(57)【要約】【課題】軸流タービンにおける作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制してタービン効率を改善する。【解決手段】軸流タービンは、ロータと、ロータの外周面に固定された少なくとも一つの動翼と、ロータを収容するケーシングと、ケーシングの内周面に固定されたノズル構造体であって、ケーシングの内周面に支持される外輪部と、外輪部の内側に設けられる内輪部と、外輪部と内輪部との間に設けられる少なくとも一つのノズルと、を含むノズル構造体と、ロータの外周面に形成され、且つ、内輪部が収容される環状の凹部に設けられる案内羽根であって、ロータの周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根と、を備える。【選択図】図５
2018150860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータの外周面に固定された少なくとも一つの動翼と、
前記ロータ及び前記動翼を収容するケーシングと、
ノズル構造体であって、
前記ケーシングの内周面に固定される外輪部と、
前記外輪部の内側に設けられる内輪部と、
前記外輪部と前記内輪部との間に設けられる少なくとも一つのノズルと、を含むノズル構造体と、
前記ロータの外周面に形成され、且つ、前記内輪部が収容される、環状の凹部に設けられる案内羽根であって、前記ロータの周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根と、を備える
ことを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
前記案内羽根を前記ロータの軸方向に沿って移動させる軸方向移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
【請求項３】
前記ロータの周方向に対する前記案内羽根の角度を調整する角度調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流タービン。
【請求項４】
前記凹部内における前記作動流体の流れ方向を検知する検知センサと、
前記検知センサからの検出結果に応じて、前記案内羽根の軸方向位置または角度を制御するコントローラと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の軸流タービン。
【請求項５】
前記ノズル構造体は、
前記少なくとも一つのノズル、及び、前記ノズルに対して周方向に隣接する開口部であって、作動流体が通過する開口部、が形成されている送入部と、
前記送入部に対して周方向に隣接するとともに、前記作動流体の通過を阻止する閉止部が前記外輪部と前記内輪部との間に形成されている非送入部と、を含み、
前記案内羽根は、前記送入部に設けられた第１案内羽根と前記非送入部に設けられた第２案内羽根とを少なくとも含み、
前記コントローラは、前記第１案内羽根と前記第２案内羽根とをそれぞれ独立に制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の軸流タービン。
【請求項６】
前記検知センサは、
前記内輪部から突出する突出部と、
前記突出部に設けられ、前記突出部の歪みを検出可能な歪ゲージと、を含む
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の軸流タービン。
【請求項７】
前記検知センサは、
ヒータと、
前記ヒータの一方側に配置される第１温度センサと、
前記ヒータの他方側に配置される第２温度センサと、を含む
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の軸流タービン。
【請求項８】
前記案内羽根は、前記内輪部に支持されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の軸流タービン。
【請求項９】
前記案内羽根は、前記凹部内における前記内輪部の上流側に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラント等に用いられる蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンが知られている。この軸流タービンは、概してケーシングに支持されたノズル構造体と、ノズル構造体の下流側に設けられ、ケーシングに対して回転自在なタービンロータ（以下、単にロータとする）に支持された動翼構造体とを有し、ロータの軸方向の上流から下流へと流れる作動流体のエネルギーをロータの回転エネルギーに変換するようになっている。
【０００３】
ところで、軸流タービンにおいては、ロータの回転に伴いロータの表面近傍で該ロータの回転方向（周方向）に作動流体が連れ回され、動翼構造体とノズル構造体との隙間をなす所謂キャビティ内を上流側から下流側に迂回する作動流体の流れ（漏流れ）が生じる。このため、動翼周りの主流路を通過する作動流体の流量が低下してタービン効率の低下を招く。
【０００４】
タービン効率の向上に関して、例えば、特許文献１には、外輪と内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域（送入部）に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域（非送入部）に設けられた閉止部とを備えたノズル構造体を有する部分送入式の軸流タービンが開示されている。上記閉止部には該閉止部の上流側から下流側に貫通する貫通開口部が設けられている。そして、特許文献１の軸流タービンは、非送入部の動翼構造体とノズル構造体との間に侵入しようとする周方向への作動流体の流れを貫通開口部から軸方向へと導くことで、発電効率低下の抑制を図るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の軸流タービンは、主に部分送入式の軸流タービンにおいて、調速段における非送入部の下流側に位置する後段の動翼に作動流体を導くことで、作動流体の滞留を防止してタービン効率の改善を図らんとするが、作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制することはできず、さらに改善の必要があった。
【０００７】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、軸流タービンにおける作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制してタービン効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る軸流タービンは、
ロータと、
前記ロータの外周面に固定された少なくとも一つの動翼と、
前記ロータ及び前記動翼を収容するケーシングと、
ノズル構造体であって、
前記ケーシングの内周面に固定される外輪部と、
前記外輪部の内側に設けられる内輪部と、
前記外輪部と前記内輪部との間に設けられる少なくとも一つのノズルと、を含むノズル構造体と、
前記ロータの外周面に形成され、且つ、前記内輪部が収容される、環状の凹部に設けられる案内羽根であって、前記ロータの周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根と、を備える。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、ロータの外周面に形成される環状の凹部に案内羽根が設けられる。このため、内輪部とロータとの間の作動流体をロータの半径方向外側に案内するように案内羽根を配置することで、凹部内の作動流体を案内羽根によってロータの半径方向外側に案内することができる。従って、ロータの回転に伴って動翼付近の主流路から凹部内に流入する作動流体の流れを打ち消して主流路側に案内することができるため、主流路を通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図ることができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根を前記ロータの軸方向に沿って移動させる軸方向移動機構をさらに備える。
【００１１】
軸流タービンでは、運転状況や作動流体の体積流量に応じて作動流体の漏れ流量が変化する。この点、上記（２）の構成によれば、軸方向移動機構により、案内羽根をロータの軸方向に沿って移動させることができる。すなわち、ロータの軸方向における案内羽根の配置を軸方向移動機構によって調整することができるので、軸流タービンの運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整し、タービン効率の改善を図ることができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の軸流タービンにおいて、
前記ロータの周方向に対する前記案内羽根の角度を調整する角度調整機構をさらに備える。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、角度調整機構により、ロータの周方向に対する案内羽根の角度を調整することができるので、軸流タービンの運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整してタービン効率の改善を図ることができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の軸流タービンにおいて、
前記凹部内における前記作動流体の流れ方向を検知する検知センサと、
前記検知センサからの検出結果に応じて前記案内羽根の軸方向位置又はまたは角度を制御するコントローラと、
をさらに備える。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、検知センサからコントローラに送信される検出結果に基づき、コントローラが案内羽根の軸方向位置又はまたは角度を制御することにより、凹部内を流れる作動流体の流れ方向を、運転状況に応じて自動的且つタイムリーに制御することができる。これにより、作動流体の漏れ流量を低減することで主流路を通過する作動流体の流量損失を効果的に低減し、タービン効率を改善することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
前記少なくとも一つのノズル、及び、前記ノズルに対して周方向に隣接する開口部であって、作動流体が通過する開口部、が形成されている送入部と、
前記送入部に対して周方向に隣接するとともに、前記作動流体の通過を阻止する閉止部が前記外輪部と前記内輪部との間に形成されている非送入部と、を含み、
前記案内羽根は、前記送入部に設けられた第１案内羽根と前記非送入部に設けられた第２案内羽根とを少なくとも含み、
前記コントローラは、前記第１案内羽根と前記第２案内羽根とをそれぞれ独立に制御するように構成されている。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、送入部に設けられた第１案内羽根と非送入部に設けられた第２案内羽根とをコントローラによって独立に制御することができる。このため、送入部と非送入部とで、内輪部とロータとの間における作動流体の流量や流れの方向が異なる場合であっても、第１案内羽根と第２案内羽根とをそれぞれ独立に制御して出力最適化を図ることにより、タービン効率の改善を図ることができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の軸流タービンにおいて、
前記検知センサは、
前記内輪部から突出する突出部と、
前記突出部に設けられ、前記突出部の歪みを検出可能な歪ゲージと、を含む。
【００１９】
上記（６）の構成によれば、内輪部から突出する突出部の歪みを歪ゲージで検出することにより、凹部内における作動流体の流れ方向を検出することができる。よって、簡易な構成で検知センサを構成しつつ、上記（４）又は（５）で述べた効果を享受することができる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の軸流タービンにおいて、
前記検知センサは、
ヒータと、
前記ヒータの一方側に配置される第１温度センサと、
前記ヒータの他方側に配置される第２温度センサと、を含む。
【００２１】
上記（７）の構成によれば、凹部内における作動流体の流れ方向に応じて、ヒータの一方側に配置された第１温度センサ又はヒータの他方側に配置された第２温度センサのうち、ヒータの下流側に位置する一方の温度センサでは他方の温度センサよりも高い温度が検出される。したがって、第１温度センサの検出温度と第２温度センサの検出温度とを比較することで、凹部内における作動流体の流れ方向を検出することができる。こうして、簡易な構成で検知センサを構成しつつ、上記（４）又は（５）で述べた効果を享受することができる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根は、前記内輪部に支持されている。
【００２３】
上記（８）の構成によれば、静止部であるノズル構造体の内輪部によって案内羽根を支持する簡易な構成で、上記（１）で述べた効果を享受することができる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根は、前記凹部内における前記内輪部の上流側に設けられる。
【００２５】
凹部内でノズル構造体の内輪部とロータとの間を通過する作動流体は、ノズル構造体の上流側と下流側とで圧力差がある。この点、上記（９）の構成によれば、高圧側である内輪部の上流側に案内羽根を設けることにより、作動流体をロータの半径方向の外側に効果的に案内することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の幾つかの実施形態によれば、軸流タービンにおける作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制してタービン効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態に係る軸流タービンの全体構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係る軸流タービンの軸方向視を示す概略図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視を示す断面図である。
【図４】一実施形態における軸方向移動機構の構成を示す模式図である。
【図５】他の実施形態における角度調整機構を示す模式図である。
【図６】一実施形態における検知センサを示す概略図である。
【図７Ａ】他の実施形態における検知センサの原理を説明するための説明図である。
【図７Ｂ】他の実施形態における検知センサの原理を説明するための説明図である。
【図７Ｃ】他の実施形態における検知センサの構成例を示す模式図である。
【図８】一実施形態に係る軸流タービンの制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】一実施形態における検知センサの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に従って本発明の例示的な実施形態について説明する。ただし、以下に示す幾つかの実施形態に記載された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２９】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る軸流タービン１の構成を示す概略図である。図２は、一実施形態に係る軸流タービンの軸方向視を示す概略図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視を示す断面図である。
幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、例えば、発電プラントや船舶等の動力系に用いられる蒸気タービンやガスタービンとして適用され得る。
【００３０】
図１〜３に示すように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、ロータ３と、ロータ３の外周面に固定された少なくとも一つの動翼３０と、ロータ３及び動翼３０を収容するケーシング２と、ノズル構造体４であって、ケーシング２の内周面に固定される外輪部４１と、外輪部４１の内側に設けられる内輪部４２と、外輪部４１と内輪部４２との間に設けられる少なくとも一つのノズル４３と、を含むノズル構造体４と、ロータ３の外周面に形成され、且つ、内輪部４２が収容される、環状の凹部３２に設けられる案内羽根５０であって、ロータ３の周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根５０と、を備えている。
【００３１】
幾つかの実施形態において、ロータ３は、図示しない発電機または船舶等の動力伝達系に連結されていてもよい。ロータ３は、当該ロータ３の回転力を発電機で電気エネルギーに変換したり船舶等の推進力として利用したりするべく、駆動力を伝達する。幾つかの実施形態において、ロータ３には、複数の動翼３０が固定されていてもよい。これらの動翼３０は、ロータ３の外周面において、該ロータ３の周方向に沿って間隔をあけて放射状に配置されていてもよい。
【００３２】
幾つかの実施形態において、ケーシング２には、ガス又は蒸気の供給管（不図示）が連結されており、燃焼器（不図示）において生成された燃焼ガス、又は、ボイラ（不図示）で生成された蒸気が、作動流体として、軸流タービン１に供給されるようになっている。軸流タービン１に供給された作動流体は、複数のタービン段落（後述）のうちの最も上流側のタービン段落に案内されるようになっている。
ケーシング２には、複数のノズル構造体４が支持されている。これらのノズル構造体４と動翼３０とは、ロータ３の軸方向に交互に配置される。そして、一のノズル構造体４と、当該一のノズル構造体４の下流側に隣り合って配置された一の動翼３０とにより、一のタービン段落が構成される。軸流タービン１は、このようなタービン段落が、ロータ３の軸方向に複数設けられている。このようにして、ガス又は蒸気の供給管を介して供給された作動流体が複数のタービン段落を通過して、動翼３０に対して仕事を行い、ロータ３が回転駆動される。そして、最終段落の動翼３０を通過した作動流体は、排気流路を通って軸流タービン１の外部へと排出されるようになっている。
【００３３】
幾つかの実施形態において、ノズル構造体４は、少なくとも一つのノズル４３、及び、該ノズル４３に対して周方向に隣接する開口部４４であって、作動流体が通過する開口部４４、が形成されている送入部４５を含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、ノズル構造体４における周方向の全周にわたって送入部４５が設けられていてもよい。
幾つかの実施形態において、ノズル構造体４は、上記の送入部４５に対して周方向に隣接するとともに、作動流体の通過を阻止する閉止部４６が外輪部４１と内輪部４２との間に形成されている非送入部４７を含んでもよい（例えば、図９参照）。すなわち、幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、部分送入式の軸流タービンであってもよい。
【００３４】
ここで、軸流タービン１における作動流体の流れについて説明する。
図２に示すように、図示しない燃焼器で生成された燃焼ガスや、図示しないボイラで生成された蒸気等の作動流体が軸流タービン１に供給されると、この作動流体は、隣接する動翼３０同士の隙間と、ノズル構造体４の開口部４４とにより、ロータ３の軸方向に沿って形成される主流路Ｍを通って上流側から下流側へと案内される。そして、この作動流体の運動エネルギーを動翼３０経由で受けたロータ３が回転方向Ｓ（図３参照）に向けて回転する。ロータ３の回転に伴い、該ロータ３の表面近傍では、作動流体の粘性により、ロータ３の回転方向Ｓに向けて作動流体が連れ回され、回転方向Ｓに向かう作動流体の流れが形成される。ロータ３の外周に形成される環状の凹部３２と、該凹部３２に収容されるノズル構造体４の内輪部４２との隙間をなす所謂キャビティ内においても同様に、回転方向Ｓに向けて作動流体が連れ回される。また、ノズル構造体４を挟んで上流側の作動流体は下流側の作動流体よりも高圧である。このため、凹部３２内における上流側の隙間においては、作動流体がロータ３の半径方向（径方向）の外側から内側に向かい、さらに、内輪部４２の内周に設けられたラビリンスシール４８の隙間を通って下流側へと案内される。そして、凹部３２内における下流側の隙間を通って作動流体が主流路Ｍへと戻される。
このような、凹部３２内を迂回する作動流体の流れ（漏流れ）により、主流路Ｍを通過する作動流体の流量が低下することは、タービン効率の低下を招く虞がある。
【００３５】
そこで、本発明者らの鋭意検討の結果、幾つかの実施形態では、凹部３２内に、複数の案内羽根５０が設けられている。この構成によれば、ロータ３の外周面に形成される環状の凹部３２に案内羽根５０が設けられる。このため、内輪部４２とロータ３との間の作動流体をロータ３の半径方向外側に案内するように案内羽根５０を配置することで、凹部３２内の作動流体を案内羽根５０によってロータ３の半径方向外側に案内することができる。これにより、ロータ３の回転に伴って動翼３０付近の主流路Ｍ（図２参照）から凹部３２内に流入する作動流体の流れを打ち消して主流路Ｍ側に案内することができるため、主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図ることができる。
【００３６】
幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、内輪部４２に支持されていてもよい。このようにすれば、静止部であるノズル構造体４の内輪部４２によって案内羽根５０を支持する簡易な構成で、主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図るという上記の効果を享受することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、凹部３２内における内輪部４２の上流側に設けられてもよい。すなわち、凹部３２内でノズル構造体４の内輪部４２とロータ３との間を通過する作動流体は、ノズル構造体４の上流側と下流側とで圧力差がある。この点、作動流体の高圧側である内輪部４２の上流側に案内羽根５０を設けることにより、作動流体をロータ３の半径方向の外側に効果的に案内することができる。なお、案内羽根５０は、凹部３２内における内輪部４２の下流側に設けられていてもよいし、内輪部４２の上流側及び下流側の両方に設けられていてもよい。
【００３８】
幾つかの実施形態において、軸流タービン１は、案内羽根５０をロータ３の軸方向に沿って移動させる軸方向移動機構６０をさらに備えていてもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、例えば、図４に示すように、内輪部４２からロータ３の軸方向に沿って案内羽根５０を移動させる、軸方向移動機構６０としてのリンク機構を設けてもよい。リンク機構は、周知の機構で構成してもよい。例えば、複数のリンク及びガイドを用いてロータ３の径方向への進退移動を軸方向への進退移動に変換するように構成してもよく、その際、軸方向に移動可能なリンクの一端を案内羽根５０に連結し、径方向に移動可能なリンクの一端に、例えば、モータやソレノイド等のアクチュエータを接続してもよい。アクチュエータは、例えば、コントローラ（後述）と電気的に接続されるように構成してもよい。また、軸方向移動機構６０は、案内羽根５０の軸方向への移動量を調整できるように構成してもよい。
ここで、軸流タービン１では、運転状況や作動流体の体積流量に応じて作動流体の漏れ流量が変化する。この点、上記の軸方向移動機構６０を備えることにより、ロータ３の軸方向に沿って案内羽根５０を移動させることができる。すなわち、ロータ３の軸方向における案内羽根５０の配置を軸方向移動機構６０によって調整することができるので、軸流タービン１の運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整し、タービン効率の改善を図ることができる。
【００３９】
他の実施形態において、軸流タービン１は、例えば、図５に示すように、ロータ３の周方向に対する案内羽根５０の角度を調整する角度調整機構７０をさらに備えていてもよい。角度調整機構７０は、周知の機構で構成してもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、例えば、複数の歯車及び連結軸を用いることにより、ロータ３の径方向を中心とする回転をロータ３の軸方向を中心とする回転に変換するように構成してもよい。その際、軸方向を中心に回転可能な連結軸の一端を案内羽根５０に連結し、径方向を中心に回転可能なリンクの一端に、例えば、モータやソレノイド等のアクチュエータを接続してもよい。アクチュエータは、例えば、コントローラ９０（後述）と電気的に接続されるように構成してもよい。
上記のように角度調整機構７０を備えることにより、ロータ３の周方向に対する案内羽根５０の角度を調整することができるので、軸流タービン１の運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整してタービン効率の改善を図ることが可能となる。
【００４０】
幾つかの実施形態において、軸流タービン１は、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検知する検知センサ８０と、該検知センサ８０からの検出結果に応じて案内羽根５０の軸方向位置又はまたは角度を制御するコントローラ９０と、をさらに備えていてもよい。
【００４１】
まず、検知センサ８０の構成について説明する。
幾つかの実施形態において、検知センサ８０は、例えば、図６に示すように、内輪部４２から突出する突出部８１と、該突出部８１に設けられ、当該突出部８１の歪みを検出可能な歪ゲージ８２と、を含んでもよい。
突出部８１は、例えば、弾性変形可能な棒状又は板状の突出片により形成されてもよい。
幾つかの実施形態では、凹部３２内における作動流体の流れ方向の上流側及び下流側にそれぞれ歪ゲージ８２を設けてもよい。歪ゲージ８２は、突出部８１の基端側に配置してもよい。このようすれば、突出部８１の先端側に歪ゲージ８２を配置するよりも突出部８１の歪を容易に検出することができる。
なお、他の実施形態では、凹部３２内における作動流体の流れ方向のうち、上流側又は下流側の少なくとも一方に歪ゲージ８２が設けられていてもよい。この場合も、該歪ゲージ８２の設置個所における突出部８１の歪み（引張応力又は圧縮応力）を検出することで、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検知することができる。
また、歪ゲージ８２で検出される歪の大きさは作動流体の流れの強さに比例するから、該歪の大きさにより作動流体の流れの強さを検知することができる。
歪ゲージ８２で検出された検出信号は、例えば、信号線８３を介してコントローラ９０に入力されるように構成されてもよい。
上記のように、内輪部４２から突出する突出部８１の歪みを歪ゲージ８２で検出することにより、簡易な構成で凹部３２内における作動流体の流れ方向を検出することができる。
【００４２】
他の実施形態において、検知センサ８０は、例えば、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、ヒータ８５と、ヒータ８５の一方側に配置される第１温度センサ８６と、ヒータ８５の他方側に配置される第２温度センサ８７と、を含む熱式センサであってもよい。すなわち、検知センサ８０は、ヒータ８５と温度センサ（第１温度センサ８６、第２温度センサ８７）とを含む所謂ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）方式の熱式センサであってもよい。
ＭＥＭＳ方式の検知センサ８０は、例えば、皮膜（メンブレン）上に白金皮膜によるヒータ８５を配置し、該ヒータ８５に対して作動流体の流れ方向における上流側にあたる一方側に第１温度センサ８６（上流側センサ）を配置し、ヒータ８５に対して作動流体の流れ方向における下流側にあたる他方側に第２温度センサ８７を配置することで構成してもよい。
上流側の第１温度センサ８６の抵抗値と、下流側の第２温度センサ８７の抵抗値との差、すなわち、第１温度センサ８６で検出される温度と第２温度センサ８７で検出される温度との差（温度差）は流れる作動流体（例えば、気泡Ｖ）の流速に比例する。このため、第１温度センサ８６と第２温度センサ８７の抵抗値を測定して演算処理することにより、作動流体の流れ方向と流速とを検知することができる。
幾つかの実施形態において、第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７は、互いがヒータ８５を中心に対称な位置に配置されていてもよい（図７Ａ，図７Ｂ及び図７Ｃ参照）。ただし、ヒータ８５を挟んで第１温度センサ８６と第２温度センサ８７とを対称に配置しない場合でも、何れか一方の温度センサにおける検出温度が高い場合、すなわちそれぞれの温度センサによる検出温度の大小を検知して比較することにより、少なくとも作動流体の流れ方向を検知することができる。なお、この熱式センサを用いる場合、作動流体の測温用として皮膜８９上に周囲温度センサ８８を設けてもよい。
第１温度センサ８６、第２温度センサ８７、及び／又は、周囲温度センサ８８で検出された検出信号は、コントローラ９０に入力されるように構成されてもよい。
【００４３】
このように熱式センサを用いることで、凹部３２内における作動流体の流れ方向に応じて、ヒータ８５の一方側に配置された第１温度センサ８６又はヒータ８５の他方側に配置された第２温度センサ８７のうち、ヒータ８５の下流側に位置する温度センサにおいて高い温度が検出される。したがって、第１温度センサ８６の検出温度と第２温度センサ８７の検出温度とを比較することで、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検出することができる。また、このようなＭＥＭＳ方式の検知センサ８０とすれば、例えば、検知センサ８０をロータ３の軸方向又は周方向に移動させる必要がなく、そのための機構を設ける必要もないため好ましい。
なお、第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７は、それぞれ２つ以上設けられていてもよい。
【００４４】
次に、コントローラ９０の構成について説明する。
図６に示すように、幾つかの実施形態において、コントローラ９０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ９１（プロセッサ）、該ＣＰＵ９１が実行する各種プログラムやテーブル等のデータを記憶するための記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９２、各プログラムを実行する際の展開領域や演算領域等のワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９３の他、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）９４、図示しない大容量記憶装置としての不揮発性の磁気ディスク記憶装置、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えていてもよい。これらは全て、バス９５を介して接続されており、バス９５は信号線（図１参照）を介して上述した軸方向移動機構６０のアクチュエータや、角度調整機構のアクチュエータと電気的に接続されてもよい。更に、コントローラ９０は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部（図示省略）及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部（図示省略）等と接続されていてもよい。
【００４５】
このように検知センサ８０及びコントローラ９０を備える構成によれば、検知センサ８０からコントローラ９０に送信される検出結果に基づき、コントローラ９０が案内羽根５０の軸方向位置又はまたは角度を制御することができる。これにより、凹部３２内を流れる作動流体の流れ方向を、運転状況に応じて自動的且つタイムリーに制御することができる。従って、作動流体の漏れ流量を低減することで主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減し、タービン効率を改善することができる。
例えば、ＲＯＭ９２には、検知センサ８０で検知された作動流体の流れ方向が主流路Ｍを迂回する方向の流れ（漏流れ）の場合に、凹部３２内を回転方向Ｓに向けて流れる漏流れを径方向の外側に案内するように、軸方向移動機構６０を介してＣＰＵ９１が軸方向に対する案内羽根５０の配置を制御するプログラム（例えば、第１プログラム）が格納されていてもよい。或いは、検知センサ８０で検知された作動流体の流れ方向が漏流れの場合に、角度調整機構７０を介してＣＰＵ９１が周方向に対する案内羽根５０の取り付け角度を制御するプログラム（例えば、第２プログラム）が格納されていてもよい。上記第１プログラム及び／又は第２プログラムは、漏流れの強さに応じて、それぞれ軸方向における案内羽根５０の移動量や、周方向における案内羽根５０の角度を調整するように構成されていてもよい。漏流れの強さは、例えば、検知センサ８０として上述した歪ゲージ８２により検出される歪の大きさや、或いは、上述した第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７の温度差の大きさを検知することで検出する構成としてもよい。
【００４６】
幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、ロータ３の周方向において、各々のノズル４３又は開口部４４にそれぞれ対応するように、各ノズル４３又は開口部４４に対して径方向の内側に位置するように設けられていてもよい（例えば、図３又は図９参照）。
【００４７】
幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、送入部４５に設けられた第１案内羽根５１と非送入部４７に設けられた第２案内羽根５２とを少なくとも含んでもよい（例えば、図９参照）。その際、コントローラ９０は、第１案内羽根５１と第２案内羽根５２とをそれぞれ独立に制御するように構成されていてもよい。
このように、幾つかの実施形態における案内羽根５０を部分送入式の軸流タービン１に適用すれば、送入部４５に設けられた第１案内羽根５１と非送入部４７に設けられた第２案内羽根５２とをコントローラ９０によって各々独立に制御することができる。このため、送入部４５と非送入部４７とで、内輪部４２とロータ３との間における作動流体の流量や流れの方向が異なる場合であっても、第１案内羽根５１と第２案内羽根５２とをそれぞれ独立に制御して出力最適化を図り、タービン効率の改善を図ることができる。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００４９】
１  軸流タービン
２  ケーシング
３  ロータ
３０  動翼
３２  凹部
４  ノズル構造体
４１  外輪部
４２  内輪部
４３  ノズル
４４  開口部
４５  送入部
４６  閉止部
４７  非送入部
４８  ラビリンスシール
５０  案内羽根
５１  第１案内羽根
５２  第２案内羽根
６０  リンク機構（軸方向移動機構）
７０  角度調整機構
８０  検知センサ
８１  突出部
８２  歪ゲージ
８３  信号線
８４  熱式センサ
８５  ヒータ
８６  上流側温度センサ（第１温度センサ）
８７  下流側温度センサ（第２温度センサ）
８８  周囲温度センサ
８９  皮膜
９０  コントローラ
９１  ＣＰＵ
９２  ＲＯＭ
９３  ＲＡＭ
９４  通信インターフェース
９５  バス
Ｍ  主流路
Ｖ  気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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