特開 2022-158619 水力機械のランナおよび水力機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022158619

(43)【公開日】2022-10-17

(54)【発明の名称】水力機械のランナおよび水力機械

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/02 20060101AFI20221006BHJP

【ＦＩ】

F03B3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021063644

(22)【出願日】2021-04-02

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】橋立 忠之

(72)【発明者】

【氏名】榎本 保之

(72)【発明者】

【氏名】中薗 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】中村 高紀

【テーマコード（参考）】

3H072

【Ｆターム（参考）】

3H072AA07

3H072AA27

3H072BB31

3H072CC27

3H072CC42

(57)【要約】

【課題】円板摩擦損失を低減することができる水力機械のランナを提供する。
【解決手段】実施の形態による水力機械のランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向外側に向かって静止部材に近づくように階段状に形成されている。摩擦低減構造は、複数の段部を含んでいる。段部は、周方向に延びる壁面と、壁面よりも半径方向外側に位置するとともに静止部材に対向する対向面と、を含んでいる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであって、
回転軸線を有するランナ本体と、
前記隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、前記隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備え、
前記摩擦低減構造は、半径方向外側に向かって前記静止部材に近づくように階段状に形成され、
前記摩擦低減構造は、複数の段部を含み、
前記段部は、周方向に延びる壁面と、前記壁面よりも半径方向外側に位置するとともに前記静止部材に対向する対向面と、を含む、水力機械のランナ。

【請求項2】

水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであって、
回転軸線を有するランナ本体と、
前記隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、前記隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備え、
前記摩擦低減構造は、半径方向外側に向かって前記静止部材から遠ざかるように階段状に形成され、
前記摩擦低減構造は、複数の段部を含み、
前記段部は、周方向に延びる壁面と、前記壁面よりも半径方向内側に位置するとともに前記静止部材に対向する対向面と、を含む、水力機械のランナ。

【請求項3】

水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであって、
回転軸線を有するランナ本体と、
前記隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、前記隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備え、
前記摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含み、
前記凸部は、半径方向において互いに異なる位置に位置する一対の壁面であって、周方向に延びる一対の壁面と、一対の前記壁面に接続され、前記静止部材に対向する対向面と、を含む、水力機械のランナ。

【請求項4】

前記壁面は、前記回転軸線に平行である、請求項１～３のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。

【請求項5】

水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであって、
回転軸線を有するランナ本体と、
前記隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、前記隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備え、
前記摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含み、
前記凸部は、周方向に延びる第１面と、前記第１面よりも半径方向外側に位置し、前記第１面に接続された第２面であって、前記第１面に対して傾斜した第２面と、を含み、
前記回転軸線を含む断面で見たときに、前記第１面と前記回転軸線とがなす角度は、４５°以下であり、
一の前記凸部の前記第２面は、当該凸部に半径方向外側に隣り合う他の前記凸部の前記第１面に接続されている、水力機械のランナ。

【請求項6】

水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであって、
回転軸線を有するランナ本体と、
前記隙間を画定する前記ランナの外面に設けられ、前記隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備え、
前記摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含み、
前記凸部は、周方向に延びる第１面と、前記第１面よりも半径方向内側に位置し、前記第１面に接続された第２面であって、前記第１面に対して傾斜した第２面と、を含み、
前記回転軸線を含む断面で見たときに、前記第１面と前記回転軸線とがなす角度は、４５°以下であり、
一の前記凸部の前記第２面は、当該凸部に半径方向内側で隣り合う他の前記凸部の前記第１面に接続されている、水力機械のランナ。

【請求項7】

前記第１面は、前記回転軸線に平行である、請求項５または６に記載の水力機械のランナ。

【請求項8】

前記摩擦低減構造は、前記ランナの外周縁の半径方向位置を１００％で表したときに、４０％以上の領域に位置している、請求項１～７のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。

【請求項9】

前記摩擦低減構造は、前記ランナ本体に一体に形成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。

【請求項10】

前記摩擦低減構造は、前記ランナ本体と別部品で構成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の水力機械のランナを備えた、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、水力機械のランナおよび水力機械に関する。

【背景技術】

【0002】

フランシス水車などの水力機械のランナは、流入する作動水の流れを受けて回転するように構成されている。

【0003】

ランナの上方には、静止部材としての上カバーが設けられている。ランナのクラウンと上カバーとの間には、背圧室と称する円板状の隙間が形成されている。ランナに流入する作動水の流れの一部は背圧室に流入し、背圧室を通過した後に吸出し管に流入する。この背圧室を通過する作動水の流れと回転するランナとの間には円板摩擦が生じ、これにより、円板摩擦損失が問題となり得る。

【0004】

ランナの下方には、静止部材としての下カバーが設けられている。ランナのバンドと下カバーとの間には、側圧室と称する円板状の隙間が形成されている。ランナに流入する作動水の流れの一部は側圧室に流入し、側圧室を通過した後に吸出し管に流入する。この側圧室を通過する作動水の流れと回転するランナとの間には円板摩擦が生じ、これにより、円板摩擦損失が問題となり得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８－１２１３１６号公報

【特許文献2】特開平１１－３１１１７６号公報

【特許文献3】特開２００５－２３３１７０号公報

【特許文献4】特開２０１９－８５９６０号公報

【特許文献5】特許第６６８２４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

実施の形態は、円板摩擦損失を低減することができる水力機械のランナおよび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】

【0007】

実施の形態による水力機械のランナは、水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナであル。ランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定するランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向外側に向かって静止部材に近づくように階段状に形成されている。摩擦低減構造は、複数の段部を含んでいる。段部は、周方向に延びる壁面と、壁面よりも半径方向外側に位置するとともに静止部材に対向する対向面と、を含んでいる。

【0008】

また、実施の形態による水力機械のランナは、水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナである。ランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定するランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向外側に向かって静止部材から遠ざかるように階段状に形成されている。摩擦低減構造は、複数の段部を含んでいる。段部は、周方向に延びる壁面と、壁面よりも半径方向内側に位置するとともに静止部材に対向する対向面と、を含んでいる。

【0009】

また、実施の形態による水力機械のランナは、水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナである。ランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定するランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含んでいる。凸部は、半径方向において互いに異なる位置に位置する一対の壁面であって、周方向に延びる一対の壁面と、一対の壁面に接続され、静止部材に対向する対向面と、を含んでいる。

【0010】

また、実施の形態による水力機械のランナは、水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナである。ランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定するランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含んでいる。凸部は、周方向に延びる第１面と、第１面よりも半径方向外側に位置し、第１面に接続された第２面であって、第１面に対して傾斜した第２面と、を含んでいる。回転軸線を含む断面で見たときに、第１面と回転軸線とがなす角度は、４５°以下である。一の凸部の第２面は、この凸部に半径方向外側に隣り合う他の凸部の第１面に接続されている。

【0011】

また、実施の形態による水力機械のランナは、水力機械の静止部材との間に隙間を形成する水力機械のランナである。ランナは、回転軸線を有するランナ本体と、隙間を画定するランナの外面に設けられ、隙間に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための摩擦低減構造と、を備えている。摩擦低減構造は、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含んでいる。凸部は、周方向に延びる第１面と、第１面よりも半径方向内側に位置し、第１面に接続された第２面であって、第１面に対して傾斜した第２面と、を含んでいる。回転軸線を含む断面で見たときに、第１面と回転軸線とがなす角度は、４５°以下である。一の凸部の第２面は、この凸部に半径方向内側で隣り合う他の凸部の第１面に接続されている。

【0012】

また、実施の形態による水力機械は、上述したランナを備えている。

【発明の効果】

【0013】

実施の形態によれば、円板摩擦損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１の実施の形態における水力機械の子午面断面図である。

【図2】図２は、図１の背圧室を示す断面図である。

【図3】図３は、図１の側圧室を示す断面図である。

【図4】図４は、図２のランナのクラウンの外面における流れを説明するための図である。

【図5】図５は、図３のランナのバンドの外面における流れを説明するための図である。

【図6】図６は、第１の実施の形態におけるランナの半径方向における円板摩擦損失の分布を示すグラフである。

【図7】図７は、第２の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図8】図８は、第２の実施の形態における側圧室を示す断面図である。

【図9A】図９Ａは、図７に示す摩擦低減構造の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図9B】図９Ｂは、図８に示す摩擦低減構造の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図10A】図１０Ａは、図７に示す摩擦低減構造の他の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図10B】図１０Ｂは、図８に示す摩擦低減構造の他の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図11】図１１は、第３の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図12】図１２は、第３の実施の形態における側圧室を示す断面図である。

【図13A】図１３Ａは、図１１に示す摩擦低減構造の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図13B】図１３Ｂは、図１２に示す摩擦低減構造の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図14A】図１４Ａは、図１１に示す摩擦低減構造の他の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図14B】図１４Ｂは、図１２に示す摩擦低減構造の他の変形例を示す部分拡大断面図である。

【図15】図１５は、第４の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図16】図１６は、第４の実施の形態における側圧室を示す断面図である。

【図17】図１７は、第５の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図18】図１８は、第５の実施の形態における側圧室を示す断面図である。

【図19】図１９は、第６の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図20】図２０は、図１９に示す摩擦低減構造の変形例を示す断面図である。

【図21】図２１は、図１９における摩擦低減構造の他の変形例を示す断面図である。

【図22】図２２は、第８の実施の形態における背圧室を示す断面図である。

【図23】図２３は、図２２に示す摩擦低減構造の変形例を示す断面図である。

【図24】図２４は、図２２に示す摩擦低減構造の他の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0016】

図１～図３を用いて、本実施の形態における水力機械のランナおよび水力機械について説明する。ここでは、まず、図１を用いて水力機械の一例であるフランシス水車について説明する。

【0017】

図１に示すように、フランシス水車１は、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って作動水が流入する渦巻き状のケーシング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。

【0018】

ステーベーン３は、ケーシング２に流入した作動水をガイドベーン４およびランナ５に導くための部材である。ステーベーン３は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン３の間に作動水が流れる流路が形成されている。

【0019】

ガイドベーン４は、流入した作動水をランナ５に導くための部材である。ガイドベーン４は、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の間には、作動水が流れる流路が形成されている。各ガイドベーン４は、回動可能に構成されており、各ガイドベーン４が回動して開度を変えることにより、ランナ５に流入する作動水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機の発電量が調整可能になっている。

【0020】

ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成されている。ランナ５は、水車運転時にケーシング２から流入する作動水によって回転駆動される。すなわち、ランナ５は、ランナ５に流入する作動水の圧力エネルギを回転エネルギへと変換するための部材である。

【0021】

ランナ５は、後述する主軸６に連結されたクラウン５ａと、クラウン５ａの外周側に設けられたバンド５ｂと、クラウン５ａとバンド５ｂとの間に設けられた複数のランナ羽根５ｃと、を有している。このうちランナ羽根５ｃは、周方向に所定の間隔を開けて配置されている。ランナ羽根５ｃの間には、作動水が流れる流路が形成されている。

【0022】

ランナ５には、主軸６が連結されている。主軸６は、ランナ５とともに、上下方向に延びる回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成されている。主軸６は、回転軸線Ｘに沿って延びている。

【0023】

主軸６には、図示しない発電機が連結されている。この発電機は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。

【0024】

なお、発電機は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ５を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、吸出し管７を介して下池の作動水を吸い上げて上池に放出させることができ、フランシス水車１を、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能になる。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。

【0025】

ランナ５の水車運転時の下流側には、吸出し管７が設けられている。この吸出し管７は、図示しない下池または放水路に連結されており、ランナ５を回転駆動した作動水が、圧力を回復して、下池または放水路に放出されるようになっている。

【0026】

図１に示すように、ランナ５のクラウン５ａの上方に、静止部材としての上カバー８が設けられている。クラウン５ａと上カバー８との間に、背圧室９と称する円板状の隙間が形成されている。背圧室９には、発電運転時にガイドベーン４の流路を流れた作動水の一部が、漏れ流れとして流入する。より具体的には、図２に示すように、ガイドベーン４とランナ５との間に背圧室入口１０が形成されており、この背圧室入口１０から背圧室９に作動水が流入する。背圧室９に流入した作動水は、図１に示す背圧室シール部１１およびバランスホール１２を通過して、吸出し管７に流入する。

【0027】

図１に示すように、ランナ５のバンド５ｂの下方に、静止部材としての下カバー１３が設けられている。バンド５ｂと下カバー１３との間に、側圧室１４と称する円板状の隙間が形成されている。側圧室１４には、発電運転時にガイドベーン４の流路を流れた作動水の一部が、漏れ流れとして流入する。より具体的には、図３に示すように、ガイドベーン４とランナ５との間に側圧室入口１５が形成されており、この側圧室入口１５から側圧室１４に作動水が流入する。側圧室１４に流入した作動水は、図１に示す側圧室シール部１６を通過して、吸出し管７に流入する。

【0028】

次に、図２および図３を用いて、本実施の形態による水力機械のランナ（以下、単にランナ５と記す）について説明する。

【0029】

ランナ５は、上述した回転軸線Ｘを有するランナ本体５ｄと、ランナ本体５ｄに設けられた摩擦低減構造２０Ａ、２０Ｂと、を備えている。ランナ本体５ｄは、上述したクラウン５ａと、バンド５ｂと、ランナ羽根５ｃとを含むように構成されている。

【0030】

摩擦低減構造２０Ａは、図２に示すように、ランナ５のクラウン５ａと上カバー８との間の背圧室９に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造２０Ａは、背圧室９を画定するクラウン５ａの外面５ｅに設けられている。摩擦低減構造２０Ａは、半径方向外側に向かって上カバー８に近づくように階段状に形成されている。すなわち、摩擦低減構造２０Ａは、半径方向外側に向かって上方に向かうように階段状に形成されている。

【0031】

摩擦低減構造２０Ａは、複数の段部２１Ａを含んでいる。段部２１Ａは、周方向に延びる壁面２２Ａと、壁面２２Ａよりも半径方向外側に位置するとともに上カバー８に対向する対向面２３Ａと、を含んでいる。各段部２１Ａは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状（図４参照）に形成されている。各壁面２２Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。対向面２３Ａは、壁面２２Ａに接続されるとともに、壁面２２Ａに対して垂直になっている。

【0032】

図２に示すように、各段部２１Ａの壁面２２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。各段部２１Ａの対向面２３Ａは、回転軸線Ｘに垂直になっていてもよい。摩擦低減構造２０Ａを構成する段部２１Ａは、半径方向外側に向かって、上カバー８に近づくように位置づけられている。

【0033】

一の段部２１Ａの対向面２３Ａは、当該段部２１Ａに半径方向外側で隣り合う他の段部２１Ａの壁面２２Ａに接続されている。図２に示すように、左側の段部２１Ａの対向面２３Ａは、右側の段部２１Ａの壁面２２Ａに接続されている。図２においては、複数の段部２１Ａが、連続して形成されている。

【0034】

摩擦低減構造２０Ｂは、図３に示すように、ランナ５のバンド５ｂと下カバー１３との間の側圧室１４に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造２０Ｂは、側圧室１４を画定するバンド５ｂの外面５ｆに設けられている。摩擦低減構造２０Ｂは、半径方向外側に向かって下カバー１３に近づくように階段状に形成されている。

【0035】

摩擦低減構造２０Ｂは、複数の段部２１Ｂを含んでいる。段部２１Ｂは、周方向に延びる壁面２２Ｂと、壁面２２Ｂよりも半径方向外側に位置するとともに下カバー１３に対向する対向面２３Ｂと、を含んでいる。各段部２１Ｂは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状（図５参照）に形成されている。各壁面２２Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。対向面２３Ｂは、壁面２２Ｂに接続されるとともに、壁面２２Ｂに対して垂直になっている。

【0036】

図３に示すように、各段部２１Ｂの壁面２２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。しかしながら、各段部２１Ｂの壁面２２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。摩擦低減構造２０Ｂを構成する段部２１Ｂは、半径方向外側に向かって、下カバー１３に近づくように位置づけられている。

【0037】

一の段部２１Ｂの対向面２３Ｂは、当該段部２１Ｂに半径方向外側で隣り合う他の段部２１Ｂの壁面２２Ｂに接続されている。図３に示すように、左側の段部２１Ｂの対向面２３Ｂは、右側の段部２１Ｂの壁面２２Ｂに接続されている。図３においては、複数の段部２１Ｂが、連続して形成されている。

【0038】

図２に示すように、摩擦低減構造２０Ａは、ランナ本体５ｄのクラウン５ａに一体に形成されている。図３に示すように、摩擦低減構造２０Ｂは、ランナ本体５ｄのバンド５ｂに一体に形成されている。

【0039】

摩擦低減構造２０Ａは、ランナ５の外周縁の半径方向位置を１００％で表したときに、４０％以上の領域に位置していてもよい。回転軸線Ｘは、０％の位置になる。また、摩擦低減構造２０Ａは、背圧室シール部１１よりも半径方向外側の領域に位置していてもよい。

【0040】

同様に、摩擦低減構造２０Ｂは、ランナ５の外周縁の半径方向位置を１００％で表したときに、４０％以上の領域に位置していてもよい。摩擦低減構造２０Ｂは、側圧室シール部１６よりも半径方向外側の領域に位置していてもよい。

【0041】

次に、このような構成からなる本実施の形態において、水車運転時の作動水の流れについて説明する。

【0042】

水車運転時、ガイドベーン４の流路を流れた作動水が、ランナ５の流路に流入し、ランナ５が回転駆動される。このことにより、ランナ５は主軸６とともに、回転軸線Ｘを中心に回転する。ランナ５を回転駆動させた作動水は、ランナ５の流路から排出されて、吸出し管７に流入する。

【0043】

ガイドベーン４の流路を流れる作動水の一部は、背圧室入口１０を通過して背圧室９に流入する。背圧室９において、作動水は、主として、回転しながら半径方向内側（実線矢印で示す方向）に流れる。そして、作動水は、背圧室シール部１１およびバランスホール１２を通過して、吸出し管７に流入する。

【0044】

図２に示すように、背圧室９においてクラウン５ａの外面５ｅの近傍では、回転しながら半径方向外側（破線矢印で示す方向）に流れる。クラウン５ａとの摩擦による影響と、ランナ５の回転による影響とを受けるためである。このクラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、図４に示す速度ベクトルで表される。図４は、図２の摩擦低減構造２０Ａを上方から見た図であり、任意の地点Ｐ１における速度ベクトルを示している。

【0045】

図４に示すように、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、周方向速度成分Ｖｃ１と、半径方向速度成分Ｖｒ１と、を有している。周方向速度成分Ｖｃ１は、ランナ５の回転方向Ｃと同じ方向の速度成分となっている。半径方向速度成分Ｖｒ１は、半径方向外側を向く速度成分となっている。周方向速度成分Ｖｃ１と半径方向速度成分Ｖｒ１とを合成すると、作動水の流れの速度ベクトルＶ１が得られる。ランナ５の周方向速度をＵ１とすると、作動水の流れの速度Ｖ１とランナ５の周方向速度Ｕ１とがなす角度は、θ１で表される。

【0046】

水車運転時、ランナ５は高速で回転するため、背圧室９におけるクラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、クラウン５ａの外面５ｅとの摩擦による影響と、ランナ５の回転による影響とを受ける。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、ランナ５の周方向速度Ｕ１と同一方向の周方向速度成分Ｖｃ１を有する。また、作動水が周方向速度成分を有することにより遠心力の影響を受ける。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、半径方向速度成分Ｖｒ１を有する。このため、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水は、周方向速度成分Ｖｃ１と半径方向速度成分Ｖｒ１とで合成された速度ベクトルＶ１を有する。

【0047】

ランナ５の周方向速度Ｕ１と、作動水の周方向速度成分Ｖｃ１との差により、ランナ５と作動水との間に摩擦が生じる。周方向速度成分Ｖｃ１は、周方向速度Ｕ１よりも小さいため、ランナ５の回転に対して作動水の流れがブレーキとなって、円板摩擦損失が発生する。特に、半径方向速度成分Ｖｒ１が大きい場合、上述した角度θ１が大きくなる。これに伴い、周方向速度成分Ｖｃ１が小さくなり、周方向速度Ｕ１と周方向速度成分Ｖｃ１との差が大きくなる。この結果、円板摩擦損失が増大する。

【0048】

これに対して本実施の形態においては、クラウン５ａの外面５ｅに、階段状に形成された摩擦低減構造２０Ａが設けられている。摩擦低減構造２０Ａの各段部２１Ａが、周方向に延びる壁面２２Ａを含んでいる。このことにより、作動水の流れは、壁面２２Ａに衝突し、半径方向外側への流れが抑制されるとともに周方向に案内される。このため、半径方向速度成分Ｖｒ１が小さくなり、上述した角度θ１が小さくなる。この結果、周方向速度成分Ｖｃ１が大きくなり、周方向速度Ｕ１と周方向速度成分Ｖｃ１との差が小さくなる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0049】

また、ガイドベーン４の流路を流れる作動水の一部は、側圧室入口１５を通過して側圧室１４に流入する。側圧室１４において、作動水は、主として、回転しながら半径方向内側（実線矢印で示す方向）に流れる。そして、作動水は、側圧室シール部１６を通過して、吸出し管７に流入する。

【0050】

図３に示すように、側圧室１４においてバンド５ｂの外面５ｆの近傍では、回転しながら半径方向外側（破線矢印で示す方向）に流れる。バンド５ｂとの摩擦による影響と、ランナ５の回転による影響とを受けるためである。このバンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、図５に示す速度ベクトルで表される。図５は、図３の摩擦低減構造２０Ｂを下方から見た図であり、任意の地点Ｐ２における速度ベクトルを示している。

【0051】

図５に示すように、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、周方向速度成分Ｖｃ２と、半径方向速度成分Ｖｒ２と、を有している。周方向速度成分Ｖｃ２は、ランナ５の回転方向Ｃと同じ方向の速度成分となっている。半径方向速度成分Ｖｒ２は、半径方向外側を向く速度成分となっている。周方向速度成分Ｖｃ２と半径方向速度成分Ｖｒ２とを合成すると、作動水の流れの速度ベクトルＶ２が得られる。ランナ５の周方向速度成分をＵ２とすると、作動水の流れの速度Ｖ２とランナ５の周方向速度Ｕ２とがなす角度は、θ２で表される。

【0052】

水車運転時、ランナ５は高速で回転するため、側圧室１４におけるバンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、バンド５ｂの外面５ｆとの摩擦による影響と、ランナ５の回転による影響と、を受ける。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、ランナ５の周方向速度Ｕ２と同一方向の周方向速度成分Ｖｃ２を有する。また、作動水が周方向速度成分を有することにより遠心力の影響を受ける。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、半径方向速度成分Ｖｒ２を有する。このため、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水は、周方向速度成分Ｖｃ２と半径方向速度成分Ｖｒ２とで合成された速度ベクトルＶ２を有する。

【0053】

ランナ５の周方向速度Ｕ２と、作動水の周方向速度成分Ｖｃ２との差により、ランナ５と作動水との間に摩擦が生じる。周方向速度成分Ｖｃ２は、周方向速度Ｕ２よりも小さいため、ランナ５の回転に対して作動水の流れがブレーキとなって、円板摩擦損失が発生する。特に、半径方向速度成分Ｖｒ２が大きい場合、上述した角度θ２が大きくなる。これに伴い、周方向速度成分Ｖｃ２が小さくなり、周方向速度Ｕ２と周方向速度成分Ｖｃ２との差が大きくなる。この結果、円板摩擦損失が増大する。

【0054】

これに対して本実施の形態においては、バンド５ｂの外面５ｆに、階段状に形成された摩擦低減構造２０Ｂが設けられている。摩擦低減構造２０Ｂの各段部２１Ｂが、周方向に延びる壁面２２Ｂを含んでいる。このことにより、作動水の流れは、壁面２２Ｂに衝突し、半径方向外側への流れが抑制されるとともに周方向に案内される。このため、半径方向速度成分Ｖｒ２が小さくなり、上述した角度θ２が小さくなる。この結果、周方向速度成分Ｖｃ２が大きくなり、周方向速度Ｕ２と周方向速度成分Ｖｃ２との差が小さくなる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0055】

図６に、ランナ５の半径方向における円板摩擦損失の分布を示している。図６の横軸は、半径方向位置を示し、縦軸は、円板摩擦損失を示している。図６における破線は、摩擦低減構造２０Ａ、２０Ｂが設けられていない一般的なフランシス水車のランナにおける円板摩擦損失の分布を示している。図６における実線は、摩擦低減構造２０Ａ、２０Ｂが設けられた本実施の形態によるランナ５における円板摩擦損失の分布を示している。

【0056】

図６に示すように、本実施の形態によるランナ５の円板摩擦損失が、一般的なランナの円板摩擦損失よりも低減されていることがわかる。上述したように、クラウン５ａまたはバンド５ｂの外面の近傍における作動水の流れの周方向速度成分Ｖｃ１、Ｖｃ２が大きくなり、ランナ５の周方向速度Ｕ１、Ｕ２との差が低減されたためと考えられる。

【0057】

なお、ランナ５の周方向速度Ｕ１および作動水の流れの周方向速度成分Ｖｃ１、Ｖｃ２は、ランナ５の外周縁に近いほど大きくなる。このことにより、円板摩擦損失も、半径方向外側に向かって大きくなる。図６に示されているように、半径方向位置が４０％から、半径方向外側に向かって円板摩擦損失が増大しているが、４０％の半径方向位置から半径方向内側では、円板摩擦損失はほぼ発生していない。このため、半径方向位置が４０％以上となる領域に、摩擦低減構造２０Ａ、２０Ｂを設けるようにしてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、摩擦低減構造２０Ａ、２０Ｂは、半径方向位置が４０％未満の領域に位置していてもよい。

【0058】

このように本実施の形態によれば、背圧室９を画定するランナ本体５ｄのクラウン５ａの外面５ｅに、半径方向外側に向かって上カバー８に近づくように階段状に形成された摩擦低減構造２０Ａが設けられている。摩擦低減構造２０Ａは、複数の段部２１Ａを含み、段部２１Ａは、周方向に延びる壁面２２Ａと、壁面２２Ａよりも半径方向外側に位置するとともに上カバー８に対向する対向面２３Ａと、を含んでいる。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、壁面２２Ａに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0059】

また、本実施の形態によれば、側圧室１４を画定するランナ本体５ｄのバンド５ｂの外面５ｆに、半径方向外側に向かって下カバー１３に近づくように階段状に形成された摩擦低減構造２０Ｂが設けられている。摩擦低減構造２０Ｂは、複数の段部２１Ｂを含み、段部２１Ｂは、周方向に延びる壁面２２Ｂと、壁面２２Ｂよりも半径方向外側に位置するとともに下カバー１３に対向する対向面２３Ｂと、を含んでいる。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、壁面２２Ｂに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0060】

また、本実施の形態によれば、段部２１Ａの壁面２２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、効果的に抑制できるとともに周方向に効果的に案内することができる。このため、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差をより一層小さくすることができ、円板摩擦損失をより一層低減することができる。

【0061】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造２０Ａの段部２１Ａの壁面２２Ａが、回転軸線Ｘに平行になっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、壁面２２Ａは、半径方向外側への流れを抑制できるとともに周方向に案内することができれば、壁面２２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。例えば、回転軸線Ｘを含む断面（子午面断面）で見たときに、壁面２２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。

【0062】

（第２の実施の形態）
次に、図７～図１０を用いて、第２の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0063】

図７～図１０に示す第２の実施の形態においては、摩擦低減構造が、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含み、凸部は、第１面と、第１面よりも半径方向外側に位置する第２面と、を含み、回転軸線を含む断面で見たときに、第１面と回転軸線とがなす角度が、４５°以下である、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７～図１０において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0064】

図７および図８に示すように、本実施の形態においては、ランナ５のランナ本体５ｄに、摩擦低減構造３０Ａ、３０Ｂが設けられている。

【0065】

図７に示すように、摩擦低減構造３０Ａは、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと同様に、ランナ５のクラウン５ａと上カバー８との間の背圧室９に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造３０Ａは、背圧室９を画定するクラウン５ａの外面５ｅに設けられている。

【0066】

図７に示すように、摩擦低減構造３０Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部３１Ａを含んでいる。凸部３１Ａは、周方向に延びる第１面３２Ａと、第１面３２Ａよりも半径方向外側に位置する第２面３３Ａと、を含んでいる。各凸部３１Ａは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。各第１面３２Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0067】

回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面３２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度α（図９Ａ、図１０Ａ参照）は、４５°以下になっている。本実施の形態においては、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ａの第１面３２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αが、０°となっている。図７に示すように、各凸部３１Ａの第１面３２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっている。

【0068】

各凸部３１Ａの第２面３３Ａは、第１面３２Ａに接続されるとともに、第１面３２Ａに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第２面３３Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜している。図７に示す例では、凸部３１Ａの先端（第１面３２Ａと第２面３３Ａとの接続点）は、回転軸線Ｘに沿う方向において、クラウン５ａの外面５ｅと同じ位置に位置していてもよい。

【0069】

一の凸部３１Ａの第２面３３Ａは、当該凸部３１Ａに半径方向外側で隣り合う他の凸部３１Ａの第１面３２Ａに接続されている。図７に示すように、左側の凸部３１Ａの第２面３３Ａは、右側の凸部３１Ａの第１面３２Ａに接続されている。図７においては、複数の凸部３１Ａが、連続して形成されている。半径方向において互いに隣り合う凸部３１Ａの間には、凹部３４Ａが形成されている。凹部３４Ａは、一の凸部３１Ａの第２面３３Ａと、当該凸部３１Ａに半径方向外側で隣り合う他の凸部３１Ａの第１面３２Ａとにより画定されている。

【0070】

図８に示すように、摩擦低減構造３０Ｂは、図３に示す摩擦低減構造２０Ｂと同様に、ランナ５のバンド５ｂと下カバー１３との間の側圧室１４に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造３０Ｂは、側圧室１４を画定するバンド５ｂの外面５ｆに設けられている。

【0071】

図８に示すように、摩擦低減構造３０Ｂは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部３１Ｂを含んでいる。凸部３１Ｂは、周方向に延びる第１面３２Ｂと、第１面３２Ｂよりも半径方向外側に位置する第２面３３Ｂと、を含んでいる。各凸部３１Ｂ、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。各第１面３２Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0072】

回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度β（図９Ｂ、図１０Ｂ参照）は、４５°以下になっている。本実施の形態においては、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ｂの第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βが、０°となっている。図８に示すように、各凸部３１Ｂの第１面３２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっている。

【0073】

各凸部３１Ｂの第２面３３Ｂは、第１面３２Ｂに接続されるとともに、第１面３２Ｂに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第２面３３Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜している。図８に示す例では、凸部３１Ｂの先端（第１面３２Ｂと第２面３３Ｂとの接続点）は、バンド５ｂの外面５ｆの延長上に位置していてもよい。

【0074】

一の凸部３１Ｂの第２面３３Ｂは、当該凸部３１Ｂに半径方向外側で隣り合う他の凸部３１Ｂの第１面３２Ｂに接続されている。図８に示すように、左側の凸部３１Ｂの第２面３３Ｂは、右側の凸部３１Ｂの第１面３２Ｂに接続されている。図８においては、複数の凸部３１Ｂが、連続して形成されている。半径方向において互いに隣り合う凸部３１Ｂの間には、凹部３４Ｂが形成されている。凹部３４Ｂは、一の凸部３１Ｂの第２面３３Ｂと、当該凸部３１Ｂに半径方向外側で隣り合う他の凸部３１Ｂの第１面３２Ｂとにより画定されている。

【0075】

このように本実施の形態によれば、背圧室９を画定するランナ本体５ｄのクラウン５ａの外面５ｅに摩擦低減構造３０Ａが設けられている。摩擦低減構造３０Ａは、複数の凸部３１Ａを含み、凸部３１Ａは、周方向に延びる第１面３２Ａと、第１面３２Ａよりも半径方向外側に位置する第２面３３Ａと、を含んでいる。第２面３３Ａは、第１面３２Ａに接続されており、第１面３２Ａに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面３２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、第１面３２Ａに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0076】

また、本実施の形態によれば、側圧室１４を画定するランナ本体５ｄのバンド５ｂの外面５ｆに摩擦低減構造３０Ｂが設けられている。摩擦低減構造３０Ｂは、複数の凸部３１Ｂを含み、凸部３１Ｂは、周方向に延びる第１面３２Ｂと、第１面３２Ｂよりも半径方向外側に位置する第２面３３Ｂと、を含んでいる。第２面３３Ｂは、第１面３２Ｂに接続されており、第１面３２Ｂに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、第１面３２Ｂに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0077】

また、本実施の形態によれば、凸部３１Ａ、３１Ｂの第１面３２Ａ、３２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、効果的に抑制できるとともに周方向に効果的に案内することができる。また、バンド５ｂの外面５ｆの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、効果的に抑制できるとともに周方向に効果的に案内することができる。このため、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差をより一層小さくすることができ、円板摩擦損失をより一層低減することができる。

【0078】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造３０Ａ、３０Ｂの凸部３１Ａ、３１Ｂの第１面３２Ａ、３２Ｂが、回転軸線Ｘに平行になっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、第１面３２Ａ、３２Ｂは、半径方向外側への流れを抑制できるとともに周方向に案内することができれば、第１面３２Ａ、３２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。

【0079】

例えば、図９Ａに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ａの第１面３２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面３２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。図９Ａに示す例では、第１面３２Ａは、ランナ本体５ｄの側に位置する第１端３２Ａａと、ランナ本体５ｄとは反対側に位置する第２端３２Ａｂと、を含んでいる。第２端３２Ａｂは、第１端３２Ａａよりも半径方向内側に位置している。この場合、凸部３１Ａは、上方に向かうとともに半径方向内側に向かって凸となる。

【0080】

例えば、図９Ｂに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ｂの第１面３２Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。図９Ｂに示す例では、第１面３２Ｂは、ランナ本体５ｄの側に位置する第１端３２Ｂａと、ランナ本体５ｄとは反対側に位置する第２端３２Ｂｂと、を含んでいる。第２端３２Ｂｂは、第１端３２Ｂａよりも半径方向内側に位置している。この場合、凸部３１Ｂは、上方に向かうとともに半径方向内側に向かって凸となる。

【0081】

また、例えば、図１０Ａに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ａの第１面３２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面３２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。図１０Ａに示す例では、第１面３２Ａの第２端３２Ａｂは、第１端３２Ａａよりも半径方向外側に位置している。

【0082】

また、例えば、図１０Ｂに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部３１Ｂの第１面３２Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。図１０Ｂに示す例では、第１面３２Ｂの第２端３２Ｂｂは、第１端３２Ｂａよりも半径方向外側に位置している。

【0083】

（第３の実施の形態）
次に、図１１～図１４を用いて、第３の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0084】

図１１～図１４に示す第３の実施の形態においては、摩擦低減構造が、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部を含み、凸部は、第１面と、第１面よりも半径方向内側に位置する第２面と、を含み、回転軸線を含む断面で見たときに、第１面と回転軸線とがなす角度が、４５°以下である、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７～図１０において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0085】

図１１および図１２に示すように、本実施の形態においては、ランナ５のランナ本体５ｄに、摩擦低減構造４０Ａ、４０Ｂが設けられている。

【0086】

図１１に示すように、摩擦低減構造４０Ａは、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと同様に、ランナ５のクラウン５ａと上カバー８との間の背圧室９に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造４０Ａは、背圧室９を画定するクラウン５ａの外面５ｅに設けられている。

【0087】

図１１に示すように、摩擦低減構造４０Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部４１Ａを含んでいる。凸部４１Ａは、周方向に延びる第１面４２Ａと、第１面４２Ａよりも半径方向内側に位置する第２面４３Ａと、を含んでいる。各凸部４１Ａは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。各第１面４２Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0088】

回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面４２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度α（図１３Ａ、図１４Ａ参照）は、４５°以下になっている。本実施の形態においては、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ａの第１面４２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αが、０°となっている。図１１に示すように、各凸部４１Ａの第１面４２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっている。

【0089】

各凸部４１Ａの第２面４３Ａは、第１面４２Ａに接続されるとともに、第１面４２Ａに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第２面４３Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜している。図１１に示す例では、凸部４１Ａの先端（第１面４２Ａと第２面４３Ａとの接続点）は、クラウン５ａの外面５ｅよりも上カバー８の側に位置していてもよい。

【0090】

一の凸部４１Ａの第２面４３Ａは、当該凸部４１Ａに半径方向内側で隣り合う他の凸部４１Ａの第１面４２Ａに接続されている。図１１に示すように、右側の凸部４１Ａの第２面４３Ａは、左側の凸部４１Ａの第１面４２Ａに接続されている。図１１においては、複数の凸部４１Ａが、連続して形成されている。半径方向において互いに隣り合う凸部４１Ａの間には、凹部４４Ａが形成されている。凹部４４Ａは、一の凸部４１Ａの第２面４３Ａと、当該凸部４１Ａに半径方向内側で隣り合う他の凸部４１Ａの第１面４２Ａとにより画定されている。

【0091】

図１２に示すように、摩擦低減構造４０Ｂは、図３に示す摩擦低減構造２０Ｂと同様に、ランナ５のバンド５ｂと下カバー１３との間の側圧室１４に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造４０Ｂは、側圧室１４を画定するバンド５ｂの外面５ｆに設けられている。

【0092】

図１２に示すように、摩擦低減構造４０Ｂは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部４１Ｂを含んでいる。凸部４１Ｂは、周方向に延びる第１面４２Ｂと、第１面４２Ｂよりも半径方向内側に位置する第２面４３Ｂと、を含んでいる。各凸部４１Ｂは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。各第１面４２Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0093】

回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面４２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度β（図１３Ｂ、図１４Ｂ参照）は、４５°以下になっている。本実施の形態においては、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ｂの第１面４２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βが、０°となっている。図１２に示すように、各凸部４１Ｂの第１面４２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっている。

【0094】

各凸部４１Ｂの第２面４３Ｂは、第１面４２Ｂに接続されるとともに、第１面４２Ｂに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第２面４３Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜している。図１２に示す例では、凸部４１Ｂの先端（第１面４２Ｂと第２面４３Ｂとの接続点）は、下カバー１３の側に位置していてもよい。

【0095】

一の凸部４１Ｂの第２面４３Ｂは、当該凸部４１Ｂに半径方向内側で隣り合う他の凸部４１Ｂの第１面４２Ｂに接続されている。図１２に示すように、右側の凸部４１Ｂの第２面４３Ｂは、左側の凸部４１Ｂの第１面４２Ｂに接続されている。図１２においては、複数の凸部４１Ｂが、連続して形成されている。互いに隣り合う凸部４１Ｂの間には、凹部４４Ｂが形成されている。凹部４４Ｂは、一の凸部４１Ｂの第２面４３Ｂと、当該凸部４１Ｂに半径方向内側で隣り合う他の凸部４１Ｂの第１面４２Ｂとにより画定されている。

【0096】

このように本実施の形態によれば、背圧室９を画定するランナ本体５ｄのクラウン５ａの外面５ｅに摩擦低減構造４０Ａが設けられている。摩擦低減構造４０Ａは、複数の凸部４１Ａを含み、凸部４１Ａは、周方向に延びる第１面４２Ａと、第１面３２Ａよりも半径方向内側に位置する第２面４３Ａと、を含んでいる。第２面４３Ａは、第１面４２Ａに接続されており、第１面４２Ａに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面４２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、第２面４３Ａを通過した後に第１面４２Ａから剥離することができ、半径方向速度成分を低減することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0097】

また、本実施の形態によれば、側圧室１４を画定するランナ本体５ｄのバンド５ｂの外面５ｆに摩擦低減構造３０Ｂが設けられている。摩擦低減構造３０Ｂは、複数の凸部３１Ｂを含み、凸部３１Ｂは、周方向に延びる第１面３２Ｂと、第１面３２Ｂよりも半径方向外側に位置する第２面３３Ｂと、を含んでいる。第２面３３Ｂは、第１面３２Ｂに接続されており、第１面３２Ｂに対して傾斜している。回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、第１面３２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、第２面４３Ｂを通過した後に第１面４２Ｂから剥離することができ、半径方向速度成分を低減することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0098】

また、本実施の形態によれば、凸部４１Ａ、４１Ｂの第１面４２Ａ、４２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、第１面４２Ａから効果的に剥離でき、その流れの半径方向速度成分を低減することができる。また、バンド５ｂの外面５ｆの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、第１面４２Ｂから効果的に剥離でき、その流れの半径方向速度成分を低減することができる。このため、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差をより一層小さくすることができ、円板摩擦損失をより一層低減することができる。

【0099】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造４０Ａ、４０Ｂの凸部４１Ａ、４１Ｂの第１面４２Ａ、４２Ｂが、回転軸線Ｘに平行になっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、第１面４２Ａ、４２Ｂは、作動水の流れを剥離することができれば、第１面４２Ａ、４２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。

【0100】

例えば、図１３Ａに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ａの第１面４２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面４２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。図１３Ａに示す例では、第１面４２Ａは、ランナ本体５ｄの側に位置する第１端４２Ａａと、ランナ本体５ｄとは反対側に位置する第２端４２Ａｂと、を含んでいる。第２端４２Ａｂは、第１端４２Ａａよりも半径方向外側に位置している。この場合、凸部４１Ａは、上方に向かうとともに半径方向外側に向かって凸となる。

【0101】

例えば、図１３Ｂに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ｂの第１面４２Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面４２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。図１３Ｂに示す例では、第１面４２Ｂは、ランナ本体５ｄの側に位置する第１端４２Ｂａと、ランナ本体５ｄとは反対側に位置する第２端４２Ｂｂと、を含んでいる。第２端４２Ｂｂは、第１端４２Ｂａよりも半径方向外側に位置している。この場合、凸部４１Ｂは、上方に向かうとともに半径方向外側に向かって凸となる。

【0102】

また、例えば、図１４Ａに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ａの第１面４２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面４２Ａと回転軸線Ｘとがなす角度αは、４５°以下になっている。図１４Ａに示す例では、第１面４２Ａの第２端４２Ａｂは、第１端４２Ａａよりも半径方向内側に位置している。

【0103】

また、例えば、図１４Ｂに示すように、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、凸部４１Ｂの第１面４２Ｂが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。第１面４２Ｂと回転軸線Ｘとがなす角度βは、４５°以下になっている。図１４Ｂに示す例では、第１面４２Ｂの第２端４２Ｂｂは、第１端４２Ｂａよりも半径方向内側に位置している。

【0104】

（第４の実施の形態）
次に、図１５および図１６を用いて、第４の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0105】

図１５および図１６に示す第４の実施の形態においては、摩擦低減構造が、半径方向外側に向かって静止部材から遠ざかるように階段状に形成されている、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１５および図１６において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0106】

図１５および図１６に示すように、本実施の形態においては、ランナ５のランナ本体５ｄに、摩擦低減構造５０Ａ、５０Ｂが設けられている。

【0107】

図１５に示すように、摩擦低減構造５０Ａは、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと同様に、ランナ５のクラウン５ａと上カバー８との間の背圧室９に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造５０Ａは、背圧室９を画定するクラウン５ａの外面５ｅに設けられている。

【0108】

図１５に示すように、摩擦低減構造５０Ａは、半径方向外側に向かって上カバー８から遠ざかるように階段状に形成されている。すなわち、摩擦低減構造５０Ａは、半径方向外側に向かって下方に向かうように階段状に形成されている。

【0109】

摩擦低減構造５０Ａは、複数の段部５１Ａを含んでいる。段部５１Ａは、周方向に延びる壁面５２Ａと、壁面５２Ａよりも半径方向内側に位置するとともに上カバー８に対向する対向面５３Ａと、を含んでいる。各段部５１Ａは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心にして同芯状に形成されている。各壁面５２Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。対向面５３Ａは、壁面５２Ａに接続されるとともに、壁面５２Ａに対して垂直になっている。

【0110】

図１５に示すように、壁面５２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。壁面５２Ａおよび対向面５３Ａは、図２に示す壁面２２Ａおよび対向面２３Ａと同様に構成することができるため、詳細な説明は省略する。摩擦低減構造５０Ａを構成する段部５１Ａは、半径方向外側に向かって、上カバー８から遠ざかるように位置づけられている。

【0111】

一の段部５１Ａの対向面５３Ａは、当該段部５１Ａに半径方向内側で隣り合う他の段部５１Ａの壁面５２Ａに接続されている。図１５に示すように、右側の段部５１Ａの対向面５３Ａは、左側の段部５１Ａの壁面５２Ａに接続されている。図１５においては、複数の段部５１Ａが、連続して形成されている。

【0112】

図１６に示すように、摩擦低減構造５０Ｂは、図３に示す摩擦低減構造２０Ｂと同様に、ランナ５のバンド５ｂと下カバー１３との間の側圧室１４に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造５０Ｂは、側圧室１４を画定するバンド５ｂの外面５ｆに設けられている。

【0113】

図１６に示すように、摩擦低減構造５０Ｂは、半径方向外側に向かって下カバー１３から遠ざかるように階段状に形成されている。

【0114】

摩擦低減構造５０Ｂは、複数の段部５１Ｂを含んでいる。段部５１Ｂは、周方向に延びる壁面５２Ｂと、壁面５２Ｂよりも半径方向内側に位置するとともに下カバー１３に対向する対向面５３Ｂと、を含んでいる。各段部５１Ｂは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心にして同芯状に形成されている。各壁面５２Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。対向面５３Ｂは、壁面５２Ｂに接続されるとともに、壁面５２Ｂに対して垂直になっている。

【0115】

図１６に示すように、各段部５１Ｂの壁面５２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。しかしながら、各段部５１Ｂの壁面５２Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。壁面５２Ｂおよび対向面５３Ｂは、図３に示す壁面２２Ｂおよび対向面２３Ｂと同様に構成することができるため、詳細な説明は省略する。摩擦低減構造５０Ｂを構成する段部５１Ｂは、半径方向外側に向かって、下カバー１３から遠ざかるように位置づけられている。

【0116】

一の段部５１Ｂの対向面５３Ｂは、当該段部５１Ｂに半径方向内側で隣り合う他の段部５１Ｂの壁面５２Ｂに接続されている。図１６に示すように、右側の段部５１Ｂの対向面５３Ｂは、左側の段部５１Ｂの壁面５２Ｂに接続されている。図１６においては、複数の段部５１Ｂが、連続して形成されている。

【0117】

このように本実施の形態によれば、背圧室９を画定するランナ本体５ｄのクラウン５ａの外面５ｅに、半径方向外側に向かって上カバー８から遠ざかるように階段状に形成された摩擦低減構造５０Ａが設けられている。摩擦低減構造５０Ａは、複数の段部５１Ａを含み、段部５１Ａは、周方向に延びる壁面５２Ａと、壁面５２Ａよりも半径方向内側に位置するとともに上カバー８に対向する対向面５３Ａと、を含んでいる。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、対向面５３Ａを通過した後に壁面５２Ａから剥離することができ、半径方向速度成分を低減することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0118】

また、本実施の形態によれば、側圧室１４を画定するランナ本体５ｄのバンド５ｂの外面５ｆに、半径方向外側に向かって下カバー１３から遠ざかるように階段状に形成された摩擦低減構造５０Ｂが設けられている。摩擦低減構造５０Ｂは、複数の段部５１Ｂを含み、段部５１Ｂは、周方向に延びる壁面５２Ｂと、壁面５２Ｂよりも半径方向内側に位置するとともに下カバー１３に対向する対向面５３Ｂと、を含んでいる。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、対向面５３Ｂを通過した後に壁面５２Ｂから剥離することができ、半径方向速度成分を低減することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0119】

また、本実施の形態によれば、段部５１Ａの壁面５２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、対向面５３Ａから効果的に剥離でき、その流れの半径方向速度成分を低減することができる。このため、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差をより一層小さくすることができ、円板摩擦損失をより一層低減することができる。

【0120】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造５０Ａの段部５１Ａの壁面５２Ａが、回転軸線Ｘに平行になっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、壁面５２Ａは、半径方向外側への流れを抑制できるとともに周方向に案内することができれば、壁面５２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。例えば、回転軸線Ｘを含む断面（子午面断面）で見たときに、壁面５２Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。

【0121】

（第５の実施の形態）
次に、図１７および図１８を用いて、第５の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0122】

図１７および図１８に示す第５の実施の形態においては、摩擦低減構造の凸部が、半径方向において互いに異なる位置に位置する一対の第１面であって、周方向に延びる一対の第１面と、一対の前記第１面に接続され、静止部材に対向する第２面と、を含む、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１７および図１８において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0123】

図１７および図１８に示すように、本実施の形態においては、ランナ５のランナ本体５ｄに、摩擦低減構造６０Ａ、６０Ｂが設けられている。

【0124】

図１７に示すように、摩擦低減構造６０Ａは、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと同様に、ランナ５のクラウン５ａと上カバー８との間の背圧室９に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造６０Ａは、背圧室９を画定するクラウン５ａの外面５ｅに設けられている。

【0125】

図１７に示すように、摩擦低減構造６０Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部６１Ａを含んでいる。凸部６１Ａは、一対の壁面６２Ａ、６３Ａと、対向面６４Ａと、を含んでいる。一対の壁面６２Ａ、６３Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置しており、周方向に延びている。

【0126】

各凸部６１Ａは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。壁面６２Ａが、半径方向内側に位置し、壁面６３Ａが、半径方向外側に位置している。各凸部６１Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。各壁面６２Ａ、６３Ａは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0127】

図１７に示すように、各凸部６１Ａの壁面６２Ａ、６３Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。各凸部６１Ａの対向面６４Ａは、回転軸線Ｘに垂直になっていてもよい。

【0128】

対向面６４Ａは、一対の壁面６２Ａ、６３Ａに接続され、上カバー８に対向している。対向面６４Ａは、壁面６２Ａと壁面６３Ａの間に位置している。図１７に示す例では、凸部６１Ａの対向面６４Ａは、回転軸線Ｘに沿う方向において、クラウン５ａの外面５ｅと同じ位置に位置している。対向面６４Ａは、壁面６２Ａ、６３Ａに対してそれぞれ垂直になっている。

【0129】

互いに隣り合う凸部６１Ａの間に、凹部６５Ａが形成されている。凹部６５Ａは、一の凸部６１Ａの壁面６３Ａと、当該凸部６１Ａに半径方向外側で隣り合う他の凸部６１Ａの壁面６２Ａと、凹面６６Ａとにより画定されている。凹面６６Ａは、一の凸部６１Ａの壁面６３Ａと、当該凸部６１Ａに半径方向外側で隣り合う他の凸部６１Ａの壁面６２Ａに接続されている。

【0130】

凸部６１Ａと凹部６５Ａは、互いに交互に形成されている。凸部６１Ａと凹部６５Ａとの組み合わせは、連続して形成されている。

【0131】

図１８に示すように、摩擦低減構造６０Ｂは、図３に示す摩擦低減構造２０Ｂと同様に、ランナ５のバンド５ｂと下カバー１３との間の側圧室１４に形成される作動水の流れによって生じる円板摩擦を低減するための構造である。摩擦低減構造６０Ｂは、側圧室１４を画定するバンド５ｂの外面５ｆに設けられている。

【0132】

図１８に示すように、摩擦低減構造６０Ｂは、半径方向において互いに異なる位置に位置する複数の凸部６１Ｂを含んでいる。凸部６１Ｂは、一対の壁面６２Ｂ、６３Ｂと、対向面６４Ｂと、を含んでいる。一対の壁面６２Ｂ、６３Ｂは、半径方向において互いに異なる位置に位置しており、周方向に延びている。

【0133】

各凸部６１Ｂは、全周に延びており、回転軸線Ｘを中心として同芯状に形成されている。壁面６２Ｂが、半径方向内側に位置し、壁面６３Ｂが、半径方向外側に位置している。各凸部６１Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。各壁面６２Ｂ、６３Ｂは、半径方向に等間隔に配置されていてもよい。

【0134】

図１８に示すように、各凸部６１Ｂの壁面６２Ｂ、６３Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。しかしながら、各凸部６１Ｂの壁面６２Ｂ、６３Ｂは、回転軸線Ｘに平行になっていてもよい。

【0135】

対向面６４Ｂは、一対の壁面６２Ｂ、６３Ｂに接続され、下カバー１３に対向している。対向面６４Ｂは、壁面６２Ｂと壁面６３Ｂの間に位置している。対向面６４Ｂの一端が、壁面６２Ｂに接続され、他端が、壁面６３Ｂに接続されている。対向面６４Ｂは、壁面６２Ｂ、６３Ｂに対してそれぞれ垂直になっている。図１８に示す例では、凸部６１Ｂの対向面６４Ｂは、バンド５ｂの外面５ｆの延長上に位置していてもよい。

【0136】

互いに隣り合う凸部６１Ｂの間に、凹部６５Ｂが形成されている。凹部６５Ｂは、一の凸部６１Ｂの壁面６３Ｂと、当該凸部６１Ｂに半径方向外側で隣り合う他の凸部６１Ｂの壁面６２Ｂと、凹面６６Ｂとにより画定されている。凹面６６Ｂは、一の凸部６１Ｂの壁面６３Ｂと、当該凸部６１Ｂに半径方向外側で隣り合う他の凸部６１Ｂの壁面６２Ｂに接続されている。

【0137】

凸部６１Ｂと凹部６５Ｂは、互いに交互に形成されている。凸部６１Ｂと凹部６５Ｂとの組み合わせは、連続して形成されている。

【0138】

このように本実施の形態によれば、背圧室９を画定するランナ本体５ｄのクラウン５ａの外面５ｅに摩擦低減構造６０Ａが設けられている。摩擦低減構造６０Ａは、複数の凸部６１Ａを含み、凸部６１Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置するとともに周方向に延びる複数の一対の壁面６２Ａ、６３Ａと、一対の壁面６２Ａ、６３Ａに接続され、上カバー８に対向する対向面６４Ａと、を含んでいる。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍における作動水の流れは、壁面６２Ａに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。また、対向面６４Ａを通過した作動水は、壁面６３Ａから剥離することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0139】

また、本実施の形態によれば、側圧室１４を画定するランナ本体５ｄのバンド５ｂの外面５ｆに摩擦低減構造６０Ｂが設けられている。摩擦低減構造６０Ｂは、複数の凸部６１Ｂを含み、凸部６１Ｂは、半径方向において互いに異なる位置に位置するとともに周方向に延びる複数の一対の壁面６２Ｂ、６３Ｂと、一対の壁面６２Ｂ、６３Ｂに接続され、下カバー１３に対向する対向面６４Ｂと、を含んでいる。このことにより、バンド５ｂの外面５ｆの近傍における作動水の流れは、壁面６２Ｂに衝突することができ、半径方向外側への流れが抑制できるとともに周方向に案内することができる。また、対向面６４Ｂを通過した作動水は、壁面６３Ｂから剥離することができる。このため、作動水の流れの半径方向成分を小さくするとともに周方向速度成分を大きくすることができ、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差を小さくすることができる。この結果、円板摩擦損失を低減することができる。

【0140】

また、本実施の形態によれば、凸部６１Ａの壁面６２Ａは、回転軸線Ｘに平行になっている。このことにより、クラウン５ａの外面５ｅの近傍において、半径方向外側への作動水の流れを、壁面６２Ａから効果的に剥離でき、その流れの半径方向速度成分を低減することができる。このため、ランナ５の周方向速度と作動水の流れの周方向速度成分との差をより一層小さくすることができ、円板摩擦損失をより一層低減することができる。

【0141】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造６０Ａの凸部６１Ａの壁面６２Ａ、６３Ａが、回転軸線Ｘに平行になっている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、壁面６２Ａ、６３Ａは、半径方向外側への流れを抑制できるとともに周方向に案内することができれば、壁面６２Ａ、６３Ａは、回転軸線Ｘに平行になっていなくてもよい。例えば、回転軸線Ｘを含む断面で見たときに、壁面６２Ａ、６３Ａが回転軸線Ｘに対して傾斜していてもよい。

【0142】

（第６の実施の形態）
次に、図１９～図２１を用いて、第６の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0143】

図１９～図２１に示す第６の実施の形態においては、ランナ本体のクラウンまたはバンドに、複数の摩擦低減構造が設けられている、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１９～図２１において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0144】

図１９～図２１に示すように、本実施の形態においては、ランナ５のランナ本体５ｄのクラウン５ａに、複数の摩擦低減構造が設けられている。

【0145】

例えば、図１９に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図７に示す複数の摩擦低減構造３０Ａが設けられていてもよい。図１９においては、クラウン５ａの外面５ｅに、２つの摩擦低減構造３０Ａが設けられている。２つの摩擦低減構造３０Ａは、半径方向において互いに異なる位置に形成されている。２つの摩擦低減構造３０Ａの間には、クラウン５ａの外面５ｅが介在されている。

【0146】

また、例えば、図２０に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと、図１５に示す摩擦低減構造５０Ａとが設けられていてもよい。図２０においては、半径方向内側に摩擦低減構造２０Ａが設けられ、半径方向外側に摩擦低減構造５０Ａが設けられている。上カバー８は、摩擦低減構造２０Ａおよび摩擦低減構造５０Ａに沿うように形成されていてもよい。このことにより、上カバー８のクラウン５ａに対向する面が、上方に膨らむように形成されている場合であっても、上カバー８の形状に対応するように摩擦低減構造を構成することができる。

【0147】

また、例えば、図２１に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図２に示す摩擦低減構造２０Ａと、図７に示す摩擦低減構造３０Ａと、図１５に示す摩擦低減構造５０Ａとが設けられていてもよい。図２１においては、半径方向内側に摩擦低減構造２０Ａが設けられ、半径方向外側に摩擦低減構造５０Ａが設けられている。摩擦低減構造３０Ａと、は、摩擦低減構造２０Ａと摩擦低減構造５０Ａとの間に位置している。このことにより、上カバー８のクラウン５ａに対向する面が、上方に膨らむように形成されている場合であっても、上カバー８の形状に対応するように摩擦低減構造を構成することができる。

【0148】

なお、クラウン５ａの外面５ｅに、複数の摩擦低減構造を設ける場合には、摩擦低減構造の組み合わせは、１種類でもよく、２種類以上でもよく、任意である。また、外面５ｅに設ける摩擦低減構造の組み合わせは、図１９～図２１に示す例に限られることはなく、任意である。また、バンド５ｂの外面５ｆにも、同様にして複数の摩擦低減構造が設けられていてもよい。

【0149】

（第７の実施の形態）
次に、図２２～図２４を用いて、第７の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。

【0150】

図２２～図２４に示す第７の実施の形態においては、摩擦低減構造が、ランナ本体と別部品で構成されている、点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図２２～図２４において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0151】

図２２～図２４に示すように、本実施の形態においては、摩擦低減構造は、ランナ５のランナ本体５ｄと別部品で構成されている。摩擦低減構造は、ランナ本体５ｄのクラウン５ａに、取り外し可能に取り付けられていてもよい。

【0152】

例えば、図２２に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図７に示す摩擦低減構造３０Ａが、設けられていてもよい。図２２に示す摩擦低減構造３０Ａは、ランナ本体５ｄとは別部品として作製されている。この摩擦低減構造３０Ａの複数の凸部３１Ａが、一体に形成されている。この摩擦低減構造３０Ａは、図示しないボルトによって、クラウン５ａの外面５ｅに取り外し可能に取り付けられていてもよい。

【0153】

また、例えば、図２３に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図２に示す摩擦低減構造２０Ａが、設けられていてもよい。図２３に示す摩擦低減構造２０Ａは、ランナ本体５ｄとは別部品として作製されている。この摩擦低減構造２０Ａの複数の段部２１Ａが、一体に形成されている。この摩擦低減構造２０Ａは、図示しないボルトによって、クラウン５ａの外面５ｅに取り外し可能に取り付けられていてもよい。

【0154】

また、例えば、図２４に示すように、クラウン５ａの外面５ｅに、図１５に示す摩擦低減構造５０Ａが、設けられていてもよい。図２３では、外面５ｅに、複数の摩擦低減構造５０Ａが、設けられている。各摩擦低減構造５０Ａは、ランナ本体５ｄとは別部品として作製されており、外面５ｅに単独で、図示しないボルトによって取り外し可能に取り付けられていてもよい。複数の摩擦低減構造５０Ａは、半径方向において互いに異なる位置に位置している。互いに隣り合う摩擦低減構造５０Ａの間に、クラウン５ａの外面５ｅが露出されている。各摩擦低減構造５０Ａは、２つの段部５１Ａを含んでおり、各摩擦低減構造５０Ａが、一体に形成されている。各摩擦低減構造５０Ａは、外面５ｅよりも上カバー８の側に位置している。

【0155】

なお、クラウン５ａの外面５ｅに設ける摩擦低減構造は、図２２～図２４に示す例に限られることはなく、任意である。外面５ｅに設ける摩擦低減構造の個数は、任意である。また、バンド５ｂの外面５ｆに、同様にして、摩擦低減構造が設けられていてもよい。

【0156】

このように本実施の形態によれば、摩擦低減構造が、ランナ本体５ｄとは別部品で構成されている。このことにより、摩擦低減構造を、ランナ本体５ｄとは別々に作製することができ、摩擦低減構造の加工性を向上させることができる。また、摩擦低減構造をランナ本体５ｄとは別部品で構成することにより、摩擦低減構造を持たせるように既設のランナ５を容易に改修することができる。この結果、円板摩擦損失を低減可能なランナ５を容易に得ることができる。

【0157】

また、本実施の形態によれば、摩擦低減構造が、ランナ本体５ｄに取り外し可能に取り付けられている。このことにより、既設のランナ本体５ｄに、摩擦低減構造を容易に取り付けることができる。また、ランナ本体５ｄから、摩擦低減構造を容易に取り外すことができ、摩擦低減構造を容易に補修することができる。

【0158】

なお、上述した本実施の形態においては、摩擦低減構造が、ランナ本体５ｄのクラウン５ａに、取り外し可能に取り付けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、ランナ本体５ｄとは別部品で構成された摩擦低減構造が、ランナ本体５ｄのクラウン５ａに溶接等によって接合されていてもよい。同様に、別部品で構成された摩擦低減構造は、ランナ本体５ｄのバンド５ｂに溶接等によって接合されていてもよい。

【0159】

以上述べた実施の形態によれば、円板摩擦損失を低減することができる。

【0160】

上述した本実施の形態においては、水力機械の一例としてフランシス水車を例にとって説明したが、このことに限られることはない。本実施の形態による水力機械は、フランシス水車１以外の水車に適用されてもよい。また、水車以外にもポンプなど水力機械に適用されてもよい。

【0161】

本発明の実施形態といくつかの変形例を説明したが、これらの実施形態および変形例は、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。これら新規な実施形態および変形例は、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。これら実施形態やその変形は、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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態および変形例を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0162】

１：フランシス水車、５：ランナ、５ｄ：ランナ本体、８：上カバー、９：背圧室、１３：下カバー、１４：側圧室、２０Ａ、２０Ｂ：摩擦低減構造、２１Ａ、２１Ｂ：段部、２２Ａ、２２Ｂ：壁面、２３Ａ、２３Ｂ：対向面、３０Ａ、３０Ｂ：摩擦低減構造、３１Ａ、３１Ｂ：凸部、３２Ａ、３２Ｂ：第１面、３３Ａ、３３Ｂ：第２面、４０Ａ、４０Ｂ：摩擦低減構造、４１Ａ、４１Ｂ：凸部、４２Ａ、４２Ｂ：第１面、４３Ａ、４３Ｂ：第２面、５０Ａ、５０Ｂ：摩擦低減構造、５１Ａ、５１Ｂ：段部、５２Ａ、５２Ｂ：壁面、５３Ａ、５３Ｂ：対向面、６０Ａ、６０Ｂ：摩擦低減構造、６１Ａ、６１Ｂ：凸部、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ：壁面、６４Ａ、６４Ｂ：対向面、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】