(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力機械のガイドベーン装置であって、
上カバーに対向して設けられ、前記上カバーに対して昇降可能な下カバーと、
前記上カバーと前記下カバーとの間に回動可能に設けられ、前記上カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、
前記下カバーに流体連結され、前記下カバーおよび前記ガイドベーンを昇降させる昇降駆動ユニットと、を備え、
前記昇降駆動ユニットは、前記下カバーを大気圧よりも高い圧力で加圧する加圧駆動部と、前記下カバーに負圧を与える負圧駆動部と、を有し、
前記昇降駆動ユニットの前記加圧駆動部が前記下カバーを加圧して前記下カバーおよび前記ガイドベーンを上昇させることにより、前記上カバーに前記ガイドベーンを当接させるとともに前記ガイドベーンに前記下カバーを当接させ、
前記昇降駆動ユニットの前記負圧駆動部が前記下カバーに負圧を与えて前記下カバーおよび前記ガイドベーンを下降させることにより、前記上カバーから前記ガイドベーンを離間させるとともに前記ガイドベーンから前記下カバーを離間させることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項２】
水力機械のガイドベーン装置であって、
下カバーに対向して設けられ、前記下カバーに対して昇降可能な上カバーと、
前記上カバーと前記下カバーとの間に回動可能に設けられ、前記下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、
前記上カバーに流体連結され、前記上カバーおよび前記ガイドベーンを昇降させる昇降駆動ユニットと、を備え、
前記昇降駆動ユニットは、前記上カバーを大気圧よりも高い圧力で加圧する加圧駆動部と、前記上カバーに負圧を与える負圧駆動部と、を有し、
前記昇降駆動ユニットの前記加圧駆動部が前記上カバーを加圧して前記上カバーおよび前記ガイドベーンを下降させることにより、前記下カバーに前記ガイドベーンを当接させるとともに前記ガイドベーンに前記上カバーを当接させ、
前記昇降駆動ユニットの前記負圧駆動部が前記上カバーに負圧を与えて前記上カバーおよび前記ガイドベーンを上昇させることにより、前記下カバーから前記ガイドベーンを離間させるとともに前記ガイドベーンから前記上カバーを離間させることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項３】
水力機械のガイドベーン装置であって、  
上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、前記上カバーおよび前記下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、
前記下カバーに設けられ、前記ガイドベーンの側に開口する収容部と、
前記収容部内に昇降可能に収容された昇降部材と、
前記昇降部材に流体連結され、前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を昇降させる昇降駆動ユニットと、を備え、
前記昇降駆動ユニットは、前記昇降部材を大気圧よりも高い圧力で加圧する加圧駆動部と、前記昇降部材に負圧を与える負圧駆動部と、を有し、
前記昇降駆動ユニットの前記加圧駆動部が前記昇降部材を加圧して前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を上昇させることにより、前記上カバーに前記ガイドベーンを当接させるとともに前記ガイドベーンに前記昇降部材を当接させ、
前記昇降駆動ユニットの前記負圧駆動部が前記昇降部材に負圧を与えて前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を下降させることにより、前記上カバーから前記ガイドベーンを離間させるとともに前記ガイドベーンから前記下カバーを離間させることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項４】
水力機械のガイドベーン装置であって、
上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、前記上カバーおよび前記下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、
前記上カバーに設けられ、前記ガイドベーンの側に開口する収容部と、
前記収容部内に昇降可能に収容された昇降部材と、
前記昇降部材に流体連結され、前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を昇降させる昇降駆動ユニットと、を備え、
前記昇降駆動ユニットは、前記昇降部材を大気圧よりも高い圧力で加圧する加圧駆動部と、前記昇降部材に負圧を与える負圧駆動部と、を有し、
前記昇降駆動ユニットの前記加圧駆動部が前記昇降部材を加圧して前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を下降させることにより、前記下カバーに前記ガイドベーンを当接させるとともに前記ガイドベーンに前記昇降部材を当接させ、
前記昇降駆動ユニットの前記負圧駆動部が前記昇降部材に負圧を与えて前記ガイドベーンおよび前記昇降部材を上昇させることにより、前記下カバーから前記ガイドベーンを離間させるとともに前記ガイドベーンから前記上カバーを離間させることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項５】
前記ガイドベーンに、回動軸が連結されており、
前記昇降部材は、前記回動軸と同心状に形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載のガイドベーン装置。
【請求項６】
ケーシングと、
前記ケーシングの内周側に設けられたステーベーンと、
前記ステーベーンの内周側に設けられたガイドベーンを有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記ガイドベーン装置と、
前記ガイドベーン装置の前記ガイドベーンの内周側に設けられたランナと、を備えたことを特徴とする水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、ガイドベーン装置および水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に知られているフランシス水車の水車運転時においては、上池から水圧鉄管を通って渦巻き状のケーシングに水が流入し、ケーシングに流入した水は、ケーシングからステーベーンおよびガイドベーンを通ってランナに流入する。このランナへ流入する水によってランナが回転駆動され、ランナに主軸を介して連結された発電機が駆動され、発電が行われる。ランナを駆動した水は、吸出し管を通って下池または放水路へ流出される。このような水車運転時には、ガイドベーンの開度を変えることにより、ランナに流入する水量を調整し、発電量を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガイドベーンは可動翼列を構成しており、各々のガイドベーンは回動可能になっている。ガイドベーンをスムースに回動させるために、ガイドベーンの上側に設けられた上壁とガイドベーンとの間に隙間が設けられるとともに、ガイドベーンの下側に設けられた下壁とガイドベーンとの間に隙間が設けられている。このため、水車運転時には、これらの隙間を通る漏れ流れが形成され、ガイドベーンの出口流れが乱されて水車効率が低下し得る。また、隙間を通る流れによって、ガイドベーンから流出してランナに流入する流れが、設計時に想定していた流量よりも多くなり、このことによっても、ガイドベーンの出口流れが乱されて、水車効率が低下し得る。
【０００５】
上述したような隙間は、流路高さ（上壁と下壁との距離、流路幅と言う場合もある）と比べると微小である。このため、低落差向け水車のように流路高さが高い場合には、流路高さに占める隙間の割合が小さくなり、水車効率の低下の問題は大きくなりにくい。しかしながら、高落差向け水車のように流路高さが低い場合には、流路高さに示す隙間の割合が大きくなり、水車効率の低下の問題が大きくなり得る。また、ポンプ運転を行う場合には、高揚程側の運転時に、隙間を通った２次流れに誘発されてガイドベーンにおいて流れの剥離が発生し、死水域が発生し得る。この場合、流路が狭まり、揚程が低くなるという問題が起こり得る。
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ガイドベーンの上下の隙間を通る漏れ流れの形成を抑制して、ガイドベーンの出口流れが乱れることを防止し、効率を向上させることができるガイドベーン装置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】
【０００７】
実施の形態による水力機械のガイドベーン装置は、上カバーに対向して設けられ、上カバーに対して昇降可能な下カバーと、上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、上カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、下カバーおよびガイドベーンを昇降させる昇降駆動ユニットと、を備えている。昇降駆動ユニットが下カバーおよびガイドベーンを上昇させることにより、上カバーにガイドベーンを当接させるとともにガイドベーンに下カバーを当接させる。昇降駆動ユニットが下カバーおよびガイドベーンを下降させることにより、上カバーからガイドベーンを離間させるとともにガイドベーンから下カバーを離間させる。
【０００８】
また、実施の形態による水力機械のガイドベーン装置は、下カバーに対向して設けられ、下カバーに対して昇降可能な上カバーと、上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、上カバーおよびガイドベーンを昇降させる昇降駆動ユニットと、を備えている。昇降駆動ユニットが上カバーおよびガイドベーンを下降させることにより、下カバーにガイドベーンを当接させるとともにガイドベーンに上カバーを当接させる。昇降駆動ユニットが上カバーおよびガイドベーンを上昇させることにより、下カバーからガイドベーンを離間させるとともにガイドベーンから上カバーを離間させる。
【０００９】
また、実施の形態による水力機械のガイドベーン装置は、上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、上カバーおよび下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、下カバーに設けられ、ガイドベーンの側に開口する収容部と、収容部内に昇降可能に収容された昇降部材と、ガイドベーンおよび昇降部材を昇降させる昇降駆動ユニットと、を備えている。昇降駆動ユニットがガイドベーンおよび昇降部材を上昇させることにより、上カバーにガイドベーンを当接させるとともにガイドベーンに昇降部材を当接させる。昇降駆動ユニットがガイドベーンおよび昇降部材を下降させることにより、上カバーからガイドベーンを離間させるとともにガイドベーンから下カバーを離間させる。
【００１０】
また、実施の形態による水力機械のガイドベーン装置は、上カバーと下カバーとの間に回動可能に設けられ、上カバーおよび下カバーに対して昇降可能なガイドベーンと、上カバーに設けられ、ガイドベーンの側に開口する収容部と、収容部内に昇降可能に収容された昇降部材と、ガイドベーンおよび昇降部材を昇降させる昇降駆動ユニットと、を備えている。昇降駆動ユニットがガイドベーンおよび昇降部材を下降させることにより、下カバーにガイドベーンを当接させるとともにガイドベーンに昇降部材を当接させる。昇降駆動ユニットがガイドベーンおよび昇降部材を上昇させることにより、下カバーからガイドベーンを離間させるとともにガイドベーンから上カバーを離間させる。
【００１１】
さらに、実施の形態による水力機械は、ケーシングと、ケーシングの内周側に設けられたステーベーンと、ステーベーンの内周側に設けられたガイドベーンを有する上述のガイドベーン装置と、ガイドベーン装置のガイドベーンの内周側に設けられたランナと、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガイドベーンの上下の隙間を通る漏れ流れの形成を抑制して、ガイドベーンの出口流れが乱れることを防止し、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施の形態におけるフランシス形水車を示す子午面断面図である。
【図２】図２は、図１のガイドベーン装置の昇降駆動ユニットを示す系統図である。
【図３】図３は、図１のガイドベーン装置を拡大して示す断面図であって、ガイドベーンの当接状態を示す図である。
【図４】図４は、図２のガイドベーン装置において、隙間形成状態を示す図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態におけるガイドベーン装置において、ガイドベーンの当接状態を示す図である。
【図６】図６は、図５のガイドベーン装置において、隙間形成状態を示す図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態におけるガイドベーン装置において、ガイドベーンの当接状態を示す図である。
【図８】図８は、図７のガイドベーン装置において、隙間形成状態を示す図である。
【図９】図９は、図７のガイドベーンおよび昇降部材を下方から見た図である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態におけるガイドベーン装置において、ガイドベーンの当接状態を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０のガイドベーン装置において、隙間形成状態を示す図である。
【図１２】図１２は、第５の実施の形態におけるガイドベーン装置において、ガイドベーンの当接状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１乃至図４を用いて、第１の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。ここでは、まず、図１を用いて、水力機械の一例としてのフランシス形水車について説明する。
【００１６】
図１に示すように、フランシス形水車１は、水車運転時に上池から水圧管（いずれも図示せず）を通って水が流入する渦巻き状のケーシング２と、ケーシング２の内周側に設けられた複数のステーベーン３と、ステーベーン３の内周側に設けられた複数のガイドベーン４を有するガイドベーン装置１０と、ガイドベーン４の内周側に設けられたランナ５と、を備えている。
【００１７】
ステーベーン３は、周方向に離間して配列されており、互いに隣り合うステーベーン３の間に流路が形成され、各流路を、ケーシング２から流入する水が流れる。そして、ステーベーン３は、ケーシング２から流入する水の流れをガイドベーン４に導くようになっている。
【００１８】
ガイドベーン４は、ステーベーン３と同様にして、周方向に離間して配列されており、互いに隣り合うガイドベーン４の間に流路が形成され、各流路をステーベーン３から流入する水が流れる。各ガイドベーン４は、その外周側のステーベーン３と対応するように配置されており、ステーベーン３から流入する水の流れをランナ５に導くようになっている。
【００１９】
ランナ５は、ガイドベーン４からの水流によって回転駆動するように構成されている。すなわち、ランナ５は、後述する主軸６に連結されたクラウン５ａと、クラウン５ａの外周側に設けられたバンド５ｂと、クラウン５ａとバンド５ｂとの間に設けられた複数のランナ羽根５ｃと、を有している。このうちランナ羽根５ｃは、周方向に離間して配列されており、互いに隣り合うランナ羽根５ｃの間に流路が形成され、各流路をガイドベーン４から流入した水が流れる。そして、ランナ５は、回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成されている。このようにして、ランナ羽根５ｃが、ガイドベーン４から流入した水の圧力を受けることで、ランナ５は回転駆動される。
【００２０】
図１に示すように、ランナ５には、主軸６を介して発電機７が連結されている。この発電機７は、水車運転時には発電を行うように構成されている。また、ランナ５の水車運転時の下流側には、吸出し管８が設けられている。この吸出し管８は、図示しない下池（または放水路）に連結されており、ランナ５を回転駆動させた水が下池に放出されるようになっている。なお、ランナ５の外周側には、ケーシング２に対して固定された外周側部材９が設けられている。
【００２１】
本実施の形態におけるフランシス形水車１は、ポンプ運転（揚水運転）を行うようになっていてもよい。ポンプ運転時（揚水運転時）には、発電機７が電動機として作用してランナ５を回転駆動することにより、吸出し管８内の水を吸い上げて揚水する。ランナ５に吸い上げられた水は、ガイドベーン４およびステーベーン３を通って、ケーシング２に流入し、ケーシング２から水圧管を通って上池に放出される。この場合、ガイドベーン４およびステーベーン３は、ランナ５から流入する水をケーシング２に導く。
【００２２】
次に、本実施の形態によるガイドベーン装置１０について説明する。ガイドベーン装置１０は、上述したガイドベーン４と、ガイドベーン４の上側に設けられた上カバー１１と、ガイドベーン４の下側に設けられた下カバー１２と、ガイドベーン４を昇降させる昇降駆動ユニット３０と、を備えている。
【００２３】
このうち、上カバー１１は、本実施の形態においては、ケーシング２に固定されている。そして、上カバー１１の内面（下面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のクラウン５ａの内面に沿うように形成されている。一方、下カバー１２は、上カバー１１に対向して設けられているとともに、後述するように、上カバー１１に対して昇降可能になっている。下カバー１２が上昇して、上カバー１１にガイドベーン４が当接するとともにガイドベーン４に下カバー１２が当接する状態（後述する図３に示す状態）では、下カバー１２の内面（上面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のバンド５ｂの内面に沿うように形成されている。
【００２４】
ガイドベーン４は、上述した上カバー１１および下カバー１２の間に設けられ、上カバー１１および下カバー１２に対して回動可能になっている。ガイドベーン４は、ガイドベーン駆動部１６（例えば、サーボモータ）によって回動可能になっている。より具体的には、ガイドベーン４に、スピンドル１３（回動軸）が連結されており、このスピンドル１３が、ガイドベーンアーム１４に連結されている。ガイドベーンアーム１４は、ガイドリング１５を介して上述したガイドベーン駆動部１６に連結されている。また、スピンドル１３は、ガイドベーン４の上端面から上カバー１１を貫通して上方に延びており、上カバー１１に回動可能に支持されている。一方、ガイドベーン４の下端面に軸支部１７が設けられており、この軸支部１７により、ガイドベーン４が下カバー１２に回動可能に支持されている。このような構成により、ガイドベーン駆動部１６の駆動力が、ガイドリング１５、ガイドベーンアーム１４およびスピンドル１３を介してガイドベーン４に伝達されて、ガイドベーン４が回動する。そして、各ガイドベーン４が回動して開度を変えることにより、ランナ５に流入する水の流量が調整可能になっている。このようにして、発電機７の発電量が調整可能になっている。
【００２５】
下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、上カバー１１およびガイドベーンアーム１４に対して昇降可能になっている。そして、下カバー１２は、ガイドベーン４とは別々に昇降可能になっている。すなわち、下カバー１２は、ガイドベーン４の下端面から離間している状態では、ガイドベーン４とは独立して昇降し、ガイドベーン４の下端面に当接している状態では、ガイドベーン４と共に昇降するように構成されている。なお、図示しないが、下カバー１２の周囲（例えば、下カバー１２とケーシング２との間および下カバー１２と外周側部材９との間）、およびスピンドル１３の周囲（例えば、スピンドル１３と上カバー１１との間）には、ガイドベーン４を通る水流が漏れることを防止するシール等が設けられていることが好適である。
【００２６】
ガイドベーン４およびスピンドル１３は、ガイドベーン４の上端面が上カバー１１に当接するまで上昇可能になっている。一方、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、ガイドベーン４の下端面と下カバー１２との間に所定の隙間が形成される位置まで下降可能になっている。より具体的には、図１に示すようにスピンドル１３の上端部にストッパ１８が設けられており、このストッパ１８がガイドベーンアーム１４の上面に当接すると、スピンドル１３およびガイドベーン４がガイドベーンアーム１４に係止され、下降しないように構成されている。なお、ガイドベーン４をガイドベーンアーム１４に係止させるための構造は、上記のような構造に限られることはなく、任意である。
【００２７】
下カバー１２およびガイドベーン４は、図２に示す昇降駆動ユニット３０によって昇降するように構成されている。そして、昇降駆動ユニット３０は、下カバー１２およびガイドベーン４を上昇させることにより、上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に下カバー１２を当接させる（図３参照）。また、昇降駆動ユニット３０は、下カバー１２およびガイドベーン４を下降させることにより、上カバー１１からガイドベーン４を離間させるとともに、ガイドベーン４から下カバー１２を離間させる（図４参照）。
【００２８】
本実施の形態による昇降駆動ユニット３０は、下カバー１２に流体連結されており、下カバー１２に与える圧力を調整することにより、下カバー１２およびガイドベーン４の上昇と下降とを切り替えるように構成されている。より具体的には、下カバー１２には、図１に示すような圧力空間１９が隣接している。この圧力空間１９は、閉じられた空間形状を有している。圧力空間１９に、昇降駆動ユニット３０から作動流体が供給されると、下カバー１２が加圧され、図３に示すように、下カバー１２およびガイドベーン４が上昇する。一方、圧力空間１９内の作動流体が昇降駆動ユニット３０によって排出されると、下カバー１２に負圧が与えられ、図４に示すように、下カバー１２およびガイドベーン４が下降する。
【００２９】
以下に、昇降駆動ユニット３０の詳細について図２を用いて説明する。
【００３０】
図２に示すように、昇降駆動ユニット３０は、圧力空間１９に作動流体を供給する作動流体供給源３１（加圧駆動部）と、圧力空間１９内の圧力を負圧にする真空発生機３２（負圧駆動部）と、を有している。このうち、作動流体供給源３１は、図示しない設備から供給される加圧された作動流体（例えば、空気）を、上述した圧力空間１９に供給し、下カバー１２に比較的高い圧力を与えて、下カバー１２を加圧するようになっている。この際に下カバー１２に与える圧力は、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３を上昇させることが可能な圧力であれば特に限られることはない。例えば、下カバー１２に与える圧力は、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３をスムースに上昇させるために、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３の自重と、水車落差によってガイドベーン４が水流から受ける垂直下向きの荷重とを越える圧力であることが好適である。
【００３１】
図２に示すように、作動流体供給源３１と圧力空間１９は第１ライン３３によって連結されており、この第１ライン３３に第１バルブ３４が設けられている。この第１バルブ３４の開閉を切り替えることにより、圧力空間１９への作動流体の供給が制御される。また、図２に示す形態では、作動流体供給源３１と第１バルブ３４との間に第１流量調整弁３５が設けられており、作動流体供給源３１の容量や、圧力空間１９の容積などに応じて、圧力空間１９への作動流体の供給量が調整可能になっている。
【００３２】
真空発生機３２は、上述した圧力空間１９内の作動流体を排出して、圧力空間１９内の圧力を低減させる。このようにして、下カバー１２に比較的低い圧力（負圧）が与えられるようになっている。この際に下カバー１２に与える負圧は、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３を下降させることができる圧力であれば特に限られることはない。例えば、下カバー１２に与える負圧は、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３をスムースに下降させるために、大気圧より低い負圧（より好適には、真空若しくは真空に近い圧力）にすることが好適である。
【００３３】
図２に示すように、真空発生機３２と圧力空間１９は第２ライン３６によって連結されており、この第２ライン３６に第２バルブ３７が設けられている。この第２バルブ３７の開閉を切り替えることにより、圧力空間１９からの作動流体の排出が制御される。また、図２に示す形態では、真空発生機３２と第２バルブ３７との間に第２流量調整弁３８が設けられており、真空発生機３２の容量や圧力空間１９の容積などに応じて、圧力空間１９からの作動流体の排出量が調整可能になっている。
【００３４】
作動流体供給源３１と真空発生機３２とは、第３ライン３９によって連結されている。本実施の形態による真空発生機３２は、作動流体を駆動源として駆動されて、圧力空間１９から作動流体を排出して真空を発生させることが可能になっている。このことにより、下カバー１２を加圧するための駆動源と真空発生機３２の駆動源とを共通にすることができ、構成を簡素化させることができる。なお、第３ライン３９には第３バルブ４０が設けられており、この第３バルブ４０の開閉を切り替えることにより、作動流体供給源３１からの作動流体の供給が制御される。
【００３５】
第２ライン３６から、作動流体が排出された圧力空間１９の圧力を所定の圧力（例えば、大気圧程度）に復帰させる（あるいは真空破壊をする）ための第４ライン４１が分岐している。この第４ライン４１には第４バルブ４２が設けられている。また、第１ライン３３には、圧力センサ４３が連結されている。より具体的には、圧力センサ４３は、第１ライン３３のうち第１バルブ３４と圧力空間１９との間の部分に連結されており、圧力空間１９内の作動流体の圧力が計測可能になっている。なお、昇降駆動ユニット３０における各ライン、各バルブおよび各流量調整弁などの構成は、図２に示す形態に限られることはなく、任意である。
【００３６】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３７】
本実施の形態によるフランシス形水車１において水車運転を行う場合、図１に示すように、上池から水圧管（いずれも図示せず）を通ってケーシング２に水が流入する。ケーシング２に流入した水は、ケーシング２からステーベーン３およびガイドベーン４を通ってランナ５に流入する。このランナ５へ流入した水によって、ランナ５が回転駆動される。このことにより、ランナ５に主軸６を介して連結された発電機７が駆動され、発電が行われる。ランナ５に流入した水は、ランナ５から吸出し管８を通って下池（図示せず）へ放出される。
【００３８】
ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を行う場合、図３に示すように、ガイドベーン装置１０の上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に下カバー１２を当接させる。このことにより、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と下カバー１２との間に隙間が形成されることを防止する。
【００３９】
この場合、昇降駆動ユニット３０の第１バルブ３４を開き、第２バルブ３７、第３バルブ４０および第４バルブ４２を閉じる。このことにより、作動流体が、作動流体供給源３１から圧力空間１９に供給され（図２の実線矢印参照）、圧力空間１９の圧力が高められ、下カバー１２が加圧される。このため、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３が上昇し、上カバー１１にガイドベーン４の上端面が当接するとともにガイドベーン４の下端面に下カバー１２が当接する。
【００４０】
水車運転中にガイドベーン４を回動させる場合には、図４に示すように、上カバー１１からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から下カバー１２が離間する。
【００４１】
この場合、昇降駆動ユニット３０の第１バルブ３４および第４バルブ４２を閉じ、第２バルブ３７および第３バルブ４０を開く。このことにより、作動流体が作動流体供給源３１から真空発生機３２に供給されて（図２の破線矢印参照）、供給された作動流体を駆動源として真空発生機３２が駆動される。そして、圧力空間１９内の作動流体が真空発生機３２によって排出され（図２の破線矢印参照）、圧力空間１９の圧力が低下し、下カバー１２に負圧が与えられる。
【００４２】
下カバー１２に負圧が与えられた後、まず、下カバー１２、ガイドベーン４およびスピンドル１３が、自重と水流から受ける圧力とによって下降する。続いて、スピンドル１３のストッパ１８がガイドベーンアーム１４の上面に当接して、ガイドベーン４およびスピンドル１３がガイドベーンアーム１４に係止される。その後、下カバー１２が単独で下降し、所定の位置に達すると、図示しないストッパ等によって下降が停止する。
【００４３】
このようにして、図４に示すように、上カバー１１からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から下カバー１２が離間し、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間ｇ１が形成されるとともに、ガイドベーン４と下カバー１２との間に隙間ｇ２が形成される。
【００４４】
ガイドベーン４の上下に隙間が形成された後、ガイドベーン駆動部１６が駆動されて、ガイドベーン４が回動し、ガイドベーン４が所望の開度に調整される。この際、上述したように、ガイドベーン４の上下に隙間が形成されていることにより、ガイドベーン４はスムースに回動することができる。
【００４５】
ガイドベーン４の開度が調整された後、ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を継続する場合には、図３に示すように、上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に下カバー１２を当接させる。
【００４６】
この場合、まず、昇降駆動ユニット３０の第１バルブ３４、第２バルブ３７および第３バルブ４０を閉じ、第４バルブ４２を開く。このことにより、負圧となっていた圧力空間１９に、外部から大気が流入し、圧力空間１９の圧力が大気圧に復帰する。
【００４７】
続いて、第１バルブ３４を開き、第２バルブ３７、第３バルブ４０および第４バルブ４２を閉じる。このことにより、作動流体供給源３１から作動流体が圧力空間１９に供給される。このため、圧力空間１９の圧力が高められ、下カバー１２が加圧される。
【００４８】
下カバー１２が加圧された後、まず、下カバー１２が単独で上昇し、ガイドベーン４の下端面に当接する。続いて、下カバー１２がガイドベーン４およびスピンドル１３とともに上昇し、図３に示すように、上カバー１１にガイドベーン４の上端面が当接する。このようにして、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と下カバー１２との間に隙間が形成されることを防止する。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、下カバー１２およびガイドベーン４が、上カバー１１に対して昇降可能になっている。このことにより、上カバー１１とガイドベーン４との間、およびガイドベーン４と下カバー１２との間に、隙間が形成されることを防止可能な状態を作り出すことができる。このため、ガイドベーン４の上下を通る漏れ流れが形成されることを抑制し、ガイドベーンの出口流れが乱されることを防止できる。この結果、水車効率が低下することを防止できる。とりわけ、高落差に適用される低比速度水車においては、ガイドベーン４における流路高さが低いため、隙間が形成される場合には流路高さに対する隙間の割合が大きくなり得るが、本実施の形態によればこのような隙間が形成されることを防止できるため、水車効率の低下防止の効果を高めることができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、下カバー１２が上カバー１１に対して昇降可能になっている。このことにより、何らかの原因によって下カバー１２を上昇させることができない場合には、上カバー１１とガイドベーン４との間、およびガイドベーン４と下カバー１２との間に隙間を形成することができ、ガイドベーン４を回動させることができる。このため、フェィルセーフの構造とすることができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、昇降駆動ユニット３０は、下カバー１２に流体連結され、下カバー１２に与える圧力を調整することにより、下カバー１２およびガイドベーン４の上昇と下降とを切り替える。このことにより、下カバー１２およびガイドベーン４の上昇と下降とをスムースに行うことができる。
【００５２】
なお、上述した本実施の形態においては、昇降駆動ユニット３０が、作動流体を駆動源とする真空発生機３２を有している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、このような真空発生機３２の代りに、例えば電源を供給して駆動する真空ポンプを用いることも可能である。また、昇降駆動ユニット３０は、図２に示す例に限られることはなく、下カバー１２に与える圧力を調整することが可能であれば、任意の構成とすることができる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に、図５および図６を用いて、本発明の第２の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。
【００５４】
図５および図６に示す第２の実施の形態においては、下カバーに対して、上カバーおよびガイドベーンが昇降可能になっている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図５および図６において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５５】
図５および図６に示すように、本実施の形態におけるガイドベーン装置１０の下カバー１２は、ケーシング２に固定されている。そして、下カバー１２の内面（上面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のバンド５ｂの内面に沿うように形成されている。一方、上カバー１１は、後述するように、下カバー１２に対して昇降可能になっている。上カバー１１が下降して、下カバー１２にガイドベーン４が当接するとともにガイドベーン４に上カバー１１が当接する状態では、上カバー１１の内面（下面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のクラウン５ａの内面に沿うように形成されている。
【００５６】
上カバー１１、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、下カバー１２およびガイドベーンアーム１４に対して昇降可能になっている。そして、上カバー１１は、ガイドベーン４とは別々に昇降可能になっている。すなわち、上カバー１１は、スピンドル１３のストッパ５０に上カバー１１の上面が当接している状態では、ガイドベーン４と共に昇降し、当該ストッパ５０に上カバー１１の上面が当接していない状態では、単独で昇降するように構成されている。なお、図示しないが、上カバー１１の周囲（例えば、上カバー１１とその周囲のケーシング２等の部材との間）およびスピンドル１３の周囲（例えば、スピンドル１３と上カバー１１との間）には、ガイドベーン４を通る水流が漏れることを防止するシール等が設けられていることが好適である。
【００５７】
ガイドベーン４およびスピンドル１３は、ガイドベーン４の下端面が下カバー１２に当接するまで下降可能となっている。一方、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、ガイドベーン４の下端面と下カバー１２との間に所定の隙間が形成される位置まで上昇可能となっている。より具体的には、図５および図６に示すように、スピンドル１３にストッパ５０が設けられており、このストッパ５０に上カバー１１の上面が当接すると、ガイドベーン４およびスピンドル１３が上カバー１１に係止されるように構成されている。このことにより、上昇する上カバー１１によってガイドベーン４およびスピンドル１３が上昇し、ガイドベーン４の下端面と下カバー１２との間に所定の隙間が形成される位置まで上昇する。なお、ガイドベーン４を上カバー１１に係止させるための構造は、上記のような構造に限られることはなく、任意である。
【００５８】
上カバー１１およびガイドベーン４は、昇降駆動ユニット３０によって昇降するように構成されている。そして、昇降駆動ユニット３０は、上カバー１１およびガイドベーン４を下降させることにより、下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に上カバー１１を当接させる（図５参照）。また、昇降駆動ユニット３０は、下カバー１２およびガイドベーン４を上昇させることにより、下カバー１２からガイドベーン４を離間させるとともに、ガイドベーン４から上カバー１１を離間させる（図６参照）。
【００５９】
本実施の形態による昇降駆動ユニット３０は、上カバー１１に流体連結されており、上カバー１１に与える圧力を調整することにより、上カバー１１およびガイドベーン４の上昇と下降とを切り替えるように構成されている。より具体的には、上カバー１１には、図５および図６に示すような圧力空間５１が隣接している。この圧力空間５１は、閉じられた空間形状を有している。圧力空間５１に、昇降駆動ユニット３０から作動流体が供給されると、上カバー１１が加圧され、図５に示すように、上カバー１１およびガイドベーン４が下降する。一方、圧力空間５１内の作動流体が昇降駆動ユニット３０によって排出されると、上カバー１１に負圧が与えられ、図６に示すように、上カバー１１およびガイドベーン４が上昇する。
【００６０】
なお、本実施の形態における昇降駆動ユニット３０は、上記以外の点では、図２に示す第１の実施の形態と同様の構成を有している。このため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６１】
ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を行う場合、図５に示すように、ガイドベーン装置１０の下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に上カバー１１を当接させる。このことにより、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と上カバー１１との間に隙間が形成されることを防止する。この場合、圧力空間５１に作動流体が供給されて圧力空間５１の圧力が高められ、上カバー１１が加圧される。
【００６２】
水車運転中にガイドベーン４を回動させる場合には、図６に示すように、下カバー１２からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から上カバー１１が離間する。
【００６３】
この場合、まず、上カバー１１に負圧が与えられる。続いて、上カバー１１が、水流から受ける圧力によって単独で上昇する。次に、スピンドル１３のストッパ５０に上カバー１１の上面が当接して、ガイドベーン４およびスピンドル１３が上カバー１１に係止される。その後、上カバー１１が、ガイドベーン４およびスピンドル１３とともに上昇し、所定の位置に達すると、図示しないストッパ等によって上昇が停止する。
【００６４】
このようにして、下カバー１２からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から上カバー１１が離間し、図６に示すように、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間ｇ２が形成されるとともに、ガイドベーン４と上カバー１１との間に隙間ｇ１が形成される。
【００６５】
ガイドベーン４の上下に隙間が形成された後、ガイドベーン駆動部１６が駆動されて、ガイドベーン４が回動し、ガイドベーン４が所望の開度に調整される。この際、上述したように、ガイドベーン４の上下に隙間が形成されていることにより、ガイドベーン４はスムースに回動することができる。
【００６６】
ガイドベーン４の開度が調整された後、ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を継続する場合には、図５に示すように、下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に上カバー１１を当接させる。
【００６７】
この場合、まず、圧力空間５１の圧力を大気圧に復帰させる。続いて、圧力空間５１に作動流体が供給されて、圧力空間５１の圧力が高められ、上カバー１１が加圧される。上カバー１１が加圧されると、上カバー１１がガイドベーン４およびスピンドル１３とともに下降し、下カバー１２にガイドベーン４の下端面が当接する。その後、上カバー１１が更に下降すると、スピンドル１３のストッパ５０から上カバー１１の上面が離間し、上カバー１１は単独で下降して、図５に示すように、ガイドベーン４の上端面に上カバー１１が当接する。このようにして、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と上カバー１１との間に隙間が形成されることを防止する。
【００６８】
このように本実施の形態によれば、上カバー１１およびガイドベーン４が、下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、下カバー１２とガイドベーン４との間、およびガイドベーン４と上カバー１１との間に、隙間が形成されることを防止可能な状態を作り出すことができる。このため、ガイドベーン４の上下を通る漏れ流れが形成されることを抑制し、ガイドベーンの出口流れが乱されることを防止できる。この結果、水車効率が低下することを防止できる。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、上カバー１１が下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、上方から分解点検を行うことができ、分解点検の作業性を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、昇降駆動ユニット３０は、上カバー１１に流体連結され、上カバー１１に与える圧力を調整することにより、上カバー１１およびガイドベーン４の上昇と下降とを切り替える。このことにより、上カバー１１およびガイドベーン４の上昇と下降とをスムースに行うことができる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
次に、図７乃至図９を用いて、本発明の第３の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。
【００７２】
図７乃至図９に示す第３の実施の形態においては、下カバーに設けられた収容部内に昇降部材が収容され、昇降部材およびガイドベーンが上カバーに対して昇降可能になっている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７乃至図９において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７３】
図７および図８に示すように、本実施の形態におけるガイドベーン装置１０の上カバー１１および下カバー１２は、いずれもケーシング２に固定されている。そして、上カバー１１の内面（下面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のクラウン５ａの内面に沿うように形成されているとともに、下カバー１２の内面（上面）が、ケーシング２の内面およびランナ５のバンド５ｂの内面に沿うように形成されている。
【００７４】
下カバー１２には、ガイドベーン４の側（上側）に開口する凹状の収容部６０が設けられている。この収容部６０内には、昇降部材６１が昇降可能に収容されている。昇降部材６１には、部材凹部６２が設けられており、この部材凹部６２に、ガイドベーン４の軸支部１７が収容されており、ガイドベーン４は、昇降部材６１を介して下カバー１２に回動可能に支持されている。
【００７５】
本実施の形態においては、昇降部材６１は、ガイドベーン４のスピンドル１３（または軸支部１７）と同心状に形成されている。すなわち、収容部６０、昇降部材６１および部材凹部６２は、図９に示すように、下方から見たときに、互いに同心状となるような円形状に形成されている。これにより、昇降部材６１の上面は、環状に形成されている。そして、昇降部材６１の直径は、ガイドベーン４の最大厚みＴ以上、かつガイドベーン４の翼弦長Ｌ以下であることが好適である。
【００７６】
昇降部材６１は、ガイドベーン４と同様に、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。そして、昇降部材６１は、ガイドベーン４とは別々に昇降可能になっている。すなわち、昇降部材６１は、ガイドベーン４の下端面に対して離間している状態では、ガイドベーン４とは独立して昇降し、ガイドベーン４の下端面に当接している状態では、ガイドベーン４と共に昇降するように構成されている。なお、図示しないが、昇降部材６１の周囲（例えば、昇降部材６１と下カバー１２との間）、およびスピンドル１３の周囲（例えば、スピンドル１３と上カバー１１との間）には、ガイドベーン４を通る水流が漏れることを防止するシール等が設けられていることが好適である。
【００７７】
ガイドベーン４および昇降部材６１は、昇降駆動ユニット３０によって昇降するように構成されている。そして、昇降駆動ユニット３０は、ガイドベーン４および昇降部材６１を上昇させることにより、上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に昇降部材６１を当接させる（図７参照）。図７に示す状態においても、昇降部材６１の一部は収容部６０に収容されている。また、昇降駆動ユニット３０は、ガイドベーン４および昇降部材６１を下降させることにより、上カバー１１からガイドベーン４を離間させるとともに、ガイドベーン４から昇降部材６１を離間させる（図８参照）。
【００７８】
本実施の形態による昇降駆動ユニット３０は、昇降部材６１に流体連結されており、昇降部材６１に与える圧力を調整することにより、ガイドベーン４および昇降部材６１の上昇と下降とを切り替えるように構成されている。より具体的には、昇降部材６１には、図７および図８に示すような圧力空間６３が隣接している。この圧力空間６３は、閉じられた空間形状を有している。圧力空間６３に、昇降駆動ユニット３０から作動流体が供給されると、昇降部材６１が加圧され、ガイドベーン４および昇降部材６１が上昇する。一方、圧力空間６３内の作動流体が昇降駆動ユニット３０によって排出されると、昇降部材６１に負圧が与えられ、ガイドベーン４および昇降部材６１が下降する。
【００７９】
なお、本実施の形態における昇降駆動ユニット３０は、上記以外の点では、図２に示す第１の実施の形態と同様の構成を有している。このため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００８０】
ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を行う場合、図７に示すように、ガイドベーン装置１０の上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に昇降部材６１を当接させる。このことにより、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と昇降部材６１との間に隙間が形成されることを防止する。この場合、圧力空間６３に作動流体が供給されて圧力空間６３の圧力が高められ、昇降部材６１が加圧される。
【００８１】
水車運転中にガイドベーン４を回動させる場合には、図８に示すように、上カバー１１からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から昇降部材６１が離間する。
【００８２】
この場合、まず、昇降部材６１に負圧が与えられる。続いて、昇降部材６１、ガイドベーン４およびスピンドル１３が、自重と水流から受ける圧力とによって下降する。次に、スピンドル１３のストッパ１８がガイドベーンアーム１４の上面に当接して、ガイドベーン４およびスピンドル１３がガイドベーンアーム１４に係止される。その後、昇降部材６１が単独で下降し、下カバー１２に設けられた収容部６０の底面に当接し、下降が停止する。
【００８３】
このようにして、上カバー１１からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から昇降部材６１が離間し、図８に示すように、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間ｇ１が形成されるとともに、ガイドベーン４と昇降部材６１との間に隙間ｇ２が形成される。
【００８４】
ガイドベーン４の上下に隙間が形成された後、ガイドベーン駆動部１６が駆動されて、ガイドベーン４が回動し、ガイドベーン４が所望の開度に調整される。この際、上述したように、ガイドベーン４の上下に隙間が形成されていることにより、ガイドベーン４はスムースに回動することができる。
【００８５】
ガイドベーン４の開度が調整された後、ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を継続する場合には、図７に示すように、上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に昇降部材６１を当接させる。
【００８６】
この場合、まず、圧力空間６３の圧力を大気圧に復帰させる。続いて、圧力空間６３に作動流体が供給されて、圧力空間６３の圧力が高められ、昇降部材６１が加圧される。昇降部材６１が加圧された後、まず、昇降部材６１が単独で上昇し、ガイドベーン４の下端面に当接する。続いて、昇降部材６１がガイドベーン４およびスピンドル１３とともに上昇し、図７に示すように、上カバー１１にガイドベーン４の上端面が当接する。このようにして、上カバー１１とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と昇降部材６１との間に隙間が形成されることを防止する。
【００８７】
このように本実施の形態によれば、昇降部材６１およびガイドベーン４が、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、上カバー１１とガイドベーン４との間、およびガイドベーン４と昇降部材６１との間に、隙間が形成されることを防止可能な状態を作り出すことができる。このため、ガイドベーン４の上下を通る漏れ流れが形成されることを抑制し、ガイドベーンの出口流れが乱されることを防止できる。この結果、水車効率が低下することを防止できる。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、下カバー１２に設けられた収容部６０内に収容された昇降部材６１が、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、昇降駆動ユニット３０の負荷を低減することができ、昇降駆動ユニット３０の省力化を図ることができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、昇降駆動ユニット３０は、昇降部材６１に流体連結され、昇降部材６１に与える圧力を調整することにより、ガイドベーン４および昇降部材６１の上昇と下降とを切り替える。このことにより、ガイドベーン４および昇降部材６１の上昇と下降とをスムースに行うことができる。
【００９０】
また、本実施の形態によれば、ガイドベーン４のスピンドル１３（または軸支部１７）と同心状に形成された昇降部材６１が、ガイドベーン４の下端面に当接する。この場合においても、ガイドベーン４と下カバー１２との間の領域のうち、少なくともガイドベーン４の軸支部１７の周囲の領域において隙間が形成されることを防止できる。このため、ガイドベーン４の下方を通る漏れ流れの形成を効果的に抑制することができ、水車効率が低下することを効果的に防止できる。
【００９１】
さらに、本実施の形態によれば、昇降部材６１の直径をガイドベーン４の最大厚みＴ以上とすることにより、ガイドベーン４と下カバー１２との間の領域のうち、軸支部１７の周囲のある程度の大きさの領域で、隙間が形成されることを防止できる。また、昇降部材６１の直径をガイドベーン４の翼弦長Ｌ以下とすることにより、ガイドベーン４の周囲を流れる水流の損失を抑制することができる。
【００９２】
（第４の実施の形態）
次に、図１０および図１１を用いて、本発明の第４の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。
【００９３】
図１０および図１１に示す第４の実施の形態においては、上カバーに設けられた収容部内に昇降部材が収容され、昇降部材およびガイドベーンが下カバーに対して昇降可能になっている点が主に異なり、他の構成は、図７乃至図９に示す第３の実施の形態と略同一である。なお、図１０および図１１において、図７乃至図９に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１０および図１１に示すように、本実施の形態におけるガイドベーン装置１０の上カバー１１に、ガイドベーン４の側（下側）に開口する凹状の収容部７０が設けられている。この収容部７０内には、昇降部材７１が昇降可能に収容されている。昇降部材７１には、貫通孔７２が設けられており、ガイドベーン４のスピンドル１３が貫通孔７２を貫通し、ガイドベーン４が、昇降部材７１を介して上カバー１１に回動可能に支持されている。
【００９５】
本実施の形態においては、昇降部材７１は、図７乃至図９に示す昇降部材６１と同様に、ガイドベーン４のスピンドル１３と同心状に形成されている。すなわち、収容部７０、昇降部材７１および貫通孔７２は、上方から見たときに、互いに同心状となるような円形状に形成されている。これにより、昇降部材７１は、環状に形成されている。そして、昇降部材７１の直径は、ガイドベーン４の最大厚みＴ以上、かつガイドベーン４の翼弦長Ｌ以下であることが好適である。
【００９６】
本実施の形態においては、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、上カバー１１、下カバー１２およびガイドベーンアーム１４に対して昇降可能になっており、ガイドベーン４の下端面が下カバー１２に当接するまで下降可能となっている。一方、ガイドベーン４およびスピンドル１３は、ガイドベーン４の下端面と下カバー１２との間に所定の隙間が形成される位置まで上昇可能となっている。より具体的には、図１０および図１１に示すように、スピンドル１３にストッパ７４が設けられており、このストッパ７４に昇降部材７１の上面が当接すると、ガイドベーン４およびスピンドル１３が昇降部材７１に係止されるように構成されている。このことにより、上昇する昇降部材７１によってガイドベーン４およびスピンドル１３が上昇し、ガイドベーン４の下端面と下カバー１２との間に所定の隙間が形成される位置まで上昇する。なお、ガイドベーン４を昇降部材７１に係止させるための構造は、上記のような構造に限られることはなく、任意である。
【００９７】
昇降部材７１は、ガイドベーン４と同様に、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。そして、昇降部材７１は、ガイドベーン４とは別々に昇降可能になっている。すなわち、昇降部材７１は、ガイドベーン４のスピンドル１３のストッパ７４に昇降部材７１の上面が当接している状態では、ガイドベーン４と共に昇降し、当該ストッパ７４に昇降部材７１の上面が当接していない状態では、単独で昇降するように構成されている。なお、図示しないが、昇降部材７１の周囲（例えば、昇降部材７０と上カバー１１との間および昇降部材７０とスピンドル１３との間）には、ガイドベーン４を通る水流が漏れることを防止するシール等が設けられていることが好適である。
【００９８】
ガイドベーン４および昇降部材７１は、昇降駆動ユニット３０によって昇降するように構成されている。そして、昇降駆動ユニット３０は、ガイドベーン４および昇降部材７１を下降させることにより、下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に昇降部材７１を当接させる（図１０参照）。図１０に示す状態においても、昇降部材７１の一部は収容部７０に収容されている。また、昇降駆動ユニット３０は、ガイドベーン４および昇降部材７１を上昇させることにより、下カバー１２からガイドベーン４を離間させるとともに、ガイドベーン４から昇降部材７１を離間させる（図１１参照）。
【００９９】
本実施の形態による昇降駆動ユニット３０は、昇降部材７１に流体連結されており、昇降部材７１に与える圧力を調整することにより、ガイドベーン４および昇降部材７１の上昇と下降とを切り替えるように構成されている。より具体的には、昇降部材７１には、図１０および図１１に示すような圧力空間７３が隣接している。この圧力空間７３は、閉じられた空間形状を有している。圧力空間７３に、昇降駆動ユニット３０から作動流体が供給されると、昇降部材７１が加圧され、ガイドベーン４および昇降部材７１が下降する。一方、圧力空間７３内の作動流体が昇降駆動ユニット３０によって排出されると、昇降部材７１に負圧が与えられ、ガイドベーン４および昇降部材７１が上昇する。
【０１００】
ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を行う場合、図１０に示すように、ガイドベーン装置１０の下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に昇降部材７１を当接させる。このことにより、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と昇降部材７１との間に隙間が形成されることを防止する。この場合、圧力空間７３に作動流体が供給されて圧力空間７３の圧力が高められ、昇降部材７１が加圧される。
【０１０１】
水車運転中にガイドベーン４を回動させる場合には、図１１に示すように、下カバー１２からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から昇降部材７１が離間する。
【０１０２】
この場合、まず、昇降部材７１に負圧が与えられる。続いて、昇降部材７１が、水流から受ける圧力によって上昇する。すなわち、昇降部材７１は、図９に示すように、上下方向から見たときにガイドベーン４からはみ出すように形成されている。このため、昇降部材７１は、このはみ出した領域で水流から圧力を受けて、単独で上昇する。次に、スピンドル１３のストッパ７４に昇降部材７１の上面が当接して、ガイドベーン４およびスピンドル１３が昇降部材７１に係止される。その後、昇降部材７１が、ガイドベーン４およびスピンドル１３とともに上昇し、所定の位置に達すると、図示しないストッパ等によって上昇が停止する。
【０１０３】
このようにして、下カバー１２からガイドベーン４が離間するとともに、ガイドベーン４から昇降部材７１が離間し、図１１に示すように、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間ｇ２が形成されるとともに、ガイドベーン４と昇降部材７１との間に隙間ｇ１が形成される。
【０１０４】
ガイドベーン４の上下に隙間が形成された後、ガイドベーン駆動部１６が駆動されて、ガイドベーン４が回動し、ガイドベーン４が所望の開度に調整される。この際、上述したように、ガイドベーン４の上下に隙間が形成されていることにより、ガイドベーン４はスムースに回動することができる。
【０１０５】
ガイドベーン４の開度が調整された後、ガイドベーン４の開度を維持した状態で水車運転を継続する場合には、図１０に示すように、下カバー１２にガイドベーン４の下端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の上端面に昇降部材７１を当接させる。
【０１０６】
この場合、まず、圧力空間７３の圧力を大気圧に復帰させる。続いて、圧力空間７３に作動流体が供給されて、圧力空間７３の圧力が高められ、昇降部材７１が加圧される。昇降部材７１が加圧されると、昇降部材７１がガイドベーン４およびスピンドル１３とともに下降し、下カバー１２にガイドベーン４の下端面が当接する。その後、昇降部材７１が更に下降すると、スピンドル１３のストッパ７４から昇降部材７１の上面が離間し、昇降部材７１は単独で下降して、図１０に示すように、ガイドベーン４の上端面に上カバー１１が当接する。このようにして、下カバー１２とガイドベーン４との間に隙間が形成されることを防止するとともに、ガイドベーン４と昇降部材７１との間に隙間が形成されることを防止する。
【０１０７】
このように本実施の形態によれば、昇降部材７１およびガイドベーン４が、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、昇降部材７１とガイドベーン４との間、およびガイドベーン４と下カバー１２との間に、隙間が形成されることを防止可能な状態を作り出すことができる。このため、ガイドベーン４の上下を通る漏れ流れが形成されることを抑制し、ガイドベーンの出口流れが乱されることを防止できる。この結果、水車効率が低下することを防止できる。
【０１０８】
また、本実施の形態によれば、上カバー１１に設けられた収容部７０内に収容された昇降部材７１が、上カバー１１および下カバー１２に対して昇降可能になっている。このことにより、昇降駆動ユニット３０の負荷を低減することができ、昇降駆動ユニット３０の省力化を図ることができる。
【０１０９】
また、本実施の形態によれば、昇降駆動ユニット３０は、昇降部材７１に流体連結され、昇降部材７１に与える圧力を調整することにより、ガイドベーン４および昇降部材７１の上昇と下降とを切り替える。このことにより、ガイドベーン４および昇降部材７１の上昇と下降とをスムースに行うことができる。
【０１１０】
また、本実施の形態によれば、ガイドベーン４のスピンドル１３と同心状に形成された昇降部材７１が、ガイドベーン４の上端面に当接する。この場合においても、ガイドベーン４と上カバー１１との間の領域のうち、ガイドベーン４のスピンドル１３の周囲の領域において隙間が形成されることを防止できる。このため、ガイドベーン４の上方を通る漏れ流れの形成を効果的に抑制することができ、水車効率が低下することを効果的に防止できる。
【０１１１】
さらに、本実施の形態によれば、昇降部材７１の直径をガイドベーン４の最大厚みＴ以上とすることにより、ガイドベーン４と上カバー１１との間の領域のうち、スピンドル１３の周囲のある程度の大きさの領域で、隙間が形成されることを防止できる。また、昇降部材７１の直径をガイドベーン４の翼弦長Ｌ以下とすることにより、ガイドベーン４の周囲を流れる水流の損失を抑制することができる。
【０１１２】
（第５の実施の形態）
次に、図１２を用いて、本発明の第５の実施の形態におけるガイドベーン装置および水力機械について説明する。
【０１１３】
図１２に示す第５の実施の形態においては、昇降駆動ユニットが昇降部材に機械的に連結されて、昇降部材を昇降させる点が主に異なり、他の構成は、図７乃至図９に示す第３の実施の形態と略同一である。なお、図１２において、図７乃至図９に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１４】
本実施の形態によるガイドベーン装置１０の昇降駆動ユニット８０は、図１２に示すように、昇降部材６１に機械的に連結されて、昇降部材６１を昇降させる。
【０１１５】
より具体的には、昇降部材６１にナット８１が設けられており、このナット８１が、下カバー１２に設けられた嵌合孔８２に、回転不能かつ上下方向に摺動可能に嵌合している。このナット８１に、ボールねじ８３が螺合している。ボールねじ８３は、上下方向に延びており、回転モータ８４（回転駆動部）に連結されている。昇降部材６１を昇降させる際には、回転モータ８４が駆動されてボールねじ８３が回転する。このことにより、ナット８１と共に昇降部材６１が昇降するように構成されている。このような昇降駆動ユニット８０であっても、第３の実施の形態の昇降駆動ユニット３０と同様にして、ガイドベーン４および昇降部材６１を上昇させることにより、図１２に示すように、上カバー１１にガイドベーン４の上端面を当接させるとともに、ガイドベーン４の下端面に昇降部材６１を当接させることができる。一方、ガイドベーン４および昇降部材６１を下降させることにより、上カバー１１からガイドベーン４を離間させるとともに、ガイドベーン４から昇降部材６１を離間させることができる。
【０１１６】
このように本実施の形態によれば、昇降駆動ユニット８０が、昇降部材６１に機械的に連結されている。このことにより、昇降部材６１の昇降速度を容易に調整することができる。例えば、昇降部材６１の昇降速度を小さくする場合には、上カバー１１にガイドベーン４が当接する際の衝撃や、ガイドベーン４に昇降部材６１が当接する際の衝撃を軽減することができる。また、ガイドベーン４の上下に設けられる隙間の大きさを調整することも可能になる。
【０１１７】
とりわけ、本実施の形態によるフランシス形水車１をポンプ運転する場合であって、高揚程側で運転する場合、ガイドベーン４を通過する水流の流量が少ないと、ハンプと呼ばれる揚程の急激な落ち込みが発生し得る。このハンプは、ガイドベーン４の翼面に突発的に発生する大規模な流れの剥離に起因する。このような大規模な流れの剥離が発生することを抑制するためには、ガイドベーン４の翼面に給水を行うことが効果的であるが、ガイドベーン４の上下に隙間が形成されている場合には、この隙間からの漏れ流れが、給水の代用となり得る。このため、本実施の形態の昇降駆動ユニット８０によってガイドベーン４の上下の隙間を適切な大きさに調整することにより、ハンプの発生を効果的にかつ容易に抑制することが可能となる。
【０１１８】
なお、上述した本実施の形態においては、昇降駆動ユニット８０が、ナット８１と、ボールねじ８３と、回転モータ８４とを有している例について説明した。しかしながら、昇降駆動ユニット８０が昇降部材６１に機械的に連結されていれば、これに限られることはない。
【０１１９】
また、上述した本実施の形態においては、昇降駆動ユニット８０が、下カバー１２に設けられた収容部６０に収容された昇降部材６１を昇降させる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、昇降駆動ユニット８０は、上カバー１１に設けられた収容部７０に収容された昇降部材７１を昇降させるようにすることも可能である。
【０１２０】
以上述べた実施の形態によれば、ガイドベーンの上下の隙間を通る漏れ流れの形成を抑制して、ガイドベーンの出口流れが乱れることを防止し、効率を向上させることができる。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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は意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【０１２２】
なお、上述した各実施の形態では、水力機械の一例としてフランシス形水車を例にとって説明したが、このことに限られることはなく、フランシス形水車以外の水力機械にも、本発明を適用することができる。また、ポンプ運転を行わない水車にも当然に適用することができる。
【０１２３】
また、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態における昇降駆動ユニット３０を、第５の実施の形態における昇降駆動ユニット８０に置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１：フランシス形水車、２：ケーシング、３：ステーベーン、４：ガイドベーン、５：ランナ、１０：ガイドベーン装置、１１：上カバー、１２：下カバー、１３：スピンドル、３０：昇降駆動ユニット、６０：収容部、６１：昇降部材、７０：収容部、７１：昇降部材、８０：昇降駆動ユニット、
【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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