(57)【要約】【課題】流水面形状を所定の形状に精度良く低コストで製作するためにクラウンとシュラウドを個別に製作し、主羽根と中間羽根をクラウンとシュラウドに溶接によって結合する場合に、中間羽根付きランナの製作性を従来よりも向上させる。【解決手段】フランシス型水車ランナまたはフランシス型ポンプ水車ランナのクラウンとシュラウドとの間に複数のブレードを設け、前記ブレードは、互いに隣接する主羽根と、前記主羽根の間に設けられかつ前記主羽根よりも短い羽根長さを有する中間羽根を備えた水力機械ランナの製造方法において、前記主羽根を２個のブレード片に分割し、前記ブレード片の半径方向外側のもの、および前記中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記ブレード片の半径方向内側のものをクラウンとシュラウドと前置した主羽根の半径方向外側のブレード片に接合する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランシス型水車ランナまたはフランシス型ポンプ水車ランナのクラウンとシュラウドとの間に複数のブレードを設け、前記ブレードは、互いに隣接する主羽根と、前記主羽根の間に設けられかつ前記主羽根よりも短い羽根長さを有する中間羽根を備えた水力機械ランナの製造方法において、
前記主羽根を２個のブレード片に分割し、前記ブレード片の半径方向外側のもの、および前記中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記ブレード片の半径方向内側のものをクラウンとシュラウドと前置した主羽根の半径方向外側のブレード片に接合することを特徴とする水力機械ランナの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、入口側を起点に中間羽根長さをＬｓとした時に、前記主羽根を０．８Ｌｓ〜１．２Ｌｓの範囲の中に分割位置がくるように分割し、前記ブレード片の半径方向外側のもの、および前記中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記ブレード片の半径方向内側のものをクラウンとシュラウドと前置した主羽根の半径方向外側のブレード片に接合することを特徴とする水力機械ランナの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記主羽根を出口クラウン側の小ブレード片と残りの大ブレード片として分割し、前記大ブレード片および前記中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記出口クラウン側の小ブレード片をシュラウドと前置した主羽根の大ブレード片に接合することを特徴とする水力機械ランナの製造方法。
【請求項４】
請求項１において、前記主羽根を出口シュラウド側の小ブレード片と残りの大ブレード片として分割し、前記大ブレード片および前記中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記出口シュラウド側の小ブレード片をクラウンと前置した主羽根の大ブレード片に接合することを特徴とする水力機械ランナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根長さの異なる羽根を有する水力機械ランナの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の水車あるいは揚水発電所のポンプ水車においては、一般に、クラウンとシュラウドの間に羽根長さが同じ羽根を周方向に等ピッチで配置している。特に、発電所の立地条件、使用可能水量の制約により、相対的に落差が高い場合、あるいは、落差に対する水量が相対的に少ない場合には、用いられるランナの羽根出口直径に対する羽根入口直径の比が大きくなる。このように、ランナ内周側の羽根出口直径に対するランナ外周側の羽根入口直径の比が大きいランナにおいては、同一長さの羽根を周方向に等ピッチで配置すると、ランナ出口側で隣接する羽根により形成される間隔が狭く、一方、ランナ入口側では隣接する羽根により形成される間隔が広くなる。このようなランナは流体性能を改善しようと羽根を出口側に延ばそうとしても、羽根間隔がさらに狭くなるので製作が困難となるため延ばせる長さに限界がある。また、このようなランナはランナ入口側では羽根間隔が広いため、入口側で水の流れを拘束しにくくなるので、流れのはく離、渦流れに起因する騒音、振動が発生することがある。
【０００３】
以上のような問題を解決するランナとして、羽根長さの長い主羽根とこの主羽根より羽根長さが短い中間羽根を周方向に等ピッチで交互に配置した中間羽根付きランナが知られている。なお、この種の中間羽根付きランナに関するものとしては、例えば特開昭５７−１２６５６６号公報、特開２０００−５４９４４号公報、特開２０００−２０５１０１号公報等が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−１２６５６６号公報
【特許文献２】
特開２０００−５４９４４号公報
【特許文献３】
特開２０００−２０５１０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、中間羽根付きランナはランナ内周側の中間羽根出口と主羽根で形成される間隔が狭くなる。そのため、中間羽根付きランナを水力エネルギーの有効利用の観点からサイズの小さな水車に適用しようとすると、ランナ内周側の中間羽根出口と主羽根で形成される間隔が狭すぎてランナ製作が困難になる。クラウンとシュラウド、その間に主羽根と中間羽根を周方向に等ピッチで交互に配置した中間羽根付きランナでは、流水面形状を所定の形状に精度良く低コストで製作するためにクラウンとシュラウドを個別に製作し、主羽根と中間羽根をクラウンとシュラウドに溶接によって結合する方法をとることが多い。この溶接作業において、ランナのサイズが小さくなるとランナ内周側の主羽根とそれに隣接する中間羽根に隣接する主羽根で形成される間隔が狭くなるので、ランナ内周側の中間羽根出口に隣接する主羽根のクラウン接合部あるいはシュラウド接合部は隣接する主羽根との干渉もしくは隣接する中間羽根との干渉により、溶接棒を当該部にアクセスできなくなる製作上の問題が生じる。
【０００６】
なお、前記説明ではランナサイズが小さい場合について示したが、ランナ羽根を内周側に延ばした場合、羽根枚数を増やした場合でも、ランナ内周側の主羽根とそれに隣接する中間羽根に隣接する主羽根で形成される間隔が狭くなり同様の問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、流水面形状を所定の形状に精度良く低コストで製作するためにクラウンとシュラウドを個別に製作し、主羽根と中間羽根をクラウンとシュラウドに溶接によって結合する場合に、中間羽根付きランナの製作性を従来よりも向上させることのできる水力機械ランナの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、翼長の異なる羽根を有する水力機械ランナの製造方法において、主羽根を２個のブレード片に分割し、前記ブレード片の半径方向外側のもの、および中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後前記ブレード片の半径方向内側のものをクラウンとシュラウドと前置した主羽根の半径方向外側のブレード片に接合することによって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の方法を説明する図であり、クラウン４とシュラウド３との間に設ける複数のブレードにより形成されるフランシス型水車ランナまたはフランシス型ポンプ水車ランナで、互いに隣接する主羽根１と、前記主羽根１の間に設けられかつ主羽根１よりも短い羽根長さを有する中間羽根２を備えた中間羽根付ランナを示している。図２は主羽根１と中間羽根２とクラウン（図１の符号４参照）との接合を模式的に表した図である。なお、シュラウド（図１の符号３参照）と主羽根１、中間羽根２との接合も前記クラウン４をシュラウド３と読み違えることにより図２と同様に模式的に示すことができる。
【００１１】
従来の中間羽根付きランナの製造方法では、隣接する主羽根１で形成される最小隙間部６あるいは中間羽根２の出口とそれに隣接する主羽根１との間で形成される最小隙間部７ａ，７ｂが狭いため、内周側のランナ出口側より前記最小隙間部６，７ａ，７ｂの外周側にあるクラウン溶接部あるいはシュラウド溶接部へのアクセスが困難であった。
【００１２】
そこで、本発明の方法では、最小隙間部７ａ，７ｂが露出するように主羽根を２個のブレード片１ａ，１ｂに分割し、初めにブレード片の半径方向外側のもの１ａおよび前記中間羽根２をクラウン４とシュラウド３に接合し、その後にブレード片の半径方向内側のもの１ｂをクラウン４とシュラウド３と前置した主羽根の半径方向外側のブレード片１ａに接合する。
【００１３】
この方法によれば、流水面形状を所定の形状に精度良く低コストで製作するためにクラウンとシュラウドを個別に製作し、主羽根と中間羽根をクラウンとシュラウドに溶接によって結合する水力機械ランナの製造方法において、ブレード片の半径方向外側のもの（１ａ）および中間羽根２をクラウン４とシュラウド３に接合する際に隣接する主羽根内周側の羽根出口に形成される最小隙間部６、および、中間羽根２の内周側の羽根出口と主羽根１で形成される最小隙間部７ａ，７ｂが狭い場合でも、主羽根１を２個のブレード片に分割し、前記ブレード片の半径方向外側のブレード片１ａと中間羽根２を最初にクラウン４とシュラウド３に接合することにより、前記の最小隙間部６，７ａ，７ｂが露出する形となるので、最小隙間部６，７ａ，７ｂ付近の溶接作業の精度が向上し、中間羽根付きランナの製作性を向上させることができる。
【００１４】
特に、最小隙間部６，７ａ，７ｂが狭いことによるアクセスの困難性を回避するには、入口側を起点に中間羽根２の長さをＬｓとした時に、主羽根１の分割位置を０．８Ｌｓ〜１．２Ｌｓの範囲に設けることが有効な手段の一つである。最小隙間部６より最小隙間部７ａ，７ｂの方が狭い場合には０．８Ｌｓ〜１．０Ｌｓに分割位置を設けると、最小隙間部７ａ，７ｂが露出するので外周側のブレード片１ａとクラウン４とシュラウド３の溶接が容易になる。最小隙間部６より最小隙間部７ａ，７ｂの方が狭くなるケースとしては、主羽根１の長さＬｍと中間羽根２の長さＬｓの比Ｌｓ／Ｌｍが大きい場合、すなわち、中間羽根２が相対的に長い場合である。
【００１５】
一方、最小隙間部７ａ，７ｂより最小隙間部６の方が狭い場合には１．０Ｌｓ〜１．２Ｌｓに分割位置を設けると、最小隙間部６より主羽根１のブレード片１ａ，１ｂの接合、内周側のブレード片１ｂとクラウン４とシュラウド３の溶接が容易になる。最小隙間部７ａ，７ｂより最小隙間部６の方が狭くなるケースとしては、主羽根１の長さＬｍと中間羽根２の長さＬｓの比Ｌｓ／Ｌｍが小さい場合、すなわち、中間羽根２が相対的に短い場合である。
【００１６】
この方法によれば、ランナ内における最小隙間部６，７ａ，７ｂの位置を決める中間羽根２の長さに依存した位置で主羽根１の分割位置を決めることができるため、小サイズの中間羽根付きランナでも溶接作業の精度が向上するので、中間羽根付きランナの適用範囲を拡大させることができる。
【００１７】
前記の方法では内周側のブレード片１ｂを取り付けるには、外周側のブレード片１ａとクラウン４、シュラウド３と結合する。中間羽根付きランナを小サイズでも実現するためには低コストであることが望まれる。そこで、主羽根のブレード片の分割をクラウン側あるいはシュラウド側の小ブレード片とすることが有効となる。主羽根の三次元曲面の湾曲、クラウン側とシュラウド側の羽根長さの長短など主羽根の羽根形状の特徴、および、中間羽根の三次元曲面の湾曲、クラウン側とシュラウド側の羽根長さの長短など中間羽根の羽根形状の特徴により、ランナ内における最小隙間部の位置がランナ出口側のクラウン側であったり、シュラウド側であったりするからである。その場合には、最小隙間部付近での溶接が困難となるので、主羽根の最小隙間部でない側を小ブレード片とし、主羽根の残りを大ブレード片とし、前記大ブレード片および中間羽根をクラウンとシュラウドに接合し、その後小ブレード片をクラウンあるいはシュラウドと前置した主羽根の大ブレード片に接合する。分割例としては、図３に示すように、クラウン４側の小ブレード片１ｂ´と主羽根の残りの大ブレード片１ａ´、あるいは、シュラウド３側の小ブレード片１ｂ´と主羽根の残りの大ブレード片１ａ´が挙げられる。
【００１８】
この方法によれば、大ブレード片１ａ´を小ブレード片１ｂ´と接合する溶接部長さを短くでき、かつ、クラウン４あるいはシュラウド３のどちらかのみとの接合となるため溶接長さを短くできるので、溶接精度の向上とコストの低減を実現できる。
【００１９】
以上に述べた方法は、全枚数の主羽根に用いてもよいが、最後に取り付ける羽根にのみ、もしくは最終羽根とそれの直前に取り付ける複数枚の羽根にのみ本発明を適用しても所定の効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、流水面形状を所定の形状に精度良く低コストで製作するためにクラウンとシュラウドを個別に製作し、主羽根と中間羽根をクラウンとシュラウドに溶接によって結合する水力機械ランナの製造方法において、中間羽根付きランナの製作性を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例を説明する中間羽根付きランナの構造図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図２】図１（ｂ）の横断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の応用例を説明する中間羽根付ランナの構造図である。
【符号の説明】
１…主羽根、１ａ…主羽根１の円周方向外側ブレード片、１ａ´…主羽根１の大ブレード片、１ｂ…主羽根１の円周方向内側ブレード、１ｂ´…主羽根１の小ブレード片、２…中間羽根、３…シュラウド、４…クラウン、５…主羽根１の分割線、６…隣接する主羽根で形成される最小隙間部、７ａ，７ｂ…中間羽根出口と隣接する主羽根で形成される最小隙間部。
【図１】
2004150371.tif 000003
【図２】
2004150371.tif 000004
【図３】
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