本发明涉及废气扩散器。
背景技术：
以往，在涡轮的下游配置有将来自涡轮的废气的动压转换为静压的废气扩散器。例如，在专利文献1中公开了组装于燃气轮机中的废气扩散器。
专利文献1所公开的废气扩散器从其前端至后端包含有截面直线状的内筒和外筒。在内筒与外筒之间形成有从前方朝向后方扩展的废气流路。内筒和外筒分别通过钣金加工制造而成，具有较薄的板厚。
对于如上所述那样的内筒和外筒较薄的废气扩散器，难以将废气扩散器本身当作强度部件来对待。因此，在专利文献1所公开的废气扩散器中，在外筒的外侧配置有扩散器外壳(结构体)以作为强度部件。另一方面，在内筒的内侧则配置有经由轴承来支承转子的轴承支承件。并且，轴承支承件和结构体由贯穿内筒和外筒的多个支柱连接起来。
此外，在包含有支柱的废气扩散器的内筒与外筒之间，各支柱被支柱罩围绕，以防止支柱被废气直接加热。
但是，如果在内筒与外筒之间配置支柱罩，则在支柱罩所存在的区域中，废气流路的截面积会减少与支柱罩的截面积相应的量。“废气流路的截面积”是指，废气流路最小的截面(在废气流路内与内筒和外筒相切的球的、沿着将该球与内筒和外筒的切点彼此连接的线的截面)上的面积。特别是在支柱罩的前缘和后缘附近，废气流路的截面积会发生急剧变化。为了缓解这样的因支柱罩引起的废气流路的截面积的急剧变化，例如在专利文献2中记载有如下方式：仅在内筒和外筒的与支柱罩相接合的部分形成与支柱罩相同数量的局部的凹部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-127447号公报
专利文献2:日本特开2013-234678号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
然而，在利用钣金加工来制造内筒和外筒的情况下，难以形成专利文献2所记载的那样的多个局部的凹部。
因此，本发明目的在于提供如下废气扩散器，该废气扩散器能够缓解在支柱罩的前缘和后缘的附近因支柱罩引起的废气流路的截面积的急剧变化，且该废气扩散器的内筒和外筒能够利用钣金加工容易地制造。
用于解决课题的方法
为了解决所述课题，本发明的一个方面的废气扩散器的特征在于，具备：内筒；外筒，在所述外筒与所述内筒之间形成从前方朝向后方扩展的废气流路；多个支柱，所述多个支柱贯穿所述内筒和所述外筒，将配置在所述内筒的内侧的轴承支承件与配置在所述外筒的外侧的结构体连结起来，且随着从所述轴承支承件趋向于所述结构体而向后方倾斜；以及多个支柱罩，所述多个支柱罩在所述内筒与所述外筒之间分别围绕所述多个支柱，所述外筒在轴向上与所述多个支柱罩的前缘重合的位置处具有锥状的第1阶梯部，该第1阶梯部使该外筒扩径，所述内筒在轴向上与所述多个支柱罩的后缘重合的位置处具有锥状的第2阶梯部，该第2阶梯部使该内筒扩径。
“前方”和“后方”分别指废气扩散器的轴向上的一方(废气的流动的上游侧)和另一方(废气的流动的下游侧)。
根据上述结构，在从外筒的第1阶梯部至内筒的第2阶梯部的区间内，局部地增大内筒至外筒的距离，因此能够缓解在支柱罩的前缘和后缘的附近因支柱罩引起的废气流路的截面积的急剧变化。而且，无需在内筒和外筒上分别形成凹部，因此，能够利用钣金加工而容易地制造内筒和外筒。
此外，在上述结构中，由于支柱是倾斜的，因此支柱罩也随着从内筒趋向于外筒而向后方倾斜。因此，外筒的第1阶梯部以沿着支柱罩的前缘的方式倾斜，内筒的第2阶梯部以沿着支柱罩的后缘的方式倾斜。因此，能够使废气流路的截面积流畅地连续变化。
也可以采用如下方式：所述第1阶梯部的后端与所述外筒上的所述支柱罩的上游端一致，所述第2阶梯部的前端与所述内筒上的所述支柱罩的下游端一致。根据该结构，能够容易地将支柱罩与内筒以及外筒焊接起来。
此外，本发明的另一个方面的废气扩散器的特征在于，具备：内筒；外筒，在所述外筒与所述内筒之间形成从前方朝向后方扩展的废气流路；多个支柱，所述多个支柱贯穿所述内筒和所述外筒，将配置在所述内筒的内侧的轴承支承件与配置在所述外筒的外侧的结构体连结起来，且随着从所述轴承支承件趋向于所述结构体而向前方倾斜；以及多个支柱罩，所述多个支柱罩在所述内筒与所述外筒之间分别围绕所述多个支柱，所述内筒在轴向上与所述多个支柱罩的前缘重合的位置处具有锥状的第1阶梯部，该第1阶梯部使该内筒缩径，所述外筒在轴向上与所述多个支柱罩的后缘重合的位置处具有锥状的第2阶梯部，该第2阶梯部使该外筒缩径。
根据上述结构，在从内筒的第1阶梯部至外筒的第2阶梯部的区间内，局部地增大从内筒至外筒的距离，因此能够缓解在支柱罩的前缘和后缘的附近因支柱罩引起的废气流路的截面积的急剧变化。而且，无需在内筒和外筒上分别形成凹部，因此能够利用钣金加工而容易地制造内筒和外筒。
此外，在上述结构中，由于支柱是倾斜的，因此支柱罩也随着从内筒趋向于外筒而向前方倾斜。因此，内筒的第1阶梯部以沿着支柱罩的前缘的方式倾斜，外筒的第2阶梯部以沿着支柱罩的后缘的方式倾斜。因此能够使废气流路的截面积流畅地连续变化。
在上述的另一个方面的废气扩散器中，也可以采用如下方式：所述第1阶梯部的后端与所述内筒上的所述支柱罩的上游端一致，所述第2阶梯部的前端与所述外筒上的所述支柱罩的下游端一致。根据该结构，能够容易地将支柱罩与内筒以及外筒焊接起来。
发明的效果
根据本发明，能够缓解在支柱罩的前缘和后缘的附近因支柱罩引起的废气流路的截面积的急剧变化，并且能够利用钣金加工而容易地制造内筒和外筒。
附图说明
图1是以截面示出组装有本发明的第1实施方式的废气扩散器的燃气轮机的一半的侧视图。
图2是将图1的主要部分进行放大的图。
图3是沿图2的iii-iii线的剖视图。
图4是第1变形例的废气扩散器的一部分的剖视图。
图5是第2变形例的废气扩散器的一部分的剖视图。
图6是本发明的第2实施方式的废气扩散器的一部分的剖视图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1示出组装有本发明的第1实施方式的废气扩散器2a的燃气轮机1。在以下内容中，将废气扩散器2a的轴向上的一方(废气的流动的上游侧)称作前方，将另一方(废气的流动的下游侧)称作后方。
燃气轮机1包含压缩机外壳14、主壳体15、涡轮外壳16和扩散器外壳17(相当于本发明的结构体)。涡轮外壳16配置于主壳体15内，扩散器外壳17与主壳体15连结。
转子11以贯穿压缩机外壳14和涡轮外壳16的方式配置在上述压缩机外壳14和涡轮外壳16内。转子11的前端部经由轴承18被支承于轴承支承件19，转子11的后端部经由轴承12被支承于轴承支承件13。
如图2和图3所示，废气扩散器2a包含内筒3、外筒4和多个支柱5。在内筒3与外筒4之间形成有从前方朝向后方扩展的废气流路21。在本实施方式中，内筒3和外筒4双方随着从前方趋向于后方而扩大。在内筒3的内侧配置有上述轴承支承件13，在外筒4的外侧配置有上述扩散器外壳17。
在本实施方式中，内筒3被分割为前方构件31和后方构件32，外筒4被分割为前方构件41和后方构件42。不过，内筒3和外筒4也可以分别为单个的部件。
内筒3的前方构件31的前端部经由托架71与轴承支承件13连接。此外，前方构件31的后端部与后方构件32的前端部连接。
外筒4的前方构件41的前端部经由托架72被固定于扩散器外壳17，前方构件41的后端部经由托架73被固定于扩散器外壳17。在外筒4的后方构件42上例如通过焊接而接合有托架74，托架74被固定于扩散器外壳17上。
各支柱5贯穿内筒3的前方构件31和外筒4的前方构件41而将轴承支承件13与扩散器外壳17连结起来。此外，各支柱5随着从轴承支承件13趋向于扩散器外壳17而向后方倾斜。各支柱5在废气的流动方向上为平板状。
在本实施方式中，全部支柱5以在圆周方向上完全重合的方式配置在同一圆周上。但是，支柱5也可以以相邻的支柱5彼此在圆周方向上局部重合的方式呈交错状配置。
全部支柱5在内筒3与外筒4之间分别被多个支柱罩6围绕。各支柱罩6具有比支柱5稍大的截面形状，与支柱5平行地延伸。换言之，各支柱罩6随着从内筒3趋向于外筒4而向后方倾斜。各支柱罩6例如通过焊接而被接合于内筒3的前方构件31和外筒4的前方构件41。
外筒4在轴向上与支柱罩6的前缘61重合的位置处具有锥状的第1阶梯部43。第1阶梯部43对外筒4整周地进行扩径，以抵消(并不一定要抵消成零)从比支柱罩6的前缘61靠上游侧至比前缘61靠下游侧因支柱罩6而引起的废气流路21的截面积的减少。
在本实施方式中，外筒4的内周面的截面形状在第1阶梯部43的前方、第1阶梯部43内以及第1阶梯部43的后方为直线状。因此，外筒4的形状很简单。关于外筒4的内周面的截面形状更详细地进行说明的话，第1阶梯部43的前方的倾斜角度(相对于废气扩散器2a的轴向的角度)与第1阶梯部43的后方的倾斜角度相等，第1阶梯部43的倾斜角度大于第1阶梯部43的前方和后方的倾斜角度。但是，锥状的第1阶梯部43也可以弯曲。
另一方面，内筒3在轴向上与支柱罩6的后缘62重合的位置处具有锥状的第2阶梯部33。第2阶梯部33对内筒3整周地进行扩径，以抵消(并不一定要抵消成零)从比支柱罩6的后缘62靠上游侧至比后缘62靠下游侧因支柱罩6引起的废气流路21的截面积的增加。
在本实施方式中，内筒3的外周面的截面形状在第2阶梯部33的前方、第2阶梯部33内以及第2阶梯部33的后方为直线状。因此，内筒3的形状很简单。关于内筒3的内周面的截面形状更详细地进行说明的话，第2阶梯部33的前方的倾斜角度(相对于废气扩散器2a的轴向的角度)与第2阶梯部33的后方的倾斜角度相等，第2阶梯部33的倾斜角度大于第2阶梯部33的前方及后方的倾斜角度。但是，锥状的第2阶梯部33也可以弯曲。
在本实施方式中，第1阶梯部43的前端44位于比内筒3上的支柱罩6的上游端6a(前缘61的内侧端)靠前方的位置，第2阶梯部33的后端35位于比外筒4上的支柱罩6的下游端6d(后缘62的外侧端)靠后方的位置。此外，第1阶梯部43的后端45与外筒4上的支柱罩6的上游端6c(前缘61的外侧端)一致，第2阶梯部33的前端34与内筒3上的支柱罩6的下游端6b(后缘62的内侧端)一致。因此，能够容易地将支柱罩6与内筒3以及外筒4焊接起来。但是，第1阶梯部43的后端45也可以位于比外筒4上的支柱罩6的上游端6c靠前方的位置。
如以上说明的那样，在本实施方式的废气扩散器2a中，在从外筒4的第1阶梯部43至内筒3的第2阶梯部33的区间内，局部地增大内筒3至外筒4的距离。因此，能够缓解在支柱罩6的前缘61和后缘62的附近因支柱罩6引起的废气流路21的截面积的急剧变化。而且，无需在内筒3和外筒4上分别形成凹部，因此，能够利用钣金加工而容易地制造出内筒3和外筒4。
此外，在本实施方式中，支柱罩6随着从内筒3趋向于外筒4而向后方倾斜。因此，外筒4的第1阶梯部43以沿着支柱罩6的前缘61的方式倾斜，内筒3的第2阶梯部33以沿着支柱罩6的后缘62的方式倾斜。因此能够使废气流路21的截面积流畅地连续变化。
此外，在本实施方式中，第1阶梯部43的前端44位于比内筒3上的支柱罩6的上游端6a靠前方的位置，因此，即使在内筒3上的支柱罩6的上游端6a附近，也能够形成沿着支柱罩6的前缘61的迂回流动。此外，第2阶梯部33的后端35位于比外筒4上的支柱罩6的下游端6d靠后方的位置，因此，即使在外筒4上的支柱罩6的下游端6d附近，也能够抑制废气的剥离。
＜变形例＞
在本实施方式中，内筒3和外筒4双方随着从前方趋向于后方而扩大，但是，只要形成在内筒3与外筒4之间的废气流路21从前方朝向后方扩展，则内筒3和外筒4可以是任意形状。例如，可以如图4所示，除第2阶梯部33以外，内筒3是直的。或者，也可以如图5所示那样，除第1阶梯部43以外，外筒4是直的，而内筒3随着从前方趋向于后方而缩小。此外，也可以是，内筒3和外筒4双方随着从前方趋向于后方而缩小。
(第2实施方式)
接下来，参照图6，对本发明的第2实施方式的废气扩散器2b进行说明。另外，在本实施方式中，对与第1实施方式相同的构成要素标记相同的标号，并省略重复的说明。
在本实施方式中，与第1实施方式同样，内筒3和外筒4双方随着从前方趋向于后方而扩大。但是，与在第1实施方式的变形例中所说明的同样，只要形成在内筒3与外筒4之间的废气流路21从前方朝向后方扩展，则内筒3和外筒4可以是任意形状。
此外，在本实施方式中，连结轴承支承件13和扩散器外壳17的支柱5随着从轴承支承件13趋向于扩散器外壳17而向前方倾斜。伴随于此，各支柱罩6也随着从内筒3趋向于外筒4而向前方倾斜。
内筒3在轴向上与支柱罩6的前缘61重合的位置处具有锥状的第1阶梯部36。第1阶梯部36对内筒3整周地进行缩径，以抵消(并不一定要抵消成零)从比支柱罩6的前缘61靠上游侧至比前缘61靠下游侧因支柱罩6引起的废气流路21的截面积的减少。
在本实施方式中，内筒3的外周面的截面形状在第1阶梯部36的前方、第1阶梯部36内以及第1阶梯部36的后方为直线状。因此，内筒3的形状很简单。关于内筒3的内周面的截面形状更详细地进行说明的话，第1阶梯部36的前方的倾斜角度(相对于废气扩散器2b的轴向的角度)与第1阶梯部36的后方的倾斜角度相等，第1阶梯部36的倾斜角度小于(根据情况也会为负)第1阶梯部36的前方以及后方的倾斜角度。但是，锥状的第1阶梯部36也可以弯曲。
另一方面，外筒4在轴向上与支柱罩6的后缘62重合的位置处具有锥状的第2阶梯部46。第2阶梯部46对外筒4整周地进行缩径，以抵消(并不一定要抵消成零)从比支柱罩6的后缘62靠上游侧至比后缘62靠下游侧因支柱罩6引起的废气流路21的截面积的增加。
在本实施方式中，外筒4的内周面的截面形状在第2阶梯部46的前方、第2阶梯部46内以及第2阶梯部46的后方为直线状。因此，外筒4的形状很简单。关于外筒4的内周面的截面形状更详细地进行说明的话，第2阶梯部46的前方的倾斜角度(相对于废气扩散器2b的轴向的角度)与第2阶梯部46的后方的倾斜角度相等，第2阶梯部46的倾斜角度小于(根据情况也会为负)第2阶梯部46的前方以及后方的倾斜角度。但是，锥状的第2阶梯部46也可以弯曲。
在本实施方式中，第1阶梯部36的前端37位于比外筒4上的支柱罩6的上游端6c靠前方的位置，第2阶梯部46的后端48位于比内筒3上的支柱罩6的下游端6b靠后方的位置。此外，第1阶梯部36的后端38与内筒3上的支柱罩6的上游端6a一致，第2阶梯部46的前端47与外筒4上的支柱罩6的下游端6d一致。因此，能够容易地将支柱罩6与内筒3以及外筒4焊接起来。但是，第1阶梯部36的后端38也可以位于比内筒3上的支柱罩6的上游端6a靠前方的位置。
如以上所说明的那样，在本实施方式的废气扩散器2b中，在从内筒3的第1阶梯部36至外筒4的第2阶梯部46的区间内，局部地增大从内筒3至外筒4的距离。因此，能够缓解在支柱罩6的前缘61和后缘62的附近因支柱罩6引起的废气流路21的截面积的急剧变化。而且，无需在内筒3和外筒4上分别形成凹部，因此，能够利用钣金加工容易地制造内筒3和外筒4。
此外，在本实施方式中，支柱罩6随着从内筒3趋向于外筒4而向前方倾斜。因此，内筒3的第1阶梯部36以沿着支柱罩6的前缘61的方式倾斜，外筒4的第2阶梯部46以沿着支柱罩6的后缘62的方式倾斜。因此能够使废气流路21的截面积流畅地连续变化。
此外，在本实施方式中，第1阶梯部36的前端37位于比外筒4上的支柱罩6的上游端6c靠前方的位置，因此，即使在外筒4上的支柱罩6的上游端6c附近，也能够形成沿着支柱罩6的前缘61的迂回流动。此外，第2阶梯部46的后端48位于比内筒3上的支柱罩6的下游端6b靠后方的位置，因此，即使在内筒3上的支柱罩6的下游端6b附近，也能够抑制废气的剥离。
(其它实施方式)
本发明不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。
例如，废气扩散器2a、2b不是必须组装于燃气轮机1，例如也可以配置在蒸汽轮机的下游。该情况下，配置在外筒4的外侧的也可以是扩散器外壳以外的结构体。
标号说明
13：轴承支承件；
17：扩散器外壳(结构体)；
2a、2b：废气扩散器；
21：废气流路；
3：内筒；
33：第2阶梯部；
34：前端；
35：后端；
36：第1阶梯部；
37：前端；
38：后端；
4：外筒；
43：第1阶梯部；
44：前端；
45：后端；
46：第2阶梯部；
47：前端；
48：后端；
5：支柱；
6：支柱罩；
6a、6c：上游端；
6b、6d：下游端；
61：前缘；
62：后缘。