特許 6570947 水力機械の吸出し管装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6570947

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】水力機械の吸出し管装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 11/00 20060101AFI20190826BHJP

   F03B 3/02 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   F03B11/00 E

   F03B3/02

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-188327(P2015-188327)

(22)【出願日】2015年9月25日

(65)【公開番号】特開2017-61902(P2017-61902A)

(43)【公開日】2017年3月30日

【審査請求日】2018年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 貞男

(72)【発明者】

【氏名】中薗 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】高柳 司

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−０３５１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−０７８７６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−０７９５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １１／００

Ｆ０３Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入する水流によって回転駆動されるランナを通過した前記水流を流す水力機械の吸出し管装置であって、
前記ランナの側に配置される上部管と、
前記ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、
前記上部管と前記拡大管とを連結し、前記水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、
前記水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、
前記中空弾性体の前記内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を備え、
前記曲がり管の前記内周壁部の幅方向中央部に、前記外周壁部に向かって突出する突出壁が設けられ、
前記中空弾性体は、前記突出壁の幅方向両側に設けられていることを特徴とする水力機械の吸出し管装置。

【請求項2】

前記水流の主流方向に直交する断面において、前記突出壁の突出寸法をｈ、前記内周壁部から前記外周壁部までの寸法をＨとしたときに、
０＜ｈ／Ｈ＜０．３
を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の水力機械の吸出し管装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、水力機械の吸出し管装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図７に示すように、一般的なフランシス水車４０においては、発電運転時、上池（図示せず）より水圧鉄管を通って流入される水流は、ケーシング４１とステーベーン４２を通り、流量調整を行うガイドベーン４３を通ってランナ４４へと流れる。水流の圧力エネルギは、ランナ４４の回転エネルギへと変換され、ランナ４４の回転駆動力が主軸４６を介して結合された発電機４７に伝達され、発電が行われる。ランナ４４を通過した水流は、吸出し管５０を通って放水路（図示せず）へと排出される。このような発電運転時には、ガイドベーン４３の開度を変えることにより、ランナ４４に流入する水の流量を調整し、発電量を変化させている。

【0003】

このようなフランシス水車４０では、運転頻度の多い流量および落差等を想定した運転状態（設計点）において、水力損失が最も少なくなるように設計されている。このため、設計点においては、ケーシング４１からステーベーン４２およびガイドベーン４３を通ってランナ４４に流れ込む水流は、剥離および二次流れ等の少ない理想的な流れになっている。

【0004】

吸出し管５０は、図７に示すように、ランナ４４の側に設けられた上部ドラフト５１と、上部ドラフト５１にエルボ５２を介して連結された拡大管５３と、を有している。ランナ４４を通過した水流は、図７の太線矢印で示す主流方向に沿って吸出し管５０内を下流に向かって流れる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第６７２９８４３号明細書

【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、吸出し管５０のエルボ５２は、水流を大きく曲げるように形成されている。このため、吸出し管５０内の水流に慣性力が働き、吸出し管５０内の水流が、エルボ５２の外周壁部５２ｂの側に偏った流れとなり得る。この場合、図８に示すように、エルボ５２の内周壁部５２ａの側において、水流の速度が低下する低速度領域５５が形成され得るとともに、エルボ５２の内部において、主流方向に直交する方向に、エルボ５２内の流路を画定する流路壁に沿うように流れる二次流れ５４が発生し得る。このため、この低速度領域５５が内周壁部５２ａから離脱し、剥離流れが形成され得る。このようにして、エルボ５２の内周壁部５２ａの側および拡大管５３の上壁部５３ａの側において、剥離流れが存在する剥離領域５６が形成される場合がある。この結果、大きな水力損失および水圧振動が発生する可能性がある。

【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、設計点において、吸出し管内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる水力機械の吸出し管装置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の吸出し管装置は、流入する水流によって回転駆動されるランナを通過した水流を流すためのものである。この水力機械の吸出し管装置は、ランナの側に配置される上部管と、ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、上部管と拡大管とを連結し、水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、を備えている。曲がり管の内周壁部の幅方向中央部には、外周壁部に向かって突出する突出壁が設けられている。

【0009】

また、実施の形態のよる水力機械の吸出し管装置は、流入する水流によって回転駆動されるランナを通過した水流を流すためのものである。この水力機械の吸出し管装置は、ランナの側に配置される上部管と、ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、上部管と拡大管とを連結し、水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、を備えている。さらに、この水力機械の吸出し管装置は、曲がり管の内周壁部の幅方向中央部に設けられ、水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、中空弾性体の内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を備えている。そして、内部空間に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体は、外周壁部に向かって突出する突出壁を形成している。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、設計点において、吸出し管内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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模式図である。

【図2】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図3】図３は、図２の吸出し管の水力損失を示す図である。

【図4A】図４Ａは、第２の実施の形態による吸出し管において、低流量運転時での図１のＡ−Ａ線断面に相当する図である。

【図4B】図４Ｂは、第２の実施の形態による吸出し管において、設計点での図１のＡ−Ａ線断面に相当する図である。

【図5】図５は、図２の吸出し管内の流れであって、低流量運転時での流れを説明するための模式断面図である。

【図6A】図６Ａは、第３の実施の形態による吸出し管において、低流量運転時での図１のＡ−Ａ線断面に相当する図である。

【図6B】図６Ｂは、第３の実施の形態による吸出し管において、設計点での図１のＡ−Ａ線断面に相当する図である。

【図7】図７は、一般的なフランシス水車の全体構成を示す断面模式図である。

【図8】図８は、図７のＢ−Ｂ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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の吸出し管装置について説明する。

【0013】

（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の吸出し管装置について説明する。

【0014】

ここでは、まず、水力機械の一例として、吸出し管装置を備えたフランシス水車について図１を用いて説明する。図１は、フランシス水車の全体構成を示す断面模式図である。

【0015】

図１に示すように、フランシス水車１は、発電運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水流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に流入した水流をガイドベーン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の間に水流が流れる流路が形成されている。ガイドベーン４は、流入した水流をランナ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の間に水流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。

【0016】

ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｘを中心に回転自在に構成され、発電運転時にケーシング２から流入する水流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、上方から見たときに、時計回り（右回り）に回転するようになっている。

【0017】

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、発電運転時には、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。

【0018】

ランナ５の下流側には、ランナ５を通過した水流を放水路９に流す、吸出し管装置８Ａを構成する吸出し管８が設けられている。なお、吸出し管８が図示しない下池に連結されている場合であって、発電機７が電動機としての機能をも有している場合には、発電機７は、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を揚水運転することが可能になる。

【0019】

次に、上述した吸出し管装置８Ａについて、図１乃至図３を用いてより詳細に説明する。ここで、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、すなわち、水流の主流方向に直交する断面における後述のエルボ１２を示す断面図であり、図３は、図２の吸出し管８の水力損失を示す図である。

【0020】

図１に示すように、吸出し管装置８Ａは、吸出し管８を備えている。この吸出し管８は、ランナ５の側に配置される上部ドラフト１０（上部管）と、放水部９の側（ランナ５の側とは反対側）に配置される拡大管１１と、上部ドラフト１０と拡大管１１とを連結し、水流の流路を曲げるエルボ１２（曲がり管）と、を備えている。

【0021】

上部ドラフト１０は、上部ドラフト１０を流れる水流の主流方向（大局的に見たときの水の流れの方向、図１の太線矢印参照）が略垂直となるように形成され、拡大管１１は、拡大管１１を流れる水流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１２は、このような上部ドラフト１０と拡大管１１とを連結するために、エルボ１２を流れる水流の主流方向を曲げるように形成されている。

【0022】

拡大管１１は、流路断面積が下流側に向けて増加していくように延びている。この拡大管１１は、水流の流速を減速させることで、水流の圧力回復を図っている。

【0023】

図１に示すように、本実施の形態におけるエルボ１２は、曲げられる主流方向に対して内周側に設けられた内周壁部１２ａと、外周側に設けられた外周壁部１２ｂと、を有している。内周壁部１２ａと外周壁部１２ｂとは、図２に示すように、側壁１２ｃ、１２ｄによって連結されており、エルボ１２は、水流の主流方向に直交する断面において、閉じられた形状を形成している。

【0024】

エルボ１２の内周壁部１２ａの幅方向中央部には、外周壁部１２ｂに向かって突出する突出壁１３が設けられている。突出壁１３は、図２に示す断面で見たときに、外周壁部１２ｂに向かって凸となるように、概略的にＶ字状に形成されており、突出壁１３の幅方向両側では、エルボ１２内の流路を画定する流路壁が内周側（図２における上側）に凹むように形成されている。この突出壁１３は、エルボ１２から拡大管１１内にまで主流方向に沿って延びていることが好適である。ここで、幅方向とは、水流の主流方向に直交する方向であって、図２に示す断面で見たときの横方向（水平方向）を意味している。

【0025】

図２に示すように、エルボ１２は、突出壁１３の突出寸法をｈ、内周壁部１２ａから外周壁部１２ｂまでの寸法をＨとしたときに、
０＜ｈ／Ｈ＜０．３
を満たしていることが好適である。より具体的には、寸法ｈは、内周壁部１２ａの壁面のうち最も内周側（図２における上側）に位置する部分と、突出壁１３の下端との距離を示している。また、寸法Ｈは、内周壁部１２ａの壁面のうち最も内周側に位置する部分と外周壁部１２ｂの壁面との距離を示している。

【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】

本実施の形態によるフランシス水車１において発電運転を行う場合、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、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、図示しない下池へ放出される。

【0028】

ランナ５の出口における水流は、落差や出力など運転点の違いによって大きく変化し得る。このため、ランナ５を通過し、吸出し管８に流入した水は、様々な流れでエルボ１２を通過する。ところで、エルボ１２は、水流の流路を曲げるために、曲がった形状を有している。このことにより、エルボ１２内の水流に慣性力が働き、設計点においては、エルボ１２内の水流がエルボ１２の外周壁部１２ｂの側に偏った流れとなる。このため、エルボ１２の内周壁部１２ａの側において、水流の速度が低下する低速度領域１５が形成され得るとともに、エルボ１２の内部において、水流の主流方向に直交する方向に、エルボ１２内の流路壁に沿うような二次流れ１４が発生し得る。

【0029】

発生した二次流れ１４は、図２に示すように、外周壁部１２ｂと、側壁１２ｃ、１２ｄに沿って外周壁部１２ｂの側から内周壁部１２ａの側に流れる。そして、二次流れ１４は、内周壁部１２ａに沿って幅方向中央側へ流れる。このとき、二次流れ１４は、内周壁部１２ａに設けられた突出壁１３に沿って流れる。すなわち、二次流れ１４は、外周壁部１２ｂの側に傾いて流れる。このことにより、二次流れ１４は、低速度領域１５に向って流れ、低速度領域１４に水を供給することができる。このため、低速度領域１５が突出壁１３から離脱することを抑制でき、外周壁部１２ｂの側に偏った流れを緩和することができる。

【0030】

エルボ１２を通過した水流は、拡大管１１に流入し、水流の流速を減速させて圧力回復をした後、放水路９へと放水される。拡大管１１を流れる際においても、上述したエルボ１２内での流れと同様に、拡大管１１内に形成され得る低速度領域が拡大管１１内に延びている突出壁１３から離脱することを抑制できるとともに、偏った流れを緩和することができる。

【0031】

また、本実施の形態による突出壁１３は、上述したように０＜ｈ／Ｈ＜０．３を満たしている。ここで、図３に、吸出し管８の水力損失を示す。図３の横軸はｈ／Ｈを示し、縦軸は水力損失を示している。ｈを大きくするとエルボ１２内での流れの運動量変化が大きくなり得るとともに、主流方向に直交する断面内での平均流速が大きくなり得るため、水力損失が、突出壁１３が設けられていない場合よりも大きくなり得る。しかしながら、上述したように、ｈ／Ｈを０．３未満とすることにより、運動量変化の増大や平均流速の増大を起因とした水力損失が増大することを抑制できる。

【0032】

このように本実施の形態によれば、エルボ１２の内周壁部１２ａの幅方向中央部に、外周壁部１２ｂに向かって突出する突出壁１３が設けられている。このことにより、水流の主流方向に直交する方向でエルボ１２の内周壁部１２ａに沿って流れる二次流れ１４を、突出壁１３に沿わせて外周壁部１２ｂの側に傾けることができる。このため、エルボ１２の内周壁部１２ａの側に形成され得る低速度領域１５が突出壁１３から離脱することを抑制でき、エルボ１２内で発生する流れの偏りを緩和することができる。この結果、エルボ１２内に剥離領域が発生することを抑制することができ、設計点において、吸出し管８内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。

【0033】

また、本実施の形態によれば、水流の主流方向に直交する断面において、突出壁１３の突出寸法ｈと、内周壁部１２ａと外周壁部１２ｂとの距離Ｈとの関係が、０＜ｈ／Ｈ＜０．３を満たしている。このことにより、水力損失を効果的に低減することができる。

【0034】

（第２の実施の形態）
次に、図４Ａ乃至図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の吸出し管装置について説明する。

【0035】

図４Ａ乃至図５に示す第２の実施の形態においては、突出壁の幅方向両側に設けられ、水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、中空弾性体の内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を更に備えた点が主に異なり、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４Ａ乃至図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。

【0036】

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、本実施の形態による吸出し管装置８Ａは、突出壁１３の幅方向両側に設けられ、水流とは区画された内部空間１６を有する中空弾性体１７と、中空弾性体１７の内部空間１６に対して流体を給排する流体給排部２０と、を備えている。このうち、中空弾性体１７の材質としては、強度の強いゴム、例えば、硬質ゴムなどを用いることができる。

【0037】

中空弾性体１７は、後述する流体を内部空間１６に供給することにより膨張することができる。図４Ａに示すように、膨張した中空弾性体１７は突出壁１３の下端近傍まで膨張する。このことにより、主流方向に直交する断面において、中空弾性体１７と突出壁１３とによって、内周壁部１２ａの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。この場合、当該断面におけるエルボ１２内の流路壁は、全体として略矩形状になっている。

【0038】

一方、中空弾性体１７は、後述する流体を内部空間１６から排出することにより収縮することができる。図４Ｂに示すように、収縮した中空弾性体１７は内周壁部１２ａに沿うような形状となる。このことにより、突出壁１３の幅方向両側では、内周壁部１２ａの側の流路壁が内周側（図４Ｂにおける上側）に凹むようになり、主流方向に直交する断面において、エルボ１２内の流路壁は概略的に前述の第１の実施の形態での図２に示す形状と同様な形状とすることができる。

【0039】

中空弾性体１７の内部空間１６に対する流体の給排は、流体給排部２０によって行われる。流体給排部２０は、内部空間１６内に供給する流体を貯蔵する流体貯蔵部２１と、内部空間１６に流体を供給するポンプ２２と、流体貯蔵部２０と内部空間１６とを連結する配管２３と、を有している。この配管２３に、ポンプ２２が設けられており、ポンプ２２は、流体貯蔵部２１に貯蔵された流体を内部空間１６に供給するようになっている。なお、流体としては、中空弾性体１７を膨張させることが可能であれば、空気等の気体であってもよく、または水等の液体であってもよい。

【0040】

流体の供給時には、ポンプ２２が駆動されて、流体貯蔵部２１に貯蔵された流体は、配管２３を介して中空弾性体１７の内部空間１６に供給されて充填される。この場合、内部空間１６内の流体の圧力が、エルボ１２内の水流の圧力より高まる程度に内部空間１６に流体が供給される。

【0041】

一方、流体の排出時には、ポンプ２２を停止して、内部空間１６に充填されていた流体が、配管２３を介して流体貯蔵部２１に排出されて戻される。この場合、内部空間１６内の流体の圧力が、エルボ１２内の水流の圧力より低くなる程度に内部空間１６から流体が排出される。なお、流体の排出時には、内部空間１６に充填されていた流体を図示しない系統外部へ排出するようにしてもよい。

【0042】

設計点での発電運転時においては、図４Ｂに示すように、内部空間１６から流体が排出され、内部空間１６内の流体の圧力が低くなる。このことにより、水流の圧力を受けて中空弾性体１７が収縮する。この際、エルボ１２内の流路壁は、概略的に前述の第１の実施の形態での図２に示す形状と同様な形状とすることができる。

【0043】

一方、低流量運転時においては、図４Ａに示すように、内部空間１６に流体が供給されて充填される。このことにより、内部空間１６内の流体の圧力が高まり、中空弾性体１７が膨張する。

【0044】

ここで、低流量運転時、図５に示すように、エルボ１２内の水流が、ランナ５の回転方向に沿って旋回し、旋回流れ１８が発生する可能性がある。この際、旋回流れ１８の流れ方向で見たときの突出壁１３の下流側（図５に示す左側）において、渦１９が発生する場合がある。この場合、発生した渦１９により、水力損失が発生し得る。

【0045】

これに対して本実施の形態においては、低流量運転時では、上述したように中空弾性体１７を膨張させる。このことにより、図４Ａに示すように、中空弾性体１７と突出壁１３とによって、内周側壁部１２ａの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、図５に示すような渦１９の発生を抑制できる。なお、中空弾性体１７は、主流方向に延びるように、突出壁１３に沿って設けられていることが好適である。このことにより、低流量運転時における渦１９の発生をより一層抑制できる。

【0046】

なお、高流量運転時においても、低流量運転時と同様に渦の発生を抑制することが可能である。すなわち、高流量運転時、エルボ１２内の水流が、低流量運転時における旋回流れ１８（図５参照）とは反対方向に旋回する旋回流れが発生し、旋回流れの流れ方向で見たときの突出壁１３の下流側において、渦が発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態による吸出し管装置８Ａであれば、中空弾性体１７を膨張させることで、渦の発生を抑制できる。

【0047】

このように本実施の形態によれば、内部空間１６に流体を供給することで、中空弾性体１７を膨張させることができる。このことにより、中空弾性体１７と突出壁１３とによって、内周壁部１２ａの側の流路壁を幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、低流量運転時や高流量運転時において、突出壁１３に対して旋回流れ１８の流れ方向の下流側において渦１９が発生することを抑制し、水力損失を抑制することができる。

【0048】

また、本実施の形態によれば、内部空間１６から流体を排出することで、中空弾性体１７を収縮させることができる。このことにより、主流方向に直交する断面において、エルボ１２内の流路壁は概略的に前述の第１の実施の形態での図２に示す形状と同様な形状とすることができる。このため、設計点において、吸出し管８内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。

【0049】

さらに、本実施の形態によれば、中空弾性体１７の内部空間１６に供給される流体が流体貯蔵部２１に貯蔵されている。このことにより、中空弾性体１７を膨張させるために必要な流体を予め確保しておくことができ、中空弾性体１７をスムースに膨張させることが可能となる。

【0050】

（第３の実施の形態）
次に、図６Ａおよび図６Ｂを用いて、本発明の第３の実施の形態における水力機械の吸出し管装置について説明する。

【0051】

図６Ａおよび図６Ｂに示す第３の実施の形態においては、中空弾性体が曲がり管の内周壁部の幅方向中央部に設けられ、内部空間に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体が外周壁部に向かって突出する突出壁を形成する点が主に異なり、他の構成は、図４Ａ乃至図５に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、図４Ａ乃至図５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。

【0052】

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、本実施の形態による吸出し管装置８Ａの中空弾性体１７は、エルボ１２の内周壁部１２ａの幅方向中央部に設けられている。そして、内部空間１６に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体１７は、外周壁部１２ｂに向かって突出する突出壁２４を形成する。すなわち、本実施の形態による内周壁部１２ａには、突出壁１３が設けられていない。このため、主流方向に直交する断面において、内周壁部１２ａは、略直線状に形成されている。そして、中空弾性体１７が膨張したときに形成される突出壁２４が、前述の第２の実施の形態での図４Ａ等に示す突出壁１３と同様の機能を有している。

【0053】

図６Ａに示すように、収縮した中間弾性体１７は、内周壁部１２ａに沿うような形状となる。このことにより、主流方向に直交する断面において、中空弾性体１７によって、内周壁部１２ａの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。この場合、当該断面におけるエルボ１２内の流路壁は、全体として略矩形状になっている。

【0054】

一方、図６Ｂに示すように、膨張した中空弾性体１７は、外周壁部１２ｂに向かって突出する突出壁２４を形成している。このことにより、突出壁２４の幅方向両側では、内周壁部１２ａの側の流路壁が内周側（図６Ｂにおける上側）に凹むようになり、主流方向に直交する断面において、エルボ１２内の流路壁は概略的に前述の第２の実施の形態での図４Ｂに示す形状と同様な形状とすることができる。

【0055】

また、第２の実施の形態と同様に、中空弾性体１７が膨張した際、エルボ１２は、突出壁２４の突出寸法をｈ、内周壁部１２ａから外周壁部１２ｂまでの寸法をＨとしたときに、
０＜ｈ／Ｈ＜０．３
を満たしていることが好適である。より具体的には、寸法ｈは、内周壁部１２ａの壁面のうち最も内周側（図６Ｂにおける上側）に位置する部分と、突出壁２４の下端との距離を示している。

【0056】

設計点での発電運転時においては、図６Ｂに示すように、内部空間１６に流体が供給されて充填される。このことにより、内部空間１６内の流体の圧力が高まり、中空弾性体１７が膨張する。この際、エルボ１２内の流路壁は、概略的に前述の第２の実施の形態での図４Ｂに示す形状と同様な形状とすることができる。

【0057】

一方、低流量運転時においては、図６Ａに示すように、内部空間１６から流体が排出され、内部空間１６内の流体の圧力が低くなる。このことにより、水流の圧力を受けて中空弾性体１７が収縮する。この際、エルボ１２内の流路壁は、概略的に前述の第２の実施の形態での図４Ａに示す形状と同様な形状とすることができる。

【0058】

このように本実施の形態によれば、内部空間１６に流体を供給することで、中空弾性体１７を膨張させることができる。このことにより、中空弾性体１７が突出壁２４を形成することができ、主流方向に直交する断面において、エルボ１２内の流路壁は概略的に前述の第２の実施の形態での図４Ｂに示す形状と同様な形状とすることができる。このため、設計点において、吸出し管８内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。

【0059】

また、本実施の形態によれば、内部空間１６から流体を排出することで、中空弾性体１７を収縮させることができる。このことにより、主流方向に直交する断面において、内周壁部１２ａの側の流路壁を幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、低流量運転時や高流量運転時において、突出壁２４に対して旋回流れ方向の下流側において渦が発生することを抑制し、水力損失を抑制することができる。

【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。

【0061】

さらに、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、エルボ（曲がり管）を有する吸出し管装置を備えた水力機械であれば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の吸出し管装置を適用することもできる。

【符号の説明】

【0062】

５ ランナ
８Ａ 吸出し管装置
１０ 上部ドラフト
１１ 拡大管
１２ エルボ
１２ａ 内周壁部
１２ｂ 外周壁部
１３ 突出壁
１６ 内部空間
１７ 中空弾性体
２０ 流体給排部
２１ 流体貯蔵部
２２ ポンプ
２４ 突出壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】