固定端)固定于排气机室29，在轴向后方侧的后端部(自由端)侧设置有间隙S1。换句话说，第二冷却空气导入口62相对于分隔构件64而位于轴向前方侧，间隙S位于分隔构件64的轴向后方侧，因此，形成连续地经由第二冷却空气导入口62、空间部R、间隙S1、冷却空气流路63、支柱罩体45的呈反S字形状的流路。另外，冷却空气流路63的通路剖面面积比空间部R的通路剖面面积小，因此，该冷却空气流路63作为收缩部而发挥功能，使冷却空气A1的流速上升。

需要说明的是，如图2所示，排气机室29和外侧扩散器43具有分割为上下两部分的构造，且通过在水平凸缘部29a、43b被螺栓紧固而呈圆筒形状。因此，分隔构件64也同样地具有分割为上下两部分的构造，且通过在水平凸缘部64a被螺栓紧固而呈圆筒形状。

在排气扩散器31内，在最终级的动叶28的轴向下游侧附近成为最大的负压。在支柱罩体流路65内流动的冷却空气A将支柱47冷却之后，从内侧扩散器44的轴向上游端向最终级的动叶28附近的排气扩散器31内排出。因此，在支柱罩体流路65的内部作用有负压，在各冷却空气导入口61、62作用有吸引力。这样，外部的空气借助吸引力从第一冷却空气导入口61向支柱罩体45与支柱47之间的空间导入。另外，同样地，外部的空气借助吸引力从第二冷却空气导入口62穿过冷却空气流路63而向支柱罩体流路65导入。

即，如图3所示，向第二冷却空气导入口62作用吸引力时，外部的冷却空气A被从第二冷却空气导入口62吸入到空间部R，并穿过各扩散器支承件50的支承件分割片50a间的间隙S2而到达分隔构件64。该冷却空气A在到达分隔构件64之后，在该分隔构件64的引导下朝轴向后方流动，并穿过间隙S1流向冷却空气流路63。换句话说，冷却空气A在空间部R朝轴向后方流动，并以反转180度而折回的方式朝轴向前方流动而到达冷却空气流路63。因此，能够利用在冷却空气流路63中流动的冷却空气A1来冷却外侧扩散器43，并且能够冷却外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部45b。

另外，如上所述，分隔构件64以在与外侧扩散器43之间能够在运转时确保最小间隙的方式被安装。因此，在通常运转时，当冷却空气A1穿过冷却空气流路63时，与空间部R和扩散器支承件50的附近相比，流速上升。其结果是，冷却空气A1的每单位时间的流量增加，促进了外侧扩散器43的外表面的冷却。因此，与以往相比，能够较少的冷却空气A1的流量来高效地冷却外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部45b。

以往，仅利用从第一冷却空气导入口61导入的冷却空气A对排气扩散器31进行了冷却，但在本实施方式中，从第二冷却空气导入口62导入从第一冷却空气导入口61导入的冷却空气A的一部分，利用该一部分的冷却空气A进一步对排气扩散器31进行冷却。从第二冷却空气导入口62导入的冷却空气A虽然与从第一冷却空气导入口61导入的冷却空气A相比为少量，但在穿过冷却空气流路63时流速上升，因此，能够高效地冷却外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部45b。

这样，第一实施方式的排气装置具备排气机室29，并利用支承于排气机室29的径向内侧的外侧扩散器43和配置于外侧扩散器43的径向内侧的内侧扩散器44来形成废气流路F。另外，支柱罩体45的一端部与外侧扩散器43连结，另一端部与内侧扩散器44连结。另外，排气机室29具备：在比支柱罩体45靠废气流路F的下游侧设置的第二冷却空气导入口62；以及以覆盖外侧扩散器43的径向外侧的方式形成为环状且支承于排气机室29的分隔构件64。此外，排气机室29设置有冷却空气流路63，该冷却空气流路63设置在外侧扩散器43与分隔构件64之间，且形成为将从第二冷却空气导入部62导入的冷却空气A向所述支柱罩体45的内侧的支柱罩体流路65引导。

因此，从第二冷却空气导入口62导入到排气机室29的内部的冷却空气A穿过冷却空气流路63而被引导至支柱罩体45的内部。此时，为了在与外侧扩散器43之间形成冷却空气流路63，将以从径向外侧覆盖外侧扩散器43的方式形成为环状的分隔构件64固定于排气机室29。在将分隔构件64安装于排气机室时将其固定于排气机室29，以使得在运转时能够在与外侧扩散器之间维持不发生干涉的最小间隙。其结果是，在冷却空气A1穿过冷却空气流路63时，能够以比以往少的流量高效地冷却外侧扩散器43，能够抑制冷却空气量的增加。另外，由于将形成冷却空气流路63的分隔构件64直接固定于排气机室29而非安装于外侧扩散器43，因此，减少了向外侧扩散器43施加的载荷。此外能够简化构造，因此维护性也提高。

在第一实施方式的排气装置中，分隔构件64将轴向的一端部设为前端未固定的自由端，且具备另一端部固定于排气机室29的固定端，并且沿轴向呈环状配置。其结果是，冷却空气流路63配置为形成从自由端朝向固定端的流路。因此，形成使导入的冷却空气的全部量在分隔构件的自由端折回并朝向固定端的冷却空气A1的流动，因此，促进了外侧扩散器的冷却，使冷却空气向支柱罩体流路的流入变得顺畅。

在第一实施方式的排气装置中，外侧扩散器43在轴向的一端部经由沿周向呈环状配置的扩散器支承件50(支承构件)而支承于排气机室29，分隔构件64配置于扩散器支承件50的径向内侧。因此，能够在支承外侧扩散器43的扩散器支承件50的径向内侧配置分隔构件64，因此，能够使分隔构件64接近于外侧扩散器43而将冷却空气流路63的流路剖面面积形成得较窄，由此冷却空气的流速上升，外侧扩散器43的冷却得到强化。

在第一实施方式的排气装置中，扩散器支承件50由沿周向隔开间隙地分割为多个的分割片50a形成，分割片50a被安装为，从轴向观察时，在沿周向配置的支柱罩体45之间配置有至少一处以上的间隙S2。因此，从第二冷却空气导入部62供给的冷却空气A穿过扩散器支承件50的分割片50a之间的间隙S2，由此促进了冷却空气A沿周向的分散。

在第一实施方式的排气装置中，扩散器支承件50的分割片50a沿周向相邻地配置，且配置为轴向的一端固定于排气机室29，另一端固定于外侧扩散器43的径向外侧的壁面，相邻的分割片50a之间的间隙沿轴向形成恒定宽度。因此，在周向的分割片50a之间形成均匀的间隙S2，因此，在冷却空气流路63中流动的冷却空气A的流量在周向上实现均匀化。

在第一实施方式的排气装置中，分隔构件64沿周向被分割为多个，在被分割的分隔构件片64b、64c的周向两端具备密封构件64e。因此，分隔构件片64b、64c的两端被密封构件密封，因此，向冷却空气流路63流入的冷却空气A1从自由端侧流入到冷却空气流路63而不会抄近路，周向的冷却空气的流动实现均匀化。另外，能够局部地进行分隔构件片64b、64c的拆卸，维护性提高。

在第一实施方式的排气装置中，支柱罩体45具备将另一端部扩径而向外侧弯曲的凸缘部45a，凸缘部45a与形成于外侧扩散器43的开口部43a的周围连结。另外，冷却空气流路63设置于支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b的外侧。因此，虽然在支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b集中废气G所产生的热应力，但在冷却空气A1穿过冷却空气流路63时将该连结部45b冷却，因此，能够减少作用于支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b的热应力。

在第一实施方式的排气装置中，将第二冷却空气导入口62与分隔构件64的径向外侧对置地设置。因此，从第二冷却空气导入口62导入到排气机室29的内部的冷却空气A1碰到分隔构件64而改变流动方向，由此在周向上实现均匀化。此外，冷却空气A1穿过冷却空气流路63被引导到支柱罩体45的内部，能够利用冷却空气A1而在周向上均匀地冷却外侧扩散器43。

在第一实施方式的排气装置中，在排气机室29与分隔构件64之间设置有呈环状的空间部R，第二冷却空气导入口62与空间部R连通，冷却空气流路63的一端部与空间部R连通，另一端部与支柱罩体45的内部连通。因此，从第二冷却空气导入口62导入到排气机室29的内部的冷却空气A经由空间部R而进入冷却空气流路63，因此，冷却空气A在空间部R沿周向实现均匀化。该气流流入到冷却空气流路63，能够利用冷却空气A1而在周向上均匀地冷却外侧扩散器43。

在第一实施方式的排气装置中，沿周向隔开规定间隔地设置有多个第二冷却空气导入口62。因此，能够沿周向均匀地向排气机室29的内部导入冷却空气A。

在第一实施方式的燃气轮机中设置有对空气进行压缩的压缩机11；使燃料与压缩机11压缩后的压缩空气混合而进行燃烧的燃烧器12；利用燃烧器12生成的燃烧气体获得旋转动力的涡轮13；以及对从涡轮13排出的废气进行处理的排气装置。因此，能够利用排气装置以较少的流量来高效地冷却外侧扩散器43，能够抑制冷却空气量的增加，因此，能够抑制向废气流路F排出的冷却空气量的增加，能够防止废气温度的降低而维持涡轮效率。

[第二实施方式]

图5是表示第二实施方式的排气装置的剖视图。需要说明的是，针对具有与上述实施方式同样的功能的构件标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

在第二实施方式的排气装置中，如图5所示，排气机室29在其内侧配置有呈圆筒形状的排气扩散器31。通过支柱罩体45连结外侧扩散器43和内侧扩散器44而构成该排气扩散器31。排气扩散器31通过在外侧扩散器43的径向内侧配置内侧扩散器44而形成废气流路F。支柱罩体45在内部配设有支柱47。

外侧扩散器43的轴向前方的前端部向涡轮机室26侧延伸出，且外侧扩散器43由排气机室29借助扩散器支承件(支承构件)71而被支承。外侧扩散器43的轴向后方的后端部向排气室(省略图示)侧延伸出。排气机室29设置为从外侧覆盖扩散器支承件71，在排气机室29的轴向前端部与比排气机室29靠径向内侧配置的外侧扩散器43的轴向的前端部之间，沿径向设置有气体密封件72。

需要说明的是，本实施方式与第一实施方式的不同之处在于，支柱罩体45、内侧扩散器44以及外侧扩散器43通过焊接而形成为一体，外侧扩散器43的前端部43c由排气机室29借助扩散器支承件71进行支承。

因此，在本实施方式中，在接近作为载荷的支承点的前端部43c的支柱罩体45的轴向上游侧的连结部45b附近，施加有较大的弯曲载荷，产生较高的热应力，该连结部45b为外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部45b。

在排气机室29的比支柱47(支柱罩体45)靠废气流路F的上游侧的位置处，沿周向隔开规定间隔地设置有多个第二冷却空气导入口(冷却空气导入部)73。该多个第二冷却空气导入口73能够将外部的冷却空气A穿过外侧扩散器43的外侧而向支柱罩体45与支柱47之间的支柱罩体流路65导入。

设置于外侧扩散器43的冷却空气流路74通过将形成为环状的分隔构件75配置在外侧扩散器43的径向外侧而形成。该分隔构件75呈直径比外侧扩散器43大的圆筒形状，轴向上的后端部即固定端(另一端部)通过焊接而固定于排气机室29，在轴向上的前端部即自由端(一端部)侧设置有间隙S1。因此，冷却空气流路74借助该分隔构件75而设置于外侧扩散器43的外侧、和支柱罩体45与外侧扩散器43之间的连结部45b的外侧。

另外，排气机室29在径向内侧配置外侧扩散器43，且在外侧扩散器43的径向外侧配置分隔构件75，因此，在排气机室29与分隔构件75之间设置有呈环状的空间部R。在该情况下，在该空间部R配置有将排气机室29与外侧扩散器43连结的多个扩散器支承件71，分隔构件75配置在各扩散器支承件71的径向内侧。而且，第二冷却空气导入口73与分隔构件75的径向外侧对置而设置。

因此，当向支柱罩体流路65作用负压时，在第二冷却空气导入口73作用有吸引力。因此，外部的空气从第二冷却空气导入口73穿过冷却空气流路74而导入到支柱罩体45与支柱47之间的支柱罩体流路65。

即，当在第二冷却空气导入口73作用有吸引力时，外部的冷却空气A从第二冷却空气导入口73吸入到空间部R，并穿过各扩散器支承件71之间而到达分隔构件75。该冷却空气A在到达分隔构件75之后，在该分隔构件75的引导下朝轴向的前方流动，并穿过间隙S1而流向冷却空气流路74。换句话说，冷却空气A在空间部R朝前方流动，以反转180度而折回的方式朝轴向的后方流动而达到冷却空气流路74。因此，能够利用在冷却空气流路74中流动的冷却空气A1来冷却外侧扩散器43，并且，能够冷却热应力较大的外侧扩散器43与支柱罩体45之间的轴向上游侧的连结部45b附近。

另外，对于冷却空气流路74，在运转时能够在分隔构件75与外侧扩散器43之间确保最小间隙的方式将分隔构件75安装于排气机室29，因此，冷却空气A1在冷却空气流路74内的流速比以往快。因此，促进了外侧扩散器43的外表面上的冷却，能够利用比以往少的冷却空气A而高效地冷却外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部。另外，由于将形成冷却空气流路74的分隔构件75直接固定于排气机室29而未安装于外侧扩散器43，因此，减少了向外侧扩散器43施加的载荷。此外，简化了构造，因此维护性也提高。

[第三实施方式]

图6是表示第三实施方式的排气装置的主要部位的剖视图。需要说明的是，针对具有与上述实施方式同样的功能的构件标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

在第三实施方式的排气装置中，如图6所示，在排气机室29的比支柱罩体45靠废气流路F的下游侧的位置处，沿周向隔开规定间隔地设置有多个第二冷却空气导入口81。该多个第二冷却空气导入口81与空间部R连通，该空间部R位于比扩散器支承件50靠径向内侧且比分隔构件64靠径向外侧的位置。需要说明的是，冷却空气流路63、分隔构件64的结构与第一实施方式相同。

这样，在第三实施方式中，在排气机室29中的比支柱罩体45靠废气流路F的上游侧的位置设置有第二冷却空气导入口81。另外，固定于排气机室29的分隔构件64在外侧扩散器43的径向外侧呈环状地配置，在排气机室29与外侧扩散器43的外表面之间形成有冷却空气流路63。冷却空气流路63的上游侧与空间部R连通，下游侧与支柱罩体流路65连通。

因此，能够将外部的冷却空气A在不被扩散器支承件50妨碍的状态下导入到空间部R，能够利用比以往少的流量的冷却空气A而高效地冷却外侧扩散器43。

[第四实施方式]

图7是表示第四实施方式的排气装置的主要部位的剖视图。需要说明的是，针对具有与上述实施方式同样的功能的构件标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

在第四实施方式的排气装置中，如图7所示，排气机室29在其内侧配置有呈圆筒形状的排气扩散器31。通过支柱罩体45连结外侧扩散器43和内侧扩散器44而构成该排气扩散器31。外侧扩散器43的后端部与排气机室29的支承构件91连结。

排气机室29在支承构件91中的比支柱罩体45靠废气流路F的下游侧的位置处，沿周向隔开规定间隔地设置有多个第二冷却空气导入口(冷却空气导入部)92。需要说明的是，也可以将排气机室29和支承构件91一体地形成，在排气机室29形成第二冷却空气导入口92。该多个第二冷却空气导入口92能够将外部的冷却空气A穿过外侧扩散器43的外侧而向支柱罩体45与支柱47之间的支柱罩体流路65导入。另外，在固定于排气机室29且在外侧扩散器43的径向外侧呈环状而配置的分隔构件64与外侧扩散器43之间设置有冷却空气流路93。因此，从第二冷却空气导入口92导入的冷却空气A暂时流入到由排气机室29和分隔构件64包围的空间部R，并在冷却空气流路93中流动而导入到支柱罩体流路65。

因此，冷却空气流路93的上游侧的构造变得简单，到达冷却空气流路93的路径的压力损失得以减少，此外，能够利用在冷却空气流路93中流动的冷却空气A来冷却外侧扩散器43，并且，能够冷却外侧扩散器43与支柱罩体45之间的连结部。

附图标记说明：

11 压缩机；

12 燃烧器；

13 涡轮；

29 排气机室；

29a、43a、64a 水平凸缘部；

30 排气室；

31 排气扩散器；

32 转子(旋转轴)；

43 外侧扩散器；

43b 水平凸缘部；

43c 前端部；

43d 后端部；

44 内侧扩散器；

45 支柱罩体；

45a 凸缘部；

45b 连结部；

47 支柱

50、71 扩散器支承件(支承构件)；

50a 支承件分割片；

61 第一冷却空气导入口；

62、73、81、92 第二冷却空气导入口(冷却空气导入部)；

63、74、93 冷却空气流路；

64、75、94 分隔构件；

64b、64c 分隔构件片

64e 密封构件；

65 支柱罩体流路；

G 废气(燃烧气体)；

F 废气流路；

R 空间部；

S1、S2 间隙。

Claims (11)

1.一种排气装置，其特征在于，

所述排气装置具有：

机室，其形成为环状；

外侧扩散器，其形成为环状且支承于所述机室的径向内侧；

内侧扩散器，其形成为环状且配置于所述外侧扩散器的径向内侧，从而在所述内侧扩散器与所述外侧扩散器之间形成废气流路；

支柱罩体，其形成为筒形状，且长边方向的一端部与所述外侧扩散器连结，另一端部与所述内侧扩散器连结；

冷却空气导入部，其设置在所述机室中的比所述支柱罩体靠所述废气流路的上游侧或下游侧的位置；

分隔构件，其以覆盖所述外侧扩散器的径向外侧的方式形成为环状，并支承于所述机室；以及

冷却空气流路，其设置在所述外侧扩散器与所述分隔构件之间，且形成为将从所述冷却空气导入部导入的冷却空气向所述支柱罩体内侧的支柱罩体流路引导。

2.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，

所述分隔构件将轴向的一端部设为前端未固定的自由端，另一端部具备固定于所述机室的固定端，且所述分隔构件在轴向上呈环状配置，所述冷却空气流路配置为形成从所述自由端朝向所述固定端的流路。

3.根据权利要求1或2所述的排气装置，其特征在于，

所述外侧扩散器在轴向的一端部经由沿周向呈环状配置的支承构件而支承于所述机室，所述分隔构件相对于所述支承构件而配置在径向内侧。

4.根据权利要求3所述的排气装置，其特征在于，

所述支承构件由沿周向隔开恒定的间隙而分割为多个的分割片形成，所述分割片被安装为，从轴向观察时，在沿周向配置的所述支柱罩体之间配置有至少一处以上的所述间隙。

5.根据权利要求4所述的排气装置，其特征在于，

所述分割片在周向上相邻配置，所述分割片的轴向的一端固定于所述机室且另一端固定于所述外侧扩散器的径向外侧的壁面，所述分割片配置为，相邻的所述分割片之间的间隙在轴向上形成恒定宽度。

6.根据权利要求1或2所述的排气装置，其特征在于，

所述分隔构件在周向上分割为多个分隔构件片，在被分割的所述分隔构件片的周向两端具备密封构件。

7.根据权利要求1或2所述的排气装置，其特征在于，

所述冷却空气流路设置于所述支柱罩体与所述外侧扩散器之间的连结部的外侧。

8.根据权利要求4所述的排气装置，其特征在于，

所述冷却空气导入部与所述分隔构件的径向外侧对置而设置。

9.根据权利要求1或2所述的排气装置，其特征在于，

在所述机室与所述分隔构件之间设置有呈环状的空间部，所述冷却空气导入部与所述空间部连通，所述冷却空气流路的一端部与所述空间部连通，另一端部与所述支柱罩体的内部连通。

10.根据权利要求1或2所述的排气装置，其特征在于，

所述冷却空气导入部沿周向以规定间隔设置有多个。

11.一种燃气轮机，其特征在于，

所述燃气轮机具有：

压缩机，其对空气进行压缩；

燃烧器，其将燃料与所述压缩机压缩后的压缩空气混合而进行燃烧；

涡轮，其利用所述燃烧器生成的燃烧气体来获得旋转动力；以及

权利要求1至10中任一项所述的排气装置，其对从所述涡轮排出的排气进行处理。