(57)【要約】【課題】ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンと有する軸流水車において、高出力を実現する。【解決手段】一実施形態によれば、回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車出力をＰ、水車流量をＱとし、Ｎ／Ｈ１／２を単位落差あたりの回転速度、Ｐ／Ｈ３／２を単位落差あたりの出力、Ｑ／Ｈ１／２を単位落差あたりの流量としたときに、ガイドベーン開度毎に定まる相対水車効率のピーク値が最大値をとるガイドベーン開度以上のガイドベーン開度で当該軸流水車を運転する際に、単位落差当たりの回転速度が、与えられたガイドベーン開度において、相対水車効率が最大値をとるときの単位落差当たりの回転速度よりも大きく、かつ、単位落差当たりの水車出力が最大値をとるときの単位落差当たりの回転速度以下である、という条件を満たすように当該軸流水車を可変速運転する。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンと有する軸流水車の運転方法であって、
回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車出力をＰ、水車流量をＱとし、Ｎ／Ｈ１／２を単位落差あたりの回転速度、Ｐ／Ｈ３／２を単位落差あたりの出力、Ｑ／Ｈ１／２を単位落差あたりの流量としたときに、
ガイドベーン開度毎に定まる水車効率のピーク値が最大値をとるガイドベーン開度以上のガイドベーン開度範囲において当該軸流水車を運転するにあたって、
前記ガイドベーン開度範囲のうちの少なくとも一部において、
単位落差当たりの回転速度が、
与えられたガイドベーン開度において、水車効率がピーク値をとるときの単位落差当たりの回転速度よりも大きく、かつ、単位落差当たりの水車出力が最大値をとるときの単位落差当たりの回転速度以下である、
という条件を満たすように当該軸流水車を可変速運転することを特徴とする、軸流水車の運転方法。
【請求項２】
前記ガイドベーン開度範囲のうちの少なくとも所定ガイドベーン開度よりも大きい開度範囲内において、上記条件を満たすように当該軸流水車を可変速運転することを特徴とする、請求項１記載の軸流水車の運転方法。
【請求項３】
前記ガイドベーン開度範囲において当該軸流水車を運転するにあたって、
与えられたガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度に対する水車効率の関係を示している水車効率曲線を、横軸を単位落差あたりの回転速度とし縦軸を水車効率とするグラフ上に互いに異なる複数のガイドベーン開度ごとに描き、前記グラフ上に描かれた複数の水車効率曲線を包絡する包絡線を描き、前記包絡線と、各ガイドベーン開度における水車効率曲線とが接する接点における単位落差あたりの回転速度をそのガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度となる関係を満足するように当該軸流水車を可変速運転することを特徴とする、請求項１または２記載の軸流水車の運転方法。
【請求項４】
ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンと有する軸流水車の運転方法であって、
回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車出力をＰ、水車流量をＱとし、Ｎ／Ｈ１／２を単位落差あたりの回転速度、Ｐ／Ｈ３／２を単位落差あたりの出力、Ｑ／Ｈ１／２を単位落差あたりの流量としたときに、
ガイドベーン開度毎に定まる水車効率のピーク値が最大値をとるガイドベーン開度以上のガイドベーン開度範囲において当該軸流水車を運転するにあたって、
与えられたガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度に対する水車効率の関係を示している水車効率曲線を、横軸を単位落差あたりの回転速度とし縦軸を水車効率とするグラフ上に互いに異なる複数のガイドベーン開度ごとに描き、前記グラフ上に描かれた複数の水車効率曲線を包絡する包絡線を描き、前記包絡線と、各ガイドベーン開度における水車効率曲線とが接する接点における単位落差あたりの回転速度をそのガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度となる関係を満足するように当該軸流水車を可変速運転することを特徴とする、軸流水車の運転方法。
【請求項５】
相対水車効率の最大値が最大値をとるガイドベーン開度以下のガイドベーン開度では一定速度運転を行うことを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の軸流水車の運転方法。
【請求項６】
現地試験において、互いに異なる複数のガイドベーン開度において、与えられたガイドベーン開度における回転速度の変化に対する水車出力の変化を測定し、この測定結果に基づいて可変速運転の条件を決定することを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の軸流水車の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は軸流水車の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流水車には、カプラン水車、プロペラ水車、セミカプラン水車、チューブラ水車などがある。このうちカプラン水車（「可動羽根プロペラ水車」とも呼ばれる）のようにランナベーン角度を負荷、落差などに応じて変更することが可能なものは、ガイドベーンからの流れに応じてランナベーン角度を変更することができることから、効率よく運転できるという利点がある。その反面、ランナベーン角度調整機構を設けることにより、構造が複雑化し、高コストとなり、強度的に劣るという欠点がある。また、ランナベーンを可動とするために必然的に設けられるランナボスとランナベーン間の隙間に魚等の小動物が挟み込まれることがあり、いわゆるフィッシュフレンドリーの観点からは不利である。一方、プロペラ水車（「固定羽根プロペラ水車」とも呼ばれる）は、ランナベーンを動作させることなくガイドベーン制御だけで落差、負荷に対応するため、構造は簡単で、カプラン水車に比べて安価であるという長所を有する。ランナベーンとランナボス間には隙間を設ける必要がないため、フィッシュフレンドリー面で有利である。
【０００３】
プロペラ水車は、カプラン水車に比べて、上池、下池の水位変動が少なく、かつ負荷変動が小さい条件での適用に適している。プロペラ水車はカプラン水車に比べて適用落差範囲が大きくないため、同じ条件下（例えばガイドベーン最大開度およびその近傍）でできるだけ大きな出力を出せるということが他機種との差別化のポイントとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２４９４８号公報
【特許文献２】特許第３３５７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンとを有する軸流水車において、高出力を実現する運転方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンと有する軸流水車の運転方法が提供される。この運転方法に基づき、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率のピーク値が最大値をとるガイドベーン開度以上のガイドベーン開度範囲において当該軸流水車を運転するにあたって、前記ガイドベーン開度範囲のうちの少なくとも一部において、以下の条件を満たすように運転される。回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車出力をＰ、水車流量をＱとし、Ｎ／Ｈ１／２を単位落差あたりの回転速度、Ｐ／Ｈ３／２を単位落差あたりの出力、Ｑ／Ｈ１／２を単位落差あたりの流量としたときに、単位落差当たりの回転速度が、与えられたガイドベーン開度において、水車効率がピーク値をとるときの単位落差当たりの回転速度よりも大きく、かつ、単位落差当たりの水車出力が最大値をとるときの単位落差当たりの回転速度以下である。
【０００７】
他の実施形態によれば、ランナベーンと、開度調整可能なガイドベーンと有する軸流水車の他の運転方法が提供される。この運転方法に基づき、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率のピーク値が最大値をとるガイドベーン開度以上のガイドベーン開度範囲において当該軸流水車を運転するにあたって、以下の関係を満足するように運転される。回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車出力をＰ、水車流量をＱとし、Ｎ／Ｈ１／２を単位落差あたりの回転速度、Ｐ／Ｈ３／２を単位落差あたりの出力、Ｑ／Ｈ１／２を単位落差あたりの流量としたときに、与えられたガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度に対する水車効率の関係を示している水車効率曲線を、横軸を単位落差あたりの回転速度とし縦軸を水車効率とするグラフ上に互いに異なる複数のガイドベーン開度ごとに描き、前記グラフ上に描かれた複数の水車効率曲線を包絡する包絡線を描いたときに、前記包絡線と、各ガイドベーン開度における水車効率曲線とが接する接点における単位落差あたりの回転速度がそのガイドベーン開度における単位落差あたりの回転速度となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】軸流水車の一例としてのプロペラ水車の断面図である。
【図２Ａ】プロペラ水車の効率、流量特性を示す図である。
【図２Ｂ】プロペラ水車の効率、出力特性を示す図である。
【図２Ｃ】プロペラ水車の運転特性を示す図である。
【図３Ａ】実施形態に係る運転方法を説明するための、プロペラ水車の効率・流量特性を示す図である。
【図３Ｂ】実施形態に係る運転方法を説明するための、プロペラ水車の効率・出力特性を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態に係る運転方法を説明するための、プロペラ水車の運転特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施形態に係る運転方法に基づき運転される軸流水車の一例としてのプロペラ水車（固定羽根プロペラ水車）の一例の断面図を示す。上池（図示せず）より導水路によって導かれた水流（白抜き矢印で示す）はケーシング１内を流れ、ステーベーン２及びガイドベーン３により流れを整流され、ランナ４へ流入する。ランナ４は、ランナボス４ａと、ランナボス４ａに取り付けられた複数のランナベーン４ｂとを備えている。プロペラ水車の場合、ランナベーン４ｂはランナボス４ａに一体的に固定されている。なお、カプラン水車（可動羽根プロペラ水車）の場合、ランナベーン４ｂはランナボス４ａに羽根角度可変に取り付けられている。ランナ４で仕事をした水流は、吸出し管５へと流れ込み、下池（図示せず）に流出する。ガイドベーン３は、要求負荷に応じた水量を流すための任意の開度に設定される。ランナ４は水のエネルギーを動力に変換し、主軸６を介して上部の発電機７に伝達する。発電機７には、当該発電機７の回転速度（ランナ４の回転速度でもある）をガイドベーン３の開度を変更することなく独立して調整することができる機能を有する電気的若しくは電気機械的な回転速度調節手段８が付設されている。なお、回転速度調節手段８としては、例えばサイクロコンバータを利用するもの等様々な形式のものが既に知られているため、詳細な説明は省略する。
【００１０】
このようなプロペラ水車の一般的な水力特性を図２Ａおよび図２Ｂのグラフに示す。これらのグラフは、プロペラ水車の特性を単位落差あたりの特性として示したものである。水車の回転速度をＮ、有効落差をＨ、水車流量をＱ、水車出力をＰとし、これらのパラメータ値を単位落差当たりの値に換算して、単位落差あたりの回転速度「Ｎ／Ｈ１／２」、単位落差あたりの流量「Ｑ／Ｈ１／２」、単位落差あたりの出力「Ｐ／Ｈ３／２」としている。
【００１１】
図２Ａには、さまざまなガイドベーン開度ａ１〜ａ７における、単位落差あたりの回転速度（Ｎ／Ｈ１／２）の変化に対する単位落差あたりの流量（Ｑ／Ｈ１／２）の変化を示した水車流量曲線Ｑａ１〜Ｑａ７（図２Ａの下段に表示）と、単位落差あたりの回転速度（Ｎ／Ｈ１／２）の変化に対する水車効率（η）の変化を示した水車効率曲線ηａ１〜ηａ７（図２Ａの上段に表示）が描かれている。また、図２Ｂには、さまざまなガイドベーン開度ａ１〜ａ７における、単位落差あたりの回転速度（Ｎ／Ｈ１／２）の変化に対する単位落差あたりの出力（Ｐ／Ｈ３／２）の変化を示した水車出力曲線Ｐａ１〜Ｐａ７（図２Ｂの下段に表示）が描かれている。なお、図２Ｂの上段に示された水車効率曲線は図２Ａに示したものと同じものである。
【００１２】
ここで図２Ａ〜図２Ｃのグラフにおいて、縦軸及び横軸に付した用語の意味は以下の通りである。
「相対ガイドベーン開度」とは、「ガイドベーン開度」を、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率のピーク（最大値）が最大値をとるガイドベーン開度（以下、簡便のため「最高効率ガイドベーン開度」とも呼ぶ）を１としてそれに対する相対値として示した無次元の値である。
「単位落差あたりの相対回転速度」とは、「単位落差あたりの回転速度」を、前記最高効率ガイドベーン開度において水車効率が最大値となる単位落差あたりの回転速度を１としてそれに対する相対値として示した無次元の値である。
「単位落差あたりの相対流量」とは、「単位落差あたりの流量」を、前記最高効率ガイドベーン開度において水車効率が最大値となる単位落差あたりの流量を１としてそれに対する相対値として示した無次元の値である。
「相対水車効率」とは、「水車効率」を、前記最高効率ガイドベーン開度における水車効率のピーク値（最大値）を１としてそれに対する相対値として示した無次元の値である。
「単位落差当たりの相対水車出力」とは、「単位落差当たりの水車出力」を、前記最高効率ガイドベーン開度において水車効率が最大となるときに得られる単位落差当たりの水車出力を１としてそれに対する相対値として示した無次元の値である。
【００１３】
図２Ｃのグラフは、全ガイドベーン開度範囲において、ガイドベーン開度に関わらず、先に定義した「最高効率ガイドベーン開度」において水車効率が最大値となる単位落差あたりの回転速度（一定回転速度）で運転した場合の、ガイドベーン開度の変化に対する相対水車効率及び単位落差あたりの相対水車出力の変化を示している。なお、図２Ｃのグラフ上のプロットは、図２Ａ及び図２Ｂのグラフに示した破線ηＣ、ＱＣ、ＰＣ（全ガイドベーン開度においてガイドベーン開度に関わらず「単位落差あたりの相対回転速度＝１」の一定回転速度で運転した場合を示す）と水車効率曲線ηａ１〜ηａ７及び水車出力曲線Ｐａ１〜Ｐａ７との交点に対応している。
【００１４】
ここで、図２Ａ に示す単位落差あたりの流量特性に注目すると、回転速度を大きくすることにより流量も増加する傾向にあることがわかる。これは、回転速度を上げることでランナの水をかき出す作用が増加するプロペラ水車の特徴であり、この点においてプロペラ水車はフランシス水車と大きく異なっている。本実施形態ではこの点に着目してプロペラ水車の高出力運転を実現する。すなわち、水車の出力は、落差Ｈ、流量Ｑ及び効率ηの積で得られるが、プロペラ水車は回転速度を増加させることで流量が増加する特性を有するので、効率ηだけに着目するのではなく効率ηと流量Ｑとの積に着目し、これを最適化することにより高出力運転を実現する。
【００１５】
次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃのグラフを参照して、実施形態についてさらに詳細に説明する。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃのグラフの縦軸及び横軸は、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃのグラフの縦軸及び横軸と同じである。図３Ａ及び図３Ｂには、図２Ａ及び図２と同様に、水車効率曲線ηａ１〜ηａ７、水車流量曲線Ｑａ１〜Ｑａ７及び水車出力曲線Ｐａ１〜Ｐａ７が描かれている。各曲線に付された参照符号ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７は、ガイドベーン開度を意味しており、ａ１が最も大きくａ７が最も小さい。
【００１６】
図３Ａに示された複数の水車効率曲線ηａ１〜ηａ７より明らかなように、このプロペラ水車は、ガイドベーン開度がａ５のときに、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率ηのピーク値（最大値）が最大値ηmaxをとる。すなわち、ηmaxはこのプロペラ水車において達成しうる最大効率であり、「相対水車効率＝１」に相当する。本実施形態においては、ガイドベーン開度がａ５以上のガイドベーン開度範囲において、当該プロペラ水車を運転する際に、高出力が達成されるように運転方法を定める。
【００１７】
ガイドベーン開度ａ１〜ａ７に対応する水車効率曲線ηａ１〜ηａ７を包絡する包絡線ηＥが、グラフ上に描かれる。そして、図３Ｂの上段に示すように、包絡線ηＥと水車効率曲線ηａ１〜ηａ５との接点（図中「×（バツ）」印で示す）に対応する単位落差あたりの回転速度（相対回転速度）が求められる。そして、ａ５以上のガイドベーン開度範囲（ａ１〜ａ５）において、上記各接点にそれぞれ対応する単位落差あたりの回転速度（相対回転速度）が実現されるように、ガイドベーン開度の変化に従い単位落差あたりの回転速度を変化させる可変速運転を行う。このとき、回転速度の調整には回転速度調節手段８が用いられる。なお、図３Ａ及び図３Ｂのグラフでは水車効率曲線が７本だけ描かれているが、実際には、水車効率曲線はガイドベーン開度の調整分解能に対応する数だけ、実質的には無数に存在する。従って、より多くの数の水車効率曲線に基づいてガイドベーン開度と単位落差あたりの回転速度との関係をきめ細やかに定めることができる。しかしながら、ある程度の数の水車効率曲線があれば、包絡線ηＥを用いた上記の方法でガイドベーン開度ごとの単位落差あたりの回転速度を決定することは可能である。有限個の水車効率曲線を用いた場合には、「ガイドベーン開度」及び「単位落差あたりの回転速度」の組合せの有限個のプロットに基づいて、補完演算により、全てのガイドベーン開度に対する単位落差あたりの回転速度を求めることもできる。
【００１８】
図３Ａ及び図３Ｂの上段に示した水車効率曲線ηａ１〜ηａ７より明らかなように、水車効率ηは、ガイドベーン開度ごとに固有の回転速度でピーク値（図中「○（白抜き丸）」印で示す）を示し、当該ピークの両側で低下する。また、図３Ａの下段に示した水車流量曲線Ｑａ１〜Ｑａ７より明らかなように、回転速度Ｎの増加に伴い水車効率ηが減少する回転速度域においても、流量Ｑは回転速度Ｎの増加に伴い増加する。前述したように水車出力Ｐは水車効率ηと流量Ｑの積の増加に伴い増加するので、図３Ｂの下段に示した出力曲線Ｐａ１〜Ｐａ７より明らかなように、各ガイドベーン開度において、水車出力Ｐは、水車効率ηが大幅に低下する回転速度域（過回転速度域）に達するまでの間は回転速度Ｎの増加に伴い増大し、図中「●（黒塗り丸）」で示す最大値をとった後、減少に転じる。つまり、与えられたガイドベーン開度において水車効率ηがピーク値を示す回転速度から回転速度Ｎを増加させていった場合、ある回転速度に至るまでの間では、流量Ｑの増加率の方が水車効率ηの低下率よりも大きいのである。このようなプロペラ水車の特性を利用して可変速運転をすることにより、ガイドベーン開度が大きい側において高出力運転を達成することができる。例えば、図示されたうちの最大のガイドベーン開度ａ１においては、包絡線ηＥを用いて決定した回転速度で運転すると、水車効率ηがピークを呈する回転速度で運転した場合に比べて、流量ＱがΔＱ（図３Ａの下段を参照）だけ大きくなり、その結果として、水車出力ＰがΔＰ（図３Ｂの下段及び図３Ｃの下段を参照）だけ大きくなる。
【００１９】
包絡線ηＥを用いた上記の手法によりガイドベーン開度毎の回転速度Ｎを定めた場合、水車効率曲線の幾何学的形状（上に凸な二次曲線に類似している）に起因して、ガイドベーン開度がａ５（ガイドベーン開度毎に定まる水車効率ηのピーク値が最大値ηmaxをとるガイドベーン開度）に近いとき（図示例ではガイドベーン開度がａ５，ａ４のとき）には、そのガイドベーン開度において水車効率ηが最大値を示す回転速度と概ね同じ回転速度Ｎで水車が可変速運転される。所定ガイドベーン開度よりも大きいガイドベーン開度（図示例ではガイドベーン開度ａ４より大きいガイドベーン開度、例えばガイドベーン開度ａ３，ａ２，ａ１）では、そのガイドベーン開度において水車効率ηが最大値を示す回転速度よりも大きく、かつ、水車出力Ｐが最大値を示す回転速度以下の（図示例では水車出力Ｐが最大値を示す回転速度より小さい）回転速度Ｎで水車が可変速運転される。すなわち、上記実施形態においては、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率ηのピーク値が最大値ηmaxをとるガイドベーン開度ａ５以上のガイドベーン開度範囲のうちの少なくとも一部、好ましくは高開度側端部領域（図示例ではガイドベーン開度がａ３より大の領域）において、ガイドベーン開度に応じて水車効率ηが最大値を示す回転速度Ｎで可変速運転する「ピーク運転」よりも高出力が達成されている。このことは、背景技術の項で述べたように、ガイドベーン最大開度およびその近傍でできるだけ大きな出力を出せるという固定羽根プロペラ水車に求められる特性にマッチしている。なお、「ピーク運転」を行った場合における、ガイドベーン開度ごとの水車効率が図３Ａ及び図３Ｂの上段の曲線ηPKで、ガイドベーン開度ごとの相対回転速度及び相対流量が図３Ａの下段の曲線ＱPKで、ガイドベーン開度ごとの相対回転速度及び相対水車出力が図３Ｂの下段の曲線ＰPKで、それぞれ示されている。
【００２０】
包絡線ηＥを用いた上記の手法によりガイドベーン開度毎の回転速度Ｎを定めた場合、ガイドベーン開度が上記の高開度側端部領域にあるときには、与えられたガイドベーン開度に対して水車出力Ｐが最大値を示す回転速度（図３Ｂ下段の「●（黒塗り丸）」に対応する回転速度）より低い回転速度で可変速運転される。回転速度Ｎを水車出力Ｐが最大値を示す回転速度まで高めると、水圧脈動、騒音等が過大となる可能性があるので、ガイドベーン開度が高開度側端部領域にあるときには、水車出力Ｐが最大値を示す回転速度より低い回転速度で可変速運転することが好ましい。包絡線ηＥを用いた上記の手法によりガイドベーン開度毎の回転速度Ｎを定めることにより、高開度側端部領域の運転条件を都合良く設定することができる。
【００２１】
しかしながら、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率ηのピーク値が最大値ηmaxをとるガイドベーン開度であるａ５以上のガイドベーン開度におけるガイドベーン開度毎の回転速度Ｎを、包絡線ηＥを用いた上記の手法とは異なる手法により決定してもよく、このとき、少なくともガイドベーン開度が高開度端領域にあるときに、水車効率ηが最大値を示す回転速度よりも大きく、かつ、水車出力Ｐが最大値を示す回転速度以下の回転速度Ｎで水車が可変速運転されるようになっていればよい。包絡線ηＥによらずにガイドベーン開度毎の回転速度を決定する場合には、例えば模型試験結果などに基づいて決定することができる。また、実機水車の振動、騒音は、実機の構造立地条件などにも左右されるため、後述のように、現地の実機水車による試験によりガイドベーン開度毎の回転速度を最終的に決定することも好ましい。
【００２２】
図２Ｃと同様のグラフである図３Ｃにおいて、
「○（丸）」はガイドベーン開度に関わらず一定の回転速度（この一定の回転速度とは、ガイドベーン開度毎に定まる水車効率ηの最大値が最大値をとるガイドベーン開度ａ５（すなわち相対ガイドベーン開度＝１）において水車効率ηが最大値をとる回転速度である）で水車を定速運転した場合（「一定回転速度運転」とも呼ぶ）、
「△（三角）」は包絡線Ｅを用いた上記の手法により（但しガイドベーン開度ａ５以下にも適用）決定した回転速度で水車を可変速運転した場合（「包絡線運転」とも呼ぶ）、
「□（四角）」はガイドベーン開度毎に水車効率ηが最大値をとるような回転速度Ｎで水車を可変速運転した場合（「ピーク運転」とも呼ぶ）、
における相対水車効率及び単位落差あたりの相対水車出力を示している。
この図３Ｃより、ガイドベーン開度がとりわけ高開度端領域にあるときに水車の出力Ｐが向上（ガイドベーン開度ａ１において数パーセントの向上）していることがわかる。
【００２３】
一方で、図３Ｃより明らかなように、ガイドベーン開度ａ５（すなわち相対ガイドベーン開度＝１）以下においては、「一定回転速度運転」を採用した場合に水車の出力Ｐは最も高くなる。これは、回転速度を増加させることで流量が増加する前述したプロペラ水車（軸流水車）の特性に起因するものである。このため、ガイドベーン開度ａ５より小さいガイドベーン開度範囲においては、「一定回転速度運転」を採用することが、変速域が広がりすぎないことや制御簡略化といった観点から好ましい。但し、低脈動及び低騒音等をより重視するのであれば、ガイドベーン開度ａ５より小さいガイドベーン開度範囲においても、「包絡線運転」または「ピーク運転」を採用することもできる。
【００２４】
上述した手法による運転条件、特に可変速運転条件の決定は、一般的には模型水車での検証結果に基づいて行うが、模型試験を実施せずに実物水車の試験結果に基づいて行ってもよい。実物水車の現地試験において、ガイドベーン開度を様々な値に固定した状態で、水車の回転速度を徐々に上昇させながら発電機出力を測定することにより、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示したようなデータを得ることができるので、そのようなデータに基づいて運転条件を決定することができる。
【００２５】
以上述べたように上記実施形態によれば、プロペラ水車の流量特性に鑑み定めた運転条件に基づき可変速運転を行うことにより、水車の出力を増加させることができる。なお、回転速度を上げることでランナの水をかき出す作用が増加して流量が増加することは軸流水車全般に共通する特徴であるので、上記の実施形態に係る運転方法は、プロペラ水車に限らず、他の形式の軸流水車（カプラン水車、プロペラ水車、セミカプラン水車、チューブラ水車等）にも適用することができる。また、上記の実施形態に係る運転方法は、機械的な流体制御手段が主としてガイドベーンだけであるプロペラ水車等の固定羽根軸流水車において特に有効ではあるが、上記運転方法は、カプラン水車等の可動羽根軸流水車にも有効に適用することができる。この場合には、羽根角度毎に複数の異なるガイドベーン開度に対して水車効率曲線を作成し、羽根角度及びガイドベーン開度の組合せの各々に対して、例えば包絡線Ｅを用いた上記の手法によりガイドベーン開度毎の回転速度Ｎを定めればよい。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、実施形態は例示的なものであり、本発明の範囲は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
３  ガイドベーン
４ｂ  ランナベーン
【図１】
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【図２Ａ】
2014145254.tif 000004
【図２Ｂ】
2014145254.tif 000005
【図２Ｃ】
2014145254.tif 000006
【図３Ａ】
2014145254.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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