(57)【要約】【課題】短翼の流路出口側端部近傍における水の流れに起因して、長翼の表面で発生するキャビテーションを抑止することができるフランシス水車のスプリッタランナを提供する。【解決手段】スプリッタランナ２３は、ランナ回転軸２９と、ランナ回転軸２９に連結されたクラウン２７と、クラウン２７に対向して配置されたバンド２８とを備えている。またクラウン２７とバンド２８との間であってランナ回転軸２９の周りに複数の長翼３０が配置されている。また各長翼３０間に、隣接する長翼３０との間で水の流路３３ａ、３３ｂを形成するとともに、両側に圧力面３１ａと負圧面３１ｂとを有する短翼３１が配置されている。短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっている。【選択図】図１
2009127554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナ回転軸に連結されたクラウンと、
クラウンに対向して配置されたバンドと、
クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、
クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成するとともに、両側に圧力面と負圧面とを有する短翼と、を備え、
短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、圧力面と負圧面とは非平行となっていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナ。
【請求項２】
短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、負圧面にテーパー部が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水車のスプリッタランナ。
【請求項３】
短翼の流路出口側端部近傍の断面形状は、クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図に基づいて定められ、この短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の圧力面とが成す角をθ１とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の負圧面のテーパー部とが成す角をθ２とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ１＋θ２））の関係が成立することを特徴とする請求項２に記載のフランシス水車のスプリッタランナ。
【請求項４】
短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、圧力面にテーパー部が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水車のスプリッタランナ。
【請求項５】
短翼の流路出口側端部近傍の断面形状は、クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図に基づいて定められ、この短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の圧力面のテーパー部とが成す角をθ３とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の負圧面とが成す角をθ４とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向における長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ３＋θ４））の関係が成立することを特徴とする請求項４に記載のフランシス水車のスプリッタランナ。
【請求項６】
ランナ回転軸に連結されたクラウンと、
クラウンに対向して配置されたバンドと、
クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、
クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成する短翼と、を備え、
短翼の流路出口側端部の上下方向に沿って溝が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナ。
【請求項７】
ランナ回転軸に連結されたクラウンと、
クラウンに対向して配置されたバンドと、
クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、
クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成するとともに、両側に圧力面と負圧面とを有する短翼と、を備え、
短翼の流路出口側端部の近傍に、圧力面と負圧面とを連通する貫通孔が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナ。
【請求項８】
クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼のキャンバーラインとが成す角をθ５とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と前記貫通孔の中心軸とが成す角をθ６とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向における長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ５＋θ６））の関係が成立することを特徴とする請求項７に記載のフランシス水車のスプリッタランナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランシス水車のスプリッタランナに係り、とりわけ長翼近傍におけるキャビテーションの発生を抑止することができるフランシス水車のスプリッタランナに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の一般的なフランシス水車の縦断面図を示したものである。図９に示すように、フランシス水車１は、発電機２に主軸３を介して連結されたランナ４を有していおり、このランナ４は、クラウン１０と、クラウン１０に対向して配置されたバンド６と、クラウン１０とバンド６との間に設けられた羽根１５とを有している。またランナ４を囲繞するようにケーシング７が設けられ、ランナ４とケーシング７との間にガイドベーン９およびステーベーン８がそれぞれ配置されている。さらに、ランナ４の下部に、ランナ４からの水を流出させる吸出し管５が設けられている。
【０００３】
このフランシス水車１を運転する際、水は図示しない上池から水圧鉄管を通って、ケーシング７内に流入し、更にステーベーン８間およびガイドベーン９間を順次通過してランナ４内に流入する。このようにして流入する水により、ランナ４が回転駆動され、主軸３を介して発電機２が駆動される。一方、ランナ４を回転駆動した水は、吸出し管５を経て図示しない放水路へと流出する。
【０００４】
フランシス水車１を運転する際は、ガイドベーン９の開度を変化させることによりケーシング７からランナ４内に流入する流量を調整し、発電機２の発電量を変化させる。このため、ランナ４内における水の流れは、ランナ４内に流入する水の流量により大きく変化する。すなわち、設計点においてはガイドベーン９側から入ってきた水は、ランナ４の流線に沿って流れる。しかしながら、ランナ４内に流入する水の流量が小さくなると、この水の流れは、ランナ４が回転することによる遠心力により、バンド６側に偏った流れとなる。一方、ランナ４内に流入する水の流量が大きくなると、ガイドベーン９からランナ４の中心方向に向かう水のエネルギーが大きくなり、これがランナ４の回転力を上回る。このため、水の流れは、クラウン１０側に偏ることとなる。
【０００５】
このようなランナ４の流線に沿わない水の流れを二次流れと呼ぶ。この二次流れが発生した場合、ランナ４において損失が発生する。したがって、ランナ４内に流入する水の流量が比較的大きい場合（大流量側）であっても、あるいはこの水の流量が比較的小さい場合（小流量側）であっても二次流れの発生を抑制できれば、広い流量範囲でランナ４のランナ損失を低減することができる。
【０００６】
このように大流量側および小流量側における二次流れの発生を抑制するものとして、通常の長さからなる羽根（長翼）の間に、この長翼よりも長さが短い羽根（短翼）を配置したランナ（以下スプリッタランナともいう）が知られている。このようなスプリッタランナに関する特許文献として、例えば後述する特許文献１および特許文献２等が知られている。
【０００７】
次に、図７を用いてスプリッタランナの概略について説明する。図７に示すように、スプリッタランナ１１は、図示しないクラウンとバンドとの間であって、複数の長翼１２と、各長翼１２間に配置され、隣接する長翼１２との間で水の流路１４を形成する短翼１３とを有している。これにより、とりわけ非設計点における流路１４内の水の流れの偏りが抑制され、損失が低減されることが知られている。
【０００８】
しかしながら、羽根後流による影響、あるいは短翼１３の流路出口側端部１３ａの形状に起因して発生するカルマン渦等により、短翼１３の下流側において水の圧力が低下する場合がある。更にこの圧力が低下した領域が、短翼１３より下流側に位置する長翼１２側に流れ込み、キャビテーションを誘発する場合がある。
【特許文献１】特開２０００−５４９４４号公報
【特許文献２】特開２０００−２０５１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、短翼の流路出口側端部近傍における水の流れに起因して、長翼の表面で発生するキャビテーションを抑止することができるフランシス水車のスプリッタ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】
【００１０】
本発明は、ランナ回転軸に連結されたクラウンと、クラウンに対向して配置されたバンドと、クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成するとともに、両側に圧力面と負圧面とを有する短翼と、を備え、短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、圧力面と負圧面とは非平行となっていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１１】
本発明は、短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、負圧面にテーパー部が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１２】
本発明は、短翼の流路出口側端部近傍の断面形状は、クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図に基づいて定められ、この短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の圧力面とが成す角をθ１とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の負圧面のテーパー部とが成す角をθ２とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ１＋θ２））の関係が成立することを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１３】
本発明は、短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、圧力面にテーパー部が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１４】
本発明は、短翼の流路出口側端部近傍の断面形状は、クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図に基づいて定められ、この短翼の流路出口側端部近傍の断面形状において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の圧力面のテーパー部とが成す角をθ３とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼の負圧面とが成す角をθ４とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向における長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ３＋θ４））の関係が成立することを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１５】
本発明は、ランナ回転軸に連結されたクラウンと、クラウンに対向して配置されたバンドと、クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成する短翼と、を備え、短翼の流路出口側端部の上下方向に沿って溝が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１６】
本発明は、ランナ回転軸に連結されたクラウンと、クラウンに対向して配置されたバンドと、クラウンとバンドとの間であってランナ回転軸の周りに配置された複数の長翼と、クラウンとバンドとの間であって各長翼間に配置され、隣接する長翼との間で水の流路を形成するとともに、両側に圧力面と負圧面とを有する短翼と、を備え、短翼の流路出口側端部の近傍に、圧力面と負圧面とを連通する貫通孔が設けられていることを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【００１７】
本発明は、クラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図において、ランナ回転軸を中心とし、短翼の流路出口側端部を通る円の短翼の流路出口側端部における接線と短翼のキャンバーラインとが成す角をθ５とし、前記円の短翼の流路出口側端部における接線と前記貫通孔の中心軸とが成す角をθ６とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径方向における長さをＬ１とし、短翼の流路出口側端部とこの短翼の圧力面側に隣接する長翼の流路出口側端部との間の前記円の半径に直交する方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ５＋θ６））の関係が成立することを特徴とするフランシス水車のスプリッタランナである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、短翼の流路出口側端部近傍における水の流れに起因して、長翼の表面で発生するキャビテーションを抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態に係るフランシス水車のスプリッタランナについて、図１、図２、図３、および図８を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。すなわち図１は、スプリッタランナの子午面流路のクラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図であり、とりわけ水の流路出口付近を示すものである。また図２は、フランシス水車全体を示す概略縦断面図であり、図３は、フランシス水車のスプリッタランナの子午面流路に仮想分割線を描いたランナ断面図であり、図８は、比較例としての従来のスプリッタランナの長翼および短翼における圧力分布図である。
【００２０】
まず、図２によりフランシス水車全体の概略について説明する。
図２に示すように、フランシス水車２０は、発電機２１に主軸２２を介して連結されたスプリッタランナ２３を有している。またスプリッタランナ２３を囲繞するように、スプリッタランナ２３に連通するケーシング２４が設けられ、スプリッタランナ２３とケーシング２４との間にガイドベーン２６およびステーベーン２５がそれぞれ配置されている。さらに、スプリッタランナ２３の下部に、スプリッタランナ２３からの水を流出させる吸出し管３２が設けられている。
【００２１】
次に、図１および図２により本実施の形態によるフランシス水車のスプリッタランナの概略について説明する。
図２に示すように、スプリッタランナ２３は、主軸２２に連結されたランナ回転軸２９と、ランナ回転軸２９に連結されたクラウン２７と、クラウン２７に対向して配置されたバンド２８とを有している。またクラウン２７とバンド２８との間であってランナ回転軸２９の周りに複数の長翼３０が配置され、更にクラウン２７とバンド２８との間であって各長翼３０間にそれぞれ短翼３１が配置されている。
【００２２】
このうち短翼３１は、図１に示すように、隣接する長翼３０、３０との間で水３５ａ、３５ｂが流れる流路３３ａ、３３ｂをそれぞれ形成するとともに、両側に圧力面３１ａと負圧面３１ｂとを有している。同様に長翼３０も、両側に圧力面３０ａと負圧面３０ｂとを有している。
【００２３】
また、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、負圧面３１ｂにテーパー部３４が設けられている。これにより、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっている。なお、ここでいう短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状とは、クラウン２７からバンド２８にかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図（図３）に基づいて定められる。
【００２４】
また、この短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、ランナ回転軸２９を中心とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃを通る円を円Ｒとし、この円Ｒの短翼３１の流路出口側端部３１ｃにおける接線を接線Ｔとする。
【００２５】
また、接線Ｔと短翼３１の圧力面３１ａとが成す角をθ１とし、接線Ｔと短翼３１の負圧面３１ｂのテーパー部３４とが成す角をθ２とする。
【００２６】
また、短翼３１の流路出口側端部３１ｃと、この短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径方向長さをＬ１とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃと短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径に直交する方向の長さをＬ２とする。
【００２７】
この場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ１＋θ２））の関係が成立する。
【００２８】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１において、ケーシング２４からの水３５ａが流路３３ａに流入する。次に、この水３５ａは、流路３３ａ内を流れ、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍で隣接する流路３３ｂからの水３５ｂと合流する。
【００２９】
この場合、上述したように短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、負圧面３１ｂにテーパー部３４が設けられ、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっているので、流路出口側端部３１ｃ近傍におけるカルマン渦の発生を抑制することができる。また、短翼３１のテーパー部３４は上述した式を満たすような形状となっているので、短翼３１付近を流れる水３５ａ、３５ｂが、長翼３０の負圧面３０ｂに近づくことを抑制することができる。これにより、長翼３０の表面における圧力低下を緩和することができ、キャビテーションの発生を抑止することができる。
【００３０】
比較例
これに対して、図７に示す従来のスプリッタランナ１１は、短翼１３の流路出口側端部１３ｃ近傍の断面形状において、圧力面と負圧面とが略平行となっている。この場合、短翼１３の下流側でカルマン渦が発生し、水の圧力が低下する。この水の圧力が飽和蒸気圧以下になると水が気泡化する。また短翼１３の下流において、羽根後流の影響により水の圧力が低下する。これら圧力の低下した水の流れが短翼１３の下流で長翼１２に近づくと、長翼１２の表面の圧力低下を誘発する。
【００３１】
ところで、図８に示すように、一般に羽根面の圧力が最も小さくなるのは長翼出口の負圧面側である。この圧力が飽和蒸気圧以下になるとキャビテーションが発生する。したがって、従来のスプリッタランナは、長翼出口側の負圧面付近に短翼近傍から圧力の低い水が流れ込んだ場合、圧力低下の影響を大きく受ける。このため、場合によっては羽根面の圧力が飽和蒸気圧以下となり、キャビテーションが発生する。
【００３２】
これに対して、本実施の形態によれば、上述したように短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、負圧面３１ｂにテーパー部３４が設けられ、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっているので、長翼３０の表面における圧力低下を緩和することができ、キャビテーションの発生を抑止することができる。
【００３３】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係るフランシス水車のスプリッタランナについて図４を参照して説明する。
ここで、図４は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。すなわち図４は、スプリッタランナの子午面流路のクラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図であり、とりわけ水の流路出口付近を示すものである。図４に示す第２の実施の形態は、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａにテーパー部３６が設けられている点が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図４において、図１、図２、図３および図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
まず、図４により本実施の形態によるフランシス水車のスプリッタランナの概略について説明する。
図４に示すように、スプリッタランナ２３の短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａにテーパー部３６が設けられている。これにより、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっている。なお、ここでいう短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状とは、クラウン２７からバンド２８にかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図（前記図３参照）に基づいて定められる。
【００３５】
また、この短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、ランナ回転軸２９を中心とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃを通る円を円Ｒとし、この円Ｒの短翼３１の流路出口側端部３１ｃにおける接線を接線Ｔとする。
【００３６】
また、接線Ｔと短翼３１の圧力面３１ａのテーパー部３６とが成す角をθ３とし、接線Ｔと短翼３１の負圧面３１ｂとが成す角をθ４とする。
【００３７】
また、短翼３１の流路出口側端部３１ｃとこの短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径方向長さをＬ１とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃと短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径に直交する方向の長さをＬ２とする。
【００３８】
この場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ３＋θ４））の関係が成立する。
【００３９】
上述したように、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａにテーパー部３６が設けられ、これにより短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとは非平行となっているので、流路出口側端部３１ｃ近傍におけるカルマン渦の発生を抑制することができる。
【００４０】
ところで、一般に短翼の流路出口側端部においてテーパー形状部分を設けた場合、その形状によってはこのテーパー形状部分で水の圧力が低下する場合がある。このため、テーパー形状部分が水の圧力の低くなる箇所に設けられている場合、この部分にキャビテーションが発生するおそれがある。これに対して、本実施の形態において、テーパー部３６は短翼３１の圧力面３１ａに設けられている。したがって、仮にテーパー部３６で水の圧力が低下しても、その圧力は飽和蒸気圧まで低下することがない。したがって、テーパー部３６におけるキャビテーションの発生を確実に防止することができ、短翼３１においてキャビテーションが発生することにより、長翼３０においてキャビテーションが発生することを防止することができる。
【００４１】
また、短翼３１のテーパー部３６は上述した式を満たすような形状となっているので、短翼３１付近を流れる水３５ａ、３５ｂが長翼３０の負圧面３０ｂに近づくことを抑制することができる。これにより長翼３０の表面における圧力低下を緩和することができるため、キャビテーションの発生を抑止することができる。
【００４２】
第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態に係るフランシス水車のスプリッタランナについて図５を参照して説明する。
ここで、図５は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。すなわち図５は、スプリッタランナの子午面流路のクラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図であり、とりわけ水の流路出口付近を示すものである。図５に示す第３の実施の形態は、短翼３１の流路出口側端部３１ｃの上下方向に沿って溝３７が設けられている点が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図５において、図１、図２、図３および図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
まず、図５により本実施の形態によるフランシス水車のスプリッタランナの概略について説明する。
図５に示すように、流路出口側端部３１ｃのクラウンからバンドにかけて、スプリッタランナ２３の短翼３１の流路出口側端部３１ｃの上下方向に沿って溝３７が設けられている。
【００４４】
一般に、短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとが平行であると、流路出口側端部３１ｃの下流でカルマン渦が発生する。これに対して本実施の形態によれば、短翼３１の流路出口側端部３１ｃの上下方向に沿って溝３７が設けられているので、このカルマン渦の強さが抑制される。したがって、この溝３７により、短翼３１の流路出口側端部３１ｃの下流側におけるカルマン渦の発生が抑制され、これにより、長翼３０付近における圧力低下によるキャビテーションの発生を抑止することができる。
【００４５】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態に係るフランシス水車のスプリッタランナについて図６を参照して説明する。
ここで、図６は、本発明の第４の実施の形態を示す図である。すなわち図６は、スプリッタランナの子午面流路のクラウンからバンドにかけての流路が等断面積になるような複数の仮想分割線を考えた際のある分割線に沿う流路断面の展開図であり、とりわけ水の流路出口付近を示すものである。図６に示す第４の実施の形態は、短翼３１の流路出口側端部３１ｃの近傍に、圧力面３１ａ側と負圧面３１ｂ側とを貫通する貫通孔３８が設けられている点が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図６において、図１、図２、図３および図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
まず、図６により本実施の形態によるフランシス水車のスプリッタランナの概略について説明する。
図６に示すように、スプリッタランナ２３の短翼３１の流路出口側端部３１ｃの近傍に、圧力面３１ａと負圧面３１ｂとを連通する貫通孔３８が設けられている。貫通孔３８は、クラウン２７側からバンド２８側にかけて複数個設けられていることが好ましい。
【００４７】
また、図６に示す短翼３１の流路出口側端部３１ｃ近傍の断面形状において、ランナ回転軸２９を中心とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃを通る円を円Ｒとし、この円Ｒの短翼３１の流路出口側端部３１ｃにおける接線を接線Ｔとする。
【００４８】
また、接線Ｔと短翼３１のキャンバーラインＣＬとが成す角をθ５とし、接線Ｔと貫通孔３８の中心軸ＣＡとが成す角をθ６とする。
【００４９】
また、短翼３１の流路出口側端部３１ｃとこの短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径方向長さをＬ１とし、短翼３１の流路出口側端部３１ｃと短翼３１の圧力面３１ａ側に隣接する長翼３０の流路出口側端部３０ｃとの間の円Ｒの半径に直交する方向の長さをＬ２とする。
【００５０】
この場合、Ｌ１＜Ｌ２×ｔａｎ（０．５×（θ５＋θ６））の関係が成立する。
【００５１】
この場合、流路３３ｂを流れる水３５ｂの一部は、短翼３１の圧力面３１ａ側から負圧面３１ｂ側へ流れ、貫通孔３８内を通過する。すなわち水３５ｂの一部は、貫通孔３８に沿って接線Ｔに対して角度θ６で流路３３ａ側へ流出する。一方、貫通孔３８内を通らない水３５ｂは、短翼３１の圧力面３１ａに沿って、接線Ｔに対して角度θ５で流路３３ｂ内を流れる。同様に、水３５ａは、短翼３１の負圧面３１ｂに沿って、接線Ｔに対して角度θ５で流路３３ａ内を流れる。
【００５２】
この場合、短翼３１の流路出口側端部３１ｃの下流側で、この貫通孔３８内を通過する水３５ｂと流路３３ａを流れる水３５ａとが合流し、流れが合成された方向の速度成分を持つことになる。この場合、貫通孔３８の角度は上記式を満たすように設定されているので、短翼３１付近を流れる水３５ａ、３５ｂが長翼３０の負圧面３０ｂに近づくことを抑制することができる。これにより長翼３０の表面における圧力低下を緩和することができ、キャビテーションの発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明によるフランシス水車のスプリッタランナの第１の実施の形態を示す図。
【図２】フランシス水車の全体を示す縦断面図。
【図３】フランシス水車のスプリッタランナの子午面流路に仮想分割線を描いたランナ断面図。
【図４】本発明によるフランシス水車のスプリッタランナの第２の実施の形態を示す図。
【図５】本発明によるフランシス水車のスプリッタランナの第３の実施の形態を示す図。
【図６】本発明によるフランシス水車のスプリッタランナの第４の実施の形態を示す図。
【図７】従来のスプリッタランナを示す図。
【図８】比較例としての従来のスプリッタランナの長翼および短翼における圧力分布図。
【図９】従来のフランシス水車を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１      フランシス水車
２      発電機
３      主軸
４      ランナ
５      吸出し管
６      バンド
７      ケーシング
８      ステーベーン
９      ガイドベーン
１０    クラウン
１１    スプリッタランナ
１２    長翼
１３    短翼
１４    流路
１５    ランナ
２０    フランシス水車
２１    発電機
２２    主軸
２３    スプリッタランナ
２４    ケーシング
２５    ステーベーン
２６    ガイドベーン
２７    クラウン
２８    バンド
２９    ランナ回転軸
３０    長翼
３０ａ  圧力面
３０ｂ  負圧面
３０ｃ  流路出口側端部
３１    短翼
３１ａ  圧力面
３１ｂ  負圧面
３１ｃ  流路出口側端部
３２    吸出し管
３３ａ、３３ｂ    流路
３４    テーパー部
３５ａ、３５ｂ    水
３６    テーパー部
３７    溝
３８    貫通孔
【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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