(57)【要約】【課題】構造に改良を加えて製造・作業工数をより一層少なくさせる水車ランナおよび水車ランナの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る水車ランナは、クラウン１の周方向に沿って交互に配置する固定式ランナベーン３と、組立式ランナベーン４とを備えるとともに、前記固定式ランナベーン３に隣接する別の固定式ランナベーン３との間の前記クラウン１に凹陥部５を設け、この凹陥部５に前記組立式ランナベーン４を装着する構成にしたものである。【選択図】  図２
2007205289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンの周方向に沿って交互に配置する固定式ランナベーンと、組立式ランナベーンとを備えるとともに、前記固定式ランナベーンに隣接する別の固定式ランナベーンとの間の前記クラウンに凹陥部を設け、この凹陥部に前記組立式ランナベーンを装着する構成にしたことを特徴とする水車ランナ。
【請求項２】
前記組立式ランナベーンは、基盤片と、この基盤片に固定したランナベーン片とで構成することを特徴とする請求項１記載の水車ランナ。
【請求項３】
前記凹陥部は、前記クラウンの中心を通る中心軸に対し、左右振りの３°〜６°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の水車ランナ。
【請求項４】
クラウンの周方向に沿って交互に配置する固定式ランナベーンと、組立式ランナベーンとを備えるとともに、前記固定式ランナベーンと前記組立式ランナベーンはともに奇数枚であることを特徴とする水車ランナ。
【請求項５】
クラウンの周方向に沿って交互に配置する固定式ランナベーンと、組立式ランナベーンとを備えるとともに、前記固定式ランナベーンは奇数枚であり、前記組立式ランナベーンは偶数枚であることを特徴とする水車ランナ。
【請求項６】
固定式ランナベーンと、組立式ランナベーンとをクラウンの周方向に沿って交互に配置するランナは、スプリッタタイプのランナにも適用することを特徴とする水車ランナ。
【請求項７】
クラウンの周方向に沿って交互に配置された固定式ランナベーンを素材から機械加工によって削り出すか、あるいは鋳造によって作製するとともに、前記固定式ランナベーンと隣接する別の固定式ランナベーンとの間の前記クラウンに凹陥部を切削加工した後、予め別個に作製しておいた組立式ランナベーンを前記凹陥部に装着し、締結具で固定することを特徴とする水車ランナの製造方法。
【請求項８】
クラウンの周方向に沿って交互に配置された固定式ランナベーンを素材から機械加工によって削り出すか、あるいは鋳造によって作製するとともに、前記固定式ランナベーンと隣接する別の固定式ランナベーンとの間の前記クラウンに凹陥部を切削加工した後、予め別個に作製しておいた組立式ランナベーンを前記凹陥部に装着し、締結具で固定する一方、組立後の前記組立式ランナベーンと前記固定式ランナベーンとの間をスペーサで塞ぐことを特徴とする水車ランナの製造方法。
【請求項９】
性能試験後または運転後、ランナベーンの形状に機械加工を加えてその形状を修正するとき、組立式ランナベーンをクラウンに固定していた締結具を取り除き、前記組立式ランナベーンを隣接する別の組立式ランナベーンおよび固定式ランナベーンのうち、いずれか一方の側に片寄らせ、前記組立式ランナベーンを収容する凹陥部の隙間を広く確保させることを特徴とする水車ランナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車ランナおよび水車ランナの製造方法に係り、特に、水車ランナを製造する際、その製造・作業工数をより一層少なくさせるように構造に改良を加えた水車ランナおよび水車ランナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばフランシス形水車ランナの切削加工方法には、ランナベーンの翼面のように、三次元の曲面を有する場合、被加工物のモデルを製作し、このモデルの形状に倣って切削加工を行う倣い加工の手法と、鋳造によって一体成型した被加工物をＮＣ工作機械を用いて切削加工を行う手法とがあるが、製造時間や製造コスト等を考慮すると、鋳造による被加工物の切削加工の方が有利であり、鋳造による切削加工の方がより多く採用されている。
【０００３】
このＮＣ工作機械を用いてランナベーンを切削加工する場合、ＮＣ工作機械には、被加工物の外形形状、方法、カッタ形状、被加工物の切削位置を示すカッタオフセット、カッタ軸方向であるカッタベクトル等を入力する入力部と、これらデータを記憶する記憶部と、記憶したデータをＮＣ工作機械の各軸の動作量に変換する演算部と、演算により求めた各軸の動作量をＮＣ工作機械に出力するとともに、各軸の動作位置を検出する制御部とを備えたものが一般によく知られている。
【０００４】
また、水車性能試験結果を反映させ、既存のランナベーンの形状を修正する場合、修正領域に補填材で肉盛施工を行った後、ＮＣ工作機械によって切削加工し、その後、グラインダ等によってランナベーンの表面仕上げの作業を行っている。
【０００５】
なお、ランナベーンを製造する手法として、複数のランナベーンからなるランナを、内輪部と外輪部とを別々に製造し、内輪部と外輪部とを接続させる技術が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００６】
この技術は、長翼のランナベーンと短翼のランナベーンとを交互に、ランナの周方向に沿って配置する、いわゆるスプリッタタイプのランナベーンを適用対象としている。
【特許文献１】特開２００１−１１５９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＮＣ工作機械を用いて被加工物を切削加工する手法は、ブロック状の被加工物（素材）から徐々に削り出していく手法であるが、切削工具と隣接するランナベーンとの干渉を常に避けながら切削加工を行わなければならず、多くの加工時間を要していた。
【０００８】
特に、ランナベーンの出口側は、隣接するランナベーンとの距離が狭く、切削加工に際し、切削工具が隣接するランナベーンに干渉しないようにゆっくり切削加工を行い、最終的には手作業で仕上げ加工を行う等多くの時間を費やしていた。
【０００９】
また、水車性能試験結果を反映させて既存のランナベーンの形状を修正することがあるが、この場合、隣接するランナベーンとの狭隘なスペースで溶接肉盛作業やグラインダ仕上げ作業の際、作業効率が著しく悪く、納期短縮の妨げとなっていた。
【００１０】
さらにまた、ＮＣ工作機械による切削加工の際、切削工具と隣接するランナベーンとの干渉を避けるため、ＮＣデータの作成と検証に多くの時間を要する上、口径の大きい剛性のある切削工具を用い高速度で切削加工を行うことができない等の不便さがあった。
【００１１】
最近のフランシス形水車ランナは、大容量化し、ランナベーンの枚数が増える傾向にあるだけに、製造・作業工数が少なくなる構造の改善が望まれている。
【００１２】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、構造に改良を加えて製造・作業工数をより一層少なくさせる水車ランナおよび水車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】
【００１３】
本発明に係る水車ランナは、上述の目的を達成するために、クラウンの周方向に沿って交互に配置する固定式ランナベーンと、組立式ランナベーンとを備えるとともに、前記固定式ランナベーンに隣接する別の固定式ランナベーンとの間の前記クラウンに凹陥部を設け、この凹陥部に前記組立式ランナベーンを装着する構成にしたものである。
【００１４】
また、本発明に係る水車ランナの製造方法は、上述の目的を達成するために、クラウンの周方向に沿って交互に配置された固定式ランナベーンを素材から機械加工によって削り出すか、あるいは鋳造によって作製するとともに、前記固定式ランナベーンと隣接する別の固定式ランナベーンとの間の前記クラウンに凹陥部を切削加工した後、予め別個に作製しておいた組立式ランナベーンを前記凹陥部に装着し、締結具で固定する方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る水車ランナおよび水車ランナの製造方法は、クラウンの周方向に沿って、固定式ランナベーンと組立式ランナベーンとを交互に配置し、組立式ランナベーンをクラウンに設けた凹陥部に装着し、締結具で固定する構成にしたので、組立式ランナベーンを自由に移動させてランナベーン間の隙間を広く確保し、ランナベーンの機械加工を容易に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る水車ランナおよび水車ランナの製造方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る、例えばフランシス形の水車ランナを示す概略組立斜視図である。
【００１８】
本実施形態に係る水車ランナは、例えば、ＡｌＢＣ２等のアルミ合金製で作製した環状のクラウン１に周方向に沿い、ブロック状の素材からの削り出すか、または鋳造で作製されたランナベーン２が設けられており、ランナベーン２の外径側から流入し、その内径側に向って流れる動力水のエネルギを利用して回転させ、その回転力を主軸（回転軸、図示せず）に与えて動力（回転トルク）を発生させ、発電機等の被駆動機を駆動するようにしている。
【００１９】
また、クラウン１の周方向に沿って配置されたランナベーン２は、図２に示すように、クラウン１に固設した固定式ランナベーン３に隣接して着脱自在な組立式ランナベーン４を備え、これら固定式ランナベーン３と組立式ランナベーン４とを交互に配置する構成を採っている。
【００２０】
また、組立式ランナベーン４は、クラウン１に形成された凹陥部５に装着し、ピン等の締結具６で固定する。
【００２１】
なお、組立式ランナベーン４を装着し、締結具６で固定後の凹陥部５は、残った空間をスペーサ（図示せず）で塞ぐようにしている。
【００２２】
一方、クラウン１の周方向に沿って配置されたランナベーン２は、合計枚数が偶数枚、例えば１４枚、あるいは合計枚数が奇数枚、例えば１５枚のうち、いずれか一方の枚数が設計仕様書に指定されている。
【００２３】
これらランナベーン２の合計枚数が偶数枚、奇数枚のうち、例えば、１４枚が設計要項に指定されていると、ランナベーン２は、図３に示すように、固定式ランナベーン３と組立式ランナベーン４とを交互に配置すると、数字的に割切りのよい配置になっている。
【００２４】
しかし、ランナベーン２の合計枚数が奇数枚、例えば１５枚が設計要項に指定されていると、ランナベーン２は、図４に示すように、スタート時配置の組立式ランナベーン４と終端に配置する組立式ランナベーン４とが隣接配置になる。
【００２５】
このように、本実施形態は、設計要項に指定されたランナベーン２の枚数が偶数枚、または奇数枚であっても、固定式ランナベーン３と組立式ランナベーン４とをクラウン１に対し交互に配置すれば、例えば固定式ランナベーン３の出口側の形状を修正加工したい場合、組立式ランナベーン４を支持する締結具６を取り外し、組立式ランナベーン４を反対側の固定式ランナベーン３側に移動させれば、固定式ランナベーン３の出口側の隙間空間が広く確保でき、ＮＣ工作機械で容易に切削加工を行うことができる。
【００２６】
次に、本発明に係る水車ランナの製造方法の実施形態を説明する。
【００２７】
本実施形態に係る水車ランナは、例えば設計要項に奇数、例えば１５枚のランナベーンが指定された場合、図５に示すように、ブロック状の素材から機械加工による削り出すか、または鋳造で作製された７枚の固定式ランナベーン３をＮＣ工作機械で機械加工を行うとともに、固定式ランナベーン３と隣接する別の固定式ランナベーン３との間の空間領域に凹陥部５をＮＣ工作機械で機械加工して施工する。凹陥部５の機械加工が終ると、固定式ランナベーン３にグラインダ加工仕上げが行われる。
【００２８】
また、クラウン１に施工する凹陥部５は、クラウン１の中心を通る中心軸に対し、周方向に向って左右振分けの３°〜６°の範囲に亘って機械加工が行われる。
【００２９】
この間、組立式ランナベーン４は、別工程で作製されたブロック状の素材から削り出すか、あるいは鋳造により作製され、図６に示すように、基盤片７に固設したランナベーン片８が作製され、グラインダ仕上げ加工が行われる。
【００３０】
グラインダ仕上げ加工が終了すると、８枚作製されたランナベーン片８は、順次、図７に示すように、クラウン１に装着し、予め設けておいた穴に締結具６を挿通し、固定する。
【００３１】
クラウン１の凹陥部５に装着し、予め設けておいた穴に締結具６を挿通し、固定したランナベーン片８は、凹陥部５に残っている空間領域をスペーサ（図示せず）で塞ぎ、流路面を平坦状に形成する。
【００３２】
一方、運転中、キャビテーションやウェークの影響を受け、ランナベーン２の翼効率等が低下し、この低下の要因を実験等で究明し、実機に反映させる場合、あるいは、製造した水車ランナを性能試験装置に組み込み、性能試験を行った結果、羽根形状を修正する場合、ランナベーン片８は、図８〜図１１に示すように、締結具６を取り除いて空間状の凹陥部５を利用して隣接する固定式ランナベーン３側に矢印Ｒａに沿って移動させるか、あるいは図９に示すように、反対側の固定式ランナベーン３側に矢印Ｒｂに沿って移動させる。なお、図８〜図１１中、図８〜図９は、ランナベーンの合計枚数が偶数枚であり、固定式ランナベーン３と組立式ランナベーン４とを、奇数枚で組み合せている。また、図１０〜図１１は、ランナベーンの合計枚数が奇数枚であり、奇数の固定式ランナベーン３と偶数の組立式ランナベーン４とを組み合せている。
【００３３】
このように、本実施形態は、翼効率の低下したランナベーン２に翼形状の修正加工を行うとき、クラウン１から締結具６を取り外したランナベーン片８を隣接する固定式ランナベーン３側に移動させ、移動させたランナベーン片８と反対側の固定式ランナベーン３との空間距離を大きく確保させるので、ランナベーン２の機械加工による翼形状の修正加工を容易に施工することができる。
【００３４】
なお、本実施形態は、クラウン１に設けたランナベーン２を、全ての翼弦長の長いランナベーンに適用したが、この例に限らず、翼弦長の長いランナベーンと、翼弦長の短いランナベーンとを交互に配置した、いわゆるスプリッタランナにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る水車ランナを示す概略組立斜視図。
【図２】図１において、クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンとの一部を抜き出して示す水車ランナの部分概略斜視図。
【図３】図１において、クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンとがともに偶数枚である場合の水車ランナの平面図。
【図４】図１において、クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンが奇数で、組立式ランナベーンが偶数枚である場合の水車ランナの平面図。
【図５】本発明に係るランナベーンのうち、固定式ランナベーンのみを製造したランナベーンの概略斜視図。
【図６】固定式ランナベーンとは別の組立式ランナベーンのうち、一つだけを抜き出したランナベーン片を示す概略斜視図。
【図７】クラウンに装着された組立式ランナベーンの取付けを示す側面図。
【図８】クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンとがともに奇数枚の場合、組立式ランナベーンを反時計方向に向って移動させ、凹陥部の隙間を広く確保させる場合を示す図。
【図９】クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンとがともに奇数枚の場合、組立式ランナベーンを時計方向に向って移動させ、凹陥部の隙間を広く確保させる場合を示す図。
【図１０】クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンのうち、固定式ランナベーンが奇数枚で組立式ランナベーンが偶数枚のとき、組立式ランナベーンを反時計方向に向って移動させ、凹陥部の隙間を広く確保させる場合を示す図。
【図１１】クラウンの周方向に沿って交互に配置した固定式ランナベーンと組立式ランナベーンのうち、固定式ランナベーンが奇数枚で組立式ランナベーンが偶数枚のとき、組立式ランナベーンを時計方向に向って移動させ、凹陥部の隙間を広く確保させる場合を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１  クラウン
２  ランナベーン
３  固定式ランナベーン
４  組立式ランナベーン
５  凹陥部
６  締結具
７  基盤片
８  ランナベーン片
【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】
2007205289.tif 000010
【図９】
2007205289.tif 000011
【図１０】
2007205289.tif 000012
【図１１】
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