(57)【要約】【課題】クラウンまたはバンドの流水面の機械加工が行いやすく、羽根とクラウンまたはバンドとの溶接強度の高いランナを得ることのできるランナの製造方法を提供する。【解決手段】クラウン１、バンド３および複数の羽根６を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の前記羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかに羽根付根Ｒ部を含んだスタブ２ａ，２ｂを設け、該スタブの設けられた部分については当該スタブと前記羽根とを溶接するとともに、前記スタブの設けられていない部分については溶接によって前記羽根付根Ｒ部を形成して前記クラウンまたは前記バンドと前記羽根とを接合する方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の前記羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかに羽根付根Ｒ部を含んだスタブを設け、該スタブの設けられた部分については当該スタブと前記羽根とを溶接するとともに、前記スタブの設けられていない部分については溶接によって前記羽根付根Ｒ部を形成して前記クラウンまたは前記バンドと前記羽根とを接合することを特徴とするランナの製造方法。
【請求項２】
前記スタブのクラウンまたはバンドからの高さを羽根側の付根Ｒ部開始点より高くし、羽根との溶接部分が付根Ｒ部領域から離れた位置になるようにすることを特徴とする請求項１に記載のランナの製造方法。
【請求項３】
前記スタブの高さを、羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上の高さとすることを特徴とする請求項２に記載のランナの製造方法。
【請求項４】
クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかの溶接開先を、羽根面側溶接止端部が羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上羽根中心側になる形状として前記クラウンまたはバンドと前記羽根とを溶接することを特徴とするランナの製造方法。
【請求項５】
前記羽根のクラウン側またはバンド側溶接開先の開先高さを、羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上羽根中心側になる高さとすることを特徴とする請求項４に記載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、溶接組み立てによって製造されフランシス型の水車またはポンプ水車に備えられるランナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフランシス型の水車またはポンプ水車の溶接組み立てランナにおいては、製造方法をコントロールすることにより応力が高い領域の溶接継手部の強度を維持・向上させる方法が考案されている（下記特許文献１参照）。また、羽根とクラウンおよびバンドを溶接する際の羽根入口・出口側に相当する溶接始終端部の応力集中を低減する方法としては、羽根外径近傍のクラウンまたはバンドを部分的に厚みを薄くする方法が考案されている（下記特許文献２参照）。また、羽根とクラウンまたはバンドの継手部が高応力部位に相当するため、羽根長さ分の羽根付根Ｒ部分を含むスタブをクラウンまたはバンドに一体の鋳物として製造しておき、溶接部分が付根Ｒ部にならないように組み立てる方法が用いられている。
【特許文献１】特開平１−１７０５８５号公報
【特許文献２】特開平７−１２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年ポンプ水車の高落差化およびランナの軽量化が進められているため、ランナは相対的に高応力化の方向となる。従来技術において応力集中を低減する方法は一般的ではないため、羽根長さに相当するスタブを設けるか、スタブを用いない溶接による組み立てが一般的である。しかし、スタブを有するクラウンおよびバンドでは、スタブが流水面側にあるため、この部分の流水面形状加工をターニング加工することは不可能であることから、高コスト、製造期間の長期化という問題がある。
【０００４】
羽根長さに相当するスタブを設ける方法は図８に示すようになるが、クラウン１の流水面のターニング加工はスタブ２から外れた外側と内側のわずかな領域でしかなく、複数ある羽根に対応した複数のスタブ２間の流水面加工は、ガウジングやグラインダーによる手仕上げ、あるいは高コスト、長時間を要するＮＣ加工などによる方法となり、加工時間がかかるとともに加工コストが高くなってしまう。
【０００５】
また、スタブを設けず、溶接のみの場合においては、羽根とクラウンおよびバンドとの溶接継手部は強度を確保するために付根Ｒ形状としているが、一般に溶接量を適正化するために羽根面側溶接止端部と羽根付根Ｒ止端部がほぼ一致した位置となるケースが多い。従来は図９の例に示すように、羽根面側溶接止端部は溶接量を適正化するために羽根付根Ｒ止端部とほぼ同等の高さ位置としている。
【０００６】
また、スタブにおいても、スタブの高さは羽根付根Ｒ止端部とする場合が多い。ところが、一般的に母材と溶接金属の境界である溶接境界部（以下、溶接ＨＡＺ部と記す）は耐衝撃性が低くまた、羽根付根Ｒ止端部は、最大応力よりは低下するものの、まだ、応力の高い領域であること、かつ溶接止端部は溶接によるアンダーカットが出やすいことから、アンダーカット部を滑らかな凹形状に修正しても強度上問題ないように付根Ｒ止端部近傍の羽根厚さは予め厚くしたり、耐衝撃値などの材料特性上から将来割れなどが出ないように、特別の非破壊検査を行う必要があるなどの問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、クラウンまたはバンドの流水面の機械加工が行いやすく、羽根とクラウンまたはバンドとの溶接強度の高いランナを得ることのできるランナ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】
【０００８】
請求項１の発明は、クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の前記羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかに羽根付根Ｒ部を含んだスタブを設け、該スタブの設けられた部分については当該スタブと前記羽根とを溶接するとともに、前記スタブの設けられていない部分については溶接によって前記羽根付根Ｒ部を形成して前記クラウンまたは前記バンドと前記羽根とを接合することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記スタブのクラウンまたはバンドからの高さを羽根側の付根Ｒ部開始点より高くし、羽根との溶接部分が付根Ｒ部領域から離れた位置になるようにすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、前記スタブの高さを、羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上の高さとすることを特徴とする。  
請求項４の発明は、クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかの溶接開先を、羽根面側溶接止端部が羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上羽根中心側になる形状として前記クラウンまたはバンドと前記羽根とを溶接することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、前記羽根のクラウン側またはバンド側溶接開先の開先高さを、羽根付根Ｒ止端部よりも付根Ｒ値の０．３倍以上羽根中心側になる高さとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のランナの製造方法によれば、クラウンまたはバンドの流水面の機械加工が行いやすく、羽根とクラウンまたはバンドとの溶接強度の高いランナを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１〜第６の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の第１の実施例のランナの製造方法を示し、クラウン１の流水面側の羽根取付部の入口側と出口側に、羽根付根Ｒを有するスタブ２ａ，２ｂをそれぞれ設けるものである。このとき、これらのスタブ２ａ，２ｂの羽根先端からの長さは、羽根厚さの１．５倍から５倍の範囲とすることが好ましい。そして、スタブ２ａ，２ｂの設けられていない羽根中央付近については、溶接にてクラウンと羽根を接合する際に羽根付根Ｒ部を形成するようにする。
【００１５】
この実施例の製造方法は、特に応力の高い羽根入口および出口端側にのみにスタブ２ａおよびスタブ２ｂを設けるものであり、スタブ２ａ，２ｂのない流水面に関してはターニング加工を行うことができ、スタブ２ａ，２ｂのある流水面についてはスタブの長さが短いため、外周側または内周側などからのエンドミルなどによる加工を行うことができる。そのため加工コスト増加を抑えることができる。また、スタブ２ａ，２ｂは羽根付根Ｒを含む構造であるため、高応力部位の品質を高めることが可能で溶接によるアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００１６】
図２は本発明の第２実施例を示し、第１の実施例で示した入口側スタブ２ａの高さを羽根付根Ｒ止端部より高くするものである。この場合は、図３に示すように付根Ｒ部の応力レベルを測定した結果例において、図中（I）方向のＲの中心付近で最も高く、それから離れていくにしたがって応力が低下する傾向を示しているが、付根Ｒ止端部においてもまだ応力が高い状態にある。したがって通常は問題がないが、溶接の止端部がちょうどこの位置にある形状にした場合、母材の溶接境界に溶接ＨＡＺ部が形成されているために、溶接によるアンダーカット（凹部）が生じやすく、そのままでは応力集中が生じてしまうことと、この溶接ＨＡＺ部の特性として、一般的に耐衝撃性が低いことから、アンダーカットや将来生じる可能性のある金属疲労欠陥からの割れが発生しやすくなるため、この溶接ＨＡＺ部をより作用応力の低い、できるだけ羽根側にすることによりアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。
【実施例３】
【００１７】
図４は本発明の第３の実施例を示し、特に羽根枚数が多くかつ出口開度が狭く溶接性の悪い場合に、羽根出口端から外側に隣接する羽根面で形成する出口開度が最小となる位置を起点として、その羽根の上流側に出口開度最小値Ａの２〜５倍の長さＬの範囲までに、クラウン１の流水面に出口端から羽根付根Ｒを含むスタブ２ｃを設けるものである。この場合は狭い範囲にスタブ２ｃを設けることから溶接作業性が維持され、出口側の高応力部についても品質を高めることが可能で、溶接によるアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。
【００１８】
また、図示しないが、上記起点より羽根出口側にスタブを設けない場合については、溶接開先を羽根裏面側（ランナ中心側）からの片側開先とすることで溶接の作業性を維持することができる。
【実施例４】
【００１９】
図５は本発明の第４の実施例を示し、前記スタブ２ａまたは２ｂまたは２ｃの高さを羽根付根Ｒ止端部よりも０．３Ｒ値以上羽根側となるようにするものである。この場合も図３に示したように、羽根母材と溶接金属の境界部である溶接ＨＡＺ部が羽根付根Ｒ止端部から外れた応力の低い位置となるために、溶接ＨＡＺ部のアンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、品質を向上させることができる。
【００２０】
上記第１から第４の実施例においては、フランシス型水車またはポンプ水車の溶接ランナにおいて、高応力部位のみに限定したスタブ方式とすることによって、クラウンまたはバンドの流水面全面を容易に設計形状に近い加工面とすることができるとともに、溶接ＨＡＺ部を高応力部位から外すことによって設計肉厚を薄くすることができる。また、溶接ＨＡＺ部が低応力部位に位置することから、多少のアンダーカットは滑らかな凹形状に修正する必要がなく、ランナの重量低減と大幅な加工期間の短縮になる。さらに、羽根間隔の狭いランナにおいても溶接作業性が向上するためコスト低減につながり、かつ信頼性の高いランナの提供が可能となる。
【実施例５】
【００２１】
図６は本発明の第５の実施例を示し、スタブを設けない場合のフランシス型溶接組み立てランナにおいて、羽根入口先端あるいは出口先端から羽根肉厚の１．５から５倍の範囲で、バンド３に溶接するためのバンド側羽根溶接開先４を、羽根面側溶接止端部が羽根付根Ｒ止端部よりも０．３Ｒ値以上羽根側となるようにするものである。
【００２２】
本実施例ではバンド流水面はターニング加工可能で加工コストを抑えることができ、また、図３に示したように羽根母材と溶接金属の境界部である溶接ＨＡＺ部が羽根付根Ｒ止端部から外れた応力の低い位置となるため、溶接ＨＡＺ部に起因するアンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、信頼性の高いランナを得ることができる。
【実施例６】
【００２３】
図７は本発明の第６の実施例を示し、バンド３に溶接するための羽根バンド側開先５の高さを予め羽根付根Ｒ止端部よりも付根値Ｒの０．３倍以上羽根中心側になるような高さとするものである。この場合も溶接ＨＡＺ部を羽根付根Ｒ止端部から外れた応力の低い位置とすることができるために、アンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、信頼性の高いランナを得ることができる。  
なお上記各実施例において、クラウン１とあるところをバンド３とし、あるいはバンド３とあるところをクラウン１としても同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施例において羽根先端付根Ｒ部に発生する応力分布を説明し、（ａ）は要部の形状を示す図、（ｂ）は応力比を示すグラフ。
【図４】本発明の第３の実施例を示す平面図。
【図５】本発明の第４の実施例を示す断面図。
【図６】本発明の第５の実施例を示す断面図。
【図７】本発明の第６の実施例を示す断面図。
【図８】クラウン側にスタブを設ける従来例を示す断面図。
【図９】羽根とバンドの溶接結合の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１…クラウン、２…スタブ、２ａ…入口側スタブ、２ｂ，２ｃ…出口側スタブ、３…バンド、４，５…開先、６…羽根。
【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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