(57)【要約】【課題】ランナの損傷を抑制する。【解決手段】実施の形態によるフランシス水車の起動方法は、ケーシングに水を導く入口管に設けられた入口弁と、入口弁をバイパスしてケーシングに水を導くバイパス管に設けられたバイパス弁と、ケーシング内に設けられたランナに導く水の流量を調整可能なガイドベーンと、を備えたフランシス水車の起動方法である。フランシス水車の起動方法は、入口弁が閉じるとともに、バイパス弁を開くバイパス弁開工程と、バイパス弁開工程の後、入口弁を開く入口弁開工程と、ランナの周囲を流れる旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーンを最大開度の５０％以上の開度で開き、ランナの回転数を上昇させる第１回転数上昇工程と、を備える。【選択図】図５
2022001741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに水を導く入口管に設けられた入口弁と、前記入口弁をバイパスして前記ケーシングに水を導くバイパス管に設けられたバイパス弁と、前記ケーシング内に設けられたランナに導く水の流量を調整可能なガイドベーンと、を備えたフランシス水車の起動方法であって、
前記入口弁が閉じるとともに、前記バイパス弁を開くバイパス弁開工程と、
前記バイパス弁開工程の後、前記入口弁を開く入口弁開工程と、
前記ランナの周囲を流れる旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に前記ガイドベーンを最大開度の５０％以上の開度で開き、前記ランナの回転数を上昇させる第１回転数上昇工程と、を備える、フランシス水車の起動方法。
【請求項２】
前記第１回転数上昇工程は、前記入口弁開工程の後に行われる、請求項１に記載のフランシス水車の起動方法。
【請求項３】
前記第１回転数上昇工程は、前記バイパス弁開工程の前に行われる、請求項１に記載のフランシス水車の起動方法。
【請求項４】
前記第１回転数上昇工程は、前記バイパス弁開工程と前記入口弁開工程との間に行われる、請求項１に記載のフランシス水車の起動方法。
【請求項５】
ケーシングと、
前記ケーシングに水を導く入口管と、
前記入口管に設けられた入口弁と、
前記入口弁をバイパスして前記ケーシングに水を導くバイパス管と、
前記バイパス管に設けられたバイパス弁と、
前記ケーシング内に設けられたランナと、
前記ランナに導く水の流量を調整可能なガイドベーンと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記入口弁が閉じるとともに、前記バイパス弁を開くバイパス弁開工程と、
前記バイパス弁開工程の後、前記入口弁を開く入口弁開工程と、
前記ランナの周囲を流れる旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に前記ガイドベーンを最大開度の５０％以上の開度で開き、前記ランナの回転数を上昇させる第１回転数上昇工程と、を行うように、前記入口弁、前記バイパス弁および前記ガイドベーンを制御する、フランシス水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、フランシス水車の起動方法およびフランシス水車に関する。
【背景技術】
【０００２】
フランシス水車の水車運転時においては、上池からの水が入口管から入口弁を通ってケーシングに導かれる。ケーシングに流入した水は、ステーベーンおよびガイドベーンを通り、ガイドベーンによって流量が調整されて、ランナに導かれる。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。その後、水はランナから流出し、吸出し管を通って下池または放水路へ放出される。なお、入口弁の上流側と入口弁の下流側（ケーシング内）との間の圧力差を減少させて入口弁の開閉を容易にするために、入口弁をバイパスするバイパス管が設けられており、このバイパス管にバイパス弁が設けられている。
【０００３】
このようなフランシス水車は、通常、以下のようにして起動される。フランシス水車の停止時には、入口弁、バイパス弁およびガイドベーンはいずれも閉じられている。この状態で、まず、バイパス弁を開き、ケーシング内の圧力を入口弁の上流側の圧力と同程度にまで上昇させる。次に、入口弁を開き、ケーシング内に水を導入する。続いて、ガイドベーンを１０％〜２０％の範囲内の開度で開き、流入する水によりランナを回転駆動して、ランナの回転数を上昇させて定格回転数に到達させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２２０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フランシス水車の起動時において、ガイドベーンを上述した範囲内の開度で開いた場合、径方向においてガイドベーンとランナとの間に環状流路が形成され得る。この場合、ガイドベーンを通過した水がこの環状流路を流れ、ランナの周囲に旋回流れが生じ得る。この旋回流れがランナのランナ羽根に衝突することで、剥離流れが生じ得る。とりわけ、落差が大きいフランシス水車の場合、旋回流れがより高速となり、より強い剥離流れが生じ得る。この際、ランナ内部の圧力が低下し、飽和水蒸気圧以下となる場合がある。この場合、水が蒸発して水中に水蒸気泡が発生し、この水蒸気泡内の水蒸気が凝縮する瞬間に衝撃的な圧力上昇が発生し得る。これにより、衝撃荷重がランナに加わり、ランナを損傷させるおそれがある。
【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、ランナの損傷を抑制することができるフランシス水車の起動方法およびフランシス水車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】
実施の形態によるフランシス水車の起動方法は、ケーシングに水を導く入口管に設けられた入口弁と、入口弁をバイパスしてケーシングに水を導くバイパス管に設けられたバイパス弁と、ケーシング内に設けられたランナに導く水の流量を調整可能なガイドベーンと、を備えたフランシス水車の起動方法である。フランシス水車の起動方法は、入口弁が閉じるとともに、バイパス弁を開くバイパス弁開工程と、バイパス弁開工程の後、入口弁を開く入口弁開工程と、ランナの周囲を流れる旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーンを最大開度の５０％以上の開度で開き、ランナの回転数を上昇させる第１回転数上昇工程と、を備える。
【０００８】
また、実施の形態によるフランシス水車は、ケーシングと、ケーシングに水を導く入口管と、入口管に設けられた入口弁と、入口弁をバイパスしてケーシングに水を導くバイパス管と、バイパス管に設けられたバイパス弁と、ケーシング内に設けられたランナと、ランナに導く水の流量を調整可能なガイドベーンと、制御装置と、を備える。制御装置は、入口弁が閉じるとともに、バイパス弁を開くバイパス弁開工程と、バイパス弁開工程の後、入口弁を開く入口弁開工程と、ランナの周囲を流れる旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーンを最大開度の５０％以上の開度で開き、ランナの回転数を上昇させる第１回転数上昇工程と、を行うように、入口弁、バイパス弁およびガイドベーンを制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ランナの損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態によるフランシス水車の子午面断面図である。
【図２】図２は、図１のフランシス水車の上面断面図である。
【図３】図３は、実施の形態によるフランシス水車の起動方法を説明するための図であって、フランシス水車の停止時の状態を示す上面断面図である。
【図４】図４は、実施の形態によるフランシス水車の起動方法において、第１回転数上昇工程を説明するための上面断面図である。
【図５】図５は、実施の形態によるフランシス水車の起動方法におけるガイドベーンの開度およびランナの回転数を示す時間線図である。
【図６】図６は、一般的なフランシス水車の起動方法において、ガイドベーンを起動開度で開いたときの水の流れを示す部分拡大上面断面図である。
【図７】図７は、実施の形態によるフランシス水車の起動方法において、ガイドベーンを起動開度で開いたときの水の流れを示す部分拡大上面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態によるフランシス水車の起動方法およびフランシス水車について説明する。
【００１２】
まず、図１および図２を用いて、本実施の形態によるフランシス水車について説明する。なお、以下では、水車運転時の水の流れに従って説明する。
【００１３】
図１および図２に示すように、フランシス水車１は、入口系統２と、ケーシング３と、複数のステーベーン４と、複数のガイドベーン５と、ランナ６と、を備えている。
【００１４】
入口系統２は、不図示の上池からの水をケーシング３に導くように構成されている。入口系統２は、入口管２１と、入口管２１に設けられた入口弁２２と、入口弁２２をバイパスするバイパス管２３と、バイパス管２３に設けられたバイパス弁２４と、を有している。
【００１５】
入口管２１は、不図示の上池から延びる水圧鉄管とケーシング３とに接続されており、不図示の上池からの水が流れて、当該水をケーシング３に導くことができるように構成されている。
【００１６】
入口弁２２は、入口管２１に設けられており、開閉することによって、入口管２１における水の流れを許可または遮断することができるように構成されている。フランシス水車１の停止時には、入口弁２２は閉じられている。一方、フランシス水車１の運転時には、入口弁２２は開かれている。入口弁２２の開閉は、後述する制御装置Ｃにより制御されてもよい。
【００１７】
バイパス管２３は、入口管２１のうち入口弁２２の上流側の部分と入口弁２２の下流側の部分とに接続されており、入口弁２２をバイパスして水をケーシング３に導くことができるように構成されている。
【００１８】
バイパス弁２４は、バイパス管２３に設けられており、開閉することによって、バイパス管２３における水の流れを許可または遮断することができるように構成されている。フランシス水車１の停止時には、バイパス弁２４は閉じられている。一方、フランシス水車１の運転時には、バイパス弁２４は開かれている。バイパス弁２４の開閉は、後述する制御装置Ｃにより制御されてもよい。
【００１９】
ケーシング３は、渦巻き状に形成されており、入口系統２からの水が流入して、当該水が内部を流れるように構成されている。ケーシング３の内部には、複数のステーベーン４と、複数のガイドベーン５と、ランナ６とが設けられている。
【００２０】
ステーベーン４は、ケーシング３よりも内側に設けられている。ステーベーン４は、ケーシング３に流入した水をガイドベーン５およびランナ６に導くように構成されている。図２に示すように、ステーベーン４は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン４の間には、水が流れる流路が形成されている。
【００２１】
ガイドベーン５は、ステーベーン４よりも内側に設けられている。ガイドベーン５は、流入した水をランナ６に導くように構成されている。図２に示すように、ガイドベーン５は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン５の間には、水が流れる流路が形成されている。各ガイドベーン５は回動可能に構成されており、各ガイドベーン５が回動して開度Ｇを変えることにより、ランナ６に導く水の流量を調整可能になっている。ガイドベーン５の開度Ｇは、後述する制御装置Ｃにより制御されてもよい。
【００２２】
ランナ６は、ガイドベーン５よりも内側に設けられている。ランナ６は、ケーシング３に対して回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成され、ガイドベーン５から流入する水によって回転駆動される。ランナ６は、主軸７に連結されたクラウン８と、クラウン８の外周側に設けられたバンド９と、クラウン８とバンド９との間に設けられた複数のランナ羽根１０と、を有している。図２に示すように、ランナ羽根１０は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各ランナ羽根１０は、クラウン８とバンド９とにそれぞれ接合されている。ランナ羽根１０の間には、水が流れる流路（翼間流路）が形成されている。各流路をガイドベーン５からの水が流れ、各ランナ羽根１０が当該水から圧力を受けてランナ６が回転駆動される。これにより、ランナ６に流入する水のエネルギーが回転エネルギーへと変換される。
【００２３】
ランナ６には、主軸７を介して発電機１１が連結されている。発電機１１は、水車運転時には、ランナ６の回転エネルギーが伝達されて発電を行うように構成されている。
【００２４】
ランナ６の下流側には、吸出し管１２が設けられている。吸出し管１２は、不図示の下池または放水路に連結されており、ランナ６を回転駆動させた水が、圧力を回復して、下池または放水路に放出されるようになっている。
【００２５】
なお、発電機１１は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ６を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、吸出し管１２を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、フランシス水車１を、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能になる。この際、ガイドベーン５の開度Ｇは、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
【００２６】
また、本実施の形態によるフランシス水車１は、制御装置Ｃを備えている。
【００２７】
制御装置Ｃは、上述した入口弁２２、バイパス弁２４およびガイドベーン５を制御可能に構成されている。制御装置Ｃは、フランシス水車１の起動時に、後述するバイパス弁開工程と、後述する入口弁開工程と、後述する第１回転数上昇工程と、後述する第２回転数上昇工程と、を行うように、入口弁２２、バイパス弁２４およびガイドベーン５を制御する。より具体的には、制御装置Ｃは、まず、バイパス弁開工程において、バイパス弁２４を開くように、バイパス弁２４を制御する。次に、制御装置Ｃは、入口弁開工程において、入口弁２２を開くように、入口弁２２を制御する。続いて、制御装置Ｃは、第１回転数上昇工程において、後述する旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％以上の開度Ｇ１で開き、ランナ６の回転数Ｎを上昇させるように、ガイドベーン５を制御する。その後、制御装置Ｃは、第２回転数上昇工程において、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％未満の開度Ｇ２で開いて、ランナ６の回転数Ｎを更に上昇させて定格回転数Ｎ０に到達させるように、ガイドベーン５を制御する。
【００２８】
次に、図３〜図７を用いて、本実施の形態によるフランシス水車の起動方法について説明する。
【００２９】
本実施の形態によるフランシス水車１の起動方法は、バイパス弁２４を開くバイパス弁開工程と、入口弁２２を開く入口弁開工程と、ランナ６の回転数Ｎを上昇させる第１回転数上昇工程と、ランナ６の回転数Ｎを更に上昇させてランナ６の回転数Ｎを定格回転数Ｎ０に到達させる第２回転数上昇工程と、を備えている。図３に示すように、フランシス水車１の停止時には、入口弁２２、バイパス弁２４およびガイドベーン５は閉じられている。
【００３０】
この状態で、まず、バイパス弁開工程が行われる。このバイパス弁開工程においては、入口弁２２およびガイドベーン５が閉じた状態で、バイパス弁２４が開かれる。これにより、上池からの水が入口管２１からバイパス管２３に流れ、バイパス弁２４を通って、ケーシング３内に導かれる。このため、ケーシング３内の水の圧力が上昇し、入口弁の上流側とケーシング内との間の圧力差が減少する。
【００３１】
バイパス弁開工程の後に、入口弁開工程が行われる。この入口弁開工程においては、バイパス弁２４が開き、かつガイドベーン５が閉じた状態で、入口弁２２が開かれる。これにより、上池から多くの水が入口弁２２を通ってケーシング３内に導かれる。
【００３２】
入口弁開工程の後に、第１回転数上昇工程が行われる。この第１回転数上昇工程においては、入口弁２２およびバイパス弁２４が開いた状態で、図４に示すように、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０（機械的最大開度）の５０％以上の開度Ｇ１（起動開度Ｇ１）で開き、ランナ６の回転数Ｎを上昇させる。ガイドベーン５は、後述する旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に、起動開度Ｇ１で開かれる。第１回転数上昇工程は、ガイドベーン５の開度Ｇを起動開度Ｇ１まで上昇させる開度上昇工程と、ガイドベーン５の開度Ｇを起動開度Ｇ１で維持する起動開度維持工程と、を含んでいる。
【００３３】
図５には、ガイドベーン５の開度Ｇおよびランナ６の回転数Ｎを示す時間線図の一例が示されている。図５の（ａ）のグラフにおいては、横軸は時刻Ｔを示し、縦軸はガイドベーン５の開度Ｇを示している。図５の（ｂ）のグラフにおいては、横軸は時刻Ｔを示し、縦軸はランナ６の回転数Ｎを示している。
【００３４】
第１回転数上昇工程においては、まず、図５に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に開度上昇工程が行われる。この工程においては、ガイドベーン５を開くように回動させて、ガイドベーン５の開度Ｇを０％（閉じた状態）から起動開度Ｇ１にまで上昇させる。これにより、ケーシング３内に流入した水が、ガイドベーン５の間の各流路を流れて、ランナ６に流入し始める。ここで、この時刻Ｔ２においては、後述する旋回流れ３１の流速は９０ｍ／ｓｅｃに到達していない。
【００３５】
次に、図５に示すように、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に起動開度維持工程が行われる。この工程においては、ガイドベーン５の開度Ｇを起動開度Ｇ１で維持する。この間、ケーシング３内に流入した水は、ガイドベーン５の間の各流路を流れて、ランナ６に流入し続ける。ランナ６に流入した水は、ランナ羽根１０の間の各流路を流れる。この流路を流れる水からランナ羽根１０が圧力を受けて、ランナ６が回転駆動され、ランナ６の回転数Ｎが上昇する。これにより、図５に示すように、ランナ６の回転数Ｎを、時刻Ｔ３で所定の目標回転数Ｎ１まで上昇させることができる。ここで、目標回転数Ｎ１は、ランナ６の定格回転数Ｎ０（到達目標回転数）よりも小さく、例えばランナ６の定格回転数Ｎ０の２０％以上９５％以下であってもよい。
【００３６】
一般に、フランシス水車１の起動時には、ガイドベーン５は、最大開度Ｇ０の５０％未満、例えば１０％以上２０％以下の起動開度で開かれる。この場合、図６に示すように、径方向においてガイドベーン５とランナ６との間に環状流路３０が形成され得る。これにより、ガイドベーン５の間の各流路を流れた水が、この環状流路３０を流れ、ランナ６の周囲に旋回流れ３１が生じ得る。この旋回流れ３１がランナ羽根１０に衝突することで、剥離流れ３２が生じ得る。とりわけ、旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃ以上である場合に、強い剥離流れ３２が生じ易い。この際、ランナ６の内部の圧力が低下し、飽和水蒸気圧以下となる場合がある。この場合、水が蒸発して水中に水蒸気泡が発生し、この水蒸気泡内の水蒸気が凝縮する瞬間に衝撃的な圧力上昇が発生し得る。これにより、衝撃荷重がランナ６に加わり、ランナ６を損傷させるおそれがある。
【００３７】
これに対して本実施の形態では、フランシス水車１の起動時には、旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に、ガイドベーン５が最大開度Ｇ０の５０％以上の起動開度Ｇ１で開かれる。このことにより、図７に示すように、回動したガイドベーン５により径方向におけるガイドベーン５とランナ６との間の間隔を小さくすることができ、環状流路３０の幅を狭めることができる。すなわち、旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に、ガイドベーン５により環状流路３０を塞ぐことができる。このため、ガイドベーン５の間の各流路を流れた水が、環状流路３０を流れることが抑制され、図７の太矢印に示すように、ランナ羽根１０の間の各流路をスムースに流れることができる。これにより、旋回流れ３１の発達が抑制され、剥離流れ３２の発生が抑制される。この結果、剥離流れ３２に伴う衝撃荷重がランナ６に加わることが抑制され、ランナ６の損傷が抑制される。
【００３８】
第１回転数上昇工程の後に、第２回転数上昇工程が行われる。この第２回転数上昇工程においては、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％未満の開度Ｇ２（無負荷開度Ｇ２）で開いて、ランナ６の回転数Ｎを更に上昇させて定格回転数Ｎ０に到達させる。第２回転数上昇工程は、ガイドベーン５の開度Ｇを無負荷開度Ｇ２にまで下降させる開度下降工程と、ガイドベーン５の開度Ｇを無負荷開度Ｇ２で維持する無負荷開度維持工程と、を含んでいる。
【００３９】
第２回転数上昇工程においては、まず、図５に示すように、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間に開度下降工程が行われる。この工程においては、ガイドベーン５を閉じるように回動させて、ガイドベーン５の開度Ｇを起動開度Ｇ１から無負荷開度Ｇ２にまで下降させる。
【００４０】
次に、図５に示すように、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間に無負荷開度維持工程が行われる。この工程においては、ガイドベーン５の開度Ｇを無負荷開度Ｇ２で維持する。この間、ランナ６に流入する水によってランナ６が回転駆動され、ランナ６の回転数Ｎが更に上昇する。これにより、図５に示すように、ランナ６の回転数Ｎを、時刻Ｔ５で定格回転数Ｎ０に到達させることができる。
【００４１】
ここで、無負荷開度Ｇ２は、上述したように、最大開度Ｇ０の５０％未満の開度であるが、より具体的には、最大開度Ｇ０の５％以上１５％以下の開度であってもよい。
【００４２】
なお、上述したバイパス弁開工程、入口弁開工程、第１回転数上昇工程および第２回転数上昇工程において、入口弁２２の開閉、バイパス弁２４の開閉およびガイドベーン５の開度Ｇの調整は、制御装置Ｃにより行われてもよい。しかしながら、制御装置Ｃによらず、作業員により手動で操作されてもよい。
【００４３】
このようにして、ランナ６の回転数Ｎが定格回転数Ｎ０に到達し、本実施の形態によるフランシス水車１が起動される。その後、フランシス水車１は通常運転（負荷運転）が行われ、ランナ６の回転エネルギーが発電機１１に伝達されて、発電機１１による発電が行われる。
【００４４】
このように本実施の形態によれば、フランシス水車１の起動時の第１回転数上昇工程において、旋回流れ３１の流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に、ガイドベーン５が最大開度Ｇ０の５０％以上の開度Ｇ１で開かれる。このことにより、旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前に、回動したガイドベーン５により環状流路３０を塞ぐことができる。これにより、ガイドベーン５の間の各流路を流れた水が、環状流路３０を流れることを抑制することができ、旋回流れ３１の発達を抑制することができる。このため、剥離流れ３２の発生を抑制することができる。この結果、剥離流れ３２に伴う衝撃荷重がランナ６に加わることを抑制することができ、ランナの損傷を抑制することができる。また、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％以上の開度Ｇ１で開くことにより、ランナ６に流入する水の流量を増大させることができる。このため、ランナ６の回転数Ｎを速やかに上昇させることができ、フランシス水車１の起動時間を短縮することができる。
【００４５】
（第１変形例）
上述した実施の形態において、第１回転数上昇工程が、入口弁開工程の後に行われる例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、第１回転数上昇工程は、バイパス弁開工程の前に行われてもよい。すなわち、上述した実施の形態によるフランシス水車１の起動方法において、バイパス弁開工程、入口弁開工程、第１回転数上昇工程、第２回転数上昇工程がこの順に行われていたが、第１回転数上昇工程、バイパス弁開工程、入口弁開工程、第２回転数上昇工程の順に行われてもよい。
【００４６】
この場合、第１回転数上昇工程において、入口弁２２およびバイパス弁２４が閉じた状態で、ガイドベーン５が最大開度Ｇ０の５０％以上の起動開度Ｇ１で開かれる。これにより、フランシス水車１の停止時にケーシング３の内部に貯留されていた水が、ランナ６に導かれ、当該水からランナ羽根１０が圧力を受けて、ランナ６が回転駆動される。このため、ランナ６の回転数Ｎが上昇する。
【００４７】
次に、バイパス弁開工程において、入口弁２２が閉じ、かつガイドベーン５が開いた状態で、バイパス弁２４が開かれる。これにより、上池からの水が入口管２１からバイパス管２３に流れ、バイパス弁２４を通って、ケーシング３内に導かれる。このため、ケーシング３内の水の圧力が上昇し、入口弁の上流側とケーシング内との間の圧力差が減少する。
【００４８】
続いて、入口弁開工程において、ガイドベーン５およびバイパス弁２４が開いた状態で、入口弁２２が開かれる。これにより、上池から多くの水が入口弁２２を通ってケーシング３内に導かれる。ケーシング３内に流入した水は、ガイドベーン５の間の各流路を流れて、ランナ６に導かれ、当該水からランナ羽根１０が圧力を受けて、ランナ６が回転駆動される。これにより、ランナ６の回転数Ｎが更に上昇する。
【００４９】
そして、第２回転数上昇工程において、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％未満の無負荷開度Ｇ２で開いて、ランナ６の回転数Ｎを更に上昇させて定格回転数Ｎ０に到達させる。
【００５０】
このように第１回転数上昇工程がバイパス弁開工程の前に行われる場合であっても、第１回転数上昇工程において、旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％以上の開度Ｇ１で開くことにより、旋回流れ３１の発達を抑制することができる。これにより、剥離流れ３２の発生を抑制することができる。この結果、剥離流れ３２に伴う衝撃荷重がランナ６に加わることを抑制することができ、ランナの損傷を抑制することができる。
【００５１】
（第２変形例）
また、上述した実施の形態において、第１回転数上昇工程は、バイパス弁開工程と入口弁開工程との間に行われてもよい。すなわち、上述した実施の形態によるフランシス水車１の起動方法において、バイパス弁開工程、第１回転数上昇工程、入口弁開工程、第２回転数上昇工程の順に行われてもよい。
【００５２】
この場合、バイパス弁開工程において、入口弁２２およびガイドベーン５が閉じた状態で、バイパス弁２４が開かれる。これにより、上池からの水が入口管２１からバイパス管２３に流れ、バイパス弁２４を通って、ケーシング３内に導かれる。このため、ケーシング３内の水の圧力が上昇し、入口弁の上流側とケーシング内との間の圧力差が減少する。
【００５３】
次に、第１回転数上昇工程において、入口弁２２が閉じ、かつバイパス弁２４が開いた状態で、ガイドベーン５が最大開度Ｇ０の５０％以上の起動開度Ｇ１で開かれる。これにより、フランシス水車１の停止時にケーシング３の内部に貯留されていた水が、ランナ６に導かれ、当該水からランナ羽根１０が圧力を受けて、ランナ６が回転駆動される。このため、ランナ６の回転数Ｎが上昇する。
【００５４】
続いて、入口弁開工程において、バイパス弁２４およびガイドベーン５が開いた状態で、入口弁２２が開かれる。これにより、上池から多くの水が入口弁２２を通ってケーシング３内に導かれる。ケーシング３内に流入した水は、ガイドベーン５の間の各流路を流れて、ランナ６に導かれ、当該水からランナ羽根１０が圧力を受けて、ランナ６が回転駆動される。これにより、ランナ６の回転数Ｎが更に上昇する。
【００５５】
そして、第２回転数上昇工程において、ガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％未満の無負荷開度Ｇ２で開いて、ランナ６の回転数Ｎを更に上昇させて定格回転数Ｎ０に到達させる。
【００５６】
このように第１回転数上昇工程がバイパス弁開工程と入口弁開工程との間に行われる場合であっても、第１回転数上昇工程において、旋回流れの流速が９０ｍ／ｓｅｃに到達する前にガイドベーン５を最大開度Ｇ０の５０％以上の開度Ｇ１で開くことにより、旋回流れ３１の発達を抑制することができる。これにより、剥離流れ３２の発生を抑制することができる。この結果、剥離流れ３２に伴う衝撃荷重がランナ６に加わることを抑制することができ、ランナの損傷を抑制することができる。
【００５７】
以上述べた実施の形態によれば、ランナの損傷を抑制することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これらの新規な実施の形態は、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。これらの実施の形態やその変形は、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。
【００５９】
なお、上述した実施の形態では、フランシス水車がポンプ運転を行うことができるポンプ水車であ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、フランシス水車は、ポンプ運転を行わないように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１：フランシス水車、３：ケーシング、５：ガイドベーン、６：ランナ、２１：入口管、２２：入口弁、２３：バイパス管、２４：バイパス弁、Ｃ：制御装置、Ｇ：開度、Ｇ０：最大開度、Ｇ１：起動開度、Ｇ２：無負荷開度、Ｎ：回転数、Ｎ０：定格回転数
【図１】
2022001741.tif 000003
【図２】
2022001741.tif 000004
【図３】
2022001741.tif 000005
【図４】
2022001741.tif 000006
【図５】
2022001741.tif 000007
【図６】
2022001741.tif 000008
【図７】
2022001741.tif 000009