(57)【要約】【課題】背圧室の圧力を効果的に低下させることができるフランシス形ランナを提供すること。【解決手段】実施の形態に係るフランシス形ランナ２では、クラウン２ａを挟んで羽根２ｃが位置する側とは反対側からカバー３によって覆われた際にクラウン２ａとカバー３との間に形成される背圧室４と、クラウン２を挟んで背圧室４側とは反対側に位置する流水領域Ｒとを連通させるバランスホール７が、クラウン２ａに貫通して形成されている。クラウン２ａにおけるバランスホール７の流水領域Ｒ側の開口７Ｂの周囲に、突起部１０が設けられている。【選択図】図１
2017075572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、
前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、
前記クラウンにおける前記バランスホールの前記流水領域側の開口の周囲に、突起部が設けられている、ことを特徴とするフランシス形ランナ。
【請求項２】
前記突起部は、前記羽根の外周側から内周側に向けて流れる水の方向で、前記バランスホールの前記流水領域側の開口に対して上流側に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のフランシス形ランナ。
【請求項３】
クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、
前記クラウンの流水面の内周側部分からランナ回転軸線方向に沿って突出する中空円錐台状のランナコーンを備え、
前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する前記ランナコーンの内側領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、
前記バランスホールの前記ランナコーンの内側領域側の開口には、当該開口から前記ランナコーンの先端側に延びるバイパス管が接続されている、ことを特徴とするフランシス形ランナ。
【請求項４】
クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、
前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウン及び前記羽根に跨がって貫通して形成され、
前記バランスホールの前記流水領域側の開口は、前記羽根の内周側端部に形成されている、ことを特徴とするフランシス形ランナ。
【請求項５】
クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、
前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、
前記クラウンにおける前記バランスホールの前記背圧室側の開口の周囲に、突起部が設けられ、当該突起部は、ランナ回転軸線に沿って見た場合に、前記バランスホールの前記背圧室側の開口に対して回転方向の上流側に設けられている、ことを特徴とするフランシス形ランナ。
【請求項６】
クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、
前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、
前記クラウンの前記流水領域側を向く流水面に窪み部が形成され、前記バランスホールの前記流水領域側の開口は、前記窪み部に形成されている、ことを特徴とするフランシス形ランナ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のフランシス形ランナを備える水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、フランシス形ランナ及びそれを備える水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
フランシス水車、フランシス形ポンプ等の水力機械に設けられるフランシス形ランナは、クラウン、バンド及び複数の羽根を備える。図１０は、一般的な立軸型のフランシス水車の子午面における模式図を示し、同図にはフランシス形ランナ（以下、ランナと呼ぶ。）が示されている。
【０００３】
図１０に示されるフランシス水車では、上池より鉄管を通って導入される水が、流量調整を行うガイドベーン５によりランナ２へと導かれる。ランナ２は、クラウン２ａ、バンド２ｂ及び複数の羽根２ｃを備え、複数の羽根２ｃが周方向に並ぶ状態でクラウン２ａとバンド２ｂとの間に設けられている。ガイドベーン５から流出する水の圧力エネルギーは、ランナ２内で回転エネルギーへと変換されてランナ２が回転する。これにより、ランナ回転軸線Ｃ１に沿ってランナ２から延びる主軸６とカップリングされた図示しない発電機が駆動し、発電が行われる。その後、水は、吸出し管９を通って下流の下池へと排出される。
【０００４】
このようなフランシス水車では、図１０に示すように、回転部であるランナ２におけるクラウン２ａと、ランナ２を主軸６側から覆う静止部である上カバー３との間に、空間である背圧室４が形成される。この背圧室４では、ランナ２と上カバー３との隙間から高圧の水が流入するため、圧力が高くなっており、ランナ２をランナ回転軸線Ｃ１方向の吸込み側（吸出し管９側）に押す力（スラスト力）が働く。このような背圧室４の圧力がフランシス水車の運用上の問題となる場合がある。
【０００５】
例えばフランシス水車では、通常、背圧室４に流入した水が主軸６と当該主軸６を回転可能に保持する図示しないガイド軸受との間を流れ出て上カバー３の外側に漏れ出す構造が採用されるが、背圧室４の圧力が高いほど漏水量が増える。このような漏水量が過剰に大きくなる可能性がある場合に、漏れ出した水の排水機構の設置やその容量アップ等の対策が必要となり、装置構成の煩雑化や製造コストの増加を生じさせる場合がある。
【０００６】
そのため、背圧室４の圧力を低下させるための種々の技術が従来から提案されている。その一例として、図１０に示すランナ２では、クラウン２ａの背圧室４側の面から下流側の流水面に貫通するバランスホール７が形成されている。また、上カバー３とランナ２の下流の吸出し管９とを連通させるバランスパイプを設ける技術も知られている。これらの技術では、高圧側から低圧側への流れを作り、背圧室４の圧力低下を図ることができる。また、上述のように設けられるバランスパイプにおいて吸出し管９側に設定される出口付近に渦を発生させる機構を設けることで、その効果の向上を図る技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−５９５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば上述で説明したようなバランスホール７は、主軸６と当該主軸６をランナ２に連結するための図示しないカップリングボルトや羽根２ｃ等との干渉を回避するために、穴の大きさや位置に制約がかかり、背圧室４の圧力低下の効果を十分に得られない場合がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、背圧室の圧力を効果的に低下させることができるフランシス形ランナ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】
【００１０】
実施の形態に係るフランシス形ランナは、クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、前記クラウンにおける前記バランスホールの前記流水領域側の開口の周囲に、突起部が設けられている、ことを特徴とする、ランナである。
【００１１】
他の実施の形態に係るフランシス形ランナは、クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、前記クラウンの流水面の内周側部分からランナ回転軸線方向に沿って突出する中空円錐台状のランナコーンを備え、前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する前記ランナコーンの内側領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、前記バランスホールの前記ランナコーンの内側領域側の開口には、当該開口から前記ランナコーンの先端側に延びるバイパス管が接続されている、ことを特徴とする、ランナである。
【００１２】
他の実施の形態に係るフランシス形ランナは、クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウン及び前記羽根に跨がって貫通して形成され、前記バランスホールの前記流水領域側の開口は、前記羽根の内周側端部に形成されている、ことを特徴とする、ランナである。
【００１３】
他の実施の形態に係るフランシス形ランナは、クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、前記クラウンにおける前記バランスホールの前記背圧室側の開口の周囲に、突起部が設けられ、当該突起部は、ランナ回転軸線に沿って見た場合に、前記バランスホールの前記背圧室側の開口に対して回転方向の上流側に設けられている、ことを特徴とする、ランナである。
【００１４】
他の実施の形態に係るフランシス形ランナは、クラウンと、前記クラウンに離間して配置される環状のバンドと、前記クラウン及び前記バンドの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根と、を備えるフランシス形ランナであって、前記クラウンを挟んで前記羽根が位置する側とは反対側からカバーによって覆われた際に前記クラウンと前記カバーとの間に形成される背圧室と、前記クラウンを挟んで前記背圧室側とは反対側に位置する流水領域とを連通させるバランスホールが、前記クラウンに貫通して形成され、前記クラウンの前記流水領域側を向く流水面に窪み部が形成され、前記バランスホールの前記流水領域側の開口は、前記窪み部に形成されている、ことを特徴とする、ランナである。
【００１５】
また、実施の形態に係る水力機械は、前記のいずれかに記載のフランシス形ランナを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、背圧室の圧力を効果的に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図２Ａ】図１に示すフランシス水車のランナに設けられるバランスホール及び突起部の位置関係を説明する図である。
【図２Ｂ】第１の実施の形態の変形例１を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例２を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図５】第３の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図６】図５に示すフランシス水車のランナに設けられるバイパス管及び突起部の位置関係を説明する図である。
【図７】第４の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図８Ａ】第５の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図８Ｂ】図８Ａ示すフランシス水車のランナに設けられるバランスホール及び突起部の位置関係を説明する図である。
【図９Ａ】第６の実施の形態に係るフランシス水車の子午面における模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示すフランシス水車のランナに設けられる窪み部の位置関係を説明する図である。
【図１０】一般的なフランシス水車の子午面における模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。以下の各実施の形態において、図１０で説明した一般的なフランシス水車と同じ構成部分については同一の符号が示されている。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車１の子午面における模式図である。図１に示すフランシス水車１では、ランナ回転軸線Ｃ１を中心に回転可能なフランシス形ランナ２（以下、ランナ２と呼ぶ。）が設けられ、上池より鉄管を通って導入される水が流量調整を行うガイドベーン５によりランナ２へと導かれることでランナ２が回転する。フランシス水車１は一例として立軸型であり、ランナ２の回転軸線であるランナ回転軸線Ｃ１は上下方向に延びている。ランナ２へ導かれる水は、ランナ２の羽根２ｃの外周側から内周側に向けて流れる。ランナ２の下流には、ランナ２を回転させた水を流出させる吸出し管９が設けられている。
【００２０】
ランナ２は、円板状のクラウン２ａと、クラウン２ａに離間して配置される環状のバンド２ｂと、クラウン２ａ及びバンド２ｂの間に周方向に並ぶ状態で設けられる複数の羽根２ｃと、クラウン２ａの流水面の内周側部分からランナ回転軸線Ｃ１方向に沿って（ランナ回転軸線Ｃ１を中心軸として）下側に突出する中空円錐台状のランナコーン２ｄと、を備えている。クラウン２ａの中央領域には、ランナ回転軸線Ｃ１に沿って上側に延びる主軸６が接続されており、主軸６は図示しない発電機にカップリングされている。
【００２１】
ランナ２は、クラウン２ａを挟んで羽根２ｃが位置する側とは反対側すなわち上側から上カバー３によって覆われ、クラウン２ａと上カバー３との間には、背圧室４が形成されている。ここで、以下では、クラウン２ａを挟んで背圧室４側とは反対側に位置する領域のことを、流水領域Ｒと呼ぶものとする。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態においては、上述の背圧室４と流水領域Ｒとを連通させるバランスホール７が、クラウン２ａに貫通して形成されている。バランスホール７は、クラウン２ａの背圧室４側の面における内周側部分からクラウン２ａの流水面（流水領域Ｒ側の面）における内周側部分、詳しくは羽根２ｃの内周側端部よりも径方向の内側で且つランナコーン２ｄよりも径方向の外側の部分まで貫通している。以下では、バランスホール７における背圧室４側に開口する端部のことを第１開口７Ａと呼び、流水領域Ｒ側に開口する端部のことを第２開口７Ｂと呼ぶ。
【００２３】
本実施の形態においては、クラウン２ａの第２開口７Ｂの周囲に突起部１０が設けられ、突起部１０はクラウン２ａの流水面に形成されている。図示の突起部１０は、対向する一対の平坦面を有する矩形の板状に形成されている。図２Ａは、ランナ回転軸線Ｃ１方向における上側から見た際の、羽根２ｃ、バランスホール７の第２開口７Ｂ及び突起部１０の位置関係を概略的に示した図である。図２Ａに示すように、本実施の形態における突起部１０は、水車運転時に、矢印で示される羽根２ｃの外周側から内周側に向けて流れる水の方向で、バランスホール７の第２開口７Ｂに対して上流側に設けられている。なお、上述のバランスホール７及び突起部１０は、複数設けられてもよい。
【００２４】
以上の構成を備える本実施の形態の作用について説明すると、水車運転時にランナ２における羽根２ｃの外周側から流入した水が羽根２ｃの内周側を流出した際に、当該水がバランスホール７の第２開口７Ｂの周囲に位置する突起部１０によって流れが乱される。これにより、第２開口７Ｂの周囲に渦が生じて、低圧部が形成される。バランスホール７の第２開口７Ｂの周辺にこのような低圧部を形成する渦が発生することによって、第２開口７Ｂ側と、高圧になっている背圧室４に開口するバランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が増大する。
【００２５】
したがって、本実施の形態によれば、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。そして、背圧室４における圧力が低下することで、クラウン２ａを下側に押すスラスト力の低減や、主軸６と当該主軸６を保持する軸受との間から外側へと漏れ出る漏水量の低減等を図ることが可能となる。また、本実施の形態では、バランスホール７の大きさや形成位置が制約され、バランスホール７のみでは十分な圧力低下の効果が得られない場合であっても、突起部１０の設置によって簡易的に圧力低下の効果を向上させることができるため有益である。
【００２６】
とりわけ、本実施の形態では、流れる水の方向で突起部１０がバランスホール７の第２開口７Ｂに対して上流側に設けられているため、羽根２ｃを流れた水が突起部１０に衝突して、その下流側に渦が発生し、当該渦が第２開口７Ｂ上に位置し易くなる。これにより、圧力低下の効果を最大限に得ることができる。
【００２７】
なお、上述の第１の実施の形態の変形例１として、突起部１０は、図２Ｂに示すように、矢印で示される羽根２ｃの内周側から外周側に向けて流れる水の方向で、バランスホール７の第２開口７Ｂに対して上流側に設けられていてもよい。このような構成は、ランナ２がフランシス形ポンプのランナとして設けられた場合に有益となる。すなわち、変形例１係る構成では、ポンプ運転時にランナ２における羽根２ｃの内周側へ流入しようとする水が突起部１０に衝突して、その下流側に渦が発生し、当該渦が第２開口７Ｂ上に位置し易くなる。これにより、ランナ２がフランシス形ポンプに適用された場合において、背圧室４の圧力低下の効果を最大限に得ることができる。
【００２８】
また、上述の第１の実施の形態の変形例２として、突起部１０は、図３に示すように、翼型に形成されてもよい。この変形例２では、翼型の突起部１０のキャンバーラインが、羽根２ｃのキャンバーラインとは異なる方向を向いている。
【００２９】
このような変形例２では、水車運転時にランナ２における羽根２ｃの外周側から流入した水が羽根２ｃの内周側を流出した際に、当該水が突起部１０の翼面に沿って向きを変えられて流れることによって流速が増速して、突起部１０の周囲において相対的に圧力低下が促進される。あるいは、突起部１０によって流れが乱されて第２開口７Ｂの周囲に渦が生じて、バランスホール７の第２開口７Ｂ側の圧力が低下する。これにより、上述と同様に、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における第１の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。図４は、第２の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車の子午面における模式図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施の形態では、バランスホール７が、背圧室４と、クラウン２ａを挟んで背圧室４側とは反対側に位置するランナコーン２ｄの内側領域とを連通させるように、クラウン２ａに貫通して形成されている。バランスホール７のランナコーン２ｄの内側領域側の開口である第２開口７Ｂには、当該開口７Ｂからランナコーン２ｄの先端側、本例ではランナコーン２ｄの先端まで延びるバイパス管１１が接続されている。バイパス管１１は、ランナコーン２ｄの下側に開放する開口端１１Ａを有している。
【００３２】
本実施の形態の作用について説明すると、水車運転時の特に非設計点において、ランナ２の下流で発生する旋回流の中心部に低圧部が生じた際に、当該低圧部の近傍に、バランスホール７の第１開口７Ａと連通するバイパス管１１の開口端１１Ａが位置することになる。そのため、開口端１１Ａ側と、高圧になっている背圧室４に開口するバランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が増大する。
【００３３】
したがって、本実施の形態によっても、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。そして、背圧室４における圧力が低下することで、クラウン２ａを下側に押すスラスト力の低減や、主軸６と当該主軸６を保持する軸受との間から外側へと漏れ出る漏水量の低減等を図ることが可能となる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における第１及び第２の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。図５は、第３の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車の子午面における模式図である。
【００３５】
図５に示すように、本実施の形態では、第２の実施の形態で説明したバイパス管１１のランナコーン２ｄの先端側の開口端１１Ａの周囲に、突起部１０が設けられている。突起部１０は開口端１１Ａよりも下側に突出している。図６は、ランナ回転軸線Ｃ１方向における上側から見た際の、バイパス管１１の開口端１１Ａ及び突起部１０の位置関係を概略的に示した図である。図６に示すように、本実施の形態における突起部１０は、ランナ回転軸線Ｃ１に沿って見た場合に、バイパス管１１の開口端１１Ａに対して回転方向Ｒの下流側に設けられている。
【００３６】
本実施の形態の作用について説明すると、水車運転時にランナ２における羽根２ｃの外周側から流入した水が羽根２ｃの内周側を流出した際に、当該水が開口端１１Ａの周囲に位置する突起部１０によって流れが乱される。これにより、開口端１１Ａの周囲に渦が生じて、低圧部が形成される。これにより、開口端１１Ａ側と、バランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が大幅に増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が大幅に増大することで、背圧室４の圧力を極めて効果的に低下させることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、突起部１０がランナ回転軸線Ｃ１に沿って見た場合にバイパス管１１の開口端１１Ａに対して回転方向Ｒの下流側に設けられているため、ランナ２が回転した際に、図６に示すように、突起部１０の回転方向Ｒの上流側に渦が発生し、当該渦が開口端１１Ａ上に位置し易くなる。これにより、圧力低下の効果を最大限に得ることができる。
【００３８】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。本実施の形態における第１乃至第３の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。図７は、第４の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車の子午面における模式図である。
【００３９】
図７に示すように、本実施の形態では、背圧室４と流水領域Ｒとを連通させるバランスホール７が、クラウン２ａ及び羽根２ｃに跨がって貫通して形成されており、バランスホール７の流水領域Ｒ側の開口である第２開口７Ｂは、羽根２ｃの内周側端部（後端部）に形成されている。より詳しくは、バランスホール７は、背圧室４側からクラウン２ａを介して羽根２ｃの内部に延びて羽根２ｃの内部で複数に分岐し、羽根２ｃの内周側端部のクラウン２ａからバンド２ｂにわたる範囲に複数形成された第２開口７Ｂにて開口する。
【００４０】
本実施の形態の作用について説明すると、水車運転時に、羽根２ｃの内周側端部では、後流が発生することにより圧力が低下するため、第２開口７Ｂ側と、高圧になっている背圧室４に開口するバランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が増大する。
【００４１】
したがって、本実施の形態によっても、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。そして、背圧室４における圧力が低下することで、クラウン２ａを下側に押すスラスト力の低減や、主軸６と当該主軸６を保持する軸受との間から外側へと漏れ出る漏水量の低減等を図ることが可能となる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態について説明する。本実施の形態における第１乃至第４の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。図８Ａは、第５の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車の子午面における模式図である。
【００４３】
図８Ａに示すように、背圧室４と流水領域Ｒとを連通させるバランスホール７が、クラウン２ａに貫通して形成され、クラウン２ａにおけるバランスホール７の背圧室４側の開口である第１開口７Ａの周囲に、突起部１０が設けられている。図８Ｂは、ランナ回転軸線Ｃ１方向における上側から見た際の、バランスホール７及び突起部１０の位置関係を概略的に示した図である。図８Ｂに示すように、突起部１０は、ランナ回転軸線Ｃ１に沿って見た場合に、バランスホール７の第１開口７Ａに対して回転方向Ｒの上流側に設けられている。
【００４４】
本実施の形態の作用について説明すると、ランナ２の回転時に、バランスホール７の回転方向Ｒの上流側に設けられた突起部１０が、第１開口７Ａ側に水を押すように作用するため、第１開口７Ａ付近において局所的に圧力が高くなる。これにより、第２開口７Ｂ側と、高圧になっている背圧室４に開口するバランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が増大する。
【００４５】
したがって、本実施の形態によっても、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。そして、背圧室４における圧力が低下することで、クラウン２ａを下側に押すスラスト力の低減や、主軸６と当該主軸６を保持する軸受との間から外側へと漏れ出る漏水量の低減等を図ることが可能となる。なお、ランナ２の回転時に、背圧室４において圧力が高くなるのは、突起部１０近傍のみであり、背圧室４全体の圧力増加は起こらない。
【００４６】
（第６の実施の形態）
次に第６の実施の形態について説明する。本実施の形態における第１乃至第５の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。図９Ａは、第５の実施の形態に係る水力機械の一例としてのフランシス水車の子午面における模式図である。
【００４７】
図９Ａに示すように、本実施の形態では、背圧室４と流水領域Ｒとを連通させるバランスホール７が、クラウン２ａに貫通して形成されている。クラウン２ａの流水面に窪み部１２が形成され、バランスホール７の流水領域Ｒ側の開口である第２開口７Ｂは、窪み部１２内に形成されている。図９Ｂは、ランナ回転軸線Ｃ１方向における上側から見た際の、窪み部１２の位置関係を説明する図である。図９Ｂに示すように、窪み部１２は、羽根２ｃの下流側に向けた延長線に沿って延びるように形成されている。
【００４８】
本実施の形態の作用について説明すると、水車運転時にランナ２における羽根２ｃの外周側から流入した水が羽根２ｃの内周側を流出した際に、当該水が局所的に凹となった窪み部１２に流入することで、流速が増加して窪み部１２内の圧力が低下する。これにより、第２開口７Ｂ側と、高圧になっている背圧室４に開口するバランスホール７の第１開口７Ａ側との圧力差が増大し、バランスホール７を通って背圧室４からランナ２の下流側に抜ける水が増大する。
【００４９】
したがって、本実施の形態によっても、背圧室４の圧力を効果的に低下させることができる。そして、背圧室４における圧力が低下することで、クラウン２ａを下側に押すスラスト力の低減や、主軸６と当該主軸６を保持する軸受との間から外側へと漏れ出る漏水量の低減等を図ることが可能となる。
【００５０】
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。
【００５１】
例えば上述の第１の実施の形態において、突起部１０は、水車運転時に、流れる水の方向でバランスホール７の第２開口７Ｂに対して上流側に設けられているが、突起部１０は、第２開口７Ｂの周囲に設けられればよく、第１の実施の形態の設置位置に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１：フランシス水車、２：フランシス形ランナ、２ａ：クラウン、２ｂ：バンド、２ｃ：羽根、２ｄ：ランナコーン、３：上カバー、４：背圧室、５：ガイドベーン、６：主軸、７：バランスホール、９：吸出し管、１０：突起部、１１：バイパス管、１１Ａ：開口端、１２：窪み部、Ｃ１：ランナ回転軸線、Ｒ：流水領域。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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