JP2001304088A

JP2001304088A - 水車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作方法

Info

Publication number: JP2001304088A
Application number: JP2000126798A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakamura; 高紀中村; Kotaro Tezuka; 光太郎手塚; Atsushi Murayama; 淳村山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ランナ内流路面の平滑仕上げが容易に行える水
車またはポンプ水車のスプリッタランナを製作するこ
と。【解決手段】長いランナ羽根６と短いランナ羽根７とを
交互に配置してなるスプリッタランナにおいて、長いラ
ンナ羽根６とランナクラウンとを一体鋳造し、この一体
鋳造品の所定部位に短いランナ羽根、ランナバンドを順
次溶接接合してスプリッタランナを製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水力発電等に適用
される水車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のフランシス水車のランナまたはフ
ランシス形ポンプ水車のランナ（以下、単にフランシス
形ランナと呼ぶ）は、ランナクラウン，ランナバンドお
よびこの両者に挟まれて円周方向に等間隔に渦巻き状に
配置された同じ長さの複数枚のランナ羽根とによって構
成されている。近年、水力発電所特に揚水発電所は建設
地点の確保と経済性の追求とから高落差化の傾向にあ
る。これらの高落差揚水発電所には比速度の低いポンプ
水車が適用されるため、ランナの形状は相対的に扁平と
なり、且つ相対的に長いランナ羽根で形成される。ラン
ナは水力機械の水力性能を左右する重要な要素であるた
め、高い水力性能を達成するには、上記ランナクラウ
ン，ランナ羽根およびランナバンドとから形成されるラ
ンナ内の流路面を平滑に仕上げ、水の流れを円滑にする
必要がある。また、高落差機用ランナでは、ランナクラ
ウンとランナバンドとの間の間隔が狭く、かつランナ羽
根が長くなるので、ランナ内の流路は狭く細長いものと
なる。このため、一体鋳造された後にランナ内の流路面
を平滑に仕上げることは極めて困難である。

【０００３】図８（ａ）は、高落差揚水発電所などに適
用される通常のフランシス形ポンプ水車ランナの平面断
面図を示し、図８（ｂ）はその側断面図を示す。図８
（ａ）において、ランナ羽根２は渦巻き状に延在し、互
いに円周方向に等間隔をおいて配置されている。これら
のランナ羽根２は、図８（ｂ）に示されるように、ラン
ナクラウン３とランナバンド４間に設けられ、これらの
三者は一体に鋳造等で形成されている。このフランシス
形ランナ１が水車運転される場合、水流は図示していな
いケーシング、ステ−ベーン、ガイドベーンを通りラン
ナ１内に流入し、ランナ羽根２とランナクラウン３とラ
ンナバンド４とから形成されるランナ内流路に沿って吸
出し管側へ流れる。

【０００４】一方、ポンプ運転される場合には、水車運
転とは逆に図示しない吸出し管からランナ１内に流入し
た水は、ランナ内流路に沿って流れ、ランナ外周部へ吐
出される。このような高落差用のフランシス形ランナ
は、図８（ａ）で示すようにランナ内周部側では、隣接
するランナ羽根相互の間隔が狭く、またランナ外周部側
では図８（ｂ）で示すように、ランナクラウン３とラン
ナバンド４との間の間隔が狭くなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、ランナ内の
流路面を平滑に仕上げる際に、作業者はランナ内周部側
からも外周部側からも、ランナ内部に接近することが困
難となり、結果として、ランナ内流路の中央部の流路面
を仕上げることは困難であった。

【０００６】更に、図８（ａ）から明らかなように、ラ
ンナ羽根２は３次元的に湾曲し、ランナ内周部では、隣
接ランナ羽根が接近しているため、ランナ内周部のラン
ナ羽根表面の仕上げ作業や点検作業も殆ど行うことがで
きなかった。

【０００７】通常の高落差用フランシス形ランナは上記
のほかに次の課題も有している。即ち、フランシス形ラ
ンナは、ランナ羽根２の回転により、水流が渦運動を行
うことによりランナ羽根２と水流間で機械エネルギーの
授受を行い、ポンプあるいは水車としての機能を果たす
ことになる。高落差の水力機械に適用する比速度の小さ
い扁平形状のランナの場合、ランナ外周部では隣接する
ランナ羽根２相互間の距離が大きいため、水流が必ずし
もランナ羽根２に沿って流れない。このため、ランナ羽
根２と水流間で効率的なエネルギーの授受が行えず、水
力損失が増大する傾向にある。また、水車運転での部分
負荷領域では、ランナ内に流入した流れは、遠心力の影
響によりランナクラウン３側からランナバンド４側に偏
った流れとなり、水力損失が増大する。これらを防止す
る方法として、スプリッタランナと称し図９（ａ）
（ｂ）で示すように、ランナ羽根枚数を増加させて、羽
根間距離を狭くさせるとともに、長い羽根６相互間に短
い羽根７を配置したランナの適用が、近年考えられてい
るが、この場合、ランナ羽根６，７間の距離が狭いの
で、一般的なランナ製作方法であるランナクラウン３と
ランナバンド４とランナ羽根６，７の三者一体の鋳造方
法では、水力性能を左右するランナ内流路の仕上げ作業
が非常に困難となる。

【０００８】以上、高落差用揚水発電所のフランシス形
ポンプ水車ランナの課題について説明したが、元来、ポ
ンプ水車よりも羽根枚数が多い発電専用の水車ランナ
に、部分負荷性能の優れている上記スプリッタランナを
適用した場合でも同様の課題が生じる。そこで、本発明
は、上記従来の欠点を除去した水車またはポンプ水車用
スプリッタランナの製作方法を提供することを目的とす
るものである。

【０００９】

【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に記載の発明は、ランナクラウンとランナ
バンドとの間に設けられ、長いランナ羽根と短いランナ
羽根を交互に所定位置に配設してなる水車またはポンプ
水車のスプリッタランナ製作方法において、前記長いラ
ンナ羽根とランナクラウンとを一体鋳造し、次に前記短
いランナ羽根を前記ランナクラウンの所定位置に接合
し、更にその次に前記各羽根の接合されていない側にラ
ンナバンドを接合して水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナを製作するものであり、ランナクラウン、長い
羽根６、短い羽根７およびランナバンドの流路面を溶接
接合の前に平滑に仕上げることができるので、仕上げの
作業性や仕上げ精度も向上し、水力効率およびキャビテ
ーション性能を低下させない効果を奏することができ
る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、ランナク
ラウンとランナバンドとの間に設けられ、長いランナ羽
根と短いランナ羽根を交互に所定位置に配設してなる水
車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作方法にお
いて、ランナクラウンに長さの異なるランナ羽根のうち
一方のランナ羽根を接合し、ランナバンドに他方のラン
ナ羽根を接合し、次に各ランナ羽根の接合していない側
を対向する前記ランナクラウンあるいはランナバンドに
接合して水車またはポンプ水車用スプリッタランナを製
作するものであり、ランナクラウン３、長い羽根６、短
い羽根７およびランナバンド４は溶接する前に予め、流
路面を平滑に仕上げることができるので、水力効率およ
びキャビテーション性能も低下させないばかりでなく、
流路面を平滑に仕上げた後、各々を溶接接合するので作
業性を向上させることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、ランナクラウン
とランナバンドとの間に設けられ、長いランナ羽根と短
いランナ羽根を交互に所定位置に配設してなる水車また
はポンプ水車用スプリッタランナの製作方法において、
複数枚のランナ羽根を全て長い羽根とし、このランナ羽
根をランナクラウンおよびランナバンドと一体鋳造した
後に、一枚おきに所定の長さの短いランナ羽根となるよ
うに尾部を切除して水車またはポンプ水車用スプリッタ
ランナを製作するものであり、一体鋳造する際の羽根部
の木型は長い羽根の木型一種類だけでよく、木型製作の
時間とコストを半分に減らすことができる。

【００１２】更に、請求項４に記載の発明は、ランナク
ラウンとランナバンドとの間に設けられ、長いランナ羽
根と短いランナ羽根を交互に所定位置に配設してなる水
車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作方法にお
いて、複数枚のランナ羽根を全て短いランナ羽根とし、
このランナ羽根をランナクラウンおよびランナバンドと
一体鋳造した後に、一枚おきに所定の長さを有する長い
羽根となるように羽根部材を前記短い羽根の尾部に接合
して水車またはポンプ水車用スプリッタランナを製作す
るものであり、この場合も、請求項３に記載の発明と同
様に、一体鋳造する際の羽根部の木型は短い羽根の木型
一種類だけでよく、木型製作の時間とコストを低減する
ことができる。

【００１３】更にまた、請求項５に記載の発明は、請求
項１または請求項２に記載の前記短いランナ羽根を、長
いランナ羽根を成形するプレス型を用いてプレス成形さ
れた長いランナ羽根の尾部を所定の長さ切除して形成し
たものであり、長い羽根と短い羽根の２種類の専用プレ
ス型を使用せずに、長い羽根用のプレス型１種類で済む
ので、プレス型のコスト低減と作業時間の短縮およびプ
レス成形作業性の向上が達成することができる。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の前記短いランナ羽根を、長いランナ羽
根を成形するプレス型に短い羽根用プレス型小片を取付
けてプレス成形したものであり、長い羽根と短い羽根の
２種類の専用プレス型を使用せずに、長い羽根用のプレ
ス型１種類と短い羽根用のプレス型小片で済むので、上
記２種類のプレス型を使用する場合よりもプレス型のコ
ストを低減できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第1の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態による水車またはポンプ水車用ス
プリッタランナの製作工程を示す図である。

【００１６】本実施の形態は、まず第１の工程によりラ
ンナクラウン３と長いランナ羽根６（以下、単に長い羽
根という）とを鋳造により一体成形する。図１(a)は一
体成形品の側断面図である。この図１（ａ）を矢印II方
向に見た場合、図２のように表すことができる。図２
は、長い羽根６が５枚の場合を示す。なお、破線は短い
ランナ羽根７（以下、単に短い羽根という）が接合され
る予定位置を示している。次に第２の工程で、前記一体
成形品に対して、流路面を構成するランナクラウン３の
下面３Ｌおよび長い羽根６の両側面６Ｓを流体抵抗を低
減するように平滑に仕上げる。

【００１７】次の第３の工程で、事前に両側面７Ｓを平
滑に仕上げておいた短い羽根７を図２の破線で示した位
置に配置し、その上部接触面７Ｕをランナクラウン３の
下面３Ｌに溶接等の固着手段により接合する（図１
（ｂ））。

【００１８】更に、第４の工程で前記長い羽根６、短い
羽根７の下面６Ｌ、７Ｌに対し流路面４Ｕを事前に平滑
に仕上げておいたクラウンバンド４を溶接等により接合
し、図１（ｄ）で示すスプリッタランナ５を製作する。

【００１９】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、ランナクラウン３と一体に鋳造された長い羽根６は
短い羽根７を溶接接合する前に流路面を平滑に仕上げる
ことができ、かつ、短い羽根７の流路面も溶接接合前に
容易に仕上げることができるため、仕上げの作業性や仕
上げ精度も向上する。また、流路面は十分な精度で滑ら
かに仕上げることができるので、水力効率およびキャビ
テーション性能の低下を来さないスプリッタランナを得
ることができる。

【００２０】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態によるスプリッタランナの製作工程を示す
図である。

【００２１】本実施の形態は、まず第１の工程によりラ
ンナクラウン３、長い羽根６、短い羽根７およびランナ
バンド４を個々に製作する。そしてこれら各部品の流路
となる面３Ｌ、６Ｓ、７Ｓおよび４Ｕを滑らかに仕上げ
る。

【００２２】ついで、第２に工程により図３(ａ)で示す
ようにランナクラウン３と長い羽根６とを溶接し、図３
（ｃ）のように一体化する。また、図３（ｂ）に示す短
い羽根７とランナバンド４とを、図３（ｄ）に示すよう
に溶接して一体化する。そして、最後の工程で、長い羽
根６の下面６Ｌをランナバンド４の上面４Ｕに、また短
い羽根７の上面７Ｕをランナクラウン３の下面３Ｌにそ
れぞれ溶接し、図３（ｅ）で示すスプリッタランナ５を
製作する。

【００２３】本実施の形態によれば、ランナクラウン
３、長い羽根６、短い羽根７およびランナバンド４は溶
接する前に予め、流路面を平滑に仕上げることができる
ので、水力効率およびキャビテーション性能も低下しな
いという効果を奏することができる。また、流路面を平
滑に仕上げた後、各々を溶接接合するので作業性を向上
させることができる。

【００２４】なお、図示はしないが、ランナクラウン３
と短い羽根７とを溶接により一体に接合し、長い羽根６
とランナバンド４とを溶接して一体化し、その後に各羽
根６、７ランナクラウン側、ランナバンド４側に溶接し
た場合も同等の効果を得ることができる。

【００２５】（第３の実施の形態）図４は本発明の第３
の実施の形態によるスプリッタランナ５の製作工程の一
部を示す図であり、ランナバンド４を取外した状態で、
ランナクラウン３を下から見上げた場合の図である。本
発明の実施の形態は、ランナバンド４の内孔径Ｄが、流
路面仕上げ作業を行うのに十分な寸法がある場合に適し
ている。本実施の形態は先ず、第１の工程により、複数
枚のランナ羽根を全て長い羽根６としてランナクラウン
３とランナバンド４と共に一体鋳造する（図４
（ａ））。次の第２の工程により、複数枚の長い羽根６
を一枚おきに所定の長さを有する短い羽根７となるよう
に、尾部（図中の斜線部分）７Ｔを切除する（図４
（ｂ））。このようにしてスプリッタランナ５を製作す
る。なお、ランナ流路面の平滑仕上げ作業はランナバン
ド４の内孔から行う。

【００２６】従来ではランナクラウン３、ランナバンド
４と長い羽根６、短い羽根７を一体で鋳造する場合、木
型は長い羽根の部分と短い羽根の部分の２種類の木型が
必要となり、木型製作の時間とコストが増加する問題点
があるが、本実施の形態によれば、一体鋳造する際の羽
根部の木型は長い羽根の木型一種類だけでよく、木型製
作の時間とコストが半分に減るという効果がある。

【００２７】（第４の実施の形態）図５は本発明の第４
の実施の形態によるスプリッタランナ５の製作工程の一
部を示す図であり、第３の実施の形態と同様、ランナバ
ンド４を取外した状態で、ランナクラウン３を見上げた
場合の図である。本実施の形態は、前記第３の実施の形
態とは逆に、第１の工程により、先ず、複数枚のランナ
羽根を全て短い羽根７としてランナクラウン３とランナ
バンド４と共に一体鋳造する（図５（ａ））。

【００２８】次の第２の工程において、予め特定してお
いた１枚おきの羽根７ｂが所定の長さを有する長い羽根
６となるように、羽根７ｂの尾部に羽根部材８を溶接接
合する（図５（ｂ））。このようにしてスプリッタラン
ナ５を製作する。

【００２９】この場合も、第３の実施の形態と同様に、
一体鋳造する際の羽根部の木型は短い羽根の木型一種類
だけでよく、木型製作の時間とコストを低減することが
できる。本実施の形態では、当初、全ての羽根は短い羽
根の状態であるので、ランナ出口部の羽根面および流路
面を容易に仕上げることができ、所定の短い羽根の仕上
げ精度が向上し信頼性も向上する。また、短い羽根の状
態での仕上げ作業を終了した後、一枚おきに長い羽根の
出口部形状に予め精度良く仕上げられている羽根部材を
溶接接合するので、羽根形状の仕上げ状態が水力性能へ
及ぼす影響が無視できない羽根出口部形状を設計どおり
に忠実に成形することが可能であり、形状精度の高いス
プリッタランナを提供することができる。

【００３０】（第５の実施の形態）図６は本発明の第５
の実施によるスプリッタランナ５の製作工程の一部を示
す図であり、特に前記第１の実施の形態および第２の実
施の形態における短い羽根の製作工程を示す図である。
この実施の形態によれば、短い羽根７は、長い羽根６を
成形するプレス型９ａ、９ｂで、長い羽根と同じ形状に
プレス成形される。次いで、所定の長さの短い羽根７と
なるように、尾部（図中の斜線部分）７Ｔを切除してス
プリッタランナの短い羽根７を製作する。このように製
作された短い羽根７は、第１または第２の実施の形態の
ようにランナクラウン３およびランナバンド４へ溶接接
合される。また、長い羽根６はそのまま第２の実施の形
態で採用される。

【００３１】本実施の形態によれば、長い羽根用と短い
羽根用の２種類の専用プレス型を使用せずに、長い羽根
用のプレス型１種類で済むので、プレス型のコスト低減
と作業時間の短縮およびプレス成形作業性の向上が達成
されるという効果がある。

【００３２】（第６の実施の形態）図７は本発明の第６
の実施の形態によるスプリッタランナ５の製作工程の一
部を示す図であり、特に第１および第２の実施の形態に
おける短い羽根７を製作する工程を示す図である。この
実施の形態によれば、短い羽根成形用プレス型小片10
を、長い羽根成形用プレス型９ｂに取付けた後、プレス
型９ａと９ｂとの間に短い羽根７の部材を挿入してプレ
ス成形するものである。

【００３３】本実施の形態によれば、長い羽根用と短い
羽根用の２種類の専用プレス型を使用せずに、長い羽根
用のプレス型１種類と短い羽根成形用プレス型小片を用
意するだけで済むので、上記２種類のプレス型を使用す
る場合よりもプレス型のコストを低減できる。前記第５
の実施の形態（図６）では、短い羽根は、長い羽根を切
除して製作されるが、本実施の形態での短い羽根は、プ
レス成形後、既に所定の長さの短い羽根となっているの
で、羽根を切除する作業時間は不要となり作業時間は大
幅に短縮され、かつ、成形作業が簡略化されるという効
果がある。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による水車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作
方法によれば、スプリッタランナを容易に製作可能で、
且つ羽根形状を含めたランナ内流路の仕上げ精度も向上
するので、ランナ製作期間の短縮、製作コストの低減お
よびランナの信頼性向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のランナ製作工程を
示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における製作途中の
ランナを示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態のランナ製作工程を
示す図。

【図４】本発明の第３の実施の形態における製作途中の
ランナを示す図。

【図５】本発明の第４の実施の形態における製作途中の
ランナを示す図。

【図６】本発明の第５の実施の形態におけるスプリッタ
ランナ製作工程の一部を示す図。

【図７】本発明の第６の実施の形態におけるスプリッタ
ランナ製作工程の一部を示す図。

【図８】通常のフランシス形ポンプ水車ランナの平面断
面図および側面断面図。

【図９】スプリッタランナの平面断面図および側面断面
図。

【符号の説明】

１…通常のランナ、３…ランナクラウン、４…ランナバ
ンド、５…スプリッタランナ、６…長いランナ羽根、７
…短いランナ羽根、８…羽根部材、９…プレス型、10…
プレス型小片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村山淳神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 3H072 AA07 AA17 BB02 BB32 CC43 CC52 CC58

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランナクラウンとランナバンドとの間に
設けられ、長いランナ羽根と短いランナ羽根を交互に所
定位置に配設してなる水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナ製作方法において、前記長いランナ羽根とラン
ナクラウンとを一体鋳造し、次に前記短いランナ羽根を
前記ランナクラウンの所定位置に接合し、更にその次に
前記各ランナ羽根の接合されていない側にランナバンド
を接合したことを特徴とする水車またはポンプ水車用ス
プリッタランナの製作方法。
【請求項２】ランナクラウンとランナバンドとの間に
設けられ、長いランナ羽根と短いランナ羽根を交互に所
定位置に配設してなる水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナの製作方法において、ランナクラウンに長さの
異なるランナ羽根のうち一方のランナ羽根を接合し、ラ
ンナバンドに他方のランナ羽根を接合し、次に各ランナ
羽根の接合していない側を対向する前記ランナクラウン
あるいはランナバンドに接合したことを特徴とする水車
またはポンプ水車用スプリッタランナの製作方法。
【請求項３】ランナクラウンとランナバンドとの間に
設けられ、長いランナ羽根と短いランナ羽根を交互に所
定位置に配設してなる水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナの製作方法において、複数枚のランナ羽根を全
て長い羽根とし、このランナ羽根をランナクラウンおよ
びランナバンドと一体鋳造した後に、一枚おきに所定の
長さの短いランナ羽根となるように尾部を切除して形成
したことを特徴とする水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナの製作方法。
【請求項４】ランナクラウンとランナバンドとの間に
設けられ、長いランナ羽根と短いランナ羽根を交互に所
定位置に配設してなる水車またはポンプ水車用スプリッ
タランナの製作方法において、複数枚のランナ羽根を全
て短いランナ羽根とし、このランナ羽根をランナクラウ
ンおよびランナバンドと一体鋳造した後に、一枚おきに
所定の長さを有する長い羽根となるように羽根部材を前
記短い羽根の尾部に接合したことを特徴とする水車また
はポンプ水車用スプリッタランナの製作方法。
【請求項５】前記短いランナ羽根は、長いランナ羽根
を成形するプレス型を用いてプレス成形された長いラン
ナ羽根の尾部を所定の長さ切除して形成したことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の水車またはポン
プ水車用スプリッタランナの製作方法。
【請求項６】前記短い羽根は、長い羽根を成形するプ
レス型に短い羽根用プレス型小片を取付けてプレス成形
されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の水車またはポンプ水車用スプリッタランナの製作方
法。