排氣裝置以及燃氣輪機的製作方法

2023-10-17 12:09:29 3

本發明涉及例如對從燃氣輪機排出的廢氣進行處理的排氣裝置以及該燃氣輪機。

背景技術：

例如，通常的燃氣輪機由壓縮機、燃燒器以及渦輪構成。壓縮機通過對從空氣取入口獲取到的空氣進行壓縮而形成高溫高壓的壓縮空氣。燃燒器通過向該壓縮空氣供給燃料並使其燃燒而獲得高溫高壓的燃燒氣體。渦輪被該燃燒氣體驅動，從而驅動在同軸上連結的發電機。

在該燃氣輪機中，在渦輪的下遊側設置有排氣裝置。渦輪構成為，在渦輪機室內沿燃燒氣體的流動方向交替地配設有多個靜葉和多個動葉。在該渦輪機室的下遊側經由排氣機室而配沒有排氣室。該排氣室具有支承於排氣機室的排氣擴散器。排氣擴散器構成為，呈圓筒形狀的外側擴散器與內側擴散器通過支柱罩而連結。支柱的一端部與支承轉子的軸承連結，另一端部與排氣機室連結。而且，通過將來自外部的冷卻空氣導入到支柱與支柱罩之間而將排氣擴散器冷卻。

在專利文獻1中公開了一種透口板，該透口板設置在用於供給從冷卻部的引導管送出的冷卻流體的排氣擴散器冷卻裝置的入口，且將排氣擴散器冷卻裝置的冷卻流體的通路區分為冷卻排氣擴散器的非加熱部和冷卻臺階部外殼的加熱部。該透口板以遮擋輻射熱量為目的進行設置，以解決冷卻流體受到來自排氣擴散器側的熱輻射而過熱、從而使臺階部外殼的冷卻變得不充分的情況，供給到排氣擴散器的冷卻流體的一部分透過透口板而向冷卻排氣擴散器的非加熱部供給，在將排氣擴散器冷卻之後向外部排出。

在專利文獻2中公開了如下的第二冷卻系統：在內周側外殼的外周側設置隔壁，並在內周側外殼與隔壁之間形成空氣腔室。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平06-173712號公報

專利文獻2：日本特開2005-083199號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

在如上述那樣的現有的排氣擴散器中，通過將來自外部的冷卻空氣導入到支柱與支柱罩之間來冷卻排氣擴散器。然而，近年來謀求燃氣輪機的高輸出化，由此廢氣溫度上升，因此，需要排氣擴散器的進一步冷卻。在該情況下，考慮增加來自外部的向支柱與支柱罩之間導入的冷卻空氣量。但是，由於冷卻排氣擴散器後的空氣向廢氣流路排出，因此，存在廢氣溫下降而導致渦輪效率下降這樣的問題。

專利文獻1所公開的透口板具有使冷卻流體通過的構造，在透口板與外側擴散器之間形成的通路冷卻效率差且不能說是冷卻性能好。另外，專利文獻2所公開的空氣腔室未設置於外側擴散器。當向該專利文獻2所公開的外側擴散器安裝專利文獻1所公開的空氣腔室時，在外側擴散器上施加了載荷，難以實現載荷的支承方法。

本發明用於解決上述課題，其目的在於，提供一種能夠高效地冷卻排氣擴散器的排氣裝置以及燃氣輪機。

解決方案

用於實現上述目的本發明的一方式的排氣裝置的特徵在於，具有：機室，其形成為環狀；外側擴散器，其形成為環狀且支承於所述機室的徑向內側；內側擴散器，其形成為環狀且配置於所述外側擴散器的徑向內側，從而在所述內側擴散器與所述外側擴散器之間形成廢氣流路；支柱罩體，其形成為筒形狀，且長邊方向的一端部與所述外側擴散器連結，另一端部與所述內側擴散器連結；冷卻空氣導入部，其設置在所述機室中的比所述支柱罩體靠所述廢氣流路的上遊側或下遊側的位置；分隔構件，其以覆蓋所述外側擴散器的徑向外側的方式形成為環狀，並支承於所述機室；以及冷卻空氣流路，其設置在所述外側擴散器與所述分隔構件之間，且形成為將從所述冷卻空氣導入部導入的冷卻空氣向所述支柱罩體內側的支柱罩體流路引導。

由此，通過在外側擴散器的外側設置新的分隔構件而能夠形成流路面積比以往構造窄的冷卻空氣流路，因此，能夠提高外側擴散器的冷卻性能。另外，由於從機室側支承分隔構件，所以安裝構造變得簡單，能夠提高維護性。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述分隔構件將軸向的一端部設為前端未固定的自由端，另一端部具備固定於所述機室的固定端，且所述分隔構件在軸向上呈環狀配置，所述冷卻空氣流路配置為形成從所述自由端朝向所述固定端的流路。

由此，從冷卻空氣導入部供給的冷卻空氣的全部流量在以分隔構件的自由端折回並朝向固定端的冷卻空氣流路內流動，因此，促進了外側擴散器的冷卻，冷卻空氣向支柱罩體流路的流入變得順暢。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述外側擴散器在軸向的一端部經由沿周向呈環狀配置的支承構件而支承於所述機室，所述分隔構件相對於所述支承構件而配置在徑向內側。

由此，能夠在支承外側擴散器的支承構件的徑向內側配置分隔構件，因此，能夠使分隔構件在不發生幹涉的範圍內接近於外側擴散器，能夠將冷卻空氣流路的流路剖面面積形成得較窄，外側擴散器的冷卻得到強化。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述支承構件由沿周向隔開間隙而分割為多個的分割片形成，所述分割片被安裝為，從軸向觀察時，在沿周向配置的所述支柱罩體之間配置有至少一處以上的所述間隙。

由此，從冷卻空氣導入部供給的冷卻空氣穿過支承構件的間隙，從而促進了冷卻空氣沿周向的分散。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述分割片在周向上相鄰配置，所述分割片的軸向的一端固定於所述機室且另一端固定於所述外側擴散器的徑向外側的壁面，所述分割片配置為，相鄰的所述分割片之間的間隙在軸向上形成恆定寬度。

由此，在周向的分割片之間形成均勻的間隙，因此，在冷卻空氣流路中流動的冷卻空氣的流量在周向上實現均勻化。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述分隔構件在周向上分割為多個，在被分割的分隔構件片的周向兩端具備密封部。

由此，分隔構件片的兩端被密封構件密封，因此，進入冷卻空氣流路的冷卻空氣從自由端側向冷卻空氣流路流入而不會抄近路，所以，周向的冷卻空氣的流動實現均勻化。另外，能夠局部地進行分隔構件片的拆卸，維護性提高。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述冷卻空氣流路設置於所述支柱罩體與所述外側擴散器之間的連結部的外側。

由此，雖然在支柱罩體與外側擴散器之間的連結部集中有廢氣的熱應力，但是在冷卻空氣穿過冷卻空氣流路時將該連結部冷卻，因此，能夠減少作用於支柱罩體與外側擴散器之間的連結部的熱應力。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述冷卻空氣導入部與所述分隔構件的徑向外側對置而設置。

由此，從冷卻空氣導入部導入到機室的內部的冷卻空氣在穿過支承構件以及分隔構件的過程中沿周向實現均勻化，並穿過冷卻空氣流路向支柱罩體的內部引導，從而能夠利用冷卻空氣沿周向均勻地冷卻外側擴散器。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，在所述機室與所述分隔構件之間設置有呈環狀的空間部，所述冷卻空氣導入部與所述空間部連通，冷卻空氣流路的一端部與所述空間部連通，另一端部與所述支柱罩體的內部連通。

由此，從冷卻空氣導入部導入到機室的內部的冷卻空氣經由具有恆定容積的空間部而進入到冷卻空氣流路，空間部起到緩衝罐的作用，冷卻空氣在空間部沿周向實現均勻化之後向冷卻空氣流路流入，從而能夠利用冷卻空氣沿周向均勻地冷卻外側擴散器。

在本發明的一方式的排氣裝置中，其特徵在於，所述冷卻空氣導入部沿周向以規定間隔設置有多個。

由此，能夠向機室的內部沿周向均勻地導入冷卻空氣。

另外，本發明的一方式的燃氣輪機的特徵在於，具有：壓縮機，其對空氣進行壓縮；燃燒器，其將燃料與所述壓縮機壓縮後的壓縮空氣混合而進行燃燒；渦輪，其利用所述燃燒器生成的燃燒氣體來獲得旋轉動力；以及所述排氣裝置，其對從所述渦輪排出的排氣進行處理。

由此，能夠以較少的流量來高效地冷卻外側擴散器，能夠抑制冷卻空氣量的增加，因此，能夠抑制在廢氣流路中排出的冷卻空氣量增加，能夠防止廢氣溫度的下降而維持渦輪效率。

發明效果

根據本發明的至少一方式的排氣裝置以及燃氣輪機，在由機室支承的分隔構件與外側擴散器的徑向的外表面之間設置有具有小流路面積且將冷卻空氣導入到支柱罩體的內部的冷卻空氣流路，因此，冷卻空氣流路內的冷卻空氣的流速增加，外側擴散器的冷卻性能提高。另外，能夠以較少的流量高效地冷卻外側擴散器，能夠提高發電效率。此外，由於分隔構件是由機室支承的構造，因此，能夠簡化構造且提高維護性。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式的排氣裝置的剖視圖。

圖2是表示排氣裝置的圖1的ii-ii剖視圖。

圖3是表示排氣裝置中的第二冷卻路徑的剖視圖。

圖4是表示燃氣輪機的整體結構的簡圖。

圖5是表示第二實施方式的排氣裝置的剖視圖。

圖6是表示第三實施方式的排氣裝置的主要部位的剖視圖。

圖7是表示第四實施方式的排氣裝置的主要部位的剖視圖。

具體實施方式

以下參照附圖，詳細說明本發明的排氣裝置以及燃氣輪機的優選實施方式。需要說明的是，並不通過該實施方式來限定本發明，另外，在具有多個實施方式的情況下，也包括組合各實施方式而構成的情況。

[第一實施方式]

圖4是表示第一實施方式的燃氣輪機的整體結構的簡圖。

在第一實施方式中，如圖4所示，燃氣輪機10由壓縮機11、燃燒器12以及渦輪13構成。該燃氣輪機10在轉子(旋轉軸)32的外側沿著軸心c的方向(以下稱為軸向)配置有壓縮機11和渦輪13，並且，在壓縮機11與渦輪13之間配置有多個燃燒器12。而且，燃氣輪機10在同軸上連結有未圖示的發電機(電動機)而能夠發電。

壓縮機11具有獲取空氣的空氣取入口20，在壓縮機機室21內配設有入口引導葉片(igv：inletguidevane)22，並且，多個靜葉23與多個動葉24沿空氣的流動方向(軸心c方向)交替地配設。該壓縮機11通過對從空氣取入口20獲取到的空氣進行壓縮而生成高溫高壓的壓縮空氣，並將該壓縮空氣供給至燃燒器12。壓縮機11能夠藉助在同軸上連結的電動機而起動。

燃燒器12被供給燃料和由壓縮機11壓縮且積存於渦輪機室26的高溫高壓的壓縮空氣並使它們燃燒，由此生成燃燒氣體。渦輪13在渦輪機室26內沿燃燒氣體的流動方向(軸向)交替地配設有多個靜葉27和多個動葉28。而且，在該渦輪機室26的下遊側經由排氣機室29而配設有排氣室30。該排氣室30具有與渦輪13連結的排氣擴散器31。渦輪13由來自燃燒器12的燃燒氣體進行驅動，從而能夠驅動在同軸上連結的發電機。

壓縮機11、燃燒器12以及渦輪13在內部配置有以貫穿排氣室30的中心部的方式沿著軸向的轉子32。轉子32的壓縮機11側的端部被軸承部33支承為旋轉自如，並且，排氣室30側的端部被軸承部34支承為旋轉自如。而且，轉子32在壓縮機11中重疊地固定了多個裝配有各動葉24的盤構件。另外，轉子32在渦輪13中重疊地固定了多個裝配有各動葉28的盤構件。而且，轉子32在空氣取入口20側的端部與發電機的驅動軸連結。

而且，在該燃氣輪機10中，壓縮機11的壓縮機機室21被腿部35支承，渦輪13的渦輪機室26被腿部36支承，排氣室30被腿部37支承。

因此，在壓縮機11中，從空氣取入口20獲取到的空氣通過入口引導葉片22、多個靜葉23以及動葉24而被壓縮，由此成為高溫高壓的壓縮空氣。在燃燒器12中，向該壓縮空氣供給規定的燃料並使其燃燒。在渦輪13中，由燃燒器12生成的高溫高壓的燃燒氣體通過渦輪13中的多個靜葉27和動葉28而驅動轉子32進行旋轉，從而驅動與該轉子32連結的發電機。而且，驅動渦輪13後的燃燒氣體作為廢氣釋放到大氣中。

在這樣構成的燃氣輪機10中設置有對從渦輪13排出的廢氣進行處理的排氣裝置。圖1是表示第一實施方式的排氣裝置的剖視圖，圖2是表示排氣裝置的圖1的ii-ii剖視圖，圖3是表示排氣裝置中的第二冷卻路徑的剖視圖。需要說明的是，在以下的說明中，轉子32的軸心方向是軸向，且成為燃燒氣體(廢氣)g的流動方向。另外，將燃燒氣體(廢氣)g的流動方向的上遊側稱為前側(前方)，將燃燒氣體(廢氣)g的流動方向的下遊側稱為後側(後方)。

如圖1以及圖2所示，渦輪機室26呈圓筒形狀(環狀)，且多個靜葉27和動葉28沿著軸向交替地配設，在燃燒氣體g的流動方向的下遊側配置有排氣機室29，且利用緊固螺栓41而連結。排氣機室29呈圓筒形狀，在燃燒氣體g的流動方向的下遊側配置有排氣室30。該排氣室30呈圓筒形狀(環狀)。而且，排氣機室29與排氣室30通過能夠吸收熱延伸的排氣室支承件42而連結。

排氣機室29在其內側配置有呈圓筒形狀的排氣擴散器31。該排氣擴散器31通過支柱罩體(支柱罩)45連結呈圓筒形狀(環狀)的外側擴散器43和內側擴散器44而構成。該支柱罩體45呈圓筒形狀或者橢圓筒形狀等的中空構造，沿著周向而相對於徑向傾斜規定角度，且在排氣擴散器31的周向上隔開均等的間隔而設置有多個(在本實施方式中為6個)。排氣擴散器31通過在外側擴散器43的徑向內側配置內側擴散器44，從而在內外的擴散器43、44之間形成供廢氣(燃燒氣體)g流動的廢氣流路f。

需要說明的是，轉子32被軸承部34支承為旋轉自如，軸承部34由排氣機室29經由支柱47而被支承。在支柱罩體45的內部配設有支柱47。在支柱罩體45與支柱47之間，形成有供冷卻空氣a流動的支柱罩體流路65，該支柱罩體流路65用於冷卻支柱47。

如圖2所示，排氣擴散器31的外側擴散器43的軸向的前方側的前端部43c向渦輪機室26側延伸出，且與葉環48抵接。在排氣機室29與比排氣機室29靠徑向內側配置的外側擴散器43之間，設置有在徑向上呈環狀的氣體密封件49。另外，外側擴散器43與支柱罩體45以及內側擴散器44結合而形成為一體，在比支柱47靠軸向的後方側的後端部43d，由排氣機室29藉助擴散器支承件(支承構件)50而被支承。因此，在靠近作為載荷的支承點的後端部43d的支柱罩體45的軸向下遊側的連結部45b附近，施加有較大的彎曲載荷，產生更高的熱應力，該連結部45b為外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部45b。

擴散器支承件50呈長條形狀，且沿著軸向延伸設置，並且在周向上隔開規定的間隔而配設為環狀。如圖3所示，擴散器支承件50通過在周向上分割為多個支承件分割片50a而設置。各支承件分割片50a的一端部與排氣機室29緊固，另一端部與外側擴散器43緊固。支承件分割片50a以與在周向上相鄰配置的支承件分割片50a之間形成寬度在軸向上恆定的間隙s2的方式固定於排氣機室29。排氣機室29設置為從外側覆蓋擴散器支承件50，在排氣機室29的後端部與外側擴散器43的後端部之間設置有氣體密封件51。氣體密封件49、51將由排氣機室29和外側擴散器43包圍的環狀空間與在軸向上遊側或下遊側相鄰的葉環48以及排氣室30之間密封，以遮擋軸向的燃燒氣體或者冷卻空氣的流動。

在排氣機室29的與軸向的支柱47對應的位置處，沿周向隔開規定間隔地設置有多個第一冷卻空氣導入口61。該多個第一冷卻空氣導入口61能夠將外部的冷卻空氣a導入到支柱罩體45與支柱47之間的支柱罩體流路65。另外，在排氣機室29的比支柱47(支柱罩體45)靠廢氣流路f的下遊側的位置處，沿周向隔開規定間隔地設置有第二冷卻空氣導入口(冷卻空氣導入部)62。該多個第二冷卻空氣導入口62是以外側擴散器43的冷卻為目的而導入外部的冷卻空氣a的開口。冷卻空氣a在後述的冷卻空氣流路63中將外側擴散器43冷卻之後向支柱罩體流路65供給，與從第一冷卻空氣導入口61供給的冷卻空氣a的流動合流而將支柱47冷卻之後，向燃燒氣體流路f排出。

另外，在外側擴散器43的徑向外側設置有呈環狀且具有比第二冷卻空氣導入口62小的流路面積的冷卻空氣流路63，該冷卻空氣流路63將從該第二冷卻空氣導入口62導入的冷卻空氣a導入到支柱罩體45與支柱47之間的支柱罩體流路65。

冷卻空氣流路63配置為將形成為環狀的分隔構件64的軸向的後方側的一端部設為前端未固定的自由端，將軸向的前方側設為固定端，使分隔構件64固定於朝向排氣機室29的軸向的後方側的面，並在外側擴散器43的徑向外側覆蓋外側擴散器43，由此形成冷卻空氣流路63。即，分隔構件64呈直徑比外側擴散器43大的圓筒形狀，軸向上的前方側的端部(一端部)通過焊接而固定於排氣機室29，在軸向上的後方側的端部(另一端部)的自由端與外側擴散器43側的後端部43d之間設置有間隙s1。因此，冷卻空氣流路63形成於分隔構件64與外側擴散器43的徑向外側面之間、以及從外側擴散器43朝軸向的前方側延伸的支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b的外側。

如圖2所示，分隔構件64被水平凸緣部64a分割為兩個分隔構件片這兩部分(上半分隔構件片64b、下半分隔構件片64c)，且繞轉子32配置為環狀。在水平凸緣部64a藉助緊固螺栓64d(未圖示)而緊固上半分隔構件片64b和下半分隔構件片64c。在水平凸緣部64a配置有密封構件64e(未圖示)，從而防止在分隔構件64的外表面沿軸向流動的冷卻空氣a從水平凸緣部64a洩漏而抄近路到冷卻空氣流路63。需要說明的是，分隔構件64不局限於分割為兩部分，也可以為分割為三部分以上。

需要說明的是，在燃氣輪機的起動時，排氣機室29與外側擴散器43之間的溫差擴大，有可能使固定於排氣機室29的分隔構件64與外側擴散器43在徑向上接近而發生幹涉。因此，以即便在最接近的情況下也能夠維持最小間隙的方式進行包含外側擴散器43的排氣擴散器31的安裝。即，在安裝時調整分隔構件64與外側擴散器43的徑向的間隙，決定冷卻空氣流路63的間隙，以使得在運轉時能夠維持最小間隙。換句話說，由於將冷卻空氣流路63設定為在運轉時能夠維持狹窄的流路剖面面積，因此，在運轉時，在冷卻空氣流路63內流動的冷卻空氣a(a1)的流速變快，冷卻空氣a對外側擴散器43冷卻的冷卻性能提高。

支柱罩體45設置有排氣擴散器31中的徑向外側的端部擴徑而向外側彎曲的凸緣部45a。另一方面，外側擴散器43在與支柱罩體45連結的位置處形成有開口部43a。支柱罩體45的凸緣部45a以重疊的方式緊貼於外側擴散器43的開口部43a的周圍，且通過焊接而與外側擴散器43的開口部43a的周圍連結。外側擴散器43的後端部43d經由多個擴散器支承件50支承於排氣機室29，且外側擴散器43經由多個支柱罩體45而與內側擴散器44連結。因此，在支柱罩體45的凸緣部45a與外側擴散器43的開口部43a之間的連結部45b作用有彎曲載荷。另外，外側擴散器43被在廢氣流路f中流動的高溫的廢氣g加熱，從而尤其在支柱罩體45的凸緣部45a與外側擴散器43的開口部43a之間的連結部45b作用有熱應力。對此，在本實施方式中，改善了在冷卻空氣流路63中流動的冷卻空氣a1的冷卻性能，並通過冷卻外側擴散器43、支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b而減少了熱應力。

另外，排氣機室29在徑向內側配置外側擴散器43，並且在外側擴散器43的徑向外側配置分隔構件64，由此在排氣機室29與分隔構件64之間設置有呈環狀的空間部r。在該情況下，在該空間部r配置有將排氣機室29與外側擴散器43連結的多個擴散器支承件50，分隔構件64配置於各擴散器支承件50的徑向內側。而且，第二冷卻空氣導入口62與分隔構件64的徑向外側對置而設置。因此，第二冷卻空氣導入口62與空間部r連通，冷卻空氣流路63的一端部與該空間部r連通，另一端部與支柱罩體流路65連通。

即，分隔構件64配置於外側擴散器43的徑向外側，軸向前方側的前端部(固定端)固定於排氣機室29，在軸向後方側的後端部(自由端)側設置有間隙s1。換句話說，第二冷卻空氣導入口62相對於分隔構件64而位於軸向前方側，間隙s位於分隔構件64的軸向後方側，因此，形成連續地經由第二冷卻空氣導入口62、空間部r、間隙s1、冷卻空氣流路63、支柱罩體45的呈反s字形狀的流路。另外，冷卻空氣流路63的通路剖面面積比空間部r的通路剖面面積小，因此，該冷卻空氣流路63作為收縮部而發揮功能，使冷卻空氣a1的流速上升。

需要說明的是，如圖2所示，排氣機室29和外側擴散器43具有分割為上下兩部分的構造，且通過在水平凸緣部29a、43b被螺栓緊固而呈圓筒形狀。因此，分隔構件64也同樣地具有分割為上下兩部分的構造，且通過在水平凸緣部64a被螺栓緊固而呈圓筒形狀。

在排氣擴散器31內，在最終級的動葉28的軸向下遊側附近成為最大的負壓。在支柱罩體流路65內流動的冷卻空氣a將支柱47冷卻之後，從內側擴散器44的軸向上遊端向最終級的動葉28附近的排氣擴散器31內排出。因此，在支柱罩體流路65的內部作用有負壓，在各冷卻空氣導入口61、62作用有吸引力。這樣，外部的空氣藉助吸引力從第一冷卻空氣導入口61向支柱罩體45與支柱47之間的空間導入。另外，同樣地，外部的空氣藉助吸引力從第二冷卻空氣導入口62穿過冷卻空氣流路63而向支柱罩體流路65導入。

即，如圖3所示，向第二冷卻空氣導入口62作用吸引力時，外部的冷卻空氣a被從第二冷卻空氣導入口62吸入到空間部r，並穿過各擴散器支承件50的支承件分割片50a間的間隙s2而到達分隔構件64。該冷卻空氣a在到達分隔構件64之後，在該分隔構件64的引導下朝軸向後方流動，並穿過間隙s1流向冷卻空氣流路63。換句話說，冷卻空氣a在空間部r朝軸向後方流動，並以反轉180度而折回的方式朝軸向前方流動而到達冷卻空氣流路63。因此，能夠利用在冷卻空氣流路63中流動的冷卻空氣a1來冷卻外側擴散器43，並且能夠冷卻外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部45b。

另外，如上所述，分隔構件64以在與外側擴散器43之間能夠在運轉時確保最小間隙的方式被安裝。因此，在通常運轉時，當冷卻空氣a1穿過冷卻空氣流路63時，與空間部r和擴散器支承件50的附近相比，流速上升。其結果是，冷卻空氣a1的每單位時間的流量增加，促進了外側擴散器43的外表面的冷卻。因此，與以往相比，能夠較少的冷卻空氣a1的流量來高效地冷卻外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部45b。

以往，僅利用從第一冷卻空氣導入口61導入的冷卻空氣a對排氣擴散器31進行了冷卻，但在本實施方式中，從第二冷卻空氣導入口62導入從第一冷卻空氣導入口61導入的冷卻空氣a的一部分，利用該一部分的冷卻空氣a進一步對排氣擴散器31進行冷卻。從第二冷卻空氣導入口62導入的冷卻空氣a雖然與從第一冷卻空氣導入口61導入的冷卻空氣a相比為少量，但在穿過冷卻空氣流路63時流速上升，因此，能夠高效地冷卻外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部45b。

這樣，第一實施方式的排氣裝置具備排氣機室29，並利用支承於排氣機室29的徑向內側的外側擴散器43和配置於外側擴散器43的徑向內側的內側擴散器44來形成廢氣流路f。另外，支柱罩體45的一端部與外側擴散器43連結，另一端部與內側擴散器44連結。另外，排氣機室29具備：在比支柱罩體45靠廢氣流路f的下遊側設置的第二冷卻空氣導入口62；以及以覆蓋外側擴散器43的徑向外側的方式形成為環狀且支承於排氣機室29的分隔構件64。此外，排氣機室29設置有冷卻空氣流路63，該冷卻空氣流路63設置在外側擴散器43與分隔構件64之間，且形成為將從第二冷卻空氣導入部62導入的冷卻空氣a向所述支柱罩體45的內側的支柱罩體流路65引導。

因此，從第二冷卻空氣導入口62導入到排氣機室29的內部的冷卻空氣a穿過冷卻空氣流路63而被引導至支柱罩體45的內部。此時，為了在與外側擴散器43之間形成冷卻空氣流路63，將以從徑向外側覆蓋外側擴散器43的方式形成為環狀的分隔構件64固定於排氣機室29。在將分隔構件64安裝於排氣機室時將其固定於排氣機室29，以使得在運轉時能夠在與外側擴散器之間維持不發生幹涉的最小間隙。其結果是，在冷卻空氣a1穿過冷卻空氣流路63時，能夠以比以往少的流量高效地冷卻外側擴散器43，能夠抑制冷卻空氣量的增加。另外，由於將形成冷卻空氣流路63的分隔構件64直接固定於排氣機室29而非安裝於外側擴散器43，因此，減少了向外側擴散器43施加的載荷。此外能夠簡化構造，因此維護性也提高。

在第一實施方式的排氣裝置中，分隔構件64將軸向的一端部設為前端未固定的自由端，且具備另一端部固定於排氣機室29的固定端，並且沿軸向呈環狀配置。其結果是，冷卻空氣流路63配置為形成從自由端朝向固定端的流路。因此，形成使導入的冷卻空氣的全部量在分隔構件的自由端折回並朝向固定端的冷卻空氣a1的流動，因此，促進了外側擴散器的冷卻，使冷卻空氣向支柱罩體流路的流入變得順暢。

在第一實施方式的排氣裝置中，外側擴散器43在軸向的一端部經由沿周向呈環狀配置的擴散器支承件50(支承構件)而支承於排氣機室29，分隔構件29配置於擴散器支承件50的徑向內側。因此，能夠在支承外側擴散器43的擴散器支承件50的徑向內側配置分隔構件64，因此，能夠使分隔構件64接近於外側擴散器43而將冷卻空氣流路63的流路剖面面積形成得較窄，由此冷卻空氣的流速上升，外側擴散器43的冷卻得到強化。

在第一實施方式的排氣裝置中，擴散器支承件50由沿周向隔開間隙地分割為多個的分割片50a形成，分割片50a被安裝為，從軸向觀察時，在沿周向配置的支柱罩體45之間配置有至少一處以上的間隙s2。因此，從第二冷卻空氣導入部62供給的冷卻空氣a穿過擴散器支承件50的分割片50a之間的間隙s2，由此促進了冷卻空氣a沿周向的分散。

在第一實施方式的排氣裝置中，擴散器支承件50的分割片50a沿周向相鄰地配置，且配置為軸向的一端固定於排氣機室29，另一端固定於外側擴散器43的徑向外側的壁面，相鄰的分割片50a之間的間隙沿軸向形成恆定寬度。因此，在周向的分割片50a之間形成均勻的間隙s2，因此，在冷卻空氣流路63中流動的冷卻空氣a的流量在周向上實現均勻化。

在第一實施方式的排氣裝置中，分隔構件64沿周向被分割為多個，在被分割的分隔構件片64b、64c的周向兩端具備密封部64e。因此，分隔構件片64b、64c的兩端被密封構件密封，因此，向冷卻空氣流路63流入的冷卻空氣a1從自由端側流入到冷卻空氣流路63而不會抄近路，周向的冷卻空氣的流動實現均勻化。另外，能夠局部地進行分隔構件片64b、64c的拆卸，維護性提高。

在第一實施方式的排氣裝置中，支柱罩體45具備將另一端部擴徑而向外側彎曲的凸緣部45a，凸緣部45a與形成於外側擴散器43的開口部43a的周圍連結。另外，冷卻空氣流路63設置於支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b的外側。因此，雖然在支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b集中廢氣g所產生的熱應力，但在冷卻空氣a1穿過冷卻空氣流路63時將該連結部45b冷卻，因此，能夠減少作用於支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b的熱應力。

在第一實施方式的排氣裝置中，將第二冷卻空氣導入口62與分隔構件64的徑向外側對置地設置。因此，從第二冷卻空氣導入口62導入到排氣機室29的內部的冷卻空氣a1碰到分隔構件64而改變流動方向，由此在周向上實現均勻化。此外，冷卻空氣a1穿過冷卻空氣流路63被引導到支柱罩體45的內部，能夠利用冷卻空氣a1而在周向上均勻地冷卻外側擴散器43。

在第一實施方式的排氣裝置中，在排氣機室29與分隔構件64之間設置有呈環狀的空間部r，第二冷卻空氣導入口62與空間部r連通，冷卻空氣流路63的一端部與空間部r連通，另一端部與支柱罩體45的內部連通。因此，從第二冷卻空氣導入口62導入到排氣機室29的內部的冷卻空氣a經由空間部r而進入冷卻空氣流路63，因此，冷卻空氣a在空間部r沿周向實現均勻化。該氣流流入到冷卻空氣流路63，能夠利用冷卻空氣a1而在周向上均勻地冷卻外側擴散器43。

在第一實施方式的排氣裝置中，沿周向隔開規定間隔地設置有多個第二冷卻空氣導入口62。因此，能夠沿周向均勻地向排氣機室29的內部導入冷卻空氣a。

在第一實施方式的燃氣輪機中設置有對空氣進行壓縮的壓縮機11；使燃料與壓縮機11壓縮後的壓縮空氣混合而進行燃燒的燃燒器12；利用燃燒器12生成的燃燒氣體獲得旋轉動力的渦輪13；以及對從渦輪13排出的廢氣進行處理的排氣裝置。因此，能夠利用排氣裝置以較少的流量來高效地冷卻外側擴散器43，能夠抑制冷卻空氣量的增加，因此，能夠抑制向廢氣流路f排出的冷卻空氣量的增加，能夠防止廢氣溫度的降低而維持渦輪效率。

[第二實施方式]

圖5是表示第二實施方式的排氣裝置的剖視圖。需要說明的是，針對具有與上述實施方式同樣的功能的構件標註相同的附圖標記，並省略詳細的說明。

在第二實施方式的排氣裝置中，如圖5所示，排氣機室29在其內側配置有呈圓筒形狀的排氣擴散器31。通過支柱罩體45連結外側擴散器43和內側擴散器44而構成該排氣擴散器31。排氣擴散器31通過在外側擴散器43的徑向內側配置內側擴散器44而形成廢氣流路f。支柱罩體45在內部配設有支柱47。

外側擴散器43的軸向前方的前端部向渦輪機室26側延伸出，且外側擴散器43由排氣機室29藉助擴散器支承件(支承構件)71而被支承。外側擴散器43的軸向後方的後端部向排氣室(省略圖示)側延伸出。排氣機室29設置為從外側覆蓋擴散器支承件71，在排氣機室29的軸向前端部與比排氣機室29靠徑向內側配置的外側擴散器43的軸向的前端部之間，沿徑向設置有氣體密封件72。

需要說明的是，本實施方式與第一實施方式的不同之處在於，支柱罩體45、內側擴散器44以及外側擴散器43通過焊接而形成為一體，外側擴散器43的前端部43c由排氣機室29藉助擴散器支承件71進行支承。

因此，在本實施方式中，在接近作為載荷的支承點的前端部43c的支柱罩體45的軸向上遊側的連結部45b附近，施加有較大的彎曲載荷，產生較高的熱應力，該連結部45b為外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部45b。

在排氣機室29的比支柱47(支柱罩體45)靠廢氣流路f的上遊側的位置處，沿周向隔開規定間隔地設置有多個第二冷卻空氣導入口(冷卻空氣導入部)73。該多個第二冷卻空氣導入口73能夠將外部的冷卻空氣a穿過外側擴散器43的外側而向支柱罩體45與支柱47之間的支柱罩體流路65導入。

設置於外側擴散器43的冷卻空氣流路74通過將形成為環狀的分隔構件75配置在外側擴散器43的徑向外側而形成。該分隔構件75呈直徑比外側擴散器43大的圓筒形狀，軸向上的後端部即固定端(另一端部)通過焊接而固定於排氣機室29，在軸向上的前端部即自由端(一端部)側設置有間隙s1。因此，冷卻空氣流路74藉助該分隔構件75而設置於外側擴散器43的外側、和支柱罩體45與外側擴散器43之間的連結部45b的外側。

另外，排氣機室29在徑向內側配置外側擴散器43，且在外側擴散器43的徑向外側配置分隔構件75，因此，在排氣機室29與分隔構件75之間設置有呈環狀的空間部r。在該情況下，在該空間部r配置有將排氣機室29與外側擴散器43連結的多個擴散器支承件71，分隔構件75配置在各擴散器支承件71的徑向內側。而且，第二冷卻空氣導入口73與分隔構件75的徑向外側對置而設置。

因此，當向支柱罩體流路65作用負壓時，在第二冷卻空氣導入口73作用有吸引力。因此，外部的空氣從第二冷卻空氣導入口73穿過冷卻空氣流路74而導入到支柱罩體45與支柱47之間的支柱罩體流路65。

即，當在第二冷卻空氣導入口73作用有吸引力時，外部的冷卻空氣a從第二冷卻空氣導入口73吸入到空間部r，並穿過各擴散器支承件71之間而到達分隔構件75。該冷卻空氣a在到達分隔構件75之後，在該分隔構件75的引導下朝軸向的前方流動，並穿過間隙s1而流向冷卻空氣流路74。換句話說，冷卻空氣a在空間部r朝前方流動，以反轉180度而折回的方式朝軸向的後方流動而達到冷卻空氣流路74。因此，能夠利用在冷卻空氣流路74中流動的冷卻空氣a1來冷卻外側擴散器43，並且，能夠冷卻熱應力較大的外側擴散器43與支柱罩體45之間的軸向上遊側的連結部45b附近。

另外，對於冷卻空氣流路74，在運轉時能夠在分隔構件75與外側擴散器43之間確保最小間隙的方式將分隔構件75安裝於排氣機室29，因此，冷卻空氣a1在冷卻空氣流路74內的流速比以往快。因此，促進了外側擴散器74的外表面上的冷卻，能夠利用比以往少的冷卻空氣a而高效地冷卻外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部。另外，由於將形成冷卻空氣流路74的分隔構件74直接固定於排氣機室29而未安裝於外側擴散器43，因此，減少了向外側擴散器43施加的載荷。此外，簡化了構造，因此維護性也提高。

[第三實施方式]

圖6是表示第三實施方式的排氣裝置的主要部位的剖視圖。需要說明的是，針對具有與上述實施方式同樣的功能的構件標註相同的附圖標記，並省略詳細的說明。

在第三實施方式的排氣裝置中，如圖6所示，在排氣機室29的比支柱罩體45靠廢氣流路f的下遊側的位置處，沿周向隔開規定間隔地設置有多個第二冷卻空氣導入口81。該多個第二冷卻空氣導入口81與空間部r連通，該空間部r位於比擴散器支承件50靠徑向內側且比分隔構件64靠徑向外側的位置。需要說明的是，冷卻空氣流路63、分隔構件64的結構與第一實施方式相同。

這樣，在第三實施方式中，在排氣機室29中的比支柱罩體45靠廢氣流路f的上遊側的位置設置有第二冷卻空氣導入口81。另外，固定於排氣機室29的分隔構件64在外側擴散器43的徑向外側呈環狀地配置，在排氣機室29與外側擴散器43的外表面之間形成有冷卻空氣流路63。冷卻空氣流路63的上遊側與空間部r連通，下遊側與支柱罩體流路65連通。

因此，能夠將外部的冷卻空氣a在不被擴散器支承件50妨礙的狀態下導入到空間部r，能夠利用比以往少的流量的冷卻空氣a而高效地冷卻外側擴散器43。

[第四實施方式]

圖7是表示第四實施方式的排氣裝置的主要部位的剖視圖。需要說明的是，針對具有與上述實施方式同樣的功能的構件標註相同的附圖標記，並省略詳細的說明。

在第四實施方式的排氣裝置中，如圖7所示，排氣機室29在其內側配置有呈圓筒形狀的排氣擴散器31。通過支柱罩體45連結外側擴散器43和內側擴散器44而構成該排氣擴散器31。外側擴散器43的後端部與排氣機室29的支承構件91連結。

排氣機室29在支承構件91中的比支柱罩體45靠廢氣流路f的下遊側的位置處，沿周向隔開規定間隔地設置有多個第二冷卻空氣導入口(冷卻空氣導入部)92。需要說明的是，也可以將排氣機室29和支承構件91一體地形成，在排氣機室29形成第二冷卻空氣導入口92。該多個第二冷卻空氣導入口92能夠將外部的冷卻空氣a穿過外側擴散器43的外側而向支柱罩體45與支柱47之間的支柱罩體流路65導入。另外，在固定於排氣機室29且在外側擴散器43的徑向外側呈環狀而配置的分隔構件64與外側擴散器43之間設置有冷卻空氣流路93。因此，從第二冷卻空氣導入口92導入的冷卻空氣a暫時流入到由排氣機室29和分隔構件64包圍的空間部r，並在冷卻空氣流路93中流動而導入到支柱罩體流路65。

因此，冷卻空氣流路93的上遊側的構造變得簡單，到達冷卻空氣流路93的路徑的壓力損失得以減少，此外，能夠利用在冷卻空氣流路93中流動的冷卻空氣a來冷卻外側擴散器43，並且，能夠冷卻外側擴散器43與支柱罩體45之間的連結部。

附圖標記說明：

11壓縮機；

12燃燒器；

13渦輪；

29排氣機室；

29a、43a、64a水平凸緣部；

30排氣室；

31排氣擴散器；

32轉子(旋轉軸)；

43外側擴散器；

43b水平凸緣部；

43c前端部；

43d後端部；

44內側擴散器；

45支柱罩體；

45a凸緣部；

45b連結部；

47支柱

50、71擴散器支承件(支承構件)；

50a支承件分割片；

61第一冷卻空氣導入口；

62、73、81、92第二冷卻空氣導入口(冷卻空氣導入部)；

63、74、93冷卻空氣流路；

64、75、94分隔構件；

64b、64c分隔構件片

64e密封部；

65支柱罩體流路；

g廢氣(燃燒氣體)；

f廢氣流路；

r空間部；

s1、s2間隙。