JP2003013836A

JP2003013836A - 水力機械

Info

Publication number: JP2003013836A
Application number: JP2001197251A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Sugishita; 懐夫杉下; Kenichi Sugama; 健一菅間; Koichiro Shimizu; 光一郎清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】水力機械において運転条件の変化に伴い発生す
る振動、騒音をそのときの運転状態に応じて効果的に低
減し、安定に運転を続行すること。【解決手段】吸出し管９の上部吸出し管９ａの中心に向
かって管壁を貫いて給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃが設
けられる。給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃはそれぞれ空
気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有する。ま
た、この給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃと接続し、他端
を大気に開放される、各々独立した吸込み管２２ａ、２
２ｂ、２２ｃが設けられる。給気管２０ａ、２０ｂ、２
０ｃの開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃは上部吸出し管９ａ
の中心から所定の距離を置いて配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水車、ポンプ水車な
どの水力機械に係り、特に、吸出し管で生じる振動、騒
音を運転状態に応じて効果的に低減することを可能にし
た水力機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】水車、ポンプ水車などの水力機械の運転
方法の一つに外部の空気を水力機械に供給して運転する
方法がある。この方法が使用されるのは吸出し管内にお
いて圧力が低下したとき、気泡化した渦が発生し、この
渦が吸出し管内を振れ回ることで、振動、騒音が激しく
なり、運転に支障が生じるのを防ぐためである。

【０００３】このような給気を送る給気装置を有する水
力機械の一例を図２６（ａ）に示している。本例はフラ
ンシス形水車であり、これは上流からの圧力水を導くケ
ーシング１と、ケーシング１の内周に配置されてケーシ
ング１からの水を整流するステイベーン２と、ステイベ
ーン２を上下から挟み込むステイリング３とで流路の一
部を構成している。

【０００４】さらに、この流路に沿ってステイリング３
の内周に配置される流量調整用可動翼であるガイドベー
ン４、発電機の駆動力を生じるランナ５、水流を下部へ
と導くランナコーン６が配置されている。このランナ５
は上カバー７および下カバー８内に収容され、ランナ５
を通過した水流が吸出し管９を通って下流へと導かれ
る。

【０００５】また、ランナ５に接続された水車側主軸１
０は図示しない発電機のロータと直結されており、ラン
ナ５の回転により発電機のロータが回転し、電気出力が
発生するようになっている。

【０００６】ところで、図に示したフランシス形水車で
はランナ５のランナベーン５ａが固定されており、出力
を変更する場合はガイドベーン４の開度を変えるが、ラ
ンナ５への流入角度も変わるためにランナ５の出口流れ
に旋回成分が残り、吸出し管９内部の圧力が低下したと
きに気泡化した渦が発生する。この気泡化した渦が吸出
し管９内部を振れ回ることで、振動、騒音が激しくな
り、運転に支障が生じる場合がある。

【０００７】このため、従来、旋回流れを抑えるために
吸出し管９の内壁に突出させるフィン１１を設ける対策
が講じられ、あるいは気泡渦を安定させるために上部吸
出し管９ａ内に外部の空気を供給する運転方法が用いら
れている。給気を導く方法としては上部吸出し管９ａに
給気管１２を壁面近傍に接続して給気を導くもの、主軸
内を中空に構成し、ランナ５の下部から給気を導くもの
などがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような運転に支障
をきたす気泡渦の振れ回りを抑制する対策を講じる場
合、主軸内を中空に構成するものは発電機側の軸も中空
にする必要があることから、水車および発電機の設計段
階で計画する必要があり、たとえば、発電機と水車とが
同じ製造者の手によらない場合、製造者間で設計思想の
相違があることなどにより、不可能ではないとしても、
実現はかなり難しく、水車に係わる部分のみで設計が可
能な上部吸出し管９ａにフィン１１を設けるやり方、も
しくは給気管１２を接続する方法が用いられている。

【０００９】しかし、気泡渦が小さくても運転に支障が
生じる場合もあり、この気泡渦の振れ回りに対しては壁
面近傍から給気を導く方法では十分な量の給気が確保で
きないことがあり、振動、騒音を低減するのに十分な効
果があるとはいえない。給気量を増すためには、たとえ
ばコンプレッサなどの設備を追加する必要があり、その
ための費用がかさむことになる。

【００１０】また、図２６（ｂ）に示す上部吸出し管９
ａ内を横断する給気管１３の中央部に給気用配管１４を
備える、いわゆる逆Ｔ字型給気管１３では気泡渦中心が
中央部の給気用配管１４の外側を振れ回るために渦中心
の圧力の低い部分と大気圧との差圧による空気の供給が
不十分となり、渦を安定させることができない。

【００１１】さらに、従来提案されている吸出し管９内
に負圧が生じたときに大気から自然給気できるようにし
た給気管（たとえば、特開昭５８−１１７３６４号公報
参照）を用いるものにおいても、開口するすべての給気
管が連通している場合、給気孔中で最も圧力が高い給気
孔における圧力でその給気管の自然給気性能が決まるた
めに開口している給気孔のどれか１個でも圧力高い状態
（負圧でない状態）にあれば、その圧力よりも低圧とな
っている給気孔からは自然給気が行われないことにな
る。

【００１２】本発明の目的は水力機械の吸出し管におい
て運転条件の変化に伴い発生する振動、騒音をそのとき
の運転状態に応じて効果的に低減し、安定に運転を続行
できるようにした水力機械を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る水
力機械は、ケーシングと、このケーシング内の圧力水の
流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械的エネ
ルギに変換するランナと、このランナの下方にあって該
ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備えてな
る水力機械において、前記吸出し管の上部吸出し管の中
心に向かって管壁を貫いて設けられ、空気を吹き出す開
口を有する複数本の給気管と、この給気管と接続され、
他端を大気に開放される、各々独立した吸込み管とを備
え、前記給気管の該開口が前記上部吸出し管の中心から
所定の距離を置いて配置されることを特徴とする。

【００１４】上記構成からなる水力機械においては開口
が吸出し管の中心から所定の距離を置いて配置されるの
で、低圧の気泡渦が吸出し管の中心から離れて振れ回る
ときでも、気泡渦中の圧力の低い部分と大気圧との差圧
を大きく保つことが可能で、十分な量の給気を導くこと
ができる。

【００１５】請求項２の発明に係る水力機械は、請求項
１の発明において、前記吸込み管が共通の吸込み管から
なり、前記給気管にそれぞれ開閉弁を設けたことを特徴
とする。

【００１６】請求項３の発明に係る水力機械は、請求項
２の発明において、前記開閉弁を該吸出し管内の前記給
気管の内部に設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項４の発明に係る水力機械は、請求項
２の発明において、前記吸込み管が共通の吸込み管で構
成されると共に、漏水を溜める容器を備え、前記給気管
および吸込み管内に漏水が滞留したとき、前記開閉弁を
操作して漏水を前記容器に排水するようにしたことを特
徴とする。

【００１８】請求項５の発明に係る水力機械は、請求項
２または４の発明において、前記開閉弁に代えて、制御
指令により動作する調節弁を設けたことを特徴とする。

【００１９】請求項６の発明に係る水力機械は、請求項
２または４の発明において、前記開閉弁に代えて、前記
吸出し管内からの逆流を防止する逆止弁を設けたことを
特徴とする。

【００２０】請求項７の発明に係る水力機械は、請求項
１の発明において、前記給気管の一部が該吸出し管内に
置く直管からなり、前記給気管の該直管部分が該上部吸
出し管の中心に向かって上方に傾斜して配置されること
を特徴とする。

【００２１】請求項８の発明に係る水力機械は、ケーシ
ングと、このケーシング内の圧力水の流動域に設けら
れ、圧力水の持つエネルギを機械的エネルギに変換する
ランナと、このランナの下方にあって該ランナからの排
水を下流域に導く吸出し管とを備えてなる水力機械にお
いて、前記吸出し管の上部吸出し管内に半径方向に移動
可能に設けられ、空気を吹き出す開口を有する可動給気
管と、この可動給気管を前後方向に駆動する駆動装置
と、前記駆動装置に対して制御指令を出力する制御装置
とを備えることを特徴とする。

【００２２】請求項９の発明に係る水力機械は、ケーシ
ングと、このケーシング内の圧力水の流動域に設けら
れ、圧力水の持つエネルギを機械的エネルギに変換する
ランナと、このランナの下方にあって該ランナからの排
水を下流域に導く吸出し管とを備えてなる水力機械にお
いて、前記吸出し管の上部吸出し管内にランナ軸心と垂
直な軸を中心として回転可能に設けられ、空気を吹き出
す開口を有する回転給気管と、前記回転給気管を駆動す
る駆動装置と、前記駆動装置に対して制御指令を出力す
る制御装置とを備えることを特徴とする。

【００２３】請求項１０の発明に係る水力機械は、請求
項１の発明において、前記給気管の一部が該吸出し管内
に置く凹部からなり、前記給気管の該凹部部分が水流の
下流側に向くように配置されることを特徴とする。

【００２４】請求項１１の発明に係る水力機械は、ケー
シングと、このケーシング内の圧力水の流動域に設けら
れ、圧力水の持つエネルギを機械的エネルギに変換する
ランナと、このランナとの間に側圧シールを構成する静
止体と、前記ランナの下方にあって該ランナからの排水
を下流域に導く吸出し管とを備えてなる水力機械におい
て、前記静止体が給気を前記吸出し管の上部吸出し管内
に導く給気装置を備え、該給気装置が環状空間、この環
状空間に結ばれると共に、他端を大気と通じさせた連絡
通路、この連絡通路と前記吸出し管の上部吸出し管内と
を連通する給気孔から構成されることを特徴とする。

【００２５】請求項１２の発明に係る水力機械は、ケー
シングと、このケーシング内の圧力水の流動域に設けら
れ、圧力水の持つエネルギを機械的エネルギに変換する
ランナと、このランナとの間に側圧シールを構成する静
止体と、前記ランナの下方にあって該ランナからの排水
を下流域に導く吸出し管とを備えてなる水力機械におい
て、前記ケーシングに入口と結ぶ鉄管から分岐し、他端
を前記吸出し管の上部吸出し管に接続した分岐管と、こ
の分岐管に設けられたスロート部と、このスロート部に
結ばれると共に、他端を大気と通じさせた吸込み管と、
この吸込み管に設けられた開閉弁とを備えることを特徴
とする。

【００２６】請求項１３の発明に係る水力機械は、請求
項１２の発明において、前記吸込み管の該開閉弁に代え
て、逆止弁を設けたことを特徴とする。

【００２７】請求項１４の発明に係る水力機械は、請求
項１２または１３の発明において、前記分岐間の断面積
をＡ１、前記スロート部の断面積をＡ２、有効落差を
Ｈ、前記吸出し管の下流に設けられる下池水位を基準と
した前記水力機械の高さをＨｓとしたとき、次の関係を
満たすことを特徴とする。

【００２８】

【数２】請求項１５の発明に係る水力機械は、ケーシングと、こ
のケーシング内の圧力水の流動域に設けられ、圧力水の
持つエネルギを機械的エネルギに変換するランナと、こ
のランナの下方にあって該ランナからの排水を下流域に
導く吸出し管とを備えてなる水力機械において、前記吸
出し管の上部吸出し管の中心とほぼ同心を保って設けら
れ、空気を吹き出す開口を有する給気管と、この給気管
と接続され、他端を大気に開放される吸込み管と、前記
上部吸込み管内で該給気管を支持する、断面翼形の支柱
とを備え、前記給気管の該開口が前記ランナ直下の圧力
の低い領域に配置されることを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態について図１（ａ）（ｂ）を参照して説
明する。図１（ａ）において、水力機械はランナ５の下
方に上部吸出し管９ａの中心に向かって管壁を貫いて設
けられる複数本の給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備え
ている。各給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図１
（ｂ）に示すように、それぞれ上部吸出し管９ａの中心
から所定の距離を置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２
１ｂ、２１ｃを有する。給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ
は大気に開放される、各々独立した吸込み管２２ａ、２
２ｂと結ばれている（なお、給気管２０ｃと結ぶ吸込み
管は図示を省略している）。

【００３０】本実施の形態は上記構成からなるもので、
各給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃは吸出し管９の中心から距離を置いて配置さ
れるので、低圧の気泡渦が吸出し管９の中心から離れて
振れ回るときでも、気泡渦中の圧力の低い部分と大気圧
との差圧により十分な量の空気を供給することができ
る。

【００３１】また、各開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃは独
立した給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに形成されるの
で、気泡渦中心の圧力の低い部分が開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃのどれか１個でも通過して低圧下にあるとき
も、そのどれか１個の開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有
する給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃは他の給気管とは関
係なく空気を吸い込むことができ、気泡渦に対して給気
を送ることが可能になる。

【００３２】本実施の形態においては開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃが吸出し管９の中心から距離を置いて配置さ
れるので、低圧の気泡渦が吸出し管９の中心から離れて
振れ回るときでも、気泡渦中の圧力の低い部分と大気圧
との差圧を大きく保つことが可能で、十分な量の給気を
導くことができ、安定に運転を続行することが可能にな
る。

【００３３】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
第１の実施の形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを備え、各給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃがそれぞれ上部吸出し管９ａの中心から所定の距離を
置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有
する。さらに、給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃにはそれ
ぞれ開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃが設けられている。
また、給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃは他端を大気に開
放される、共通の吸込み管２４と結ばれている。

【００３４】本実施の形態は上記構成からなるもので、
第１の実施の形態と同様な働きを得ることができる。す
なわち、開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃが吸出し管９の中
心から距離を置いて配置されるので、低圧の気泡渦が吸
出し管９の中心から離れて振れ回るときでも、気泡渦中
の圧力の低い部分と大気圧との差圧を大きく保つことが
可能で、十分な量の給気を導くことができる。

【００３５】特に、本実施の形態においては各々給気管
２０ａ、２０ｂ、２０ｃに個別に操作可能な開閉弁２３
ａ、２３ｂ、２３ｃが設けられることで、吸出し管９内
に臨ませた開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ付近の圧力が低
いときのみ、開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃを開き、必
要な量の給気を導くことが可能になる。

【００３６】また、吸込み管２４を共通化することによ
り製造コストおよび据え付けコストを引き下げることが
できる。

【００３７】なお、この開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ
は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、吸出し管９の上部
吸出し管９ａの外面に固定してもよい。また、図４
（ａ）（ｂ）に示すように、開閉弁２３ａ、２３ｂ、２
３ｃは吸出し管９内の給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの
内部に設けてもよい。いずれの配置によっても開口２１
ａ、２１ｂ、２１ｃから開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ
までの距離を短くすることが可能であり、給気管２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ内に漏水が滞留する場合も、速やか
に排水を完了させることができる。

【００３８】本実施の形態においては開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃが吸出し管９の中心から距離を置いて配置さ
れるので、低圧の気泡渦が吸出し管９の中心から離れて
振れ回るときでも、気泡渦中の圧力の低い部分と大気圧
との差圧を大きく保つことが可能で、十分な量の給気を
導くことができ、安定に運転を続行することが可能にな
る。

【００３９】また、個別に操作可能な開閉弁２３ａ、２
３ｂ、２３ｃにより吸出し管９内に臨ませた開口２１
ａ、２１ｂ、２１ｃ付近の圧力が低いときのみ、開閉弁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃを開き、必要な量の給気を導く
ことができる。

【００４０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態について図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
第１の実施の形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを備え、各給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃがそれぞれ上部吸出し管９ａの中心から所定の距離を
置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有
する。また、給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃにそれぞれ
開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃが設けられる。

【００４１】さらに、大気に開放される吸込み管２４が
連絡管２５を介して漏水用容器２６と結ばれている。

【００４２】本実施の形態は上記構成からなるもので、
第２の実施の形態と同様な働きを得ることができる。特
に、本実施の形態では次のような望ましい働きを得るこ
とが可能である。たとえば、水力機械の運転中、吸出し
管９内に臨ませた開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ付近の圧
力が大気圧よりも高くなったならば、上部吸出し管９ａ
から給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃにかけて水が流入す
る可能性がある。

【００４３】この漏水が給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ
内に滞留したままになると、開口２１ａ、２１ｂ、２１
ｃ付近の圧力が大気圧以下に下がり、自然に空気が流動
できる状態になったとしても、滞留している漏水のため
にそこから先へは流れにくくなり、ある時間が経過しな
いと、吸込み管２４からの空気が開口２１ａ、２１ｂ、
２１ｃから吹き出さない可能性がある。

【００４４】このようなとき、開閉弁２３ａ、２３ｂ、
２３ｃを閉止し、これらの開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３
ｃよりも大気開放側に近い給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃおよび吸込み管２４内に滞留した漏水を連絡管２５を
通して容器２６に排水しておくことにより滞留した漏水
のために給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内で空気の流動
が妨げられるのを防止することができる。

【００４５】本実施の形態においては上記各実施の形態
と同様な効果を得ることができる。さらに、給気管２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ内において漏水のために給気の流動
が妨げられるのを防ぐことが可能になる。

【００４６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態について図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
第１の実施の形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを備え、各給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃがそれぞれ上部吸出し管９ａの中心から所定の距離を
置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有
する。また、給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃにはそれぞ
れ逆止弁２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けられる。

【００４７】本実施の形態は上記構成からなるもので、
第１の実施の形態と同様な働きを得ることができる。特
に、本実施の形態においては開口２１ａ、２１ｂ、２１
ｃ付近の圧力が大気圧よりも高い圧力下にあるときも、
大気開放側に向かう流れは逆止弁２７ａ、２７ｂ、２７
ｃによって止められ、給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃへ
の漏水の流入および大気中への水の噴出を防止すること
が可能になる。

【００４８】また、気泡渦の中心が開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃを通過するときのように、開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃ付近が大気圧よりも低くなる場合に限り、給
気を吸出し管９内に導くことできる。

【００４９】本実施の形態においては上記各実施の形態
と同様な効果を得ることができる。さらに、給気管２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ内において漏水のために給気の流動
が妨げられるのを防ぐことが可能になる。また、吸出し
管９内に臨ませた開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ付近が大
気圧よりも低くなる場合に限り、給気を吸出し管９内に
導くことできる。

【００５０】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態について図７を参照して説明する。第２の実施の
形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、２０ｂを備
え、各給気管２０ａ、２０ｂがそれぞれ上部吸出し管９
ａの中心から所定の距離を置いて空気を吹き出す開口２
１ａ、２１ｂを有する。また、給気管２０ａ、２０ｂに
は開閉弁に代えて、それぞれ調節弁２８ａ、２８ｂが設
けられる。そして、これらの調節弁２８ａ、２８ｂは制
御装置２９と接続されている。この制御装置２９はプロ
グラム制御で制御命令を各調節弁２８ａ、２８ｂに出力
するように構成される。

【００５１】本実施の形態は上記構成からなるもので、
水力機械の運転中、吸出し管９内の圧力が図示しない圧
力センサで検出される。この圧力信号は制御装置２９に
入力され、予め選定した圧力条件を満たすと、開度を所
定の位置に保持する作業命令が出力され、調節弁２８
ａ、２８ｂが開動作する。この開動作で各給気管２０
ａ、２０ｂの開口２１ａ、２１ｂから給気が吹き出し、
吸出し管９内に導びかれる。

【００５２】この作業命令を出力する圧力条件はプログ
ラムで任意に選ぶことができ、圧力が低くても渦の状態
が安定している限り、調節弁２８ａ、２８ｂには開動作
する作業命令が与えられず、節度を保って運転すること
が可能である。これにより、性能に与える影響を最大限
に抑えることができる。

【００５３】本実施の形態においては上記各実施の形態
と同様な効果を得ることができる。さらに、給気の導入
に伴う性能に与える影響を軽微なものとすることが可能
になる。

【００５４】なお、本実施の形態においては、給気管２
０ａ、２０ｂの２本を用いるものを示したが、これに限
らず、第１の実施の形態と同様に３本の給気管を設ける
こともでき、また、４本以上とすることも可能である。

【００５５】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態について図８を参照して説明する。第５の実施の
形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、２０ｂを備
え、各給気管２０ａ、２０ｂがそれぞれ上部吸出し管９
ａの中心から所定の距離を置いて空気を吹き出す開口
（図示せず）を有する。また、給気管２０ａ、２０ｂに
は開閉弁に代えて、それぞれ調節弁２８ａ、２８ｂが設
けられる。

【００５６】さらに、吸出し管９内に臨ませた開口付近
の圧力を検出する圧力センサ３０ａ、３０ｂが設けられ
ており、検出信号が制御装置３１に与えられるようにな
っている。また、制御装置３１は演算装置３１ａを内蔵
している。

【００５７】本実施の形態は上記構成からなるもので、
水力機械の運転中、開口２１ａ、２１ｂ付近の圧力が圧
力センサ３０ａ、３０ｂで検出される。この圧力信号は
制御装置３１の演算装置３１ａに入力され、そこでディ
ジタル信号に変換されて演算が実行される。たとえば、
検出した圧力と大気圧との差が求められ、開口付近の圧
力が低いと判定されると、制御装置３１から開度を所定
の位置に保持する指令が出力され、調節弁２８ａ、２８
ｂの双方、もしくはどちらか一方が開動作する。この開
動作で各給気管２０ａ、２０ｂの開口から給気が吹き出
し、吸出し管９内に導びかれる。

【００５８】演算では任意の圧力を基準値として定める
ことができ、圧力が低くても渦の状態が安定している限
り、調節弁２８ａ、２８ｂには開動作する指令が与えら
れず、節度を保って運転することが可能である。これに
より、性能に与える影響を最大限に抑えることができ
る。

【００５９】本実施の形態においては上記各実施の形態
と同様な効果を得ることができる。さらに、給気の導入
に伴う性能に与える影響を軽微なものとすることが可能
になる。

【００６０】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態について図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
第１の実施の形態と同様に、水力機械は給気管２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを備え、各給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃがそれぞれ上部吸出し管９ａの中心から所定の距離を
置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有
する。図から明らかなように、開口２１ａ、２１ｂ、２
１ｃは上部吸出し管９ａの中心からそれぞれ異なる距離
を保って形成されている。

【００６１】本実施の形態は上記構成からなるもので、
次のような望ましい働きを得ることができる。すなわ
ち、一般に、吸出し管９内に発生する不安定な渦はその
渦の中心部が最も低圧となり、この渦の中心部が開口２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ付近を通過するときが大気圧との
差圧が最も大きくなる瞬間である。つまり、この瞬間が
最も自然給気が生じ易くなる。

【００６２】不安定な挙動を示す渦が振れ回るとき、渦
の大きさおよび位置が一定していることは稀で、むしろ
変動するのが普通である。中心から一定した距離に開口
を設けたとき、その開口のある円周上に渦の中心部が接
近しない場合にはいずれの給気管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃでも最大差圧になることがなく、給気が十分に導かれ
ない可能性がある。

【００６３】このようなとき、渦の振れ回りに伴う変動
に合わせるように中心からそれぞれ異なる位置に開口２
１ａ、２１ｂ、２１ｃを形成することで、渦中心がいず
れかの開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃに接近することがで
き、その開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有する給気管２
０ａ、２０ｂ、２０ｃにおいて最大差圧を保つことが可
能になる。これにより、吸出し管９内に十分な量の給気
を導くことができる。

【００６４】本実施の形態においては開口２１ａ、２１
ｂ、２１ｃが吸出し管９の中心からそれぞれ異なる距離
を保って形成されるので、低圧の気泡渦が吸出し管９の
中心から離れて振れ回るときでも、常に最大差圧を保持
することが可能になり、十分な量の給気を導くことがで
きる。

【００６５】（第８の実施の形態）本発明の第８の実施
の形態について図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明す
る。第１の実施の形態と同様に、水力機械は給気管２０
ａ、２０ｂ、２０ｃを備え、各給気管２０ａ、２０ｂ、
２０ｃがそれぞれ上部吸出し管９ａの中心から所定の距
離を置いて空気を吹き出す開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
を有する。この給気管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの一部、
すなわち、上部吸出し管９ａ内に置く部分は直管３２
ａ、３２ｂ、３２ｃで構成されており、この部分は上部
吸出し管９ａの中心に向かって上方に傾斜して配置され
ている。

【００６６】本実施の形態は上記構成からなるもので、
特に、水力機械の給気の導入による影響を軽減すること
ができる。一般に、水力機械のランナ５に近い吸出し管
９の壁面に沿う流れは流速が大きく、ここから給気管を
吸出し管９内に配置する場合、給気管による圧力損失が
大きくなる。本実施の形態の直管３２ａ、３２ｂ、３２
ｃ部分は給気を導入するための望ましい位置を保ちなが
ら、流速が比較的小さくなる吸出し管９の下流域から上
方に傾斜して配置されることで、直管３２ａ、３２ｂ、
３２ｃの装着による圧力損失の影響を軽減することがで
きる。

【００６７】なお、本実施の形態の直管３２ａ、３２
ｂ、３２ｃは、望ましくは、その自由端を補強材によっ
てそれぞれ支持する。補強材は、図１１（ａ）（ｂ）に
示すような、上部吸出し管９ａの内周面から直管３２
ａ、３２ｂ、３２ｃに延ばして固定するロッド３３が好
ましい。あるいは、図１２（ａ）（ｂ）に示すような、
直管３２ａ、３２ｂ、３２ｃの自由端を互いに連結する
リング状ロッド３４が好ましい。このような補強材を用
いることで、強固な支持が可能になり、水撃作用から直
管３２ａ、３２ｂ、３２ｃが損傷するのを回避すること
が可能になる。

【００６８】本実施の形態においては上記各実施の形態
と同様な効果を得ることができる。さらに、給気の導入
に伴う圧力損失の影響を軽減することが可能になる。

【００６９】（第９の実施の形態）本発明の第９の実施
の形態について図１３を参照して説明する。水力機械は
上部吸出し管９ａ内に半径方向に移動可能に設けられる
可動給気管３５ａ、３５ｂを備えている。この可動給気
管３５ａ、３５ｂは先端部に空気を吹き出す開口３６
ａ、３６ｂを有する。可動給気管３５ｂは他端が大気開
放の吸込み管２２ｂと結ばれている。可動給気管３５ａ
も他端が大気開放の吸込み管（図示せず）と結ばれてい
る。それぞれ可動給気管３５ａ、３５ｂが上部吸出し管
９ａを貫く箇所に封水パッキン３７が装着されている。

【００７０】さらに、可動給気管３５ｂを前後方向に駆
動するサーボモータを内蔵する駆動装置３８が設けられ
る。この駆動装置３８はサーボモータに対して制御指令
を出力する制御装置３９と接続されている。図示は省略
しているが、可動給気管３５ａも同様な駆動措置および
制御装置を備えている。

【００７１】本実施の形態は上記構成からなるもので、
制御装置３９からの制御指令でサーボモータが動作し、
駆動装置３８と直結された可動給気管３５ａ、３５ｂが
吸出し管９内に前進する。このとき、可動給気管３５
ａ、３５ｂの開口３６ａ、３６ｂも前進し、可動給気管
３５ａ、３５ｂに流れた空気が開口３６ａ、３６ｂから
吸出し管９内に吹き出す。これにより、気泡渦に給気を
導くことが可能になる。

【００７２】一般に、吸出し管９内に生じる旋回流は運
転条件の変動があると、半径方向の位置が大きく変化
し、最も圧力が低い渦の中心部も特定の位置に決めるこ
とができない。このような場合も、本実施の形態におい
ては運転状態に応じて制御装置３９から駆動装置３８の
サーボモータに制御指令を与え、可動給気管３５ａ、３
５ｂを動作させて開口３６ａ、３６ｂの位置を変えるこ
とで、最低圧力の渦の中心部に合わせることができる。
こうして、大気圧との間に十分な差圧を保つことが可能
になり、気泡渦に対して十分な量の空気を導くことがで
きる。

【００７３】一方、給気の必要がない安定した運転条件
であるとき、制御指令で前進位置から可動給気管３５
ａ、３５ｂを後退させ、水流の妨げにならない位置まで
移動させておく。

【００７４】本実施の形態においては運転状態の変化に
応じてきめ細かく可動給気管３５ａ、３５ｂの開口３６
ａ、３６ｂの位置を変えて最低圧力となる渦の中心部に
合わせることで、常に不足のない給気を導くことができ
る。

【００７５】（第１０の実施の形態）本発明の第１０の
実施の形態について図１４（ａ）（ｂ）を参照して説明
する。水力機械は上部吸出し管９ａ内にランナ軸心と垂
直な軸を中心として回転可能に設けられる回転給気管４
０ａ、４０ｂを備えている。この回転給気管４０ａ、４
０ｂは空気を吹き出す開口４１ａ、４１ｂを有する。回
転給気管４０ｂは他端が大気開放の吸込み管２２ｂと結
ばれている。回転給気管４０ａも他端が大気開放の吸込
み管（図示せず）と結ばれている。それぞれ回転給気管
４０ａ、４０ｂが上部吸出し管９ａを貫く箇所に封水パ
ッキン３７が装着されている。

【００７６】さらに、回転給気管４０ｂを回転させるサ
ーボモータを内蔵する駆動装置４２が設けられる。この
駆動装置４２はサーボモータに対して制御指令を出力す
る制御装置４３と接続されている。図示は省略している
が、回転給気管４０ａも同様な駆動装置および制御装置
を備えている。

【００７７】本実施の形態は上記構成からなるもので、
制御装置４２からの制御指令でサーボモータが動作し、
駆動装置４２と連結された回転給気管４０ａ、４０ｂが
吸出し管９内で回転する。このとき、回転給気管４０
ａ、４０ｂの開口４１ａ、４１ｂがそれぞれ斜め下に向
き、回転給気管４０ａ、４０ｂに流れた空気が開口４１
ａ、４１ｂから吸出し管９内に吹き出す。これにより、
気泡渦に空気を送ることが可能になる。

【００７８】この回転給気管４０ａ、４０ｂは流れに垂
直に配置され、回転給気管４０ａ、４０ｂの周りではそ
の下流側に流れの少ない不安定な領域が生じる。この領
域は圧力が低くなっており、開口４１ａ、４１ｂの位置
を回転給気管４０ａ、４０ｂを回転させることによりこ
の圧力の低い領域に合わせる。こうして、大気圧との間
で十分な圧力差を保つことが可能になり、気泡渦に対し
て十分な量の空気を供給することができる。

【００７９】通常、運転条件が変化すると、旋回流の挙
動も大きく変化する。このとき、回転給気管４０ａ、４
０ｂの周りでは流れの方向も変わることから、圧力の低
い領域の方向も変化する。このようなときも、本実施の
形態では運転状態に応じて制御装置４３からの制御指令
により駆動装置４２のサーボモータを動作させて回転給
気管４０ａ、４０ｂを回転させて開口４１ａ、４１ｂの
位置を下流側に合わせる。こうして、大気圧との間で十
分な差圧を保つことが可能になり、不足のない量の給気
を導くことができる。

【００８０】本実施の形態においては運転状態の変化に
応じてきめ細かく回転給気管４０ａ、４０ｂの開口４１
ａ、４１ｂの位置を変えて回転給気管４０ａ、４０ｂ下
流側の圧力の低い領域に合わせることで、常に不足のな
い給気を導くことができる。

【００８１】（第１１の実施の形態）本発明の第１１の
実施の形態について図１５（ａ）（ｂ）を参照して説明
する。水力機械は上部吸出し管９ａの中心に向かって延
びる給気管４４ａ、４４ｂを備えている。この給気管４
４ａ、４４ｂはそれぞれ空気を吹き出す開口４５ａ、４
５ｂを有する。給気管４４ａ、４４ｂの一部、すなわ
ち、上部吸出し管９ａ内に置く部分はＶ字状の凹部４６
を備えるように構成されており、この部分は水流の下流
側に向けて配置されている。開口４５ａ、４５ｂはこの
Ｖ字状の凹部４６のほぼ中心に形成されている。

【００８２】本実施の形態は上記構成からなるもので、
給気管４４ａ、４４ｂが流れに垂直に配置されることか
ら、給気管４４ａ、４４ｂの凹部４６の下流側に流れの
少ない不安定な領域が生じる。この領域は圧力が降下し
ており、そこに臨ませた開口４５ａ、４５ｂ付近の圧力
も降下する。この圧力降下により大気圧と一定の圧力差
を保つことが可能になり、気泡渦に対して十分な量の空
気を供給することができる。

【００８３】このような給気管４４ａ、４４ｂを用いる
配置によれば、大気圧との圧力差を保つのに特別な手段
を用いる必要がなく、極めて安価に構成することが可能
である。

【００８４】本実施の形態においては給気管４４ａ、４
４ｂの凹部４６の開口４５ａ、４５ｂを圧力の降下する
領域に合わせて配置することにより常に不足のない給気
を導くことができる。

【００８５】（第１２の実施の形態）本発明の第１２の
実施の形態について図１６（ａ）（ｂ）を参照して説明
する。水力機械は側圧シール４７に合わせて形成される
給気装置を備えている。側圧シール４７は回転体である
ランナ５と、静止体であるシールライナ４８とが対向す
る形で構成される。この給気装置はシールライナ４８の
背面側に形成される環状のチャンバ４９と、このチャン
バ４９に一端を結ばれると共に、他端を大気と通じさせ
た連絡通路５０と、シールライナ４８を貫いて設けられ
る給気を吸出し管９内に導く給気孔５１とから構成され
ている。この給気孔５１はシールライナの円周上に等間
隔を保って複数個形成されている。

【００８６】本実施の形態は上記構成からなるもので、
チャンバ４９に流れた空気が給気孔５１を通って側圧シ
ール４７に達し、そこから吸出し管９内に吹き出す。こ
のとき、側圧シール４７では急激に流路断面積が絞られ
て流速が増し、増加する動圧に相当する分の圧力の低下
を引き起こす。この圧力の低下により大気圧との差圧が
大きくなり、連絡通路５０からチャンバ４９内に流れた
空気を側圧シール４７から吸出し管９内に導くことが可
能になる。

【００８７】こうして、吸出し管９内に給気を導入する
ことができ、安定に運転を続けることが可能になる。こ
のような構成によれば、特に、給気管を設ける必要がな
く、給気装置を安価に構成することができる。

【００８８】なお、給気装置は次の形態で構成してもよ
い。すなわち、図１７に示すような側圧シール４７に連
絡する、給気孔５１の出口に滑らかなアールを持たせる
もの、図１８に示すような側圧シール４７に連絡する、
給気孔５１の出口の下側のみに滑らかなアールを持たせ
るものである。このような構成を用いることにより給気
装置は空気の流動をより安定に保つことが可能になる。

【００８９】さらに、給気装置は次の形態で構成しても
よい。すなわち、図１９に示すような側圧シール４７に
連絡する、給気孔５１の出口の下側のみに滑らかなアー
ルを持たせ、上側に突起部５２を形成するもの、図２０
（ａ）（ｂ）に示すような側圧シール４７に連絡する、
給気孔５１の出口に旋回防止板５３を設けるものであ
る。このような構成を用いることにより給気装置は給気
孔５１の出口の圧力をより低下させることが可能で、大
気圧との間で一段と圧力差を高く保つことができる。特
に、給気孔５１の出口に旋回防止板５３を使用するもの
は側圧シール４７を通る漏れ流れが主流に合流する際の
損失を低減することが可能になる。

【００９０】本実施の形態においては気泡渦に対して十
分な量の給気を導くことができ、安定に運転を続けるこ
とが可能になる。また、特に、給気管を設ける必要がな
く、給気装置を安価に構成することができる。

【００９１】（第１３の実施の形態）本発明の第１３の
実施の形態について図２１を参照して説明する。水力機
械は鉄管５４から分岐し、他端を上部吸出し管９ａの管
壁を貫いて設けられる吹き出し管５５と結ぶ分岐管５６
を備えている。この分岐管５６には流路径よりも口径を
小さく構成されるスロート部５７を形成している。ま
た、スロート部５７の上流側の分岐管５６に開閉弁５８
が設けられている。

【００９２】さらに、大気開放の吸込み管５９がスロー
ト部５７と接続されている。この吸い込み管５９には開
閉弁６０が設けられている。開閉弁５８および開閉弁６
０はそれぞれ制御指令を出力する制御装置６１と接続さ
れている。

【００９３】本実施の形態は上記構成からなるもので、
運転中、開閉弁５８、６０をそれぞれ開放すると、鉄管
５４内を流れる圧力水の一部が分岐管５６を通って吹き
出し管５５から吸出し管９にかけて流動する。

【００９４】ここで、スロート部５７の口径は流路径よ
りも狭めており、ここで流速が大きく上昇するために増
加する動圧に見合って圧力が降下し、大気圧との圧力差
が大きくなり、空気が吸込み管５９を通って分岐管５６
を流れる水中に注入される。この注入された空気は水流
に乗って分岐管５６内を流れ、吸出し管９内に吹き出
す。

【００９５】こうして、吸出し管９内の気泡渦に給気を
導くことができ、安定して運転を続けることが可能にな
る。運転状態によっては吸出し管９への給気の導入は必
要としなくなる。このため、制御装置６１からの制御指
令で分岐管５６の開閉弁５８および吸込み管５９の開閉
弁６０を閉じて損失が大きくなるのを防止する。

【００９６】なお、本実施の形態は一部機能を別の手段
で構成することができる。たとえば、図２２に示すよう
に、給気の供給、停止用開閉弁６０に代えて、逆止弁６
２を使用することができる。

【００９７】本実施の形態においては気泡渦に対して十
分な量の給気を導くことができ、安定に運転を続行する
ことが可能になる。また、特に、給気管を設ける必要が
なく、給気装置を安価に構成することができる。

【００９８】（第１４の実施の形態）本発明の第１４の
実施の形態について図２３（ａ）（ｂ）を参照して説明
する。主要な構成は第１３の実施の形態と同一である。
すなわち、上部吸出し管９ａの管壁を貫いて設けられる
吹き出し管５５と結ぶ分岐管５６と、分岐管５６のスロ
ート部５７と、分岐管５６の開閉弁５８と、大気開放の
吸込み管５９と、吸込み管５９の開閉弁６０とを備え
る。

【００９９】個々で、本実施の形態の分岐管５６および
スロート部５７は次のように校正される。すなわち、分
岐管５６の断面積をＡ１、スロート部５７の断面積をＡ
２としたとき、

【数３】ここで、Ｈ：有効落差Ｈｓ：吸い出し高さという、関係を満たすように構成される。ここで、吸出
し高さＨｓは、水車中心の高さと吸出し管９のさらに下
流部にある下池の高さの差で与えられる。すなわち、吸
出し高さＨｓは、下池水位を基準とした水車中心の高さ
であり、下池が水車中心よりも情報に設けられている場
合には負の値を取る。

【０１００】このような構造の水力機械において断面積
Ａ１部の流速をＶ１とすると、式（２）で表される。こ
こで、ｋは管路損失等を考慮した比例定数であり、経験
的なパラメータである。

【０１０１】

【数４】また、既知のベルヌーイの定理により、

【数５】ここで、Ｐ１：断面Ａ１部における圧力Ｐ２：断面Ａ２部における圧力Ｖ１：断面Ａ１部における流速Ｖ２：断面Ａ２部における流速この場合、断面Ａ１各部の圧力Ｐ１は、

【数６】となる。これを第（３）式に代入すると、

【数７】となる。自然給気が可能となる条件はＰ２＜０であるか
ら、自然給気のためには、

【数８】となればよい。今、分岐管５６及びスロート部５７での
流量をＱとすると、

【数９】であるので、（４）式は、

【数１０】となる。ここで、Ｈｓは負であり、ｋについても通常
０．５〜０．８程度の値を取ることを考えると、

【数１１】となり、式（１）のようになる。

【０１０２】したがって、式（１）の不等式を満たすこ
とにより確実に大気圧よりも低い圧力の部分を生成する
ことが可能になる。これにより、スロート部５７に確実
に空気を吸込むことができ、吸出し管９に効果的に吸気
を導くことが可能になる。

【０１０３】本実施の形態においては分岐管５６のスロ
ート部５７に吸込み管５９からの空気を確実に吸込むこ
とができ、気泡渦に対して十分な量の給気を導くことが
可能になる。

【０１０４】（第１５の実施の形態）本発明の第１５の
実施の形態について図２４を参照して説明する。分岐管
５６にはスロットルバルブ６３が設けられている。この
スロットルバルブ６３は弁体を動作させて開度を調節
し、速度ヘッドを調節することができる。スロットルバ
ルブ６３は制御指令を出力する制御装置６４と接続され
ている。また、スロットルバルブ６３の上流側の分岐管
５６に開閉弁５８が設けられている。

【０１０５】さらに、大気開放の吸込み管５９がスロッ
トルバルブ６３と接続されている。この吸込み給気管５
９には開閉弁６０が設けられている。開閉弁５８および
開閉弁６０はそれぞれ制御指令を出力する制御装置６１
と接続されている。

【０１０６】本実施の形態は上記構成からなるもので、
第１３の実施の形態と同様な働きをい得ることができ
る。すなわち、運転中、開閉弁５８、６０をそれぞれ開
放すると、鉄管５４内を流れる圧力水の一部が分岐管５
６を通って吹き出し管５５から吸出し管９にかけて流動
する。

【０１０７】ここで、制御装置６４からの制御指令でス
ロットルバルブ６３の弁体は僅かに開かれており、ここ
で流速が大きく上昇するために速度ヘッドが増加した分
圧力が降下し、大気圧との圧力差が大きくなり、空気が
吸込み管５９を通って分岐管５６を流れる水中に注入さ
れる。この注入された空気は水流に乗って分岐管５６内
を流れ、吸出し管９内に吹き出す。こうして、吸出し管
９内の気泡渦に給気を導くことができ、安定して運転を
続行することが可能になる。

【０１０８】一方、運転状態によっては吸出し管９への
給気の導入が不必要になる。このため、制御装置６１か
らの制御指令で分岐管５６の開閉弁５８および吸込み管
５９の開閉弁６０を閉じて損失が大きくなるの防止す
る。

【０１０９】本実施の形態においては気泡渦に対して十
分な量の給気を導くことができ、安定に運転を続けるこ
とが可能になる。また、特に、給気管を設ける必要がな
く、給気装置を安価に構成することができる。

【０１１０】（第１６の実施の形態）本発明の第１６の
実施の形態について図２５（ａ）（ｂ）を参照して説明
する。水力機械は上部吸出し管９ａに中心とほぼ同心を
保って配置される給気管６５を備えている。この給気管
６５は上端がランナコーン６の近くに延びており、そこ
に空気を吹き出す開口６６を有する。給気管６５は他端
が大気に開放される吸込み管６７と接続されている。ま
た、給気管６５は上部吸出し管９ａ内において複数個の
支柱６８によって支持されている。各々支柱６８は断面
翼形に形成されており、ランナ下端部の旋回流れに合わ
せて配置されている。

【０１１１】本実施の形態は上記構成からなるもので、
運転中、主流から少し距離のあるランナ中心域上部に圧
力の低い領域が発生する。このとき、その圧力の低い領
域と大気圧との差圧が大きくなり、給気管６５に流れた
空気が開口６６から吸出し管９内に吹き出す。こうし
て、吸出し管９内の気泡渦に給気を導くことができ、安
定して運転を続行することが可能になる。

【０１１２】また、給気管６５については、いわゆる死
水コアに配置しているので、給気管６５自身が主流の流
動を妨げることはなく。性能に大きな影響を及ぼすこと
はない。一方、水流中に配置する支柱６８は流動を妨げ
る懸念があるが、翼形の支柱６８をランナ下端部の旋回
流れに合わせるように配置しているので、支柱６８に起
因して損失が大きくなることもない。

【０１１３】本実施の形態においては開口がランナ中心
域上部の圧力の低い領域に配置されるので、大気圧との
差圧を大きく保つことが可能で、気泡渦に対して十分な
量の給気を導くことができ、安定に運転を続けることが
可能になる。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、水車またはポンプ水車
などの水力機械において運転条件の変化に伴い発生する
吸出し管の振動、騒音をそのときの運転状態に応じて低
減することができ、安定に運転を続行することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管を備えた水車を示す断面図、
（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管および開閉弁を備えた水車を示す
断面図、（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は吸出し管の管壁に装着する開閉弁を備え
た水車を示す断面図、（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管の内部に装着する開閉弁を備えた
水車を示す断面図、（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管、開閉弁と共に漏水をためる容器
を備えた水車を示す断面図、（ｂ）は開口の配置を示す
図。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管および逆止弁を備えた水車を示す
断面図、（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る、給気管およ
び調節弁を備えた水車を示す断面図。

【図８】本発明の第６の実施の形態に係る、給気管およ
び調節弁を備えた水車を示す断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態に係る水車を示すも
ので、（ａ）は給気管を備えた水車を示す断面図、
（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る水車を示す
もので、（ａ）は一部を直管で構成する給気管を備えた
水車を示す断面図、（ｂ）は開口の配置を示す図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態に係る水車を示す
もので、（ａ）は直管部を補強材で支持するように構成
する給気管を備えた水車を示す断面図、（ｂ）は補強材
の配置を示す図。

【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る水車を示す
もので、（ａ）は直管部を補強材で支持するように構成
する給気管を備えた水車を示す断面図、（ｂ）は補強材
の配置を示す図。

【図１３】本発明の第９の実施の形態に係る、可動給気
管を備えた水車を示す断面図。

【図１４】本発明の第１０の実施の形態に係る、回転給
気管を備えた水車を示す断面図。

【図１５】本発明の第１１の実施の形態に係る水車を示
すもので、（ａ）は一部をＶ字状の凹部で構成する給気
管を備えた水車を示す断面図、（ｂ）はその給気管の断
面図。

【図１６】本発明の第１２の実施の形態に係る水車を示
すもので、（ａ）は給気装置を備えた水車の断面図。
（ｂ）は給気装置の詳細を示す断面図。

【図１７】本発明の第１２の実施の形態に係る、給気装
置の詳細を示す断面図。

【図１８】本発明の第１２の実施の形態に係る、給気装
置の詳細を示す断面図。

【図１９】本発明の第１２の実施の形態に係る、給気装
置の詳細を示す断面図。

【図２０】本発明の第１２の実施の形態に係る水車を示
すもので、（ａ）は給気装置の詳細を示す断面図。
（ｂ）はその給気装置の正面図。

【図２１】本発明の第１３の実施の形態に係る、スロー
ト部を構成する給気装置を示す構成図。

【図２２】本発明の第１３の実施の形態に係る、スロー
ト部を構成する給気装置の他の形態を示す構成図。

【図２３】本発明の第１４の実施の形態を示すもので、
（ａ）はスロート部を構成する給気装置を示す構成図、
（ｂ）はスロート部の詳細を示す図。

【図２４】本発明の第１５の実施の形態に係る、スロッ
トルバルブを備えた給気装置を示す構成図。

【図２５】本発明の第１６の実施の形態に係る水車を示
すもので、（ａ）は給気管を備えた水車を示す図。
（ｂ）は（ａ）に示される支柱の断面図。

【図２６】従来技術による水車を示すもので、（ａ）は
水車の断面図、（ｂ）は上部吸出し管の管壁を貫いて装
着される給気管の開口の配置を示す図。

【符号の説明】

１…ケーシング、５…ランナ、９…吸出し管、９ａ…上
部吸出し管、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、６５…給気管、
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３６ａ、３６ｂ、４１ａ、４
１ｂ…開口、２２ａ、２２ｂ、５９、６７…吸込み管、
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、５８、６０…開閉弁、２８
ａ、２８ｂ…調節弁、３５ａ、３５ｂ…可動給気管、４
０ａ、４０ｂ…回転給気管、４７…側圧シール、４８…
シールライナ、４９…チャンバ、５１…給気孔、５６…
分岐管、５７…スロート部、６３…スロットルバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水光一郎神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 3H072 AA07 AA27 BB14 BB19 CC08 CC42 CC74 CC81

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングと、このケーシング内の圧力
水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械的
エネルギに変換するランナと、このランナの下方にあっ
て該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備え
てなる水力機械において、前記吸出し管の上部吸出し管
の中心に向かって管壁を貫いて設けられ、空気を吹き出
す開口を有する複数本の給気管と、この給気管と接続さ
れ、他端を大気に開放される、各々独立した吸込み管と
を備え、前記給気管の該開口が前記上部吸出し管の中心
から所定の距離を置いて配置されることを特徴とする水
力機械。
【請求項２】前記吸込み管が共通の吸込み管からな
り、前記給気管にそれぞれ開閉弁を設けたことを特徴と
する請求項１記載の水力機械。
【請求項３】前記開閉弁を該吸出し管内の前記給気管
の内部に設けたことを特徴とする請求項２記載の水力機
械。
【請求項４】前記吸込み管が共通の吸込み管で構成さ
れると共に、漏水を溜める容器を備え、前記給気管およ
び吸込み管内に漏水が滞留したとき、前記開閉弁を操作
して漏水を前記容器に排水するようにしたことを特徴と
する請求項２記載の水力機械。
【請求項５】前記開閉弁に代えて、制御指令により動
作する調節弁を設けたことを特徴とする請求項２または
４記載の水力機械。
【請求項６】前記開閉弁に代えて、前記吸出し管内か
らの逆流を防止する逆止弁を設けたことを特徴とする請
求項２または４記載の水力機械。
【請求項７】前記給気管の一部が該吸出し管内に置く
直管からなり、前記給気管の該直管部分が該上部吸出し
管の中心に向かって上方に傾斜して配置されることを特
徴とする請求項１記載の水力機械。
【請求項８】ケーシングと、このケーシング内の圧力
水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械的
エネルギに変換するランナと、このランナの下方にあっ
て該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備え
てなる水力機械において、前記吸出し管の上部吸出し管
内に半径方向に移動可能に設けられ、空気を吹き出す開
口を有する可動給気管と、この可動給気管を前後方向に
駆動する駆動装置と、前記駆動装置に対して制御指令を
出力する制御装置とを備えることを特徴とする水力機
械。
【請求項９】ケーシングと、このケーシング内の圧力
水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械的
エネルギに変換するランナと、このランナの下方にあっ
て該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備え
てなる水力機械において、前記吸出し管の上部吸出し管
内にランナ軸心と垂直な軸を中心として回転可能に設け
られ、空気を吹き出す開口を有する回転給気管と、前記
回転給気管を駆動する駆動装置と、前記駆動装置に対し
て制御指令を出力する制御装置とを備えることを特徴と
する水力機械。
【請求項１０】前記給気管の一部が該吸出し管内に置
く凹部からなり、前記給気管の該凹部部分が水流の下流
側に向くように配置されることを特徴とする請求項１記
載の水力機械。
【請求項１１】ケーシングと、このケーシング内の圧
力水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械
的エネルギに変換するランナと、このランナとの間に側
圧シールを構成する静止体と、前記ランナの下方にあっ
て該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備え
てなる水力機械において、前記静止体が給気を前記吸出
し管の上部吸出し管内に導く給気装置を備え、該給気装
置が環状空間、この環状空間に結ばれると共に、他端を
大気と通じさせた連絡通路、この連絡通路と前記吸出し
管の上部吸出し管内とを連通する給気孔から構成される
ことを特徴とする水力機械。
【請求項１２】ケーシングと、このケーシング内の圧
力水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械
的エネルギに変換するランナと、このランナとの間に側
圧シールを構成する静止体と、前記ランナの下方にあっ
て該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備え
てなる水力機械において、前記ケーシングに入口と結ぶ
鉄管から分岐し、他端を前記吸出し管の上部吸出し管に
接続した分岐管と、この分岐管に設けられたスロート部
と、このスロート部に結ばれると共に、他端を大気と通
じさせた吸込み管と、この吸込み管に設けられた開閉弁
とを備えることを特徴とする水力機械。
【請求項１３】前記吸込み管の該開閉弁に代えて、逆
止弁を設けたことを特徴とする請求項１２記載の水力機
械。
【請求項１４】前記分岐間の断面積をＡ１、前記スロ
ート部の断面積をＡ２、有効落差をＨ、前記吸出し管の
下流に設けられる下池水位を基準とした前記水力機械の
高さをＨｓとしたとき、次の関係を満たすことを特徴と
する請求項１２または１３記載の水力機械。【数１】
【請求項１５】ケーシングと、このケーシング内の圧
力水の流動域に設けられ、圧力水の持つエネルギを機械
的エネルギに変換するランナと、このランナの下方にあ
って該ランナからの排水を下流域に導く吸出し管とを備
えてなる水力機械において、前記吸出し管の上部吸出し
管の中心とほぼ同心を保って設けられ、空気を吹き出す
開口を有する給気管と、この給気管と接続され、他端を
大気に開放される吸込み管と、前記上部吸込み管内で該
給気管を支持する、断面翼形の支柱とを備え、前記給気
管の該開口が前記ランナ直下の圧力の低い領域に配置さ
れることを特徴とする水力機械。