(57)【要約】【課題】水力機械を好適に運転可能な運転範囲を拡大すること。【解決手段】実施の形態によるガイドベーン４は、羽根本体４１と、羽根本体４１に連結され且つその回転により羽根本体４１の全体を回転させるガイドベーン回転軸４２と、を備えている。羽根本体４１は、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割された少なくとも２つの分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃを有する。分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。少なくとも１つの分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃは、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。【選択図】図１
2016205248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根本体と、前記羽根本体に連結され且つその回転により前記羽根本体の全体を回転させるガイドベーン回転軸と、を備えるガイドベーンであって、
前記羽根本体は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向に分割された少なくとも２つの分割羽根部を有し、
前記分割羽根部の各々は、前記羽根本体の出口側端部の一部を含んでおり、
少なくとも１つの前記分割羽根部は、前記ガイドベーン回転軸と平行な軸線を中心に、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とするガイドベーン。
【請求項２】
前記羽根本体は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向で隣接する２つの前記分割羽根部の流水面間を接続する弾性体をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載のガイドベーン。
【請求項３】
前記羽根本体の入口側端部は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向に分割されずに当該軸方向に連続して延びている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガイドベーン。
【請求項４】
当該ガイドベーンは、クラウンとバンドとの間にランナ羽根が設けられてなるランナの入口側の上流に配置されるようになっており、
前記羽根本体は、２つの前記分割羽根部を有し、
２つの前記分割羽根部のうち、その出口側端部が前記バンド側に位置する分割羽根部が、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガイドベーン。
【請求項５】
当該ガイドベーンは、クラウンとバンドとの間にランナ羽根が設けられてなるランナの入口側の上流に配置されるようになっており、
前記羽根本体は、２つの前記分割羽根部を有し、
２つの前記分割羽根部のうち、その出口側端部が前記クラウン側に位置する分割羽根部が、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガイドベーン。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のガイドベーンを備える、水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、ガイドベーン及びそれを備える水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力機械には、フランシス水車や軸流水車等をはじめとした種々の機種が存在する。例えば、発電所に設置される一般的なフランシス水車では、上池より鉄管を通ってケーシングに導かれた圧力水が、ケーシングの内周側に配置されたステーベーン及びガイドベーンを通ってランナへ流入する。ランナへ流入した圧力水の圧力エネルギーは、ランナ内で回転エネルギーに変換される。この回転エネルギーによってランナのランナ回転軸とカップリングされた発電機が回転することにより、発電が行われる。ランナから流出する圧力水は、吸出し管を通って下流（下池）へと排出される。
【０００３】
また、一般的なフランシス水車では、上述のガイドベーンが、ランナ回転軸の周りに等ピッチで複数配置されており、各ガイドベーンは、ガイドベーン回転軸を有し、当該回転軸を中心に回転可能となっている。各ガイドベーン回転軸は、リンク機構に連結され、このリンク機構は、各ガイドベーン回転軸を回転させることにより、各ガイドベーンの角度を同時且つ一律に調整するようになっている。これにより、ガイドベーンの角度を、全閉状態からリンク機構の最大ストロークに応じて定まる全開状態までの間で調整することにより、必要な出力に見合った流量の圧力水をランナへ供給することができる。
【０００４】
このようなフランシス水車では、設置される発電所毎に固有の落差範囲及び出力範囲があり、落差範囲においては、水車を高効率で運転し得る設計落差が設定されている。しかしながら、この設計落差から外れた運転点では、ランナの入口付近でキャビテーションや剥離による渦が発生することがある。このことについて、図９乃至図１１を用いて説明する。
【０００５】
図９には、一般的なフランシス水車の設計落差近傍の運転点におけるランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図１０には、図９に示す状態から高落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図１１には、図９に示す状態から低落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図９乃至図１１において、符号１００は、ガイドベーンを示し、符号１０１は、ランナのランナ羽根を示している。また、図９乃至図１１に示す各ガイドベーン１００の角度は、互いに同一となっている。
【０００６】
図９において、符号βは、ランナ入口角度を示し、符号Ｃｕは、周速度係数を示し、符号Ｃｖは、ガイドベーン１００からランナ羽根１０１に流入する圧力水の絶対流速係数を示し、符号Ｃｗは、周速度係数Ｃｕと絶対流速係数Ｃｖとから求められる相対速度係数を示している。また、符号αは、相対速度係数Ｃｗと周速度係数Ｃｕとから求められる相対流入角度を示している。
【０００７】
図９に示す設計落差近傍の運転点においては、ランナ入口角度βと、相対流入角度αとが、略同じ角度となっている。このような運転状況においては、キャビテーションや剥離による渦は生じ難い。
【０００８】
これに対して、図１０に示すように、高落差側の運転点においては、符号Ｃｖ’で示される絶対流速係数に対して符号Ｃｕ’で示される周速度係数が相対的に小さくなることで、符号Ｃｗ’で示される相対速度係数と周速度係数Ｃｕ’とから求められる相対流入角度α’が、ランナ入口角度βよりも大きくなる。その結果、ランナ羽根１０１の入口側の負圧面でキャビテーションＸが発生し易くなってしまう。
【０００９】
また、図１１に示すように、低落差側の運転点においては、符号Ｃｖ’’で示される絶対流速係数に対して符号Ｃｕ’’で示される周速度係数が相対的に大きくなることで、符号Ｃｗ’’で示される相対速度係数と周速度係数Ｃｕ’’とから求められる相対流入角度α’’が、ランナ入口角度βよりも小さくなる。その結果、ランナ羽根１０１の入口側の圧力面で剥離による渦Ｙが発生し易くなってしまう。
【００１０】
このように、一般的なフランシス水車では、設計落差から外れることにより相対流入角度とランナ入口角度との差が大きくなると、キャビテーションや剥離による渦が発生し易くなる。このようなキャビテーションや剥離による渦は、ランナ羽根１０１の入口端部のクラウンからバンドにかけて全体的に一律に発生することは少なく、バンド側又はクラウン側の一部から発生することが多い。
【００１１】
キャビテーションが発生した状態で長時間の運転が実行されると、キャビテーションが発生した領域でランナの流水面が壊食され、機器の寿命が縮まる虞がある。また、振動や騒音を伴う剥離による渦が発生した場合には、効率の低下に加えて運転に支障が生じ得るため、このような運転状態を避けた運転が必要になる場合がある。そのため、キャビテーションや剥離による渦の初生点は、一般的に、水車の運転範囲を制限する目安として利用されている。
【００１２】
図１２には、一般的なフランシス水車の水車性能線図の一例が示されている。この線図において、横軸は落差を示し、縦軸は流量を示している。一点鎖線Ｌ１１は、ランナ入口負圧面におけるキャビテーションの初生線を示しており、一点鎖線Ｌ１２は、ランナ入口圧力面における剥離（剥離渦）の初生線を示している。また、複数の破線は、等効率線を示している。図１２に示す線図では、図中でハッチングを付した運転範囲の一部に２つの初生線Ｌ１１，Ｌ１２で示される範囲が含まれており、このような運転点ではキャビテーションや剥離が生じる恐れがあるため、運転が制限されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−１２０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、キャビテーション及び剥離の発生は、水車を好適に運転可能な運転範囲を制限する。このようなキャビテーション及び剥離の発生を抑制することが可能であれば、制限された運転範囲を拡大することができることになる。運転範囲の拡大は、水車を好適に運転可能となる設置条件を拡大させるため、有益である。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、水力機械を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができるガイドベーン及びそれを備え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】
【００１６】
実施の形態によるガイドベーンは、羽根本体と、前記羽根本体に連結され且つその回転により前記羽根本体の全体を回転させるガイドベーン回転軸と、を備えている。前記羽根本体は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向に分割された少なくとも２つの分割羽根部を有する。前記分割羽根部の各々は、前記羽根本体の出口側端部の一部を含んでいる。少なくとも１つの前記分割羽根部は、前記ガイドベーン回転軸と平行な軸線を中心に、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている。
【００１７】
また、実施の形態による水力機械は、上記のガイドベーンを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水力機械を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るフランシス水車の概略図である。
【図２】第１の実施の形態の作用を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態の作用を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態の効果を説明する水車性能線図を示した図である。
【図５】（Ａ）は、第２の実施の形態に係るフランシス水車の概略図であり、（Ｂ）は、第２の実施の形態に係るフランシス水車の作用を説明する図である。
【図６】（Ａ）は、第３の実施の形態に係るフランシス水車の概略図であり、（Ｂ）は、第３の実施の形態に係るフランシス水車のガイドベーンを軸方向に見た図である。
【図７】第４の実施の形態に係るフランシス水車の概略図である。
【図８】第５の実施の形態に係るフランシス水車の概略図である。
【図９】一般的なフランシス水車の設計落差近傍の運転点におけるランナ入口側の流れの速度三角形を示した図である。
【図１０】図９に示す状態から高落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形を示した図である。
【図１１】図９に示す状態から低落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形を示した図である。
【図１２】一般的な水車の水車性能線図の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水力機械としてのフランシス水車１を示している。このフランシス水車１は、図示しない上池から鉄管を通って圧力水が流入するケーシング２と、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、を備えている。ケーシング２は、上池から流入した圧力水を周方向に均一化してステーベーン３に供給する。複数のステーベーン３は、ケーシング２から流出する水をガイドベーン４に導くためのものであり、ケーシング２の内周側において周方向に所定の間隔をあけて配置されている。
【００２２】
複数のガイドベーン４は、流入した水をランナ５に導くためのものであり、ステーベーン３の内周側において周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン４の各々は、図示省略する上カバーと下カバーとの間に形成される流路内に配置される羽根本体４１と、羽根本体４１に連結され且つその回転により羽根本体４１の全体を回転させるガイドベーン回転軸４２と、を有している。図中のＬ１は、ガイドベーン回転軸４２の中心を通る回転軸線を示している。
【００２３】
図示の例において、ガイドベーン回転軸４２は、図中の上方に向けて延び、図示省略する上カバーの外側でリンク機構を有する駆動装置６に接続されている。各ガイドベーン回転軸４２は、駆動装置６のリンク機構に連結されており、駆動装置６は、リンク機構を介して各ガイドベーン回転軸４２を回転させることにより、各羽根本体４１の全体の角度を同時且つ一律に調整することが可能となっている。これにより、所望の流量の圧力水を、ガイドベーン４からランナ５へ供給することができる。
【００２４】
ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｃ１を中心に回転可能に構成され、ガイドベーン４から流出する水によって回転する。ランナ５は、クラウン５１と、バンド５２と、クラウン５１及びバンド５２の間に設けられた複数のランナ羽根５３と、を有している。複数のランナ羽根５３は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。
【００２５】
ランナ５には、主軸７を介して発電機８が連結されており、発電機８は、ランナ５によって回転されることで発電を行う。また、ランナ５の下流側には、吸出し管９が設けられている。ランナ５を流出した圧力水は、吸出し管９を通って下池に放出される。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態において、羽根本体４１は、ガイドベーン回転軸４２の軸方向（回転軸線Ｌ１方向）に分割された第１分割羽根部４３Ａ、第２分割羽根部４３Ｂ、及び第３分割羽根部４３Ｃを有し、これら分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。この例では、複数のガイドベーン４の羽根本体４１の各々が、第１分割羽根部４３Ａ、第２分割羽根部４３Ｂ、及び第３分割羽根部４３Ｃを有する。
【００２７】
第１分割羽根部４３Ａは、クラウン５１側に配置され、第３分割羽根部４３Ｃは、バンド５２側に配置され、第２分割羽根部４３Ｂは、第１分割羽根部４３Ａと第３分割羽根部４３Ｃとの間に配置されている。また、本実施の形態において、第１分割羽根部４３Ａと第２分割羽根部４３Ｂとは、回転軸線Ｌ１に直交し羽根本体４１の出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂにわたって延びる分割線（分割位置）によって、分割されている。同様に、第２分割羽根部４３Ｂと第３分割羽根部４３Ｃとは、回転軸線Ｌ１に直交し出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂにわたって延びる分割線によって、分割されている。
【００２８】
分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。本実施の形態では、分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、ガイドベーン回転軸４２の回転軸線Ｌ１と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
【００２９】
分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの各々を羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転させる機構としては、種々の機構が適用され得る。例えば、ガイドベーン回転軸４１及び第１分割羽根部４３Ａの間、第１分割羽根部４３Ａ及び第２分割羽根部４３Ｂの間、第２分割羽根部４３Ｂ及び第３分割羽根部４３Ｃの間の各々に、２つの部材間の相対回転を可能又は不能とするクラッチが設けられ、第１分割羽根部４３Ａを回転させる駆動軸、第２分割羽根部４３Ｂを回転させる駆動軸、及び第３分割羽根部４３Ｃを回転させる駆動軸が、三重に重ねて配置され、クラッチを適宜切り換えて、所望の駆動軸を回転させることにより、所望の分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃを回転させる機構等が、採用されてもよい。
【００３０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００３１】
本実施の形態に係るフランシス水車１においては、上池から導かれた圧力水が鉄管を通ってケーシング２に導かれる。圧力水は、ケーシング２により流れが周方向に均一化され、ケーシング２の内周側に配置されたステーベーン３及びガイドベーン４を通ってランナ５へ流入する。ランナ５は、通過する圧力水の圧力エネルギーにより回転し、主軸７を介して連結する発電機８を駆動する。これにより、発電機８において発電が行われる。ランナ５から流出する圧力する水は、吸出し管９を通って下池に放出される。
【００３２】
ガイドベーン４は、ランナ５のクラウン５１からバンド５２までの領域に径方向に向き合う任意の高さ位置（ガイドベーン回転軸４２の軸方向での位置）において、ランナ５に流入する流れの角度を様々な運転点に応じて変化させることができる。具体的に本実施の形態では、任意の高さ位置に対応する分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃを選択的に独立して回転させることにより、ランナ５に流入する流れの角度を様々な運転点に応じて変化させることができる。
【００３３】
図２及び図３を用いて、ガイドベーン４がランナ５に流入する流れの角度を運転点に応じて変化させる様子を具体的に説明する。
【００３４】
図２には、フランシス水車１が設計落差の運転点からガイドベーン４の角度を所定の角度に保持されたまま高落差側の運転点となった際のランナ５の入口側の流れの速度三角形が実線で示されている。このような高落差側の運転点においては、図１０でも説明したように、ランナ入口角度βに対してガイドベーン４からの相対流入角度α’が大きくなる。その結果、ランナ５のランナ羽根５３の入口負圧面側にキャビテーションＸが発生し易くなってしまう。
【００３５】
このような状態において、本実施の形態に係るガイドベーン４は、図２の破線で示すように、キャビテーションＸが発生している位置に対応する分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃを選択的に独立して回転させることで、キャビテーションＸが発生している位置に対応する分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの角度（開度）を小さくすることができる。これにより、ランナ５への相対流入角度を、α’からα１’へと小さくすることができるので、局所的な変化で相対流入角度α１’をランナ入口角度βに近づけることができる。その結果、ランナ羽根５３の入口負圧面側に発生していたキャビテーションＸを抑制することが可能となる。
【００３６】
一方、図３には、フランシス水車１の設計落差の運転点からガイドベーン４の角度を所定の角度に保持されたまま低落差側の運転点となった際のランナ５の入口側の流れの速度三角形が実線で示されている。このような低落差側の運転範囲においては、図１１でも説明したように、ランナ入口角度βに対してガイドベーン４からの相対流入角度α’’が小さくなる。その結果、ランナ５のランナ羽根５３の入口圧力面側に剥離による渦Ｙが発生し易くなってしまう。
【００３７】
このような状態において、本実施の形態に係るガイドベーン４は、図３の破線で示すように、剥離（渦Ｙ）が発生している位置に対応する分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃを選択的に独立して回転させることで、剥離が発生している位置に対応する分割羽根部４３Ａ〜４３Ｃの角度（開度）を大きくすることができる。これにより、ランナ５への相対流入角度を、α’’からα１’’へと大きくすることができ、局所的な変化でα１’’をランナ入口角度βに近づけることができる。その結果、ランナ羽根５３の圧力面側に発生していた剥離を抑制することが可能となる。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、ガイドベーン４の羽根本体４１を任意の高さ位置において全体とは独立に回転させ、ガイドベーン４からランナ５に流入する流れの角度の適正化を図ることによってランナ５へと流入する流れの適正化が図れることになる。特に、図２及び図３で説明したように、キャビテーションや剥離といったランナ５の入口側で発生する水車の運用に様々な障害をもたらす現象を抑制することが可能となる。その結果、水車を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
【００３９】
図４は、第１の実施の形態の効果を説明する水車性能線図を示した図である。同図には、図１２で示した一般的な水車の水車性能線図の一例及びその運転範囲等が示されている。なお、図１２を用いた説明した事項と同様の事項についての説明は、省略する。
【００４０】
すなわち、本実施の形態によれば、上述のように、キャビテーションや剥離といったランナ５の入口側で発生する水車の運用に様々な障害をもたらす現象を抑制することによって、図４の矢印Ｄ１に示すように、一般的なフランシス水車のランナの入口側のキャビテーションの初生線Ｌ１１よりも、高落差側に初生線Ｌ２１を移動させることができる。また、図４の矢印Ｄ２に示すように、一般的なフランシス水車のランナの入口側の剥離の初生線Ｌ１２よりも、低落差側に初生線Ｌ２２を移動させることができる。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、一般的なフランシス水車においてキャビテーションや剥離が発生していた運転点でこれらの現象が発生することを抑制できるので、一般的なフランシス水車よりも、図中の二点鎖線で示される範囲のように、好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、図５には、第２の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第１の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
【００４３】
図５（Ａ）に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン４が、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割された第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂと、ガイドベーン回転軸４２の軸方向で隣接する２つの分割羽根部４４Ａ，４４Ｂの流水面間を接続する弾性体６０と、を有している。分割羽根部４３Ａ，４３Ｂの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。図５においては、説明の便宜上、弾性体６０を、ドットを付して示している。
【００４４】
第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂの各々は、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。本実施の形態では、第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂの各々が、ガイドベーン回転軸４２の回転軸線Ｌ１と同軸に位置する軸線を中心に回転可能となっている。また、第１分割羽根部４４Ａと第２分割羽根部４４Ｂとは、回転軸線Ｌ１に直交し出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂにわたって延びる分割線によって、分割されている。これにより、第１分割羽根部４４Ａはクラウン５１側に配置され、第２分割羽根部４４Ｂはバンド５２側に配置されている。
【００４５】
弾性体６０は、第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂの間に形成されるガイドベーン回転軸４２の軸方向での隙間に配置されており、ガイドベーン回転軸４２に直交する方向での弾性体６０の断面形状は、第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂの断面形状と同一となっている。弾性体６０は、圧力面と負圧面とを有している。弾性体６０の圧力面は、第１分割羽根部４４Ａの圧力面及び第２分割羽根部４４Ｂの圧力面の間を接続しており、弾性体６０の負圧面は、第１分割羽根部４４Ａの負圧面及び第２分割羽根部４４Ｂの負圧面の間を接続している。弾性体６０は、第１分割羽根部４４Ａが第２分割羽根部４４Ｂに対して相対回転した際に、これらの回転中心周りに弾性変形するようになっている。
【００４６】
本実施の形態によれば、図５（Ｂ）に示すように、第１分割羽根部４４Ａが第２分割羽根部４４Ｂに対して相対回転した際に、弾性体６０が第１分割羽根部４４Ａの流水面と第２分割羽根部４４Ｂの流水面とを滑らかに接続する。これにより、第１分割羽根部４４Ａ及び第２分割羽根部４４Ｂの間の不連続なギャップをなくすことが可能となる。
【００４７】
その結果、フランシス水車１における好適に運転可能な運転範囲を効果的に拡大することができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
次に、図６には、第３の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第１及び第２の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
【００４９】
図６（Ａ）に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン４が、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割された第１分割羽根部４５Ａ及び第２分割羽根部４５Ｂを有している。分割羽根部４５Ａ，４５Ｂの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。
【００５０】
本実施の形態では、第１分割羽根部４５Ａ及び第２分割羽根部４５Ｂのうちの第２分割羽根部４５Ｂが、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。詳しくは、第２分割羽根部４５Ｂは、ガイドベーン回転軸４２の回転軸線Ｌ１と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
【００５１】
第１分割羽根部４５Ａと第２分割羽根部４５Ｂとは、回転軸線Ｌ１に直交し出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂに向けて延び、回転軸線Ｌ１よりも入口側端部４１Ｂ側の位置で折れ曲がって当該回転軸線Ｌ１に沿ってバンド５２側に延びる分割線によって、分割されている。これにより、本実施の形態では、第１分割羽根部４５Ａに、羽根本体４１の入口側端部４１Ｂの全体が設けられている。よって、羽根本体４１の入口側端部４１Ｂは、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割されずに当該軸方向に連続して延びている。
【００５２】
本実施の形態によれば、ガイドベーン４の入口側端部４１Ｂが高さ方向（ガイドベーン回転軸４２の軸方向）の全体で同一形状であるため、図６（Ｂ）に示すように、上流に位置する例えば２次元翼のステーベーン３との相対的な関係を一定に維持したまま、第２分割羽根部４５Ｂを全体とは独立に回転させ、ガイドベーン４からランナ５に流入する流れの角度の適正化を図ることができる。
【００５３】
その結果、ガイドベーン４とステーベーン３との位置関係で決まる特性を維持したまま、好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
次に、図７には、第４の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第１乃至第３の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
【００５５】
図７に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン４が、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割された第１分割羽根部４６Ａ及び第２分割羽根部４６Ｂを有している。分割羽根部４６Ａ，４６Ｂの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。
【００５６】
本実施の形態では、第１分割羽根部４６Ａ及び第２分割羽根部４６Ｂのうちの第２分割羽根部４６Ｂが、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。第２分割羽根部４６Ｂは、ガイドベーン回転軸４２の回転軸線Ｌ１と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
【００５７】
第１分割羽根部４６Ａと第２分割羽根部４６Ｂとは、回転軸線Ｌ１に直交し出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂにわたって延びる分割線によって、分割されている。第１分割羽根部４６Ａはクラウン５１側に配置され、第２分割羽根部４６Ｂはバンド５２側に配置されている。
【００５８】
また、第１分割羽根部４６Ａと第２分割羽根部４６Ｂとの分割線は、羽根本体４１におけるバンド５２側に設定されている。より具体的には、第１分割羽根部４６Ａと第２分割羽根部４６Ｂとは、羽根本体４１の高さ方向における中間位置よりもバンド５２側で分割されている。より具体的には、第１分割羽根部４６Ａと第２分割羽根部４６Ｂとは、羽根本体４１の高さ方向における中間位置とバンド５２側の端部との間の中間位置よりもバンド５２側で分割されている。
【００５９】
本実施の形態によれば、羽根本体４１のうちのバンド５２側の限られた部分だけを全体の回転とは独立して回転させることができる。図７に示すように、一般的に、キャビテーションＸや剥離Ｙはランナ５の入口側全面に一律に発生することは少ない。そのため、本実施の形態によれば、バンド５２側にキャビテーションＸや剥離Ｙが発生し易い場合に、これらキャビテーションＸや剥離Ｙを、比較的簡易な構造で抑制できる。
【００６０】
（第５の実施の形態）
次に、図８には、第５の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第１乃至第４の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
【００６１】
図８に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン４が、ガイドベーン回転軸４２の軸方向に分割された第１分割羽根部４７Ａ及び第２分割羽根部４７Ｂを有している。分割羽根部４７Ａ，４７Ｂの各々は、羽根本体４１の出口側端部４１Ａの一部を含んでいる。
【００６２】
本実施の形態では、第１分割羽根部４７Ａ及び第２分割羽根部４７Ｂのうちの第１分割羽根部４７Ａが、ガイドベーン回転軸４２と平行な軸線を中心に、羽根本体４１の全体の回転とは独立して回転するようになっている。第１分割羽根部４７Ａは、ガイドベーン回転軸４２の回転軸線Ｌ１と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
【００６３】
第１分割羽根部４７Ａと第２分割羽根部４７Ｂとは、回転軸線Ｌ１に直交し出口側端部４１Ａから入口側端部４１Ｂにわたって延びる分割線によって、分割されている。第１分割羽根部４７Ａはクラウン５１側に配置され、第２分割羽根部４７Ｂはバンド５２側に配置されている。
【００６４】
また、第１分割羽根部４７Ａと第２分割羽根部４７Ｂとの分割線は、羽根本体４１におけるクラウン５１側に設定されている。より具体的には、第１分割羽根部４７Ａと第２分割羽根部４７Ｂとは、羽根本体４１の高さ方向における中間位置よりもクラウン５１側で分割されている。より具体的には、第１分割羽根部４７Ａと第２分割羽根部４７Ｂとは、羽根本体４１の高さ方向における中間位置とクラウン５１側の端部との間の中間位置よりもクラウン５１側で分割されている。
【００６５】
本実施の形態によれば、羽根本体４１のうちのクラウン５１側の限られた部分だけを全体の回転とは独立して回転させることができる。図８に示すように、一般的に、キャビテーションＸや剥離Ｙはランナ５の入口側全面に一律に発生することは少ない。そのため、本実施の形態によれば、クラウン５１側にキャビテーションＸや剥離Ｙが発生し易い場合に、これらキャビテーションＸや剥離Ｙを、比較的簡易な構造で抑制できる。
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、上述の各実施の形態では、ガイドベーン４が、３つ又は２つの分割羽根部に分割される例を説明したが、ガイドベーン４は、４つ以上に分割されても構わない。なお、本実施の形態において説明したガイドベーン回転軸と平行な軸線とは、ガイドベーン回転軸の回転軸線と同軸の軸線又は前記回転軸線から離れて当該回転軸線に平行に延びる軸線のことを意味する。
【符号の説明】
【００６８】
１  フランシス水車（水力機械）、２  ケーシング、３  ステーベーン、４  ガイドベーン、５  ランナ、６  駆動装置、７  主軸、８  発電機、９  吸出し管、４１  羽根本体、４１Ａ  出口側端部、４１Ｂ  入口側端部、４２  ガイドベーン回転軸、４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ，４７Ａ  第１分割羽根部、４３Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂ，４６Ｂ，４７Ｂ  第２分割羽根部、４３Ｃ  第３分割羽根部、５１  クラウン、５２  バンド、５３  ランナ羽根、６０  弾性体。
【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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