水力機械
【課題】シリンダゲートの各部で競合いが生じることなく、シリンダゲートが昇降中に停止するのを未然に回避することのできる水力機械を提供する。
【解決手段】ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であり、シリンダゲートは、複数の円弧状ゲート２０を周方向に配置して円筒状に形成し、複数の円弧状ゲート２０のそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段１５を設けている。
【解決手段】ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であり、シリンダゲートは、複数の円弧状ゲート２０を周方向に配置して円筒状に形成し、複数の円弧状ゲート２０のそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段１５を設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するためのシリンダゲートを備えた水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水力機械のランナは、上流から流入する水が水圧鉄管を流下してケーシングに導かれた後、その水のエネルギによりランナを回転させ、このときに発生する動力をランナ上部に設置した発電機に伝達して発電するための原動機である。
【０００３】
このような水力機械では、図示しない入口弁が取り付けられており、この入口弁が上記水圧鉄管の末端部に位置するケーシングの直前に設けられる。上記入口弁は、水車の運転・停止に伴い開閉操作される止水弁として機能し、通常は流量を調整するガイドベーンが全閉状態のときに動作させる。
【０００４】
しかしながら、上記ガイドベーンが万一閉鎖しない緊急時には、入口弁単体で水車全流量を流水遮断する能力を持たせることが一般的である。現在採用されている代表的な入口弁の形式としては、ロータリ弁、ちょう形弁、複葉弁が挙げられる。この種の入口弁を水圧鉄管の末端部に設置して止水する技術は、従来から広く採用されてきたものである。また、別の止水方法としては、シリンダゲートを採用した水力機械もある。
【０００５】
このシリンダゲートを備えた水力機械の公知技術としては、例えば特許文献１に記載されたシリンダゲート装置がある。この公知技術において、シリンダゲートの設置目的は、ケーシングとランナとの間の流路にゲート筒を設置して、流水を遮断することである。水車構造は、水車の上カバーとステーベーンとの境界に、環状のシリンダ室を形成し、このシリンダ室内に円筒形状のシリンダゲートを上下動可能に組込んだ構造である。具体的に、この公知技術では、シリンダゲートの昇降方法としてシリンダ室を上室と下室とに区分し、この上室または下室の一方のみを加圧することにより昇降させる方法を提案している。
【０００６】
この方法以外の昇降方法としては、円筒形状のシリンダゲートに複数のピストンロッドを介して複数のサーボモータ（駆動機構）を連結し、これらのサーボモータを駆動させることによりシリンダゲートを昇降させる方法もある。
【０００７】
また、このようなシリンダゲートを備えた水力機械の関連技術としては、特許文献２や特許文献３が挙げられる。但し、これらの技術において、シリンダゲートを設置する目的は、ゲートを昇降させることにより流量を調整することであるため、シリンダゲートを止水するために設置し、かつガイドベーンの開閉により流量を調整する技術とは、根本的に意図が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２４８６５７号公報
【特許文献２】特開平１１−７２０７７号公報
【特許文献３】特公平７−１８３９９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、円筒形状のシリンダゲートを昇降させるため、複数のピストンロッドを介して複数のサーボモータ（駆動機構）を連結した水力機械では、各サーボモータのストロークの制御が厳密に均一にならないことに起因して、シリンダゲートの各部で競合いが生じ、昇降中に停止してしまうことが起こり得る。そのため、シリンダゲートの開閉時には、シリンダゲートを昇降させるサーボモータの同期動作が必要で、厳密に均一にすることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、各サーボモータのストロークの制御を厳密に均一化することは、非常に困難であり、制御システムとしても複雑になる。上記のように昇降中に停止するという問題は、シリンダゲートを流量調整用として設置する場合でも懸念されるものと考えられる。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、シリンダゲートの各部で競合いが生じることなく、シリンダゲートが昇降中に停止するのを未然に回避することの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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る水力機械は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートのそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る水力機械は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートは、前記駆動手段を取り付けた駆動ゲートと、この駆動ゲートに係止されて前記駆動ゲートの駆動に伴って従動する従動ゲートとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シリンダゲートを昇降させる複数の駆動手段の制御が不均一であっても、シリンダゲートの各部で競合いが生じることなく、シリンダゲートが昇降中に停止するのを未然に回避し、シリンダゲートの昇降移動の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る水力機械の第１実施形態を適用したフランシス型水車の構造を示す部分拡大縦断面図である。
【図２】図１のシリンダゲートを示す平面図である。
【図３】図２のシリンダゲートを周方向に分割した一つの円弧状ゲートを示す拡大平面図である。
【図４】複数の図３の円弧状ゲートを正面から見た拡大正面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第２実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図６】本発明に係る水力機械の第３実施形態におけるシリンダゲートを示す平面図である。
【図７】図６の円弧状ゲートを全閉状態または引上げる過渡状態を示す拡大正面図である。
【図８】図６の円弧状ゲートが閉鎖動作中であることを示す拡大正面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第４実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図１０】本発明に係る水力機械の第５実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図１１】本発明に係る水力機械の第６実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る水力機械におけるシリンダゲートの各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、本発明をフランシス型水車に適用した例を示している。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る水力機械の第１実施形態を適用したフランシス型水車の構造を示す部分拡大縦断面図である。図２は図１のシリンダゲートを示す平面図である。図３は図２のシリンダゲートを周方向に分割した一つの円弧状ゲートを示す拡大平面図である。図４は複数の図３の円弧状ゲートを正面から見た拡大正面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態を適用したフランシス型水車は、主軸１により図示しない発電機に動力を伝達する。図示しない上池からの水は、水圧鉄管を流下してケーシング２に導かれた後、リップ３を経て強度部材であるステーベーン（固定翼）４で整流され、流量を調整するガイドベーン（可動翼）５を経てランナ６に流入する。このランナ６から流出する水は、上部吸出し管７に流入し、この上部吸出し管７を経て図示しない下池へと流出する。
【００１９】
このような水力機械では、回転部であるランナ６と静止部である上カバー８または下カバー９との間に流入する水の漏洩量を抑制するため、上シール１０および下シール１１がそれぞれ取り付けられている。ステーベーン４とガイドベーン５との間には、シリンダゲート１２が設置され、このシリンダゲート１２はケーシング２からランナ６に通じる流路を開閉する。このランナ６は、上側がクラウン１３に、下側がバンド１４によりそれぞれ保持されている。
【００２０】
シリンダゲート１２は、弁としての機能を有し、止水する場合にはステーベーン６とガイドベーン５との間に全体が中空円筒状のシリンダゲート１２を降下させる。このシリンダゲート１２を備えた水車は、通常運転の状態ではシリンダゲート１２を全開状態にして流路を確保する必要があるため、シリンダゲート１２を収納する空間がステーベーン４およびガイドベーン５の上方に設けられている。
【００２１】
また、シリンダゲート１２を昇降させるために、後述する複数のサーボモータ（駆動手段）が複数のピストンロッド１５で連結されている。シリンダゲート１２を昇降させるピストンロッド１５は、上カバー８の一部を形成するロッド支持部１６で支持される構造となっている。このロッド支持部１６は、シール機能を兼ね備えている。
【００２２】
図２および図３に示すように、全体が中空円筒状のシリンダゲート１２は、例えば周方向に等間隔で６個の円弧状ゲート２０に分割されている。なお、図２では、６個に分割した円弧状ゲート２０の境界を分かり易くするため、放射状の分割線で示している。これら６個に分割された円弧状ゲート２０上面には、それぞれ駆動用に設置するサーボモータ１７と連結するためのピストンロッド１５が取り付けられている。これらピストンロッド１５およびサーボモータ１７は、円弧状ゲート２０を開閉駆動する駆動手段を構成する。
【００２３】
すなわち、本実施形態は、通常、中空円筒状に形成されているシリンダゲート１２を図３に示すように周方向に複数分割し、円弧状ゲート２０に形成したものである。つまり、サーボモータ１７およびピストンロッド１５と円弧状ゲート２０を一体構造とし、これらを周方向に連続して配置することで、全体を中空円筒状のシリンダゲート構造としている。
【００２４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２５】
本実施形態のシリンダゲート１２は、上記のように円弧状に分割された複数個の円弧状ゲート２０のそれぞれにサーボモータ１７およびピストンロッド１５が設置されている。すなわち、円弧状ゲート２０とその駆動機構であるサーボモータ１７およびピストンロッド１５とが一組をなし、これらが互いに独立して昇降可能に構成されている。
【００２６】
このため本実施形態では、各サーボモータ１７が駆動させる円弧状ゲート２０の鉛直方向の昇降運動を、互いに独立して行うことができる。したがって、シリンダゲート１２が昇降運動しているときに、仮に図４に示したようにストローク制御が不均一になっても、円弧状ゲート２０の各部で競合いが生じることはない。
【００２７】
このように本実施形態によれば、円弧状ゲート２０を昇降させる各サーボモータ１７のストローク制御が不均一であっても、円弧状ゲート２０の各部で競合いが生じることはなく、昇降中の停止を未然に回避することができ、シリンダゲート１２の昇降移動の信頼性を高めることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図５（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第２実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。なお、本実施形態では、前記第１実施形態と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。
【００２９】
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、円弧状に複数分割した各円弧状ゲート２０は、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面の横断面形状が凹凸状に形成されている。具体的には、隣接する一方の円弧状ゲート２１の一側に凸部２１ａが形成され、他方の円弧状ゲート２２の他側に凹部２２ａが形成されている。また、図示しないが、一方の円弧状ゲート２１の他側に凹部が形成され、他方の円弧状ゲート２２の一側に凸部が形成されている。したがって、隣接する各円弧状ゲート２０の接合面は、全て凹凸により嵌合し、全体を中空円筒状のシリンダゲート１２に形成している。
【００３０】
図５（Ａ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側にのみ、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と同方向の３つの面であって、ピストンロッド１５と平行に３つのシール部材２３が円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けられている。
【００３１】
図５（Ｂ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側に、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と対向する面であって、ピストンロッド１５と平行に１つのシール部材２３が他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けられている。
【００３２】
また、図５（Ｂ）示す例では、他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａ側に、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と対向する面であって、ピストンロッド１５と平行に１つのシール部材２３が一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａと接触するように取り付けられている。
【００３３】
なお、図５（Ａ），（Ｂ）に示す円弧状ゲート２１，２２において、水流方向に面する側が外周面であり、その反対側が内周面である。
【００３４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３５】
本実施形態では、前記第１実施形態と同様、各サーボモータ１７が駆動させる円弧状ゲート２１，２２の鉛直方向の昇降運動を、互いに独立して行うことができるため、円弧状ゲート２１，２２各部で競合いが生じることがない。
【００３６】
また、隣接する各円弧状ゲート２０の接合面の断面形状を凹凸状に形成したことにより、円弧状ゲート２０に流水のラジアルスラスト（流水を遮断する際にシリンダゲート外周面側から内周面側に働く力）が作用する場合でも、半径方向の円弧状ゲート２０の運動を拘束することができ、ガイドとして機能する。さらに、円弧状ゲート２０の接合面にシール部材２３を鉛直方向に（ピストンロッド１５と平行に）設置したことにより、従来の円筒状のシリンダゲートと同様に止水することが可能となる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、円弧状ゲート２０各部で競合いが生じることに起因する昇降中の円弧状ゲート２０の停止を未然に回避することができる。また、円弧状ゲート２０の接合面にシール部材２３を鉛直方向に設置したことにより、流水遮断時に十分な止水効果が得られる。
【００３８】
なお、本実施形態において、図５（Ａ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側にのみ、３つのシール部材２３を円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けたが、これとは逆に、円弧状ゲート２２の凹部２２ａ側に、シール部材２３を円弧状ゲート２１の凸部２１ａに接触するように取り付けるようにしてもよい。
【００３９】
同様に、図５（Ｂ）に示す例でも、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａと、他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａへの取り付ける側を変えるようにしてもよい。
【００４０】
（第３実施形態）
図６は本発明に係る水力機械の第３実施形態におけるシリンダゲートを示す平面図である。図７は図６の円弧状ゲートを全閉状態または引上げる過渡状態を示す拡大正面図である。図８は図６の円弧状ゲートが閉鎖動作中であることを示す拡大正面図である。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態のように円筒状のシリンダゲート１２を円弧状に分割し、分割した全ての円弧状ゲート２０にサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置するのではない。なお、図６では、シリンダゲート１２を４個に分割した境界を分かり易くするため、放射状の分割線で示している。
【００４２】
すなわち、本実施形態は、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２を形成している。
【００４３】
また、図７および図８に示すように、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６は、上端両側に張出し凸部２６ａが一体に形成され、これらの張出し凸部２６ａは、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５の上端角部に接合するように組み付けられる。
【００４４】
したがって、従動ゲート２６は、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇または下降することが可能となる。また、従動ゲート２６自体は、閉操作時に自重で流水を遮断可能な重量を有している。
【００４５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４６】
本実施形態では、駆動ゲート２５の上端角部に従動ゲート２６の張出し凸部２６ａが接合するように組み付けられていることから、従動ゲート２６は、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇または下降することが可能となる。
【００４７】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、円弧状ゲート２０各部で競合いが生じることに起因する昇降中の円弧状ゲート２０の停止を未然に回避することができる。
【００４８】
また、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６は、自重で流水を遮断可能であり、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇する構造であるため、サーボモータ１７およびピストンロッド１５の設置数を削減すると同時に、分割した全てのゲートにサーボモータ１７を設置した前記第１、第２実施形態と比較して各サーボモータ１７のストローク制御が一段と容易になる。
【００４９】
（第４実施形態）
図９（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第４実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。なお、本実施形態では、図６〜図８に示す第３実施形態と同一または対応する部分に同一の符号を付して説明する。
【００５０】
本実施形態は、前記第３実施形態と同様、図９（Ａ），（Ｂ）に示すようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２を形成している。
【００５１】
また、本実施形態では、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面の断面形状を凹凸状に形成する構成については前記第２実施形態と同様であるが、シール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５または従動ゲート２６と接触させないように半径方向に間隙を形成するようにしている。なお、前記第２実施形態では、設置するシール材２３が、隣接する円弧状ゲート２０と接触している。
【００５２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５３】
本実施形態では、前記第３実施形態と同様、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２が形成されている。
【００５４】
このように構成した場合、サーボモータ１７とピストンロッド１５を設置しない駆動ゲート２５については、流水のラジアルスラスト力（流水を遮断する際にシリンダゲート外周面側から内周面側に働く力）が作用した場合に、内周面方向に平行移動し得る可動構造となる。
【００５５】
このようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６（半径方向に可動なゲート）を交互に配置した状態で、前記のようにシール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５および従動ゲート２６と接触させないように半径方向の間隙を設けることにより、駆動ゲート２５および従動ゲート２６が流水を遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５および従動ゲート２６の昇降時におけるシール部材２３の摩擦抵抗を低減させることができる。つまり、前記第２実施形態のようにシール部材２３が、相対する駆動ゲート２５および従動ゲート２６面と接触している場合と比較して摩擦抵抗を低減させることができる。
【００５６】
このように本実施形態によれば、前記第３実施形態と同様に、サーボモータ１７の設置数を削減することができるので、前記第１実施形態と比較して各サーボモータ１７のストローク制御が一段と容易になる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、シール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５および従動ゲート２６と接触させないように半径方向に間隙を形成することにより、駆動ゲート２５および従動ゲート２６の昇降時におけるシール部材２３の摩擦抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施形態によれば、前記第２実施形態のようにシール部材２３が、相対する駆動ゲート２５および従動ゲート２６面と接触している場合と比較して摩擦抵抗を低減させることができる。
【００５８】
（第５実施形態）
図１０は本発明に係る水力機械の第５実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【００５９】
図１０に示すように、本実施形態は、前記第２、第４実施形態のように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面の断面形状を凹凸状に形成するのではなく、隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面を平面形状に形成し、かつ隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との間に平行間隙２７を設けるようにしている。この平行間隙２７は、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して交差するような面に設置されている。
【００６０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
本実施形態では、前記第４実施形態と同様に、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２が形成されている。
【００６２】
このように構成した場合、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６については、流水のラジアルスラストが作用した場合に、内周面方向に平行移動し得る可動構造となる。このようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５（不動ゲート）と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６（可動ゲート）を交互に接合した状態で、前記のように隣接するゲート２５，２６の接合面を平面形状に形成し、かつ隣接するゲート２５，２６に平行間隙２７を設ける構造としたことにより、ゲート２５，２６が降下し流水遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態）に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面に平行間隙２７を設けているので、ゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６３】
このように本実施形態によれば、前記第４実施形態と同様に、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗を低減させることができる。また、本実施形態によれば、ゲート２５，２６にシール部材２３を設置しなくても、前記第４実施形態と同等の止水効果が得られる。
【００６４】
（第６実施形態）
図１１は本発明に係る水力機械の第６実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【００６５】
図１１に示すように、本実施形態は、前記第５実施形態のように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面が平面形状であることは同様であるが、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６の接合面における外周側に突部２８が形成されている。
【００６６】
このように従動ゲート２６の接合面における外周側に突部２８を形成したことにより、従動ゲート２６の外周面側の平行間隙２７がその内周面側と比較して最も狭くなっている。
【００６７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６８】
本実施形態では、前記第５実施形態と同様、ゲート２５，２６が降下し流水遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態）に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面に平行間隙２７を設けているので、ゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、ゲート２５，２６の外周面の平行間隙２７が最も狭くなっている部分（止水効果のある部分）以外の間隙は、広くしているため、前記第５実施形態よりもゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００７０】
このように本実施形態によれば、ゲート２５，２６にシール部材２３を設置しなくても、前記第４、第５実施形態と同等の止水効果が得られる。また、本実施形態によれば、前記第５実施形態と同様に、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗を低減することができる上、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗の低減効果は、前記第５実施形態よりも大きくなる。
【００７１】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態は、本発明をフランシス型水車に適用した例について説明したが、これ以外のカプラン型水車は、勿論のこと、ポンプ水車にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…主軸
２…ケーシング
３…リップ
４…ステーベーン
５…ガイドベーン
６…ランナ
７…上部吸出し管
８…上カバー
９…下カバー
１０…上シール
１１…下シール
１２…シリンダゲート
１５…ピストンロッド（駆動手段）
１６…ロッド支持部
１７…サーボモータ（駆動手段）
２０…円弧状ゲート
２１…一方の円弧状ゲート
２１ａ…凸部
２２…他方の円弧状ゲート
２２ａ…凹部
２３…シール部材
２５…駆動ゲート
２６…従動ゲート
２７…平行間隙
２８…突部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するためのシリンダゲートを備えた水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水力機械のランナは、上流から流入する水が水圧鉄管を流下してケーシングに導かれた後、その水のエネルギによりランナを回転させ、このときに発生する動力をランナ上部に設置した発電機に伝達して発電するための原動機である。
【０００３】
このような水力機械では、図示しない入口弁が取り付けられており、この入口弁が上記水圧鉄管の末端部に位置するケーシングの直前に設けられる。上記入口弁は、水車の運転・停止に伴い開閉操作される止水弁として機能し、通常は流量を調整するガイドベーンが全閉状態のときに動作させる。
【０００４】
しかしながら、上記ガイドベーンが万一閉鎖しない緊急時には、入口弁単体で水車全流量を流水遮断する能力を持たせることが一般的である。現在採用されている代表的な入口弁の形式としては、ロータリ弁、ちょう形弁、複葉弁が挙げられる。この種の入口弁を水圧鉄管の末端部に設置して止水する技術は、従来から広く採用されてきたものである。また、別の止水方法としては、シリンダゲートを採用した水力機械もある。
【０００５】
このシリンダゲートを備えた水力機械の公知技術としては、例えば特許文献１に記載されたシリンダゲート装置がある。この公知技術において、シリンダゲートの設置目的は、ケーシングとランナとの間の流路にゲート筒を設置して、流水を遮断することである。水車構造は、水車の上カバーとステーベーンとの境界に、環状のシリンダ室を形成し、このシリンダ室内に円筒形状のシリンダゲートを上下動可能に組込んだ構造である。具体的に、この公知技術では、シリンダゲートの昇降方法としてシリンダ室を上室と下室とに区分し、この上室または下室の一方のみを加圧することにより昇降させる方法を提案している。
【０００６】
この方法以外の昇降方法としては、円筒形状のシリンダゲートに複数のピストンロッドを介して複数のサーボモータ（駆動機構）を連結し、これらのサーボモータを駆動させることによりシリンダゲートを昇降させる方法もある。
【０００７】
また、このようなシリンダゲートを備えた水力機械の関連技術としては、特許文献２や特許文献３が挙げられる。但し、これらの技術において、シリンダゲートを設置する目的は、ゲートを昇降させることにより流量を調整することであるため、シリンダゲートを止水するために設置し、かつガイドベーンの開閉により流量を調整する技術とは、根本的に意図が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２４８６５７号公報
【特許文献２】特開平１１−７２０７７号公報
【特許文献３】特公平７−１８３９９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、円筒形状のシリンダゲートを昇降させるため、複数のピストンロッドを介して複数のサーボモータ（駆動機構）を連結した水力機械では、各サーボモータのストロークの制御が厳密に均一にならないことに起因して、シリンダゲートの各部で競合いが生じ、昇降中に停止してしまうことが起こり得る。そのため、シリンダゲートの開閉時には、シリンダゲートを昇降させるサーボモータの同期動作が必要で、厳密に均一にすることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、各サーボモータのストロークの制御を厳密に均一化することは、非常に困難であり、制御システムとしても複雑になる。上記のように昇降中に停止するという問題は、シリンダゲートを流量調整用として設置する場合でも懸念されるものと考えられる。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、シリンダゲートの各部で競合いが生じることなく、シリンダゲートが昇降中に停止するのを未然に回避することの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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る水力機械は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートのそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る水力機械は、ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートは、前記駆動手段を取り付けた駆動ゲートと、この駆動ゲートに係止されて前記駆動ゲートの駆動に伴って従動する従動ゲートとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シリンダゲートを昇降させる複数の駆動手段の制御が不均一であっても、シリンダゲートの各部で競合いが生じることなく、シリンダゲートが昇降中に停止するのを未然に回避し、シリンダゲートの昇降移動の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る水力機械の第１実施形態を適用したフランシス型水車の構造を示す部分拡大縦断面図である。
【図２】図１のシリンダゲートを示す平面図である。
【図３】図２のシリンダゲートを周方向に分割した一つの円弧状ゲートを示す拡大平面図である。
【図４】複数の図３の円弧状ゲートを正面から見た拡大正面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第２実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図６】本発明に係る水力機械の第３実施形態におけるシリンダゲートを示す平面図である。
【図７】図６の円弧状ゲートを全閉状態または引上げる過渡状態を示す拡大正面図である。
【図８】図６の円弧状ゲートが閉鎖動作中であることを示す拡大正面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第４実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図１０】本発明に係る水力機械の第５実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【図１１】本発明に係る水力機械の第６実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る水力機械におけるシリンダゲートの各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、本発明をフランシス型水車に適用した例を示している。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る水力機械の第１実施形態を適用したフランシス型水車の構造を示す部分拡大縦断面図である。図２は図１のシリンダゲートを示す平面図である。図３は図２のシリンダゲートを周方向に分割した一つの円弧状ゲートを示す拡大平面図である。図４は複数の図３の円弧状ゲートを正面から見た拡大正面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態を適用したフランシス型水車は、主軸１により図示しない発電機に動力を伝達する。図示しない上池からの水は、水圧鉄管を流下してケーシング２に導かれた後、リップ３を経て強度部材であるステーベーン（固定翼）４で整流され、流量を調整するガイドベーン（可動翼）５を経てランナ６に流入する。このランナ６から流出する水は、上部吸出し管７に流入し、この上部吸出し管７を経て図示しない下池へと流出する。
【００１９】
このような水力機械では、回転部であるランナ６と静止部である上カバー８または下カバー９との間に流入する水の漏洩量を抑制するため、上シール１０および下シール１１がそれぞれ取り付けられている。ステーベーン４とガイドベーン５との間には、シリンダゲート１２が設置され、このシリンダゲート１２はケーシング２からランナ６に通じる流路を開閉する。このランナ６は、上側がクラウン１３に、下側がバンド１４によりそれぞれ保持されている。
【００２０】
シリンダゲート１２は、弁としての機能を有し、止水する場合にはステーベーン６とガイドベーン５との間に全体が中空円筒状のシリンダゲート１２を降下させる。このシリンダゲート１２を備えた水車は、通常運転の状態ではシリンダゲート１２を全開状態にして流路を確保する必要があるため、シリンダゲート１２を収納する空間がステーベーン４およびガイドベーン５の上方に設けられている。
【００２１】
また、シリンダゲート１２を昇降させるために、後述する複数のサーボモータ（駆動手段）が複数のピストンロッド１５で連結されている。シリンダゲート１２を昇降させるピストンロッド１５は、上カバー８の一部を形成するロッド支持部１６で支持される構造となっている。このロッド支持部１６は、シール機能を兼ね備えている。
【００２２】
図２および図３に示すように、全体が中空円筒状のシリンダゲート１２は、例えば周方向に等間隔で６個の円弧状ゲート２０に分割されている。なお、図２では、６個に分割した円弧状ゲート２０の境界を分かり易くするため、放射状の分割線で示している。これら６個に分割された円弧状ゲート２０上面には、それぞれ駆動用に設置するサーボモータ１７と連結するためのピストンロッド１５が取り付けられている。これらピストンロッド１５およびサーボモータ１７は、円弧状ゲート２０を開閉駆動する駆動手段を構成する。
【００２３】
すなわち、本実施形態は、通常、中空円筒状に形成されているシリンダゲート１２を図３に示すように周方向に複数分割し、円弧状ゲート２０に形成したものである。つまり、サーボモータ１７およびピストンロッド１５と円弧状ゲート２０を一体構造とし、これらを周方向に連続して配置することで、全体を中空円筒状のシリンダゲート構造としている。
【００２４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２５】
本実施形態のシリンダゲート１２は、上記のように円弧状に分割された複数個の円弧状ゲート２０のそれぞれにサーボモータ１７およびピストンロッド１５が設置されている。すなわち、円弧状ゲート２０とその駆動機構であるサーボモータ１７およびピストンロッド１５とが一組をなし、これらが互いに独立して昇降可能に構成されている。
【００２６】
このため本実施形態では、各サーボモータ１７が駆動させる円弧状ゲート２０の鉛直方向の昇降運動を、互いに独立して行うことができる。したがって、シリンダゲート１２が昇降運動しているときに、仮に図４に示したようにストローク制御が不均一になっても、円弧状ゲート２０の各部で競合いが生じることはない。
【００２７】
このように本実施形態によれば、円弧状ゲート２０を昇降させる各サーボモータ１７のストローク制御が不均一であっても、円弧状ゲート２０の各部で競合いが生じることはなく、昇降中の停止を未然に回避することができ、シリンダゲート１２の昇降移動の信頼性を高めることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図５（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第２実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。なお、本実施形態では、前記第１実施形態と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。
【００２９】
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、円弧状に複数分割した各円弧状ゲート２０は、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面の横断面形状が凹凸状に形成されている。具体的には、隣接する一方の円弧状ゲート２１の一側に凸部２１ａが形成され、他方の円弧状ゲート２２の他側に凹部２２ａが形成されている。また、図示しないが、一方の円弧状ゲート２１の他側に凹部が形成され、他方の円弧状ゲート２２の一側に凸部が形成されている。したがって、隣接する各円弧状ゲート２０の接合面は、全て凹凸により嵌合し、全体を中空円筒状のシリンダゲート１２に形成している。
【００３０】
図５（Ａ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側にのみ、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と同方向の３つの面であって、ピストンロッド１５と平行に３つのシール部材２３が円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けられている。
【００３１】
図５（Ｂ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側に、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と対向する面であって、ピストンロッド１５と平行に１つのシール部材２３が他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けられている。
【００３２】
また、図５（Ｂ）示す例では、他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａ側に、シリンダゲート１２の中心に向かう方向と対向する面であって、ピストンロッド１５と平行に１つのシール部材２３が一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａと接触するように取り付けられている。
【００３３】
なお、図５（Ａ），（Ｂ）に示す円弧状ゲート２１，２２において、水流方向に面する側が外周面であり、その反対側が内周面である。
【００３４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３５】
本実施形態では、前記第１実施形態と同様、各サーボモータ１７が駆動させる円弧状ゲート２１，２２の鉛直方向の昇降運動を、互いに独立して行うことができるため、円弧状ゲート２１，２２各部で競合いが生じることがない。
【００３６】
また、隣接する各円弧状ゲート２０の接合面の断面形状を凹凸状に形成したことにより、円弧状ゲート２０に流水のラジアルスラスト（流水を遮断する際にシリンダゲート外周面側から内周面側に働く力）が作用する場合でも、半径方向の円弧状ゲート２０の運動を拘束することができ、ガイドとして機能する。さらに、円弧状ゲート２０の接合面にシール部材２３を鉛直方向に（ピストンロッド１５と平行に）設置したことにより、従来の円筒状のシリンダゲートと同様に止水することが可能となる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、円弧状ゲート２０各部で競合いが生じることに起因する昇降中の円弧状ゲート２０の停止を未然に回避することができる。また、円弧状ゲート２０の接合面にシール部材２３を鉛直方向に設置したことにより、流水遮断時に十分な止水効果が得られる。
【００３８】
なお、本実施形態において、図５（Ａ）に示す例では、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａ側にのみ、３つのシール部材２３を円弧状ゲート２２の凹部２２ａに接触するように取り付けたが、これとは逆に、円弧状ゲート２２の凹部２２ａ側に、シール部材２３を円弧状ゲート２１の凸部２１ａに接触するように取り付けるようにしてもよい。
【００３９】
同様に、図５（Ｂ）に示す例でも、一方の円弧状ゲート２１の凸部２１ａと、他方の円弧状ゲート２２の凹部２２ａへの取り付ける側を変えるようにしてもよい。
【００４０】
（第３実施形態）
図６は本発明に係る水力機械の第３実施形態におけるシリンダゲートを示す平面図である。図７は図６の円弧状ゲートを全閉状態または引上げる過渡状態を示す拡大正面図である。図８は図６の円弧状ゲートが閉鎖動作中であることを示す拡大正面図である。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態のように円筒状のシリンダゲート１２を円弧状に分割し、分割した全ての円弧状ゲート２０にサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置するのではない。なお、図６では、シリンダゲート１２を４個に分割した境界を分かり易くするため、放射状の分割線で示している。
【００４２】
すなわち、本実施形態は、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２を形成している。
【００４３】
また、図７および図８に示すように、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６は、上端両側に張出し凸部２６ａが一体に形成され、これらの張出し凸部２６ａは、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５の上端角部に接合するように組み付けられる。
【００４４】
したがって、従動ゲート２６は、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇または下降することが可能となる。また、従動ゲート２６自体は、閉操作時に自重で流水を遮断可能な重量を有している。
【００４５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４６】
本実施形態では、駆動ゲート２５の上端角部に従動ゲート２６の張出し凸部２６ａが接合するように組み付けられていることから、従動ゲート２６は、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇または下降することが可能となる。
【００４７】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、円弧状ゲート２０各部で競合いが生じることに起因する昇降中の円弧状ゲート２０の停止を未然に回避することができる。
【００４８】
また、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６は、自重で流水を遮断可能であり、隣接する駆動ゲート２５に連動して上昇する構造であるため、サーボモータ１７およびピストンロッド１５の設置数を削減すると同時に、分割した全てのゲートにサーボモータ１７を設置した前記第１、第２実施形態と比較して各サーボモータ１７のストローク制御が一段と容易になる。
【００４９】
（第４実施形態）
図９（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る水力機械の第４実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。なお、本実施形態では、図６〜図８に示す第３実施形態と同一または対応する部分に同一の符号を付して説明する。
【００５０】
本実施形態は、前記第３実施形態と同様、図９（Ａ），（Ｂ）に示すようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２を形成している。
【００５１】
また、本実施形態では、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面の断面形状を凹凸状に形成する構成については前記第２実施形態と同様であるが、シール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５または従動ゲート２６と接触させないように半径方向に間隙を形成するようにしている。なお、前記第２実施形態では、設置するシール材２３が、隣接する円弧状ゲート２０と接触している。
【００５２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５３】
本実施形態では、前記第３実施形態と同様、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２が形成されている。
【００５４】
このように構成した場合、サーボモータ１７とピストンロッド１５を設置しない駆動ゲート２５については、流水のラジアルスラスト力（流水を遮断する際にシリンダゲート外周面側から内周面側に働く力）が作用した場合に、内周面方向に平行移動し得る可動構造となる。
【００５５】
このようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６（半径方向に可動なゲート）を交互に配置した状態で、前記のようにシール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５および従動ゲート２６と接触させないように半径方向の間隙を設けることにより、駆動ゲート２５および従動ゲート２６が流水を遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５および従動ゲート２６の昇降時におけるシール部材２３の摩擦抵抗を低減させることができる。つまり、前記第２実施形態のようにシール部材２３が、相対する駆動ゲート２５および従動ゲート２６面と接触している場合と比較して摩擦抵抗を低減させることができる。
【００５６】
このように本実施形態によれば、前記第３実施形態と同様に、サーボモータ１７の設置数を削減することができるので、前記第１実施形態と比較して各サーボモータ１７のストローク制御が一段と容易になる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、シール部材２３の取付位置を、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して垂直な面に設置し、かつシール部材２３が、隣接する駆動ゲート２５および従動ゲート２６と接触させないように半径方向に間隙を形成することにより、駆動ゲート２５および従動ゲート２６の昇降時におけるシール部材２３の摩擦抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施形態によれば、前記第２実施形態のようにシール部材２３が、相対する駆動ゲート２５および従動ゲート２６面と接触している場合と比較して摩擦抵抗を低減させることができる。
【００５８】
（第５実施形態）
図１０は本発明に係る水力機械の第５実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【００５９】
図１０に示すように、本実施形態は、前記第２、第４実施形態のように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面の断面形状を凹凸状に形成するのではなく、隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面を平面形状に形成し、かつ隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との間に平行間隙２７を設けるようにしている。この平行間隙２７は、駆動ゲート２５および従動ゲート２６に作用する流水のラジアルスラスト方向に対して交差するような面に設置されている。
【００６０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
本実施形態では、前記第４実施形態と同様に、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６とを交互に配置し、円筒状のシリンダゲート１２が形成されている。
【００６２】
このように構成した場合、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６については、流水のラジアルスラストが作用した場合に、内周面方向に平行移動し得る可動構造となる。このようにサーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置した駆動ゲート２５（不動ゲート）と、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６（可動ゲート）を交互に接合した状態で、前記のように隣接するゲート２５，２６の接合面を平面形状に形成し、かつ隣接するゲート２５，２６に平行間隙２７を設ける構造としたことにより、ゲート２５，２６が降下し流水遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態）に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面に平行間隙２７を設けているので、ゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６３】
このように本実施形態によれば、前記第４実施形態と同様に、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗を低減させることができる。また、本実施形態によれば、ゲート２５，２６にシール部材２３を設置しなくても、前記第４実施形態と同等の止水効果が得られる。
【００６４】
（第６実施形態）
図１１は本発明に係る水力機械の第６実施形態であり、隣接して配置された円弧状ゲートの接合面を示す部分拡大平面図である。
【００６５】
図１１に示すように、本実施形態は、前記第５実施形態のように隣接する駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面が平面形状であることは同様であるが、サーボモータ１７およびピストンロッド１５を設置しない従動ゲート２６の接合面における外周側に突部２８が形成されている。
【００６６】
このように従動ゲート２６の接合面における外周側に突部２８を形成したことにより、従動ゲート２６の外周面側の平行間隙２７がその内周面側と比較して最も狭くなっている。
【００６７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６８】
本実施形態では、前記第５実施形態と同様、ゲート２５，２６が降下し流水遮断する際（ラジアルスラストを受けた従動ゲート２６が、内周面側へ平行移動した状態）に流水を止水できる構造でありながら、駆動ゲート２５と従動ゲート２６との接合面に平行間隙２７を設けているので、ゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、ゲート２５，２６の外周面の平行間隙２７が最も狭くなっている部分（止水効果のある部分）以外の間隙は、広くしているため、前記第５実施形態よりもゲート２５，２６の昇降時の摩擦抵抗を低減させることができる。
【００７０】
このように本実施形態によれば、ゲート２５，２６にシール部材２３を設置しなくても、前記第４、第５実施形態と同等の止水効果が得られる。また、本実施形態によれば、前記第５実施形態と同様に、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗を低減することができる上、ゲート２５，２６の昇降時における摩擦抵抗の低減効果は、前記第５実施形態よりも大きくなる。
【００７１】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態は、本発明をフランシス型水車に適用した例について説明したが、これ以外のカプラン型水車は、勿論のこと、ポンプ水車にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…主軸
２…ケーシング
３…リップ
４…ステーベーン
５…ガイドベーン
６…ランナ
７…上部吸出し管
８…上カバー
９…下カバー
１０…上シール
１１…下シール
１２…シリンダゲート
１５…ピストンロッド（駆動手段）
１６…ロッド支持部
１７…サーボモータ（駆動手段）
２０…円弧状ゲート
２１…一方の円弧状ゲート
２１ａ…凸部
２２…他方の円弧状ゲート
２２ａ…凹部
２３…シール部材
２５…駆動ゲート
２６…従動ゲート
２７…平行間隙
２８…突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、
前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートのそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする水力機械。
【請求項２】
前記複数の円弧状ゲートは、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面を凹凸状に形成し、その接合面に、隣接する円弧状ゲートと接触するシール部材を設置したこと、
を特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項３】
ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、
前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、
前記複数の円弧状ゲートは、前記駆動手段を取り付けた駆動ゲートと、この駆動ゲートに係止されて前記駆動ゲートの駆動に伴って従動する従動ゲートとを有することを特徴とする水力機械。
【請求項４】
前記複数の円弧状ゲートは、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面を断面凹凸状に形成し、その接合面に、隣接する円弧状ゲートに間隙を有してシール部材を設置したこと、
を特徴とする請求項３に記載の水力機械。
【請求項５】
前記複数の円弧状ゲートは、互いの接合面を平面状に形成し、その接合面に水流方向に対して交差する方向に平行間隙を形成したこと、
を特徴とする請求項３または４に記載の水力機械。
【請求項６】
前記平行間隙は、水流方向に対する外周側を内周側より狭く形成したこと、
を特徴とする請求項５に記載の水力機械。
【請求項１】
ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、
前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、前記複数の円弧状ゲートのそれぞれに前記流路を開閉する方向に駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする水力機械。
【請求項２】
前記複数の円弧状ゲートは、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面を凹凸状に形成し、その接合面に、隣接する円弧状ゲートと接触するシール部材を設置したこと、
を特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項３】
ケーシングとランナとの間の流路を開閉するシリンダゲートを備えた水力機械であって、
前記シリンダゲートは、複数の円弧状ゲートを周方向に配置して円筒状に形成し、
前記複数の円弧状ゲートは、前記駆動手段を取り付けた駆動ゲートと、この駆動ゲートに係止されて前記駆動ゲートの駆動に伴って従動する従動ゲートとを有することを特徴とする水力機械。
【請求項４】
前記複数の円弧状ゲートは、互いに対向する凹部と凸部が嵌り合うように互いの接合面を断面凹凸状に形成し、その接合面に、隣接する円弧状ゲートに間隙を有してシール部材を設置したこと、
を特徴とする請求項３に記載の水力機械。
【請求項５】
前記複数の円弧状ゲートは、互いの接合面を平面状に形成し、その接合面に水流方向に対して交差する方向に平行間隙を形成したこと、
を特徴とする請求項３または４に記載の水力機械。
【請求項６】
前記平行間隙は、水流方向に対する外周側を内周側より狭く形成したこと、
を特徴とする請求項５に記載の水力機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１７３７５（Ｐ２０１１−１１７３７５Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６０３５（Ｐ２００９−２７６０３５）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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