JP2005146934A - Method for manufacturing runner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接組み立てによって製造されフランシス型の水車またはポンプ水車に備えられるランナの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a runner manufactured by welding assembly and provided in a Francis type turbine or pump turbine.
従来のフランシス型の水車またはポンプ水車の溶接組み立てランナにおいては、製造方法をコントロールすることにより応力が高い領域の溶接継手部の強度を維持・向上させる方法が考案されている(下記特許文献1参照)。また、羽根とクラウンおよびバンドを溶接する際の羽根入口・出口側に相当する溶接始終端部の応力集中を低減する方法としては、羽根外径近傍のクラウンまたはバンドを部分的に厚みを薄くする方法が考案されている(下記特許文献2参照)。また、羽根とクラウンまたはバンドの継手部が高応力部位に相当するため、羽根長さ分の羽根付根R部分を含むスタブをクラウンまたはバンドに一体の鋳物として製造しておき、溶接部分が付根R部にならないように組み立てる方法が用いられている。
近年ポンプ水車の高落差化およびランナの軽量化が進められているため、ランナは相対的に高応力化の方向となる。従来技術において応力集中を低減する方法は一般的ではないため、羽根長さに相当するスタブを設けるか、スタブを用いない溶接による組み立てが一般的である。しかし、スタブを有するクラウンおよびバンドでは、スタブが流水面側にあるため、この部分の流水面形状加工をターニング加工することは不可能であることから、高コスト、製造期間の長期化という問題がある。 In recent years, the height of the pump turbine has been increased and the weight of the runner has been reduced. Therefore, the runner has a relatively high stress. In the prior art, a method for reducing the stress concentration is not general. Therefore, a stub corresponding to the blade length is provided, or assembly by welding without using a stub is generally used. However, in the crown and band having a stub, since the stub is on the flow surface side, it is impossible to turn the flow surface shape processing of this portion, so there is a problem of high cost and a long manufacturing period. is there.
羽根長さに相当するスタブを設ける方法は図8に示すようになるが、クラウン1の流水面のターニング加工はスタブ2から外れた外側と内側のわずかな領域でしかなく、複数ある羽根に対応した複数のスタブ2間の流水面加工は、ガウジングやグラインダーによる手仕上げ、あるいは高コスト、長時間を要するNC加工などによる方法となり、加工時間がかかるとともに加工コストが高くなってしまう。
The method of providing the stub corresponding to the blade length is as shown in FIG. 8, but the turning process of the flow surface of the
また、スタブを設けず、溶接のみの場合においては、羽根とクラウンおよびバンドとの溶接継手部は強度を確保するために付根R形状としているが、一般に溶接量を適正化するために羽根面側溶接止端部と羽根付根R止端部がほぼ一致した位置となるケースが多い。従来は図9の例に示すように、羽根面側溶接止端部は溶接量を適正化するために羽根付根R止端部とほぼ同等の高さ位置としている。 In addition, in the case of welding only without providing a stub, the welded joint portion of the blade, the crown, and the band has a root R shape in order to ensure the strength, but generally the blade surface side to optimize the welding amount In many cases, the weld toe and the blade root R toe are in a substantially coincident position. Conventionally, as shown in the example of FIG. 9, the blade face side welding toe portion has a height position substantially equal to the blade root R toe end portion in order to optimize the welding amount.
また、スタブにおいても、スタブの高さは羽根付根R止端部とする場合が多い。ところが、一般的に母材と溶接金属の境界である溶接境界部(以下、溶接HAZ部と記す)は耐衝撃性が低くまた、羽根付根R止端部は、最大応力よりは低下するものの、まだ、応力の高い領域であること、かつ溶接止端部は溶接によるアンダーカットが出やすいことから、アンダーカット部を滑らかな凹形状に修正しても強度上問題ないように付根R止端部近傍の羽根厚さは予め厚くしたり、耐衝撃値などの材料特性上から将来割れなどが出ないように、特別の非破壊検査を行う必要があるなどの問題がある。 Moreover, also in the stub, the height of the stub is often the blade root R toe. However, the weld boundary portion (hereinafter referred to as a welded HAZ portion) that is generally a boundary between the base metal and the weld metal has low impact resistance, and the blade root R toe portion is lower than the maximum stress, Root R toe so that there is no problem in strength even if the undercut part is modified to a smooth concave shape because it is a high stress area and the weld toe part is easily undercut by welding. There is a problem that the thickness of the blades in the vicinity is increased in advance, or special nondestructive inspection is required to prevent future cracks due to material properties such as impact resistance.
そこで本発明は、クラウンまたはバンドの流水面の機械加工が行いやすく、羽根とクラウンまたはバンドとの溶接強度の高いランナを得ることのできるランナの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a runner that can easily perform machining of a flowing water surface of a crown or a band and can obtain a runner having high welding strength between a blade and a crown or a band.
請求項1の発明は、クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の前記羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかに羽根付根R部を含んだスタブを設け、該スタブの設けられた部分については当該スタブと前記羽根とを溶接するとともに、前記スタブの設けられていない部分については溶接によって前記羽根付根R部を形成して前記クラウンまたは前記バンドと前記羽根とを接合することを特徴とする。
The invention according to
請求項2の発明は、前記スタブのクラウンまたはバンドからの高さを羽根側の付根R部開始点より高くし、羽根との溶接部分が付根R部領域から離れた位置になるようにすることを特徴とする。 In the invention of claim 2, the height of the stub from the crown or band is made higher than the root R portion start point on the blade side so that the welded portion with the blade is located away from the root R region. It is characterized by.
請求項3の発明は、前記スタブの高さを、羽根付根R止端部よりも付根R値の0.3倍以上の高さとすることを特徴とする。
請求項4の発明は、クラウン、バンドおよび複数の羽根を別々に製作の上、溶接組み立てするフランシス型の水車またはポンプ水車のランナの製造方法において、前記クラウンまたはバンドの少なくとも一方の羽根取付部のうち、羽根入口側先端または羽根出口側先端の少なくともいずれかの溶接開先を、羽根面側溶接止端部が羽根付根R止端部よりも付根R値の0.3倍以上羽根中心側になる形状として前記クラウンまたはバンドと前記羽根とを溶接することを特徴とする。
The invention of
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a runner of a Francis type turbine or a pump turbine in which a crown, a band, and a plurality of blades are separately manufactured and assembled by welding. Among them, at least one of the blade inlet side tip or the blade outlet side tip is welded to the blade center side at the blade surface side weld toe portion 0.3 times the root R value or more than the blade root R toe portion. The crown or band and the blade are welded as a shape to be formed.
請求項5の発明は、前記羽根のクラウン側またはバンド側溶接開先の開先高さを、羽根付根R止端部よりも付根R値の0.3倍以上羽根中心側になる高さとすることを特徴とする。 In a fifth aspect of the present invention, the height of the crown-side or band-side welding groove of the blade is set to a height that is at least 0.3 times the root R value of the blade root R toe and is on the blade center side. It is characterized by that.
本発明のランナの製造方法によれば、クラウンまたはバンドの流水面の機械加工が行いやすく、羽根とクラウンまたはバンドとの溶接強度の高いランナを得ることができる。 According to the runner manufacturing method of the present invention, it is easy to machine the flow surface of the crown or band, and a runner having high welding strength between the blade and the crown or band can be obtained.
以下、本発明の第1〜第6の実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施例のランナの製造方法を示し、クラウン1の流水面側の羽根取付部の入口側と出口側に、羽根付根Rを有するスタブ2a,2bをそれぞれ設けるものである。このとき、これらのスタブ2a,2bの羽根先端からの長さは、羽根厚さの1.5倍から5倍の範囲とすることが好ましい。そして、スタブ2a,2bの設けられていない羽根中央付近については、溶接にてクラウンと羽根を接合する際に羽根付根R部を形成するようにする。
FIG. 1 shows a runner manufacturing method according to a first embodiment of the present invention, in which
この実施例の製造方法は、特に応力の高い羽根入口および出口端側にのみにスタブ2aおよびスタブ2bを設けるものであり、スタブ2a,2bのない流水面に関してはターニング加工を行うことができ、スタブ2a,2bのある流水面についてはスタブの長さが短いため、外周側または内周側などからのエンドミルなどによる加工を行うことができる。そのため加工コスト増加を抑えることができる。また、スタブ2a,2bは羽根付根Rを含む構造であるため、高応力部位の品質を高めることが可能で溶接によるアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。
In the manufacturing method of this embodiment, the stub 2a and the
図2は本発明の第2実施例を示し、第1の実施例で示した入口側スタブ2aの高さを羽根付根R止端部より高くするものである。この場合は、図3に示すように付根R部の応力レベルを測定した結果例において、図中(I)方向のRの中心付近で最も高く、それから離れていくにしたがって応力が低下する傾向を示しているが、付根R止端部においてもまだ応力が高い状態にある。したがって通常は問題がないが、溶接の止端部がちょうどこの位置にある形状にした場合、母材の溶接境界に溶接HAZ部が形成されているために、溶接によるアンダーカット(凹部)が生じやすく、そのままでは応力集中が生じてしまうことと、この溶接HAZ部の特性として、一般的に耐衝撃性が低いことから、アンダーカットや将来生じる可能性のある金属疲労欠陥からの割れが発生しやすくなるため、この溶接HAZ部をより作用応力の低い、できるだけ羽根側にすることによりアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。 FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the height of the inlet side stub 2a shown in the first embodiment is made higher than the blade root R toe. In this case, in the example of the result of measuring the stress level of the root R portion as shown in FIG. 3, the stress tends to be the highest near the center of R in the direction (I) in the figure, and the stress decreases as the distance from the center increases. As shown, the stress is still high at the root R toe. Therefore, there is usually no problem, but when the weld toe is in this shape, the weld HAZ part is formed at the weld boundary of the base material, so an undercut (recess) is generated by welding. It is easy to cause stress concentration as it is, and the characteristic of this welded HAZ part is generally low impact resistance, so undercuts and cracks from metal fatigue defects that may occur in the future occur. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to undercuts and metal fatigue defects by making the welded HAZ part as low as possible on the blade side as much as possible.
図4は本発明の第3の実施例を示し、特に羽根枚数が多くかつ出口開度が狭く溶接性の悪い場合に、羽根出口端から外側に隣接する羽根面で形成する出口開度が最小となる位置を起点として、その羽根の上流側に出口開度最小値Aの2〜5倍の長さLの範囲までに、クラウン1の流水面に出口端から羽根付根Rを含むスタブ2cを設けるものである。この場合は狭い範囲にスタブ2cを設けることから溶接作業性が維持され、出口側の高応力部についても品質を高めることが可能で、溶接によるアンダーカットや金属疲労欠陥からの割れの発生を抑制することができる。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In particular, when the number of blades is large and the outlet opening is narrow and the weldability is poor, the outlet opening formed on the blade surface adjacent to the outside from the blade outlet end is minimum. The
また、図示しないが、上記起点より羽根出口側にスタブを設けない場合については、溶接開先を羽根裏面側(ランナ中心側)からの片側開先とすることで溶接の作業性を維持することができる。 Moreover, although not shown in figure, about the case where a stub is not provided in the blade | wing exit side from the said starting point, maintain workability | operativity of welding by making a welding groove into the one side groove | channel from a blade | wing back surface side (runner center side). Can do.
図5は本発明の第4の実施例を示し、前記スタブ2aまたは2bまたは2cの高さを羽根付根R止端部よりも0.3R値以上羽根側となるようにするものである。この場合も図3に示したように、羽根母材と溶接金属の境界部である溶接HAZ部が羽根付根R止端部から外れた応力の低い位置となるために、溶接HAZ部のアンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、品質を向上させることができる。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the height of the
上記第1から第4の実施例においては、フランシス型水車またはポンプ水車の溶接ランナにおいて、高応力部位のみに限定したスタブ方式とすることによって、クラウンまたはバンドの流水面全面を容易に設計形状に近い加工面とすることができるとともに、溶接HAZ部を高応力部位から外すことによって設計肉厚を薄くすることができる。また、溶接HAZ部が低応力部位に位置することから、多少のアンダーカットは滑らかな凹形状に修正する必要がなく、ランナの重量低減と大幅な加工期間の短縮になる。さらに、羽根間隔の狭いランナにおいても溶接作業性が向上するためコスト低減につながり、かつ信頼性の高いランナの提供が可能となる。 In the first to fourth embodiments described above, in the welding runner of the Francis type turbine or the pump turbine, the stub method limited to only the high stress portion is used, so that the entire flow surface of the crown or the band can be easily designed. While being able to make it a near processing surface, a design wall thickness can be made thin by removing welding HAZ part from a high stress site | part. In addition, since the welded HAZ portion is located at a low stress site, it is not necessary to correct some undercuts to a smooth concave shape, resulting in a reduction in runner weight and a significant reduction in processing time. Furthermore, since the welding workability is improved even in a runner having a narrow blade interval, the cost can be reduced and a highly reliable runner can be provided.
図6は本発明の第5の実施例を示し、スタブを設けない場合のフランシス型溶接組み立てランナにおいて、羽根入口先端あるいは出口先端から羽根肉厚の1.5から5倍の範囲で、バンド3に溶接するためのバンド側羽根溶接開先4を、羽根面側溶接止端部が羽根付根R止端部よりも0.3R値以上羽根側となるようにするものである。
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. In the Francis-type welded assembly runner without a stub, the
本実施例ではバンド流水面はターニング加工可能で加工コストを抑えることができ、また、図3に示したように羽根母材と溶接金属の境界部である溶接HAZ部が羽根付根R止端部から外れた応力の低い位置となるため、溶接HAZ部に起因するアンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、信頼性の高いランナを得ることができる。 In this embodiment, the flow surface of the band can be turned to reduce the processing cost, and the welded HAZ portion, which is the boundary between the blade base material and the weld metal as shown in FIG. Therefore, the occurrence of cracks due to undercuts or metal fatigue defects caused by the welded HAZ portion can be suppressed, and a highly reliable runner can be obtained.
図7は本発明の第6の実施例を示し、バンド3に溶接するための羽根バンド側開先5の高さを予め羽根付根R止端部よりも付根値Rの0.3倍以上羽根中心側になるような高さとするものである。この場合も溶接HAZ部を羽根付根R止端部から外れた応力の低い位置とすることができるために、アンダーカットや金属疲労欠陥などからの割れの発生を抑制することができ、信頼性の高いランナを得ることができる。
なお上記各実施例において、クラウン1とあるところをバンド3とし、あるいはバンド3とあるところをクラウン1としても同様の作用効果が得られる。
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. The height of the blade band groove 5 for welding to the
In each of the above embodiments, the same operation and effect can be obtained even if the portion where the
1…クラウン、2…スタブ、2a…入口側スタブ、2b,2c…出口側スタブ、3…バンド、4,5…開先、6…羽根。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The groove height of the blade-side or groove-side welding groove of the blade is set to a height that is 0.3 times or more the root R value of the blade root R toe and is on the blade center side. 4. The method for producing a runner according to 4.
Priority Applications (1)
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JP2003383310A JP2005146934A (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Method for manufacturing runner |
Applications Claiming Priority (1)
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- 2003-11-13 JP JP2003383310A patent/JP2005146934A/en active Pending
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Legal Events
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