(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の運動エネルギを電気エネルギに変換する水車又は電気エネルギを水の運動エネルギに変換するポンプに使用され、環状に形成された一対の主板を渦巻ケーシングの内側に対向配設し、前記渦巻ケーシングの渦巻方向に傾斜した複数のステイベーンを前記一対の主板で挟持して前記渦巻ケーシングの流路に連通するステイベーン流路を形成し、前記一対の主板の半径方向内側にそれぞれ内周リングを立設し、それぞれの内周リングの端部にフランジを設け、前記主板、内周リング及びフランジで略断面コ字型に形成された水力機械のスピードリングにおいて、
前記主板とフランジとの間に垂直に配設された補強用の補強リブを有し、
前記補強リブを、前記主板の平面に対して垂直方向から見て、前記ステイベーンの傾斜方向と反対方向に傾斜させたことを特徴とする水力機械のスピードリング。
【請求項２】
前記補強リブを隣接する前記ステイベーン間にそれぞれ配設し、補強リブの内側端部及び外側端部をそれぞれ一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重ね合わせたことを特徴とする請求項１記載の水力機械のスピードリング。
【請求項３】
水の運動エネルギを電気エネルギに変換する水車又は電気エネルギを水の運動エネルギに変換するポンプに使用され、環状に形成された一対の主板を渦巻ケーシングの内側に対向配設し、前記渦巻ケーシングの渦巻方向に傾斜した複数のステイベーンを前記一対の主板で挟持して前記渦巻ケーシングの流路に連通するステイベーン流路を形成し、前記一対の主板の半径方向内側にそれぞれ内周リングを立設し、それぞれの内周リングの端部にフランジを設け、前記主板、内周リング及びフランジで略断面コ字型に形成された水力機械のスピードリングにおいて、
前記主板とフランジとの間に垂直に配設された補強用の補強リブを有し、
前記補強リブを、前記主板の平面に対して垂直方向から見て、隣接する前記ステイベーン間に前記主板の半径方向に延長させて配設し、かつ各補強リブが一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重なるように配置したことを特徴とする水力機械のスピードリング。
【請求項４】
前記一対の主板の外側端部にそれぞれ円筒状リブを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水力機械のスピードリング。
【請求項５】
前記主板の内側端部に設けられた前記内周リングは前記主板と接合する接合部の肉厚が厚く設定されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水力機械のスピードリング。
【請求項６】
前記ステイベーンの内側端部及び外側端部にそれぞれ前記ステイベーンの母材より強度特性の優れた部材を使用し、かつ、前記主板に溶着される渦巻ケーシングの端部に前記渦巻ケーシングの母材より強度特性の優れた部材を使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水力機械のスピードリング。
【請求項７】
隣接する前記ステイベーン間に形成された前記ステイベーン流路のポート中央に前記ステイベーンの翼弦長より短い翼弦長の中間羽根を配設したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水力機械のスピードリング。
【請求項８】
前記主板の平面に対して垂直方向から見て、前記中間羽根外側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する一方のステイベーンに交差し、かつ、中間羽根内側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する他方のステイベーンに交差することを特徴とする請求項７に記載の水力機械のスピードリング。
【請求項９】
前記中間羽根外側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する一方のステイベーンと交差する点から該ステイベーンの内側端部までの長さが該一方のステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さであり、かつ、前記中間羽根内側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する他方のステイベーンと交差する点から該ステイベーンの外側端部までの長さが該他方のステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さであることを特徴とする請求項８に記載の水力機械のスピードリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水力機械のスピードリングに係り、特に水力発電所用の水車、ポンプ水車等に使用される水力機械のスピードリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３において、１は一般的な水車であり、２は渦巻ケーシング、３は渦巻ケーシングに連通されたスピードリング、４はスピードリング３内に設けられたステイベーン、５はステイベーン４と共に水を整流するガイドベーン、６はガイドベーン５を介して水が供給されることにより回転するランナ、７はランナ６から流出した水を下ダム（図示せず）に放出する吸出し管、８はランナと共に回転する主軸、９は主軸用軸受、１０は主軸封水装置、１１は上カバー、１２は下カバーである。水車１の渦巻ケーシング２には図示しない上ダムから送水された水が流入し、渦巻ケーシング２内に流入した水はステイベーン４及びガイドベーン５で整流されてランナ６内に流入する。そして、ランナ６に流入した水の運動エネルギでランナ６と共に主軸８が回転し、この回転エネルギが主軸８に連結されている発電機（図示せず）で電気エネルギに変換される。そして、ランナ６から流出した水は、吸出し管７を介して下ダムに放出される。
【０００３】
前述したように水車１が作動して上ダムから渦巻ケーシング２内に流入した水は吸出し管７の方向に進むにしたがって水圧力が減少するので、水圧力が高い渦巻ケーシング２の近傍で渦巻ケーシング２と一体となったスピードリング３の静的強度特性が重要になる。なお、上述した構成は水車に限らずポンプ水車にも適用され、ポンプ水車においては水車運転の場合は上述した内容と同様であるが、ポンプ運転の場合は発電電動機（図示せず）で主軸８と共にランナ６が回転して下ダムの水が吸出し管７を介してランナ６に吸い上げられる。そして、ランナ６から流出した水はガイドベーン５及びステイベーン４で整流されて渦巻ケーシング２を介して上ダムに放出される。
【０００４】
ここで、スピードリング３に作用する力のバランスを図１４に基づいて説明する。図１４に示すようにスピードリング３には、上カバー１１から伝達される力１３、渦巻ケーシング２から伝達される力１４、主板３ａに作用する水圧力１６ａ、１６ｂ及びステイベーン４に作用する水圧力１７が付与される。これらの力のうち、ステイベーン４に作用する水圧力１７については、ステイベーン４の両側を圧縮するように作用するので力の釣り合いが保たれる。したがって、ステイベーン４に作用する水圧力１７は他部材に伝達されないので、スピードリング３の強度特性に影響しない。
【０００５】
しかしながら、その他の力はスピードリング３の強度特性に影響を与える。すなわち、上カバー１１から伝達された力１３及びステイベーン４の内側の主板３ａの接水面に作用する力１６ａと、渦巻ケーシング２から伝達される力１４及びステイベーン４の外側の主板３ａの接水面に作用する力１６ｂとがステイベーン４を支点として釣り合っている。そして、この釣り合いによりスピードリング３の変形モードが発生する。この場合、ステイベーン４は図１５に示すように、主板３ａの内側から外側に延長して配設されているので、例えばＥ−Ｅ線に沿った断面と、Ｆ−Ｆ戦に沿った断面とでは支点となるステイベーン４の位置が変化する。すなわち、Ｅ−Ｅ線に沿った断面の場合、ステイベーン４が外側に位置するので図１６に示すように主板３ａの内側が上方に変形し、また、Ｆ−Ｆ線に沿った断面の場合、ステイベーン４が内側に位置するので図１７に示すように主板３ａの外側が上方に変形する。
【０００６】
このように、ステイベーン４の位置の変化に対応して主板３ａ内側や外側が変形するので、図１８、図１９に示すように主板３ａが波打ち変形し、この波打ち変形が渦巻ケーシング２とスピードリング３の内側リング３ｂ等に波及して、スピードリング３の変形モード（図１６、図１７参照）が発生する。ところで、上述した変形モードが発生すると、図１８に示すステイベーン４の内側端部近傍１８、ステイベーン４の外側端部近傍１９及び図１９に示す渦巻ケーシング２と主板３ａとの接合部２０で高い応力値が発生するので、主板３ａの板厚を厚くしたり渦巻ケーシング２と主板３ａとの接合部の肉厚を厚くして高応力発生部１８、１９、２０の応力値を許容範囲内に収めるようにしていた。なお、図１３、図１４及び図１６、図１７において３ｃはフランジ、図１３、図１４において２１は補強リブである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の水車等は高落差化が進み主板３ａの板厚を厚くしたり、渦巻ケーシング２と主板３ａとの接合部の厚肉化を図るだけでは高応力発生部１８、１９、２０の応力値を許容範囲内に収めることが困難になり、高応力発生部１８、１９、２０を起点としてスピードリング３が破損するという問題があり、また、スピードリング３の近傍に位置する主軸８や主軸封水装置１０の隙間が増加するという問題がある。
したがって、本発明の目的は上記従来技術が有する問題を解消し、簡易的な補強で高応力発生部の信頼性の向上を図ることができる水力機械のスピードリングを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の本発明は、水の運動エネルギを電気エネルギに変換する水車又は電気エネルギを水の運動エネルギに変換するポンプに使用され、環状に形成された一対の主板を渦巻ケーシングの内側に対向配設し、前記渦巻ケーシングの渦巻方向に傾斜した複数のステイベーンを前記一対の主板で挟持して前記渦巻ケーシングの流路に連通するステイベーン流路を形成し、前記一対の主板の半径方向内側にそれぞれ内周リングを立設し、それぞれの内周リングの端部にフランジを設け、前記主板、内周リング及びフランジで略断面コ字型に形成された水力機械のスピードリングにおいて、前記主板とフランジとの間に垂直に配設された補強用の補強リブを有し、前記補強リブを、前記主板の平面に対して垂直方向から見て、前記ステイベーンの傾斜方向と反対方向に傾斜させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の本発明は、前記補強リブを隣接する前記ステイベーン間にそれぞれ配設し、補強リブの内側端部及び外側端部をそれぞれ一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重ね合わせたことを特徴とする。
請求項３の本発明は、水の運動エネルギを電気エネルギに変換する水車又は電気エネルギを水の運動エネルギに変換するポンプに使用され、環状に形成された一対の主板を渦巻ケーシングの内側に対向配設し、前記渦巻ケーシングの渦巻方向に傾斜した複数のステイベーンを前記一対の主板で挟持して前記渦巻ケーシングの流路に連通するステイベーン流路を形成し、前記一対の主板の半径方向内側にそれぞれ内周リングを立設し、それぞれの内周リングの端部にフランジを設け、前記主板、内周リング及びフランジで略断面コ字型に形成された水力機械のスピードリングにおいて、前記主板とフランジとの間に垂直に配設された補強用の補強リブを有し、前記補強リブを、前記主板の平面に対して垂直方向から見て、隣接する前記ステイベーン間に前記主板の半径方向に延長させて配設し、かつ各補強リブが一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重なるように配置したことを特徴とする。
請求項４の本発明は、前記一対の主板の外側端部にそれぞれ円筒状リブを設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の本発明は、前記主板の内側端部に設けられた前記内周リングは前記主板と接合する接合部の肉厚が厚く設定されたことを特徴とする。
請求項６の本発明は、前記ステイベーンの内側端部及び外側端部にそれぞれ前記ステイベーンの母材より強度特性の優れた部材を使用し、かつ、前記主板に溶着される渦巻ケーシングの端部に前記渦巻ケーシングの母材より強度特性の優れた部材を使用することを特徴とする。
請求項７の本発明は、隣接する前記ステイベーン間に形成された前記ステイベーン流路のポート中央に前記ステイベーンの翼弦長より短い翼弦長の中間羽根を配設したことを特徴とする。
請求項８の本発明は、前記主板の平面に対して垂直方向から見て、前記中間羽根外側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する一方のステイベーンに交差し、かつ、中間羽根内側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する他方のステイベーンに交差することを特徴とする。
【００１１】
請求項９の本発明は、前記中間羽根外側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する一方のステイベーンと交差する点から該ステイベーンの内側端部までの長さが該一方のステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さであり、かつ、前記中間羽根内側端と水車またはポンプの回転中心を通過する直線が隣接する他方のステイベーンと交差する点から該ステイベーンの外側端部までの長さが該他方のステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さであることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１の本発明によれば、主板、内周リング及びフランジで形成された略断面コ字型のスピードリングの主板とフランジ間に補強用の補強リブを、主板の平面に対して垂直方向から見て、ステイベーンの傾斜方向と反対方向に傾斜させて配設した。これにより、ステイベーンの傾斜方向と反対方向の主板の剛性が強化されるので、主板の波打ち変化が減少する。
【００１３】
請求項２の本発明によれば、補強リブを隣接するステイベーン間に配設し、補強リブの内側端部及び外側端部をそれぞれ一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重ね合わせた。これにより、請求項１の発明と同様にステイベーンの傾斜方向と反対方向の主板の剛性が強化され、さらに、高応力発生部となるステイベーンの内側端部及び外側端部の剛性が局所的に強化される。
【００１４】
請求項３の本発明によれば、補強リブを環状の主板の半径方向に延長させて配設し、かつ隣接するステイベーン間に位置する補強リブを一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重ね合わせた。これにより、高応力発生部となるステイベーンの内側端部及び外側端部の剛性が局所的に強化される。また、補強リブを隣接するステイベーン間に配設して、補強リブを主板の剛性が低いスピードリングのステイベーン流路中央に位置させたので、主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。
請求項４の本発明によれば、一対の主板の外側端部にそれぞれ円筒状リブを設けたので、主板の周方向の曲剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。また、主板の外側端部に円筒状リブを設けたので、円筒状リブが高応力発生部であるステイベーンの外側端部に重なり、高応力発生部の剛性が局所的に強化される。
【００１５】
請求項５の本発明によれば、主板の内側端部に設けられた内周リングが主板と接合する接合部の肉厚を局部的に厚く設定したので、主板の周方向の曲剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。また、局部的に肉厚化した内周リングは高応力発生部であるステイベーンの内側端部に重なるので、高応力発生部の剛性が局所的に強化される。
【００１６】
請求項６の本発明によれば、ステイベーンの内側端部及び外側端部にそれぞれステイベーンの母材より強度特性の優れた部材を使用し、かつ、主板に溶着される渦巻ケーシングの端部に渦巻ケーシングの母材より強度特性の優れた部材を使用する。これにより、高応力発生部となるステイベーンの内側端部、外側端部及び渦巻ケーシングの端部と主板との接合部の許容応力が大きくなる。
【００１７】
請求項７の本発明によれば、隣接するステイベーン間に形成されたステイベーン流路のポート中央にステイベーンの翼弦長より短い翼弦長の中間羽根を配設した。これにより、剛性が低いステイベーン流路中央の主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。
【００１８】
請求項８と９の本発明によれば、隣接するステイベーンの一方のステイベーンの内側端部と中間羽根の外側端部とを重ね合わせ、この重ね合わされた一方のステイベーンの内側端部の長さをステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さに設定した。さらに、隣接するステイベーンの他方のステイベーンの外側端部と中間羽根の内側端部とを重ね合わせ、この重ね合わされた他方のステイベーンの外側端部の長さをステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さに設定した。これにより、請求項７と同様に剛性が低いステイベーン流路中央の主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。さらに、主板が波打ち変形する場合にステイベーンと中間羽根とが支点となるので、支点の受ける反力が半分になり高応力発生部に発生する応力が半減する。
【００１９】
【実施例】
実施例１
以下本発明による水車の実施例１を図１、図２を参照して説明する。なお、図１、図２において図１３乃至図１９に示す従来技術と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図１において、３ｃは上カバー１１と接合する接合フランジ、３０は接合フランジ３ｃを支持する補強リブである。補強リブ３０は接合フランジ３ｃと主板３ａとの間に配設され、図２に示すようにステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜されている。従来の補強リブ２１（図１３、図１４参照）は内側リング３ｂの半径方向に延長されていて、この点が実施例１と相違する。このように、補強リブ３０をステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜することにより、ステイベーン４の傾斜方向と反対方向の主板３ａの剛性が強化されるので主板３ａの波打ち変化が減少する。
【００２０】
次に前記のように構成された実施例１の作用を説明する。上ダムから送水された水が渦巻ケーシング２内に流入し、渦巻ケーシング２内に流入した水はスピードリング３の主板３ａ、３ａ間のステイベーン流路等を経てランナ６（図１３参照）内に流入する。このように、水が流れる際に図１４に示すように、ステイベーン４の内側に作用する力（上カバー１１から伝達された力１３及びステイベーン４の内側の主板３ａの接水面に作用する力１６ａ）とステイベーン４の外側に作用する力（渦巻ケーシング２から伝達される力１４及びステイベーン４の外側の主板３ａの接水面に作用する力１６ｂ）とがステイベーン４を支点として釣り合う。これにより、図１８、図１９に示すように主板３ａが波打ち変形し、この波打ち変形が渦巻ケーシング２とスピードリング３の内側リング３ｂ等に波及して、スピードリング３の変形モード（図１６、図１７参照）が発生する。
【００２１】
しかしながら、実施例１の補強リブ３０はステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜しているので、ステイベーン４の傾斜方向と反対方向の主板３ａの剛性が強化されて主板３ａの波打ち変化を減少する。したがって、図１８に示すステイベーン４の内側端部近傍１８、ステイベーン４の外側端部近傍１９及び図１９に示す渦巻ケーシング２と主板３ａとの接合部２０の高応力発生部の応力値を低く抑えることができる。このように、実施例１によれば、補強リブ３０をステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜させるだけの簡易的な補強で高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。
【００２２】
実施例２
次に、図３、図４を参照して実施例２を説明する。なお、図３、図４において図１、図２に示す実施例１と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図３において、３１は接合フランジ３ｃを支持する補強リブ、３２は整流カバーである。補強リブ３１は実施例１の補強リブ３０と同様にステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜している。さらに、図４に示すよう補強リブ３１を隣接するステイベーン４、４間に配設して補強リブ３１の内側端部３１ａを左側のステイベーン４の内側端部４ａに重ね合わせ、補強リブ３１の外側端部３１ｂを右側のステイベーン４の外側端部４ｂに重ね合わせた。これにより、高応力発生部となるステイベーン４の内側端部４ａ及び外側端部４ｂの剛性が局所的に強化される。また、補強リブ３１の外側端部３１ｂをステイベーン４の外側端部４ｂに重ね合わせることにより、補強リブ３１の外側端部３１ｂが渦巻ケーシング２内に突出するので、突出した補強リブ３１の外側端部３１ｂが渦巻ケーシング２内の水の流れを乱さないように整流カバー３２が主板３ａの外側に取り付けられている。
【００２３】
次に前記のように構成された実施例２の作用を説明する。渦巻ケーシング２内の水は、主板３ａの外側に配設された整流カバー３２に沿って主板３ａとステイベーン４とで構成されるステイベーン流路に導かれ、ガイドベーン流路に流出する。また、ポンプ水車をポンプとして使用する場合、ランナ６（図１３参照）から吐出した水はガイドベーン流路を経てステイベーン流路に導かれ、整流カバー３２に沿って渦巻ケーシング２内に放出される。これにより、従来のスピードリング３の場合、図１８、図１９に示すように主板３ａが波打ち変形する。
【００２４】
しかしながら、実施例２の補強リブ３１は実施例１の補強リブ３０と同様にステイベーン４の傾斜方向と反対方向に傾斜しているので、ステイベーン４の傾斜方向と反対方向の主板３ａの剛性が強化されて主板３ａの波打ち変化を減少する。さらに、補強リブ３１の内側端部３１ａ及び外側端部３１ｂを、高応力発生部となるステイベーン４の内側端部４ａ及び外側端部４ｂに重ね合うように配設したので、ステイベーン４の内側端部４ａ及び外側端部４ｂにおける剛性が局所的に強化される。このように、実施例２によれば、簡易的な補強により高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。
【００２５】
実施例３
次に、図５、図６を参照して実施例３を説明する。なお、図５、図６において実施例１、２と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図５において、３３は放射リブ、３４は厚肉放射リブであり、放射リブ３３及び厚肉放射リブ３４は放射状（環状の主板３ａの半径方向）に延長されている。また、厚肉放射リブ３４は隣接するステイベーン４、４間に配設され、厚肉放射リブ３４は隣接するステイベーン４の内側端部４ａ及び外側端部４ｂに重ね合うように肉厚が設定されている。これにより、実施例２と同様に、高応力発生部となるステイベーン４の内側端部４ａ及び外側端部４ｂの剛性が局所的に強化される。
【００２６】
また、厚肉放射リブ３４を隣接するステイベーン４、４間に配設したので、厚肉放射リブ３４は主板３ａの剛性が低いスピードリング３の流路中央に位置する。したがって、主板３ａの剛性が強化されて主板３ａの波打ち変化が減少する。したがって、実施例３によれば、簡易的な補強により高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。なお、厚肉放射リブ３４をステイベーン４の外側端部４ｂに重ね合わせることにより、厚肉放射リブ３４の外側端部が渦巻ケーシング２内に突出するので、突出した厚肉放射リブ３４の外側端部が渦巻ケーシング２内の流れを乱さないように整流カバー３２が主板３ａの外周側に配設されている。
【００２７】
実施例４
次に、図７を参照して実施例４を説明する。なお、図７において実施例１乃至３と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図７において、３５は外側円筒リブであり、外側円筒リブ３５は主板３ａの外周に配設されている。これにより、主板３ａの周方向の曲剛性が強化されて主板３ａの波打ち変位が減少する。また、外側円筒リブ３５をステイベーン４の外側端部４ｂに重ね合わせることにより、高応力発生部となるステイベーン４の外側端部４ｂの剛性が局所的に強化される。したがって、実施例４によれば、簡易的な補強により高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。なお、外側円筒リブ３５は渦巻ケーシング２内に位置するので、外側円筒リブ３５が渦巻ケーシング２内の流れを乱さないように整流カバー３２が主板３ａの外周側に配設されている。
【００２８】
実施例５
次に、図８を参照して実施例５を説明する。なお、図８において実施例１乃至４と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図８において、３６は内周リブ３ｂが主板３ａと接合する接合部であり、接合部３６は肉厚が内周リブ３ｂの肉厚より厚く設定されている。これにより、実施例４と同様に主板３ａの周方向の曲剛性が強化されて主板３ａの波打ち変位が減少する。また、肉厚部３６をステイベーン４の内側端部４ａに重ね合わせることにより、高応力発生部となるステイベーン４の内側端部４ａの剛性が局所的に強化される。このように、実施例５によれば、内周リブ３ｂの一部を肉厚に設定するだけの簡易的な補強で高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。
【００２９】
実施例６
次に、図９を参照して実施例６を説明する。なお、図９において実施例１乃至５と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図９において、４ａはステイベーン４の内側端部、４ｂはステイベーン４の外側端部、２ａは渦巻ケーシング２のシェル端部であり、これらの端部４ａ、４ｂ、２ａにはステイベーン４や渦巻ケーシング２の母材より強度特性の優れた部材が使用されている。したがって、ステイベーン４の内側端部４ａ、ステイベーン４の外側端部４ｂ、及び渦巻ケーシング２のシェル端部２ａのそれぞれと主板３ａとの接合部の許容応力が大きくなる。なお、これらの端部４ａ、４ｂ、２ａに使用される強度特性の優れた部材は、それぞれの母材にシール溶接等で溶着される。
【００３０】
次に前記のように構成された実施例６の作用を説明する。渦巻ケーシング２及びスピードリング３内を水が流れると、ステイベーン４の内側端部４ａ、外側端部４ｂ及び渦巻ケーシング２のシェル端部２ａに高応力が発生するが、端部４ａ、４ｂ、２ｃに強度特性の優れた部材を使用して，これらの端部４ａ、４ｂ、２ｃと主板３ａとの接合部の許容応力を大きくしてあるので、これらの接合部の破損等の発生を防止することができる。このように、実施例６によれば強度特性の優れた部材を使用することにより簡易的に高応力発生部１８、１９、２０の許容応力を大きくして高応力発生部１８、１９、２０の信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
実施例７
次に、図１０、１１を参照して実施例７を説明する。なお、図１０、１１において実施例１乃至６と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図１１において、４０はスピードリング３のステイベーン流路内に設けられた中間羽根であり、中間羽根４０はスピードリング３のステイベーン流路内のポート中央に設けられ、中間羽根４０の翼弦長はステイベーン４の翼弦長より短く設定されている。このように、スピードリング３のステイベーン流路内のポート中央に中間羽根４０を設けることにより、剛性の低いステイベーン流路中央が補強されて主板３ａの波打ち変位が減少する。したがって、実施例７によれば、中間羽根４０を設けるだけの簡易的な補強で高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。
【００３２】
実施例８
また、施例７でスピードリング３のステイベーン流路の中央に設けられた中間羽根４０の外周端部をステイベーン４の内周端部とオーバーラップさせ、さらに、中間羽根４０の内周端部をステイベーン４の外周端部とオーバーラップさせた。そして、それぞれのオーバーラップ量をステイベーン４の翼弦長Ｌの１０％以上に設定した（図１１参照）。このように、中間羽根４０の外周端部をステイベーン４の内周端部とオーバーラップさせ、中間羽根４０の内周端部をステイベーン４の外周端部とオーバーラップさせることにより、実施例７と同様に剛性の低いスピードリング３のステイベーン流路中央が補強されて主板３ａの波打ち変位が減少し、さらに、主板３ａが波打ち変形する場合にステイベーン４と中間羽根４０とが支点となるので（図１２参照）、支点の受ける反力、すなわち、高応力発生部１８、１９、２０に作用する力が半分になり、高応力発生部１８、１９、２０に発生する応力が半減する。したがって、実施例８によれば、より効果的に高応力発生部１８、１９、２０の応力値が低減されて高応力発生部１８、１９、２０の信頼性が向上する。
【００３３】
実施例９
なお、実施例１乃至実施例８においては、ポンプ水車の場合について説明したが、これに限らず、水車の場合も同様の効果を奏することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明による水力機械のスピードリングによれば、スピードリングの主板とフランジ間に補強用の補強リブを、主板の平面に対して垂直方向から見て、ステイベーンの傾斜方向と反対方向に傾斜させて配設した。これにより、ステイベーンの傾斜方向と反対方向の主板の剛性が強化されるので主板の波打ち変化が減少する。したがって、補強リブの簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００３５】
請求項２の発明による水力機械のスピードリングによれば、補強リブを隣接するステイベーン間に配設し、補強リブの内側端部及び外側端部をそれぞれ一方のステイベーンの内側端部及び他方のステイベーンの外側端部に重ね合わせた。これにより、請求項１の発明と同様にステイベーンの傾斜方向と反対方向の主板の剛性が強化され、さらに、高応力発生部となるステイベーンの内側端部及び外側端部の剛性が局所的に強化される。したがって、補強リブの簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００３６】
請求項３の発明による水力機械のスピードリングによれば、請求項２の発明と同様に、高応力発生部となるステイベーンの内側端部及び外側端部の剛性が局所的に強化される。また、補強リブを隣接するステイベーン間に配設して、補強リブを主板の剛性が低いスピードリングのステイベーン流路中央に位置させたので、主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。したがって、補強リブの簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００３７】
請求項４の発明による水力機械のスピードリングによれば、主板の外側端部に円筒状リブを設けたので、主板の周方向の曲剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。また、円筒状リブが高応力発生部であるステイベーンの外側端部に重なり、高応力発生部の剛性が局所的に強化される。したがって、簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００３８】
請求項５の発明による水力機械のスピードリングによれば、主板の内側端部に設けられた内周リングが主板と接合する接合部の肉厚を局部的に厚く設定したので、主板の周方向の曲剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。また、局部的に肉厚化した内周リングは高応力発生部であるステイベーンの内側端部に重なるので、高応力発生部の剛性が局所的に強化される。したがって、簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００３９】
請求項６の発明による水力機械のスピードリングによれば、ステイベーンの内側端部及び外側端部にそれぞれステイベーンの母材より強度特性の優れた部材を使用し、かつ、主板に溶着される渦巻ケーシングの端部に渦巻ケーシングの母材より強度特性の優れた部材を使用する。これにより、高応力発生部となるステイベーンの内側端部、外側端部及び渦巻ケーシングの端部と主板との接合部の許容応力が大きくなる。したがって、簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
請求項７の発明による水力機械のスピードリングによれば、隣接するステイベーン間に形成されたステイベーン流路のポート中央にステイベーンの翼弦長より短い翼弦長の中間羽根を配設した。これにより、剛性が低いステイベーン流路中央の主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。したがって、補強リブの簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【００４０】
請求項８と請求項９の発明による水力機械のスピードリングによれば、中間羽根の外側端部と重ね合わされた一方のステイベーンの内側端部の長さをステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さに設定し、さらに、中間羽根の内側端部と重ね合わされた他方のステイベーンの外側端部の長さをステイベーンの翼弦長の１０％以上の長さに設定した。これにより、請求項７と同様に剛性が低いステイベーン流路中央の主板の剛性が強化されて主板の波打ち変化が減少する。さらに、主板が波打ち変形する場合にステイベーンと中間羽根とが支点となるので、支点の受ける反力が半分になり高応力発生部に発生する応力が半減する。したがって、したがって、補強リブの簡易的な補強で高応力発生部の応力値が低減されて高応力発生部の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示した横断面図。
【図３】請求項２の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断して示した横断面図。
【図５】請求項３の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿って切断して示した横断面図
【図７】請求項４の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図８】請求項５の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図９】請求項６の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図１０】請求項７及び請求項８の発明による水力機械のスピードリングの実施例を示した縦断面図。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ線に沿って切断して示した横断面図。
【図１２】請求項８の発明の力の釣り合いを説明する水力機械のスピードリングの縦断面図。
【図１３】従来の水力機械のスピードリングが使用された水車を示した縦断面図。
【図１４】従来の水力機械のスピードリングの力の釣り合いを説明するスピードリングの縦断面図。
【図１５】従来の水車に使用されている渦巻ケーシング及びステイベーンを示した平面図。
【図１６】図１５のＥ−Ｅ線に沿った縦断面における水力機械のスピードリングの変形モードを説明する説明図。
【図１７】図１５のＦ−Ｆ線に沿った縦断面における水力機械のスピードリングの変形モードを説明する説明図。
【図１８】従来の水力機械のスピードリングの波打ち変形を説明する図１６のＧ−Ｇ線に沿った説明図。
【図１９】従来の水力機械のスピードリングの波打ち変形を説明する図１６のＨ−Ｈ線に沿った説明図。
【符号の説明】
１  水車
２  渦巻ケーシング
２ａ  渦巻ケーシングの端部
３  スピードリング
３ａ  主板
３ｂ  内周リング
３ｃ  フランジ
４  ステイベーン
４ａ  ステイベーンの内側端部
４ｂ  ステイベーンの外側端部
３０、３１、３３、３４  補強リブ
３１ａ  補強リブの内側端部
３１ｂ  補強リブの外側端部
３５  円筒状リブ
３６  接合部
４０  中間羽根
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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