CN103939259A - 水轮机转轮或水泵水轮机转轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在由焊接组装而成的水轮机或水泵水轮机的转轮中，能够容易地进行制作裕度内以及组装裕度内的构成零部件间的位置调整，而不损害焊接的致密性。根据实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法，在上冠以及下环的至少一方一体地设置短柱，该短柱构成包含转轮叶片的叶根R部的转轮叶片端部。与上冠以及下环相独立地制作转轮叶片中除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，将该转轮叶片部焊接于上述短柱。作为被彼此焊接起来的短柱以及转轮叶片部，使用使短柱以及转轮叶片部中的任一方的端部的厚度比另一方的端部的厚度大，且在另一方的端面设置了坡口的结构来实施焊接。

Description

水轮机转轮或水泵水轮机转轮及其制造方法

技术领域

本发明的实施方式涉及通过对独立地制作的上冠、下环以及多个叶片进行焊接组装而成的法兰西斯（Francis）式的水轮机转轮（runner）或水泵（pump）水轮机转轮以及水轮机转轮（runner）或水泵（pump）水轮机转轮的制造方法。

背景技术

在法兰西斯式的水轮机或水泵水轮机的焊接转轮，以往，采用的是高应力部位与焊接接缝部不一致的方法。例如，在上冠（crown）以及下环（band）与叶片的连接部（即，叶片叶根R部）会产生高应力，因此，以该叶片叶根R部与焊接部不一致的方式，在上冠或下环设置短柱（stub），将该短柱与叶片部焊接起来。另外，短柱包含与上冠或下环一体铸造的叶片叶根R部分。此外，叶片部为形成不包含与上冠或下环分体形成的叶片叶根R部分的、叶片的中央侧部分的零部件。

若设置短柱，则叶片部的位置调整范围相对于焊接时的上冠以及下环变窄。因此，期待将制作裕度内误差、组装裕度内误差以及焊接条件考虑在内的形状设计以及制法的改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2005－146934号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供一种在通过焊接组装的水轮机或水泵水轮机的转轮中，能够容易地进行制作裕度内以及组装裕度内的构成零部件间的位置调整，而不损害焊接的致密性的水轮机转轮或水泵水轮机转轮，以及水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法。

用于解决课题的方法

实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法中，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式水轮机转轮或水泵水轮机转轮，包含：分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；在独立地制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱的工序，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根（日文：付根）R部的转轮叶片端部；以及与上述上冠以及上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述上冠以及上述下环的至少一方的上述短柱的工序，其特征在于，作为上述短柱以及上述转轮叶片部，使用使上述短柱的端部以及上述转轮叶片部的端部的任一方的端部的厚度比另一方的端部的厚度大，且在上述另一方的端部的面设置了坡口的结构来实施上述焊接。

此外，实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法的特征在于，使上述短柱的端部的厚度比上述转轮叶片部的端部的厚度大，并在上述转轮叶片部的端部设置了坡口。

此外，实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法中，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式水轮机转轮或水泵水轮机转轮，包含：分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；在制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部的转轮叶片端部；以及与上述上冠以及上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述上冠以及上述下环的至少一方的上述短柱的工序，其特征在于，作为上述短柱，使用被形成为满足上述短柱的端部的转轮入口侧端的位置位于比由上述转轮叶片的设计上的叶片形状轮廓线确定的位置向转轮半径方向外侧离开规定距离的位置，以及上述短柱的端部的转轮出口侧端的位置位于比由上述转轮叶片的设计上的叶片形状轮廓线确定的位置向转轮半径方向内侧离开规定距离的位置的这两种短柱中的至少任一方的短柱，来实施上述焊接。

此外，实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法中，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式水轮机或水泵水轮机，包含：分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；在分别独立地制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部的转轮叶片端部；以及与上述上冠与上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述短柱的工序，其特征在于，作为上述短柱，使用上述短柱的端面位于从上述叶根R部的边缘部离开了叶根R值的0.3倍以上的位置的短柱，来实施上述焊接。

其他实施方式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮中，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式水轮机转轮或水泵水轮机转轮，分别独立地制作上述上冠以及上述下环，并且至少在上述下环一体地设有短柱，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部的转轮叶片端部，与上述上冠以及上述下环相独立地制作的除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部被焊接于上述短柱，其特征在于，在沿着上述转轮的旋转中心轴线的轴向纵剖面内进行观察，并设“h”为自转轮下端的高度，设“r”为自转轮旋转中心轴线的距离时，焊接线被设定为遍及设在上述下环的上述短柱与上述转轮叶片部之间的焊接线的全长，dh／dr取正值。

附图说明

图1为实施方式的焊接转轮的轴向纵剖面图。

图2为用于说明焊接转轮的第1实施方式的构成的图，并为沿图1中的A－A线的剖面图。

图3为用于说明焊接转轮的叶片厚度方向的定义的图，并为从图2中的箭头III的方向观察短柱的图。

图4为用于说明焊接转轮的第1实施方式的变形例的图，并为表示与图2相同部位的剖面的图。

图5为用于说明焊接转轮的第2实施方式的构成的图，并为表示与图2相同部位的剖面的图。

图6为用于说明焊接转轮的第2实施方式的变形例的图，并为表示与图2相同部位的剖面的图。

图7为用于说明焊接转轮的第3实施方式的构成的图，并为表示与图2相同部位的剖面并同时记载了对该剖面的一部分进行了放大后的结构的图。

图8为用于说明焊接转轮的第4实施方式的构成的图，并为表示与图2相同部位的剖面并同时记载了对该断面的一部分进行了放大后的结构的图。

图9为用于说明焊接转轮的第5实施方式的构成的轴向纵剖面图。

图10为用于说明焊接转轮的第5实施方式的构成的图，并为沿图9中的B－B线的剖面图。

图11为用于说明焊接转轮的第6实施方式的构成的图，并为沿图1中的C－C线的剖面图。

图12为表示用于说明焊接转轮的第6实施方式的应力分布的图。

图13为用于说明焊接转轮的第7实施方式的构成的轴向剖面图。

图中：

1   转轮（runner）

2   上冠（crown）

3   下环（band）

4   转轮叶片

4a  上冠侧的短柱（stub）

4b  叶片部（转轮叶片部）

4c  下环侧的短柱

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式加以说明。

[第1实施方式]

参照图1～图4，对第1实施方式加以说明。图1为表示构成法兰西斯（Francis）式的水轮机（可以是“水轮机”，也可以是“水泵（pump）水轮机”）的转轮（runner）1（焊接转轮）的主要部分的构造的轴向纵剖面图。转轮1由上冠（crown）2、下环（band）3、配置于上冠2以及下环3间的多个转轮叶片4构成。各转轮叶片4由短柱（stub）4a以及短柱4c和两端焊接于此短柱4a、4c的叶片部4b构成。短柱4a与上冠2一体制造（例如，一体铸造），并被形成为自上冠2的流水面立起的凸状体。即，在短柱4a包含有转轮叶片4的上冠2侧的叶根R部。同样地，短柱4c与下环3一体制造，（例如，一体铸造）并被形成为自下环3的流水面立起的凸状体。即，在短柱4c包含有转轮叶片4的下环3侧的叶根R部。该短柱4a、4c被设置为遍及转轮叶片4的全长。

独立地制作与短柱4a一体化的上冠2、与短柱4c一体化的下环3和叶片部4b，并通过对这些部件进行焊接来组装转轮1。焊接时，叶片部4b例如通过点焊而被临时固定于短柱4a、4c，在临时固定的精度被确认没有问题之后，对叶片部4b与短柱4a、4c进行完工焊接。其后，通过研磨加工去除无用的焊缝（bead）、飞边部分等，并获得最终的转轮1的形状。

图2为沿图1中的A－A线的放大剖面图。图2表示完工焊接后的状态。为了附图的简略化以及使技术内容易于理解，在图2中记载为没有焊接熔深的结构。因此，在图2中，与周围相比较附有细密的剖面线的部分为焊缝，该焊缝与焊接前已存在的坡口（在图示的例子中为J形的单坡口）一致。另外，通常，焊缝熔至坡口（日文：開先）的根部（rout），或熔至短柱4a、4c侧。

如图2所示，在叶片部4b与短柱4a、4c的接合部，在叶片部4b的端面设有坡口。短柱4a、4c的端部的“叶片厚度方向”的厚度比相对置的叶片部4b的端部的“叶片厚度方向”的厚度大。这样一来，能够吸收容许范围内（制作裕度内以及组装裕度内）的零部件的相对的位置偏差。此外，通过设有比叶片部4b的端部厚（宽度大）的短柱4a、4c的端部，即使存在叶片部4b的组装裕度内的位置偏差，也能够适当地进行焊接。

详细而言，上冠2侧的短柱4a的端部相对于与其对置的叶片部4b的端部，在“叶片厚度方向”的两侧具有上冠侧短柱飞边料（日文：余肉代）gap1c、gap2c。此外，下环3侧的短柱4c的端部相对于与其对置的叶片部4b的端部，在“叶片厚度方向”的两侧具有下环侧短柱飞边料gap1b、gap2b。另外，图2所示的叶片部4b相对于短柱4a、4c处于与设计相同的位置关系上。如图3所示，短柱飞边料gap1c、gap2c、gap1b、gap2b的尺寸（size）为在与设计上的叶片部4b的端面（假定不存在坡口的情况下的假想端面）的中心线C_4b正交的方向（此为该位置的“叶片厚度方向”）上所测定的gap。

另外，图3示意地表示从图2的箭头III的方向观察短柱4a（或短柱4c）的端面的状态，在此，设为不存在坡口的情况下的叶片部4b的假想端面的一部分也通过虚线来表示。短柱飞边料gap1c、gap2c、gap1b、gap2b的值被定义为距离除了已形成坡口的部分以外的叶片部4b的顶端的最近位置处的叶片部4b的轮廓线（4bp）与短柱4a、4c的顶端的轮廓线（4ap、4cp）之间的距离。因此，在图2所示的例子中，坡口侧的短柱飞边料gap2c、gap2b是在距离除了已形成坡口的部分以外的叶片部4b的顶端的最近位置（4be1、4be3）被测定的。此外，根部侧（无坡口侧）的短柱飞边料gap1c、gap1b是在叶片部4b的顶端位置（4be2、4be4）被测定的。

通过像这样地在“叶片厚度方向”上设置飞边料，能够在“叶片厚度方向”上调整叶片部4b相对于上冠2以及下环3的位置。因此，即使相对于上冠2以及下环3发生了叶片部4b的容许范围内的位置偏差，也能够吸收此位置偏差，并相对于短柱4a、4c适当地对叶片部4b进行焊接。另外，通过在坡口的厚度小的一方（在本实施方式中为叶片部4b）设置飞边料，能够将飞边料有效地利用于位置偏差的吸收。

另外，在此，还将上冠侧短柱飞边料的和（gap1c＋gap2c）称为“上冠侧厚度差”。即，上冠侧短柱飞边料的和（gap1c＋gap2c）与“上冠侧厚度差”等价，该“上冠侧厚度差”是作为在叶片厚度方向上所测定的位置4ae1与位置4ae2（参照图2）之间的距离的“上冠侧短柱端厚度”与作为在叶片厚度方向上所测定的位置4be1与位置4be2之间的距离的“上冠侧端叶片部厚度”的差。即，“上冠侧厚度差”＝“上冠侧短柱端厚度”－“上冠侧端叶片部厚度”。同样地，将下环侧短柱飞边料的和（gap1b＋gap2b）称为“下环侧厚度差”。下环侧短柱飞边料的和（gap1b＋gap2b）与“下环侧厚度差”等价，该“下环侧厚度差”是作为在叶片厚度方向上所测定的位置4ce1与位置4ce2（参照图2）之间的距离的“下环侧短柱端厚度”与作为在叶片厚度方向上所测定的位置4be3与位置4be4之间的距离的“下环侧端叶片部厚度”的差。即，“下环侧厚度差”＝“下环侧短柱端厚度”－“下环侧端叶片部厚度”。

优选在上冠2侧，将上述的“上冠侧厚度差”设为“叶片最大厚度（设计值）”的20％以下，该叶片最大厚度为按照图3的方法，遍及从叶片部4b的转轮入口侧端至出口侧端的叶片全长所测定的叶片部4b的端面的最大厚度（在设为无坡口的叶片部4b的假想端面所测定的厚度）。此外，优选在下环3侧，将“下环侧厚度差”也设为“叶片最大厚度（设计值）”的20％以下，该叶片最大厚度为按照图3的方法，遍及从叶片部4b的转轮入口侧端至出口侧端的叶片全长所测定的叶片部4b的端面的最大厚度（在设为无坡口的叶片部4b的假想端面所测定的厚度）。如上所述，在焊接之后，通过研磨加工去除短柱4a、4c的飞边料。通过该研磨加工，叶根R部的R值（半径）在设计容许值（制作裕度）内，且以叶根R部与叶片部4b顺滑地连接的方式，磨去短柱4a、4c的飞边料。在图2的情况下，短柱4a、4c的双点划线外侧的区域被去除。因此，通过对飞边料的上限设置限制，能够谋求最终整形作业量的减少。考虑到制作裕度内误差以及组装裕度内误差，上述的“20％以下”的值为在确保对叶片部4b相对于短柱4a、4c的位置偏差的调整范围的同时，谋求最终整形作业量的减少方面优选的值。

此外，如作为与图2相同的剖面的图4所示，优选将上冠侧短柱飞边料的和（gap1c＋gap2c）（即，“上冠侧厚度差”）以及下环侧短柱飞边料的和（gap1b＋gap2b）（即，“下环侧厚度差”）设为叶片最大厚度（设计值）的20％以下，并将“下环侧厚度差”设为比“上冠侧厚度差”大2mm以上。由此，能够在转轮1的“叶片厚度方向”，以比上冠2侧端部的位置更宽的范围对叶片部4b的下环3侧端部的位置进行调整。与大致圆盘形状的上冠2相比，接近圆筒状的形状的下环3由于热处理、缺陷修补焊接、输送等而变形的可能性很大。因此，在将下环3的平均芯（基于圆周上的多个坐标所计算出的芯）与上冠2的芯对齐的状态下来组装叶片部4b的情况下，根据部位的不同，有可能在下环3侧的短柱4c与叶片部4b之间产生比较大的偏差。如上所述，通过将转轮叶片部4b的下环3侧位置的调整范围设为比上冠2侧位置的调整范围扩大2mm以上，能够应对该问题。此外，通过不对所预测的偏差量比较小的上冠2侧的调整范围进行扩大，能够谋求最终整形作业量的减少。

上述实施方式中，在上冠2与下环3的双方设置了短柱4a、4c，但短柱也可以仅设于一方。此外，坡口并不限于单坡口，也可以是双坡口。

［第2实施方式］

接下来，参照图5以及图6，对第2实施方式加以说明。在上述第1实施方式中，将短柱4a、4c的端部的厚度设为比叶片部4b的端部的厚度大，并在叶片部4b的端部设有坡口。另一方面，在该第2实施方式中，与第1实施方式相反，其不同点在于：将叶片部4b的端部的厚度设为比短柱4a、4c的端部的厚度大，并在短柱4a、4c的端面设有坡口。在其他方面，第2实施方式与第1实施方式相同。在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。

叶片部4b的上冠2侧的端部相对于与其对置的短柱4a的端部，在“叶片厚度方向”的两侧具有上冠侧叶片飞边料gap3c、gap4c。此外，叶片部4b的下环3侧的端部相对于与其对置的短柱4c的端部，在“叶片厚度方向”的两侧具有下环侧叶片飞边料gap3b、gap4b。另外，图5所示的叶片部4b相对于短柱4a、4c，处于与设计相同的位置关系上。叶片飞边料gap3c、gap4c、gap3b、gap4b是在与之前通过图3进行了说明的飞边料相同的方向（该情况下为与短柱端面的中心线C_4b正交的方向）进行测定的。基于与在第1实施方式中所说明的内容相同的想法，叶片飞边料gap3c、gap4c、gap3b、gap4b被定义为距离除了已形成坡口的部分以外的短柱4a、4c的端部的最近位置处的短柱4a、4c的轮廓线与和该短柱4a、4b对置的叶片部4b的顶端的轮廓线之间的距离。因此，在图5或图6所示的例子中，坡口侧的叶片飞边料gap4c、gap4b是以距离除了已形成坡口的部分以外的短柱4a、4c的顶端最近的位置为基准进行测定的。此外，根部（无坡口侧）侧的叶片飞边料gap3a、gap3b是以短柱4a、4c的顶端位置为基准进行测定的。

这样，通过在叶片部4b的“叶片厚度方向”设置飞边料，能够在转轮叶片厚度方向上调整叶片部4b相对于上冠2以及下环3的位置。因此，在该第2实施方式中，与第1实施方式同样地，即使产生了相对于上冠2以及下环3的叶片部4b的容许范围内的位置偏差，也能够相对于短柱4a、4c适当地对叶片部4b进行焊接。

另外，在此，同样基于与在第1实施方式中所说明的内容相同的想法，也将上冠侧叶片飞边料的和（gap3c＋gap4c）称为“上冠侧厚度差”，也称为作为下环侧叶片飞边料的和（gap3b＋gap4b）的“下环侧厚度差”。优选在上冠2侧，将“上冠侧厚度差”设为叶片最大厚度（设计值）的20％以下，该叶片最大厚度为按照上述图3的方法，遍及从短柱4a的转轮入口侧端至出口侧端的叶片全长所测定的短柱4a端面（在设为无坡口的结构时的假想端面）的最大厚度。此外，优选在下环3侧，将“下环侧厚度差”也设为叶片最大厚度（设计值）的20％以下，该叶片最大厚度为按照图3的方法，遍及从短柱4c转轮入口侧端至出口侧端的叶片全长所测定的短柱4c端面的最大厚度（设为无坡口的结构时的假想端面）。不过，在第2实施方式的情况下，按照图3是指不以叶片部4b的端面为基准，而是以短柱端面为基准。第2实施方式中，在焊接之后，设于叶片部4b的两端部的飞边料通过研磨加工而被去除。通过该研磨加工，叶根R部的R值（半径）在设计容许值（制作裕度）内，且以去除了叶根R部、叶片部4b的两端部的飞边的部分以及叶片部4b的中央部的轮廓线顺滑连接的方式，磨去叶片部4b的两端部的飞边料（根据需要，还包括短柱4a、4c的一部分）。在图5或图6的情况下，叶片部4b的两端部的双点划线外侧的区域被去除。因此，通过对飞边料的上限设置限制，能够谋求最终整形作业量的减少。上述“20％以下”的值为在考虑了制作裕度内误差以及组装裕度内误差的基础上，在确保对叶片部4b相对于短柱4a、4c的位置偏差的调整范围的同时，谋求最终整形作业量的减少方面优选的值。

另外，鉴于与之前在第1实施方式中所说明的内容相同的理由，优选在将“上冠侧厚度差”以及“下环侧厚度差”设为叶片最大厚度（设计值）的20％的基础上，将“下环侧厚度差”如图6所示地设为比“上冠侧厚度差”大2mm以上。

在上述第2实施方式中，在上冠2与下环3的双方设置了短柱4a、4c，但短柱也可以仅设置于任意一方。此外，坡口并不限于单坡口，也可以是双坡口。

［第3实施方式］

接下来，参照图7，对第3实施方式加以说明。在第3实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。在第3实施方式中，也与第1实施方式同样地，将短柱4a、4c的端部的厚度设为比叶片部4b的端部的厚度大，并在叶片部4b的端面设有坡口。该第3实施方式是以坡口为单坡口作为前提的。在该第3实施方式中，可以满足在之前的第1实施方式的说明中所定义的“上冠侧厚度差”以及“下环侧厚度差”的相互关系以及叶片最大厚度（设计值），也可以不满足。

如图7所示，坡口的整个根部位于设计叶片形状的轮廓线的外侧。在此，所谓“根部”意味着图7中的放大图中所示的区域Rt。在图7中，设计叶片形状的轮廓线是连接短柱4a、4c内所描绘的双点划线（4ap、4cp）以及表示叶片部4b的轮廓的实线（4bp）的线。将单坡口的根部全部设定于设计叶片形状的外侧并在焊接之后磨去，由此，能够最大限度地避免焊接品质不稳定的根部包含于最终制品部分。

该情况下，优选图7的根部的最外侧位置Rout（该点也被简单地称为“根部”）与上述轮廓线（4ap、4bp、4cp）离开规定距离D1，该规定距离D1为在沿着之前在第1以及第2实施方式的说明中所定义的“叶片厚度方向”进行测定的情况下的、之前在第1以及第2实施方式的说明中所定义的“叶片最大厚度（设计值）”的10％以下。像这样，通过对根部的最外侧位置Rout设置限制，能够谋求由于焊接后的研磨加工等所产生的整形作业量的减少。上述“10％以下”的值为考虑到制作裕度内误差以及组装裕度内误差，而在使焊接品质稳定的同时，谋求最终整形作业量的减少方面优选的值。

另外，在图7中，仅表示了短柱4c侧的放大图，但短柱4a侧也是相同的构成。

［第4实施方式］

接下来，参照图8对第4实施方式加以说明。在第4实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。在第4实施方式中，也与第2实施方式同样地，将叶片部4b的端部的厚度设为比对置的短柱4a、4c的端部的厚度大，并在短柱4a、4c的端面设有坡口。该第4实施方式也是以坡口为单坡口作为前提的。在该第4实施方式中，可以满足之前的第2实施方式的说明中所定义的“上冠侧厚度差”以及“下环侧厚度差”的相互关系以及叶片最大厚度（设计值），也可以不满足。

如图8所示，坡口的整个根部位于设计叶片形状的轮廓线的外侧。在此，所谓“根部”也意味着图8中的放大图中所示的区域Rt。另外，在图8中，设计叶片形状的轮廓线是连接作为短柱4a、4c的轮廓线的实线（4ap、4cp）、叶片部4b的两端部内所描绘的双点划线（4bp’）和作为叶片部4b的中央部的轮廓线的实线（4bp）的线。在该第4实施方式中，也优选根部的最外侧位置Rout与上述轮廓线（4ap、4bp、4bp’、4cp）离开规定距离D2，该规定距离D2为在沿着之前在第1以及第2实施方式的说明中所定义的“叶片厚度方向”进行测定的情况下的、之前在第1以及第2实施方式的说明中所定义的“叶片最大厚度（设计值）”的10％以下。根据该第4实施方式，能够获得与上述第3实施方式大致相同的效果。

另外，在图8中，仅表示了短柱4c侧的放大图，但短柱4a侧也是相同的构成。

［第5实施方式］

接下来，参照图9以及图10对第5实施方式加以说明。在第5实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。另外，图10为对沿着图9的B－B线的剖面进行放大表示的剖面图。

如图9以及图10所示，下环3侧的短柱4c的转轮入口侧端被延长，详细而言，下环3侧的短柱4c的端部的转轮入口侧端的位置位于比由转轮叶片的设计叶片形状轮廓线所确定的位置，向转轮半径方向外侧离开规定距离※的位置。另外，在图9中，设计叶片形状轮廓线相当于将叶片部4b的转轮入口侧端的轮廓直接向上下延长而成的线。

此外，同样地，如图9所示（省略图10那样详细的图示），下环3侧的短柱4c的转轮出口侧端及上冠2侧的短柱4a的转轮入口侧端以及出口侧端也同样地被延长，即，

（a）下环3侧的短柱4c的端部的转轮出口侧端的位置位于比由转轮叶片4的设计叶片形状轮廓线（设计叶片入口直径）所确定的位置向转轮半径方向内侧离开规定距离※的位置，此外，

（b）上冠2侧的短柱4c的端部的转轮入口侧端的位置位于比由转轮叶片4的设计叶片形状轮廓线所确定的位置向转轮半径方向外侧离开规定距离※的位置，此外，

（c）上冠2侧的短柱4c的端部的转轮出口侧端的位置位于比由转轮叶片4的设计叶片形状轮廓线所确定的位置向转轮半径方向内侧离开规定距离※的位置。

像这样，通过在“叶片长度方向”延长短柱4a、4c，能够进行相对于上冠2以及下环3（短柱4a、4c）的、叶片部4b在转轮径方向上的位置调整。在焊接之后，适量地磨去短柱4a、4c的延长部，由此，能够使短柱4a、4c与叶片部4b的连接部平滑化，并能够（从图9的纸面垂直方向观察）防止在短柱4a、4c与叶片部4b之间产生高度差。

优选将上述的规定距离※在任何部位均设为转轮叶片4中央的叶片最外径r_RB（参照图9）的0.5％以下。通过像这样地对短柱4a、4c的延长量设置限制，能够谋求由于焊接后的研磨加工等所产生的整形作业量的减少。上述“0.5％以下”的值为考虑到制作裕度内误差以及组装裕度内误差，而在使品质稳定的同时，谋求最终整形作业量的减少方面优选的值。

在叶片长度方向上延长的短柱也可以是上冠2侧的短柱4a以及下环3侧的短柱4c的中的任意一方。此外，向短柱的叶片长度方向的延长也可以仅在转轮入口侧以及出口侧中的任意一方进行。

也可以在该第5实施方式中加入上述第1～第4实施方式的特征。

［第6实施方式］

接下来，参照图11以及图12对第6实施方式加以说明。在第6实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。

图11为对沿着图1中的C－C线的剖面进行放大表示的剖面图。如图11所示，在第6实施方式中，使短柱4a、4c的顶端（端面）位于与叶片叶根R部边缘部（日文：止端部）向叶片部4b侧离开0.3R（R意味着转轮叶片4的叶根R部的半径）以上的规定距离的位置。

图12（a）表示叶根R部的附近的应力测定位置。此外，图12（b）表示叶根R部的附近的沿（I）方向的应力分布，并表示在叶根R部的中心附近（图12的位置e）应力最高，随着远离中心附近应力降低的倾向。但是，在叶根R边缘部（在轮廓线上为R部分结束而转至直线部分的位置h），应力仍处于较高的状态。因此，在叶片叶根R边缘部存在焊接HAZ部（heataffected zone：产生于熔融部与母材金属的边界）并非优选。这是因为，在焊接HAZ部附近易产生焊接咬边，此外，金属的机械特性（耐冲击性、疲劳强度等）也低。如本实施方式这样，通过设定短柱4a、4c的顶端的位置，能够防止焊接部附近的破损。

也可以在该第6实施方式中加入上述第1～第5实施方式的特征。

［第7实施方式］

接下来，参照图13，对第7实施方式加以说明。在第7实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。该图13为沿着转轮1的旋转中心轴线的轴向纵剖面图。如图13所示，在将高度“h”设为自转轮1的下端的高度，并将距离“r”设为自转轮1的旋转中心轴线的距离时，以dh／dr在遍及下环3侧的短柱4c与叶片部4b之间的焊接线WL的全长（在焊接线WL上的任意点）上总为正值的方式，来设定焊接线WL。通过将dh／dr设为正，能够选择与理想的焊接姿势相应的边界面。由此，能够提高焊接施工性以及致密性。

也可以在该第7实施方式中加入上述第1～第6实施方式的特征。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

Claims (15)

1.一种水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮，该制造方法包含：

分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；

在独立地制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱的工序，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部在内的转轮叶片端部；以及

与上述上冠以及上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述上冠以及上述下环的至少一方的上述短柱的工序，其特征在于，

作为上述短柱以及上述转轮叶片部，使用使上述短柱的端部以及上述转轮叶片部的端部中的某一方的端部的厚度比另一方的端部的厚度大、且在上述另一方的端部的面设置了坡口的结构，来实施上述焊接。

2.根据权利要求1所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

使上述短柱的端部的厚度比上述转轮叶片部的端部的厚度大，并在上述转轮叶片部的端部设置了坡口。

3.根据权利要求2所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

从上述短柱的端部的厚度减去上述转轮叶片部的端部的厚度得到的差小于等于上述转轮叶片的设计上的叶片最大厚度的20％。

4.根据权利要求2或3所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

在上述上冠以及上述下环的双方形成有上述短柱，

从设在上述下环侧的上述短柱的端部的厚度减去上述转轮叶片部的上述下环侧的端部的厚度得到的差即下环侧厚度差大于从设在上述上冠侧的上述短柱的端部的厚度减去上述转轮叶片部的上述上冠侧的端部的厚度得到的差即上冠侧厚度差。

5.根据权利要求4所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

上述下环侧厚度差比上述上冠侧厚度差大2mm以上。

6.根据权利要求1所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

使上述转轮叶片部的端部的厚度比上述短柱的端部的厚度大，并在上述短柱的端部的面设置了坡口。

7.根据权利要求6所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

从上述转轮叶片部的端部的厚度减去上述短柱的端部的厚度得到的差小于等于上述转轮叶片的设计上的叶片最大厚度的20％。

8.根据权利要求6或7所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

在上述上冠以及上述下环的双方形成有上述短柱，

从上述转轮叶片部的上述下环侧的端部的厚度减去设在上述下环侧的上述短柱的端部的厚度得到的差即下环侧厚度差大于从上述转轮叶片部的上述上冠侧的端部的厚度减去设在上述上冠侧的上述短柱的端部的厚度得到的差即上冠侧厚度差。

9.根据权利要求8所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

上述下环侧厚度差比上述上冠侧厚度差大2mm以上。

10.根据权利要求1、2及6中任一项所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

上述坡口为单坡口，该单坡口的整个根部位于上述转轮叶片的设计上的叶片形状轮廓线的外侧。

11.根据权利要求10所述的水轮机转轮或水泵水轮机的制造方法，其特征在于，

上述单坡口的根部的最外侧位置与设计叶片形状轮廓线的距离小于等于设计上的叶片最大厚度的10％。

12.一种水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮，该制造方法包含：

分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；

在制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱的工序，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部在内的转轮叶片端部；以及

与上述上冠以及上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述上冠以及上述下环的至少一方的上述短柱的工序，其特征在于，

作为上述短柱，使用被形成为满足两种短柱中的至少任一方的短柱，来实施上述焊接，上述两种短柱包括上述短柱的端部的转轮入口侧端的位置位于比由上述转轮叶片的设计上的叶片形状轮廓线确定的位置向转轮半径方向外侧离开了规定距离的位置的短柱、以及上述短柱的端部的转轮出口侧端的位置位于比由上述转轮叶片的设计上的叶片形状轮廓线确定的位置向转轮半径方向内侧离开了规定距离的位置的短柱。

13.根据权利要求12所述的水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法，其中，

上述规定距离小于等于从上述转轮的旋转中心轴线至上述转轮叶片的入口侧端的中心的距离的0.5％。

14.一种水轮机转轮或水泵水轮机转轮的制造方法，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式的水轮机或水泵水轮机，该制造方法包含：

分别独立地制作上述上冠以及上述下环的工序；

在分别独立地制作上述上冠以及上述下环时，在上述上冠以及上述下环的至少一方一体地设置短柱的工序，其中，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部在内的转轮叶片端部；以及

与上述上冠及上述下环相独立地制作除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部，并将该转轮叶片部焊接于上述短柱的工序，其特征在于，

作为上述短柱，使用上述短柱的端面位于从上述叶根R部的边缘部离开了叶根R值的0.3倍以上的位置的短柱，来实施上述焊接。

15.一种水轮机转轮或水泵水轮机转轮，该水轮机转轮或水泵水轮机转轮为具有上冠、下环、设于上述上冠与上述下环之间的多个转轮叶片的法兰西斯式的水轮机转轮或水泵水轮机转轮，分别单独地制作上述上冠以及上述下环，并且至少在上述下环一体地设有短柱，该短柱构成包含上述转轮叶片的叶根R部在内的转轮叶片端部，与上述上冠以及上述下环相独立地制作的除了上述转轮叶片端部以外的转轮叶片部被焊接于上述短柱，其特征在于，

在沿着上述转轮的旋转中心轴线的轴向纵剖面内进行观察，并设“h”为自转轮下端的高度，设“r”为自转轮旋转中心轴线的距离时，焊接线被设定为，遍及设在上述下环的上述短柱与上述转轮叶片部之间的焊接线的全长，dh／dr取正值。