(57)【要約】【課題】二次流れを抑制し、水車効率を向上させるフランシス型水車ランナを提供する。【解決手段】本発明に係るフランシス型水車ランナは、一方の羽根１８ａと隣接する他方の羽根１８ｂとをクラウン３７およびバンド３８で支持して形成する流路３０の入口から下流側に向って延び、前記クラウン３７およびバンド３８の主軸の中心を通る半径方向長さよりも短い整流羽根３１ａ，３１ｂを棚状に配置して設けるとともに、前記一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する前記整流羽根３１ａ，３１ｂの長さは、前記隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する前記整流羽根３１ａ，３１ｂの長さに較べて長く設定する構成にした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と接続されるクラウンと、当該クラウンの下部に前記回転軸と同軸に配置される環状のバンドと、前記クラウンとバンドの間に複数枚の羽根を挟持してなり、前記クラウンとバンドの間に外方から流入した水を前記バンドの下方へと流出させて前記回転軸を回転させるフランシス型水車ランナにおいて、
一端が前記羽根の正圧面に接続されるとともに他端が当該羽根に隣接する羽根の負圧面に接続され、当該正圧面と当該負圧面にて形成される流路の入口から下流側に向かって延びる整流羽根を、前記正圧面側に沿う翼長が前記負圧面に沿う翼長に比較して長くなるように設けることを特徴とするフランシス型水車ランナ。
【請求項２】
請求項１記載のフランシス型水車ランナにおいて、整流羽根は、一の羽根の正圧面とこれに隣接する羽根の負圧面にて形成される流路内に複数設けられるとともに、当該複数枚の整流羽根の間隔距離を、バンド側よりもクラウン側で大きくなるように配置することを特徴とするフランシス型水車ランナ。
【請求項３】
請求項１または２記載のフランシス型水車ランナにおいて、整流羽根は、一の羽根の圧力面における接続部とこれに隣接する羽根の負圧面における接続部の位置が回転軸方向に異なるように配置されることを特徴とするフランシス型水車ランナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランシス型水車ランナに係り、特に、一方の羽根と隣接する他方の羽根との間に形成される流路内に改良を加えたフランシス型水車ランナに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの一つである水を利用して効率の高い発電運転を行うフランシス型水車ランナは、従来、図１３に示す構成のものが使用されている。
【０００３】
このフランシス型水車ランナは、渦巻状のケーシング１から供給される動力水（以下、主流と記す）の流れに沿って順に、ステーベーン２、ガイドベーン３、ランナ４、吸出し管５のそれぞれを備えるとともに、ランナ４の羽根６の高さ方向頂部側と根元側との両端を環状のクラウン７とバンド８で支持させ、支持させたクラウン７に主軸（回転軸）９を介装して発電機１０を接続させ、発電運転時、ケーシング１から供給される主流をガイドベーン３で流量制御し、流量制御後の主流でランナ４の羽根６を回転させ、この回転力で主軸９を介して発電機１０を駆動している。
【０００４】
ランナ４の羽根６を出た主流は、矢印ＡＲに沿って吸出し管５に流れ、ここで圧力を回復させて下池（図示せず）に排出される。
【０００５】
また、ポンプ運転時（揚水運転時）、フランシス型水車は、下池に貯溜させた主流を吸出し管５、ランナ４の羽根６、ガイドベーン３、ステーベーン２、渦巻状のケーシング１を介して上池（図示せず）に供給している。
【０００６】
その際、発電機１０は、電動機として機能させ、主軸９を発電運転のときと逆方向に回転させている。
【０００７】
また、フランシス型水車ランナは、発電運転時、負荷（出力）の需要増減に応じてガイドベーン３を開閉制御させ、主流の流量コントロールを行っているが、設計運転（発電効率が最高となる最高効率運転）、流量「小」運転（部分負荷運転等）、流量「大」運転（発電最高効率を超えた流量運転等）のそれぞれの運転のとき、図１４〜図１６に示すように、主流の流れが著しく変化してくる。
【０００８】
ここに、図１４は、設計運転時、子午面から見たときの主流の挙動を示すフランシス型水車の概念図であり、図１５は、流量「小」運転時、子午面から見た主流の挙動を示すフランシス型水車の概念図であり、図１６は、流量「大」運転時、子午面から見た主流の挙動を示すフランシス型水車の概念図である。なお、子午面とは、主軸（回転軸）を通る平面である。
【０００９】
理論上、ランナ４の羽根６を通る主流の流れは、ランナコーン１１側に向う主流の動圧力ＦＰと、ランナ４の羽根６の回転に伴って発生する遠心力ＣＦとの均衡によって力のバランスが維持されている。
【００１０】
このため、設計運転（最高効率運転）では、図１４に示すように、ランナコーン１１の出口側に沿ってわずかに死水領域ＤＺができるものの、安定流が維持されているのに対し、流量「小」運転では、主流の流量が少ない関係上、主流の動圧力ＦＰに較べて相対的に遠心力ＣＦが大きくなっており、図１５に示すように、クラウン７からランナコーン１１の出口側に沿って大きな死水領域ＤＺができ、水車効率の低下の一因になっている。
【００１１】
また、流量「大」運転では、主流の流量が多い関係上、遠心力ＣＦに較べて相対的に主流の動圧力ＦＰが大きくなるので、図１６に示すように、吸出し管５側に沿って死水領域ＤＺができ、水車効率の低下の一因になっている。
【００１２】
他方、水車効率の低下の要因は、死水領域ＤＺの生成のみならず、二次流れによる場合にも影響を受けていた。
【００１３】
図１７は、ランナ４の羽根６の頂部を支持するクラウン７と羽根６の根元部を支持するバンド８とで形成する流路１２を流れる主流の流線ＳＬと交差する方向線Ａ―Ａに沿って主流の流れに基づく二次流れを模式化したものである。
【００１４】
この二次流れは、図１８に示すように、一方の羽根６ａの正圧面１３と隣接する他方の羽根６ｂの負圧面１４とで形成する流路１２内において、クラウン７側およびバンド８側のそれぞれに主流の流線ＳＬに対し交差する交差流れ線ＣＬとして誘起している。
【００１５】
このような交差流れ線ＳＬが誘起するのは、一方の羽根６ａの正圧面１３と隣接する他方の羽根６ｂの負圧面１４との間に圧力差（圧力勾配）が生起していることに基づいている。この交差流れ線ＳＬは、主流の流線ＳＬを乱すとともに、クラウン７およびバンド８のそれぞれに発達する境界層を剥離させ水車効率低下の要因になっている。
【００１６】
水車効率を低下させる要因となる二次流れを抑制する技術には、例えば、特開昭５７−１２６５６６号公報（特許文献１）や特開平８−２９６５４４号公報（特許文献２）が開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１２６５６６号公報
【特許文献２】特開平８−２９６５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特開昭５７−１２６５６６号公報に開示された二次流れを抑制する技術は、図１９〜図２１に示すように、主流の流線ＳＬに沿い、かつ一方の羽根６ａと隣接する他方の羽根６ｂとの流路１２の入口からクラウン７およびバンド８のそれぞれの主軸を通る半径方向長さよりも短い整流板１５ａ，１５ｂを設けたものである。
【００１８】
しかし、これらの整流板１５ａ，１５ｂは、流路１２を棚状に細く区画してはいるものの、一方の羽根６ａの正圧面１３と隣接する他方の羽根６ｂの負圧面１４との間に圧力差が出、期待したほどの二次流れによる水車効率低下を抑制しておらず、二次流れによる主流の乱れをより細く分析、解析する必要があった。
【００１９】
また、特開平８−２９６５４４号公報に開示された二次流れを抑制する技術は、設計点で計画された流線に沿ってランナの羽根にランナ導流壁を設け、運転幅の拡大と流量「小」運転時の水車効率低下を抑制することを意図したものであるが、この技術も、設計どおりの二次流れによる損失を抑制することができず、上述と同様に主流の乱れをより細く分析、解析する必要があった。
【００２０】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたものであり、主流の乱れを細く究明、解析し、この究明、解析に基づいて整流羽根の適正形状、配置に設定し、二次流れによる水車効率の低下をより一層抑制するフランシス型水車ランナ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】
【００２１】
本発明者は、フランシス型水車ランナの水車効率向上に関し、鋭意研究を重ねた結果、一方の羽根の正圧面における速度三角形および隣接する他方の羽根の正圧面における速度三角形のうち、一方の羽根の正圧面側絶対周方向速度成分が隣接する他方の羽根の負圧面側絶対周方向速度成分に較べて大きくなっていること、つまり二次流れの影響を強く受けていることに着目したものであり、このような事象に対処し、一方の羽根と隣接する他方の羽根との間に形成される流路に整流羽根を設ける際、一方の羽根の正圧面に沿う整流羽根の長さを隣接する他方の羽根の負圧面に沿う整流羽根の長さに較べて長く設定すると、二次流れによる主流の乱が少なくなり、水車効率を著しく向上させ得ることを見出した。
【００２２】
このような着想点を今少し詳しく説明する。
【００２３】
一般に、フランシス型水車ランナは、図２に示すように、一方の羽根１８ａ、隣接する他方の羽根１８ｂとともに、正圧面１９ａ，１９ｂの圧力が高く、負圧面２０ａ，２０ｂの圧力が低く、圧力差があるため、各羽根には羽根廻りの循環２１が発生している。このため、相対流れ場では、負圧面２０ａ，２０ｂに沿う主流の速度成分２２ｂの方が正圧面１９ａ，１９ｂに沿う主流の速度成分２２ａより大きくなっている。
【００２４】
このため、図３に示すように、同じ半径方向位置における速度三角形を図示すると、絶対速度場では、一方の羽根１８ａの正圧面側絶対周方向速度成分２３の方が隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面側絶対周方向速度成分２４に較べて大きくなっている。
【００２５】
ここで、符号２５は、一方の羽根１８ａにおける正圧面側相対速度成分、符号２６は、一方の羽根１８ａにおける正圧面側絶対速度成分、符号２７は、ランナの回転周方向速度成分、破線はランナの中心を通る半径線である。
【００２６】
また、符号２８は、隣接する他方の羽根１８ｂにおける負圧面側相対速度成分、符号２９は、隣接する他方の羽根１８ｂにおける負圧面側絶対速度成分である。
【００２７】
一方、子午面内の二次流れの要因になっている一方の羽根１８ａと隣接する他方の羽根１８ｂとで形成する流路３０を流れる主流の遠心力は、絶対周方向速度成分の二乗に比例する。つまり、図３の速度三角形から明らかなように、隣接する２枚の羽根の正圧面と負圧面を比較すると、一方の羽根１８ａでの正圧面側絶対周方向速度成分２３の方が隣接する他方の羽根１８ｂでの負圧面側絶対周方向速度成分２４に較べて大きくなっているから、正圧面側において二次流れが強くなっている。
【００２８】
このように、本発明者は、仔細に分析、解析した結果、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａ側が二次流れの影響を強く受けていることに着目し、流路３０に整流羽根３１を設ける際、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿う整流羽根３１の長さＬ１を隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿う整流羽根３１の長さＬ２に較べて相対的長くし、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａ側に与える二次流れによる影響力を抑制したものである。
【００２９】
すなわち、本発明に係るフランシス型水車ランナは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、回転軸と接続されるクラウンと、当該クラウンの下部に前記回転軸と同軸に配置される環状のバンドと、前記クラウンとバンドの間に複数枚の羽根を挟持してなり、前記クラウンとバンドの間に外方から流入した水を前記バンドの下方へと流出させて前記回転軸を回転させるフランシス型水車ランナにおいて、一端が前記羽根の正圧面に接続されるとともに他端が当該羽根に隣接する羽根の負圧面に接続され、当該正圧面と当該負圧面にて形成される流路の入口から下流側に向かって延びる整流羽根を、前記正圧面側に沿う翼長が前記負圧面に沿う翼長に比較して長くなるように設けるものである。
【００３０】
また、本発明に係るフランシス型水車ランナは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、請求項１記載のフランシス型水車ランナにおいて、整流羽根は、一の羽根の正圧面とこれに隣接する羽根の負圧面にて形成される流路内に複数設けられるとともに、当該複数枚の整流羽根の間隔距離を、バンド側よりもクラウン側で大きくなるように配置するものである。
【００３１】
また、本発明に係るフランシス型水車ランナは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、請求項１または２記載のフランシス型水車ランナにおいて、整流羽根は、一の羽根の圧力面における接続部とこれに隣接する羽根の負圧面における接続部の位置が回転軸方向に異なるように配置されるものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るフランシス型水車ランナは、一端が羽根の正圧面に接続されるとともに他端が当該羽根に隣接する羽根の負圧面に接続され、当該正圧面と当該負圧面にて形成される流路の入口から下流側に向かって延びる整流羽根を、前記正圧面側に沿う翼長が前記負圧面に沿う翼長に比較して長くなるように設ける構成としたので、二次流れによる主流の乱れをより一層少なくして水車効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係るフランシス型水車ランナの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第１実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図である。
【００３５】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、渦巻状のケーシング３２から供給される主流の流れに沿って順に、ステーベーン３３、ガイドベーン３４、ランナ３５、吸出し管３６のそれぞれを備えるとともに、ランナ３５の羽根１８の高さ方向頂部側と根元側との両端を環状のクラウン３７とバンド３８とで支持させ、支持させたクラウン３７に主軸３９を介装して発電機（図示せず）を接続させる構成にしている。
【００３６】
また、本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、クラウン３７、バンド３８、羽根１８とで構成する流路３０の入口側から下流側に向い、かつ主流の流線ＳＴに沿って棚状に配置する整流羽根３１ａ，３１ｂを備えている。
【００３７】
棚状に配置する整流羽根３１ａ，３１ｂは、図２に示すように、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する長さＬ１を、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１＞Ｌ２）設定されている。
【００３８】
このように、本実施形態は、図３に示すように、今迄、整流羽根３１ａ，３１ｂが設けられていないとする場合の速度三角形のうち、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａにおける正圧面側絶対周方向速度成分２３が隣接する羽根１８ｂの負圧面２０ｂにおける負圧面側絶対周方向速度成分２４に較べて大きくなっている点、つまり二次流れの影響を強く受けていることに対する抑制策として棚状に配置する整流羽根３１ａ，３１ｂの一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに固設する長さ（Ｌ１）を隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに固設する長さ（Ｌ２）よりも長く（Ｌ１＞Ｌ２）設定する構成にしたので、二次流れによる主流の乱れをより一層少なくさせて水車効率を向上させることができる。
【００３９】
図４は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第２実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図である。
【００４０】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００４１】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、バンド３８と棚状に配置され、バンド側の整流羽根３１ｂとの間隔距離をＬｂとし、クラウン３７と棚状に配置され、クラウン側の整流羽根３１ａとの間隔距離をＬａとするとき、間隔距離比Ｌａ／Ｌｂを、Ｌａ／Ｌｂ＞０に設定したものである。
【００４２】
バンド３８は、クラウン３７に較べて幾何学的に外周側に設置されている。このため、バンド側流線上の絶対周方向速度成分は、クラウン側流線上の絶対周方向速度成分に較べて大きくなっている。
【００４３】
一方、子午面内の二次流れの要因になっているランナ３５の羽根１８を流れる主流に作用する遠心力は、絶対周方向速度成分の二乗に比例することがわかっているので、絶対周方向速度成分の大きなバンド３８側の方がクラウン３７側に較べて二次流れの影響を強く受ける。
【００４４】
本実施形態は、このような点を考慮したものであり、クラウン３７と棚状に配置され、クラウン側の整流羽根３１ａとの間隔距離Ｌａをバンド３８と棚状に配置され、バンド側の整流羽根３１ｂとの間隔距離Ｌｂよりも大きく（Ｌａ／Ｌｂ＞０）して、二次流れによる主流の乱れを抑制したものである。
【００４５】
したがって、本実施形態では、二次流れによる主流の乱れを抑制しているので、水車効率をより一層向上させることができる。
【００４６】
図５は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第３実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図である。
【００４７】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００４８】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、羽根１８の正圧面１９に固設され、棚状に配置され、バンド３８側の整流羽根３１ｂの入口から下流側に向って延びる長さを、棚状に配置され、クラウン３７側の整流羽根３１ａの入口から下流側に向って延びる長さよりも長く（ΔＬ）設定したものである。
【００４９】
本実施形態は、第２実施形態と同様に、幾何学的にバンド３８がクラウン３７よりも外周側に設置され、バンド３８側が二次流れの影響を強く受けていることを考慮したものであり、二次流れの影響を抑制するために棚状に配置され、バンド３８側の整流羽根３１ｂの長さを、棚状に配置され、クラウン３７側の整流羽根３１ａの長さよりも長く（ΔＬ）設定されている。
【００５０】
したがって、本実施形態では、二次流れによる主流の乱れを抑制しているので、水車効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
図６は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第４実施形態を示す流路の入口側から見た正面図である。
【００５２】
なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００５３】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａ、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂ、クラウン３７、バンド３８で形成する流路３０の入口から下流側に向って延び、棚状に配置される整流羽根３１ａ，３１ｂの、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａへの固設位置に対し、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂへの固設位置を、いわゆる右肩上りおよび右肩下り（図示せず）のうち、いずれか一方を選択して配置したものである。
【００５４】
このように、本実施形態は、棚状に配置される整流羽根３１ａ，３１ｂを、いわゆる右肩上りおよび右肩下りのうち、いずれか一方を選択して配置し、一方の羽根１８ａの正圧面１９から隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに向って二次流れ４０ａ，４０ｂを抑制する構成にしたので、二次流れ４０ａ，４０ｂによる主流の乱れを少なくさせて水車効率をより一層向上させることができる。
【００５５】
図７および図８は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第５実施形態を示す概念図である。
【００５６】
なお、図７は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第５実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図であり、さらに、図８は、図７の流線ＳＬに沿って展開した展開図である。
【００５７】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００５８】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、第１実施形態と第２実施形態とを組み合せたものであり、図７に示すように、クラウン３７とクラウン側の整流羽根３１ａとの間隔距離Ｌａを、バンド３８とバンド側の整流羽根３１ｂとの間隔距離Ｌｂよりも大きく（Ｌａ／Ｌｂ＞０）するとともに、図８に示すように、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１を、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定したものである。
【００５９】
このように、本実施形態は、クラウン３７とクラウン側の整流羽根３１ａとの間隔距離Ｌａを、バンド３８とバンド側の整流羽根３１ｂとの間隔距離Ｌｂよりも大きく（Ｌａ／Ｌｂ＞０）するとともに、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１を、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定する構成にしたので、二次流れによる主流の乱れを少なくさせて水車効率をより一層向上させることができる。
【００６０】
図９および図１０は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第６実施形態を示す概念図である。
【００６１】
なお、図９は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第６実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図であり、さらに、図１０は、図９の流線ＳＬに沿って展開した展開図である。
【００６２】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００６３】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、第１実施形態と第３実施形態とを組み合せたものであり、図９に示すように、羽根１８の正圧面１９に固設するバンド３８側の整流羽根３１ｂの入口から下流側に向って延びる長さを、クラウン３７側の整流羽根３１ａの入口から下流側に向って延びる長さよりも長く（ΔＬ）設定するとともに、図１０に示すように、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１を、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定したものである。
【００６４】
このように、本実施形態は、羽根１８の正圧面１９に固設するバンド３８側の整流羽根３１ｂの入口から下流側に向って延びる長さを、クラウン３７側の整流羽根３１ａの入口から下流側に向って延びる長さよりも長く（ΔＬ）設定するとともに、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１と、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定する構成にしたので、二次流れによる主流の乱れを少なくさせて水車効率をより一層向上させることができる。
【００６５】
図１１および図１２は、本発明に係るフランシス型水車ランナの第７実施形態を示す概念図である。
【００６６】
なお、図１１は主流の流線に沿って展開したフランシス型水車ランナの羽根の展開図であり、さらに、図１２は、フランシス型水車ランナを流路の入口側から見た正面概念図である。
【００６７】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００６８】
本実施形態に係るフランシス型水車ランナは、第１実施形態と第４実施形態とを組み合せたものであり、図１１に示すように、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１を、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定するとともに、図１２に示すように、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａ、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂ、クラウン３７、バンド３８で形成する流路３０の入口から下流側に向って延びる整流羽根３１ａ，３１ｂの、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａへの固設位置に対し、隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂへの固設位置を、いわゆる右肩上りおよび右肩下り（図示せず）のうち、いずれか一方を選択して配置したものである。
【００６９】
このように、本実施形態は、一方の羽根１８ａの正圧面１９ａに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ１を隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに沿って固設する整流羽根３１ａ，３１ｂの長さＬ２に較べて相対的に長く（Ｌ１／Ｌ２＞０）設定するとともに、整流羽根３１ａ，３１ｂを、いわゆる右肩上りおよび右肩下りのうち、いずれか一方を選択して配置し、一方の羽根１８ａの正圧面１９から隣接する他方の羽根１８ｂの負圧面２０ｂに向う二次流れ４０ａ，４０ｂを抑制する構成にしたので、二次流れ４０ａ，４０ｂによる主流の乱れを少なくさせて水車効率をより一層向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態は、第１実施形態と第４実施形態とを組み合わせたが、この例に限らず、例えば、第２実施形態と第３実施形態との組み合わせ、第２実施形態と第４実施形態との組み合わせ、第３実施形態と第４実施形態との組み合わせ、第１実施形態と第２実施形態および第３実施形態の組み合わせ、第１実施形態、第２実施形態および第４実施形態の組み合わせ、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態の組み合わせ、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態の組み合わせのうち、いずれかを選択して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るフランシス型水車ランナの第１実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図。
【図２】図１の流線に沿って展開したフランシス型水車ランナの羽根の展開図。
【図３】図２に示したフランシス型水車ランナの羽根における速度三角形を示すベクトル線図。
【図４】本発明に係るフランシス型水車ランナの第２実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図。
【図５】本発明に係るフランシス型水車ランナの第３実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図。
【図６】本発明に係るフランシス型水車ランナの第４実施形態を示す流路の入口側から見た正面図。
【図７】本発明に係るフランシス型水車ランナの第５実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図。
【図８】図７の流線に沿って展開したフランシス型水車ランナの羽根の展開図。
【図９】本発明に係るフランシス型水車ランナの第６実施形態をランナ子午断面にあらわした概念図。
【図１０】図９の流線に沿って展開したフランシス型水車ランナの羽根の展開図。
【図１１】本発明に係るフランシス型水車ランナの第７実施形態における羽根を流線に沿って展開した羽根の展開図。
【図１２】本発明に係るフランシス型水車ランナの第７実施形態における羽根を流路の入口側から見た正面図。
【図１３】従来のフランシス型水車ランナを示す概念図。
【図１４】設計運転時、子午面から見たときの主流の挙動を示すフランシス型水車ランナの概念図。
【図１５】流量「小」運転時、子午面から見たときの主流の挙動を示すフランシス型水車ランナの概念図。
【図１６】流量「大」運転時、子午面から見たときの主流の挙動を示すフランシス型水車ランナの概念図。
【図１７】従来のフランシス型水車ランナにおいて、二次流れを説明するための図。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線に沿って切断し、その切断断面における二次流れを模式化した図。
【図１９】既に開示されているフランシス型水車ランナを示す概念図。
【図２０】図１９の流線に沿って展開したフランシス型水車ランナの羽根の展開図。
【図２１】図２０に示したフランシス型水車ランナの羽根の流路入口側から見た正面図。
【符号の説明】
【００７２】
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  吸出し管
６，６ａ，６ｂ  羽根
７  クラウン
８  バンド
９  主軸
１０  発電機
１１  ランナベーン
１２  流路
１３  正圧面
１４  負圧面
１５ａ，１５ｂ  整流板
１８，１８ａ，１８ｂ  羽根
１９，１９ａ，１９ｂ  正圧面
２０，２０ａ，２０ｂ  負圧面
２１  循環
２２ａ，２２ｂ  速度成分
２３  正圧面側絶対周方向速度成分
２４  負圧面側絶対周方向速度成分
２５  正圧面側相対速度成分
２６  正圧面側絶対速度成分
２７  回転周方向速度成分
２８  負正圧面側相対速度成分
２９  負圧面側絶対速度成分
３０  流路
３１  整流羽根
３２  ケーシング
３３  ステーベーン
３４  ガイドベーン
３５  ランナ
３６  吸出し管
３７  クラウン
３８  バンド
３９  主軸
４０ａ，４０ｂ  二次流れ
【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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