(57)【要約】【課題】製造時にランナ内径側の狭隘部に対しても溶射等によるコーティングを容易に施工可能とし、かつ、溶射後の溶接施工を不要とする。【解決手段】クラウン２と、バンド３と、クラウン２及びバンド３間に配置した複数枚のランナ羽根４とからなるフランシス型水車のランナ１において、ランナ羽根４はクラウン側及びバンド側に分割され、クラウン側ランナ羽根４ａをクラウン２と一体にしたクラウン側ランナ１ａ、及びバンド側ランナ羽根４ｂをバンド３と一体にしたバンド側ランナ１ｂは各々の表面に耐摩耗処理が施され、ランナ羽根４の分割部は締結部材で接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、
前記ランナ羽根はクラウン側とバンド側に分割され、クラウン側ランナ羽根を前記クラウンと一体にしたクラウン側ランナ、及びバンド側ランナ羽根を前記バンドと一体にしたバンド側ランナは各々の表面に耐摩耗処理が施され、前記ランナ羽根の分割部は締結部材で接続されていることを特徴とするフランシス型水車のランナ。
【請求項２】
前記ランナ羽根は入口側から出口側までの流線に沿って分割され、前記ランナ羽根の分割部は、整流効果を有するフランジが形成されることを特徴とする請求項１に記載のフランシス型水車のランナ。
【請求項３】
前記ランナ羽根は入口側から出口側までの流線に沿って分割され、前記ランナ羽根の分割部は、整流効果を有する膨出部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のフランシス型水車のランナ。
【請求項４】
前記ランナ羽根は、入口側から出口側に至る直線で分割さ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型水車のランナ。
【請求項５】
クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、
前記ランナ羽根を前記バンドと一体にした部品、及び前記クラウンは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、締結部材で接続されていることを特徴とするフランシス型水車のランナ。
【請求項６】
クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、
前記ランナ羽根を前記クラウンと一体にした部品、及び前記バンドは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、締結部材で接続されていることを特徴とするフランシス型水車のランナ。
【請求項７】
クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、
前記ランナ羽根、前記クラウン、及び前記バンドは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、前記ランナ羽根は前記クラウン及び前記バンドに対し、締結部材で接続されていることを特徴とするフランシス型水車のランナ。
【請求項８】
前記締結部材で接続する個所は、ノックピンを用いた位置決め及び変形防止機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし７に記載のフランシス型水車のランナ。
【請求項９】
前記締結部材で接続する個所は、インロー構造を用いた位置決め及び変形防止機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし８に記載のフランシス型水車のランナ。
【請求項１０】
請求項１のフランシス型水車のランナを製造する方法であって、
前記クラウンとクラウン側ランナ羽根を一体にしたクラウン側ランナ、及び前記バンドとバンド側ランナ羽根を一体にしたバンド側ランナを製作する工程、前記工程で製作した各々の部品に対し表面に耐摩耗処理を施す工程、前記ランナ羽根の分割部を締結部材で接続する工程、を有することを特徴とするフランシス型水車のランナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランシス型水車のランナ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水車等の水力機械のランナにおいては、動作流体に土砂などの固体を含む河川水を使用するため、土砂摩耗による損傷が生じやすい。特に、フランシス型水車のようなランナ形状においては、流水がランナに流入する羽根入口部や、羽根の厚さが薄くなり摩耗による影響が大きい羽根出口部の損傷が大きな問題となる。
【０００３】
このような土砂摩耗等による損傷の対策として、従来から羽根表面に塗装や溶接、溶射等のコーティングによる土砂摩耗対策が施されている。近年では、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxygen Fuel）（以下、「溶射」と記す）によるコーティング技術が開発され、タングステンカーバイド（ＷＣ）材料等の高硬度材料を使用することにより耐土砂摩耗に有効であることが知られている。しかしながら、フランシス型水車のランナの場合、クラウン、バンド、及び羽根を溶接組立した後、溶射を適用する場合、機材の寸法による制約からランナの形状によっては、内径側（羽根出口側）の狭隘部への施工が不可能であることがあった。この対策としてクラウン、バンド及び羽根の各部品に溶射を実施した後に、溶接組立する方法を採用している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９３５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフランシス型水車のランナにおいては、溶射等のコーティング後に溶接組立を実施しているが、母材と溶射等のコーティング材とが異材であり熱膨張率が異なるため、高温にするとコーティング材の割れ、剥離等を生じる。このため溶接後の応力除去焼鈍のような熱処理ができないという課題があった。また、長期運用開始後のコーティング損傷部の補修に対しては、溶射等によるコーティングの再施工ができないなどの課題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、製造時にランナ内径側の狭隘部に対しても溶射等によるコーティングを容易に施工可能とし、かつ、溶射後の溶接施工を不要とし、更に、長期運用後のコーティング損傷部の補修に対しても、ランナを分離可能として容易にコーティング部を再処理可能とするフランシス型水車のランナ及びその製造方法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】
上記課題を解決するため、本発明のフランシス型水車のランナは、クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、前記ランナ羽根はクラウン側とバンド側に分割され、クラウン側ランナ羽根を前記クラウンと一体にしたクラウン側ランナ、及びバンド側ランナ羽根を前記バンドと一体にしたバンド側ランナは各々の表面に耐摩耗処理が施され、前記ランナ羽根の分割部は締結部材で接続されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のフランシス型水車のランナは、クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、前記ランナ羽根を前記バンドと一体にした部品、及び前記クラウンは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、締結部材で接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のフランシス型水車のランナは、クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、前記ランナ羽根を前記クラウンと一体にした部品、及び前記バンドは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、締結部材で接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のフランシス型水車のランナは、クラウンと、バンドと、前記クラウン及びバンド間に配置された複数枚のランナ羽根とからなるフランシス型水車のランナにおいて、前記ランナ羽根、前記クラウン、及び前記バンドは、各々の表面に耐摩耗処理が施され、前記ランナ羽根は前記クラウン及び前記バンドに対し締結部材で接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、製造時にランナ内径側の狭隘部に対しても溶射等によるコーティングを容易に施工可能とし、かつ、溶射後の溶接施工が不要である。また、長期運用後のコーティング損傷部の補修に対しても、締結部材を外してランナを分離することにより容易にコーティング部の再処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線の矢視拡大断面図。
【図３】同ランナの構造の第１変形例を示す断面図。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線の矢視拡大断面図。
【図５】同ランナの構造の第２変形例を示す断面図。
【図６】図５におけるＣ−Ｃ線の矢視拡大断面図。
【図７】本発明の実施形態２に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図。
【図８】図７におけるＤ−Ｄ線の矢視拡大断面図。
【図９】本発明の実施形態３に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図。
【図１０】図９におけるＥ−Ｅ線の矢視拡大断面図。
【図１１】本発明の実施形態４に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るフランシス型水車のランナの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、フランシス型ポンプ水車のランナに対しても実施可能である。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るランナの構造を示す断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線の矢視拡大断面図である。
ランナ１は、クラウン２と、バンド３と、クラウン２及びバンド３間に配置した複数枚のランナ羽根４とからなる。ランナ羽根４が入口側から出口側までの中央流線に沿って分割され、ランナ１は、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂとから構成されている。
【００１５】
ランナ羽根分割部はフランジ５を有し、フランジ５はクラウン側及びバンド側のそれぞれにフランジ５ａ，５ｂが形成されている。クラウン２、クラウン側ランナ羽根４ａ及びフランジ５ａは、溶接又は鋳造により一体構成される。バンド３、バンド側ランナ羽根４ｂ及びフランジ５ｂも同様である。
【００１６】
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、単品完成状態で、各々に対し溶射等のコーティングによる耐摩耗処理が実施され、その後、ランナ羽根分割部は締結部材６にて接続される。締結部材６を外すことにより、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂを分離することができる。
締結部材６は、例えばネジであり、上端部がフランジ面より高さのあるものを使用し、表面をグラインダ加工し滑らかにし、必要に応じて溶射を行う。
【００１７】
上記の締結により一体となったランナ１は、ランナ締結ボルト８によって水車主軸７と締結されていて、水車主軸７は図示しない発電機又は発電電動機等に直結されている。
【００１８】
ランナ１は、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂが、締結部材６で一体構成されることにより、従来のランナと同等の構造を構成し、かつ、ランナ羽根分割部のフランジ５に整流羽根の機能を持たせ、部分負荷運転等において従来以上の水力性能を有する。すなわち、図２において、フランジ５は、適切な長さ、厚み、先端形状を持たせることで、整流効果を最大限、かつ、摩擦損失を最小限となるよう設計し、水力性能を向上させるようにする。
そして、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、締結部材６にて接続したことにより、次のような効果を生ずる。
【００１９】
羽根部が開放され作業スペースが確保されることより、分割部両側から耐摩耗処理のコーティングが可能となる。ランナ及びクラウンやバンド部全表面に対し溶射等のコーティングが容易に施工できる。また、羽根内径側の狭隘部への溶射等によるコーティングが溶接組立及び応力除去焼鈍後に施工できる。このことにより、従来のランナの材料強度を保持したまま、耐摩耗特性を向上させることができる。また、コーティングの損傷部の補修時にバンド側ランナ１ｂを分離することにより溶射等によるコーティングの再施工が容易に実施可能であり、再組立時にも当初の組立状態を再現できるため、当初の構造、及び水力性能を復元することが可能となる。この効果は実施形態２以下においても同様である。
【００２０】
図３は、ランナの構造の第１変形例を示す断面図であり、図４は、図３におけるＢ−Ｂ線の矢視拡大断面図である。
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂにおいて、クラウン側羽根４ａとバンド側羽根４ｂの間に、ノックピン９等を各羽根につき水車中心軸と平行に１本以上挿入し、変形防止、位置決め機構としている。
【００２１】
これにより、バンド側ランナ１ｂとクラウン側ランナ１ａのランナ羽根接合部において、運転状態での水圧による変形を抑止することができ、また、再組立時には位置決めに利用することができる。
【００２２】
図５は、ランナの構造の第２変形例を示す断面図であり、図６は、図５におけるＣ−Ｃ線の拡大断面図である。
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂにおいて、クラウン側羽根４ａとバンド側羽根４ｂの間を、段差１０等による嵌め合いによるインロー構造とし、変形防止、位置決め機構としている。
【００２３】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図であり、図８は、図７におけるＤ−Ｄ線の矢視拡大断面図である。なお、実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態において、実施形態１と同様に、ランナ羽根４が入口側から出口側までの中央流線に沿って分割される。クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、溶接又は鋳造により一体構成され、単品完成状態で、溶射等のコーティングによる耐摩耗処理が実施された後、ランナ羽根分割部は締結部材６にて接続される。
【００２５】
本実施形態では、ランナ羽根分割部は、表面がなめらか曲面の膨出部１１が形成されている。締結部材６は、上端部が膨出部１１の面より高さのあるものを使用し、表面をグラインダ加工し滑らかにし、必要に応じて溶射を行う。クラウン側羽根４ａとバンド側羽根４ｂの間を、段差１０等による嵌め合いによるインロー構造とし、また、ノックピン９を挿入し、変形防止、位置決め機構とすることもできる。
【００２６】
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂが、締結部材６で一体構成されることにより、従来のランナと同等の構造を構成し、かつ、ランナ羽根分割部の膨出部１１に整流羽根の機能を持たせ、従来以上の水力性能を有する。すなわち、ランナ羽根分割部の形状に関し、実施形態１の場合、フランジ５により、部分負荷において従来以上の水力性能を有するように設計し、荷重平均効率を上げることが可能である。一方、本実施形態では、膨出部１１により、部分負荷における効率は実施形態１の場合より下がるとしても、羽根の濡れ面積が少なく、摩擦損失が減るため、最高効率点における効率を、実施形態１の場合より上げることができる。
【００２７】
本実施形態のランナは、整流効果、最高効率点における効率の双方のバランスが取れたランナであり、全体的な性能を維持することができる。更に、軽量で製造コストも抑えることができる。
そして、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、締結部材６にて接続したことにより、実施形態１と同様の効果を生ずる。
【００２８】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図であり、図１０は、図９におけるＥ−Ｅ線の矢視拡大断面図である。なお、実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２９】
本実施形態は、ランナ羽根４は、入口側から出口側まで直線で分割することにより、施工難度の軽減化を図ることができ、かつ、実施形態１と同様に羽根及びクラウンやバンド部全表面のコーティングが容易に施工可能となる。
【００３０】
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、溶接又は鋳造により一体構成される。それらは、単品完成状態で、溶射等のコーティングによる耐摩耗処理が実施された後、ランナ羽根分割部はライナ１２を用いて締結部材６にて接続される。
【００３１】
ライナ１２の表面は、クラウン側ランナ羽根４ａとバンド側ランナ羽根４ｂの表面に対する凹凸がない連続的な面である。締結部材６は、上端部がライナ１２の面より高さのあるものを使用し、表面にグラインダ加工を施し滑らかにし、必要に応じて溶射を行う。
【００３２】
クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂが、締結部材６で一体構成されることにより、従来のランナと同等の構造を構成し、かつ、従来と同等の水力性能を有する。
【００３３】
また、実施形態１の変形例と同様に、クラウン側ランナ羽根４ａとバンド側ランナ羽根４ｂの間を、段差等による嵌め合いによるインロー構造とし、また、ノックピンを挿入し、変形防止、位置決め機構とすることもできる。
【００３４】
そして、クラウン側ランナ１ａとバンド側ランナ１ｂは、締結部材６にて接続したことにより、実施形態１と同様な効果を生ずる。
【００３５】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４に係るフランシス型水車のランナの構造を示す断面図である。
本実施形態は、ランナ羽根４が、クラウン２に対し分割され、バンド３と溶接又は鋳造により一体構成される。ランナ羽根４とバンド３を一体とした部品、及びクラウン２は、個別に製作され、単品完成状態で、各々に対し溶射等のコーティングによる耐摩耗処理が実施された後、分割部は締結部材６にて接続される。締結部材６を外すことにより、バンド３に一体としたランナ羽根４とクラウン２を分離することができる。
【００３６】
締結部材６は、上端部がフランジ面より高さのあるものを使用し、表面をグラインダ加工し滑らかにし、必要に応じて溶射を行う。クラウン２のラビリンス部等の厚みがある部分には、当該クラウン２の他の部分よりも径、長さの大きい締結部材を使用することで強度を増すことも可能である。ランナ羽根４、クラウン２、バンド３、締結部材６で一体構造されることにより、従来のランナと同等の構造を構成し、かつ、同等の水力性能を実現している。
【００３７】
フランジ１３によりクラウン２とランナ羽根４の間を、嵌め合いによるインロー構造としており、更に、ノックピンを挿入し、変形防止、位置決め機構とすることもできる。
なお、ランナ羽根４を、バンド３に対し分割し、クラウン２と一体にして実施してもよい。また、ランナ羽根４を、クラウン２、バンド３の双方に対し分割して実施してもよい。
【００３８】
このように、ランナ羽根４は、クラウン２又はバンド３の少なくとも一方と締結部材６にて接続したことにより、実施形態１と同様な効果を生ずる。
【符号の説明】
【００３９】
１…ランナ、１ａ…クラウン側ランナ、１ｂ…バンド側ランナ、２…クラウン、３…バンド、４…ランナ羽根、４ａ…クラウン側ランナ羽根、４ｂ…バンド側ランナ羽根、５（５ａ，５ｂ），１３…フランジ、６…締結部材、７…水車主軸、８…ランナ締結ボルト、９…ノックピン、１０…段差、１１…膨出部、１２…ライナ。
【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】
2011043095.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011043095.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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