(57)【要約】【課題】水カーテンの膜厚や温度を適切に制御して、安定した調相運転を行うことが可能な水力機械を提供する。【解決手段】一の実施形態による水力機械は、水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートとを備える。さらに、前記機械は、前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーとを備える。さらに、前記上カバー、前記下カバー、または前記シリンダゲートは、前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の流路に水を注入するための開口部を有する。さらに、前記開口部は、前記上カバーまたは前記下カバーにおける前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の位置に設けられている、または前記シリンダゲートの内周と外周とを貫通する位置に設けられている。【選択図】図１
2014001669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、
前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、
前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートと、
前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、
前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーと、
前記ガイドベーンの下流に位置する吸出し管とを備え、
前記上カバー、前記下カバー、または前記シリンダゲートは、前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の流路に水を注入するための開口部を有し、
前記開口部は、前記上カバーまたは前記下カバーにおける前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の位置に設けられている、または前記シリンダゲートの内周と外周とを貫通する位置に設けられている、水力機械。
【請求項２】
前記上カバーまたは前記下カバーの前記開口部と前記ケーシングとをつなぐ制御配管を備え、前記ケーシングから前記制御配管を介して前記流路に水が注入される、請求項１に記載の水力機械。
【請求項３】
前記上カバーまたは前記下カバーの前記開口部と前記吸出し管とをつなぐ制御配管を備え、前記吸出し管から前記制御配管を介して前記流路に水が注入される、請求項１に記載の水力機械。
【請求項４】
前記シリンダゲートの下端を押し当てて、前記シリンダゲートを沈み込ませるための弾性体を備え、
前記シリンダゲートは、前記弾性体に沈み込むように下降していくことで、前記シリンダゲートの前記開口部を下降させ、前記開口部を、前記流路から隠れた位置から前記流路に面した位置に移動させる、請求項１に記載の水力機械。
【請求項５】
前記シリンダゲートの下端を押し当てて、前記シリンダゲートを沈み込ませるための弾性体を備え、
前記シリンダゲートは、前記弾性体への沈み込みを減らすように上昇していくことで、前記シリンダゲートの前記開口部を上昇させ、前記開口部を、前記流路から隠れた位置から前記流路に面した位置に移動させる、請求項１に記載の水力機械。
【請求項６】
前記シリンダゲートの前記開口部を、前記流路に対し開くか閉じるかを切り替えるための可動式のカバーを備える、請求項１に記載の水力機械。
【請求項７】
水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、
前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、
前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートと、
前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、
前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーと、
前記ガイドベーンの下流に位置する吸出し管と、
前記シリンダゲートの開度を調整するための開度調整装置と、
を備える水力機械。
【請求項８】
水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、
前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、
前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートと、
前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、
前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーと、
前記ガイドベーンの下流に位置する吸出し管とを備え、
前記上カバーまたは前記下カバーは、前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の流路から水を排出するための開口部を有し、
前記開口部は、前記上カバーまたは前記下カバーにおける前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の位置に設けられている、水力機械。
【請求項９】
前記上カバーまたは前記下カバーの前記開口部と前記吸出し管とをつなぐ制御配管を備え、前記流路から前記制御配管を介して前記吸出し管に水が排出される、請求項８に記載の水力機械。
【請求項１０】
水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、
前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、
前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートと、
前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、
前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーと、
前記ガイドベーンの下流に位置する吸出し管と、
を備える水力機械の調相運転方法であって、
前記水力機械の調相運転時において、前記上カバーまたは前記下カバーにおける前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の位置に設けられている開口部を介して、または前記シリンダゲートの内周と外周とを貫通する位置に設けられている開口部を介して、前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の流路に水を注入する、
水力機械の調相運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力機械およびその調相運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、一般的な水力機械の構造を示す断面図である。図９の水力機械は、発電用の水力機械であり、具体的にはフランシス水車に相当する。
【０００３】
図９の水力機械は、水が流入するケーシング１と、ケーシング１の内周側に設置されたステーベーン２と、ステーベーン２の内周側に設置されたガイドベーン３と、ガイドベーン３の下流に位置し、ガイドベーン３から流入する水の持つエネルギーを回転エネルギーに変換するランナ４とを備えている。図９の水力機械はさらに、ランナ４の下流に位置する吸出し管５と、ランナ４の回転エネルギーを発電機に伝達する主軸６と、ガイドベーン３の上側に設置された上カバー７と、ガイドベーン３の下側に設置された下カバー８とを備えている。
【０００４】
図９の水力機械はさらに、ケーシング１の上流の鉄管に設けられ、水力機械の運転や停止に伴い開閉操作される止水弁として機能する入口弁１１と、ケーシング１に連結された給水管に設けられた給水弁１２と、吸出し管５に連結され、２０ＤＧ１配管１３ａと２０ＤＧ２配管１３ｂとに分岐している制御配管１３とを備えている。図９の水力機械はさらに、配管１３ａ、１３ｂにそれぞれ設けられた弁１４、１５と、配管１３ａに連結されたランナ室の開口部１６と、配管１３ｂに連結された下カバー８の開口部１７とを備えている。開口部１６、１７は、ガイドベーン３の内周側（下流側）に設けられている。
【０００５】
図９に示すような発電用の水力機械では、発電される電力の周波数を調整するための調相運転が必要となる。調相運転の際には、ガイドベーン３を全閉し、ランナ室に圧縮空気を送入してランナ４周辺の水を排除し、ランナ４を空転状態にする。この際、ケーシング１内の水は排除されないため、ランナ室内の圧縮空気がケーシング１内に移動しないように、給水弁１２を開いてケーシング１内をランナ室よりも若干高い圧力で加圧する。
【０００６】
よって、調相運転の際には、ガイドベーン３からの漏水や、主軸６の封水部からの漏水が、ランナ４の回転によりランナ４とガイドベーン３との間に溜水となって溜まり、ランナ４と同一方向に回転する水カーテン２１を形成する。そして、ランナ４の回転により溜水が撹拌されることで、溜水の水温が上昇する。
【０００７】
この際、水カーテン２１の膜厚が薄い（即ち、溜水の量が少ない）と、溜水が温度上昇により熱水となり、この熱水によりランナ４が加熱される。その結果、空転しているランナ４が熱膨張し、ランナ４が水力機械の固定部分に接触するおそれがある。一方、水カーテン２１の膜厚が厚い（即ち、溜水の量が多い）と、溜水の撹拌損失が増えて、空転に要する電動機入力が増大し、不経済な調相運転となってしまう。そこで、図９では制御配管１３を設置し、溜水を吸出し管５へと排出して水カーテン２１の膜厚を調整すると共に、常に冷たい水がランナ４に接するようにして水カーテン２１の水温を調整している。
【０００８】
図１０は、一般的な別の水力機械の構造を示す断面図である。
【０００９】
図１０の水力機械は、入口弁１１の代わりに、ステーベーン２とガイドベーン３との間に設置されたシリンダゲート９を備えている。シリンダゲート９は、ガイドベーン３と同様に、上カバー７と下カバー８との間に設置されている。
【００１０】
図１０の水力機械の調相運転では、ステーベーン２とガイドベーン３との間にシリンダゲート９が介在しているため、ケーシング１内を加圧しても、ガイドベーン３からランナ室への漏水が生じないことが問題となる。具体的には、漏水が生じないため、水カーテン２１の膜厚を調整することができない。水カーテン２１の膜厚が厚すぎたり薄すぎたりすると、電動機入力の増大や溜水の温度上昇などの問題が発生し、適切な調相運転ができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２７０４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、水カーテンの膜厚や温度を適切に制御して、安定した調相運転を行うことが可能な水力機械およびその調相運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一の実施形態による水力機械は、水が流入するケーシングの内周側に設置されたステーベーンと、前記ステーベーンの内周側に設置されたガイドベーンと、前記ステーベーンと前記ガイドベーンとの間に設置されたシリンダゲートとを備える。さらに、前記機械は、前記ガイドベーンの上側に設置された上カバーと、前記ガイドベーンの下側に設置された下カバーと、前記ガイドベーンの下流に位置する吸出し管とを備える。さらに、前記上カバー、前記下カバー、または前記シリンダゲートは、前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の流路に水を注入するための開口部を有する。さらに、前記開口部は、前記上カバーまたは前記下カバーにおける前記シリンダゲートと前記ガイドベーンとの間の位置に設けられている、または前記シリンダゲートの内周と外周とを貫通する位置に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の効果を説明するためのグラフである。
【図３】第２実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【図４】第３実施形態の水力機械の構造を示す断面図および矢視図である。
【図５】第４実施形態の水力機械の構造を示す断面図および矢視図である。
【図６】第５実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【図７】第６実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【図８】第７実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【図９】一般的な水力機械の構造を示す断面図である。
【図１０】一般的な別の水力機械の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本明細書中で参照する図面において、同一構成の部分には同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【００１７】
図１の水力機械は、図１０の水力機械と同様に、ステーベーン２とガイドベーン３との間にシリンダゲート９を備えている。図１の水力機械はさらに、調相運転用の構成要素として、上カバー７に設けられた開口部３１と、制御配管３２と、圧力調整弁３３とを備えている。
【００１８】
開口部３１は、上カバー７において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられている。また、制御配管３２は、この開口部３１とケーシング１とをつないでいる。よって、本実施形態では、ケーシング１からの水が、制御配管３２を介して、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入される。なお、開口部３１は、上カバー７ではなく下カバー８において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられていてもよい。
【００１９】
圧力調整弁３３は、制御配管３２に設けられており、制御配管３２を通過する水の圧力を調整するために使用される。調相運転時には、圧力調整弁３３の開度を調整することにより、開口部３１から注入する水の圧力を調整する。
【００２０】
次に、図１の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００２１】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にすると共に、シリンダゲート９を閉じ、ランナ室に圧縮空気を送入する。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、圧力調整弁３３を開けることで、ケーシング１からの高圧水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。
【００２２】
この際、圧力調整弁３３を適正に制御することで、この流路内の水をガイドベーン３の隙間から下流側に漏水させることができる。これにより、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２３】
図２は、第１実施形態の効果を説明するためのグラフである。
【００２４】
曲線Ｃ1は、第１実施形態の水力機械の調相運転時における水カーテン２１の温度変化を示す。また、曲線Ｃ2は、従来の水力機械の調相運転時における水カーテン２１の温度変化を示す。このように、第１実施形態によれば、調相運転時における水カーテン２１の温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、上カバー７または下カバー８においてシリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に開口部３１を設け、調相運転時には、開口部３１からの水をシリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【００２７】
図３の水力機械は、調相運転用の構成要素として、下カバー８に設けられた開口部３１と、制御配管３２と、圧力調整弁３３と、ポンプ３４とを備えている。
【００２８】
開口部３１は、下カバー８において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられている。また、制御配管３２は、この開口部３１と吸出し管５とをつないでいる。よって、本実施形態では、吸出し管５からの水が、制御配管３２を介して、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入される。なお、開口部３１は、下カバー８ではなく上カバー７において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられていてもよい。
【００２９】
圧力調整弁３３は、制御配管３２に設けられており、制御配管３２を通過する水の圧力を調整するために使用される。調相運転時には、圧力調整弁３３の開度を調整することにより、開口部３１から注入する水の圧力を調整する。
【００３０】
ポンプ３４は、制御配管３２に設けられており、吸出し管５から水をくみ上げるために使用される。第１実施形態では、ケーシング１からの注水口が開口部３１よりも上方にあるため、ポンプ３４なしで注水を行うことができるが、第２実施形態では、吸出し管５からの注水口が開口部３１よりも下方にあるため、注水にポンプ３４が必要となる。調相運転時には、開口部３１から注入する水の圧力を、圧力調整弁３３とポンプ３４により調整することができる。
【００３１】
図３の水力機械の調相運転は、図１の場合と同様に行うことができる。吸出し管５からの高圧水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する際には、圧力調整弁３３を適正に制御することで、この流路内の水をガイドベーン３の隙間から下流側に漏水させることができる。これにより、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、上カバー７または下カバー８においてシリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に開口部３１を設け、調相運転時には、開口部３１からの水をシリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００３３】
なお、第１、第２実施形態では、ケーシング１や吸出し管５以外からの水を上記流路に注入してもよい。例えば、専用の給水装置を設置し、給水装置からの水を上記流路に注入するようにしてもよい。この場合、開口部３１は、上カバー７に設けても下カバー８に設けてもよい。
【００３４】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の水力機械の構造を示す断面図および矢視図である。
【００３５】
図４(ａ)、図４(ｂ)はそれぞれ、流水遮断時における水力機械の状態を示す子午断面図とＡ方向からの矢視図である。また、図４(ｃ)、図４(ｄ)はそれぞれ、調相運転時における水力機械の状態を示す子午断面図とＡ方向からの矢視図である。
【００３６】
図４の水力機械は、図１０に示す構成要素の他、調相運転用の構成要素として、シリンダゲート９に設けられた開口部４１と、下カバー８に取り付けられた下カバー弾性体４２とを備えている。
【００３７】
下カバー弾性体４２は、シリンダゲート９を下降させた際に、シリンダゲート９の下端がぶつかる位置に設置されている。下カバー弾性体４２は、例えば柔らかなゴムやシリコンで形成されている。よって、本実施形態では、シリンダゲート９の下端を下カバー弾性体４２に押し当てることで、シリンダゲート９を下カバー弾性体４２に沈み込ませることができる。図４(ａ)は、シリンダゲート９が下カバー弾性体４２に沈み込んでいない状態を示し、図４(ｃ)は、シリンダゲート９が下カバー弾性体４２に沈み込んだ状態を示している。なお、下カバー弾性体４２の上面は、通常運転時には下カバー８の上面と同じ高さになり、水流に影響を及ぼすことがないように設計されている。
【００３８】
開口部４１は、シリンダゲート９の内周と外周とを貫通する位置に設けられており、シリンダゲート９の周方向に数箇所設置されている。開口部４１は、シリンダゲート９が下降した際に上カバー７の下面とほぼ同じ高さになる位置に設けられており、かつ、シリンダゲート９が沈み込む深さと同程度の縦幅を有している。
【００３９】
よって、本実施形態では、シリンダゲート９を下カバー弾性体４２に沈み込むように下降させていくことで開口部４１を下降させ、開口部４１を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路から隠れた位置から、この流路に面した位置へと移動させることができる。その結果、シリンダゲート９の上流側の水が、開口部４１を介して、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入されることとなる。図４(ａ)は、開口部４１が流路から隠れている状態を示し、図４(ｃ)は、開口部４１が流路に面している状態を示している。
【００４０】
次に、図４の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００４１】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にすると共に、シリンダゲート９を図４(ａ)の状態まで下降させ、ランナ室に圧縮空気を送入する。この際、シリンダゲート９の上流側の水は、シリンダゲート９にて遮断される。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、シリンダゲート９を図４(ｃ)の状態まで下降させることで、シリンダゲート９の上流側の水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。この水の圧力は、シリンダゲート９の沈み込み量を調整することで制御することが可能である。
【００４２】
開口部４１を通過した水は、ガイドベーン３の隙間からガイドベーン３の下流側に漏水する。これにより、本実施形態では、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、シリンダゲート９の内周と外周とを貫通する位置に開口部４１を設け、調相運転時には、シリンダゲート９を下カバー弾性体４２に沈み込ませていくことで、開口部４１からの水をシリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００４４】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の水力機械の構造を示す断面図および矢視図である。
【００４５】
図５(ａ)、図５(ｂ)はそれぞれ、流水遮断時における水力機械の状態を示す子午断面図とＡ方向からの矢視図である。また、図５(ｃ)、図５(ｄ)はそれぞれ、調相運転時における水力機械の状態を示す子午断面図とＡ方向からの矢視図である。
【００４６】
図５の水力機械は、図１０に示す構成要素の他、調相運転用の構成要素として、シリンダゲート９に設けられた開口部４１と、下カバー８に取り付けられた下カバー弾性体４２とを備えている。
【００４７】
図４の開口部４１は、シリンダゲート９が下降した際に上カバー７の下面とほぼ同じ高さになる位置に設けられているのに対し、図５の開口部４１は、シリンダゲート９が下降した際に下カバー８の上面とほぼ同じ高さになる位置に設けられている。
【００４８】
よって、本実施形態では、シリンダゲート９を下カバー弾性体４２への沈み込みを減らすように上昇させていくことで開口部４１を上昇させ、開口部４１を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路から隠れた位置から、この流路に面した位置へと移動させることができる。その結果、シリンダゲート９の上流側の水が、開口部４１を介して、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入されることとなる。図５(ａ)は、開口部４１が流路から隠れている状態を示し、図５(ｃ)は、開口部４１が流路に面している状態を示している。
【００４９】
次に、図５の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００５０】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にすると共に、シリンダゲート９を図５(ａ)の状態まで下降させ、ランナ室に圧縮空気を送入する。この際、シリンダゲート９の上流側の水は、シリンダゲート９にて遮断される。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、シリンダゲート９を図５(ｃ)の状態まで上昇させることで、シリンダゲート９の上流側の水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。この水の圧力は、シリンダゲート９の沈み込み量を調整することで制御することが可能である。
【００５１】
開口部４１を通過した水は、ガイドベーン３の隙間からガイドベーン３の下流側に漏水する。これにより、本実施形態では、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、シリンダゲート９の内周と外周とを貫通する位置に開口部４１を設け、調相運転時には、シリンダゲート９の下カバー弾性体４２への沈み込みを減らしていくことで、開口部４１からの水をシリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００５３】
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。図６(ａ)、図６(ｂ)はそれぞれ、流水遮断時、調相運転時における水力機械の状態を示す子午断面図である。
【００５４】
図６の水力機械は、図１０に示す構成要素の他、調相運転用の構成要素として、シリンダゲート９に設けられた開口部４１と、開口部４１付近に設置された可動式のシリンダゲートカバー４３とを備えている。
【００５５】
開口部４１は、シリンダゲート９を閉じた際に、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に面する位置に設けられている。また、シリンダゲートカバー４３は、開口部４１をこの流路に対し開くか閉じるかを切り替えることが可能である。よって、本実施形態では、シリンダゲートカバー４３を動作させて開口部４１を開くことで、シリンダゲート９の上流側の水を、開口部４１を介してこの流路へと注入することができる。図６(ａ)は、開口部４１が閉じられた状態を示し、図６(ｂ)は、開口部４１が開かれた状態を示している。
【００５６】
なお、本実施形態では、シリンダゲートカバー４３を上下方向に動作させる構成を採用しているが、上下以外の方向（例えば水平方向）に動作させる構成を採用してもよい。
【００５７】
次に、図６の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００５８】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にし、シリンダゲート９を閉じ、さらには図６(ａ)のように開口部４１を閉じ、ランナ室に圧縮空気を送入する。この際、シリンダゲート９の上流側の水は、シリンダゲート９にて遮断される。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、図６(ｂ)のように開口部４１を開くことで、シリンダゲート９の上流側の水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。この水の圧力は、シリンダゲートカバー４３の位置を調整することで制御することが可能である。
【００５９】
開口部４１を通過した水は、ガイドベーン３の隙間からガイドベーン３の下流側に漏水する。これにより、本実施形態では、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、シリンダゲート９の内周と外周とを貫通する位置に開口部４１を設け、調相運転時には、シリンダゲートカバー４３を動作させて開口部４１を開くことで、開口部４１からの水をシリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００６１】
なお、第５実施形態には、第３、第４実施形態のように、下カバー弾性体４２の劣化を懸念しなくてもよいという利点がある。一方、第３、第４実施形態には、第５実施形態のように、シリンダゲートカバー４３を駆動するための機構を設ける必要がないという利点がある。
【００６２】
（第６実施形態）
図７は、第６実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【００６３】
図７の水力機械は、調相運転用の構成要素として、シリンダゲート９の開度を調整するための開度調整装置５１を備えている。よって、本実施形態のシリンダゲート９は、開くか閉じるかの二値的な開閉制御だけでなく、どの程度開くかという開度制御を行うことができる。本実施形態では、開度調整装置５１によりシリンダゲート９の開度を微調整することで、第３〜第５実施形態と同様に、シリンダゲート９の上流側の水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入することができる。
【００６４】
次に、図７の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００６５】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にすると共に、シリンダゲート９を閉じ、ランナ室に圧縮空気を送入する。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、シリンダゲート９を若干上昇させることで、シリンダゲート９の上流側の水を、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に注入する。この水の圧力は、シリンダゲート９の開度を微調整することで制御することが可能である。
【００６６】
わずかに開いたシリンダゲート９を通過した水は、ガイドベーン３の隙間からガイドベーン３の下流側に漏水する。これにより、本実施形態では、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００６７】
以上のように、本実施形態の水力機械では、調相運転時に、開度調整装置５１によりシリンダゲート９の開度を調整することで、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路に水を注入する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水により水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００６８】
なお、第６実施形態には、第１〜第５実施形態のように、上カバー７、下カバー８、シリンダゲート９に開口部３１、４１を設ける必要がないという利点がある。
【００６９】
（第７実施形態）
図８は、第７実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
【００７０】
図８の水力機械は、調相運転用の構成要素として、下カバー８に設けられた開口部６１と、制御配管６２と、圧力調整弁６３とを備えている。
【００７１】
開口部６１は、図３の開口部３１と同様に、下カバー８において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられている。また、制御配管６２は、図３の制御配管３２と同様に、開口部６１と吸出し管５とをつないでいる。また、圧力調整弁６３は、図３の圧力調整弁３３と同様に、制御配管６２に設けられており、制御配管６２を通過する水の圧力を調整するために使用される。
【００７２】
ただし、本実施形態では、制御配管６２にポンプが設けられていない。よって、本実施形態では、圧力調整弁６３を開くと、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路の水が、制御配管６２を介して、吸出し管５へと排出される。吸出し管５へと排出される水の圧力は、圧力調整弁６３の開度を制御することで調整可能である。
【００７３】
なお、開口部６１は、下カバー８ではなく上カバー７において、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に設けられていてもよい。また、本実施形態では、制御配管６２にポンプを設け、上記流路の水をポンプにより吸出し管５に排出してもよい。また、本実施形態では、上記流路からの水を吸出し管５以外の場所に排出してもよい。
【００７４】
次に、図８の水力機械の調相運転方法について説明する。
【００７５】
調相運転時にはまず、ガイドベーン３を全閉にすると共に、シリンダゲート９を閉じ、ランナ室に圧縮空気を送入する。その後、調相運転が非定常運転状態から定常運転状態に移行したら、圧力調整弁６３を小開にすることで、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路から吸出し管５へと水を排出していく。
【００７６】
この際、圧力調整弁６３を適正に制御することで、ガイドベーン３の隙間から下流側への漏水量を適正に制御することができる。これにより、水カーテン２１の膜厚や温度を適切な値に保つことが可能となり、電動機入力の増大や溜水の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、上カバー７または下カバー８においてシリンダゲート９とガイドベーン３との間の位置に開口部６１を設け、調相運転時には、シリンダゲート９とガイドベーン３との間の流路内の水を開口部６１から排出する。よって、本実施形態によれば、この水の漏水量を制御して水カーテン２１の膜厚や温度を適切に制御することが可能となる。
【００７８】
なお、第７実施形態は、第１〜第６実施形態のいずれかと組み合わせてもよい。即ち、第１〜第６実施形態のいずれかの水力機械に、開口部６１と、制御配管６２と、圧力調整弁６３とを設けてもよい。これにより、上記流路への注水と上記流路からの排水の両方が可能となり、水カーテン２１の膜厚や温度をより適切に制御することが可能となる。
【００７９】
以上、第１から第７実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施することができる。また、これらの実施形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことにより、様々な変形例を得ることもできる。これらの形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれており、特許請求の範囲及びこれに均等な範囲には、これらの形態や変形例が含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１：ケーシング、２：ステーベーン、３：ガイドベーン、４：ランナ、
５：吸出し管、６：主軸、７：上カバー、８：下カバー、９：シリンダゲート、
１１：入口弁、１２：給水弁、１３：制御配管、
１３ａ：２０ＤＧ１配管、１３ｂ：２０ＤＧ２配管、
１４、１５：弁、１６、１７：開口部、２１：水カーテン、
３１：開口部、３２：制御配管、３３：圧力調整弁、３４：ポンプ、
４１：開口部、４２：下カバー弾性体、４３：シリンダゲートカバー、
５１：開度調整装置、６１：開口部、６２：制御配管、６３：圧力調整弁
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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