(57)【要約】【課題】低出力運転時であっても死水領域の発生を抑えることができ、ランナ内部での損失増大ならびにホワールによる振動を低減して高効率化および低振動化を図ると共に、生産コストの増大を抑えて経済性の向上に寄与する水力機械およびそのランナを提供する。【解決手段】ランナコーン１内周面に取り付けたリブ２１は、下方から上方に向かって、ランナ１５の回転方向とは反対方向に傾斜して設けられている。リブ２１がランナ１５の半径方向に傾斜しているので、ランナ１５の回転に伴ってリブ２１が回転すると、ランナコーン１内部でポンプ作用が発生し、ランナコーン１下端から上方に向かって、吸い込み流れが生じる。【選択図】図１
2011140886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力機械に回転自在に組み込まれたランナであって、上部にはランナクラウンを、下部にはランナバンドをそれぞれ設け、これらランナクラウンおよびランナバンド間には複数のランナ羽根を円周方向に列状に配置し、前記ランナクラウンの中心軸には下方に突出した円錐状のランナコーンを形成して、前記ランナコーン内部にリブを設置した水力機械のランナにおいて、
前記リブは、下端側から上端側に向かって、または内側から外側に向かって、もしくは下端側から上端側に向かいつつ内側から外側に向かって、前記ランナの反回転方向に傾斜したことを特徴とする水力機械のランナ。
【請求項２】
前記ランナコーンに外周側と内周側とを連通させる連通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水力機械のランナ。
【請求項３】
前記連通孔は、上方から下方、または前記ランナ回転方向、あるいは上方から下方に向かいつつ前記ランナ回転方向に、傾斜したことを特徴とする請求項２に記載の水力機械のランナ。
【請求項４】
前記ランナコーン内部の回転軸の中心にパイプを取り付け、前記パイプは前記ランナコーン上部で前記ランナコーン内面と連通したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力機械のランナ。
【請求項５】
前記ランナコーン内部に上下方向に移動可能な可動蓋を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水力機械のランナ。
【請求項６】
前記リブの少なくともーつを、運転状態に応じて前記ランナコーンの径方向に移動可能に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水力機械のランナ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のランナを回転自在に備えたことを特徴とする水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランシス水車などの水力機械に係り、特に、水圧脈動の低減化を図った水力機械およびそのランナに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識が高まる近年、環境への負荷が低い水力発電システムは、広く注目を集めている。しかも、水力発電システムはクリーンで再生可能なエネルギーを利用する他の発電システムに比べて、経済性や安定性に優れている。このような水力発電システムは、建設地の地形条件などによって、要項（流量や落差）が異なる。したがって、システムに組み込まれる水力機械に関しては、要項に応じて様々なタイプが開発されている。
【０００３】
以下、代表的な水力機械であるフランシス水車の構成について、図２４、図２５を用いて説明する。図２４の縦断面図は、フランシス水車の一般的な構造を示している。図２４に示すように、フランシス水車には、渦巻状などのケーシング１２が設けられている。
【０００４】
ケーシング１２の内部にはステーべーン１３が一体的に固定されており、さらに開度を調整可能なガイドべーン１４が設置されている。また、ガイドべーン１４の内側には、水流を受けるランナ１５が回転自在に配置されている。ランナ１５の上部中心には主軸１６が取り付けられており、主軸１６には発電機１７が接続されている。また、ランナ１５の下方には、ランナ１５内を通過した水を放水路側に吸い出すための吸出し管１８が設けられている。
【０００５】
ランナ１５は、フランシス水車の主要部材であって、上部には円板状のランナクラウン３が設けられ、下部にはランナバンド５が設けられている。これらランナクラウン３およびランナバンド５間に、複数のランナ羽根４が円周方向に列状に配置されている。
【０００６】
以上のようなフランシス水車では、発電運転時に、水がケーシング１２から流入してステーべーン１３およびガイドべーン１４を通過し、ランナ１５に流れ込む。この水流を受けてランナ１５が回転駆動する。ランナ１５の回転力は主軸１６を介して発電機１７に伝わり、発電機１７が駆動する。一方、ランナ１５を駆動した水は、吸出し管１８を経て放水路へと流出する。フランシス水車の本運転時には、ガイドべーン１４の開度調整により、ランナ１５の回転力を調整して、発電機１７の発電量を制御するようになっている。
【０００７】
上記フランシス水車において、ランナ１５の出口側で起きる問題として、損失増大と水圧脈動が知られている。まず、損失増大について説明する。ランナ１５内部を通過した水は、ランナ１５の出口から吸出し管１８へ水が流出する際、吸出し管１８に流入した途端に、流路が急に拡大する。この流路の急拡大によって損失が増大する。
【０００８】
このような損失増大に対する対策として、ランナクラウン３の回転軸中心の下端に、吸出し管１８方向（図２４の下方向）に突出した円錐状のランナコーン１が形成されている。ランナコーン１はランナ１５の中心方向にカーブする曲面を持つため、ランナ１５内部の水は中心方向に絞り込まれながら流出し、吸出し管１８への水の流出に際して、流路の急拡大を抑えることができる。なお、ランナコーン１の内周側には強い水圧を受けてランナコーン１が変形しないように、周方向に強度を高めるべくリブ２が取り付けられている。
【０００９】
続いて、ランナ１５の出口側で起きるもう一つの問題である、水圧脈動について述べる。ランナ１５の出口側には、ランナ１５の回転方向と同方向の回転成分を持つ旋回流れが生じる。この旋回流れによりホワール１９と呼ばれる渦の発生が発生する。ホワール１９は吸出し管１８の中心軸を渦芯として揺れ動き、吸出し管１８では水圧変動すなわち水圧脈動が起きる。
【００１０】
特に、図２５に示すように、ランナ１５中心付近下方に水が流れない死水領域２０が形成された場合、死水領域２０の周りをホワール１９が振れ回ることで、吸出し管１８内で起きていた水圧脈動が増大する。その結果、場合によっては水車全体を揺さぶる程の大きな振動をもたらすことがある。
【００１１】
ホワール１９による水圧脈動の低減化を図る施策としては、吸出し管１８上部や主軸１６などから空気を注入することで、ホワール１９を安定させる方法がある。また、吸出し管１８内壁にフィンを設けることにより、旋回流れの発生を防止して、ホワール１９を抑制する方法も提案されている。
【００１２】
ところで、死水領域２０は、その領域が大きければ、その分だけランナ羽根４内部での水の流れが偏ることになる。すなわち、死水領域２０はホワール１９による振動を大きくさせるだけではなく、ランナ１５内部での損失増大を招く原因となっている。ここで、図２５を用いて死水領域２０の発生原理について説明する。
【００１３】
図２５に示すように、ランナ１５内部の水の流れは、実線矢印にて示した設計点での水の流れを基準として、フランシス水車の大出力時ではランナ１５の内周側に偏る（一点鎖線矢印）。このため、ランナ１５の中心付近にも水が流れ、ランナ１５の中心下方に死水領域２０が形成される可能性は低い。
【００１４】
これに対して、フランシス水車の低出力時では、設計点での水の流れを基準として、ランナ１５の外周側に偏る（点線矢印）。このため、低出力時には、ランナ１５の中心付近に水が流れ難くなり、ランナ１５の中心下方に死水領域２０が形成されることになる。
【００１５】
フランシス水車は大出力側での運転はもちろんであるが、負荷調整の役割も大きく、低出力側での運転頻度も高い。したがって、低出力側での運転頻度の高さに比例して死水領域も頻繁に発生するおそれがある。そこでフランシス水車においては、死水領域の発生を防ぎ、低出力側での効率を向上させることが重要な課題となっている。
【００１６】
低出力側での効率向上を図る従来技術としては、例えば、特許文献１が提案されている。特許文献１のフランシス水車では、ランナコーン内部にランナ羽根の延長線上の形状を持つ補助羽根を設けている。ランナーコーンは運転状態に応じて上下させるように構成されている。
【００１７】
このような従来技術では、フランシス水車の低出力時にはランナコーンから補助羽根を出して流水面側に露出させる。流水面側に露出した補助羽根により、ランナの内周方向に水流を呼び込むため、外周側への偏り流れを防ぐことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平４−７２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記特許文献１の技術には以下のような課題が指摘されている。すなわち、特許文献１は、ランナ羽根を補う部材として、上下動する補助羽根を新たに取り付けたことを特徴としている。このとき、補助羽根は、補助とは言っても羽根としての役割を果たす部材であって、低出力時に水車羽根としての効果を発揮しなくてはならない。したがって、補助羽根の形状は正確にランナ羽根の延長線上となる必要があり、製造に際して高い精度が求められた。その結果、上記特許文献１の技術では生産コストが高騰し易く、水力発電システムのメリットである経済性が低下した。
【００２０】
本発明は、かかる従来の事情に鑑みて提案されたものであって、その目的は、低出力運転時であっても死水領域の発生を抑えることができ、ランナ内部での損失増大ならびにホワールによる振動を低減して高効率化および低振動化を図ると共に、生産コストの増大を抑えて経済性の向上に寄与する水力機械およびそのランナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明は、水力機械に回転自在に組み込まれたランナであって、上部にはランナクラウンを、下部にはランナバンドをそれぞれ設け、これらランナクラウンおよびランナバンド間には複数のランナ羽根を円周方向に列状に配置し、前記ランナクラウンの中心軸には下方に突出した円錐状のランナコーンを形成して、前記ランナコーン内部にリブを設置した水力機械のランナにおいて、前記リブは、下端側から上端側に向かって、または内側から外側に向かって、もしくは下端側から上端側に向かいつつ内側から外側に向かって、前記ランナの反回転方向に傾斜したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水力機械およびそのランナによれば、低出力運転時であっても死水領域の発生を抑えることができ、高効率化ならびに低振動化を図ると共に、新たな部材を追加することなく生産コストを抑制して経済性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の一部拡大縦断面図。
【図２】（ａ）は図１のＲ矢視図、（ｂ）は図１のＺ矢視図。
【図３】第１の実施形態のランナ内部の水流の模式図。
【図４】第１の実施形態と比較するための従来例の図であって、（ａ）は図２５のＲ矢視図、（ｂ）は図２５のＺ矢視図。
【図５】第１の実施形態の変形例におけるランナの図であって、リブを含む部分をランナの回転中心軸から半径方向へ見た一部拡大正面図。
【図６】第１の実施形態の変形例におけるランナの図であって、リブを含む部分の一部拡大平面図。
【図７】本発明に係る第２の実施形態の一部拡大縦断面図。
【図８】（ａ）は図６のＲ矢視図、（ｂ）は図６のＺ矢視図。
【図９】第２の実施形態のランナ内部の水流の模式図。
【図１０】第２の実施形態の変形例におけるランナの図であって、リブを含む部分をランナの回転中心軸から半径方向へ見た一部拡大正面図。
【図１１】第２の実施形態の変形例におけるランナの図であって、リブを含む部分の一部拡大平面図。
【図１２】第２の実施形態の変形例におけるランナの図であって、リブを含む部分の一部拡大平面図。
【図１３】本発明に係る第３の実施形態の一部拡大縦断面図。
【図１４】第３の実施形態のランナ内部の水流の模式図。
【図１５】本発明に係る第４の実施形態の一部拡大縦断面図（低出力運転時）。
【図１６】第４の実施形態のランナ内部の水流の模式図。
【図１７】本発明に係る第４の実施形態の一部拡大縦断面図（大出力運転時）。
【図１８】本発明に係る第５の実施形態の一部拡大縦断面図。
【図１９】図１８のＺ矢視図。
【図２０】第５の実施形態のランナ内部の水流の模式図（低出力運転時）。
【図２１】図２０のＺ矢視図。
【図２２】第５の実施形態のランナ内部の水流の模式図（大出力運転時）。
【図２３】図２２のＺ矢視図。
【図２４】一般的なフランシス水車の断面図。
【図２５】一般的なフランシス水車におけるランナの一部拡大縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（１）第１の実施形態
［構成］
以下、本発明に係る水力機械のライナを適用した第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は第１の実施形態の一部拡大縦断面図、図２はリブ２１の形状を示すためのランナの一部断面図であって、上段の（ａ）は図１のＲ矢視図、下段の（ｂ）は図１のＺ矢視図である。なお、第１の実施形態における水力機械としては、図２４、図２５に示した従来例と同様、フランシス水車を採用しており、従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
第１の実施形態の構成上の特徴は、ランナコーン１内周面に取り付けたリブ２１の構成にある。リブ２１は、ランナ１５の回転中心軸から半径方向への矢視Ｒでは、下方から上方に向かって、ランナ１５の回転方向とは反対方向に傾斜して設けられている（図２（ａ）参照）。
【００２６】
また、リブ２１はランナコーン１上端からの矢視Ｚでは、ランナ１５の半径方向に対し放射状に延びた形状となっている（図２（ｂ）参照）。なお、リブ２１は従来のリブ２と同様、ランナコーン１の強度部材としての役割を担っている。
【００２７】
［作用効果］
以上のようなリブ２１を有するランナ１５では、リブ２１がランナ１５の半径方向に傾斜しているので、ランナ１５の回転に伴ってリブ２１が回転すると、ランナコーン１内部でポンプ作用が発生する。すなわち、図３に示すように、ランナコーン１下端から上方に向かって、吸い込み流れ（実線矢印Ａ）が生じる。
【００２８】
これにより、ランナ羽根４を通った水流のうち、ランナコーン１外周部に沿った水流は、ランナコーン１内部の吸い込み流れの影響を受け、ランナコーン１を乗り越えてランナ１５下部の中央付近にまで引き寄せられる（実線矢印Ｂにて示す）。このため、ランナ羽根４を通った水流は、ランナ１５の外周側に偏らず、死水領域２０の大きさを抑えることができる。
【００２９】
ここで、第１の実施形態の比較例として、従来のリブ２の形状について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図４上段の（ａ）は前記図２５のＲ矢視図、図４下段の（ｂ）は前記図２５のＺ矢視図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、従来のリブ２は、ランナ１５の半径方向にも高さ方向にも傾いた形状とはなっていない。
【００３０】
このため、ランナコーン１内部の水流に対して、リブ２は影響を与えることがない。つまり、リブ２はランナコーン１内部でポンプ作用を起こすことなく、ランナ１５の回転により旋回流れが発生するのみであって、ランナコーン１下端から上方に向かう水流は発生しない。
【００３１】
これに対して、第１の実施形態に係るランナ１５によれば、回転するリブ２１がランナコーン１内部に水の流れを引き込み、フランシス水車の低出力時であっても、ランナ羽根４を通った水流がランナ１５の外周側に偏ることがない。したがって、ランナ１５の中心側にも流れ、死水領域２０の発生を抑えることができる。その結果、死水領域２０の周囲を振れ回るホワール１９の動く幅も小さくなり、水圧脈動は低くなり、吸出し管１８の内壁にホワール１９が衝突して、大きな振動が発生する心配がない。
【００３２】
また、死水領域２０の発生を抑えたことで、ランナ羽根４内部での偏り流れは小さくなり、ランナ１５内部での損失増大を回避することが可能である。このように、第１の実施形態によれば、フランシス水車の低出力時であってもランナ１５中心下方に水が流れて死水領域２０の発生を抑えることができ、高効率で低振動のフランシス水車を実現することが可能である。
【００３３】
さらに、第１の実施形態では、強度部材であるリブ２１の構成に改良を加えただけなので、特別の部材は不要である。すなわち、前記特許文献１のようにランナコーン１に対し補助羽根を出し入れ自在に取り付けるといった構成は不要であり、部材数および組立工数を減らすことができる。しかも、リブ２１は、水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、リブ２１を設けたにせよ、生産コストが高騰する心配はなく、優れた経済性を確保することができる。
【００３４】
［第１の実施形態の変形例］
第１の実施形態の変形例としては、内周側から外周側に向かってランナ１５の回転と反対方向に傾斜したリブ２２（図５参照）や、リブ２１とリブ２２の形状の特徴を併せ持つリブ２３（図６参照）がある。リブ２３は、下方から上方に向かってランナ１５回転と反対方向に傾斜すると共に、内周側から外周側に向かってランナ１５の回転方向と反対方向に傾斜したものである。
【００３５】
これらのリブ２２、２３によっても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、リブ２３は上下方向と水平方向（内周側から外周側に向かう方向）の両方に傾いているので、良好なポンプ作用を得ることができ、死水領域２０の縮小効果が高い。
【００３６】
（２)第２の実施形態 
［構成］
続いて、本発明に係る第２の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。図７、図８に示すように、第２の実施形態は、リブ２１に近接してランナコーン１内部と外部を連通する連通孔６がランナコーン１に設けられている。これらの連通孔６は、ランナコーン１下端よりも上方に配置されており、ランナコーン１に対して水平に設けられている。
【００３７】
［作用効果］
図９に示すように、リブ２１を有するランナ１５は、上記第１の実施形態と同じく、ポンプ作用を起こすリブ２１の働きにより、ランナコーン１内部への吸い込み流れが生じる。この影響を受けて、ランナ羽根４を通った水流は、ランナコーン１外側から中心側に向かうが、連通孔６を通って内側に向かった流れ（図９の実線矢印Ｃ）が生じる。つまり、ランナコーン１下端に行く前にランナコーン１内部に吸い込まれることになる。
【００３８】
すなわち、第２の実施形態では、リブ２１によりランナコーン１下端から水流がランナコーン１の内周側に吸い込まれると同時に、ランナコーン１に設けた連通孔６によっても、水流がランナコーン１の内周側に吸い込まれる。このため、ランナ１５外周側への偏り流れを、より確実に防ぐことが可能である。
【００３９】
このような第２の実施形態によれば、ランナコーン１に連通孔６を形成したことで、死水領域２０をより小さくして損失増大を抑えつつ、ホワール１９の振れ回りを小さくすることができる。これにより、第１の実施形態と同じく、優れた経済性を確保しつつ、低出力側で高効率、低振動である水力機械を実現することが可能である。
【００４０】
［第２の実施形態の変形例］
連通孔６を設けた点が特徴である第２の実施形態の変形例としては、次のようなものがある。図１０、図１１に示すように、ランナコーン１外側から内側に下方に傾斜させた連通孔６１を設けたものも包含する。このような実施形態によれば、低出力運転時の絶対速度方向に向かって連通孔６１を開口することになる。したがって、ランナコーン１内部への水流吸い込み効果がより大きくなり、死水領域２０を確実に抑止することが可能である。
【００４１】
また、図１２に示す連通孔６２では、外側から内側に向かってランナ１５の回転方向に傾斜させている。この実施形態では、低出力運転での旋回速度方向に向かって連通孔６２が開口することになる。したがって、上記変形例と同じく、ランナコーン１内部への水流吸い込み効果がより大きくなり、死水領域２０を確実に抑止することが可能である。
【００４２】
なお、図１０〜図１２に示した第２の実施形態の変形例は、いずれも上記第１の実施形態に連通孔６、６１、６２を設けたものであるが、リブ２２、２３を持つ第１の実施形態の変形例と、第２の実施形態の変形例との組合せは適宜選択自由である。
【００４３】
（３)第３の実施形態 
［構成］
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図１３、図１４を参照して説明する。図１３、図１４に示すように、第３の実施形態は、リブ２１を持つ前記第１の実施形態に対し、中空のパイプ７が設けられた点に特徴がある。パイプ７は、ランナコーン１内部の回転軸中心に配置され、ランナコーン１に固定されている。パイプ７の周囲には円環状の取付板３０が配置され、取付板３０はパイプ７とリブ２１に固定されている。ランナコーン１の上部はランナコーン１内部と取付板３０で仕切られ、連通部８を形成している。パイプ７の上部は、周方向に複数形成された穴３１により連通部８と連通している。
【００４４】
［作用効果］
以上のような第３の実施形態では、次のような独自の作用効果がある。図１４にはフランシス水車の低出力運転時の水流の様子を示したものである。ランナコーン１内部のリブ２１によりランナコーン１内部ではランナコーン１下端から上方に向かった水の流れが発生する。この水流は連通部８を通ってパイプ７に流れ込み、パイプ７から下方へと流出する（図１４中の実線矢印Ｄ）。
【００４５】
以上のような第３の実施形態によれば、ランナコーン１内部にパイプ７を設けたことで、ランナコーン１下方から上方へと流れる水流と、パイプ７を通って下方へ流れる水流とを分離することができる。すなわち、ランナコーン１外側の水流を、より効率良く吸い込むことができ、偏り流れを抑制して、死水領域２０の更なる縮小化が可能である。したがって、死水領域２０が小さくなった分だけ、ホワール１９の振れ回る範囲も小さくなり、水圧脈動は低減する。これにより、低出力側での高効率、低振動のフランシス水車の実現に寄与することができる。
【００４６】
［第３の実施形態の変形例］
第３の実施形態の変形例としては特に図示しないが、第１の実施形態の各変形例や、第２の実施形態およびその変形例に、パイプ７を設置しても良い。また、パイプ７の寸法や形状などは適宜変更可能である。
【００４７】
（４)第４の実施形態 
［構成］
本発明に係る第４の実施形態について、図１５〜図１７を参照して説明する。これらの図に示すように、第４の実施形態の特徴は、リブ２１を持つ前記第１の実施形態に対し、ランナコーン１内部に可動蓋９が設けられた点にある。
【００４８】
可動蓋９は、上下方向に可動自在に設置されており、フランシス水車の運転状態に応じて、上下方向が移動する構造となっている。可動蓋９の中心軸９ａは空洞になっており、且つ中心軸９ａ上方にはランナコーン１内部と連通する孔９ｂが設けられている。
【００４９】
［作用効果］
図１６はフランシス水車の低出力運転時の水流の様子を示している。フランシス水車の低出力運転時は、可動蓋９は下方位置にあり、ランナコーン１下端と内部側は連通している。このため、ランナコーン１内部に水流を吸い込み、孔９ｂを通過して、可動蓋９の中心軸９ａの内部を通る吸い込み流れが生じる（図１６中の実線矢印Ｅ）。
【００５０】
このような吸い込み流れの影響によりランナ１５外周側への偏り流れを抑制することができ、死水領域２０を小さくして、損失増大を防止することができる。また、死水領域２０を小さくしたことで、ホワール１９の振れ回りも小さくなり、水圧脈動を低減化することができる。
【００５１】
一方、フランシス水車の大出力運転時は、図１７に示すように、可動蓋９が上方に移動する。このため、可動蓋９はランナコーン１の下端部を閉鎖する。したがって、大出力側ではランナコーン１内部の吸い込みの影響を受けることはない。
【００５２】
また、中心軸９ａの孔９ｂは、ランナコーン１内部よりも上方に位置するため、ランナコーン１内部は密室になる。このため、ランナコーン１外側からランナコーン１内部に水流を吸い込むことはない。既に述べたように、フランシス水車の大出力時は水流がランナ１５の中央側に偏る傾向にある（図２５参照）。
【００５３】
したがって、大出力時にランナコーン１内部への吸い込み効果があると、偏り流れがより大きくなって、効率が低下するおそれがある。そのため、第４の実施形態では可動蓋９にてランナコーン１内部を密閉することで、ランナ１５中央側への偏り流れの増大を防止することができる。
【００５４】
これにより、フランシス水車の大出力運転時でも偏り流れがなく、効率の低下を防ぐことができる。以上述べたように、第４の実施形態によれば、低出力側で高効率、低振動であり、且つ高出力側でも性能の低下を伴わないフランシス水車を実現することが可能となる。
【００５５】
また、可動蓋９は、ランナコーン１内部を密閉可能な部材であれば良く、特許文献１の補助羽根のように、水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、ランナ羽根の延長線上としなくてはならない補助羽根と比べて、生産コストを格段に抑えることができ、優れた経済性を維持することが可能である。
【００５６】
［第４の実施形態の変形例］
第４の実施形態の変形例として、可動蓋９の寸法や形状などは適宜変更可能である。また、第１〜第３の実施形態と第４の実施形態との組み合わせも、適宜選択自由である。
【００５７】
（５)第５の実施形態 
［構成］
さらに本発明に係る第５の実施形態について、図１８〜図２３を参照して説明する。これらの図に示すように、第５の実施形態は、ランナコーン１内部に、径方向に移動可能な可動リブ１０が設けられている。リブ１０背面には圧力室１１が設けられており、圧力室１１へ供給される高圧水や油圧などで可動リブ１０の径方向位置が調整されるように構成されている。
【００５８】
図２０、図２１に示すように、フランシス水車の低出力運転時には、可動リブ１０はランナ１５の中心方向に移動して、ランナコーン１内部に突出するようになっている。一方、図２２、図２３に示すように、フランシス水車の大出力運転時には、可動リブ１０は、ランナ１５の外側方向に移動し、突出部量が少なくなるように構成されている。
【００５９】
［作用効果］
図２０、図２１に示したように、フランシス水車の低出力運転時では、ランナコーン１内部の可動リブ１０はランナ１５内周側に突出する。そのため、図２０に示すように、可動リブ１０の影響によりランナコーン１内部には下端から上端方向へと向かう水の流れが発生する（図２０の実線矢印Ｆ）。
【００６０】
この流れの影響によりランナ１５外周側への偏り流れを抑制することができ、死水領域２０が小さくなって、効率の低下が抑制される。また、死水領域２０が小さくなることで、ホワール１９の振れ回りも小さくなり、水圧脈動を低減化することができる。
【００６１】
一方、フランシス水車の大出力運転時は、図２１、図２２に示したように、可動リブ１０がランナ１５外周側に移動し、可動リブ１０がランナ１５の内面に突出しない形状となる。このため、ランナコーン１内部では吸い込み流れの効果が小さくなる。
【００６２】
大出力側では水流がランナ１５中央に偏った流れになる。このため、ランナコーン１内部への吸い込み効果があると、偏り流れがより大きくなり、効率が低下することがある。したがって、第５の実施形態では、可動リブ１０を径方向に可動にし、可動リブ１０の影響を小さくすることで、効率の低下を最小限にすることが可能となる。これにより、上記第４の実施形態と同じく、低出力側で高効率、低振動で且つ、高出力側でも性能の低下を伴わないフランシス水車を実現することが可能である。
【００６３】
なお、可動リブ１０は、ランナコーン１の径方向に移動可能に設ければよく、特許文献１の補助羽根のように水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、上記第４の実施形態における可動蓋９と同じく、あくまでも水車羽根である補助羽根と比べれば生産コストは安価で済み、優れた経済性を発揮することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１…ランナコーン
２、２１、２２、２３…リブ
３…ランナクラウン
４…ランナ羽根
５…ランナバンド
６、６１、６２…連通孔
７…パイプ
８…連通部
９…可動蓋
１０…可動リブ
１１…圧力室
１２…ケーシング
１３…ステーべーン
１４…ガイドべーン
１５…ランナ
１６…主軸
１７…発電機
１８…吸出し管
１９…ホワール
２０…死水領域
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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