JP2014202082A - 軸流タービン - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル翼の入口及び出口間の作動流体の圧力比が大きく変動する軸流タービンにおいて、圧力比の全域で高いノズル効率を可能にし、かつコンパクトな構成とする。
【解決手段】タービン動翼群１８に隣接して、タービンロータ１４を囲むように、回転体１６が設けられ、回転体１６は周方向に仕切られた複数のノズル室２４ａ〜２４ｃで構成され、各ノズル室に、形状の異なるノズル翼群２６ａ〜２６ｃが設けられている。ノズル翼群２６ａ〜２６ｃは、異なる圧力比に夫々対応してノズル効率を低減可能な翼形状をしている。また、作動流体ｗをノズル室に供給する単一の作動流体供給管２８が設けられ、作動流体供給管２８に流量制御弁３０が設けられている。回転体１６はタービンロータ１４の周方向に回転可能に構成され、作動流体供給管２８の出口開口２８ａに対面したノズル室の一つに作動流体が選択的に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転条件によってノズル翼の入口と出口における作動流体の圧力比が大きく変動する軸流タービンに好適であり、前記圧力比が変動してもノズル効率を高く維持できるタービンノズルを備えた軸流タービンに関する。

軸流タービンにおいて、作動流体はノズルボックスからタービンノズルが設けられた環状の導入路から初段のタービン動翼に導入される。水中機器の動力として用いられる軸流タービンなどでは、水中機器の水中深度や出力に応じて、出力が大きく変動する。これによって、タービンノズルを構成するノズル翼の入口（前縁）における作動流体の圧力Ｐ_１と、出口（後縁）における作動流体の圧力Ｐ_２との比（Ｐ_１／Ｐ_２）が大きく変動する（図２（Ｂ）及び図１３（Ａ）参照）。即ち、高出力時に高圧力比となり、低出力時に低圧力比となる。

前記圧力比が大きくなるに従って、作動流体のノズル翼出口の流速は、亜音速から、遷音速、さらには超音速となる。圧力比が大きくなり、作動流体の流速が超音速領域に達する運転条件では、超音速領域でエネルギ損失（圧力損失）が少ない先細―末広型ノズル翼が一般的に用いられる。しかし、圧力比（Ｐ_１／Ｐ_２）が１〜３０まで幅広く変動するとき、超音速対応用のノズル翼のみを用いたタービンノズルでは、部分負荷運転時に作動流体の流速が亜音速以下に低下し、低圧力比となったとき、ノズル効率が大きく低下する。

図１２は、先細―末広型ノズル翼を用いた時の、ノズル翼間における作動流体の圧力比（Ｐ_１／Ｐ_２）の変動例を示している。図中、臨界点はノズル翼間喉部（ノズル翼間で最も隙間面積が狭くなる部分。例えば図８の喉部ｔ）に相当する。ノズル翼間を流れる作動流体は、加速しつつ膨張（減圧）するので、ノズル翼出口で前記圧力比は増加する。ノズル翼出口で圧力比がＰｏとなるとき、ノズル効率が最良となる。圧力比の変動幅が大きい軸流タービンでは、超音速域（領域ニ）に合わせてノズル翼の形状を設計している。しかし、この設計では、ノズル翼出口で圧力比が領域ロ（亜音速領域）又は領域ハ（遷音速領域）の値となった場合、衝撃波が発生し、ノズル効率が低下する。

特許文献１には、タービンノズルが設けられた環状の導入路を半径方向に２分割し、作動流体の流量が少ない部分負荷運転時に、一方の導入路のみに作動流体を導入し、作動流体の圧力及び流速を確保する構成が開示されている。環状の導入路を周方向に分割し、一部の導入路のみに作動流体を導入した場合、導入路の境界で急激な流れの変化が起こり、タービン動翼に過大な衝撃力が加わって、タービン動翼の破損につながるおそれがある。特許文献１の構成は、これを防止するために採用されている。

特許文献２には、前記環状の導入路を周方向に分割して複数のノズル室を形成した軸流タービンが開示されている。この軸流タービンは、作動流体の圧力が低下する一部のノズル室の開口面積を絞ることで、作動流体の圧力及び流速を確保し、ノズル効率（調速段効率）の低下を防止するようにしている。

特開昭６０−６９２１３号公報 実用新案第２６０１２００号公報

前述のように、運転中圧力比が幅広く変動する軸流タービンでは、変動する圧力比の全域で高いタービン効率を維持することが困難である。特許文献１及び特許文献２に開示された構成は、かかる問題を解決するものではない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ノズル翼入口及びノズル翼出口間の作動流体の圧力比が大きく変動する軸流タービンにおいて、変動する圧力比の全域で高いノズル効率を可能にし、かつコンパクトな構成でこれを可能にすることを目的とする。

本発明の軸流タービンは、ノズル翼群がタービンロータの周囲に列状に配置されてなるタービンノズルと、タービンロータの一部を構成し、タービンノズルに隣接して配置されたタービン動翼群と、作動流体をタービンノズルを介してタービン動翼に供給する作動流体供給路とを備えた軸流タービンに適用される。

そして、前記目的を達成するため、前記タービンノズルは、タービンロータの周囲に配置された環状の回転体で構成され、回転体は、タービンロータの周方向に仕切られた複数のノズル室を有し、これらノズル室の内部には、ノズル室毎に異なる形状を有し、作動流体のノズル入口圧とノズル出口圧との異なる圧力比に夫々対応してノズル効率を低減可能なノズル翼群が設けられている。
また、前記ノズル室に作動流体を供給する単一の作動流体供給路、及び前記ノズル室に供給される作動流体の流量を制御する流量制御機構を備えている。さらに、回転体はタービンロータの周方向に回転可能に構成され、作動流体供給路からノズル室の一つに作動流体が選択的に供給される。

かかる構成によって、運転中の圧力比の変動に対応して、回転体を回転させ、ノズル効率が最良となるノズル翼を有するノズル室に作動流体を選択的に導入する。これによって、圧力比が変動しても、常に高いノズル効率を得ることができる。
また、回転体は、ノズル翼群に作用する作動流体の揚力だけで回転できるので、回転体を回転させるための駆動装置は不要になる。また、複数のノズル室に対して、単一の作動流体供給路を設けるだけでよいので、装置構成をコンパクト化できる。
なお、流量制御機構は、例えば、作動流体供給路に設けられた流量制御弁又は流量制御ダンパでもよく、あるいは作動流体が流入する各ノズル室の入口を開閉する開閉機構を設けるようにしてもよい。

本発明の一態様として、複数のノズル室に、夫々亜音速対応用の第１の先細型ノズル翼、遷音速対応用の第２の先細ノズル及び超音速対応用の先細―末広型ノズル翼を設けることができる。第１の先細型ノズル翼の圧力比Ｐａと、第２の先細ノズルの圧力比Ｐｂと、先細―末広型ノズル翼の圧力比Ｐｃとは、Ｐａ＜Ｐｂ＜Ｐｃの関係にある。
これによって、圧力比が亜音速領域に対応するときは、第１の先細型ノズル翼を有するノズル室に作動流体を導入し、圧力比が遷音速領域に対応するときは、第２の先細ノズル翼を有するノズル室に作動流体を導入する。そして、圧力比が超音速領域に対応するときは、先細―末広型ノズル翼を有するノズル室に作動流体を導入することで、常にノズル効率を高く維持できる。

図１３（Ａ）は、先細―末広型ノズル翼を模式的に示す図である。図に示すように、先細―末広型ノズル翼１は、広い断面積を有する入口１ａと、断面積が最小となる喉部１ｂと、広い断面積を有する出口１ｃとを有している。入口１ａから流入した音速以下の作動流体ｗは、ノズル断面積が狭まるに従い速度が増し、減圧する。そして、ある条件下で、喉部１ｂで音速（マッハＭ＝１）に達する。その後、断面積が広がるに従い、作動流体ｗは減圧（膨張）して超音速（Ｍ＞１）となる。
図１３（Ｂ）は、先細型ノズル翼を模式的に示す図である。図に示すように、先細型ノズル翼３は、最も広い断面積を有する入口３ａと、最も狭い断面積を有する出口３ｂとを有している。作動流体ｗの流速は出口３ｂで最も大きくなるが、超音速にはならない。従って、先細型ノズル翼は亜音速対応用又は遷音速対応用として用いられる。

本発明の別な一態様として、複数のノズル室に設けられたノズル翼は、超音速対応用の先細―末広型ノズル翼で構成することができる。そして、この先細―末広型ノズル翼は、ノズル室毎に喉部隙間面積と出口隙間面積との面積比（ＡＲ値）が異なり、各ノズル室に設けられたノズル翼のＡＲ値は、複数の異なる圧力比に夫々対応してノズル効率を低減可能な値に設定している。

本態様は、作動流体がノズル翼間で超音速領域となる場合に適用される態様である。先細―末広型ノズル翼は、圧力比によって最良なノズル効率となるＡＲ値が異なる。本態様によれば、運転中変動する圧力比に対して、ノズル効率が最良となるノズル翼を有するノズル室に作動流体を導入することで、圧力比が遷音速領域以下に対応するときでも、常に高いノズル効率を得ることができる。

本発明のさらに別な態様として、回転体の側面に、作動流体からノズル翼が受ける揚力の方向に向かって内側に傾斜した複数の傾斜面を連続的に環状に形成する。そして、この傾斜面に対して進退可能なストッパ部材を設ける。このストッパ部材は前記傾斜面に摺接する傾斜端面を有している。さらに、ストッパ部材に対して回転体側面の傾斜面を押圧する方向に押圧力を付与する押圧装置を設ける。
これによって、回転体側面の傾斜面とストッパ部材の傾斜端面との間に、常に摩擦力が働くので、回転体の過速回転を防止できる。そのため、回転体の異常振動等を防止でき、安定した回転状態を保持できる。

さらに、回転体の外周面に形成された凹部に挿入されて回転体の過回転を防止する過回転防止部材を備えることができる。これによって、回転体を所望の回転角度で停止できるため、選択されたノズル室の一つと作動流体供給路との接続を確実に行うことができる。

本発明のさらに別な態様として、回転体を回転駆動する駆動装置をさらに備えることができる。これによって、作動流体の揚力に頼らず、回転体を強制的に回転させることができる。
この駆動装置の一態様として、回転体に形成された第１の歯と、第１の歯に噛合する第２の歯を有する歯車と、この歯車を回転させる駆動モータとで構成することができる。これによって、駆動装置をコンパクト化かつ低コスト化できると共に、歯車の回転速度を制御することで、回転体の回転速度を制御できる。また、歯車の回転数を制御することで、回転体の停止位置を正確に制御できる。

前記第１の歯は、回転体の外周面又は側面に形成することができる。第１の歯を回転体の外周面に形成すれば、第１の歯の形成が容易になる。一方、第１の歯を回転体の側面に形成したとき、歯車の設置位置の自由度が増すという利点がある。

本発明によれば、圧力比の変動が大きい軸流タービンであっても、常に高いノズル効率で稼動させることができると共に、装置構成をコンパクト化かつ低コスト化できる。

本発明の第１実施形態に係る軸流タービンの縦断面図である。 （Ａ）は図１中のＡ方向から視た模式図であり、（Ｂ）は亜音速対応用の先細型ノズル翼の横断面図である。 （Ａ）は図１中のＡ方向から視た模式図であり、（Ｂ）は遷音速対応用の先細型ノズル翼の横断面図である。 （Ａ）は図１中のＡ方向から視た模式図であり、（Ｂ）は超音速対応用の先細型ノズル翼の横断面図である。 各形状のノズル翼のエネルギ損失係数比を示す線図である。 図１中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は作動順に示した図６の一部拡大断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る軸流タービンで用いられる先細―末広型ノズル翼の横断面図である。 本発明の第３実施形態に係る軸流タービンの縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る軸流タービンの縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る軸流タービンの縦断面図である。 ノズル翼間を通る作動流体の圧力比の変動例を示す線図である。 （Ａ）は先細―末広型ノズル翼の模式図であり、（Ｂ）は先細型ノズル翼の模式図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態は、圧力比（Ｐ_１／Ｐ_２）が大きく変動する水中機器等に搭載されて好適な軸流タービンの実施形態である。図１において、本実施形態に係る軸流タービン１０Ａは、内部ケーシング１２の内側中央にタービンロータ１４が設けられている。内部ケーシング１２とタービンロータ１４との間に、タービンロータ１４を囲むように、環状の回転体１６が設けられている。回転体１６に対し、タービンロータ１４の軸方向に隣接して、タービンロータ１４の一部を構成するタービン動翼群１８が放射状に突設されている。１個の作動流体供給管２８から、回転体１６に作動流体ｗが供給される。

図２〜図４は、矢印Ａ方向から視た回転体１６の模式図である。図２〜図４には、作動流体供給管２８の出口開口２８ａが模式的に図示されている。回転体１６は、仕切り壁２２によって周方向に仕切られた３個のノズル室２４ａ〜２４ｃで構成されている。ノズル室２４ａ〜２４ｃには、夫々形状が異なるノズル翼群が設けられている。即ち、ノズル室２４ａには、図２（Ｂ）に示す形状のノズル翼群２６ａが設けられ、ノズル室２４ｂには、図３（Ｂ）に示す形状のノズル翼群２６ｂが設けられ、ノズル室２４ｃには、図４（Ｂ）に示す形状のノズル翼群２６ｃが設けられている。

回転体１６は、内部ケーシング１２の内面に設けられた軸受３２によって回転可能に支持されている。作動流体供給管２８には、後述する制御装置３８によって開度が制御される流量制御弁３０が設けられている。作動流体供給管２８の出口開口２８ａ及びタービン動翼群１８に対して、ノズル室２４ａ〜２４ｄは開放されている。そのため、回転体１６の停止位置によって、ノズル室２４ａ〜２４ｄのいずれか一つが作動流体供給管２８の出口開口２８ａに連通し、出口開口２８ａに対面したノズル室に作動流体ｗが供給される。

回転体１６は、ノズル室２４ａ〜２４ｃのいずれかに導入される作動流体ｗがノズル翼群に当たることで、回転方向（矢印ｒ方向）に揚力が発生する。そのため、駆動装置がなくても作動流体ｗの揚力で回転することができる。タービン動翼群１８は、タービンロータ１４を囲むように周方向に配置されているが、各ノズル室２４ａ〜２４ｃに設けられたノズル翼２６ａ〜２６ｃも、タービン動翼群１８と対面するように、タービンロータ１４の周方向に配置されている。

ノズル室２４ａに設けられたノズル翼群２６ａは、亜音速対応用の先細型ノズル翼であり、ノズル室２４ｂに設けられたノズル翼群２６ｂは、遷音速対応用の先細型ノズル翼であり、ノズル室２４ｃに設けられたノズル翼は、超音速対応用の先細―末広型ノズル翼である。ノズル翼群２６ｂは翼後縁の背面ｆが平坦面で形成され、これによって、遷音速に対応可能になっている。

図５は、作動流体が各形状のノズル翼群を通過する際のエネルギ損失係数比（ノズル翼の中で発生する最小のエネルギ損失係数を１．０としたときのエネルギ損失係数の比）を示す。ノズル翼の出口マッハ数と圧力比（Ｐ_１／Ｐ_２）とは一義的に対応する。
図５に示すように、マッハ数が０．６〜１．０では、亜音速対応用の先細型ノズル翼２６ａのエネルギ損失が最も少ない。また、マッハ数が１．０〜１．４では遷音速対応用の先細型ノズル翼２６ｂのエネルギ損失が最も少なく、マッハ数が１．４以上では超音速対応用の先細―末広型ノズル翼２６ｃのエネルギ損失が最も少ない。

次に、図６及び図７により、回転体１６の回転制御機構を説明する。図６に示すように、回転体１６の外周面に、断面が四角で長辺が周方向に配置された長溝１６ａが形成されている。図６及び図７では、長溝１６ａは、１か所のみ図示されているが、長溝１６ａは、回転体１６の外周面に適宜間隔で分散配置されている。回転体１６の外周面に対面した内部ケーシング１２の内面に、過回転防止部材３４が設けられている。過回転防止部材３４は、内部ケーシング１２に設けられた駆動装置３６によって、長溝１６ａに対し進退可能に構成されている。

回転体１６の回転を止めるときは、制御装置３８から駆動装置３６に停止指令を送ることで、過回転防止部材３４を長溝１６ａの内部に突出させる。これによって、回転体１６を所望位置で止めることができる。

図７は、回転体１６の過速回転を防止可能にするストッパ機構を示している。図７の（Ａ）及び（Ｄ）は、回転体１６が停止している状態を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は、回転体１６が、作動流体ｗの揚力を受けて回転している状態を示している。回転体１６の側面１６ｂには、回転方向（矢印ｒ方向）に向かって内側へ傾斜した複数の傾斜面４０ａが形成されている。傾斜面４０ａは、回転体１６の側面１６ｂに環状に連続的に形成されている。各傾斜面４０ａの境界には、側面１６ｂに対して垂直な段差面４０ｂが形成されている。

ストッパ部材４２は、傾斜面４０ａと同一の傾斜角で形成された傾斜端面４２ａを有している。ストッパ部材４２は、一端が内部ケーシング１２に固定されたバネ部材４４によって、傾斜面４０ａを押圧する方向（図７（Ｄ）の矢印ｃ方向）に弾性力を付与されている。回転体１６が回転すると、ストッパ部材４２は、傾斜端面４２ａが傾斜面４０ａに摺接しながら、傾斜面４０ａによって押されて矢印ｂ方向へ後退する。ストッパ部材４２が一つの段差面４０ｂを越えると、矢印ｃ方向に移動して、再び次の傾斜面４０ａを押圧する。こうして、傾斜面４０ａと傾斜端面４２ａとの間に常に摩擦力が働いているので、回転体１６の過速回転を防止できる。

かかる構成において、制御装置３８で圧力比を検出する。その検出方法は、例えば、タービンロータ１４の回転数を検出し、その回転数から圧力比を求める。同時に、駆動装置３６を操作して過回転防止部材３４を長溝１６ａから退出させ、回転体１６を作動流体ｗの揚力で回転させる。そして、検出した圧力比に対応して最もノズル効率を低減可能な形状のノズル翼群が設けられたノズル室がノズルボックス２０の出口開口２０ａに対面したとき、過回転防止部材３４を長溝１６ａに突出させて、回転体１６を停止させる。次に、ノズルボックス２０から作動流体ｗを対面したノズル室に供給する。

これによって、圧力比が大きく変動したときでも、常にノズル効率を高く維持できる。また、回転体１６は、ノズル翼群に作用する作動流体ｗの揚力だけで回転できるので、回転体を回転させるための駆動装置は不要になる。さらに、作動流体ｗの供給機構は、単一の作動流体供給路２８を設けるだけでよいので、装置構成をコンパクト化できる。

図２〜図４の（Ｂ）に示すように、本実施形態では、各ノズル室に設けられたすべてのノズル翼群は、作動流体ｗがタービン動翼１８に流入するときのインシデンス損失を低減可能な同一の出口流出角ｃを有している。これによって、作動流体ｗがタービン動翼１８に流入するときの作動流体ｗの圧力損失を抑制でき、ノズル効率の低下を防止できる。また、全ノズル翼の出口流出角を同一とすることで、ノズル翼の製造を低コスト化できる。
また、ストッパ部材４２を設けたことで、回転体１６の過速回転を防止できるので、回転体１６の異常振動等を防止でき、安定した回転動作を保持できる。さらに、過回転防止部材３４を設けたことで、回転体１６を所望の停止位置で停止させることができる。

なお、本実施形態において、流量制御弁３０の代わりに、作動流体供給管２８の出口開口２８ａに流量制御ダンパを設けてもよい。あるいは作動流体ｗが流入する各ノズル室の入口を開閉する開閉機構を設け、この開閉機構を制御装置３８で制御することで、作動流体ｗをノズル室１６ａ〜１６ｄのどれかに選択的に流入させるようにしてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図８により説明する。本実施形態は、ノズル室２４ａ〜２４ｃにすべて超音速対応用の先細―末広型ノズル翼が設けられているが、各ノズル室の先細―末広型ノズル翼の形状は異なっている。即ち、これら先細―末広型ノズル翼のＡＲ値はノズル室毎に異なっている。

図８は、先細―末広型ノズル翼２６ｃの形状を示している。図８において、点ｔは、ノズル翼間で最も隙間面積が狭くなるノズル翼間喉部を示し、喉部ｔの隙間面積ａとノズル翼出口の隙間面積ｂの比（ｂ／ａ）をＡＲ値と言う。先細―末広型ノズル翼は、圧力比に応じてノズル効率を低減可能なＡＲ値が異なる。即ち、圧力比が大きくなるほど、ノズル効率を低減可能なＡＲ値が大きくなり、圧力比が小さいほど、ノズル効率を低減できるＡＲ値は小さくなる。図８（Ａ）は、ＡＲ値が大きい先細―末広型ノズル翼を示し、図８（Ｂ）は、ＡＲ値が小さい先細―末広型ノズル翼を示している。

本実施形態では、圧力比に応じて、その圧力比に対して最もノズル効率を低減可能なＡＲ値をもつノズル翼群が設けられたノズル室に作動流体ｗを導入する。即ち、圧力比が変われば、回転体１６を回転させて、作動流体ｗを導入するノズル室を変えるようにする。これによって、圧力比が大きく変動しても、常にノズル効率を高く維持できる。
また、前記第１実施形態と同様に、本実施形態でも、各ノズル室に設けられたすべてのノズル翼群は、作動流体ｗがタービン動翼１８に流入するときのインシデンス損失を低減可能な同一の出口流出角ｃを有している。これによって、作動流体ｗがタービン動翼１８に流入するときの作動流体ｗの圧力損失を抑制でき、ノズル効率の低下を防止できる。また、全ノズル翼の出口流出角を同一とすることで、ノズル翼の製造を低コスト化できる。

（実施形態３）
本発明の第３実施形態を図９により説明する。本実施形態の軸流タービン１０Ｂは、作動流体ｗの揚力だけに頼らず、回転体１６を強制的に回転駆動する駆動装置を設けた例である。この駆動装置５０Ａは、歯車５２と歯車５２を駆動する駆動モータ５４とで構成されている。回転体１６の外周面に歯車５２の歯５２ａと噛合する歯１６ｃが形成されている。なお、ノズル室２４ａ〜２４ｃの構成及び各ノズル室に異なる形状のノズル翼群が設けられている点は、前記第１実施形態又は前記第２実施形態と同様である。

本実施形態によれば、回転体１６を強制的に駆動する駆動装置５０Ａを設けたことで、回転体１６を確実に回転できる。また、駆動装置５０Ａをコンパクト化かつ低コスト化できると共に、制御装置３８によって駆動モータ５４を制御し、歯車５２の回転速度を制御することで、回転体１６の回転速度を精度良く制御でき、かつ歯車５２の回転数を制御することで、回転体１６を所望の周方向位置で停止できる。
また、駆動装置５０Ａを設けることで、逆に、前記第１実施形態の過回転防止部材３４及びストッパ部材４２を設ける必要がなくなるため、その分低コスト化できる。さらに、歯１６ｄを回転体１６の外周面に形成するので、歯１６ｄの形成が容易になる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図１０により説明する。本実施形態の軸流タービン１０Ｃも、前記第３実施形態と同様に、回転体１６を強制的に駆動する駆動装置５０Ｂを設けた例である。駆動装置５０Ｂは、歯車５２及び駆動モータ５４からなる駆動ユニットを回転体１６の上端及び下端に２組設けたものである。
このように、駆動ユニットを回転体１６の正反対の位置に２組設けたことで、前記第３実施形態で得られる作用効果に加えて、回転体１６の振動を抑制できる。回転体１６の振動を抑制できるので、ノズル翼群に流入する作動流体ｗの乱れがなくなり、ノズル効率を向上できる。

（実施形態５）
次に、本発明の第５実施形態を図１１により説明する。本実施形態の軸流タービン１０Ｄでは、回転体１６の外周側側面に、周方向に環状に歯１６ｄを形成している。そして、歯１６ｄと歯車５２の歯５２ａとが噛合するように、歯車５２を配置した駆動装置５０Ｃを設けている。
本実施形態では、歯車５２を回転体１６の側面に配置するので、回転体１６の配置の自由度が増すという利点がある。

本発明によれば、運転中圧力比が幅広く変動する軸流タービンにおいて、圧力比の全域で高いタービン効率を維持できる。

１ 先細―末広型ノズル翼
１ａ 入口
１ｂ 喉部
１ｃ 出口
３ 先細型ノズル翼
３ａ 入口
３ｂ 出口
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 軸流タービン
１２ 内部ケーシング
１４ タービンロータ
１６ 回転体
１６ａ 長溝
１６ｂ 側面
１６ｄ 歯（第１の歯）
１８ タービン動翼群
２２ 仕切り壁
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ノズル室
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ ノズル翼群
２８ 作動流体供給管
２８ａ 出口開口
３２ 軸受
３０ 流量制御弁
３４ 過回転防止部材
３６ 駆動装置
３８ 制御装置
４０ａ 傾斜面
４０ｂ 段差面
４２ ストッパ部材
４２ａ 傾斜端面
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 駆動装置
５２ 歯車
５２ａ 歯（第２の歯）
５４ 駆動モータ
ａ、ｂ 隙間面積
ｃ 出口流出角
ｆ 背面
ｔ 喉部
ｒ 回転方向
ｗ 作動流体

Claims (8)

1. ノズル翼群がタービンロータの周囲に列状に配置されてなるタービンノズルと、
   前記タービンロータの一部を構成し、前記タービンノズルに隣接して配置されたタービン動翼群と、
   作動流体を前記タービンノズルを介して前記タービン動翼に供給する作動流体供給路とを備えた軸流タービンにおいて、
   前記タービンノズルは、前記タービンロータの周囲に配置された環状の回転体で構成され、前記回転体は、前記タービンロータの周方向に仕切られた複数のノズル室と、前記複数のノズル室に設けられ、前記ノズル室毎に異なる形状を有し、前記作動流体のノズル入口圧とノズル出口圧との異なる圧力比に夫々対応してノズル効率を低減可能なノズル翼群とで構成され、
   前記ノズル室に前記作動流体を供給する単一の作動流体供給路、及び前記ノズル室に供給される作動流体の流量を制御する流量制御機構を備え、
   前記回転体は前記タービンロータの周方向に回転可能に構成され、前記作動流体供給路から前記ノズル室の一つに作動流体が選択的に供給されることを特徴とする軸流タービン。
2. 前記複数のノズル室に夫々亜音速対応用の第１の先細型ノズル翼、遷音速対応用の第２の先細ノズル及び超音波対応用の先細―末広型ノズル翼が設けられ、
   前記第１の先細型ノズル翼の圧力比Ｐａと、前記第２の先細ノズルの圧力比Ｐｂと、前記先細―末広型ノズル翼の圧力比Ｐｃとは、Ｐａ＜Ｐｂ＜Ｐｃの関係にあることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
3. 前記複数のノズル室に設けられたすべてのノズル翼は、超音速対応用の先細―末広型ノズル翼で構成されると共に、各ノズル室毎に前記先細―末広型ノズル翼の喉部隙間面積と出口隙間面積との面積比が異なり、
   各ノズル室に設けられたノズル翼の前記面積比は、複数の異なる前記圧力比に夫々対応してノズル効率を低減可能な値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
4. 前記回転体の側面に、前記作動流体から前記ノズル翼が受ける揚力の方向に向かって内側に傾斜した複数の傾斜面が連続的に環状に形成され、
   前記傾斜面に摺接する傾斜端面を有し、前記傾斜面に対して進退可能に設けられたストッパ部材と、
   前記ストッパ部材に対して前記傾斜面を押圧する方向に押圧力を付与する押圧装置と、
   前記回転体の外周面に形成された凹部に挿入されて前記回転体の過回転を防止する過回転防止部材とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
5. 前記回転体を回転駆動する駆動装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の軸流タービン。
6. 前記駆動装置は、
   前記回転体に形成された第１の歯と、
   前記第１の歯に噛合する第２の歯を有する歯車と、
   前記歯車を回転させる駆動モータとで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の軸流タービン。
7. 前記第１の歯が前記回転体の外周面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の軸流タービン。
8. 前記第１の歯が前記回転体の側面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の軸流タービン。

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