(57)【要約】【課題】ガイドベーンのサイドギャップを通る漏れ流れを低減して、水車性能を向上させることができる水力機械を提供する。【解決手段】実施の形態による水力機械１は、流路を画定する流路画定部材１５と、流路内に設けられ、各々が回動軸線を中心に回動可能な複数のガイドベーン４ａ、４ｂと、ガイドベーン４ａ、４ｂの内周側に設けられたランナ６と、を備えている。ガイドベーン４ａ、４ｂは、流路画定部材１５に対向する一対の縁部２０、２１を有している。ガイドベーン４ａ、４ｂの少なくとも一方の縁部２０、２１に、流路画定部材１５内に埋設された、回動軸線１０を中心軸線とする円板部材３０、３１が設けられている。円板部材３０、３１は、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３および下流端２４のうちの少なくとも一方と重なっている。【選択図】図２
2016109087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を画定する流路画定部材と、
前記流路内に設けられ、周方向に離間して配列され、各々が回動軸線を中心に回動可能な複数のガイドベーンと、
前記ガイドベーンの内周側に設けられ、前記ガイドベーンを介して流入する流れによって回転駆動するランナと、を備え、
前記ガイドベーンは、前記流路画定部材に対向する一対の縁部を有し、
前記ガイドベーンの少なくとも一方の前記縁部に、前記流路画定部材内に埋設された、前記回動軸線を中心軸線とする円板部材が設けられ、
前記円板部材は、前記回動軸線に沿った方向から見たときに、前記ガイドベーンの上流端および下流端のうちの少なくとも一方と重なっていることを特徴とする水力機械。
【請求項２】
前記円板部材は、前記回動軸線に沿った方向から見たときに、前記ガイドベーンの前記上流端および前記下流端の両方と重なっていることを特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項３】
前記ガイドベーンの両方の前記縁部に前記円板部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項４】
前記円板部材に、前記ガイドベーンの負圧面の側に配置された追加ベーンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水力機械。
【請求項５】
前記追加ベーンは、設計点において、対応する前記ガイドベーンに上流側で隣り合う他の前記ガイドベーンの下流側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
フランシス形水車やポンプ水車等の水力機械は、上池から水圧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、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る。ランナが回転駆動されると、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。ランナを回転駆動した水は、ランナから吸出し管を通って下池（または放水路）へ流出する。
【０００３】
ガイドベーンは、ステーベーンの下流側であってランナの上流側に配置され、可動案内羽根（wicket gate）として回動可能に構成されている。このことにより、ランナに流入される水の流量が調整されるようになっている。また、ガイドベーンが回動することにより、ランナに流入される水の流れの方向を変えることができる。このため、ランナの入口における流れの相対速度ベクトルの方向を、ランナ羽根の形状に沿わせるようにすることができる。
【０００４】
このようにして、流量の変化に関わることなく、水車の回転速度を定格回転速度に維持することができ、水車の性能が、広い運転範囲にわたって所望の性能に維持することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−７５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガイドベーンを回動させるために、ガイドベーンと、これに隣り合う上カバーや下カバーのような流路画定部材（静止部）との間に隙間が設けられている。この隙間は、ガイドベーンのサイドギャップと称されている。このサイドギャップを水が流れると、サイドギャップを通る漏れ流れが形成され、漏れ損失が生じて、水車の性能が低下するおそれがある。この性能低下は、水車の比速度が高くなると顕著になる傾向にある。
【０００７】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ガイドベーンのサイドギャップを通る漏れ流れを低減して、水車性能を向上させることができる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】
【０００８】
実施の形態による水力機械は、流路を画定する流路画定部材と、流路内に設けられ、周方向に離間して配列され、各々が回動軸線を中心に回動可能な複数のガイドベーンと、ガイドベーンの内周側に設けられ、ガイドベーンを介して流入する流れによって回転駆動するランナと、を備えている。ガイドベーンは、流路画定部材に対向する一対の縁部を有している。ガイドベーンの少なくとも一方の縁部に、流路画定部材内に埋設された、回動軸線を中心軸線とする円板部材が設けられている。円板部材は、回動軸線に沿った方向から見たときに、ガイドベーンの上流端および下流端のうちの少なくとも一方と重なっている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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部分的に示す子午面断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図であって、ガイドベーンを示す断面図および上面図である。
【図３】図３は、第２の実施の形態におけるガイドベーンを示す断面図および上面図である。
【図４】図４は、図３の変形例を示す断面図および上面図である。
【図５】図５は、第３の実施の形態における追加ベーンを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における水力機械について説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１および図２を用いて、第１の実施の形態における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。
【００１２】
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４ａ、４ｂと、ガイドベーン４ａ、４ｂの内周側に設けられたランナ６と、を備えている。
【００１３】
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（図１中の太線矢印参照）。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４ａ、４ｂに導くようになっている。
【００１４】
同様にして、ガイドベーン４ａ、４ｂは、周方向に離間して配列されており（図２参照）、互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂ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（図２中の太線矢印参照）。そして、ガイドベーン４ａ、４ｂは、ステーベーン３から流入する水の流れをランナ６に導くようになっている。
【００１５】
図１に示すように、ランナ６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４ａ、４ｂを介して流入する水の流れ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６は、周方向に離間して配列された複数のランナ羽根６ａを有しており、互いに隣り合うランナ羽根６ａの間に流路が形成され、各流路をガイドベーン４ａ、４ｂから流入した水が流れる。そして、ランナ６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６ａが、ガイドベーン４ａ、４ｂを介して流入した水から圧力を受けることで、ランナ６は回転駆動される。
【００１６】
ランナ６には、主軸７を介して発電機８が連結されている。この発電機８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６の水車運転時の下流側には、吸出し管９が設けられている。この吸出し管９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６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。
【００１７】
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８が電動機として作用してランナ６を回転駆動することにより、吸出し管９内の水を吸い上げて揚水する。ランナ６に吸い上げられた水は、ガイドベーン４ａ、４ｂ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４ａ、４ｂおよびステーベーン３は、ランナ６から流入する水をケーシング２に導く。
【００１８】
ところで、図２に示すように、各ガイドベーン４ａ、４ｂは、ランナ６の回転軸線Ｘに略平行に延びる回動軸線１０を中心に回動可能に構成されており、ガイドベーン４ａ、４ｂの角度が変化可能になっている。このことにより、ガイドベーン４ａ、４ｂは、互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂとの間に形成される流路面積（ガイドベーン開度）を調整可能になっている。このため、下流側に配置されたランナ６への流れの流量を変えるとともに、ランナ６への流れの相対速度ベクトルの方向を、ランナ羽根６ａの形状に沿わせるようになっている。ポンプ運転時には、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるようにガイドベーン４ａ、４ｂの開度が調整される。ガイドベーン４ａ、４ｂの回動軸線１０は、ランナ６の回転軸線Ｘに沿った方向から見たときに、所定のピッチサークルＣ上に配置される。
【００１９】
また、図１に示すように、各ガイドベーン４ａ、４ｂには、対応するスピンドル１１およびガイドベーンアームを介してガイドリング（いずれも図示せず）が連結されている。ガイドリングには、ガイドベーン駆動部１２（例えばサーボモータ）が連結されている。このことにより、ガイドベーン駆動部１２によって、各ガイドベーン４ａ、４ｂが一体的に回動し、ガイドベーン４ａ、４ｂの開度が調整されるように構成されている。また、ガイドベーン駆動部１２には制御部（図示せず）が接続されており、ガイドベーン駆動部１２は制御部によって制御されるようになっている。このようにして、制御部がガイドベーン駆動部１２を制御することにより、ガイドベーン駆動部１２は、回動軸線１０に沿った方向から見たときに時計回り方向または反時計回り方向にガイドベーン４ａ、４ｂを回動させてガイドベーン開度を変える。
【００２０】
図２に示すように、ガイドベーン４ａ、４ｂが設けられる流路は、流路画定部材１５によって画定されている。流路画定部材１５は、互いに対向する上カバー１６および下カバー１７を有している。ガイドベーン４ａ、４ｂは、上カバー１６と下カバー１７との間に介在されて、上カバー１６と下カバー１７との間に形成された流路に設けられている。より詳細には、上カバー１６は、ガイドベーン４ａ、４ｂの側（下側）に設けられた流路画定面１６ａを含み、下カバー１７は、ガイドベーン４ａ、４ｂの側（上側）に設けられた流路画定面１７ａを含んでおり、これらの流路画定面１６ａ、１７ａの間に流路が形成されて、形成された流路内にガイドベーン４ａ、４ｂが設けられている。
【００２１】
ガイドベーン４ａ、４ｂは、上カバー１６に対向する上側縁部２０と、下カバー１７に対向する下側縁部２１と、を有している。上述したスピンドル１１は、上側縁部２０に連結されて、上カバー１６内を通ってガイドベーンアームに延びている。ガイドベーン４ａ、４ｂの下側縁部２１には、ステム２２が連結されている。ステム２２は、下カバー１７内に延びており、ガイドベーン４ａ、４ｂを下カバー１７に対して回動可能に支持している。
【００２２】
図２の上面図においては、周方向に互いに隣り合う第１ガイドベーン４ａと第２ガイドベーン４ｂとが示されている。このうち第１ガイドベーン４ａとステム２２との間に、下側円板部材３０（下側ディスク部材）が介在されている。すなわち、下側円板部材３０は、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１に設けられており、下カバー１７内に埋設されている。また、下側円板部材３０は、回動軸線１０を中心軸線としており、第１ガイドベーン４ａと固定されて、第１ガイドベーン４ａと同心状に回動するようになっている。本実施の形態においては、第１ガイドベーン４ａの上側縁部２０に、連結部材２５が設けられている。この連結部材２５は、第１ガイドベーン４ａとスピンドル１１とを連結するためのものであり、下側円板部材３０よりも小さな直径で円板状に形成されている。連結部材２５の直径は、使用される材料強度に応じて決定されるが、通常、ガイドベーン１の最大厚さよりも大きくなっている。
【００２３】
下側円板部材３０は、回動軸線１０に沿った方向から見たときに（例えば上面図として見たときに）、第１ガイドベーン４ａの上流端２３および下流端２４の両方と重なっている。すなわち、下側円板部材３０は、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１において、上流端２３から下流端２４にわたって形成されており、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１の全体を覆うように形成されている。なお、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、第１ガイドベーン４ａの上流端２３および下流端２４が、下側円板部材３０の外縁に一致するようにしてもよく、あるいは下側円板部材３０の内側に配置されるようにしてもよい。後者の場合、下側円板部材３０の外縁は、第１ガイドベーン４ａの上流端２３および下流端２４より、回動軸線１０を中心とした場合の半径方向外側に配置される。
【００２４】
第１ガイドベーン４ａに周方向で（下流側で）隣り合う第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０に、下側円板部材３０と同様の上側円板部材３１（上側ディスク部材）が設けられている。一方、第２ガイドベーン４ｂの下側縁部２１には、上述したような連結部材２５と同様の連結部材２６が設けられている。このようにして、周方向で互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂのうちの第２ガイドベーン４ｂに対応する上側円板部材３１は、第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０に設けられ、第１ガイドベーン４ａに対応する下側円板部材３０は、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１に設けられている。言い換えると、上側縁部２０に上側円板部材３１が設けられた第２ガイドベーン４ｂと、下側縁部２１に下側円板部材３０が設けられた第１ガイドベーン４ａとが、周方向に交互に配置されている。なお、第２ガイドベーン４ｂに対応する上側円板部材３１は、第２ガイドベーン４ｂとスピンドル１１との間に介在され、当該上側円板部材３１は、上カバー１６内に埋設される。
【００２５】
円板部材３０、３１のガイドベーン４ａ、４ｂの側の面は、上カバー１６および下カバー１７の流路画定面１６ａ、１７ａと連続状に流線形状で形成されていることが好適である。このことにより、円板部材３０、３１のガイドベーン４ａ、４ｂの側の面と、上カバー１６および下カバー１７の流路画定面１６ａ、１７ａとに段差が形成されることを防止し、水の流れに損失が生じることを防止している。この場合、円板部材３０、３１は、上カバー１６の流路画定面１６ａと下カバー１７の流路画定面１７ａとの間に画定される流路内に存在しない。また、この場合、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１は、下側円板部材３０の第１ガイドベーン４ａの側の面に位置付けられ、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１の近傍にサイドギャップ（図２に示すＧ参照）が形成されることが回避される。同様にして、第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０は、上側円板部材３１の第２ガイドベーン４ｂの側の面に位置付けられ、第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０の近傍にサイドギャップ（図２に示すＧ参照）が形成されることが回避されるようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
水車運転が行われている間、ステーベーン３からガイドベーン４ａ、４ｂを介してランナ６に水が流入される。ステーベーン３からガイドベーン４ａ、４ｂに流入した水は、ガイドベーン４ａ、４ｂによって所望の方向に案内されて流出し、ランナ６に向う。
【００２８】
上述したように、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１に下側円板部材３０が設けられ、下側円板部材３０が、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、第１ガイドベーン４ａの上流端２３および下流端２４の両方と重なっている。このことにより、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１において上流端２３から下流端２４にわたってサイドギャップが形成されることが回避されている。このため、第１ガイドベーン４ａの下側縁部２１の近傍を流れる水は、第１ガイドベーン４ａの圧力面５ａ（外周側面）または負圧面５ｂ（内周側面）に沿って流れ、サイドギャップを通るような漏れ流れが形成されることが防止される。第１ガイドベーン４ａに周方向で隣り合う第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０に上側円板部材３１が設けられており、第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０の近傍を流れる水は、第２ガイドベーン４ｂの圧力面５ａまたは負圧面５ｂに沿って流れ、サイドギャップを通るような漏れ流れが形成されることが防止される。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、ガイドベーン４ａ、４ｂの下側縁部２１（または上側縁部２０）に下側円板部材３０（または上側円板部材３１）が設けられ、下側円板部材３０が、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３および下流端２４の両方と重なっている。このことにより、ガイドベーン４ａ、４ｂの下側縁部２１（または上側縁部２０）において、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３から下流端２４にわたってサイドギャップが形成されることを回避できる。このため、サイドギャップを通るような漏れ流れを低減することができ、水車性能を向上させることができる。
【００３０】
ところで、ガイドベーン４ａ、４ｂは、非常時の自己閉鎖特性を確保するために、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３は、閉鎖時に周方向で隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４に重なるようになっている。このことから、互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂの両方の下側縁部２１（または上側縁部２０）に下側円板部材３０（または上側円板部材３１）を設けると、下側円板部材３０同士が干渉するおそれがある。しかしながら、本実施の形態によれば、互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂのうちの一方の第１ガイドベーン４ａに対応する上側円板部材３１が第１ガイドベーン４ａの上側縁部２０に設けられ、他方の第２ガイドベーン４ｂに対応する下側円板部材３０が第２ガイドベーン４ｂの下側縁部２１に設けられている。このことにより、互いに隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂの両方の下側縁部２１（または上側縁部２０）に、下側円板部材３０（または上側円板部材３１）が設けられることを回避でき、下側円板部材３０同士が干渉することを回避できる。言い換えると、本実施の形態によれば、ガイドベーン４ａ、４ｂのサイドギャップを通るような漏れ流れを低減しながら、自己閉鎖特性を確保することができ、制御電源喪失等の非常時であってもガイドベーン４ａ、４ｂが上流側の流れの圧力によって開度によらずに全閉状態をとることができ、ガイドベーン４ａ、４ｂを自動的に閉鎖することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施の形態における水力機械について説明する。
【００３２】
図３に示す第２の実施の形態においては、回動軸線に沿った方向から見たときに、ガイドベーンの上流端および下流端のうちの一方が、円板部材の外側に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図３において、図１および図２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。
【００３３】
図３に示すように、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０および下側縁部２１の両方に、円板部材３０、３１が設けられている。すなわち、第１ガイドベーン４ａおよび第２ガイドベーン４ｂの上側縁部２０に上側円板部材３１がそれぞれ設けられ、下側縁部２１に下側円板部材３０がそれぞれ設けられており、このようなガイドベーン４ａ、４ｂが周方向に配置されている。
【００３４】
そして、本実施の形態においては、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４が、円板部材３０、３１の外側に配置されている。このことにより、図３に示す円板部材３０、３１の直径は、図２に示す円板部材３０、３１よりも小さくなっている。そして、図３に示す円板部材３０、３１の位置および回動軸線１０の位置は、図２に示す円板部材３０、３１の位置および回動軸線１０の位置よりもガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３の側にそれぞれ偏心している。
【００３５】
円板部材３０、３１は、互いに隣り合う円板部材３０、３１同士が、互いに干渉することを回避できる程度に、なるべく大きな直径を有していることが好ましい。一方で、円板部材３０、３１は、サイドギャップに形成される漏れ流れが比較的形成されやすいガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３の側の領域を覆うようにしていれば、サイドギャップを通る漏れ流れを効果的に抑制して水車性能を効果的に向上させることができる。このことから、円板部材３０、３１は、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、少なくともガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３と重なっていればよい。この場合、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が、円板部材３０、３１の外縁に一致するようにしてもよく、あるいは円板部材３０、３１の内側に配置されるようにしてもよい。そして、円板部材３０、３１の直径は、ガイドベーン４ａ、４ｂをスムースに回動可能であれば特に限られることはないが、例えば、ガイドベーン４ａ、４ｂの翼弦長Ｌの１／３以上、より好ましくは１／２以上としてもよい。後者の場合、円板部材３０、３１は、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３と翼弦の中心点の両方に重なる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０および下側縁部２１の両方に円板部材３０、３１がそれぞれ設けられている。このことにより、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０および下側縁部２１において、ガイドベーン４ａ、４ｂのサイドギャップが形成されることを抑制できる。このため、サイドギャップを通るような漏れ流れを低減することができ、水車性能を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４が円板部材３０、３１の外側に配置されている。このことにより、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が、閉鎖時に隣り合うガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４に重なるように形成された場合であっても、周方向に互いに隣り合う円板部材３０、３１同士が干渉することを防止できる。このため、ガイドベーン４ａ、４ｂのサイドギャップを通るような漏れ流れを低減しながら、自己閉鎖特性を確保することができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、上述したように、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が円板部材３０、３１に重なり、下流端２４が円板部材３０、３１の外側に配置されている。この場合、サイドギャップに形成される漏れ流れが比較的形成されやすいガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３の側の領域を円板部材３０、３１が覆うことができ、サイドギャップを通る漏れ流れを効果的に抑制し、水車性能を効果的に向上させることができる。
【００３９】
なお、上述した本実施の形態においては、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４が、円板部材３０、３１の外側に配置され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、図４に示すように、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が、円板部材３０、３１の外側に配置されるようにしてもよい。この場合、円板部材３０、３１の直径は、図２に示す円板部材３０、３１よりも小さくなり、図４に示す円板部材３０、３１の位置および回動軸線１０の位置が、図２に示す円板部材３０、３１の位置および回動軸線１０の位置よりも、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４の側に偏心する。図４に示す形態においても、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４の側の領域を円板部材３０、３１が覆うことができ、サイドギャップを通る漏れ流れを抑制し、水車性能を向上させることができる。また、回動軸線１０の位置が、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４の側に偏心するため、回動軸線１０とガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３との距離を増大させることができ、ガイドベーン４ａ、４ｂの圧力面５ａが水の流れから受ける圧力のうち、閉鎖方向に作用する圧力を増大させることができる。このため、自己閉鎖特性をより一層確実に得ることができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施の形態における水力機械について説明する。
【００４１】
図５に示す第３の実施の形態においては、円板部材に、ガイドベーンの負圧面の側に配置された追加ベーンが設けられている点が主に異なり、他の構成は、図３に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図５において、図３に示す第２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。
【００４２】
本実施の形態における円板部材３０、３１は、第２の実施の形態における図３に示す円板部材３０、３１となっている。すなわち、上側円板部材３１および下側円板部材３０は、図３に示すように、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０および下側縁部２１の両方にそれぞれ設けられており、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が円板部材３０、３１と重なるが、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４は円板部材３０、３１の外側に配置されている。
【００４３】
そして、本実施の形態においては、図５に示すように、円板部材３０、３１に追加ベーン３２が設けられている。この追加ベーン３２は、ガイドベーン４ａ、４ｂの負圧面５ｂの側に配置されている。また、追加ベーン３２は、設計点（効率が最も良くなるガイドベーン開度における運転点）において、対応するガイドベーン（例えば第２ガイドベーン４ｂ）に上流側で隣り合う他のガイドベーン（例えば第１ガイドベーン４ａ）の下流側に配置されている。追加ベーン３２は、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０に設けられた上側円板部材３１から下側縁部２１に設けられた下側円板部材３０に延びるように形成される。すなわち、追加ベーン３２は、これら上側円板部材３１および下側円板部材３０によって支持されて固定され、回動軸線１０を中心にして対応するガイドベーン４ａ、４ｂとともに回動するようになっている。
【００４４】
ガイドベーン４ａ、４ｂから流出した流れ（後流）は、一般的に圧力が低下し損失が生じる傾向にある。そこで、上述した追加ベーン３２を、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流側に配置することにより、ガイドベーン４ａ、４ｂから流出した流れに生じる損失を低減することができる。このため、追加ベーン３２は、このような損失を効果的に低減することができるような位置、角度で形成されることが好適である。例えば、追加ベーン３２は、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流側延長上に、ガイドベーン４ａ、４ｂから流出した流れに沿って配置されるようにしてもよい。また、追加ベーン３２は、翼形状を有していることが好適であるが、流れの損失の増大を抑制できれば、翼形状に限られることはなく、任意の形状とすることができる。
【００４５】
追加ベーン３２の上流端３３から下流端３４までの長さ（または翼弦長）は、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３から下流端２４の長さ（または翼弦長）よりも短くてよい。すなわち、追加ベーン３２は、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３から下流端２４まで延びるように形成されていなくてもよい。このことにより、追加ベーン３２を原因とする摩擦損失が増大することを抑制できる。
【００４６】
図５に示す形態では、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、追加ベーン３２の上流端２３および下流端２４は、両方とも円板部材３０、３１に重なっている。すなわち、追加ベーン３２の下側縁部は、下側円板部材３０の追加ベーン３２の側の面に位置付けられ、追加ベーン３２の下側縁部の近傍にサイドギャップが形成されることを回避している。同様にして、追加ベーン３２の上側縁部は、上側円板部材３１の追加ベーン３２の側の面に位置付けられ、追加ベーン３２の上側縁部の近傍にサイドギャップが形成されることを回避している。
【００４７】
水車運転時、追加ベーン３２は、ガイドベーン４ａ、４ｂと同様にランナ６への流れを案内する。この際、追加ベーン３２は、水の流れから抗力（水の粘性による摩擦力）や、法線力（水の流れから受ける圧力）を受ける。これらの力の大きさは、追加ベーン３２の位置や角度、形状などによって大きさに依存するが、ガイドベーン４ａ、４ｂに対して閉鎖方向に作用する力を与えることができる。このため、ガイドベーン４ａ、４ｂの自己閉鎖特性をより一層確実に得ることが可能となる。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、円板部材３０、３１に、ガイドベーン４ａ、４ｂの負圧面５ｂの側に配置された追加ベーン３２が設けられている。このことにより、この追加ベーン３２が水の流れから受ける力によって、ガイドベーン４ａ、４ｂに対して閉鎖方向に作用する力を増大させることができる。このため、ガイドベーン４ａ、４ｂの自己閉鎖特性をより一層確実に得ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、追加ベーン３２は、設計点において、対応するガイドベーン４ａ、４ｂに上流側で隣り合う他のガイドベーン４ｂ、４ｂの下流側に配置されている。このことにより、ガイドベーン４ａ、４ｂから流出した流れに生じる損失を低減することができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、円板部材３０、３１が、ガイドベーン４ａ、４ｂの上側縁部２０および下側縁部２１の両方に設けられており、回動軸線１０に沿った方向から見たときに、ガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３が円板部材３０、３１と重なるが、ガイドベーン４ａ、４ｂの下流端２４は円板部材３０、３１の外側に配置されている。このことにより、サイドギャップに形成される漏れ流れが比較的形成されやすいガイドベーン４ａ、４ｂの上流端２３の側の領域を覆うことができ、サイドギャップを通る漏れ流れを効果的に抑制して水車性能を効果的に向上させることができる。そして、このようなガイドベーン４ａ、４ｂに対して、追加ベーン３２によって閉鎖方向に作用する力を増大させることができ、閉鎖方向への力を補強して自己閉鎖特性をより一層確実に得ることができる。
【００５１】
なお、上述した本実施の形態においては、図３に示す円板部材３０、３１に追加ベーン３２が設けられ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、図４に示す円板部材３０、３１に追加ベーン３２を設けるようにしてもよい。この場合においても、追加ベーン３２によってガイドベーン４ａ、４ｂに対して閉鎖方向に作用する力を増大させて、閉鎖方向への力を補強することができ、自己閉鎖特性をより一層確実に得ることができる。さらには、強度を確保可能であれば、図２に示す円板部材３０、３１に追加ベーン３２が設けられるようにしてもよい。
【００５２】
以上述べた実施の形態によれば、ガイドベーン４ａ、４ｂのサイドギャップを通る漏れ流れを低減して、水車性能を向上させることができる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１  フランシス形水車、４ａ  第１ガイドベーン、４ｂ  第２ガイドベーン、６  ランナ、１５  流路画定部材、１６  上カバー、１７  下カバー、２０  上側縁部、２１  下側縁部、２３  上流端、２４  下流端、３０  下側円板部材、３１  上側円板部材、３２  追加ベーン
【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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