JP2010249097A

JP2010249097A - フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのクラウン又はバンドの組立方法及びランナの組立方法

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Publication number: JP2010249097A
Application number: JP2009102068A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Shimizu; 光一郎清水; Yukiko Maeda; 有紀子前田; Hirosuke Nakahara; 裕輔中原; Yasuyuki Enomoto; 保之榎本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-11-04
Also published as: CN101865068A; CN101865068B

Abstract

【課題】複数個に分割して輸送されたクラウン又はバンドを、現地でそれぞれ一体に溶接して組立てる際、溶接変形が抑制され大がかりな機械加工を避け、また、溶接欠陥が生ずることがないクラウン又はバンドの組立方法を提供する。
【解決手段】フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるクラウン１、バンド２、及び羽根３からなるランナのバンド２の組立方法において、分割されたバンド２の分割線に沿って仮溶接する際、分割線断面の全開先面積に対する溶接量よりも少ない溶接量で溶接し、かつ羽根３との交差部近傍は、流水面まで溶接肉盛りする仮溶接工程と、交差部近傍５ａの溶接部を流水面までグラインダ整形する工程と、を有する。クラウン１も同様に組立てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのクラウン又はバンドの組立方法及びランナの組立方法、特に、クラウン又はバンドを複数個に分割して輸送し、それぞれを現地で一体に溶接して組立てる方法、更に、クラウン、バンド及び羽根を溶接してランナを組立てる方法に関する。

従来、輸送や納期などの問題から水車のランナを一体物として発電所に輸送できない場合には、ランナを合せ目締結ボルト方式の２〜４分割ランナとするか、羽根やクラウン・バンドを単体で発電所近くまで輸送し、現地溶接組立方式により一体ランナ化する方法が採用されている。また、別の分割方法として、ランナ一体鋳鋼と同じ構成で羽根１枚分毎の範囲で分割したランナピース（クラウン及びバンド各々の一部と羽根一枚で構成されたもの）を溶接結合してランナ一体に製造する方法が提案されている（特許文献１）。

合せ目締結ボルト方式の分割ランナの場合は、締結部の設計やそれに合わせた静止側設計が別途必要となるため設計が煩雑となる。また、特許文献１に示されるような羽根１枚毎に溶接線がある方法は、羽根１枚を含むピースで製作され、クラウン、バンドと羽根の溶接は現地で行わないため現地溶接量は少なくなる。しかし、クラウン、バンドも羽根枚数で分割されており、それらを溶接結合する際、クラウン、バンドはそれらと静止部とで隙間の小さいシール部を形成しなければならない。上記シール部を許容値内で製作するには必ず溶接組立後の機械加工を必要とし、現地に加工機械を設置できなければこの方法は実施できない。そこで、従来の設計と同じ構造となるクラウン、バンド、羽根のみで構成されたランナの現地溶接組立方式が一般的に採用されている。そのため、現地溶接の問題に関しては、溶接後の応力除去するための現地溶接構造物用熱処理炉（特許文献２）や現地溶接補修工法（特許文献３）などが提案されている。

近年、大容量機化が図られており、そのためクラウン単体やバンド単体が大きすぎて一体輸送ができない状況となる場合があり、複数個に分割して輸送し、分割されたクラウンやバンドを現地溶接でそれぞれ一体とした後、それらクラウンとバンド間に複数の羽根を挿入して溶接し、一体化ランナとするランナ現地溶接組立方法が採用されている。

図４は、従来のバンドの分割状態を示す図である。バンド２を羽根３の間で分割した場合を分割線５₁で示し、羽根３と交差するように最短で分割した場合を分割線５₂で示している。また、クラウンも同様に分割される。

現地にての溶接組立には、溶接不良の問題が発生しやすいために、クラウンやバンドが複数に分割されて現地溶接となる場合は、通常、羽根の溶接部位とクラウンやバンドの分割線の溶接部位が交差しないように羽根間となる部位を切断した形状とする。しかし、ランナの構造上溶接線５₁が長くなってしまうことになり、その分だけ溶接量も多く、溶接変形も大きくなりやすい問題がある。

そこで、溶接線を短くして分割することが行われるが、その結果として羽根とクラウンやバンドの分割線５₂と羽根との溶接部位が交差することが避けられない。この場合、２とおりの溶接方法が実施される。（１）クラウン又はバンドを仮溶接した後、羽根を溶接する方法、及び（２）分割線を全て溶接し単品で一体とした後、流水面形状について機械加工を実施し、次に羽根を含めた全体の溶接組立を行う方法である。

上記（１）の方法では、分割線について仮溶接すると分割部位に溶接開先が残り、羽根溶接時に十字交差溶接部となってしまい、溶接欠陥が生じやすい構造となり、品質上大きな問題となる。図５は、この方法におけるクラウン又はバンドの分割線の溶接部を示す図であり、仮溶接した溶接線と羽根３との交差部が十字交差溶接部（破線の円）となることを示している。

上記（２）の方法では、溶接量が増え溶接変形が著しくなるが、溶接変形は機械加工により修正され、また、十字交差溶接部をなくすことで、分割線溶接部の品質は確保される。しかし、大型ランナの場合には流水面の仕上げ量が膨大になり、製作に多大な時間がかかってしまう問題がある。更に、大きさによっては機械加工ができない場合があり、手作業で流水面の仕上げとなるため、より膨大な時間がかかってしまうという問題がある。

また、クラウンとバンドの間に複数の羽根を挿入するランナ溶接組立手法においては、クラウンやバンドが単体の一体物であれば、羽根を溶接する際に発生するランナ出口側のバンド溶接変形は問題とならない。しかし、クラウンやバンドが分割され、それぞれの単体溶接後の変形量を修正する現地流水面機械加工などの手段が確保できない場合については、バンド下端部に対し補強を行うと、羽根の挿入に支障をきたしてしまうことが考えられる。

特開２００２−３１００５３号公報特開平９−５３１２６号公報特開２００４−２０２５０９号公報

クラウンやバンドの溶接線を短くして分割し、現地溶接組立を実施する際、クラウンやバンドを単体溶接後に機械加工などによる流水面の仕上げをしない、又はできない場合がある。この場合、上記（１）の方法を採用するが、その問題点を再度説明する。すなわち、クラウンやバンド単体での溶接については溶接変形を極力抑制すること及びランナ製作作業時のランナ天地作業や移動など強度上問題のないようにハンドリング可能な最小限の溶接施工の仮溶接にとどめておくことになる。その結果、クラウンやバンド分割線の溶接は途中までとなり、羽根を溶接する段階ではクラウン分割線やバンド分割線と羽根との交差部は、溶接開先がクラウンやバンド側と羽根側の両方向に残った状態の十字交差溶接部となってしまい、溶接欠陥が生じやすくなり、品質上の問題がある。

また、クラウンとバンドの間に羽根を挿入するランナ溶接組立手法では、通常はクラウン単体、バンド単体で完成されている場合がほとんどで、羽根の方が薄肉であることから、羽根に変形防止の補強を実施している。しかし、クラウンとバンドの分割線を現地単体溶接時の溶接変形を抑えるために最小限の溶接量にとどめた状態のまま現地羽根溶接組立を実施する場合、バンドは羽根溶接及び残りの分割線溶接によってランナ出口側バンド下端部近傍の変形が非常に大きくなる。このため、許容寸法外れによるランナ組立が困難になってしまう場合や、寸法や形状が変形により設計値と大きくかけ離れてしまう場合があり、性能未達などの大きな影響を及ぼしてしまう問題がある。

本発明の目的は、複数個に分割して輸送されたクラウン又はバンドを、現地でそれぞれ一体に溶接して組立てる際、溶接変形が抑制され大がかりな機械加工を避け、また、溶接欠陥が生ずることがないクラウン又はバンドの組立方法を提供することにある。更に、溶接組立てしたクラウン及びバンドと複数の羽根から容易に変形のないランナを組立てることができるランナの組立方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのバンドの組立方法は、フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるクラウン、バンド、及び羽根からなるランナのバンドの組立方法において、分割された前記バンドの分割線に沿って仮溶接する際、前記分割線断面の全開先面積に対する溶接量よりも少ない溶接量で溶接し、かつ前記羽根との交差部近傍は、流水面まで溶接肉盛りする仮溶接工程と、前記交差部近傍の溶接部を流水面までグラインダ整形する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明のフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのクラウンの組立方法は、上記フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのバンドの組立方法において、前記バンドの代わりにクラウンとしたことを特徴とする。

更に、本発明のフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナの組立方法は、フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるクラウン、バンド、及び羽根からなるランナの組立方法において、上記の方法で組立てられたバンドをランナ出口側のバンド下端近傍に放射状に分岐した補強部材を溶接する工程と、前記補強部材を溶接したバンドと、上記の方法により組立てられたクラウンとの間に羽根を挿入して所定の位置に仮溶接して一体化する工程と、前記補強部材を取付けたまま前記クラウンと前記バンドの仮溶接された部位、及び前記羽根の仮溶接された部位について本溶接を実施する工程と、溶接部位のグラインダ整形後に前記補強部材を取り外す工程と、を有することを特徴とする。

本発明により、複数個に分割して輸送されたクラウン又はバンドを、現地でそれぞれ一体に溶接して組立てる際、溶接変形が抑制され大がかりな機械加工を避け、短い分割線としながら羽根との十字交差溶接部をなくし、溶接欠陥が生じないクラウン又はバンドとすることができる。更に、溶接組立てしたクラウン及びバンドと複数の羽根から容易に変形のないランナを組立てることができる。

本発明に係る実施形態の現地組立ランナを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図。本発明に係る実施形態のクラウン又はバンドの溶接開先部を示す図。（ａ）はクラウン又はバンドの分割線における羽根との交差部近傍以外の開先部を示し、（ｂ）は交差部近傍の開先部を示し、（ｃ）は交差部近傍の開先部の変形例を示している。本発明に係る実施形態のランナを組立てる方法におけるランナを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図。従来のバンドの分割状態を示す図。従来のクラウン又はバンドの分割線の溶接部を示す図。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態の現地組立ランナを示した図である。

図２は、クラウン又はバンドの溶接開先部を示す図である。（ａ）はクラウン又はバンドの分割線における羽根との交差部近傍以外の開先部を示し、（ｂ）は、交差部近傍の開先部を示し、(ｃ)は、交差部近傍の開先部の変形例を示している。

図１において、クラウン１とバンド２の間に複数の羽根３が溶接組立てされており、クラウン１とバンド２は、輸送制限上からクラウン分割線４とバンド分割線５で２分割されている例を示す。バンド２の分割線５は羽根３と交差させている。クラウン１とバンド２は、中心から放射方向に分割されているが、非放射方向に分割してもよい。また、クラウン１又はバンド２の分割線の流水面が羽根３と交差する位置及びその近傍の範囲を交差部近傍４ａ，５ａとして示している。

図２(ａ)，（ｂ）において、分割線断面の開先形状は、分割線全体で流水面の内外で対称であり、また、交差部近傍４ａ，５ａも交差部近傍４ａ，５ａ以外も同じである。現地において、分割されたクラウン１又はバンド２を単体で一体に溶接組立てする際には、分割線全体で断面の全開先面積に対する溶接量よりも少ない溶接量、例えば１／２以下の溶接量で溶接し、クラウン１又はバンド２の交差部近傍４ａ又は５ａの範囲のみについては流水面まで溶接肉盛りの上、グラインダ整形とする。このようにすれば、羽根３とバンド分割線５との交差部は流水面側が完全に溶接、整形されていることから十字交差溶接部はなくなり、この部位への欠陥は生じにくく、より高品質な溶接が可能となり、溶接組立が可能となる。

なお、交差部近傍４ａ又は５ａ以外の範囲で、分割線断面の全開先面積に対する溶接量よりも少ない溶接量で溶接し、次に、交差部近傍４ａ又は５ａの範囲で、流水面側を溶接肉盛りしてもよい。

図２(ｃ)の開先部の変形例において、交差部近傍４ａ，５ａの開先形状は、流水面側の開先面積を外側の開先面積より小さくしている。図２(ｂ)の場合に比べて溶接量を減らしたもので、分割線の溶接量が分割線断面の開先面積の１／２以内程度に収まる範囲内で、流水面側までを溶接肉盛りし、グラインダ整形を行っている。図２(ｂ)の場合に比べて溶接量を減らし、溶接における変形をより小さく抑えることができる。

本実施形態によれば、バンド単体での天地作業や移動など強度上問題なくハンドリングが可能な上に、溶接における変形を最小限に抑えられることから、バンド流水面をあえて機械加工などの仕上げを実施しなくとも羽根３の組立が可能となり、かつ、羽根溶接組立においては、羽根３とバンド分割線５の交差部は流水面側が完全に溶接されている。このことから十字交差溶接部はなくなり、この部位への欠陥は生じにくく、より高品質な溶接が可能となり、２分割以上のバンドを現地で溶接組立てする場合においても、バンド２の分割線５が羽根３と交差している溶接部について品質上の問題を生じることがなく溶接組立が可能となる。

また、上記のバンド２の組立方法の例をクラウン１と置き換えた場合でも、同様にクラウン１の分割線が羽根３と交差している溶接部について品質上の問題を生じることがなく溶接組立が可能となる。

ところで、本発明のように、クラウンとバンドの分割線を現地単体溶接時の溶接変形を抑えるために溶接量を制限した状態のまま現地羽根溶接組立を実施する場合、上記課題で述べたようにバンドは羽根溶接及び残りの分割線溶接によってランナ出口側バンド下端部近傍の変形が大きくなる。このため、許容寸法外れによるランナ組立が困難になったり、寸法や形状が変形により設計値と大きくかけ離れてしまう場合がある。このような事態に対処するため、以下のような方法を採っている。

図３は、本発明に係る実施形態のランナを組立てる方法におけるランナを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。

図３において、バンドが２分割以上となる場合において羽根組立前のバンド単体の溶接に際しては、バンド２の下端（ランナ出口側）近傍の直径上にバンド変形防止用に放射状に分岐した補強部材６を溶接する。補強部材６は、アングル又はパイプなどの部材が中心からＹ分岐又は４以上の放射状に分岐したものである。羽根３をクラウン１とバンド２間に挿入組立てするために、この補強部材６の隙間から複数の羽根３を挿入し、等間隔に配置し、羽根３を等間隔でクラウン１とバンド２に対して仮溶接を実施する。分割されたクラウン・バンドはそれだけでの溶接では変形大となるため、羽根３を仮溶接することで、羽根３がリブの役割になりクラウン・バンドの変形を抑えている。次に、仮溶接の状態であったクラウン・バンドの分割線の部位における残りの開先面積についての本溶接と、羽根３の本溶接を実施する。最後に溶接部位のグラインダ整形終了後に補強部材６を取り外す。

本組立方法の例によれば、バンド下端部の変形を極力抑えることが可能となる。特に、大型ランナなどで２分割以上のバンドを現地溶接組立てする場合において、溶接組立過程におけるバンド下端部の変形による問題をなくすことができる。

１…クラウン、２…バンド、３…羽根、４…クラウン分割線、４ａ…クラウン分割線の羽根との交差部近傍、５…バンド分割線、５ａ…バンド分割線の羽根との交差部近傍、６…補強部材。

Claims

フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるクラウン、バンド、及び羽根からなるランナのバンドの組立方法において、
分割された前記バンドの分割線に沿って仮溶接する際、前記分割線断面の全開先面積に対する溶接量よりも少ない溶接量で溶接し、かつ前記羽根との交差部近傍は、流水面まで溶接肉盛りする仮溶接工程と、
前記交差部近傍の溶接部を流水面までグラインダ整形する工程と、
を有することを特徴とするフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのバンドの組立方法。
前記分割線の断面における開先形状は、流水面側を外周面側よりも面積を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのバンドの組立方法。
請求項１又は２に記載のフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのバンドの組立方法において、
前記バンドの代わりにクラウンとしたことを特徴とするフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナのクラウンの組立方法。
フランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるクラウン、バンド、及び羽根からなるランナの組立方法において、
請求項１又は２に記載の方法で組立てられたバンドをランナ出口側のバンド下端近傍に放射状に分岐した補強部材を溶接する工程と、
前記補強部材を溶接したバンドと、請求項３に記載の方法により組立てられたクラウンとの間に羽根を挿入して所定の位置に仮溶接して一体化する工程と、
前記補強部材を取付けたまま前記クラウンと前記バンドの仮溶接された部位、及び前記羽根の仮溶接された部位について本溶接を実施する工程と、
溶接部位のグラインダ整形後に前記補強部材を取り外す工程と、
を有することを特徴とするフランシス型水車又はフランシス型ポンプ水車におけるランナの組立方法。