JP2010144610A - 水力機械用ランナの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水力機械用ランナを容易に、かつ精度良く製造することができる製造方法を提供する。
【解決手段】水力機械用ランナ製造装置１０は、クラウン１１を載置させる定盤１４と、その中心軸が定盤１４の中心軸と一致し、第１バンド分割片１２ａおよび第２バンド分割片１２ｂを載置させるバンド載置台１７と、第１バンド分割片１２ａおよび第２バンド分割片１２ｂを互いに溶接するとともに、各ランナ羽根１３を前記クラウン１１および前記バンド１２に対して順次溶接する溶接手段１８とを備えている。このうちバンド載置台１７は、円周上に配置された複数のバンド受け台１６と、各バンド受け台１６により支持される環状のバンド組立リング１５とからなる。また、バンド載置台１７のバンド組立リング１５の上面には、各バンド分割片１２ａ、１２ｂの半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部１５ａが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とを備えた水力機械用ランナを製造する方法に関し、とりわけ、バンドを構成するとともにバンドの円周方向において複数に分割されたバンド分割片を容易に、かつ精度良く接合することができる製造方法に関する。また本発明は、当該製造方法により水力機械用ランナを製造する装置に関する。

水車、ポンプなどの水力機械用のランナは、一般に、環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とから構成されている。このようなランナの製造は、各構成部品を鋳造などの方法によりそれぞれ個別に製造し、その後、各構成部品を溶接により接合して所定形状のランナに仕上げることにより行われている。

例えば特許文献１において、溶接装置は、溶接トーチと、前記溶接トーチを溶接予定線に沿って移動させると共に、三次元空間内で互いに独立した三方向へウィービングさせることが可能なトーチ移動手段と、前記三方向へのそれぞれのウィービング量を少なくとも含むウィービング条件を指定する手段と、指定された前記ウィービング条件に基づき、前記トーチ移動手段の駆動量を算出するウィービング動作設定手段と、前記ウィービング動作設定手段により算出された前記トーチ移動手段の駆動量に応じて、該トーチ移動手段を駆動させる移動制御手段とを備えている。これによって、水車ランナなど、三次元的に変化する溶接継手形状を有する構造物に対する溶接を可能としている。
特開平４−１７６９９３号公報

近年、経済性の観点から水力発電所の大容量化が図られており、このためランナおよびその構成部品であるバンドなどの大型化が行われてきた。しかしながら、一度に製造または輸送可能な部品の寸法、重量などには制限がある。このため、ランナの構成部品であるバンドにおいて、バンドを一度に製造するのではなく、まず複数に分割されたバンド分割片を製造、輸送し、その後、各バンド分割片を溶接によって互いに接合させてバンドを作製するという方法が用いられている。

一般に、各バンド分割片はバンドを構成するものであり、バンドをその円周方向において複数に分割したものである。このような各バンド分割片を溶接によって互いに接合させる場合、接合面においてバンドの円周方向における応力が発生し、このためバンド分割片がバンド半径方向において変形または変位することがある。この結果、作製されたバンドにおいて、その半径にばらつきが発生することになる。このようなバンド半径のばらつきが生じると、バンドへランナ羽根を溶接する作業が困難になるとともに、ランナ羽根の角度やランナ羽根間の距離を調整することも困難になる。

上述のようなバンド分割片の変形または変位を防ぐために、変形防止補強材料をバンド分割片へ取付けることや、変形または変位を最小にすることができる溶接手順を検討するという対策などが行われている。しかしながら、これらの対策を講じた場合、変形防止補強材料の取付や溶接手順の検討のために余分な時間が必要となる。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、複数に分割されたバンド分割片からなるバンドを有する水力機械用ランナを、容易かつ精度良く製造することができる製造方法に関する。また本発明は、当該製造方法により水力機械用ランナを製造する装置に関する。

本発明は、環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とを備えた水力機械用ランナの製造方法において、バンドを構成するとともに、バンドの円周方向において複数に分割されたバンド分割片を準備する工程と、予め設置された定盤の上に前記クラウンを載置する工程と、バンド載置台をその中心軸が前記定盤の中心軸と一致するよう準備するとともに、当該バンド載置台上に各バンド分割片を載置する工程と、前記複数のバンド分割片を溶接によって互いに接合させてバンドを作製する工程と、各ランナ羽根を前記クラウンおよび前記バンドに対して溶接によって順次接合させる工程と、を備え、前記バンド載置台の上面には、各バンド分割片の下面の半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部が形成され、これによって、バンド載置台上に各バンド分割片を載置する際、各バンド分割片がそれぞれバンド分割片の半径方向において係止されることを特徴とする水力機械用ランナの製造方法である。

本発明は、環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とを備えた水力機械用ランナの製造装置において、前記バンドは、バンドの円周方向において複数に分割されたバンド分割片からなり、水力機械用ランナの製造装置は、前記クラウンを載置させる定盤と、その中心軸が前記定盤の中心軸と一致し、各バンド分割片を載置させるバンド載置台と、各バンド分割片を互いに溶接するとともに、各ランナ羽根を前記クラウンおよび前記バンドに対して順次溶接する溶接手段と、を備え、前記バンド載置台の上面には、各バンド分割片の下面の半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部が形成され、これによって、バンド載置台上に各バンド分割片を載置する際、各バンド分割片がそれぞれバンド分割片の半径方向において係止されることを特徴とする水力機械用ランナの製造装置である。

本発明によれば、バンド載置台の上面には、各バンド分割片の下面の半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部が形成されている。これによって、バンド載置台上に各バンド分割片を載置する際、各バンド分割片をそれぞれバンド載置台上の環状の溝部によりバンド分割片の半径方向において係止することができる。このため、各バンド分割片を溶接によって互いに接合させる際、バンドの円周方向における応力が発生したとしても、各バンド分割片がバンド載置台上の環状の溝部に係止されるので、各バンド分割片がバンド半径方向において変形または変位することは無く、このことにより、各バンド分割片を容易に、かつ精度良く接合させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナ製造装置を示す図である。このうち図１（ａ）は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナ製造装置を示す平面図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナ製造装置を示す側面図である。図２は、本発明の実施の形態において、水力機械用ランナ製造装置の縦断面図のうちバンド載置台の上面に形成された溝部を拡大して示す図であり、図３は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナの製造工程を示す図である。

まず、図１および図３により水力機械用ランナ２０について説明する。図１および図３に示すように、水力機械用ランナ２０は、環状のクラウン１１と、このクラウン１１と対向し、かつ、その中心軸がクラウン１１の中心軸と一致するよう配置された環状のバンド１２と、これらクラウン１１とバンド１２の間であってクラウン１１およびバンド１２の円周方向に複数枚配置されたランナ羽根１３とを備えている。このうちバンド１２は、バンド１２の円周方向においてバンド１２が複数、例えば２つに分割された第１バンド分割片１２ａ、第２バンド分割片１２ｂからなる。

次に、図１および図２により水力機械用ランナ製造装置１０の構成について説明する。図１に示すように、水力機械用ランナ製造装置１０は、クラウン１１を載置させる定盤１４と、その中心軸が定盤１４の中心軸と一致し、第１バンド分割片１２ａおよび第２バンド分割片１２ｂを載置させるバンド載置台１７と、第１バンド分割片１２ａおよび第２バンド分割片１２ｂを互いに溶接するとともに、各ランナ羽根１３を前記クラウン１１および前記バンド１２に対して順次溶接する溶接手段１８とを備えている。このうちバンド載置台１７は、円周上に配置された複数のバンド受け台１６と、各バンド受け台１６により支持される環状のバンド組立リング１５とからなる。

また図２に示すように、バンド載置台１７のバンド組立リング１５の上面には、各バンド分割片１２ａ、１２ｂの半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部１５ａが形成されている。この場合、各バンド分割片１２ａ、１２ｂの下面には突起部１２ｃがそれぞれ形成されており、各バンド分割片１２ａ、１２ｂの半径方向における厚さは、突起部１２ｃの半径方向における厚さと同一である。このことにより、後述のようにバンド載置台１７のバンド組立リング１５上に各バンド分割片１２ａ、１２ｂを載置する際、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド分割片１２ａ、１２ｂの半径方向においてバンド組立リング１５の溝部１５ａにより係止される。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず、クラウン１１、バンド１２を構成する第１バンド分割片１２ａおよび第２バンド分割片１２ｂ、複数のランナ羽根１３など、水力機械用ランナ２０を構成する部品を予め準備する。

次に、図３（ａ）に示すように、予め設置された水力機械用ランナ製造装置１０の定盤１４の上にクラウン１１を載置する。その後、図３（ｂ）に示すように、複数のバンド受け台１６とバンド組立リング１５とからなるバンド載置台１７を、その中心軸が定盤１４の中心軸と一致するよう準備するとともに、バンド載置台１７上に第１バンド分割片１２ａを載置する。この際、第１バンド分割片１２ａの下面に形成された突起部１２ｃがバンド組立リング１５の上面に形成された環状の溝部１５ａに嵌め込まれるよう、バンド載置台１７上に第１バンド分割片１２ａを載置する。同様に、図３（ｃ）に示すように、バンド載置台１７上に第２バンド分割片１２ｂを載置する。これによって、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがその半径方向においてバンド組立リング１５の環状の溝部１５ａにより係止される。

次に、図３（ｄ）に示すように、第１バンド分割片１２ａと第２バンド分割片１２ｂとを溶接によって互いに接合させて、バンド１２を作製する。この場合、各バンド分割片１２ａ、１２ｂは前述のとおりその半径方向においてバンド組立リング１５の環状の溝部１５ａにより係止されている。このため、溶接の際にバンドの円周方向における応力が発生したとしても、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド組立リング１５の環状の溝部１５ａに係止されるので、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド半径方向において変形または変位することは無く、このことにより、各バンド分割片１２ａ、１２ｂを容易に、かつ精度良く接合させることができる。

次に、図３（ｅ）に示すように、複数のランナ羽根１３をクラウン１１およびバンド１２に対して溶接によって順次接合させる。この際、はじめに、ランナ羽根１３のうち第１バンド分割片１２ａと第２バンド分割片１２ｂの間の接合面に溶接されるランナ１３をバンド１２に接合する。このことにより、ランナ羽根の角度やランナ羽根間の距離を調整することが容易となる。このようにして、図３（ｆ）に示すように、水力機械用ランナ製造装置１０により水力機械用ランナ２０が製造される。

このように本実施の形態によれば、バンド載置台１７のバンド組立リング１５の上面には、各バンド分割片１２ａ、１２ｂの下面に形成された突起部１２ｃの半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部１５ａが形成されている。このため、バンド載置台１７のバンド組立リング１５上に各バンド分割片１２ａ、１２ｂを載置する際、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド分割片１２ａ、１２ｂの半径方向においてバンド組立リング１５の環状の溝部１５ａにより係止される。このため、溶接の際にバンドの円周方向における応力が発生したとしても、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド組立リング１５の環状の溝部１５ａに係止されるので、各バンド分割片１２ａ、１２ｂがバンド半径方向において変形または変位することは無く、このことにより、各バンド分割片１２ａ、１２ｂを容易に、かつ精度良く接合させることができ、従って、品質の高い水力機械用ランナ２０を製造することが可能となる。

なお、本実施の形態において、バンド１２は、バンド１２の円周方向においてバンド１２が２つに分割された第１バンド分割片１２ａ、第２バンド分割片１２ｂからなる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、バンド１２は、バンド１２の円周方向においてバンド１２が３つ以上に分割されたバンド分割片を有していてもよい。

また、本実施の形態において、定盤１４の上にクラウン１１が載置された後、複数のバンド受け台１６とバンド組立リング１５とからなるバンド載置台１７が、その中心軸が定盤１４の中心軸と一致するよう準備されるとともに、バンド載置台１７上に第１バンド分割片１２ａが載置される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、定盤１４の上にクラウン１１を載置するより前に、複数のバンド受け台１６とバンド組立リング１５とからなるバンド載置台１７を準備してもよい。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナ製造装置を示す平面図、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態における水力機械用ランナ製造装置を示す側面図。 図２は、本発明の実施の形態において、水力機械用ランナ製造装置の縦断面図のうちバンド載置台の上面に形成された溝部を拡大して示す図。 図３（ａ）は、定盤の上にクラウンを載置する工程を示す図、図３（ｂ）は、複数のバンド受け台とバンド組立リングとからなるバンド載置台を、その中心軸が定盤の中心軸と一致するよう準備するとともに、バンド載置台上に第１バンド分割片を載置する工程を示す図、図３（ｃ）は、バンド載置台上に第２バンド分割片を載置する工程を示す図、図３（ｄ）は、第１バンド分割片と第２バンド分割片とを溶接によって互いに接合させてバンドを作製する工程を示す図、図３（ｅ）は、複数のランナ羽根をクラウンおよびバンドに対して溶接によって順次接合させる工程を示す図、図３（ｆ）は、水力機械用ランナ製造装置により製造された水力機械用ランナを示す図。

符号の説明

１０ 水力機械用ランナ製造装置
１１ クラウン
１２ バンド
１２ａ 第１バンド分割片
１２ｂ 第２バンド分割片
１２ｃ バンド分割片の突起部
１３ ランナ羽根
１４ 定盤
１５ バンド組立リング
１５ａ 溝部
１６ バンド受け台
１７ バンド載置台
１８ 溶接手段
２０ 水車ランナ

Claims (2)

1. 環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とを備えた水力機械用ランナの製造方法において、
   バンドを構成するとともに、バンドの円周方向において複数に分割されたバンド分割片を準備する工程と、
   予め設置された定盤の上に前記クラウンを載置する工程と、
   バンド載置台をその中心軸が前記定盤の中心軸と一致するよう準備するとともに、当該バンド載置台上に各バンド分割片を載置する工程と、
   前記複数のバンド分割片を溶接によって互いに接合させてバンドを作製する工程と、
   各ランナ羽根を前記クラウンおよび前記バンドに対して溶接によって順次接合させる工程と、を備え、
   前記バンド載置台の上面には、各バンド分割片の下面の半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部が形成され、これによって、バンド載置台上に各バンド分割片を載置する際、各バンド分割片がそれぞれバンド分割片の半径方向において係止されることを特徴とする水力機械用ランナの製造方法。
2. 環状のクラウンと、このクラウンと対向し、かつ、その中心軸がクラウンの中心軸と一致するよう配置された環状のバンドと、これらクラウンとバンドの間であってクラウンおよびバンドの円周方向に複数枚配置されたランナ羽根とを備えた水力機械用ランナの製造装置において、
   前記バンドは、バンドの円周方向において複数に分割されたバンド分割片からなり、
   水力機械用ランナの製造装置は、
   前記クラウンを載置させる定盤と、
   その中心軸が前記定盤の中心軸と一致し、各バンド分割片を載置させるバンド載置台と、
   各バンド分割片を互いに溶接するとともに、各ランナ羽根を前記クラウンおよび前記バンドに対して順次溶接する溶接手段と、を備え、
   前記バンド載置台の上面には、各バンド分割片の下面の半径方向における厚さに一致する幅を有する環状の溝部が形成され、これによって、バンド載置台上に各バンド分割片を載置する際、各バンド分割片がそれぞれバンド分割片の半径方向において係止されることを特徴とする水力機械用ランナの製造装置。

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