特許 6983530 水車のガイドベーン装置及びそのガイドベーン装置を備えた水車

(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】6983530

(24)【登録日】2021年11月26日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】水車のガイドベーン装置及びそのガイドベーン装置を備えた水車

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/18 20060101AFI20211206BHJP

【ＦＩ】

   F03B3/18 A

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-83935(P2017-83935)

(22)【出願日】2017年4月20日

(65)【公開番号】特開2018-178965(P2018-178965A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2020年1月21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

(74)【代理人】

【識別番号】100199255

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 大幸

(72)【発明者】

【氏名】中村 一幸

(72)【発明者】

【氏名】久保 幸一

(72)【発明者】

【氏名】中島 峻浩

(72)【発明者】

【氏名】中村 高紀

(72)【発明者】

【氏名】富岡 拓也

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 啓太

【審査官】 上野 力

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−０５９９７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−０９０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１０５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１９９５０２２８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５４４１３８４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４１４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線回りに回動可能な、水車のガイドベーン装置であって、
供給される流水を下流側に向けて整流するガイドベーンを備え、
前記ガイドベーンは、上端部と下端部とを有する下流端縁を有し、
下流側から前記下流端縁を前記ガイドベーンの上流端縁側に見るとき、前記下流端縁の前記下端部は、前記下流端縁の前記上端部に対して前記軸線に直交する方向にずれ、且つ、前記下流端縁は、下流側から前記下流端縁を前記ガイドベーンの上流端縁側に見るとき、Ｃ字状又はＳ字状の曲線を含む、ガイドベーン装置。

【請求項2】

前記ガイドベーンの上端には、第１フランジを介して第１回動軸が設けられ、
前記ガイドベーンの下端には、第２フランジを介して第２回動軸が設けられ、
前記第１回動軸及び前記第２回動軸の中心軸線が共に前記軸線に一致している、請求項１に記載のガイドベーン装置。

【請求項3】

前記ガイドベーンの前記下流端縁の前記下端部は、当該ガイドベーンの圧力面側から見て、前記下流端縁の前記上端部に対して流水の流れ方向にずれている、請求項１又は２に記載のガイドベーン装置。

【請求項4】

前記ガイドベーンのキャンバーラインが、前記軸線よりも当該ガイドベーンの圧力面側に位置している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガイドベーン装置。

【請求項5】

ケーシングと、
前記ケーシングを介して供給される流水によって回転駆動されるランナと、
前記ランナと前記ケーシングとの間に配置された、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガイドベーン装置と、を備えた、水車。

【請求項6】

回転駆動されるランナと、
前記ランナの外周側に配置されたガイドベーンと、を備え、
前記ランナは、ランナ翼を有し、
前記ランナ翼は、上端部と下端部とを有する上流端縁を有し、
前記ランナ翼の前記上流端縁の前記下端部は、前記ランナ翼の前記上流端縁の前記上端部に対して、前記ランナの周方向のうちの一の方向にずれており、
前記ガイドベーンは、上端部と下端部とを有する下流端縁を有し、
前記ガイドベーンの前記下流端縁の前記下端部は、前記ガイドベーンの前記下流端縁の前記上端部に対して、前記ランナの周方向のうちの他の方向にずれており、
前記ガイドベーンの前記下流端縁は、下流側から前記ガイドベーンの前記下流端縁を前記ガイドベーンの上流端縁側に見るとき、Ｃ字状又はＳ字状の曲線を含む、水車。

【請求項7】

前記ガイドベーンの外周側に設けられたステーベーンを更に備え、
前記ステーベーンは、上端部と下端部とを有する下流端縁を有し、
前記ステーベーンの前記下流端縁の前記下端部は、下流側から見て、当該ステーベーンの前記下流端縁の前記上端部に対して、前記ガイドベーンの前記下流端縁の前記上端部に対する前記下端部のずれと同じ方向にずれている、請求項５または６に記載の水車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、水車のガイドベーン装置及びそのガイドベーン装置を備えた水車に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、フランシス水車では、回転駆動されるランナに供給される流水は、複数のガイドベーンによって流量調整されている。従来のフランシス水車におけるガイドベーン３及びランナ４が、図１０及び図１１に示されている。これらの図に示されるように、各ガイドベーン３は、下流端縁３１を有しており、当該下流端縁３１は、ランナ４の回転軸線と平行に延在している。

【0003】

図１０及び図１１に示すように、ランナ４は、周方向に等間隔で配置された複数のランナ翼７を有している。各ランナ翼７は、その上流端縁７１の下端部７３が、その上端部７２に対して、ランナ４の周方向にずれている。本明細書において、ランナ４の周方向とは、ランナ４の回転方向（例えば発電運転回転方向）Ｒ及びその逆方向の両者を包含する意味で用いられる。図１０及び図１１に示す例では、各ランナ翼７は、その上流端縁７１の下端部７３がその上端部７２に対して、前記周方向のうちランナ４の回転方向Ｒにおいて進んだ位置（図１１における時計回りの方向）にずれて配置されている。このことによって、ランナ翼７の上流端縁７１は、ランナ４の回転軸線に対して傾斜している。

【0004】

ところで、フランシス水車１０（フランシスポンプ水車を含む）では、ガイドベーン３とランナ４との間で、静動翼間の翼列干渉により水圧脈動が発生することが知られている。この水圧脈動は、発電の安定性を損なわせたり、機器が損傷する原因になったりするため、問題になり得る。

【0005】

この水圧脈動について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、ランナ翼７とガイドベーン３との間の水圧脈動の発生要因を説明するための図であり、図１３は、ランナ４とガイドベーン３との間の仮想円筒面Ｃ上の全圧分布を模式的に示す図である。ここで、仮想円筒面Ｃとは、ランナ４と同心で同径の円筒面である。

【0006】

図１２に示すように、フランシス水車１０の運転時にガイドベーン３の上流側に設けられたステーベーン２により整流された流水は、有限の厚みを有するガイドベーン３に沿って流れる。このとき、ガイドベーン３の下流端縁３１で後流８が発生する。

【0007】

一般に、後流８は、内部の流体エネルギー（全圧）が低いことが知られている。このため、図１３に示すように、仮想円筒面Ｃ上には、後流８と交差する領域に低圧部が発生する。この低圧部は、仮想円筒面Ｃの周方向に沿って、ガイドベーン３の枚数と同数の箇所に存在している。これらの低圧部を、高速で回転するランナ翼７が横断する際に圧力が急激に変動し、水圧脈動が発生するのである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７−１１３５５４号公報

【特許文献2】特開平１１−１４１４４９号公報

【特許文献3】特許第４１８７６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、以上のような知見に基づいて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ランナとガイドベーンとの間で発生する水圧脈動を低減させることにより、水車の運転時の安定性を高め、更には、機器の長寿命化が可能なガイドベーン及びそのガイドベーンを備えた水車を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本実施の形態は、軸線回りに回動可能な、水車のガイドベーン装置であって、供給される流水を下流側に向けて整流するガイドベーンを備え、前記ガイドベーンは、上端部と下端部とを有する下流端縁を有し、前記下流端縁の前記下端部は、下流側から見て、前記下流端縁の前記上端部に対して前記軸線に直交する方向にずれている。

【0011】

あるいは、本実施の形態は、回転駆動されるランナと、前記ランナの外周側に配置されたガイドベーンと、を備え、前記ランナは、ランナ翼を有し、前記ランナ翼は、上端部と下端部とを有する上流端縁を有し、前記上流端縁の前記下端部は、前記上流端縁の前記上端部に対して、前記ランナの周方向のうちの一の方向にずれており、前記ガイドベーンは、上端部と下端部とを有する下流端縁を有し、前記下端部は、前記上端部に対して、前記ランナの周方向のうちの他の方向にずれている、水車である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ランナとガイドベーンとの間で発生する水圧脈動が低減されるため、水車の運転時の安定性を高め、更には、機器の長寿命化をも実現可能なガイドベーン装置及びそのガイドベーン装置を備えた水車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施の形態によるガイドベーン装置を示す概略側面図である。

【図2】図１の概略背面図である。

【図3】図１のガイドベーン装置が採用された水車の、ガイドベーンとランナとを示す概略斜視図である。

【図4】図１の概略上面図である。

【図5】図１に示すガイドベーン装置を採用したフランシス水車において、ランナ翼の上流端縁が後流を横断する様子を説明するための図である。図５（ａ）は、ランナ翼の下端部（バンド側の端部）が後流を横断している状態を示す図であり、図５（ｂ）は、ランナ翼の中間部分が後流を横断している状態を示す図であり、図５（ｃ）は、ランナ翼の上端部（クラウン側の端部）が後流を横断している状態を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態によるガイドベーン装置を示す概略側面図である。

【図7】図６の変形例によるガイドベーン装置を示す概略側面図である。

【図8】本発明の第３の実施の形態によるガイドベーン装置を示す概略平面図である。

【図9】フランシス水車の装置構成を示す概略縦断面図である。

【図10】従来のガイドベーン装置が配置されたフランシス水車の、ガイドベーンとランナとを示す概略斜視図である。

【図11】図１０の概略上面図である。

【図12】図１０の部分的な拡大図であり、ランナ翼とガイドベーンとの間の水圧脈動の発生要因を説明するための図である。

【図13】従来のフランシス水車での、ランナとガイドベーンとの間の周方向における全圧分布を模式的に示す図である。

【図14】本実施の形態による水車に採用可能なステーベーンを示す概略背面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明による各実施の形態について説明するに先だち、一般的なフランシス水車１０の全体構成について概略的に説明する。

【0015】

図９は、フランシス水車１０の全体構成を示す概略縦断面図である。図９に示すように、フランシス水車１０は、ランナ４と、ランナ４の外周側に配置され、水圧鉄管（不図示）及び渦巻き状のケーシング１を介してランナ４に流入する流水の整流を行うステーベーン２と、ステーベーン２とランナ４との間で流水の流量調整を行うガイドベーン３と、ランナ４を通過した流水を流出させる吸出し管６と、を備えている。ランナ４は、主軸（回動軸）５に連結されたクラウンと、クラウンと対向するように配置されたバンドと、クラウンとバンドとの間に設けられた複数のランナ翼７と、を有している。

【0016】

このようなフランシス水車１０では、上池から水圧鉄管を通じて供給される流水がステーベーン２及びガイドベーン３に案内されてランナ４へと導かれ、流水の圧力エネルギーがランナ４内で回転エネルギーに変換されることによって、主軸５が回転される。これにより、主軸５に結合された発電機（不図示）が回転駆動され、発電が行われることになる。

【0017】

以下の説明に当たっては、図９に示すように、ランナ４の回動軸線に一致するようにＺ軸をとり、Ｚ軸方向を高さ方向として、以下の説明を行う。すなわち、Ｚ軸正側に位置するクラウン側を上側と呼び、Ｚ軸負側に位置するバンド側を下側と呼ぶこととする。更に、ランナ４の回転方向をＲとする。この回転方向Ｒは、図１０及び図１１に矢印で示すように、上方から見て時計回りの方向である。このような座標軸及び回転方向Ｒは、他の図面においても同じ方向に規定されている（図１乃至図５参照）。

【0018】

図示されていないが、各ガイドベーン３には、Ｚ軸と平行な回動軸線を有するスピンドルが一体的に設けられており、このスピンドルが回動されることによって、各ガイドベーン３が当該回動軸線回りに所望に回動されるようになっている。

【0019】

次に、添付の図面を参照して、本発明による第１の実施の形態を詳細に説明する。

【0020】

図１は、本発明の第１の実施の形態によるガイドベーン装置１００を示す概略側面図であり、図２は、図１の概略背面図である。

【0021】

図１及び図２に示すように、本実施の形態によるガイドベーン装置１００は、Ｚ軸に平行な軸線Ｌ回りに回動可能であり、供給される流水を下流側（図１における左方）に向けて整流するガイドベーン１１０を備えている。図１及び図２に示すように、ガイドベーン１１０は、上端部１１２と下端部１１３とを有する下流端縁１１１を有している。そして、図２に示すように、下流端縁１１１の下端部１１３は、下流側（図２における手前側）から見て、下流端縁１１１の上端部１１２に対して軸線Ｌに直交する方向にずれている。特には、図２に示す例では、下流端縁１１１の下端部１１３は、下流側から見て、下流端縁１１１の上端部１１２に対して左方（ランナ４の回転方向Ｒとは逆の方向）にずれている。このことによって、下流端縁１１１が、軸線Ｌに対して左下がりの傾斜を有している。

【0022】

ここで、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１の傾斜について、次の通り規定することにする。すなわち、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１の下端部１１３が上端部１１２よりもランナ４の周方向のうち回転方向Ｒにおいて後れている（左方にずれている）ときの傾斜を「正の傾斜」と呼び、これとは逆に、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１の下端部１１３が上端部１１２よりもランナ４の周方向のうち回転方向Ｒにおいて進んでいる（右方にずれている）ときの傾斜を「負の傾斜」と呼ぶ。これによれば、本実施の形態によるガイドベーン１１０は、下流端縁１１１が正の傾斜を有している、ということになる。なお、このような傾斜の呼び方は、後述されるランナ翼７の上流端縁７１についても同様に適用する。

【0023】

図１及び図２に示すように、本実施の形態によるガイドベーン装置１００は、ガイドベーン１１０の上端に、第１フランジ１３１を介して第１回動軸１３３が設けられている。更に、ガイドベーン１１０の下端には、第２フランジ１３２を介して第２回動軸１３４が設けられている。特には、図１及び図２に示すように、第１回動軸１３３は、第１フランジ１３１の上面から上方に延びており、第２回動軸１３４は、第２フランジ１３２の下面から下方に延びている。そして、これら第１回動軸１３３及び第２回動軸１３４は、中心軸線が共に軸線Ｌに一致している。

【0024】

次に、このようなガイドベーン装置１００が採用されたフランシス水車２００について、図３及び図４を参照して説明する。

【0025】

図３は、図１のガイドベーン装置１００が採用されたフランシス水車２００の、当該ガイドベーン装置１００とランナ４とを示す概略斜視図であり、図４は、図３の概略上面図である。

【0026】

図３及び図４に示すように、本実施の形態によるガイドベーン１１０は、図１０及び図１１に示す従来のフランシス水車１０のガイドベーン３に代えて、当該ガイドベーン３と同じ位置に同じ数だけ配置されている。このことは、既設のフランシス水車１０において、ガイドベーン３を本実施の形態によるガイドベーン１１０に交換することによって、フランシス水車１０の装置全体を交換すること無く、本実施の形態で説明する作用効果を得ることができる、ということを意味している。但し、従来と同じ数を配置することに限定する趣旨ではない。なお、図３及び図４においては、ガイドベーン１１０の傾きを明瞭に示すため、第１及び第２フランジ１３１、１３２、並びに、第１及び第２回動軸１３３、１３４の図示が省略されている。

【0027】

図３及び図４に示すように、ガイドベーン１１０は、その下流端縁１１１が正の傾斜を有している。これに対し、ランナ翼７は、その上流端縁７１が負の傾斜を有している。結局、図３に示すように、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１とこれに対面するランナ翼７の上流端縁７１とは、上流側から見て概ね「Ｘ」状に配置されている。

【0028】

次に、本実施の形態の作用について説明する。

【0029】

フランシス水車１０の運転が開始されると、前述したように、ガイドベーン１００の下流端縁１１１から後流８が発生し、この後流８は、ランナ４のランナ翼７の上流端縁７１まで延びる。このため、ランナ４と同心で同じ外径を有する仮想円筒面Ｃを考慮すると、この仮想円筒面Ｃと後流８とが交差する領域は、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１と同様に、正の傾斜をもつ。すなわち、ランナ翼７の上流端縁７１が横切ることになる後流８は、従来のフランシス水車１０の場合とは異なり、当該上流端縁７１のＺ軸に対する傾斜に対して逆方向の傾斜を有して、ランナ４に到達する。

【0030】

図５は、本実施の形態によるガイドベーン装置１００を採用したフランシス水車２００において、ランナ翼７の上流端縁７１が後流８を横断する様子を示す概略図である。図５（ａ）は、ランナ翼７の上流端縁７１の下端部７３が後流８を横断している状態を示す図であり、図５（ｂ）は、ランナ翼７の上流端縁７１の中間部分が後流８を横断している状態を示す図であり、図５（ｃ）は、ランナ翼７の上流端縁７１の上端部７２が後流８を横断している状態を示す図である。なお、各図中の破線は、比較のため、従来のガイドベーン３によって生じる後流を、その下端が本実施の形態によるガイドベーン１１０によって生じる後流８の下端と一致するように、示している。

【0031】

図５に示すように、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１から発生する後流８は、上流端縁７１の傾斜とは逆方向の傾斜を有していることから、当該上流端縁７１が後流８の横断を開始してから横断が完了するまでに要する時間は、流水の流量が同じであれば、従来のフランシス水車１０においてランナ翼７の上流端縁７１が後流８を完全に横断するまでに要する時間よりも、長い。すなわち、後流によって生じる低圧領域をランナ翼７の上流端縁７１が通過する時間幅が従来よりも長くなるため、水圧の変動が緩和され、水圧脈動が低減される。

【0032】

以上のような本実施の形態によれば、ランナ４とガイドベーン１１０との間で発生する水圧脈動を低減させることが可能なガイドベーン装置１００を提供することができる。このガイドベーン装置１００によれば、フランシス水車２００の運転時の安定性を高め、更に、機器の長寿命化をも実現可能である。

【0033】

更には、本実施の形態によるガイドベーン装置１００を採用したフランシス水車２００を構成することにより、運転時の安定性が高く、更には、機器の長寿命化をも実現可能なフランシス水車２００を提供することができる。

【0034】

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

【0035】

図６は、本発明の第２の実施の形態によるガイドベーン装置３００を示す概略側面図である。

【0036】

図６に示すように、本実施の形態によるガイドベーン装置３００は、下流端縁３１１の下端部３１３が、ガイドベーン３１０の圧力面側から見て（図６の手前方向から見て）、下流端縁３１１の上端部３１２に対して流水の流れ方向にずれている。具体的には、図６に示す例では、下流端縁３１１の下端部３１３は、図６の手前方向から見て、下流端縁３１１の上端部３１２に対して左方にずれている。

【0037】

このような構成によって、本実施の形態によるガイドベーン装置３００が採用された水車では、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１とランナ４との離間距離が、下端部３１３から上端部３１２に向かって、次第に大きくなっている。ここでは、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１は、図６の手前方向から見て直線状に構成されているため、前記離間距離は、下側から上側に向かって、線形的に増大している。

【0038】

その他の構成、特には、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１が正の傾斜を有している点、については、第１の実施の形態と同様である。このため、図６において、第１の実施の形態によるガイドベーン装置１００と同様の構成部分には略同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態によるガイドベーン装置３００が採用される水車では、ランナ４のランナ翼７の上流端縁７１は、第１の実施の形態と同様に、負の傾斜を有している。また、第１の実施の形態におけるガイドベーン装置１００の下流端縁１１１とランナ翼７の上流端縁７１との離間距離は、本実施の形態におけるガイドベーン３１０の下流端縁３１１の下端部３１３とランナ翼７の上流端縁７１の下端部７３との離間距離と、同じである。

【0039】

このようなガイドベーン装置３００の作用は、次の通りである。すなわち、フランシス水車の運転が開始されると、前述したように、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１から後流８が発生する。後流８は、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１の延在方向にある程度の幅を有して下流に流れる。このため、ランナ４と同心で同じ外径を有する仮想円筒面Ｃを考慮すると、この仮想円筒面Ｃと後流８とが交差する領域は、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１と同様に、正の傾斜をもつ。すなわち、仮想円筒面Ｃに到達する後流８は、第１の実施の形態と同様に、ランナ翼７の上流端縁７１の傾斜とは逆方向の傾斜を有する（図５参照）。

【0040】

ただし、本実施の形態では、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１とランナ４との離間距離が、下側から上側に向かって線形的に増大している。このため、第１の実施の形態とは異なり、仮想円筒面Ｃに到達する後流８は、下側から上側に向かって、減衰の程度が線形的に大きくなっている。要するに、仮想円筒面Ｃに到達する後流８は、その下端部を除き、第１の実施の形態において当該仮想円筒面Ｃに到達する後流８よりも相対的に後流８による圧力低下が抑制される。ランナ翼７の上流端縁７１が後流８を横断する過程は、図５に示した通りであり、第１の実施の形態と同様である。

【0041】

以上から、本実施の形態によるガイドベーン装置３００を採用した水車では、水圧脈動が一層低減される。

【0042】

なお、本実施の形態では、ガイドベーン３１０の下流端縁３１１とランナ４との離間距離が、下側から上側に向かって線形的に増大しているが、このような実施の形態には限定されない。例えば、本実施の形態の変形例では、前記離間距離は、下側から上側に向かって非線系的に増大していても良いし、あるいは、下側から上側に向かって線形的または非線系的に減少していても良い。これらの変形例によるガイドベーン装置を採用した水車においても、効果的に水圧脈動が低減されることになる。

【0043】

更に、図７は、図６の更なる変形例によるガイドベーン装置４００を示す概略側面図である。図７に示すように、ガイドベーン装置４００の下流端縁４１１とランナ４との離間距離が、当該下流端縁４１１の下端部４１３と上端部４１２との間の中間領域で減少していても良い。図７においては、ガイドベーン４１０の中央断面Ｓが最も上流側に突出していることにより、当該中央断面Ｓと下流端縁４１１とが交わる部位Ｐと、ランナ翼７の上流端縁７１と、の離間距離が最大になっている。その他の構成については、ガイドベーン４１０の下流端縁４１１が正の傾斜を有している点を含めて、第１の実施の形態によるガイドベーン装置１００と同様である。このため、図７において、ガイドベーン装置１００に対応する構成部分には同様の符号を付し、ここでは、その詳細な説明は省略する。

【0044】

このような変形例によるガイドベーン装置４００を採用した水車においても、第２の実施の形態と同様に、効果的に水圧脈動が低減され得る。

【0045】

次に、本発明の第３の実施の形態によるガイドベーン装置５００について説明する。

【0046】

図８は、本発明の第３の実施の形態によるガイドベーン装置５００を示す概略平面図である。図８において、実線は、本実施の形態によるガイドベーン装置５００を示しており、破線は、第１の実施の形態によるガイドベーン１００を比較のために示している。但し、各ガイドベーン１１０、５１０は、その上下方向（紙面の奥行き方向）の中央位置（中央断面）における輪郭線で示されている。

【0047】

図８に示すように、本実施の形態によるガイドベーン装置５００では、ガイドベーン５１０を回動させるための回動軸５３３の軸線Ｌが、第１の実施の形態によるガイドベーン装置１００の回動軸１３３、１３４の軸線Ｌと一致している。一方、本実施の形態によるガイドベーン装置５００では、ガイドベーン５１０のキャンバーラインＣ２が、軸線Ｌよりもガイドベーン５１０の圧力面５１４の側に位置している。このようなガイドベーン装置５００を採用した水車では、当該ガイドベーン装置５００は、回動軸５３３の軸線Ｌの位置を従来の位置に維持したまま、ガイドベーン５１０が全体的にケーシング１側に位置付けられることになる。すなわち、このような水車では、ガイドベーンピッチサークルＡを従来の位置に維持したまま、ガイドベーン５１０の下流端縁５１１とランナ翼７の上流端縁７１との離間距離が、従来よりも増大されることになる。

【0048】

このような水車において、ガイドベーン装置５００に流水が流れ込むと、前述したように、ガイドベーン５１０の下流端縁５１１から後流８が発生するのであるが、この後流８は、従来よりも弱められてランナ翼７の上流端縁７１に到達する。

【0049】

このため、ランナ翼７の上流端縁７１が負の傾斜を有していれば、ガイドベーン５１０の下流端縁５１１が正の傾斜を有していることと相俟って、本実施の形態によるガイドベーン装置５００を採用した水車では、水圧脈動が従来よりも一層低減され得る。

【0050】

以上の説明においては、ランナ翼７の上流端縁７１が、負の傾斜を有しているものとして説明を行ったが、これとは逆に正の傾斜を有していても良い。この場合、ガイドベーン装置を、ガイドベーンの下流端縁が負の傾斜を有するように、構成すればよい。

【0051】

また、図３に示す例では、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１が、下流側から見て、略直線状に延在しているが、このような形態には限られない。すなわち、他の実施の形態によるガイドベーンは、下流側から見て、下流端縁がＣ字状、Ｓ字状などの曲線を含んでいても良い。更に、ガイドベーン１１０の下流端縁１１１の少なくとも一部が、圧力面側から見て、曲線状に形成されていてもよい。これらのことは、本明細書で説明した全ての実施の形態及び変形例に対して、適用可能である。

【0052】

更に、以上の各実施の形態及び変形例による水圧脈動の低減の効果をより高めるため、ガイドベーンの上流側に配置されるステーベーン２ａを図１４に示すように構成することも有効である。

【0053】

図１４は、本実施の形態による水車に採用可能なステーベーン２ａを示す概略背面図である。このステーベーン２ａは、上端部２２ａと下端部２３ａとを有する下流端縁２１ａを有している。そして、図１４に示すように、下流端縁２１ａの下端部２３ａは、下流側（図１４における手前側）から見て、下流端縁２１ａの上端部２２ａに対してＺ軸に直交する方向にずれている。特には、図２に示す例では、下流端縁１１１の下端部１１３は、下流側から見て、下流端縁１１１の上端部１１２に対して左方にずれている。このことによって、下流端縁１１１が、軸線Ｌに対して左下がりの傾斜（正の傾斜）を有している。

【0054】

このステーベーン２ａの下流に配置されているガイドベーンも、そのガイドベーンの下流端縁が正の傾斜を有していれば（図２参照）、当該ガイドベーンに流れ込む流水が当初からガイドベーンと同様の傾斜を有することになる。この場合、Ｚ軸に平行な下流端縁を有する従来のステーベーンが設けられている場合よりも、ガイドベーンによる整流の効果が一層高められる。このことにより、後流８の発生を抑制することができ、本実施の形態及びその変形例によるガイドベーン装置を採用した水車において、水圧脈動の発生を一層低減させることができる。

【0055】

なお、このような効果は、ステーベーンの下流端縁の傾斜をガイドベーンの下流端縁の傾斜と同じ方向に構成することにより、得ることができる。したがって、ガイドベーンの下流端縁が負の傾斜を有している場合には、ステーベーンをその下流端縁が負の傾斜を有するように構成すればよい。

【0056】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記の実施の形態は、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。この新規な実施の形態は、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。この実施の形態やその変形は、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。

【符号の説明】

【0057】

１：ケーシング，２：ステーベーン，３：ガイドベーン，４：ランナ，５：主軸，６：吸出し管，７：ランナ翼，８：後流，１０：フランシス水車，３１：下流端縁，５１：ガイドベーン，７１：上流端縁，７２：上端部，７３：下端部，１００：ガイドベーン装置，１１０：ガイドベーン，１１１：下流端縁，１１２：上端部，１１３：下端部，１３１：第１フランジ，１３２：第２フランジ，１３３：第１回動軸，１３４：第２回動軸，２００：フランシス水車，３００：ガイドベーン装置，３１１：下流端縁，３１２：上端部，３１３：下端部，４００：ガイドベーン装置，４１１：下流端縁，４１２：上端部，４１３：下端部，５００：ガイドベーン装置，５１０：ガイドベーン，５１１：下流端縁，５１４：圧力面，５３３：回動軸，Ａ：ガイドベーンピッチサークル，Ｃ１、Ｃ２：キャンバーライン，Ｌ：軸線，Ｓ：中央断面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】