(57)【要約】【課題】渦流の発生を抑制することにより水車の効率を向上させるとともに、振動や騒音の発生を防止できる立軸バルブ水車発電設備を提供することである。【解決手段】水車軸と発電機軸とが鉛直方向に配置された立軸バルブ水車と、立軸バルブ水車が配置され立方向に水を流す立方向流路１０と、立方向流路１０の上部に位置し立方向流路１０の導水口１０ａ付近まで水平方向に水を流す水平流路１３と、水平流路１３の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路１０の導水口１０ａ付近の水面付近に水面にほぼ水平となるように配置された水平整流板１５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2007120461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車軸と発電機軸とが鉛直方向に配置された立軸バルブ水車と、前記立軸バルブ水車が配置され立方向に水を流す立方向流路と、前記立方向流路の上部に位置し前記立方向流路の導水口付近まで水平方向に水を流す水平流路部と、前記水平流路の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路の導水口付近の水面付近に水面にほぼ水平となるように配置された水平整流板とを備えたことを特徴とする立軸バルブ水車発電設備。
【請求項２】
前記水平整流板は、上下面を貫通する連通口を備えたことを特徴とする請求項１記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項３】
前記水平整流板は、外枠を形成する水平整流板枠と、前記水平整流板枠の２辺に対して平行に設けられた複数の整流片とを備えたことを特徴とする請求項１記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項４】
前記水平整流板を発電所建屋に支持する支持装置を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項５】
前記水平流路の水面高さに連動して前記水平整流板の位置を調整する水平整流板位置調整装置を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項６】
前記水平整流板位置調整装置は、水平流路の水面高さが渦を発生させる高さになったとき前記水平整流板を前記水平流路の水面に下ろすことを特徴とする請求項５記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項７】
水車軸と発電機軸とが鉛直方向に配置された立軸バルブ水車と、前記立軸バルブ水車が配置され立方向に水を流す立方向流路と、前記立方向流路の上部に位置し前記立方向流路の導水口付近まで水平方向に水を流す水平流路部と、前記水平流路の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路の導水口付近の水面付近に立方向流路を取り囲むように鉛直方向に配置された鉛直整流板とを備えたことを特徴とする立軸バルブ水車発電設備。
【請求項８】
前記鉛直整流板の上部に前記水平流路の水面高さに応じて上下可動する整流可動板を設けたことを特徴とする請求項７記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項９】
前記鉛直整流板の前記立方向流路に対向する表面に突起部を設けたことを特徴とする請求項７記載の立軸バルブ水車発電設備。
【請求項１０】
前記突起部は、前記鉛直整流板の水面側に設けたことを特徴とする請求項９記載の立軸バルブ水車発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車軸と発電機軸とが鉛直方向に配置された立軸バルブ水車を備えた立軸バルブ水車発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
立軸バルブ水車は、立方向流水に沿う方向に水車軸が配置され発電機が流水中に配置される水力発電設備である。図２２は低落差に適用される立軸バルブ水車発電設備の平面図、図２３は立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。
【０００３】
図２３に示すように、立軸バルブ水車はたまご型をしたバルブ１の内部に発電機を収納し、端部にランナ５を有して構成される。ランナ５は複数のランナベーン５ａとランナボス５ｂによって構成されており、ランナボス５ｂはランナベーン５ａを保持する。立軸バルブ水車は立方向流路１０に配置される。たまご型をしたバルブ１の内部には発電機固定子２および発電機回転子３を主要構成部材とした発電機が内蔵され、発電機回転子３には主軸４が結合されており、その主軸４の先端部にはランナ５が取り付けられている。
【０００４】
ランナ５の上流には流量を調節するガイドベーン６が複数枚円周状に配置されており、これらの外周部に位置するゲートリング７とリンク機構により連動する。さらに、その上流にはバルブ１を支えるためのステー８と呼ばれる支持部材がバルブ１の本体から立方向流路１０の外壁に向かって放射状に設置されている。さらに、発電機内部を点検するための点検口９がバルブ１の上部と下部（図示せず）にそれぞれ設置されており、これもバルブ１を支える重要の構造物のひとつとなっている。
【０００５】
水車の運転中の水の流れ方向を図２２および図２３中の矢印にて示す。水平流路１３の上部の自由水面１６から立方向流路１０の入口である導水口１０ａに水は流れる。立方向流路１０の内部に導かれた水は、立方向流路１０の中央部のバルブ１を取り囲むように下方に向かって流れ、ガイドベーン６によって整流されてランナ５へと導かれる。ランナ５内で仕事をした水はその下流に位置する吸出し管１１へと流出し下池へと導かれる。
【０００６】
ここで、立軸バルブ水車発電設備は比較的落差の低い地点に適用されることから、水平流路１３の上部の自由水面１６から立方向流路１０の入口である導水口１０ａに至るまでの距離Lがフランシス水車等に比べて短い。また、フランシス水車等に比べて水車内を流れる水量が相対的に多いことから、水車を運転した際に流路水面から水車に向かっては吸込み渦といわれる強い旋回を持ったロープ状の空気吸込み渦流１２が局所的に発生する。
【０００７】
渦流の発生を抑制するようにした立軸バルブ型水車発電設備として、発電機を内部に収納するバルブの上面部に整流棒の一端を固定支持し、整流棒の他端を流水路に突出して発電所天井にまで延長し天井で固定支持し、水車に向かって発生し得る渦流の影響を抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この渦流１２は水車の運転によって水が急激に水平流路から水車流路である立方向流路１０へと吸引されることがきっかけとなって発生するものであり、一度生じた渦流は水面から水車へと途切れることなく連続的に発生する。このため、水車にはこの渦流により多大な損失が発生したり、水平流路水面１６の不安定現象が生じ、水車運転状態に変動が生じ水車主機をはじめとする機器の運転にも振動、騒音といった深刻な問題を引き起こす。
【０００９】
また、この渦流は水が流れる流路の形状に密接に関係するとされ、立軸バルブ水車の場合は、水平流路１３から立方向流路１０に移行する付近の流れに乱れた流れがある場合に、旋回方向の流れを増幅し渦流となって成長するものである。また、水面の著しい動揺現象が生じた際も水の流れを乱す原因となり渦流が発達することになる。
【００１０】
この渦流を回避する手段としては、立軸バルブ水車へと水を導くための立方向流路の導水口１０ａと水平流路１３の水面との間の距離Ｌを大きくするようにバルブ水車を設置することが最も効果的であるが、これらの条件は発電所建設コストの増大につながる。汎用のポンプではこのような吸い込み渦を回避する手段としては、吸込み配管形状の適正化や旋回流防止の吸込み装置が考察されているが立軸バルブ水車にいたってはそのようなものが提案化されていない。
【００１１】
このように、立軸バルブ水車発電設備においては水車の流水路を形成する水面には水車運転による空気吸込み渦流が水車に向かって発生する。この渦により水車性能が悪化するとともに、渦流の発生によって水車運転状態が不安定となり振動・騒音といった問題が発生し運転に支障をきたす。立軸バルブ水車は低落差領域に適用する水車であることから比較的小さな損失であっても有効落差に対する比率としてあらわされる水車損失の観点からは、無視できない大きなものになる。
【００１２】
本発明の目的は、渦流の発生を抑制することにより水車の効率を向上させるとともに、振動や騒音の発生を防止できる立軸バルブ水車発電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の立軸バルブ水車発電設備は、水車軸と発電機軸とが鉛直方向に配置された立軸バルブ水車と、前記立軸バルブ水車が配置され立方向に水を流す立方向流路と、前記立方向流路の上部に位置し前記立方向流路の導水口付近まで水平方向に水を流す水平流路部と、前記水平流路の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路の導水口付近の水面付近に水面にほぼ水平となるように配置された水平整流板とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、整流板により立方向流路の導水口と水平流路の自由水面との距離を長くすることができるとともに、導水口上面の水面が変動することを防止することができる。従って、水平流路１３内の流れに乱れた流れが存在したとしても、この整流板を装備することで渦流を発達させることがない。これにより、水車の効率を向上させるとともに振動や騒音の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図２は本発明の第１の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第１の実施の形態は、図２２および図２３に示した従来例に対し、水平流路の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路の導水口付近の水面付近に水面にほぼ水平となるように水平整流板１５を設けたものである。図２２および図２３に示した従来例と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１６】
第１の実施の形態では、発電機を内部に収納するバルブ１と呼ばれる内筒を取り巻くように構成される立軸バルブ水車の立方向流路１０に、この立軸バルブ水車の上池である水平流路１３から水を取り入れるための導水口１０ａの水面１６付近に、水面にほぼ水平となるような水平整流板１５を設置する。
【００１７】
この水平方向の水平整流板１５は導水口１０ａから水平流路１３の上面の自由水面１６までの距離を長くするためのものであるとともに、水面の動揺を抑えるものである。導水口１０ａと水平流路水面１６との垂直距離が極端に短い立軸バルブ水車においては、空気吸込み渦流が発生しやすいが、乱れた流れが流路内に存在する場合に加速され、水面の動揺が加わった場合にさらに渦流の発生が加速されると考えられる。  
立軸バルブ水車の流路である立方向流路１０の上部に発生するロープ状の渦流は、水が立軸バルブ水車の吸出し管１１から下流の放水路へ大量に急激に流れ出すことがきっかけとなるが、立方向流路１０の導水口１０ａ上部の水面には上流流路からの水の流入条件、風等の気象条件による水面波打ち現象と水車の運転により水面動揺現象が発生しやすい。この現象は水面の高い状態と低い状態が繰り返し生じることになるため水流に乱れた流れが発生し渦流が発達することにもなる。
【００１８】
第１の実施の形態では、この水平整流板１５により、導水口１０ａと水平流路１３の自由水面１６との距離を長くするので、導水口１０ａ上面の水面が変動することを防止することができる。また、仮に水平流路内の流れに乱れた流れが存在した場合でも、この水平整流板１５を装備することで渦流を発達させることがない。この水平整流板１５の大きさについては、立軸バルブ水車の立方向流路１０の最大幅をＤｓとするとき、水平整流板１５を形成する各辺の長さ寸法を、最低でも、その最大幅Ｄｓの１．５倍以上の長さを有することでより大きい効果を発揮できる。
【００１９】
この水平整流板１５は水面１６に浮かべることでその機能を十分に発揮することができるために、特に強度を必要とせず耐水性を満足できるものであればよい。また、図１および図２には示さないが、この水平整流板１５に浮きを備えることで水面付近に設置することが可能であり、さらに、発電所建屋からくさり等により停留することも可能である。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態によれば、水平整流板１５を設置するだけで渦の発生を防止することができるので、低コストで容易に水車の効率を向上させるとともに振動や騒音の発生を防止できる。また、この水平整流板１５は低落差水車で特に傾注される短時間内での水位変動現象によって引き起こされる水車出力動揺現象の防止にも貢献できることから安定した水車運転を提供することができる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図４は本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第２の実施の形態は、図１および図２に示した第１の実施の形態に対し、水平整流板に上下面を貫通する連通口１５ａを設けたものである。図１および図２に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２２】
発電機を内部に収納するバルブ１と呼ばれる内筒を取り巻くように構成される立軸バルブ水車の立方向流路１０に、この立軸バルブ水車の上池に相当する水平流路１３から水を取り入れるための導水口１０ａの水面１６付近に水平整流板１５を設置する。この水平整流板１５には板厚方向に貫通する連通口１５ａが設けられている。
【００２３】
この水平整流板１５は導水口１０ａ付近の水面の波打ち現象を防止し、水平流路部１３の流れを整流して均一化させる役割を有するものである。また、この水平整流板１５の上下面間を貫通する連通口１５ａは、水平整流板１５の直下の水圧力と外気圧（大気圧）と同一とし水車運転時に水平整流板１５全体が水車方向に吸引されようとする力の発生を防止するものである。連通口１５ａの大きさについては特に限定する必要はないが、水平整流板の大きさＬｓに対して０．１×Ｌｓ程度の大きさとすることが望ましい。
【００２４】
以上の説明では、水平整流板１５に連通孔１５ａを設けた場合について説明したが、図５および図６に示すように、水平整流板１５を整流片１５ｂの組み合わせ構造として構成し、水平整流板１５の直下の水圧力と外気圧（大気圧）と同一するようにしてもよい。
【００２５】
図５に示すように、整流板を形成する整流板枠１５ｃを骨格形状として、その内側には長尺の複数枚の整流片１５ｂが整流枠１５ｃの対角する２辺に対して平行となるように設けられている。隣り合う整流片１５ｂの取付け間隔については特に限定する必要はないが、水平整流板１５の大きさＬｓに対して０．１×Ｌｓ程度の間隔が望ましい。なお、図５では、流水に対して平行となるように長尺の整流片１５ｂを構成しているが、流水を横切る方向での構成としても本来の水平整流板１５の機能を損なうものではない。このように、図５および図６に示す骨格形状とした水平整流板１５であっても水平整流板１５の直下の水圧力と外気圧とを同じにすることが可能である。
【００２６】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、水車運転中に水平整流板１５が水車側に吸引されようとする力の発生を防止することができ、安定した水位条件を提供することができる。また、水平整流板１５の軽量化を達成することができるので保守性にも優れ信頼性を向上することができる。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図７は本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図８は本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第３の実施の形態は、図５および図６に示した第２の実施の形態に対し、水平整流板を発電所建屋２０に支持する支持装置１４を設けたものである。図５および図６に示した第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２８】
発電機を内部に収納するバルブ１と呼ばれる内筒を取り巻くように構成される立軸バルブ水車の立方向流路１０に、この立軸バルブ水車の上池に相当する水平流路１３から水を取り入れるための導水口１０ａの水面に水平方向に水平整流板１５を配置する。そして、水平整流板１５の上部に位置する発電所建屋２０の天井付近から支持装置１４によって水平整流板１５を支持固定する。
【００２９】
水平整流板１５の役割は、導水口１０ａから自由水面１６までの距離を長くすることと、導水口１０ａに流入する前の水平流路１３の流れを安定させるためのものである。特に、外乱によって引き起こされる水面１６の波打ち現象を防止することで水の流れを安定化し、かつ水の流れの不均一により発生する渦流を防止する。
【００３０】
このため、水平整流板１５を常に立軸バルブ水車の導水口１０ａの上部の水面１６付近位置に保持することが必要である。このために水の流れによって設置位置が変動しないように発電所建屋から支持するものである。
【００３１】
以上の説明では、支持装置１４により水平整流板１５を発電所建家２０に支持固定したが、水平流路１３の水面１６の高さに連動して水平整流板１５の位置を調整するようにしてもよい。図９および図１０に示すように、水平流路１３の水面１６の高さを検出する水面計１７、水平整流板１５の上げ下げをする引き揚げ装置１８、水平流路１３の水面１６の高さに連動して引き揚げ装置１８を駆動し水平整流板１５の位置を調整する制御装置２１からなる水平整流板位置調整装置を設ける。そして、発電所に供えた水面計１７によって水平流路１２の水面１６の高さを測定し、制御装置２１は、その水面１６の高さに応じた最適位置に引揚げ装置１８によって水平整流板１５を上下に可動する。
【００３２】
このように、水車の運転状態あるいは河川水量によって変動する水平流路の水面高さと連動させて、水平整流板１５を上下に可動することによって常に安定した水平流路１３の水の流れが確立できる。
【００３３】
なお、水面付近にこの水平整流板１５を設置することで水面の波打ち現象を防止できるので、この水平整流板１５の設置保持位置精度は必要とせず、短時間周期に頻繁に可動させる必要はないので複雑な制御も不要である。また、水平整流板１５自体は重量物であるが、水中に存在することで水の浮力が助力となるので引き揚げ装置１８も大容量のものは不要であるという利点がある。
【００３４】
第３の実施の形態によれば、水平整流板１５を常に立軸バルブ水車の導水口１０ａの上部の水面１６付近位置に保持するので、水面１６の波打ち現象を防止でき水の流れを安定化し、水の流れの不均一により発生する渦流を防止できる。また、水平流路の水面高さと連動させて水平整流板１５を上下に可動するので、常に安定した水平流路１３の水の流れが確立できる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図１１は本発明の第４の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図、図１２は水車出力と水車流量（流路水面高さ）との相関関係の一例を示す特性図、図１３は本発明の第４の実施の形態における水平整流板位置調整装置の処理内容を示すフローチャートである。図１１に示すように、水平整流板１５の上げ下げをする引き揚げ装置１８、引き揚げ装置１８を駆動し水平整流板１５の位置を調整する制御装置２１からなる水平整流板位置調整装置を設け、水平流路の水面高さが渦を発生させる高さになったときに水平整流板を前記水平流路の水面に下ろすようにしたものである。
【００３６】
水平方向の水平整流板１５は、立軸バルブ水車の上池に相当する水平流路１３から水を取り入れるための立方向流水路１０の導水口１０ａの水面付近に設けられている。水平整流板位置調整装置の制御装置２１は、図１２に示す水車出力と水車流量（流路水面高さ）との相関特性曲線を記憶しており、立軸バルブ水車の運転条件から求めた水車流量と水平流路水面高さの関係に応じて、引き揚げ装置１８を駆動し水平整流板１５を上下に可動させる。
【００３７】
前述したように、立軸バルブ水車は、立方向流路１０の導水口１０ａと水平流路１３の水面１６まで距離Ｌが渦流の発生の有無に関係する。水平流路１３の水面１６の高さは、水平流路１３に流れ込む河川水量と立軸バルブ水車の運転条件とによって決定される。
【００３８】
図１２は、立軸バルブ水車による水車運転時の水車出力と水車流量（水平流路１３の水面１６の高さ）との相間関係の一例を示す特性図である。図１２では、水車の出力が増加するとともに水車流量も増加し、水平流路１２の水面１６の高さも低下する特性が示されている。この一例では、水平流路１３の水面１６の高さが定常時の８０％まで低下したときに、水平流路１３の水面１６から渦流が発生することを示している。この渦流発生予測点は、予め簡易モデルでの模擬実験などにより得られた情報をもとに作成している。
【００３９】
図１３は、水平整流板位置調整装置の制御装置２１での水平整流板１５の位置設定制御の処理内容を示すフローチャートである。すなわち、立軸バルブ水車の運転指令があると（Ｓ１）、立軸バルブ水車のガイドベーン開度が調整されて、立軸バルブ水車の出力が要求水車出力になるように水車流量が調整される（Ｓ２）。そして、調整された水車流量が渦を発生させる水平流路１３の水面１６の高さになったか否かを判定し（Ｓ３）、渦を発生させる水平流路１３の水面１６の高さになったときは、水平整流板１５を水平流路１３の水面１６に下ろす（Ｓ４）。一方、渦を発生させる水平流路１３の水面１６の高さでなないときは、水平整流板１５を下ろさずにそのままの運転とする（Ｓ５）。
【００４０】
このように、図１２で示したような水車流量と水平流路の水面１６の高さとの関係をあらかじめ求めておくことにより渦流の発生を予測し、渦流の発生があると判断されるときには、水平整流板１５を下ろす。つまり、水平整流板１５の位置設定制御に立軸バルブ水車の予定運転工程を組み入れたものである。
【００４１】
第４の実施の形態によれば、立軸バルブ水車を運転する条件をあらかじめ水平整流板１５の制御条件とすることで、水車運転による水平流路１３の水面１６の高さの変化に的確に追従させることができる。このため、仮に空気吸込み渦流が発達すると予測された領域であってもこの発生を回避することができる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
図１４は本発明の第５の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図１５は本発明の第５の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第５の実施の形態は、図１および図２に示した第１の実施の形態に対し、水平整流板１５に代えて、水平流路１３の水平流れが鉛直方向流れに移行する立方向流路１０の導水口１０ａ付近の水面付近に立方向流路１０を取り囲むように鉛直方向に鉛直整流板１９を配置するようにしたものである。図１および図２に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４３】
図１４および図１５に示すように、立軸バルブ水車の立方向流路の導水口１０ａ付近の水平流路１３に、立方向流路１０の導水口１０ａを取り囲むように鉛直方向の鉛直整流板１９が設けられている。この鉛直整流板１９は立軸バルブ水車の導水口１０ａを取り囲むように、流れの上流側の一箇所を開放し、他の三方を閉塞するように設けられている。そして、立軸バルブ水車の立方向流路１０の流れ方向の中心線を境界に水平方向の流れに対して左右方向に対称となるような形状に形成されている。
【００４４】
水が水平流路１３の外壁１３ａに衝突した際のはね返り水が水車に影響を及ぼすことがないように立軸バルブ水車の専用流路を形成したものである。このため、鉛直整流板１９の上面位置も水平流路水面１６よりも高く構成してある。
【００４５】
ここで、立軸バルブ水車の周辺の流れを均一化する手段として、水平流路１３を形成する外壁１３ａの形状を立軸バルブ水車の中心に対して対称形とすると、乱れた流れを抑制することができ、渦流の発生を防止する手段として有効であるが、現実にはこれらは全て土木構造物であり、周辺の立地条件や環境条件等から決定されることになる。このため、一般に、立軸バルブ水車の据付とは別観点から設計製造されることになり、渦流発生防止の観点に配慮した要求を十分満足することはできない。その点、第５の実施の形態では、この鉛直整流板１９は立軸バルブ水車周りのある特定領域に限定することで対応できるために、水車設計製造の範疇として扱うことができるという利点がある。
【００４６】
第５の実施の形態によれば、鉛直整流板１９を設けて立軸バルブ水車の専用流路を形成するので、流路形状の不均一等の不具合によって発生する渦流を防止できる。
【００４７】
（第６の実施の形態）
図１６は本発明の第６の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図１７は本発明の第６の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第６の実施の形態は、図１４および図１５に示した第５の実施の形態に対し、鉛直整流板１９の上部に水平流路１３の水面高さに応じて上下可動する整流可動板１９ａを設けたものである。図１４および図１５に示した第５の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４８】
図９および図１０に示すように、立軸バルブ水車の立方向流路の導水口１０ａ付近の水平流路１３に、立方向流路１０の導水口１０ａを取り囲むように鉛直方向の鉛直整流板１９が設けられ、この鉛直整流板１９の上部には整流可動板１９ａが設けられている。そして、この整流可動板１９ａに加え、水平流路１３の水面１６の高さを検出する水面計１７、整流可動板１９ａの上げ下げをする引き揚げ装置１８、引き揚げ装置１８を駆動し整流可動板１９ａの位置を調整する制御装置２１からなる水平整流板位置調整装置が設けられている。整流可動板１９ａは、水面計１７で検出された水面位置になるように、制御装置２１により引き揚げ装置１８で駆動されて、水平流路１３の水面１６の高さに応じて上下する。
【００４９】
すなわち、立軸バルブ水車の導水口１０ａを覆い取り囲むように設けた３辺からなる鉛直整流板１９の上部には整流可動板１９ａが設けられ、この整流可動板１９ａは、発電所建屋２０の天井部に設置された専用の引き揚げ装置１８により水面の変化に応じて上下に可動する。水面の高さ測定は発電所内に設けた水面計１７により検出され制御装置２１により引き揚げ装置１８は駆動される。
【００５０】
元来、この鉛直整流板１９は水位より高い位置まで設けることで機能を発揮することになるが、河川の水量が季節に応じて大きく変化し、これにより水面高さの変動が激しい場合には、鉛直整流板１９の位置が水位より低い位置となることがある。そこで、第６の実施の形態では、そのような場合でも適用できるようにした。すなわち、鉛直整流板１９を最も河川の水量が少なく水面高さが低い状態に相当する程度の高さとし、河川水量が増えて水面の高さが大幅に上昇した場合は、鉛直整流板１９の上部に設けた整流可動板１９ａを上下するようにする。以上の説明では、専用の引き揚げ装置１８により上下方向に可動するようにしたが、特別な引き揚げ装置１８を装備せずとも発電所設置のクレーンによって代用することも可能である。
【００５１】
第６の実施の形態によれば、鉛直整流板１９の上部に設けた整流可動板１９ａを上下できるので、河川の水量が多くなり水面高さが高くなっても、整流可動板１９ａを上げることで渦流の発生を防止できる。従って、渦流により発生する水車の効率の低下だけでなく、振動や騒音も防止できる。
【００５２】
（第７の実施の形態）
図１８は本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図、図１９は本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図である。この第７の実施の形態は、図１４および図１５に示した第５の実施の形態に対し、鉛直整流板１９の立方向流路１０に対向する表面に突起部１９ｂを設けたものである。
【００５３】
図１８および図１９に示すように、立軸バルブ水車の立方向流路１０の導水口１０ａ付近の水平流路１３に立方向流路１０の導水口１０ａを取り囲むように鉛直整流板１９が設けられている。この鉛直整流板１９の立方向流路１０に対向する表面には突起部１９ｂが設けられ、水平流路１３の水流の鉛直整流板１９の壁面への衝突前後の波紋同士の干渉を抑制する。突起部１９ｂの形状は、例えば円錐状とすることで水流の壁面への衝突前後の波紋同士の干渉をより効果的に抑制するものである。
【００５４】
以上の説明では、突起部１９ｂは鉛直整流板１９の壁面の全領域に設けるようにしたが、図２０および図２１に示すように、干渉波紋が発生する水面側付近の限定した領域にこの突起部１９ｂを設けるようにしてもよい。
【００５５】
第７の実施の形態によれば、鉛直整流板１９の突起部１９ｂは水流が鉛直整流板１９の壁面に到達した際に衝突による動揺を抑制するので乱流を防止できる。また、円錐型の突起部１９ｂとした場合には、干渉波紋を打ち消すのに効果的な形状であるので水平流路１３内に残存した旋回方向流れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例を示す平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例を示す縦断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例の平面図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例の縦断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図１２】水車出力と水車流量（流路水面高さ）との相関関係の一例を示す特性図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における水平整流板位置調整装置の処理内容を示すフローチャート。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図１６】本発明の第６の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図１９】本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【図２０】本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例を示す平面図。
【図２１】本発明の第７の実施の形態に係わる立軸バルブ水車発電設備の他の一例を示す縦断面図。
【図２２】従来の立軸バルブ水車発電設備の平面図。
【図２３】従来の立軸バルブ水車発電設備の縦断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…バルブ、２…発電機固定子、３…発電機回転子、４…主軸、５…ランナ、５ａ…ランナベーン、５ｂ…ランナボス、６…ガイドベーン、７…ゲートリング、８…ステー、９…点検口、１０…立方向流路、１０ａ…導水口、１１…吸出し管、１２…空気吸込み渦流、１３…水平流路、１３ａ…水平流路外壁、１４…支持装置、１５…水平整流板、１５ａ…連通口、１５ｂ…整流片、１５ｃ…整流板枠、１６…水平流路の水面、１７…水面計、１８…引揚げ装置、１９…鉛直整流板、１９ａ…整流可動板、１９ｂ…突起部、２０…発電所建屋、２１…制御装置
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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