(57)【要約】【課題】バルブ水車と流路壁との間の流路に流入する水の流れを整流し、水車効率を向上させることができるバルブ水車発電設備を提供する。【解決手段】実施の形態によるバルブ水車発電設備１は、流路壁４によって画定され、上池２から流水を導く流水路３と、流水路３内に設けられたバルブ水車１０と、を備えている。流水路３内においてバルブ水車１０の上流側に整流部材２０が設けられている。整流部材２０は、流水路３内の流水の主流方向に直交する方向に延在し、バルブ水車１０に流入する流水を整流する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上池から導かれる流水によって発電を行うバルブ水車発電設備であって、
流路壁によって画定され、前記上池から流水を導く流水路と、
前記流水路内に設けられたバルブ水車と、
前記流水路内において前記バルブ水車の上流側に設けられ、前記流水路内の流水の主流方向に直交する方向に延在し、前記バルブ水車に流入する流水を整流する整流部材と、を備えたことを特徴とするバルブ水車発電設備。
【請求項２】
前記整流部材の両端部は、前記流路壁にそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ水車発電設備。
【請求項３】
前記整流部材の一端部は、前記流路壁に連結され、他端部は、前記流水路内に位置して前記流路壁に連結されていないことを特徴とする請求項１に記載のバルブ水車発電設備。
【請求項４】
前記整流部材は、前記流路壁に対して、前記整流部材の延在方向に延びる回動中心軸を中心に回動可能になっ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バルブ水車発電設備。
【請求項５】
前記流水路内に、一対の前記整流部材が設けられ、
一対の前記整流部材の上流端部は、前記整流部材の延在方向に互いに整列しており、
前記延在方向から見たときの前記整流部材の前記主流方向に対する傾斜角度は、互いに異なっていることを特徴とする請求項３に記載のバルブ水車発電設備。
【請求項６】
前記バルブ水車は、バルブと、前記バルブの下流端部に設けられたランナと、前記バルブと前記流路壁との間であって前記ランナの上流側に設けられたガイドベーンと、前記バルブと前記流路壁との間であって前記ガイドベーンの上流側に設けられた２つのステーと、を有し、
前記バルブと前記流路壁との間の流路が、前記ステーによって第１分割流路と第２分割流路とに分割され、
前記バルブ水車発電設備は、
前記第１分割流路内の流水の圧力を測定する第１圧力測定器と、
前記第２分割流路内の流水の圧力を測定する第２圧力測定器と、を更に備え、
前記整流部材の延在方向から見たときの前記整流部材の主流方向に対する傾斜角度は、前記第１圧力測定器により測定された前記第１分割流路内の流水の圧力と、前記第２圧力測定器により測定された前記第２分割流路内の流水の圧力とに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ水車発電設備。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記バルブ水車発電設備の前記流路壁に前記整流部材を取り付けるバルブ水車発電設備の整流部材取付方法であって、
前記流水路内において前記バルブ水車の上流側に前記整流部材を配置する工程と、
水車運転を行い、前記第１分割流路の圧力および前記第２分割流路の圧力を測定する工程と、
前記整流部材の延在方向から見たときの前記整流部材の主流方向に対する傾斜角度を設定する工程と、を備え、
前記傾斜角度は、測定された前記第１分割流路内の流水の圧力と、測定された前記第２分割流路内の流水の圧力とに基づいて設定されることを特徴とするバルブ水車発電設備の整流部材取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、バルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、主に低落差に好適な横軸バルブ水車を備えた横軸バルブ水車発電設備が知られている。この横軸バルブ水車発電設備の平面断面図を図２１に示し、図２２に、横軸バルブ水車発電設備の縦断面図を示し、図２３に、ステーの中央付近における流水路の横断面図を示す。
【０００３】
図２１および図２２に示すように、横軸バルブ水車発電設備１０１のバルス水車１１０は、たまご型に形成されたバルブ１１１と、バルブ１１１の内部に設けられた発電機固定子および発電機回転子を有する発電機（図示せず）と、を備えている。発電機回転子には図示しない主軸を介してランナ１１４が取り付けられている。ランナ１１４の上流側には、ランナ１１４に流入する水の流れを整流すると共に、この流入する水の流量を調節する複数のガイドベーン１１５が設けられている。これらのガイドベーン１１５は、周方向に間隔をあけて配置されており、要求負荷に応じて、外周側に設けられたゲートリングおよびリンク機構（いずれも図示せず）によって連動して回動するようになっている。
【０００４】
ガイドベーン１１５の上流側には、バルブ１１１を支持する２つのステー１１６が設けられている。ステー１１６は、バルブ水車１１０が設置される流水路１０３を画定する流路壁１０４に連結されており、バルブ１１１を流路壁１０４に支持するようになっている。図２１乃至図２３には２つのステー１１６が設けられている例が示されており、ステー１１６は上下方向に延び、バルブ１１１と流路壁１０４との間に形成された流路を左右に２分割して、第１分割流路１１７と第２分割流路１１８とを画定している（図２３参照）。なお、ステー１１６の上流側部分には、発電機を点検するための点検口１１９が設けられている。このような点検口１１９は、ステー１１６の下流側部分にも設けられている場合がある。
【０００５】
水車運転時には、ダム１０２からの流水は、流水路１０３によってバルブ水車１１０に導かれ、バルブ１１１の周囲に形成された流路を下流側に流れる。そして、ステー１１６を通ってガイドベーン１１５に流入して整流され、ランナ１１４へと導かれる。
【０００６】
ランナ１１４は、上述した主軸に結合されたランナボス１１４ａと、ランナボス１１４ａに保持された複数のランナベーン１１４ｂと、を有しており、流水はランナ１１４に対して仕事を行い、ランナベーン１１４ｂが流水の圧力を受けてランナ１１４が回転する。ランナベーン１１４ｂは、ガイドベーン１１５の開度に応じてランナボス１１４ａに対して回動可能になっており、負荷変動に対して高効率な水車運転が可能なように構成されている。
【０００７】
ランナ１１４に対して仕事を行った流水はランナ１１４から流出し、ランナ１１４の下流側に設けられた吸出し管１０５を通って下池（図示せず）へ導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９-１８５７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、ダム１０２からの流水は、流水路１０３によってバルブ水車１１０に導かれる。しかしながら、流水路１０３を画定する流路壁１０４やダム１０２の取水口１０２ａは、通常コンクリート製の土木構造物によって構成されている。このことにより、流路壁１０４や取水口１０２ａの形状は、土木工事上の制約条件に従って決定され、流路壁１０４や取水口１０２ａの製作誤差は大きくなり、流路壁１０４や取水口１０２ａの横断面形状が、左右で不一致（非対称）になり得るという問題がある。また、取水口１０２ａは、図２１に示すようなＲ形状を有するように形成される場合があるが、この場合、Ｒ形状が左右で不一致になる傾向にある。
【００１０】
このような流路壁１０４の形状精度の低下により、流水路１０３内に剥離流れ１２０が生じやすくなる。剥離流れ１２０が生じると、流れの均一性を確保することが困難になる。このため、ステー１１６によって左右方向に分割された第１分割流路１１７と第２分割流路１１８を流れる水の流量が不均一になり得る。
【００１１】
また、バルブ水車１１０は、フランシス水車と異なり、ダム水面から水車までの距離が短いこと、水車に流入する水量が多いこと等から、水車運転の際にダム１０２の水面からバルブ水車１１０に向って吸い込み渦１２１（図２２参照）が発生し得る。この吸い込み渦１２１が発生する場合においても、第１分割流路１１７と第２分割流路１１８を流れる水の流量が不均一になり得る。
【００１２】
このように、第１分割流路１１７と第２分割流路１１８を流れる水の流量が不均一になると、ガイドベーン１１５に流入する水の流れが周方向で不均一になり、流れが速い領域が形成されたり、逆に流れが遅い領域が形成されたりする。
【００１３】
通常、バルブ水車１１０の模型試験や流れの解析は、このような流路壁１０４の製作誤差は考慮されることがなく、理想形状で行われる。このため、現地に設置されたバルブ水車１１０に流入する水の流れが、模型試験や流れ解析の流れと異なることとなり、ガイドベーン１１５の入口での流れが不均一となって当初の想定以上の損失が発生し得る。この結果、設置されたバルブ水車１１０が所定の性能を発揮することが困難になり得る。
【００１４】
一般的に、渦巻き型のフランシス水車では、ステーベーンの枚数がガイドベーンの枚数と同等もしくはその１／２程度となることから、フランシス水車のステーベーンは、ガイドベーンに流入する流れを整流する効果が比較的大きい。一方、バルブ水車１１０のステー１１６は、２本あるいは４本程度であることが一般的である。このため、流水路１０３を通ってガイドベーン１１５に流入する水の流れを整流する効果は比較的小さい。このことから、流れを整流させるために、流水路１０３を画定する流路壁１０４の形状の精度を向上させることが望まれる。しかしながら、上述したように流路壁１０４は、土木構造物により構成されるため、その形状精度を向上させることは困難になる。
【００１５】
バルブ水車１１０は、１０ｍ程度の落差に適用されるが、仮に第１分割流路１１７と第２分割流路１１８との間に１０ｃｍ程度の水頭の差があると、水車出力を１％程度低下させる可能性が生じる。従って、この第１分割流路１１７と第２分割流路１１８を流れる水の流れを整流することが、水車効率の向上に貢献し得る。
【００１６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、バルブ水車と流路壁との間の流路に流入する水の流れを整流し、水車効率を向上させることができるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法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】
【００１７】
実施の形態によるバルブ水車発電設備は、上池から導かれる流水によって発電を行うバルブ水車発電設備である。このバルブ水車発電設備は、流路壁によって画定され、上池から流水を導く流水路と、流水路内に設けられたバルブ水車と、を備えている。流水路内においてバルブ水車の上流側に整流部材が設けられている。この整流部材は、流水路内の流水の主流方向に直交する方向に延在し、バルブ水車に流入する流水を整流する。
【００１８】
実施の形態によるバルブ水車発電設備の整流部材取付方法は、上述したバルブ水車発電設備の流路壁に整流部材を取り付けるバルブ水車発電設備の整流部材取付方法である。この整流部材取付方法は、流水路内においてバルブ水車の上流側に整流部材を配置する工程と、水車運転を行い、第１分割流路の圧力および第２分割流路の圧力を測定する工程と、整流部材の延在方向から見たときの整流部材の主流方向に対する傾斜角度を設定する工程と、を備えている。傾斜角度は、測定された第１分割流路内の流水の圧力と、測定された第２分割流路内の流水の圧力とに基づいて設定される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バルブ水車と流路壁との間の流路に流入する水の流れを整流し、水車効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１の実施の形態におけるバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図２】図２は、図１の縦断面図である。
【図３】図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図１の変形例を示す平面断面図である。
【図５】図５は、図４の縦断面図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態におけるバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図７】図７は、図６の縦断面図である。
【図８】図８は、図６の変形例を示す平面断面図である。
【図９】図９は、図８の縦断面図である。
【図１０】図１０は、第３の実施の形態におけるバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１０の整流部材を拡大して示す図である。
【図１３】図１３は、図１０の変形例を示す平面断面図である。
【図１４】図１４は、図１３の縦断面図である。
【図１５】図１５は、第４の実施の形態におけるバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図１６】図１６は、図１５の縦断面図である。
【図１７】図１７は、図１５の整流部材を拡大して示す図である。
【図１８】図１８は、第５の実施の形態におけるバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図１９】図１９は、図１８の縦断面図である。
【図２０】図２０は、図１８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２１】図２１は、一般的なバルブ水車発電設備を示す平面断面図である。
【図２２】図２２は、図２１の縦断面図である。
【図２３】図２３は、図２１のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１乃至図３を用いて、本発明の第１の実施の形態におけるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法について説明する。ここで、バルブ水車発電設備は、上池から導かれる流水によって発電を行うためのものである。
【００２３】
なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「直交」、「水平」等の用語等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めるものとしている。
【００２４】
図１および図２に示すように、バルブ水車発電設備１は、ダム２（上池）の取水口２ａから流水を導く流水路３と、流水路３内に設けられたバルブ水車１０と、を備えている。このうち流水路３は、土木構造物によって構成された流路壁４によって画定されており、水平方向に延びている。本実施の形態によるバルブ水車１０は、後述するランナ１４の回転軸線（図１、２で示すＸ）が水平方向に延びる横軸バルブ水車１０となっている。なお、流水路３の横断面形状は、図３に示す例では円形状に形成されているが、これに限られることはなく、矩形状に形成されていてもよい。
【００２５】
バルブ水車１０は、たまご型に形成されたバルブ１１と、バルブ１１の内部に設けられた発電機固定子および発電機回転子（いずれも図示せず）を有する発電機１２と、を有している。発電機回転子には主軸１３が結合されており、その主軸１３の下流端部にはランナ１４が取り付けられている。ランナ１４は、バルブ１１の下流端部に配置されており、主軸１３に結合されたランナボス１４ａと、ランナボス１４ａに保持された複数のランナベーン１４ｂと、を含んでいる。ランナベーン１４ｂは、ランナボス１４ａに対して回動可能になっている。
【００２６】
バルブ水車１０のバルブ１１と流路壁４との間に、ランナ１４に流入する水が流れる流路が形成されている。この流路内におけるランナ１４の上流側に、ランナ１４に流入する水の流れを整流する複数のガイドベーン１５が設けられている。複数のガイドベーン１５は、周方向に間隔をあけて配置されており、バルブ１１に対して回動可能になっている。ガイドベーン１５の外周側には、ゲートリングおよびリンク機構（いずれも図示せず）が設けられており、これらゲートリンクおよびリンク機構によって、複数のガイドベーン１５は連動して回動するように構成されている。このようにして、要求負荷に応じてランナ１４に流入する水の流量を調整し、発電機１２の発電量を調整している。
【００２７】
バルブ１１と流路壁４との間の流路内におけるガイドベーン１５の上流側にはステー１６が設けられている。このステー１６によって、バルブ１１と流路壁４とが連結されてバルブ１１が支持されている。本実施の形態においては、バルブ１１には２つのステー１６が連結されており、これらのステー１６が上下方向に延びている。このことにより、図３に示すように、バルブ１１と流路壁４との間の流路が、２つのステー１６によって左右方向に分割され、すなわち第１分割流路１７と第２分割流路１８とに分割されている。また、図１および図２に示す例においては、上側のステー１６の上流側部分に点検口１９が設けられている。
【００２８】
図１および図２に示すように、ランナ１４の下流側には、吸出し管５が設けられており、ランナ１４から流出した流水を図示しない下池（または放水路）に導くようになっている。
【００２９】
図１および図２に示すように、流水路３内において、バルブ水車１０の上流側に整流部材２０が設けられている。この整流部材２０は、ダム２の取水口２ａとバルブ水車１０との間に配置されており、ダム２から流出してバルブ水車１０（バルブ１１と流路壁４との間の流路）に流入する流水を整流する。図１および図２に示す例においては、整流部材２０は、流水路３の上流側部分（ダム２の側の部分）に配置されている。なお、整流部材２０の水平断面は、整流板として矩形の板状に形成されていてもよいが、翼型形状や流線形状など、流水を整流することができれば任意の形状とすることができる。
【００３０】
整流部材２０は、流水路３内の流水の主流方向（Ｐ）に直交する方向に延在している。本実施の形態においては、流水路３内に２つの整流部材２０が設けられており、水平方向に互いに異なる位置に配置され、各整流部材２０が、主流方向に直交する上下方向に延在して、流水路３を左右方向に分割している。
【００３１】
本実施の形態においては、整流部材２０の両端部は、流路壁４にそれぞれ連結されている。すなわち、整流部材２０の一方の端部（上端部）は流路壁４の上部に連結され、他方の端部（下端部）は流路壁４の下部に連結されており、整流部材２０は流路壁４の下部から上部に延在している。
【００３２】
また、図１に示す例では、整流部材２０が延在する延在方向（上下方向）から見たときに、整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度（図１２に示すθ参照）は、互いに異なっている。より具体的には、２つの整流部材２０が、下流側に向って互いに近づく方向に傾斜している。
【００３３】
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。
【００３４】
水車運転時には、ダム２から取水口２ａを介して流出した流水が流水路３によってバルブ水車１０に導かれる。バルブ水車１０に導かれた流水は、ステー１６によって分割された第１分割流路１７または第２分割流路１８を通ってガイドベーン１５に流入する。ガイドベーン１５に流入した流水は、整流されてランナ１４に導かれる。そして、流水はランナ１４に対して仕事を行い、ランナベーン１４ｂが流水の圧力を受けてランナ１４が回転し、ランナボス１４ａに結合された主軸１３を介して発電機１２を駆動し、発電が行われる。ランナ１４に対して仕事を行った流水は、ランナ１４から流出して、吸出し管５を通って下池へ導かれる。
【００３５】
このような水車運転が行われている間、流水路３を流れる流水は、流水路３内に設けられた整流部材２０によって整流される。このことにより、流水路３に流入した水の流れが不均一になっている場合であっても、この流れを整流することができる。このため、第１分割流路１７または第２分割流路１８に流入する水の流れが整流され、第１分割流路１７内の流水の流量と第２分割流路１８内の流水の流量とを均等化させることができる。すなわち、ダム２の取水口２ａから流出する水の総流量をＱ０としたときに、第１分割流路１７内の流水の流量Ｑ１をＱ０／２とすると共に第２分割流路１８内の流水の流量Ｑ２をＱ０／２とすることが可能となる。
【００３６】
上述したように、図１に示す例においては、２つの整流部材２０は下流側に向って互いに近づく方向に傾斜している。このような整流部材２０の主流方向（Ｐ）に対する傾斜角度（図１２に示すθ参照）は、バルブ水車１０の出力に応じて設定することが好適である。
【００３７】
すなわち、整流部材取付方法として、まず、バルブ水車１０を流水路３に配置（仮固定）して水車運転を行い、続いて、整流部材２０の傾斜角度を変えながらバルブ水車１０の出力を測定する。その後、バルブ水車１０の出力が最も良くなる場合の傾斜角度を採用して、整流部材２０を流路壁４に固定する。このことにより、第１分割流路１７内の流水の流量Ｑ１と第２分割流路１８内の流水の流量Ｑ２とをより一層均一化させてバルブ水車１０の出力を向上させることができる。
【００３８】
なお、整流部材２０の傾斜角度の設定は、土木構造物である実際の流路壁４や取水口２ａの形状誤差、流路壁４や取水口２ａの段差などを考慮すると、上述したように実際の流水路３に配置したバルブ水車１０の出力を確認しながら行うことが好ましいが、これに限られることはない。例えば、流路壁４や取水口２ａの形状を模擬した流れ解析等で整流部材２０の傾斜角度を設定してもよい。整流部材２０の取付位置も、傾斜角度と同様にして設定することが好適である。また、整流部材２０を固定して水車運転を行い、その後流路壁４や取水口２ａに、新たな突起等の障害物が形成された場合には、上述したようにバルブ水車１０の出力を確認しながら、整流部材２０の傾斜角度を再度設定してもよい。このことにより、バルブ水車１０の出力の低減を抑制可能となる。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、流水路３内においてバルブ水車１０の上流側に整流部材２０が設けられ、整流部材２０が、流水路３内の流水の主流方向に直交する方向に延在している。このことにより、バルブ水車１０に流入する流水を整流することができる。このため、水車効率を向上させることができる。また、吸い込み渦（図２２の符号１２１参照）が発生する場合においても、流水を整流することができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、整流部材２０の両端部は、流路壁４にそれぞれ連結されている。このことにより、整流部材２０を、流路壁４の互いに対向する部分となる下部から上部にわたって形成することができ、流水路３の横断面で見たときに広範囲に整流部材２０を設けることができる。このため、流水の整流効果を向上させることができる。
【００４１】
なお、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０の延在方向が上下方向となっ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、例えば図４および図５に示すように、整流部材２０の延在方向は水平方向であってもよい。この場合、整流部材２０は、流路壁４の左側部から右側部に延在し、流水路３を上下方向に分割する。この場合においても、バルブ水車１０に流入する流水を整流することができる。また、この場合においても、整流部材２０の延在方向である水平方向から見たときの整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度は、バルブ水車１０の出力に応じて設定することが好適である。なお、図５に示す例では、各整流部材２０は、水平方向から見たときに主流方向に対して傾斜しており、２つの整流部材２０が、下流側に向って下降するように傾斜している。
【００４２】
また、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０が上下方向に延在して、水平方向に互いに異なる位置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、各整流部材２０は、放射状に延在していてもよい。この場合においても、バルブ水車１０に流入する流水を整流することができる。
【００４３】
また、上述した本実施の形態においては、２つのステー１６によってバルブ１１と流路壁４とが連結されて、バルブ１１と流路壁４との間の流路が第１分割流路１７と第２分割流路１８とに分割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、ステー１６の個数は任意であり、ステー１６の個数に関わることなく、本実施の形態による整流部材２０により、バルブ水車１０に流入する流水を整流することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
次に、図６および図７を用いて、本発明の第２の実施の形態におけるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法について説明する。
【００４５】
図６および図７に示す第２の実施の形態においては、整流部材の一端部が流路壁に連結され、他端部が流水路内に位置して流路壁に連結されていない点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図６および図７において、図１乃至図３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。
【００４６】
図６および図７に示すように、本実施の形態においては、流水路３内に、４つの整流部材２０が設けられており、各整流部材２０の延在方向が上下方向となっている。また、本実施の形態では、一対の整流部材２０が、整流部材２０の延在方向である上下方向に整列して（上下方向から見ると重なって）設けられており、このような整流部材２０が二対、水平方向に異なる位置に設けられている。
【００４７】
整流部材２０の一端部は、流路壁４に連結され、他端部は、流水路３内に位置して流路壁４に連結されていない。すなわち、流水路３の中心部には、整流部材２０が存在しておらず、整流部材２０は、流路壁４の比較的近傍の領域に設けられている。整流部材２０の高さｈ（延在方向寸法）は、例えば流水路３の高さＨの１０％〜２０％程度とすることができる。なお、図６に示す例では、上下方向から見たときに、整流部材２０は主流方向（Ｐ）に沿って延びるように配置されているが、これに限られることはなく、上下方向から見たときの整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度（図１２に示すθ）は、バルブ水車１０の出力が最も良くなる場合の傾斜角度となるように設定してもよい。また、整流部材２０の上記他端部は、流路壁４と平行になるように形成してもよいが、当該他端部の上流側端部および下流側端部は、面取形状若しくはＲ形状で形成されて、損失発生を抑制することが望ましい。図７には、Ｒ形状で形成されている例を示す。
【００４８】
一般に、流路壁４や取水口２ａの形状精度の低下による流水路３内の流れの不均一性は、流水路３の中心部よりも流路壁４の近傍の領域において発生する傾向にある。このことから、流水路３の中心部よりも、流路壁４の近傍の領域に整流部材２０を設けることにより、流水路３内の水の流れの不均一性を効果的に改善させることが可能となる。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、整流部材２０の一端部が流路壁４に連結され、他端部は流水路３内に位置して流路壁４に連結されていない。このことにより、流路壁４の近傍の領域における水の流れの不均一性を効果的に改善させることができ、バルブ水車１０に流入する流水を効果的に整流することができる。また、流水路３内の水の流れに、整流部材２０によって生じ得る摩擦損失を低減させることが可能となる。さらに、整流部材２０の製作コストを低減し、整流部材２０の取付作業性を向上させることができ、流路壁４をコンクリートで作製する場合には、整流部材２０を流路壁４と一体にコンクリートで作製することも可能となる。
【００５０】
なお、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０の延在方向が上下方向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、例えば図８および図９に示すように、整流部材２０の延在方向は水平方向であってもよい。この場合においても、バルブ水車１０に流入する流水を効果的に整流することができる。なお、図８に示す整流部材２０の幅ｂ（図７に示す延在方向高さｈに相当）は、例えば流水路３の幅Ｂの１０％〜２０％程度とすることができる。また、図９に示す例では、整流部材２０は、水平方向から見たときに主流方向に対して傾斜しており、各整流部材２０が、下流側に向って下降するように傾斜している。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、図１０乃至図１２を用いて、本発明の第３の実施の形態におけるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法について説明する。
【００５２】
図１０乃至図１２に示す第３の実施の形態においては、整流部材が流路壁に対して、整流部材の延在方向に延びる回動中心軸を中心に回動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３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１０乃至図１２において、図１乃至図３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。
【００５３】
図１０乃至図１２に示すように、整流部材２０は、流路壁４に対して、整流部材２０の延在方向（上下方向）に延びる回動中心軸２１を中心に回動可能になっている。すなわち、整流部材２０は、整流部材本体２２と、整流部材本体２２の上流端部に設けられ、回動中心軸２１を有する回動中心棒２３と、を含んでいる。例えば、回動中心軸２１を、流路壁４を貫通させて外側（上側または下側）に延ばし、手動操作で回動中心棒２３を回動させることにより、整流部材本体２２を回動させることができるが、整流部材本体２２を回動させるための構造は任意である。なお、整流部材本体２２は、電動モータ等の電動操作によって回動させてもよい。また、回動中心棒２３の外側に延びた部分を、例えば２つのナットを用いたダブルナット構造で締め付けて流路壁４に対して固定することにより、整流部材本体２２の回動方向位置を固定することが可能となるが、整流部材本体２２を固定するための構造はこれに限られることはない。
【００５４】
図示しないが、整流部材本体２２の上流端と流路壁４の上部との間、および整流部材本体２２の下流端と流路壁４の下部との間には、隙間が形成されていることが好適である。この場合、整流部材本体２２をスムースに回動させることができる。
【００５５】
このように本実施の形態によれば、整流部材２０が、回動中心軸２１を中心に回動可能になっている。このことにより、整流部材２０を容易に回動させることができ、整流部材の延在方向である上下方向から見たときの整流部材２０の主流方向（Ｐ）に対する傾斜角度（図１２に示すθ）を、所望の角度に容易に設定することができる。このため、整流部材２０の取付作業性を向上させることができる。
【００５６】
なお、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０の延在方向が上下方向となり、回動中心軸２１が上下方向に延び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、例えば図１３および図１４に示すように、整流部材２０の延在方向が水平方向となり、回動中心軸２１が水平方向に延びていてもよい。この場合においても、整流部材２０の延在方向である水平方向から見たときの整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度を、所望の方向に容易に設定することができる。
【００５７】
また、上述した本実施の形態においては、整流部材２０の両端部が、流路壁４にそれぞれ連結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、整流部材２０の一端部は、例えば、図６および図７に示すような流路壁４に連結されていない場合であっても、各整流部材２０を回動可能にすることは可能である。
【００５８】
（第４の実施の形態）
次に、図１５乃至図１７を用いて、本発明の第４の実施の形態におけるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法について説明する。
【００５９】
図１５乃至図１７に示す第４の実施の形態においては、一対の整流部材の上流端部が整流部材の延在方向に互いに整列しており、延在方向から見たときに、整流部材の主流方向に対する傾斜角度が互いに異なっている点が主に異なり、他の構成は、図６および図７に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図１５乃至図１７において、図６および図７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。
【００６０】
図１５乃至図１７に示すように、本実施の形態では、一対の整流部材２０Ａ、２０Ｂの上流端部が、整流部材２０Ａ、２０Ｂの延在方向である上下方向に互いに整列して（上下方向から見ると重なって）いる。このような整流部材２０Ａ、２０Ｂが二対、水平方向に異なる位置に設けられている。
【００６１】
本実施の形態においては、整流部材２０Ａ、２０Ｂの高さは比較的高くなっており、流水路３の中心部に延在している。そして、一対の整流部材２０Ａ、２０Ｂの間には、比較的小さな隙間が形成されている。
【００６２】
本実施の形態においては、整流部材２０Ａ、２０Ｂの延在方向である上下方向から見たときに、整流部材２０Ａ、２０Ｂの主流方向（Ｐ）に対する傾斜角度は互いに異なっている。すなわち、一方の整流部材２０Ａの傾斜角度が、他方の整流部材２０Ｂの傾斜角度と異なっている。図１７に示す例では、上側の整流部材２０Ａの傾斜方向が下側の整流部材２０Ｂの傾斜方向と異なっており、整流部材２０Ａの傾斜角度θＡが、整流部材２０Ｂの傾斜角度θＢ（−θＡ相当）と異なっている。
【００６３】
このように本実施の形態によれば、整流部材２０Ａ、２０Ｂの延在方向から見たときの一対の整流部材２０Ａ、２０Ｂの主流方向に対する傾斜角度が互いに異なっている。ここで、流路壁４や取水口２ａの形状精度の低下による流水路３内の流れは、流水路３の上下方向あるいは水平方向において異なる流れとなり得る。このため、本実施の形態によれば、流水路３の位置に応じて、整流部材２０Ａ、２０Ｂの傾斜角度を変えることにより、流水の整流効果を向上させることができる。
【００６４】
なお、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０Ａ、２０Ｂの延在方向が上下方向となっ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、例えば図８および図９に示すようにして、整流部材２０Ａ、２０Ｂの延在方向を水平方向にしてもよい。この場合においても、流水の整流効果を向上させることができる。
【００６５】
（第５の実施の形態）
次に、図１８乃至図２０を用いて、本発明の第５の実施の形態におけるバルブ水車発電設備およびバルブ水車発電設備の整流部材取付方法について説明する。
【００６６】
図１８乃至図２０に示す第５の実施の形態においては、整流部材の延在方向から見たときの整流部材の主流方向に対する傾斜角度が、第１分割流路内の流水の圧力と第２分割流路内の流水の圧力とに基づいて設定されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１８乃至図２０において、図１乃至図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。
【００６７】
図１８乃至図２０に示すように、本実施の形態におけるバルブ水車発電設備１は、第１分割流路１７内の流水の圧力を測定する第１圧力測定器３１と、第２分割流路１８内の流水の圧力を測定する第２圧力測定器３２と、バルブ１１の上流端部付近の流水の圧力を測定する第３圧力測定器３３と、を更に備えている。本実施の形態においては、第１圧力測定器３１および第２圧力測定器３２は、対応する分割流路内１７、１８のうち、ステー１６の下流端部付近（出口付近）であって、各流路の上部の流水の圧力を測定するようになっている。しかしながら、このことに限られることはなく、第１圧力測定器３１が測定する流水の圧力は、第１分割流路１７内の流水の圧力を測定できれば、任意の部分の流水の圧力を測定するようにしてもよく、例えば第１分割流路１７の下部や上下方向中央部などの流水の圧力を測定してもよい。第２圧力測定器３２についても同様である。
【００６８】
そして、整流部材２０の延在方向である上下方向から見たときの整流部材２０の主流方向（Ｐ）に対する傾斜角度（図１２に示すθ）が、第１圧力測定器３１により測定された第１分割流路１７内の流水の圧力と、第２圧力測定器３２により測定された第２分割流路１８内の流水の圧力と、第３圧力測定器３３により測定されたバルブ１１の上流端部付近の流水の圧力とに基づいて設定されている。
【００６９】
すなわち、第１圧力測定器３１により測定された第１分割流路１７内の流水の圧力をＰ１、第２圧力測定器３２により測定された第２分割流路１８内の流水の圧力をＰ２、第３圧力測定器３３により測定されたバルブ１１の上流端部付近の圧力をＰ３、第１分割流路１７内の流水の流量をＱ１、第２分割流路１８内の流水の流量をＱ２とすると、
（Ｐ３−Ｐ１）＝（Ｐ３−Ｐ２）の場合、Ｑ１＝Ｑ２
が成立し、第１分割流路１７内の流水の流量Ｑ１と第２分割流路１８内の流水の流量Ｑ２が均一になると考えられる。
【００７０】
仮に、Ｐ１とＰ２に圧力差が生じている場合、すなわち、
（Ｐ３−Ｐ１）＞（Ｐ３−Ｐ２）の場合、Ｑ１＞Ｑ２
となり、
（Ｐ３−Ｐ１）＜（Ｐ３−Ｐ２）の場合、Ｑ１＜Ｑ２
になると考えられる。この場合、第１分割流路１７内の流水の流量Ｑ１と第２分割流路１８内の流水の流量Ｑ２が不均一になると考えられる。
【００７１】
従って、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の圧力を測定することにより、第１分割流路１７内の流水の流量Ｑ１と、第２分割流路１８内の流水の流量Ｑ２との均一性を確認することができる。
【００７２】
本実施の形態によるバルブ水車発電設備１の整流部材取付方法では、まず、流水路３内においてバルブ水車１０のバルブ１１の上流側に整流部材２０が配置される。この際、整流部材２０は、流路壁４に仮固定される。
【００７３】
続いて、水車運転を行い、第１圧力測定器３１により第１分割流路１７内の流水の圧力Ｐ１が測定され、第２圧力測定器３２により第２分割流路１８内の流水の圧力Ｐ２が測定され、第３圧力測定器３３によりバルブ１１の上流端部付近の流水の圧力Ｐ３が測定される。
【００７４】
その後、整流部材２０の延在方向である上下方向から見たときの整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度が設定される。この場合、傾斜角度は、上述のように測定された第１分割流路１７内の流水の圧力Ｐ１と、第２分割流路１８内の流水の圧力Ｐ２と、バルブ１１の上流端部付近の流水の圧力Ｐ３とに基づいて、（Ｐ３−Ｐ１）＝（Ｐ３−Ｐ２）が成立するように、整流部材２０の傾斜角度が調整される。
【００７５】
このように本実施の形態によれば、整流部材２０の延在方向である上下方向から見たときの整流部材２０の主流方向に対する傾斜角度が、第１分割流路１７内の流水の圧力Ｐ１と、第２分割流路１８内の流水の圧力Ｐ２と、バルブ１１の上流端部付近の流水の圧力Ｐ３とに基づいて設定されている。このことにより、整流部材２０の傾斜角度を容易に設定することができるとともに、傾斜角度の設定精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、上述した本実施の形態においては、整流部材２０の傾斜角度を設定する際、バルブ１１の上流端部付近の流水の圧力Ｐ３を用いている。しかしながら、このことに限られることはなく、バルブ１１の上流端部付近の流水の圧力Ｐ３は用いなくてもよい。この場合、第１分割流路１７内の流水の圧力Ｐ１と第２分割流路１８内の流水の圧力Ｐ２との圧力差に基づいて、整流部材２０の傾斜角度を設定すればよい。
【００７７】
また、上述した本実施の形態においては、各整流部材２０の延在方向が上下方向となっ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、例えば整流部材２０の延在方向は水平方向であってもよい。この場合においても、整流部材２０の傾斜角度を容易に設定することができるとともに、傾斜角度の設定精度を向上させることができる。
【００７８】
また、上述した本実施の形態においては、整流部材２０の両端部が流路壁４に連結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、整流部材２０は、例えば図１０および図１１に示すように、流路壁４に対して整流部材２０の延在方向に延びる回動中心軸２１を中心に回動可能になっていてもよい。例えば、整流部材２０を電動操作によって回動させる場合には、上述のようにして測定された圧力値に基づいて、図示しない制御装置によって整流部材２０の傾斜角度を所望の角度となるように整流部材２０を回動させるようにしてもよい。この場合には、整流部材２０の傾斜角度を自動的に制御することが可能となる。
【００７９】
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。
【００８０】
なお、上述した各実施の形態では、バルブ水車の一例として、ランナの回転軸線（図１、２で示すＸ）が水平方向に延びる横軸バルブ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、ランナの回転軸線が上下方向に延びる立軸バルブ水車にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１：バルブ水車発電設備、２：ダム、３：流水路、４：流路壁、１０：バルブ水車、１１：バルブ、１４：ランナ、１５：ガイドベーン、１６：ステー、１７：第１分割流路、１８：第２分割流路、２０：整流部材、２１：回動中心軸、３１：第１圧力測定器、３２：第２圧力測定器
【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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