(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に等角度間隔で配置された６枚の羽根を有し、
円周上で４等分割されて製作されるポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造において、
上記６枚の羽根がそれぞれ、平面的な総巻角が１２５°〜１４０°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根の外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根の外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根の内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根の内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記一の羽根の内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記他の羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で５°〜１５°に定められている、
ことを特徴とする４分割ランナ構造。
【請求項２】
円周上に等角度間隔で配置された６枚の羽根を有し、
円周上で４等分割されて製作されるポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造において、
上記６枚の羽根がそれぞれ、平面的な総巻角が１５５°〜１７０°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記一の羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記他の羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で５°〜１５°に定められている、
ことを特徴とする４分割ランナ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造に係り、特に円周上に等角度間隔で配置された６枚の羽根とランナ分割面とを最適な関係に選定した４分割ランナ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
揚水場や揚水発電所にはポンプやポンプ水車が使用され、これらのポンプやポンプ水車のランナは、その大きさがポンプやポンプ水車の容量や落差や揚程等によって決定される。このランナは、工場で製造された後に揚水場や揚水発電所等の現場に輸送され、そこで組立てられる。しかしながら、ランナが大形・高重量である場合には、現場への輸送途中の道路や橋やトンネル等の関係によっては、完成されたランナの形では、輸送することができず、ランナを２分割状態で製造し、揚水場や揚水発電所等の現場において、一体組立てを行っている。
【０００３】
ランナの２分割は、その分割位置によっては羽根の強度が低下することがある。詳述すると、羽根の分割面と羽根の外周端及び内周端（入口端及び出口端）との間隔が小さいと、羽根に加わる遠心力を羽根自体で支えることが困難になり、羽根のクラウン及びバンドの付根部に過大な応力が作用し、最悪の場合には運転中に羽根が破損する恐れがある。
【０００４】
そこで、ランナの２分割位置は、羽根の分割面と羽根の外周端及び内周端との間隔が十分に大きくなるように配慮して決定されており、このような分割位置の選定は、２分割ランナでは分割面が一面であるため、自由度が大きく容易に選定することができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、揚水発電所等では近年、経済性の観点から益々大容量化しており、これに応じてランナも大形化し、従来の２分割ランナでは輸送条件を満足することができない事態が出現している。そこで、この輸送条件を満足するためには、ランナを３分割すれば良い。しかしながら、３分割ランナは、分割面の加工精度が非常に難しくかつ現場での組立ても難しいので、実際上ほとんど採用されておらず、むしろ、上述の３分割ランナの問題が存在しない４分割ランナの方が実用的である。
【０００６】
しかし、４分割ランナ構造は、分割された各ランナ片には分割面が２面存在するため、ランナをどのような位置で４分割するかは、ランナの強度上極めて重要な問題であるにも拘らず、これまでランナ羽根の強度を考慮した４分割ランナの分割位置を提案する公知技術は、存在しない。特に、ランナが大形化すると、ランナのクラウンとバンドとの間の羽根長さが大きくなり、分割される羽根部の剛性が低下するため、羽根破損の危険性が増大しており、４分割ランナの分割位置を最適に選定する技術の開発が望まれていた。そこで、本発明の目的は４分割ランナにも拘らず全ての羽根が十分な強度を有するポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１に記載された発明は、
円周上に等角度間隔で配置された６枚の羽根を有し、
円周上で４等分割されて製作されるポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造において、
上記６枚の羽根がそれぞれ、平面的な総巻角が１２５°〜１４０°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根の外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根の外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根の内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根の内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記一の羽根の内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記他の羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で５°〜１５°に定められている、
ことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載された発明は、
円周上に等角度間隔で配置された６枚の羽根を有し、
円周上で４等分割されて製作されるポンプまたは水車ポンプなどの４分割ランナ構造において、
上記６枚の羽根がそれぞれ、平面的な総巻角が１５５°〜１７０°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根外周端に向かうときの上記羽根外周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記一の羽根との交点から上記一の羽根に沿ってこの羽根内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割する分割面と、この分割面と上記他の羽根との交点から上記他の羽根に沿ってこの羽根内周端に向かうときの上記羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められ、
上記６枚の羽根のうち、一の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記一の羽根内周端と、の間隔、若しくは他の羽根を分割しない分割面と、この分割面から時計回りもしくは半時計回り方向にある上記他の羽根内周端と、の間隔のうち、最も小さい間隔が平面上羽根巻角で５°〜１５°に定められている、
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
請求項１及び２に記載された発明にあっては、各羽根は、その羽根を分割する分割面と羽根外周端との最も小さい間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められると共に、上記分割面と羽根内周端との最も小さい間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められているため、各羽根は十分な剛性及び強度が確保される。
更に、その羽根を分割しない分割面と上記羽根内周端との間隔の内で最も短い距離が周方向で５°〜１５°に定められるので、羽根内周端、即ち羽根出口端の整形や羽根付根のＲ部の形成を十分に行うことができ、従って水力性能上、有害なキャビテーションの発生を防止すると共に、上記羽根付根のＲ部の形成により応力集中を緩和することもできる。
更に、各羽根の平面的な総巻角も十分な角度に設定されているため、ポンプまたはポンプ水車の水力性能を十分に発揮することができる。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明による４分割ランナ構造の実施例を図１乃至図３を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明をフランシス形ポンプ水車ランナに適用した第１の実施例を示したもので、ランナは、円周方向に等角度間隔に配置された６枚の羽根１、２、３、４、５、６と、これらの羽根１、２、３、４、５、６を挟持するランナクラウン７及びランナバンド８とから構成される。ランナは、図２に示したように互いに９０°の分割面９、１０、１１、１２によって４等分されている。
【００１１】
図２に示したように、６枚の羽根１、２、３、４、５、６の各々は平面的な総巻角α１がα１＝１２５°〜１４０°に選定されている。
また、各羽根１、２、３、４、５、６と分割面９、１０、１１、１２との関係は、各羽根１、２、３、４、５、６に対する分割面９、１０、１１、１２の位置が次の条件を満足するように選定されている。
即ち、ランナの外周側では、分割面９、１０、１１、１２と羽根外周端１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａとの間の間隔の内で最も小さい間隔、図２では、分割面９と羽根外周端１ａとの間隔及び分割面１１と羽根外周端４ａとの間隔が夫々平面上羽根巻角でα２＝２０°〜２５°となるように定められる。
これをもっと正確に表現すると、分割面９、１０、１１、１２とこれらの分割面９、１０、１１、１２によって分割される羽根１、２、３、４、５、６の外周端１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａとの間隔の内で、最も小さいものが平面上羽根巻角でα２＝２０°〜２５°となるように定められる。
【００１２】
また、ランナの内周側では、分割面９、１０、１１、１２と羽根内周端１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂとの間の間隔の内で最も小さい間隔、図２では、分割面１０と羽根内周端１ｂとの間隔及び分割面１２と羽根内周端４ｂとの間隔が夫々平面上羽根巻角でα３＝１５°〜２５°となるように定められている。
これについても更に正確に表現すると、分割面９、１０、１１、１２とこれらの分割面９、１０、１１、１２によって分割される羽根１、２、３、４、５、６の内周端１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂとの間隔の内で、最も小さいものが平面上羽根巻角でα３＝１５°〜２５°となるように定められている。
【００１３】
更に、各羽根の内周端１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂと、これらの羽根を分割しない直近の分割面９、１０、１１、１２との間隔の内で最も小さいもの、図２では内周端５ｂと分割面９との間隔及び内周端２ｂと分割面１１との間隔が夫々円周方向にα４＝５°〜１５°となるように定められている。
【００１４】
以上のように、本実施例の４分割ランナは、各羽根の総巻角α１がα１＝１２５°〜１４０°であるので、必要な水力性能を十分に達成することができる。
また、ランナ外周側ではα２＝２０°〜２５°の巻角分の羽根長さを確保し、ランナ内周側ではα３＝１５°〜２５°の巻角分の羽根長さを確保しているため、分割される羽根の剛性を十分に確保することができ、羽根のランナクラウン７及びランナバンド８の付根部に作用する応力に対して十分な強度を得ることができる。
【００１５】
更に、ランナ内周側でα４＝５°〜１５°の間隔を確保するので、羽根内周端、即ち羽根出口端の整形や羽根付根のＲ部の形成を十分に行うことができ、従って水力性能上、有害なキャビテーションの発生を防止すると共に、上記羽根付根のＲ部の形成により応力集中を緩和することもできる。
【００１６】
図３は本発明の第２の実施例を示したもので、各羽根の総巻角α１がα１＝１５５°〜１７０°に選定されている、その他の角度α２、α３、α４は、第１の実施例と同一である。即ち、α２＝２０°〜２５°、α３＝１５°〜２５°、及びα４＝５°〜１５°である。
【００１７】
この第２の実施例も第１の実施例と同様に、必要な水力性能を十分に達成することができると共に、分割される羽根の剛性を十分に確保することができ、更にキャビテーションの発生防止及び羽根付根部の応力集中緩和を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、各羽根は、その羽根を分割する分割面と羽根外周端との間隔が平面上羽根巻角で２０°〜２５°に定められると共に、上記分割面と羽根内周端との間隔が平面上羽根巻角で１５°〜２５°に定められているため、各羽根は十分な剛性及び強度が確保される。
更に、その羽根を分割しない分割面と上記羽根内周端との間隔の内で最も短い距離が周方向で５°〜１５°定められるので、羽根内周端、即ち羽根出口端の整形や羽根付根のＲ部の形成を十分に行うことができ、従って水力性能上、有害なキャビテーションの発生を防止すると共に、上記羽根付根のＲ部の形成により応力集中を緩和することもできる。
更に、各羽根の平面的な総巻角も１２５°〜１４０°または１５５°〜１７０°と十分な角度に設定されているため、ポンプまたはポンプ水車等の水力性能を十分に発揮することができる。
こうして、輸送に便利な４分割ランナにも拘らず、十分な強度と十分な水力性能とを達成できる強度及び水力性能上バランスのとれた４分割ランナ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による４分割ランナ構造の第１の実施例を概略的に示した断面図。
【図２】  第１の実施例を模式的に示した平面図。
【図３】  本発明による４分割ランナ構造の第２の実施例を模式的に示した平面図。
【符号の説明】
１〜６  羽根
１ａ〜６ａ  羽根外周部
１ｂ〜６ｂ  羽根内周部
９〜１１  分割面
【図１】
0003817278.tif 000002
【図２】
0003817278.tif 000003
【図３】
0003817278.tif 000004