(57)【要約】【課題】旋回流の発達を効果的に抑制して水圧脈動を効果的に低減させ、安定した運転を行う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、回転軸Ｘを有し、流入する流水によって回転駆動されるランナ５と、ランナ５を通過した流水が流れる吸出し管８と、吸出し管８内に設けられ、回転軸Ｘに沿う方向に延びる整流体２０と、を備えている。整流体２０は、回転軸Ｘに沿う方向で見たときに、回転軸Ｘを中心に円弧状に形成されている。【選択図】図１
2016050520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有し、流入する流水によって回転駆動されるランナと、
前記ランナを通過した流水が流れる吸出し管と、
前記吸出し管内に設けられ、前記回転軸に沿う方向に延びる整流体と、を備え、
前記整流体は、前記回転軸に沿う方向で見たときに、前記回転軸を中心に円弧状に形成されていることを特徴とする水力機械。
【請求項２】
前記整流体は、円筒状に形成さ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３】
前記整流体は、外周側円筒状部材と、前記外周側円筒状部材の内周側に設けられた内周側円筒状部材と、を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の水力機械。
【請求項４】
前記外周側円筒状部材の上流縁は、前記内周側円筒状部材の上流縁より上流側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の水力機械。
【請求項５】
前記整流体は、支持部材を介して前記吸出し管に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水力機械。
【請求項６】
前記支持部材は、前記回転軸に沿う方向で見たときに、当該支持部材と前記整流体との交点と、前記吸出し管の中心とを通る線に対して傾斜または直交する方向に延びていることを特徴とする請求項５に記載の水力機械。
【請求項７】
前記支持部材は、前記回転軸に沿う方向で見たときに、前記ランナの回転方向に向って前記整流体に近づくように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の水力機械。
【請求項８】
前記吸出し管は、前記ランナの側に配置された、前記回転軸に沿って延びる上部管と、  前記上部管に曲がり管を介して連結され、流路面積が下流側に向って拡大する拡大管と、を有し、
前記整流体は、前記回転軸に沿う方向で見たときに、周方向に部分的に形成され、前記回転軸に対して前記拡大管の側とは反対側に配置さ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９】
前記整流体は、下流側に向って前記回転軸から離れるように前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の水力機械。
【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】
従来より、上池から導かれる水によってランナを回転駆動させる機械として、水車やポンプ水車などの水力機械が知られている。このような水車では、上池より鉄管を通って流入される圧力水が、ケーシングとステーベーンを通り、流量調整を行うガイドベーンを通ってランナへと流れる。水の圧力エネルギは、ランナの回転エネルギへと変換され、ランナの回転駆動力が主軸を介して結合された発電機に伝達され、発電が行われる。ランナを通過した流水は、吸出し管を通って下流の下池または放水路に排出される。
【０００３】
ところで、このような水力機械においては、運転点が設計点から離れた所定の運転領域に入ると、吸出し管内に旋回流が発生することがある。このような旋回流の中心部付近では圧力が低下するため、この中心部付近に水蒸気と遊離空気とで満たされて気泡化したホワール（渦）が形成されることがある。ホワールは吸出し管内で振れ回るため、これによって大きな水圧脈動が発生し、振動や騒音、電力揺動などという問題が発生し得る。
【０００４】
そこで、このようなことに対処するために、吸出し管内に空気や水などを注入することにより旋回流の中心部付近の圧力低下を抑制して旋回流の発達の抑制を図る水力機械が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２３８１７７号公報
【特許文献２】特開２００４−６０５８８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、旋回流の発達の抑制を図るために空気や水などを吸出し管内に注入した場合であっても、旋回流の発達の抑制には限界がある。
【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、旋回流の発達を効果的に抑制して水圧脈動を効果的に低減させ、安定した運転を行う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、回転軸を有し、流入する流水によって回転駆動されるランナと、ランナを通過した流水が流れる吸出し管と、吸出し管内に設けられ、回転軸に沿う方向に延びる整流体と、を備えている。整流体は、回転軸に沿う方向で見たときに、回転軸を中心に円弧状に形成されている。
【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水車の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１のフランシス水車における整流体を示す斜視図である。
【図３】図３は、吸出し管内の流水の速度分布を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態におけるフランシス水車を示す部分断面図である。
【図５】図５は、図４のフランシス水車における整流体を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、第３の実施の形態において、ランナから見たときの整流体および支持部材を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の変形例を示す図である。
【図７】図７は、第４の実施の形態におけるフランシス水車を示す部分断面図である。
【図８】図８は、図７のフランシス水車における整流体を示す斜視図である。
【図９】図９は、第５の実施の形態におけるフランシス水車を示す部分断面図である。
【図１０】図１０は、図９のフランシス水車における整流体を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、吸出し管の傾斜角度を説明するための図である。
【図１２】図１２は、図９に示す整流体と吸出し管の傾斜角度を説明するための図である。
【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乃至図３を用いて、本発明の第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、水力機械の一例として、フランシス水車について図１を用いて説明する。
【００１２】
図１に示すように、フランシス水車１は、水車運転時に上池から水圧鉄管（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、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、を備えている。このうちステーベーン３は、ケーシング２に流入した水をガイドベーン４およびランナ５に導くためのものであり、周方向に所定の間隔をあけて配置され、ステーベーン３の間に水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン４は、流入した水をランナ５に導くためのものであり、周方向に所定の間隔をあけて配置され、ガイドベーン４の間に水が流れる流路が形成されている。また、ガイドベーン４は回動自在に構成されており、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、後述する発電機７の発電量が調整可能になっている。
【００１３】
ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸Ｘを中心に回転自在に構成され、水車運転時にケーシング２から流入する流水によって回転駆動される。すなわち、ランナ５は、ランナ５に流入する流水の圧力エネルギを回転エネルギへと変換するためのものである。本実施の形態におけるランナ５は、上流側から見たときに、時計回り（右回り）に回転するようになっている。
【００１４】
ランナ５には、主軸６を介して発電機７が結合されている。この発電機７は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。
【００１５】
ランナ５の下流側には、ランナ５を通過した流水が流れる吸出し管８が設けられている。吸出し管８を流れる際に流水の圧力は回復する。吸出し管８を流れた水は、図示しない下池または放水路へと放出される。
【００１６】
なお、発電機７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５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８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。
【００１７】
吸出し管８は、ランナ５の側に配置された上部ドラフト１０（上部管）と、上部ドラフト１０にエルボ１１（曲がり管）を介して連結され、流路面積が下流側に向けて拡大する拡大管１２と、を備えている。このうち上部ドラフト１０は、回転軸Ｘに沿って、より具体的には回転軸Ｘを中心とするように形成されており、上部ドラフト１０を流れる流水の主流方向（大局的に見たときの水の流れの方向）が略垂直（図１の下側）となるように形成され、拡大管１２は、拡大管１２を流れる流水の主流方向が略水平に（水平に延びるように、若しくは水平に対して所望の振り上げ角度で延びるように）形成されている。エルボ１１は、このような上部ドラフト１０と拡大管１２とを連結するために、エルボ１１を流れる流水の主流方向を曲げるように形成されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、吸出し管８内には、回転軸Ｘに沿う方向に延びる整流体２０が設けられている。整流体２０は、回転軸Ｘに沿う方向で見たときに、回転軸Ｘを中心に円弧状に形成されている。
【００１９】
本実施の形態では、整流体２０は、回転軸Ｘを中心とする円筒状に形成されており、回転軸Ｘに対して平行に設けられ、吸出し管８の上部ドラフト１０内に配置されている。そして、整流体２０の外周面は、吸出し管８の内面から離間しており、上部ドラフト１０内の領域を、外周側の領域と内周側の領域とに区画している。
【００２０】
図１に示すように、整流体２０の上流縁２０ａおよび下流縁２０ｂは、上部ドラフト１０内に配置されている。しかしながら、下流縁２０ｂは、エルボ１１内に延びていてもよい。なお、整流体２０の上流縁２０ａおよび下流縁２０ｂは、損失を抑制するために、丸みを帯びた流線型に形成することが好ましい。
【００２１】
整流体２０は、支持部材２１を介して吸出し管８に取り付けられている。本実施の形態では、支持部材２１は、図２に示すように、吸出し管８の上部ドラフト１０の半径方向に沿って延びるように形成され、略９０°間隔で周方向に配列された４本の支持部材２１のセットが、整流体２０の上流側部および下流側部にそれぞれ設けられている。このようにして、整流体２０は、吸出し管８に支持されている。
【００２２】
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。
【００２３】
本実施の形態によるフランシス水車１において水車運転を行う場合、図１に示すように、上池（図示せず）から水圧鉄管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、等流速化されて、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に結合された発電機７が駆動されて発電が行われる。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、図示しない下池または放水路へ放出される。
【００２４】
フランシス水車１の運転点が設計点から離れた所定の運転領域（より具体的には、部分負荷運転領域、過負荷運転領域）に入ると、吸出し管８内を流れる流水が旋回して旋回流が生じる。旋回流が発達すると、ホワール（渦）が形成されて水圧脈動が発生し得る。
【００２５】
ここで、図３に、旋回流が形成された吸出し管８内における流水の軸方向流速分布Ｖ１と旋回方向流速分布Ｖ２を示す。ここで、軸方向流速分布Ｖ１は、中心軸Ｘに沿う方向における流水の流速分布であり、旋回方向流速分布Ｖ２は、旋回方向（すなわち、中心軸Ｘに沿う方向で見たときの吸出し管８の周方向）における流水の流速分布である。図３に示すように、外周側の軸方向流速および旋回方向流速は、内周側の軸方向流速および旋回方向流速よりも大きくなっている。なお、図３では、便宜上、旋回方向流速分布Ｖ２として、旋回方向流速の大きさを、その向きに関わることなく下向きに揃えて示している。
【００２６】
本実施の形態では、上述したように、上部ドラフト１０内に円筒状の整流体２０が設けられ、この整流体２０が上部ドラフト１０内の領域を、外周側の領域と内周側の領域とに区画している。このことにより、上部ドラフト１０内の旋回流を、整流体２０を境にして、速度の大きい外周側の旋回流と、速度の小さい内周側の旋回流とに分断することができる。このため、旋回流が発達することを抑制でき、これにより、内周側の領域で圧力が低下してホワールが形成されることを抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを、整流体２０の内側に閉じ込めることができる。このため、ホワールが上部ドラフト１０内において大きく振れ回ることを防止できる。
【００２７】
このように本実施の形態によれば、吸出し管８の上部ドラフト１０内に、円筒状の整流体２０が設けられていることにより、旋回流が発達することを効果的に抑制し、ホワールの形成を抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを整流体２０の内側に閉じ込めて、ホワールの発達を抑制できる。このため、旋回流の発達を効果的に抑制して水圧脈動を効果的に低減させ、振動や騒音、電力揺動などの少ない安定した運転を行うことが可能となる。
【００２８】
また、本実施の形態によれば、整流体２０は、支持部材２１を介して吸出し管８に取り付けられている。このことにより、整流体２０を、吸出し管８内に安定して支持することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、図４および図５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。
【００３０】
図４および図５に示す第２の実施の形態においては、整流体が、外周側円筒状部材と内周側円筒状部材とを有し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４および図５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。
【００３１】
図４および図５に示すように、整流体２０は、外周側円筒状部材２２と、外周側円筒状部材２２の内周側に設けられた内周側円筒状部材２３と、を有している。外周側円筒状部材２２および内周側円筒状部材２３は共に、回転軸Ｘを中心とする円筒状に形成され、互いに同心状に形成されている。そして、外周側円筒状部材２２は、吸出し管８の内面から離間し、内周側円筒状部材２３は、外周側円筒状部材２２から離間しており、外周側円筒状部材２２と内周側円筒状部材２３は、上部ドラフト１０内の領域を、外周側の領域と、中間の領域と、内周側の領域とに区画している。
【００３２】
そして、本実施の形態においては、外周側円筒状部材２２の上流縁２２ａは、内周側円筒状部材２３の上流縁２３ａより上流側に配置されている。また、外周側円筒状部材２２の下流縁２２ｂは、内周側円筒状部材２３の下流縁２３ｂより上流側に配置されており、外側円筒状部材２２と内側円筒状部材２３は、回転軸Ｘに沿う方向において、部分的に互いに重なり合っている。
【００３３】
外周側円筒状部材２２は、上述した支持部材２１を介して吸出し管８に取り付けられている。内周側円筒状部材２３は、第２の支持部材２４を介して外周側円筒状部材２２に取り付けられている。第２の支持部材２４は、支持部材２１と同様に、上部ドラフト１０の半径方向に沿って延びるように形成され、略９０°間隔で周方向に配列されている。このようにして、外周側円筒状部材２２および内周側円筒状部材２３が吸出し管８に支持されている。
【００３４】
本実施の形態では、外周側円筒状部材２２および内周側円筒状部材２３が、上部ドラフト１０内の領域を、外周側の領域と中間の領域と内周側の領域とに区画していることにより、上部ドラフト１０内の旋回流を、速度の大きい外周側の旋回流と、速度の小さい内周側の旋回流と、それらの中間の速度を有する中間の旋回流と、に分断することができる。このため、旋回流が発達することをより一層抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを、内周側円筒状部材２３の内側に閉じ込めることができると共に、外周側円筒状部材２２によっても閉じ込めることができる。このため、ホワールが上部ドラフト１０内において大きく振れ回ることをより一層防止できる。
【００３５】
また、本実施の形態では、外周側円筒状部材２２の上流縁２２ａが、内周側円筒状部材２３の上流縁２３ａより上流側に配置されている。このことにより、ホワールが形成された場合には、形成されたホワールを、まず外周側円筒状部材２２の内側に閉じ込めて、その後内周側円筒状部材２３の内側に閉じ込めることができる。このため、ホワールを半径方向に縮小する方向に誘導して、ホワールの拡大を抑制することができる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、吸出し管８の上部ドラフト１０内に円筒状の外周側円筒状部材２２および内周側円筒状部材２３が設けられている。このことにより、旋回流を外周側の旋回流と内周側の旋回流と中間の旋回流とに分断することができ、旋回流が発達することをより一層抑制し、ホワールの形成をより一層抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを外周側円筒状部材２２および内周側円筒状部材２３の内側に閉じ込めることができる。このため、ホワールの発達をより一層抑制することができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、外周側円筒状部材２２の上流縁２２ａが、内周側円筒状部材２３の上流縁２３ａより上流側に配置されている。このことにより、ホワールを半径方向に縮小する方向に案内することができ、ホワールの発達を抑制することができる。また、吸出し管８内の流れが、外周側円筒状部材２２と内周側円筒状部材２３とに同時的に衝突することを防止でき、衝突損失を低減することができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
次に、図６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。
【００３９】
図６に示す第３の実施の形態においては、支持部材が、ランナの回転軸に沿う方向で見たときに、半径方向に対して傾斜または直交する方向に延び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６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。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、支持部材２１は、ランナ５の回転軸Ｘに沿う方向で見たときに、当該支持部材２１と整流体２０との交点（接点）Ｐと、吸出し管８の上部ドラフト１０の中心Ｏ（回転軸Ｘ）とを通る半径方向に延びる線Ｌに対して直交する方向に、直線状に延びている。ランナ５は、上述したように、上流側から見たときに、時計回り（右回り）に回転するようになっており、部分負荷運転では、ランナ５から流出した旋回流は、ランナ５と同じ方向に回転する旋回流となり得る。支持部材２１は、このランナ５の回転方向Ｑに向って、整流体２０に近づくように形成されている。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、支持部材２１が、ランナ５の回転軸Ｘに沿う方向で見たときに、支持部材２１と整流体２０との交点Ｐと、上部ドラフト１０の中心Ｏとを通る線Ｌに対して直交する方向に延びている。このことにより、支持部材２１を、旋回流の接線方向に配置することができ、支持部材２１が流れを遮ることを抑制し、支持部材２１による損失を低減することができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、支持部材２１は、ランナ５の回転方向Ｑに向って整流体２０に近づくように形成されている。このことにより、遠心力が作用する旋回流を内周側に強制することができ、旋回流の発達を抑制できる。
【００４３】
なお、上述した本実施の形態においては、支持部材２１は、ランナ５の回転軸Ｘに沿う方向で見たときに、支持部材２１と整流体２０との交点Ｐと、吸出し管８の上部ドラフト１０の中心Ｏとを通る線Ｌに対して直交する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、支持部材２１は、当該線Ｌに対して傾斜する方向に延びていてもよい。この場合においても、支持部材２１を、旋回流の旋回方向に沿う方向に配置することができ、支持部材２１による損失を低減することができる。
【００４４】
また、上述した本実施の形態においては、支持部材２１は、ランナ５の回転方向Ｑに向って整流体２０に近づくように形成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、支持部材２１は、図６（ｂ）に示すように、ランナ５の回転方向Ｑに向って整流体２０から遠ざかるように、すなわち吸出し管８に近づくように形成されていてもよい。この場合においても、支持部材２１を、旋回流の接線方向に配置することができ、支持部材２１が流れを遮ることを抑制し、支持部材２１による損失を低減することができる。また、ランナ５から流出した旋回流が、ランナ５とは反対方向に旋回するような過負荷運転の場合には、遠心力が作用する旋回流を内周側に強制することができ、旋回流の発達を抑制できる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
次に、図７および図８を用いて、本発明の第４の実施の形態における水力機械について説明する。
【００４６】
図７および図８に示す第４の実施の形態においては、整流体が、回転軸に沿う方向で見たときに周方向に部分的に形成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７および図８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。
【００４７】
図７および図８に示すように、整流体２０は、回転軸Ｘに沿う方向で見たときに周方向に部分的に形成されている。また、整流体２０は、回転軸Ｘに対して吸出し管８の拡大管１２の側とは反対側に配置されている。本実施の形態においては、このような周方向に部分的に形成された１つの整流体２０が上部ドラフト１０内に設けられている。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、吸出し管８の上部ドラフト１０内に、周方向に部分的に形成された整流体２０が設けられている。このような整流体２０によっても、旋回流を外周側の旋回流と内周側の旋回流とに分断することができ、旋回流が発達することを効果的に抑制し、ホワールの形成を抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを整流体２０の内側に強制して、ホワールの発達を抑制できる。また、整流体２０が周方向に部分的に形成されていることにより、整流体２０による摩擦損失を低減することができ、さらに、整流体２０の製作や設置作業などを簡素化して合理化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、整流体２０は、回転軸Ｘに対して吸出し管８の拡大管１２の側とは反対側に配置されている。このことにより、上部ドラフト１０内において、水圧脈動が大きくなり得る側に整流体２０を配置することができ、水圧脈動を効果的に低減することができる。
【００５０】
なお、上述した本実施の形態においては、整流体２０が周方向に１つ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、このような周方向に部分的に形成された整流体２０は、周方向に複数配列されていてもよい。この場合においても、ホワールの発達を効果的に抑制することができる。
【００５１】
（第５の実施の形態）
次に、図９乃至図１２を用いて、本発明の第５の実施の形態における水力機械について説明する。
【００５２】
図９乃至図１２に示す第５の実施の形態においては、整流体が、下流側に向って回転軸から離れるように回転軸に対して傾斜し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９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９および図１０に示すように、整流体２０は、下流側に向って回転軸Ｘから離れるように回転軸Ｘに対して傾斜している。すなわち、整流体２０は、筒状かつ円錐台状に形成されている。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、吸出し管８の上部ドラフト１０内に、筒状かつ円錐台状の整流体２０が設けられていることにより、旋回流が発達することを効果的に抑制し、ホワールの形成を抑制できる。また、ホワールが形成された場合であっても、形成されたホワールを整流体２０の内側に閉じ込めて、ホワールの発達を抑制できる。このため、旋回流の発達を効果的に抑制して水圧脈動を効果的に低減させ、振動や騒音、電力揺動などの少ない安定した運転を行うことが可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、整流体２０が回転軸Ｘに対して傾斜していることにより、吸出し管８の上部ドラフト１０における流路面積の拡大率を増大させることが可能となる。
【００５６】
一般的に、上部ドラフト１０の内面は、内側を流れる流水が当該内面から剥離しないような傾斜角度（最大傾斜角度をθとする）で、流路面積が拡大するように形成されている。言い換えると、回転軸Ｘに対する上部ドラフト１０の内面の傾斜角度がθを超えると、流れが剥離し、図１１に示すようなキャビテーションＣが発生し得る。このため、上部ドラフト１０の内面の傾斜角度をθ以下として流れの剥離を防止しながら流路面積を拡大させ、ランナ５から流出した流水の圧力を回復させている。そして、この傾斜角度によって、上部ドラフト１０の長さ、すなわち吸出し管８の深さが決定される。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態では、整流体２０が回転軸Ｘに対して傾斜している。このことにより、整流体２０の内周側の領域において、流路面積を下流側に向って拡大させることができる。この場合、整流体２０の傾斜角度は、流れが整流体２０の内周面から剥離しない角度とすることができ、その角度は、図１２に示すように、最大で上述したθとなる。そして、上部ドラフト１０の内面は、傾斜している整流体２０に対して更に傾斜させることができ、整流体２０に対して最大角度θまで傾斜させることができる。この場合であっても、上部ドラフト１０の内面から流れが剥離することを防止できる。このため、上部ドラフト１０の内面の傾斜角度を増大させ、最大で２×θとすることができる。
【００５８】
このようにして、上部ドラフト１０の長さを低減することができる。この結果、吸出し管８の深さを低減し、据付時の土木工事などの費用を低減することが可能となる。
【００５９】
以上述べた実施形態によれば、旋回流の発達を効果的に抑制して水圧脈動を効果的に低減させ、安定した運転を行うことができる。
【００６０】
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。例えば、上述した第３の実施の形態と第５の実施の形態の組み合わせは、上述した水圧脈動を効果的に低減させ、安定した運転を行うことができるという効果に加えて、損失の低減と吸出し管の深さの低減といった効果をも奏することができる点で好都合である。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、水力機械の一例としてフランシス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、フランシス水車以外の水力機械にも、本発明による水力機械を適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１      フランシス水車
５      ランナ
８      吸出し管
１０    上部ドラフト
１１    エルボ
１２    拡大管
２０    整流体
２１    支持部材
２２    外周側円筒状部材
２２ａ  上流縁
２３    内周側円筒状部材
２３ａ  上流縁
２４    第２の支持部材
【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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