(57)【要約】【課題】吸出し管の土木掘削量を少なくさせるとともに、動力水の圧力回復率をより一層向上させた水力機械の吸出し管および水力機械を提供する。【解決手段】本発明に係る水力機械の吸出し管は、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフト１６と、この上部ドラフト１６に接続し、動力水の流れを転向させる曲り部１８と、この曲り部１８に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路２０とを備えた水力機械の吸出し管において、前記上部ドラフト１６は、前記曲り部１８とを結ぶ接続線２１を管軸中心線２２に接する接線２３に対し、管外径側に向って偏心させる構成にしたものである。【選択図】  図１
2006307740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記上部ドラフトは、前記曲り部とを結ぶ接続線を管軸中心線に接する接線に対し、管外径側に向って偏心させる構成にしたことを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項２】
上部ドラフトと曲り部とを結ぶ接続線は、管軸中心線に接する接線に対し偏心量をδとし、前記上部ドラフトの入口直径をＤｅとするとき、偏心量δを、
［数１］
０＜δ≦０．１０×Ｄｅ
の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１記載の水力機械の吸出し管。
【請求項３】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は截頭楕円に形成したことを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項４】
截頭楕円は、内径側を平坦部に形成し、外径側を湾曲輪郭線で形成するとともに、前記平坦部から前記湾曲輪郭線の極大に向って延び垂直線を軸対称として流路を形成したことを特徴とする請求項３記載の水力機械の吸出し管。
【請求項５】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は、曲率をρとし、上部ドラフトの入口直径をＤｅとし、吸出し管深さをＦとするとき、曲率ρを、
［数２］
ρ×Ｄｅ≦０．４２×（Ｆ／Ｄｅ）０．４
但し、曲率半径をＲとすると、ρ＝１／Ｒ
の範囲内に設定したことを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項６】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は、出口における流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成することを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項７】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記拡開流路は、流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成することを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項８】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えるとともに、この拡開流路を第１拡開流路と第２拡開流路とに区分けして形成する水力機械の吸出し管において、前記第１拡開流路および前記第２拡開流路は、ともに、流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成することを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項９】
流路両側面を、垂線に対して外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角は、傾斜角をβとするとき、
［数３］
０°＜β≦１５°
の範囲内に設定したことを特徴とする請求項７，８，９記載のうち、いずれか１項記載の水力機械の吸出し管。
【請求項１０】
動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記上部ドラフトは、入口断面積をＡ１とし、ランナ横断中心線から前記上部ドラフトの中間位置の距離Ｌ３における断面積をＡ３とし、ランナ横断中心線から前記上部ドラフトの出口での距離Ｌにおける断面積をＡ２とするとき、断面積比と距離比との関係を、
［数４］
（Ａ２−Ａ３）／（Ａ３−Ａ１）≦（Ｌ−Ｌ３）／Ｌ３
に設定したことを特徴とする水力機械の吸出し管。
【請求項１１】
ランナ横断中心線から上部ドラフトの中間位置の距離Ｌ３における断面積Ａ３と、ランナ横断中心線から前記上部ドラフトの出口での距離Ｌにおける断面積Ａ２との関係は、断面積比Ａ２／Ａ３を、
［数５］
０．８５≦Ａ２／Ａ３≦１．２
の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１０記載の水力機械の吸出し管。
【請求項１２】
ランナ横断中心線から上部ドラフトの中間位置の距離Ｌ３における断面積Ａ３と、前記上部ドラフトの入口における断面積Ａ１との関係は、Ａ３＞Ａ１を満たす形状に設定したことを特徴とする請求項１０記載の水力機械の吸出し管。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか記載の吸出し管を備えた水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランナ出口から出た動力水の速度エネルギを効率よく圧力エネルギに変換する水力機械の吸出し管および水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力機械の吸出し管は、ランナ出口からの動力水を放水路に案内する際、ランナ出口における動力水の位置エネルギを有効に活用するとともに、流路を徐々に拡開し、流速を減少させつつ整流にし、ランナ出口での動力水の速度エネルギを効率よく圧力エネルギに変換する機能を備えたものである。
【０００３】
このような機能を備えた吸出し管を組み込んだフランシス形の水車またはポンプの水力機械は、図１９に示すように、動力水の流れに沿って順に、渦巻状のケーシング１、ステーベーン２、ガイドベーン３、ランナ４、吸出し管５を備え、水車運転時、上池の水圧鉄管（ともに図示せず）からケーシング１を介してステーベーン２に動力水が供給されると、ここで整流がなされ、ガイドベーン３で流量調整が行われた後、ランナ４のランナベーンを回転させ、その際に発生する回転エネルギ（回転トルク）を主軸（回転軸）６を介して発電電動機（図示せず）に与えている。
【０００４】
また、ポンプ運転時、水力機械は、発電電動機を水車運転時と逆回転させ、下池（図示せず）からの動力水を吸出し管５、ランナ４、ガイドベーン３、ステーベーン２、ケーシング１、水圧鉄管を介して上池に戻す揚水運転を行っている。
【０００５】
一方、吸出し管５は、ランナ４に連通する上部ドラフト７、エルボ状の曲り部８、流路面積を大きくした拡開流路９を備えるとともに、上部ドラフト７と曲り部８とを横断線１０で接続させ、曲り部８と拡開流路９とを縦断線１１で接続させている。
【０００６】
また、拡開流路９は、吸出し管５の中心線１２と縦断線１１との交点を通る横断基線１４に対し、角度αにして上方に傾けて下池に接続させている。
【０００７】
なお、拡開流路９は、流路面積が大きい場合、曲り部８の縦断線１１から二股の分流路を形成する、いわゆるセンタピアを用いることもある。
【０００８】
このような構成を備える吸出し管５において、ランナ４から上部ドラフト７に供給され、速度エネルギが高く、旋回流を伴った動力水は、曲り部８で転向させた後、拡開流路９に流れ、ここで旋回速度成分を消滅させるとともに、流れを整流化し、圧力を回復させ、下池に貯留する。
【０００９】
ところで、吸出し管５は、地中に埋設して下池に連通することが多い。この場合、掘削量の大小が建設のコストや圧力回復に影響を与えている。
【００１０】
例えば、図１９で示したように、拡開流路９は、曲り部８に接続する縦断線１１と管軸中心線１２とが交差する交点１３を通る横断基線１４から角度αをもって上方に傾けると、比較的掘削量が浅くなり、建設コストが安くなるものの、動力水の圧力回復率が悪くなっている。
【００１１】
このため、最近の吸出し管５には、掘削量の低減化と圧力回復の向上とを比較考量したものが、例えば特許文献１および特許文献２等で開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１４０７４号公報
【特許文献２】特開２０００−３６６３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のとおり、吸出し管５は、動力水の圧力回復率を高めるために、掘削量を大きくする設計を行うことが多いが、土木掘削量が多くなると建設コストの高騰につながる。逆に、掘削量を少なくすると、吸出し管５は、図２０に示すように、曲り部８との接続部分である縦断線１１の周辺の流壁から動力水の剥離が始まり、流壁面に沿って生長するので、圧力回復率が悪くなっていた。
【００１３】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、吸出し管の土木掘削量を少なくさせるとともに、動力水の圧力回復率をより一層向上させた水力機械の吸出し管および水力機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記上部ドラフトは、前記曲り部とを結ぶ接続線を管軸中心線に接する接線に対し、管外径側に向って偏心させる構成にしたものである。
【００１５】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は截頭楕円に形成したものである。
【００１６】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は、曲率をρとし、上部ドラフトの入口直径をＤｅとし、吸出し管深さをＦとするとき、曲率ρを、
［数６］
ρ×Ｄｅ≦０．４２×（Ｆ／Ｄｅ）０．４
但し、曲率半径をＲとすると、ρ＝１／Ｒ
の範囲内に設定したものである。
【００１７】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記曲り部は、出口における流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成するものである。
【００１８】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記拡開流路は、流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成するものである。
【００１９】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えるとともに、この拡開流路を第１拡開流路と第２拡開流路とに区分けして形成する水力機械の吸出し管において、前記第１拡開流路および前記第２拡開流路は、ともに、流路断面を、内径側頭部面および外径側頭部面を直線形状に形成するとともに、流路両側面を垂線に対して、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角をもって形成するものである。
【００２０】
また、本発明に係る水力機械の吸出し管は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、動力水のエネルギを回転エネルギに変換するランナに連通する上部ドラフトと、この上部ドラフトに接続し、動力水の流れを転向させる曲り部と、この曲り部に接続し、動力水の圧力を回復させる拡開流路とを備えた水力機械の吸出し管において、前記上部ドラフトは、入口断面積をＡ１とし、ランナ横断中心線から前記上部ドラフトの中間位置の距離Ｌ３における断面積をＡ３とし、ランナ横断中心線から前記上部ドラフトの出口での距離Ｌにおける断面積をＡ２とするとき、断面積比と距離比との関係を、
［数７］
（Ａ２−Ａ３）／（Ａ３−Ａ１）≦（Ｌ−Ｌ３）／Ｌ３
に設定したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械は、上部ドラフト、曲り部、拡開流路のそれぞれにおいて、動力水の流路壁面からの剥離を抑制する適正な寸法、形状に設定するので、動力水の流れを安定流にし、より一層高い圧力回復を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第１実施形態を示す概念図である。
【００２４】
本実施形態に係る吸出し管１５は、水車運転時、動力水の流出流れに沿って順に、ランナ出口１５ａに連通する直径をＤｅとする上部ドラフト１６と、この上部ドラフト１６に横断線（上部ドラフトの出口）１７を介して接続する曲り部１８と、曲り部１８に縦断線（曲り部の出口）１９を介して接続する拡開流路２０を備えるとともに、上部ドラフト１６と曲り部１８とを結ぶ接続線２１を管軸中心線２２に接する接線２３に対し、管外径側（外周側）に向って偏心量δだけ偏心させた構成になっている。
【００２５】
本実施形態は、曲り部１８を流れる動力水が遠心力の作用によって曲り部１８の外径側（外周側）により多く集まり、偏流することに着目したもので、曲り部１８の外径側の流路面積をより広く確保させ、速度分布の均一化を図ったものである。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、上部ドラフト１６と曲り部１８とを結ぶ接続線２１を、管軸中心線２２に接する接線２２に対して外径側に向って偏心量δで偏心させ、外径側の流路面積をより広く確保させて動力水の速度分布の均一化を図ったので、動力水の流路壁面における剥離を抑制することができ、動力水の圧力回復の向上を図ることができる。
【００２７】
図２は、横軸に偏心量を採り、縦軸に偏心量ゼロに対する相対損失を採った偏心損失線図である。
【００２８】
この偏心損失線図から、上部ドラフト１６と曲り部１８とを結ぶ接続線２１と、管軸中心線２２に接する接線２３との偏心量δは、上部ドラフト１６の入口直径をＤｅとするとき、
［数８］
０＜δ≦０．１０×Ｄｅ
の範囲内に設定される。
【００２９】
そして、偏心量δを、上式の範囲内に設定すれば、動力水の流量壁面からの剥離が抑制され、動力水の圧力回復が図られていることがわかった。
【００３０】
図３は、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第２実施形態を示す概念図である。
【００３１】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付す。
【００３２】
本実施形態に係る吸出し管１５は、上部ドラフト１６、上部ドラフト１６の横断線（上部ドラフトの出口）１７で接続する曲り部１８と、曲り部１８の縦断線（曲り部の出口）１９で接続する拡開流路２０とを備えるとともに、曲り部１８を、図４に示すように内径側（内周側）を直線状の平坦部２４に形成する、いわゆる截頭楕円に形成する一方、この平坦部２４から外径側（外周側）に向って湾曲輪郭線２５で形成し、この湾曲輪郭線２５の極大２６に向って延びる垂直線２７を軸対称として流路２８を湾曲輪郭線２５で画成したものである。
【００３３】
このように、本実施形態は、曲り部１８の内径側（内周側）を直線状の平坦部２４に形成するとともに、この平坦部２４から外径側（外周側）に向って湾曲輪郭線２５で形成し、この湾曲輪郭線２５の極大２６の位置に延びる垂直線２７を軸対称として流路２８を湾曲輪郭線２５で画成し、内径側と外径側との各断面の繋がりを滑らかに接続させたので、動力水が拡開流路２０に流れる際、動力水の剥離を抑制することができ、動力水の速度分布均一の下、動力水の圧力回復を向上させることができる。
【００３４】
図５は、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第３実施形態を示す概念図である
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付す。
【００３５】
本実施形態に係る吸出し管１５は、入口直径Ｄｅの上部ドラフト１６と、この上部ドラフト１６の横断線（上部ドラフトの出口）１７で接続する曲り部１８、この曲り部１８の縦断線（曲り部の出口）１９で接続する拡開流路２０を備えるとともに、曲り部１８の内径側（内周側）の曲率をρ（曲率半径Ｒ）とし、ランナ横断中心線２９から曲り部１８における縦断線１９の底部までの掘削深さをＦとするとき、曲り部１８の内径側（内周側）の曲率ρを、
［数９］
ρ×Ｄｅ≦０．４２×（Ｆ／Ｄｅ）０．４    （但し、ρ＝１／Ｒ）
の範囲内に設定したものである。
【００３６】
図６は、縦軸に曲率ρと上部ドラフト１６の入口直径Ｄｅとの積（ρ×Ｄｅ）を採り、横軸に吸出し管１５の掘削深さＦの上部ドラフト１６の入口直径Ｄｅに対する比（Ｆ／Ｄｅ）を採った流路壁面からの動力水の剥離有無を判別する剥離有無判別線図である。
【００３７】
この剥離有無判別線図から、曲率ρを設定するにあたり、剥離有無判別線３０を下廻るとき、剥離が発生していないことがわかった。
【００３８】
このように、本実施形態は、曲り部１８の曲率ρを設定するにあたり、曲率ρを、
［数１０］
ρ×Ｄｅ≦０．４２×（Ｆ／Ｄｅ）０．４
の範囲内に設定しているので、動力水が曲り部１８から拡開流路２０に流れる際、速度分布均一化の下、安定流にして拡開流路２０に流すことができ、圧力回復を向上させることができる。
【００３９】
図７は、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第４実施形態を示す概念図である。
【００４０】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付す。
【００４１】
本実施形態に係る吸出し管１５は、直径Ｄｅの上部ドラフト１６、この上部ドラフト１６の横断線（上部ドラフトの出口）１７で接続する曲り部１８、この曲り部１８の縦断線（曲り部の出口）１９で接続する拡開流路２０を備えるとともに、曲り部１８の縦断線１９における流路断面３１ａの流路両側面および拡開流路２０における流路断面３１ｂの流路両側面を、ともに外径側（外周側）から内径側（内周側）に向って傾斜させた傾斜角βをもって形成したものである。
【００４２】
すなわち、曲り部１８の縦断線１９における流路断面３１ａおよび拡開流路２２における流路断面３１ｂは、ともに、図８および図９に示すように内径側頭部面３１ａ，３１ｂおよび外径側底部面３２ａ，３２ｂを直線形状にし、流路両方の側面３４ａ，３４ｂを、その縁辺を通る垂線３５ａ，３５ｂに対し、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角βをもって形成し、内径側頭部面３２ａ，３２ｂを外径側底部面３３ａ，３３ｂに較べて直線形状の長さを短くしたものである。
【００４３】
このように、本実施形態は、曲り部１８の縦断線１９における流路断面３１ａおよび拡開流路２０における流路断面３１ｂともに、内径側頭部面３２ａ，３２ｂおよび外径側底部面３３ａ，３３ｂを直線形状にし、流路両方の側面３４ａ，３４ｂを、その縁辺を通る垂線３５ａ，３５ｂに対し、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角βをもって形成し、内径側頭部面３２ａ，３２ｂを外径側底部面３３ａ，３３ｂに較べて直線形状の長さを短くし、内径側頭部面３２ａ，３２ｂに較べて外径側底部面３３ａ，３３ｂにより多くの動力水を流す構成にしたので、内径側頭部面３２ａ，３２ｂからの動力水の剥離を少なくさせ、その分だけ動力水の圧力回復を向上させることができる。
【００４４】
図１３は、横軸に傾斜角βを採り、縦軸に傾斜角β＝０に対する相対損失を採った傾斜角損失線図である。
【００４５】
この傾斜角損失線図から、傾斜角βは、
［数１１］
０°＜β≦１５°
の範囲内に設定したが、この例に限らず、例えば、図１０〜図１２に示すように、拡開流路２０を分岐した第１拡開流路（第１センタピア）２０ａおよび第２拡開流路（第２センタピア）２０ｂのそれぞれの流路断面３１ｃ１，３１ｃ２に、上述と同様に、内径側頭部面３２ｃ１，３２ｃ２および外径側底部面３３ｃ１，３３ｃ２を直線状に形成し、両方の側面３４ｃ１，３４ｃ２を、その縁辺を通る垂線３５ｃ１，３５ｃ２に対し、外径側から内径側に向って傾斜させる傾斜角β１をもって形成し、この傾斜角β１を、
［数１２］
０°＜β１≦１５°
の範囲内に設定してもよい。
【００４６】
図１４は、本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第６実施形態を示す概念図である。
【００４７】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付す。
【００４８】
本実施形態に係る吸出し管１５は、上部ドラフト１６の横断線（上部ドラフトの出口）１７で接続する曲り部１８と、この曲り部１８の縦断線（曲り部出口）１９で接続する拡開流路２０を備えるとともに、上部ドラフト１６の入口面積をＡ１、ランナ横断中心線２９から距離Ｌの曲り部１８の横断線断面積（曲り部入口断面積）をＡ２、ランナ横断中心線２９から上部ドラフト１６の中間位置の距離Ｌ３（Ｌ３＜Ｌ）における上部ドラフト断面積をＡ３とするとき、断面積比（Ａ２−Ａ３）／（Ａ３−Ａ１）と距離比（Ｌ−Ｌ３）／Ｌ３の関係を、
［数１３］
（Ａ２−Ａ３）／（Ａ３−Ａ１）≦（Ｌ−Ｌ３）／Ｌ３
の範囲内に設定したものである。
【００４９】
従来、上部ドラフト１６は、水車運転の部分負荷時、動力水の流れが旋回成分をもつため、流路壁面側に多く集まる偏流が知見されている。このため、上部ドラフト１６は、動力水が曲り部１８に流入する前に流路断面積の拡開率を緩やかにし、動力水の旋回速度成分を打ち消し、軸流速度成分を増加させれば曲り部１８における圧力回復を向上させることができるとされている。
【００５０】
本実施形態は、このような事象に着目したもので、上部ドラフト１６のランナ横断中心線２９から距離Ｌ３の位置における断面積をＡ３、ランナ横断中心線２９から距離Ｌの位置における断面積をＡ２とするとき、断面積比変化を、図１５に示すように、断面積比Ａ２／Ａ３を、０．８５≦Ａ２／Ａ３≦１にし、図１６に示すように、断面積比Ａ２／Ａ３を、Ａ２／Ａ３≦１にし、図１７に示すように、断面積比Ａ２／Ａ３を、１≦Ａ２／Ａ３≦１．２０にし、上部ドラフト１６の中間位置を横断線１７（曲り部入口）との断面積比の変化に基づくエネルギ損失を得るために、実験を行った。
【００５１】
図１８は、縦軸に断面積Ａ３を考えない場合に対する相対断面積比エネルギ損失を示し、横軸に断面積比Ａ２／Ａ３を示す、実験で得た相対断面積比エネルギ損失線図である。
【００５２】
この相対断面積比エネルギ損失線図から、予め仮定していた断面積比Ａ２／Ａ３は、
［数１４］
０．８５≦Ａ２／Ａ３≦１．２０
が好ましい適用範囲であることがわかった。
【００５３】
このように、本実施形態は、上部ドラフト１６の中間位置における断面積Ａ３と横断線１７（曲り部１８の入口）における断面積Ａ２との断面積比Ａ２／Ａ３を、
［数１５］
０．８５≦Ａ２／Ａ３≦１．２０
の範囲内に設定したので、動力水のエネルギ損失を低減させ、水車運転の部分負荷効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１に示した第１実施形態に適用する偏心損失線図。
【図３】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第２実施形態を示す概念図。
【図４】図３のＸ−Ｘ矢視方向から切断した切断断面図。
【図５】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第３実施形態を示す概念図。
【図６】図５に示した第３実施形態に適用する剥離有無判別線図。
【図７】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第４実施形態を示す概念図。
【図８】図７のＸ１−Ｘ１矢視方向から切断した切断断面図。
【図９】図７のＸ２−Ｘ２矢視方向から切断した切断断面図。
【図１０】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第５実施形態を示す概略斜視図。
【図１１】図１０のＺ１−Ｚ１矢視方向から切断した切断断面図。
【図１２】図１０のＺ２−Ｚ２矢視方向から切断した切断断面図。
【図１３】図７に示した第４実施形態および図１０に示した第５実施形態のそれぞれに適用する傾斜角損失線図。
【図１４】本発明に係る水力機械の吸出し管および水力機械の第６実施形態を示す概念図。
【図１５】ランナ横断中心から距離Ｌの位置の面積Ａ２とランナ横断中心から距離Ｌ３の位置の面積Ａ３との面積比（Ａ２−Ａ３）を、０．８５≦Ａ２−Ａ３≦１としたときの図１４に示した上部ドラフトの形状を示す図。
【図１６】ランナ横断中心から距離Ｌの位置の面積Ａ２とランナ横断中心から距離Ｌ３の位置の面積Ａ３との面積比（Ａ２−Ａ３）を、Ａ２／Ａ３＝１としたときの図１４に示した上部ドラフトの形状を示す図。
【図１７】ランナ横断中心から距離Ｌの位置の面積Ａ２とランナ横断中心から距離Ｌ３の位置の面積Ａ３との面積比（Ａ２−Ａ３）を、１≦Ａ２−Ａ３≦１．２０としたときの図１４に示した上部ドラフトの形状を示す図。
【図１８】図１４に示した第６実施形態に適用する相対面積比エネルギ損失線図。
【図１９】従来の水力機械の吸出し管を示す概念図。
【図２０】従来の水力機械の吸出し管における動力水の挙動を示す概念図。
【符号の説明】
【００５５】
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  上部ドラフト
８  曲り部
９  拡開流路
１０  横断線
１１  縦断線
１２  管軸中心線
１３  交点
１４  横断基線
１５  吸出し管
１５ａ  ランナ出口
１６  上部ドラフト
１７  横断線
１８  曲り部
１９  縦断線
２０  拡開流路
２０ａ  第１拡開流路
２０ｂ  第２拡開流路
２１  接続線
２２  管軸中心線
２３  接線
２４  平坦部
２５  湾曲輪郭線
２６  極大
２７  垂直線
２８  流路
２９  ランナ横断中心線
３０  剥離有無判別線
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ１，３１ｃ２  流路断面
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ１，３２ｃ２  内径側頭部面
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ１，３３ｃ２  外径側底部面
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ１，３４ｃ２  側面
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ１，３５ｃ２  垂線
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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