JP2014141903A

JP2014141903A - 水車またはポンプ水車のランナおよびその製造方法

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Publication number: JP2014141903A
Application number: JP2013009575A
Authority: JP
Inventors: So Koyama; 山創小; Toshiaki Suzuki; 木敏暁鈴; Satoru Asai; 井知浅; Kazuo Aoyama; 山和夫青; Toshifumi Kurokawa; 川敏史黒; Jun Murayama; 山淳村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-08-07
Also published as: CN103939259A

Abstract

【課題】溶接により組み立てられる水車またはポンプ水車のランナにおいて、溶接の健全性を損なうことなく、製作裕度内及び組立裕度内での構成部品間の位置調整を容易に行うことができるようにすること。
【解決手段】実施形態によれば、クラウン（２）及びバンド（３）の少なくとも一方に、ランナ羽根（４）の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブ（４ａ，４ｃ）が一体的に設けられる。ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除くランナ羽根部（４ｂ）をクラウン及びバンドと別に製作して、当該ランナ羽根部を前記スタブに溶接する。互いに溶接されるスタブ及びランナ羽根部として、スタブ及びランナ羽根部のうちのいずれか一方の端部の厚さが他方の端部の厚さより大きくされ、かつ、他方の端面に開先を設けたものを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、別々に製作されたクラウン、バンド及び複数の羽根を溶接することにより組み立てられた、フランシス型の水車またはポンプ水車に用いられる溶接ランナ及びその製造方法に関する。

フランシス型の水車またはポンプ水車の溶接ランナにおいては、従来から、高応力部位が溶接継手部と一致しないような方策がとられている。例えば、クラウン及びバンドと羽根との接続部である羽根付根Ｒ部には高応力が発生するので、当該羽根付根Ｒ部が溶接部と一致しないように、クラウンまたはバンドに当該クラウンまたはバンドと一体鋳造した羽根付根Ｒ部分を含むスタブを設け、このスタブと羽根部（クラウンまたはバンドと別体に形成された羽根付根Ｒ部分を含まない羽根の中央側部分を成す部品）とを溶接するようにしている。

スタブを設けると、溶接時のクラウン及びバンドに対する羽根部の位置調整範囲が狭くなる。製作裕度内誤差、組立裕度内誤差及び溶接条件を考慮した形状設計及び製法の改善が望まれている。

特開２００５−１４６９３４号公報

本発明は、溶接により組み立てられる水車またはポンプ水車のランナにおいて、溶接の健全性を損なうことなく、製作裕度内及び組立裕度内での構成部品間の位置調整を容易に行うことができるようにすることを目的とするものである。

各実施形態によれば、クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法が提供される。この製造方法は、前記クラウン及び前記バンドをそれぞれ別々に製作することと、前記クラウン及び前記バンドを製作するにあたって、前記クラウン及び前記バンドの少なくとも一方に前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブを一体的に設けることと、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除くランナ羽根部を前記クラウン及び前記バンドと別に製作して、当該ランナ羽根部を前記スタブに溶接することと、を含んでいる。

一つの実施形態においては、互いに溶接される前記スタブ及び前記ランナ羽根部として、前記スタブ及び前記ランナ羽根部のうちのいずれか一方の端部の厚さが他方の端部の厚さより大きくされ、かつ、前記スタブ及び前記ランナ羽根部のうちの前記他方の端面に開先を設けたものが用いられる。

他の一つの実施形態においては、前記ランナ羽根部に溶接される前記スタブとして、前記スタブの端部のランナ入口側端の位置が前記ランナ羽根の設計上の羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向外側に所定距離だけ離れた位置に位置していること、及び前記スタブの端部のランナ出口側端の位置が前記ランナ羽根の設計上の羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向内側に所定距離だけ離れた位置に位置していることのうちの少なくともいずれか一方を満足するように形成されたものが用いられる。

さらに他の一つの実施形態においては、前記スタブとして、前記スタブの端面が前記付根Ｒ部の止端部から付根Ｒ値の０．３倍以上離れた位置に位置しているものが用いられる。

さらに他の一つの実施形態においては、クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナが提供される。このランナにおいては、前記クラウン及び前記バンドがそれぞれ別々に製作されるとともに、少なくとも前記バンドに前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブが一体的に設けられ、前記クラウン及び前記バンドと別に製作された、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除く部分であるランナ羽根部が前記スタブに溶接されている。前記ランナの回転中心軸線に沿った軸方向縦断面でみて、「ｈ」をランナ下端からの高さ、「ｒ」ランナ回転中心軸線からの距離としたとき、前記バンドに設けた前記スタブと前記ランナ羽根部との間の溶接線の全長にわたってｄｈ／ｄｒが正の値をとるように溶接線が設定されている。

実施形態に係る溶接ランナの軸方向縦断面図。溶接ランナの第１実施形態の構成を説明するための図であって、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図。溶接ランナの羽根厚み方向の定義を説明するための図であって、図２における矢印IIIの方向からスタブを見た図。溶接ランナの第１実施形態の変形例を説明するための図であって、図２と同じ部位の断面を示す図。溶接ランナの第２実施形態の構成を説明するための図であって、図２と同じ部位の断面を示す図。溶接ランナの第２実施形態の変形例を説明するための図であって、図２と同じ部位の断面を示す図。溶接ランナの第３実施形態の構成を説明するための図であって、図２と同じ部位の断面を示すとともに当該断面の一部を拡大したものを併記した図。溶接ランナの第４実施形態の構成を説明するための図であって、図２と同じ部位の断面を示すとともに当該断面の一部を拡大したものを併記した図。溶接ランナの第５実施形態の構成を説明するための軸方向縦断面図。溶接ランナの第５実施形態の構成を説明するための図であって、図９におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図。溶接ランナの第６実施形態の構成を説明するための図であって、図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図。溶接ランナの第６実施形態を説明するための応力分布を示す図。溶接ランナの第７実施形態の構成を説明するための軸方向断面図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１〜図４を参照して第１実施形態について説明する。図１はフランシス型の水車（これは「水車」でも「ポンプ水車」でもよい）を構成するランナ１（溶接ランナ）の要部の構造を示す軸方向縦断面図である。ランナ１は、クラウン２と、バンド３と、クラウン２及びバンド３間に配置された複数枚のランナ羽根４とから構成されている。各ランナ羽根４は、スタブ４ａ及びスタブ４ｃと、これらスタブ４ａ，４ｃに両端が溶接された羽根部４ｂとから構成される。スタブ４ａは、クラウン２と一体的に製造された（具体的には例えば一体的に鋳造された）クラウン２の流水面から立ち上がる凸状体として形成されている。スタブ４ａには、ランナ羽根４のクラウン２側の付根Ｒ部が含まれる。スタブ４ｃは、バンド３と一体的に製造された（具体的には例えば一体的に鋳造された）バンド３の流水面から立ち上がる凸状体として形成されている。スタブ４ｃには、ランナ羽根４のバンド３側の付根Ｒ部が含まれる。スタブ４ａ，４ｃは、ランナ羽根４の全長にわたって設けられている。

スタブ４ａが一体化されたクラウン２と、スタブ４ｃが一体化されたバンド３と、羽根部４ｂとが別々に製作され、これらの部材を溶接することによりランナ１が組み立てられる。溶接にあたっては、羽根部４ｂが例えば点溶接によりスタブ４ａ，４ｃ仮止めされ、仮止めの精度に問題が無いことが確認された後、羽根部４ｂとスタブ４ａ，４ｃが本溶接される。その後、無駄な溶接ビード、余肉部分等が研削加工によって除去され、最終的なランナ１の形状が得られる。

図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。図２は本溶接直後の状態を示している。図面の簡略化および技術内容の理解を容易にするため、図２では溶接の溶け込みが無いものとして記載されている。従って、図２において周囲と比較して密なハッチングが付けられた部分は溶接ビードであるが、この溶接ビードは溶接前に存在していた開先（図示例ではＪ形の片開先）と一致している。なお、通常は、溶接ビードは開先のルートまで溶け込み、また、スタブ４ａ，４ｃ側まで溶け込む。

図２に示すように、羽根部４ｂとスタブ４ａ，４ｃとの接合部においては、羽根部４ｂの端面に開先を設けている。スタブ４ａ，４ｃの端部の羽根厚み方向の厚さは、対向する羽根部４ｂの端部の羽根厚み方向の厚さより大きくなっている。このようにすることにより、許容範囲内（製作裕度内及び組立裕度内）における部品の相対的な位置ずれを吸収することができる。また、羽根部４ｂの端部より厚い（幅広な）スタブ４ａ，４ｃの端部が設けられていることにより、羽根部４ｂの組立裕度内の位置ずれがあったとしても、溶接を適正に行うことができる。

詳細には、クラウン２側のスタブ４ａの端部は、これと対向する羽根部４ｂ（注：図２に示す羽根部４ｂは、スタブ４ａ，４ｃに対して設計通りの位置関係にある）の端部に対して、羽根厚み方向両側にクラウン側スタブ余肉代gap1c、gap2cを有している。また、バンド３側のスタブ４ｃの端部は、これと対向する羽根部４ｂの端部に対して、羽根厚み方向両側にバンド側スタブ余肉代gap1b、gap2bを有している。スタブ余肉代gap1c、gap2c、gap1b、gap2bのサイズは、図３に示すように、設計上の羽根部４ｂの端面（開先がないものと仮定した場合の仮想端面）の中心線Ｃ_４ｂに直交する方向（これが当該位置における「羽根厚み方向」である）に測定するものとする。

なお、図３は図２の矢印IIIの方向からスタブ４ａ（４ｃ）の端面を見た状態を概略的に示しており、ここには開先がないものとした場合の羽根部４ｂの仮想端面の一部も点線で示されている。スタブ余肉代gap1c、gap2c、gap1b、gap2bの値は、開先が形成された部分を除く羽根部４ｂの先端に最も近い位置における羽根部４ｂの輪郭線（４ｂｐ）とスタブ４ｃの先端の輪郭線（４ａｐ、４ｃｐ）との間の距離として定義される。従って、図２に示す例では、開先側のスタブ余肉代gap2c、gap2bは、開先が形成された部分を除く羽根部４ｂの先端に最も近い位置（４ｂｅ１，４ｂｅ３）において測定され、ルート部側（開先の無い側）のスタブ余肉代gap1c、gap1bは、羽根部４ｂの先端位置（４ｂｅ２，４ｂｅ４）において測定される。

このように羽根厚み方向に余肉代を設けることにより、羽根厚み方向でクラウン２及びバンド３に対する羽根部４ｂの位置を調整することができる。このため、クラウン２及びバンド３に対して羽根部４ｂの許容範囲内の位置ずれが生じたとしても、その位置ずれを吸収して、羽根部４ｂをスタブ４ａ，４ｃに対して適正に溶接を行うことができる。なお、開先を厚さが小さい方（本実施形態では羽根部４ｂ）に設けることにより、余肉代を位置ずれの吸収に有効に利用することができる。

なお、ここで、クラウン側スタブ余肉代の和(gap1c＋gap2c)を、「クラウン側厚さ差」とも呼ぶこととする。すなわち、クラウン側スタブ余肉代の和(gap1c＋gap2c)は、羽根厚み方向に測定した位置４ａｅ１と位置４ａｅ２（図２を参照）との間の距離である「クラウン側スタブ端厚さ」と、羽根厚み方向に測定した位置４ｂｅ１と位置４ｂｅ２と間の距離である「クラウン側端羽根部厚さ」との差である「クラウン側厚さ差」と等価である。同様に、バンド側スタブ余肉代の和（gap1b＋gap2b）を「バンド側厚さ差」と呼ぶこととする。バンド側スタブ余肉代の和（gap1b＋gap2b）は、羽根厚み方向に測定した位置４ｃｅ１と位置４ｃｅ２（図２を参照）との間の距離である「バンド側スタブ端厚さ」と、羽根厚み方向に測定した位置４ｂｅ３と位置４ｂｅ４と間の距離である「バンド側端羽根部厚さ」との差である「バンド側厚さ差」と等価である。

上記の「クラウン側厚さ差」は、クラウン２側において図３の方法に従って羽根部４ｂのランナ入口側端から出口側端に至る羽根全長にわたって測定された羽根部４ｂ端面の最大厚さ（開先は無いものとした羽根部４ｂの仮想端面で測定したもの）である羽根最大厚み（設計値）の２０％以下とすることが好ましい。また、「バンド側厚さ差」も、バンド３側において図３の方法に従って羽根部４ｂのランナ入口側端から出口側端に至る羽根全長にわたって測定された羽根部４ｂ端面の最大厚さ（開先は無いものとした羽根部４ｂの仮想端面で測定したもの）である羽根最大厚み（設計値）の２０％以下とすることが好ましい。前述したように、溶接後にスタブ４ａ，４ｃの余肉代は研削加工により除去される。この研削加工により、付根Ｒ部のＲ値（半径）が設計許容値（製作裕度）内となり、かつ、付根Ｒ部と羽根部４ｂとが滑らかに接続されるように、スタブ４ａ，４ｃの余肉代が削り取られる。図２の場合においては、スタブ４ａ，４ｃの二点鎖線より外側の領域が除去される。このため、余肉代の上限に制限を設けることにより、最終整形作業量の低減を図ることができる。上記の「２０％以下」という値は、製作裕度内誤差及び組立裕度内誤差を考慮した上で、スタブ４ａ，４ｃに対する羽根部４ｂの位置ずれに対する調整範囲を確保しつつ、最終整形作業量の低減を図る上で、好ましい値である。

また、図２と同様の断面である図４に示すように、クラウン側スタブ余肉代の和(gap1c＋gap2c)（すなわちクラウン側厚さ差）及びバンド側スタブ余肉代の和（gap1b＋gap2b）（すなわちバンド側厚さ差）を羽根最大厚み（設計値）の２０％以下した上で、さらに、バンド側厚さ差をクラウン側厚さ差より２ｍｍ以上大きくすることが好ましい。これによりランナ羽根厚み方向で羽根部４ｂのバンド側端部の位置をクラウン側端部の位置に比べて広い範囲で調整できる。概ね円盤形状のクラウン２と比較して、円筒状に近い形状のバンド３は、熱処理、欠陥補修溶接、輸送などにより変形する可能性が高い。このため、クラウン２の芯にバンド３の平均芯（円周上の複数の座標に基づいて算出された芯）を芯合わせした状態で羽根部４ｂを組み立てた場合、部位によっては、バンド３側のスタブ４ｃと羽根部４ｂとの間に比較的大きなずれが生じる可能性がある。上記のようにランナ羽根部４ｂのバンド３側位置の調整範囲をクラウン２側位置の調整範囲よりも２ｍｍ以上広くすることにより、この問題に対応することができる。また、予測されるずれ量が比較的小さいクラウン２側における調整範囲を広げないことにより、最終整形作業量の低減を図ることができる。

上記実施形態では、クラウン２とバンド３の双方にスタブ４ａ，４ｃを設けたが、スタブは片方にのみ設けてもよい。また、開先は、片開先に限らず両開先であってもよい。

［第２実施形態］
次に、図５及び図６を参照して第２実施形態について説明する。前述した第１実施形態においてはスタブ４ａ，４ｃの端部の厚さを羽根部４ｂの端部の厚さより大きくするとともに羽根部４ｂの端部に開先を設けていたのに対して、この第２実施形態では、これとは逆に、羽根部４ｂの端部の厚さをスタブ４ａ，４ｃの端部の厚さより大きくするとともにスタブ４ａ，４ｃの端面に開先を設けている。その他の点において第２実施形態は第１実施形態と同一である。第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

羽根部４ｂのクラウン２側の端部は、これと対向するスタブ４ａ（注：図５に示す羽根部４ｂは、スタブ４ａ，４ｃに対して設計通りの位置関係にある）の端部に対して、羽根厚み方向両側にクラウン側羽根余肉代gap3c、gap4cを有している。また、羽根部４ｂのバンド３側の端部は、これと対向するスタブ４ｃ端部に対して、羽根厚み方向両側にバンド側羽根余肉代gap3b、gap4bを有している。羽根余肉代gap3c、gap4c、gap3b、gap4bは、先に図３で説明したのと同じ方向（この場合はスタブ端面の中心線に直交する方向）に測定する。第１実施形態で説明したのと同様の考え方に基づき、羽根余肉代gap3c、gap4c、gap3b、gap4bは、開先が形成された部分を除くスタブ４ａ，４ｃの端部に最も近い位置におけるスタブ４ａ，４ｃの輪郭線と、当該スタブに対向する羽根部４ｂの先端の輪郭線との間の距離として定義される。従って、図４に示す例では、開先側の羽根余肉代gap4c、gap4bは、開先が形成された部分を除くスタブ４ａ，４ｃの先端に最も近い位置を基準に測定され、ルート部（開先の無い側）側の羽根余肉代gap3c、gap3bは、スタブ４ａ，４ｃの先端位置を基準に測定される。

このように羽根部４ｂに羽根厚み方向に余肉代を設けることにより、ランナ羽根厚み方向でクラウン２及びバンド３に対する羽根部４ｂの位置を調整することができる。このため、この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、クラウン２及びバンド３に対する羽根部４ｂの許容範囲内の位置ずれが生じたとしても、羽根部４ｂをスタブ４ａ，４ｃに対して適正に溶接を行うことができる。

なお、ここでも、第１実施形態で説明したのと同様の考え方に基づき、クラウン側羽根余肉代の和(gap3c＋gap4c)を「クラウン側厚さ差」とも呼び、バンド側羽根余肉代の和（gap3b＋gap4b）である「バンド側厚さ差」とも呼ぶ。「クラウン側厚さ差」は、クラウン２側において前述した図３の方法に従って（但し、本実施形態の場合、羽根部端面ではなくスタブ端面を基準に考えるものとする。）スタブ４ａのランナ入口側端から出口側端に至る羽根全長にわたって測定されたスタブ４ａ端面（開先がないものと仮定したときの仮想端面）の最大厚さである羽根最大厚み（設計値）の２０％以下とすることが好ましい。また、「バンド側厚さ差」も、バンド３側において図３の方法に従って（但し、前述したように、本実施形態の場合、羽根部端面ではなくスタブ端面を基準に考えるものとする。）スタブ４ｃランナ入口側端から出口側端に至る羽根全長にわたって測定されたスタブ４ｃ端面の最大厚さ（開先がないものと仮定したときの仮想端面）である羽根最大厚み（設計値）の２０％以下とすることが好ましい。本実施形態においては、溶接後に羽根部４ｂの両端部に設けた余肉代は研削加工により除去される。この研削加工により、付根Ｒ部のＲ値（半径）が設計許容値（製作裕度）内となり、かつ、付根Ｒ部、羽根部４ｂの両端部の余肉を除去した部分及び羽根部４ｂの中央部の輪郭線が滑らかに接続されるように羽根部４ｂの両端部の余肉代が（必要に応じてスタブ４ａ，４ｃの一部も）削り取られる。図４の場合においては、羽根部４ｂの両端部の二点鎖線より外側の領域が除去される。このため、余肉代の上限に制限を設けることにより、最終整形作業量の低減を図ることができる。上記の「２０％以下」という値は、製作裕度内誤差及び組立裕度内誤差を考慮した上で、スタブ４ａ，４ｃに対する羽根部４ｂの位置ずれに対する調整範囲を確保しつつ、最終整形作業量の低減を図る上で、好ましい値である。

なお、先に第１実施形態において説明したのと同様の理由により、クラウン側厚さ差及びバンド側厚さ差を羽根最大厚み（設計値）の２０％とした上で、バンド側厚さ差を、図６に示したようにクラウン側厚さ差よりも２ｍｍ以上大きくすることが好ましい。

上記実施形態では、クラウン２とバンド３の双方にスタブ４ａ，４ｃを設けたが、スタブは片方にのみ設けてもよい。また、開先は、片開先に限らず両開先でも構わない。

［第３実施形態］
次に、図７を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、スタブ４ａ，４ｃの端部の厚さを羽根部４ｂの端部の厚さより大きくし、羽根部４ｂの端面に開先を設けている。この第３実施形態は、開先が片開先であることを前提としている。この第３実施形態においては、先の第１実施形態の説明において定義した「クラウン側厚さ差」及び「バンド側厚さ差」の相互の関係及び羽根最大厚み（設計値）を満たしていてもよいが、満たしていなくてもよい。

図７に示すように、開先のルート部（「ルート部」とは図７中の拡大図に示した領域Ｒｔを意味している）は、その全体が、設計羽根形状の輪郭線の外側に位置している。図７において、設計羽根形状の輪郭線は、スタブ４ａ，４ｃ内に描かれた二点鎖線（４ａｐ，４ｃｐ）および羽根部４ｂの輪郭を示す実線（４ｂｐ）をつないだものである。片開先のルート部を全て設計羽根形状の外側に設定して溶接後削り取ることにより、溶接品質が安定しないルート部が最終製品部分に含まれることを極力回避することができる。

この場合、ルート部の最外位置Ｒ_ｏｕｔ（このポイントは単に「ルート」とも呼ばれる）は、先に第１及び第２実施形態の説明において定義した「羽根厚み方向」に沿って測定した場合に、先に第１及び第２実施形態の説明において定義した「羽根最大厚み（設計値）」の１０％以下の所定距離Ｄ１だけ上記輪郭線（４ａｐ，４ｂｐ，４ｃｐ）から離れていることが好ましい。このように、ルート部の最外位置Ｒ_ｏｕｔに制限を設けることにより、溶接後の研削加工等による整形作業量の低減を図ることができる。上記の「１０％以下」という値は、製作裕度内誤差及び組立裕度内誤差を考慮した上で、溶接品質を安定させつつ、最終整形作業量の低減を図る上で、好ましい値である。

なお、図７においてはスタブ４ｃ側の拡大図のみを表示したが、スタブ４ａ側も同様の構成である。

［第４実施形態］
次に、図８を参照して第４実施形態について説明する。第４実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、羽根部４ｂの端部の厚さを対向するスタブ４ａ，４ｃの端部の厚さより大きくし、スタブ４ａ，４ｃの端面に開先を設けている。この第４実施形態も、開先が片開先であることを前提としている。この第４実施形態においては、先の第２実施形態の説明において定義した「クラウン側厚さ差」及び「バンド側厚さ差」の相互の関係及び羽根最大厚み（設計値）を満たしていてもよいが、満たしていなくてもよい。

図８に示すように、開先のルート部（「ルート部」とは図８中の拡大図に示した領域Ｒｔを意味している）は、その全体が、設計羽根形状の輪郭線の外側に位置している。なお、設計羽根形状の輪郭線は、図８において、スタブ４ａ，４ｃの輪郭線である実線（４ａｐ，４ｃｐ）と、羽根部４ｂの両端部内に描かれた二点鎖線（４ｂｐ）と、羽根部４ｂの中央部の輪郭線である実線（４ｂｐ’）をつないだものである。この第４実施形態においても、ルート部の最外位置Ｒ_ｏｕｔは、先に第１及び第２実施形態の説明において定義した「羽根厚み方向」に沿って測定した場合に、先に第１及び第２実施形態の説明において定義した「羽根最大厚み（設計値）」の１０％以下の所定距離Ｄ２だけ上記輪郭線（４ａｐ，４ｂｐ，４ｂｐ’，４ｃｐ）から離れていることが好ましい。この第４実施形態によれば、前述した第３実施形態と概ね同じ効果を得ることができる。

［第５実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して第５実施形態について説明する。第５実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、図１０は図９におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を拡大して示す断面図である。

図９及び図１０に示すように、バンド３側のスタブ４ｃのランナ入口側端が延長されており、詳細には、バンド３側のスタブ４ｃの端部のランナ入口側端の位置がランナ羽根の設計羽根形状輪郭線（図９において羽根部４ｂのランナ入口側端の輪郭をそのまま上下に延長したものに相当する）で定められた位置よりもランナ半径方向外側に所定距離※だけ離れた位置に位置している。

また、同様に、図９に示すように（図１０のような詳細な図示は省略するが）、バンド３側のスタブ４ｃのランナ出口側端、並びにクラウン２側のスタブ４ａのランナ入口側端及び出口側端も同様に延長されており、すなわち、
− バンド３側のスタブ４ｃの端部のランナ出口側端の位置がランナ羽根の設計羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向内側に所定距離※だけ離れた位置に位置しており、また、
− クラウン２側のスタブ４ｃの端部のランナ入口側端の位置がランナ羽根の設計羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向外側に所定距離※だけ離れた位置に位置しており、また、
− クラウン２側のスタブ４ｃの端部のランナ出口側端の位置がランナ羽根の設計羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向内側に所定距離※だけ離れた位置に位置している。
このように、スタブ４ａ，４ｃを羽根長さ方向に延長することで、クラウン２及びバンド３（スタブ４ａ，４ｃ）に対する羽根部４ｂのランナ径方向での位置調整が可能になる。溶接後、スタブ４ａ，４ｃの延長部を適量削り取ることにより、スタブ４ａ，４ｃと羽根部４ｂと接続部を平滑化することができ、（図９の紙面垂直方向から見て）スタブ４ａ，４ｃと羽根部４ｂとの間に段差が生じることを防止することができる。

上記の所定距離※は、いずれの部位においても、ランナ羽根４中央における羽根最外径ｒ_ＲＢ（図９を参照）の０．５％以下とすることが好ましい。このようにスタブ４ａ，４ｃの延長量に制限を設けることにより、溶接後の研削加工等による整形作業量の低減を図ることができる。上記の「０．５％以下」という値は、製作裕度内誤差及び組立裕度内誤差を考慮した上で、品質を安定させつつ、最終整形作業量の低減を図る上で、好ましい値である。

羽根長さ方向に延長するスタブは、クラウン２側のスタブ４ａ及びバンド３側のスタブ４ｃのうちのいずれか一方であってもよい。また、スタブの羽根長さ方向への延長は、ランナ入口側及び出口側のうちのいずれか一方のみで行ってもよい。

この第５実施形態に、前述した第１〜第４実施形態の特徴を取り入れることも可能である。

［第６実施形態］
次に、図１１及び図１２を参照して第６実施形態について説明する。第６実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面を拡大して示す断面図である図１１に示すように、第６実施形態では、スタブ４ａ，４ｃの先端（端面）を、付根Ｒ部の止端部から０．３Ｒ（Ｒはランナ羽根４の付根Ｒ部の半径を意味する）以上の所定距離だけ羽根部４ｂ側に離した位置に位置させている。

図１２の（ａ）は付根Ｒ部の付近の応力測定位置、（ｂ）は付根Ｒ部の付近の（Ｉ）方向に沿った応力分布を示しており、Ｒの中心付近で応力は最も高く、そこから離れていくに従って応力が低下する傾向を示すが、付根Ｒ止端部（輪郭線上においてＲ部分が終わり直線部分に移行する位置ｈ）においてもまだ応力が高い状態にある。このため、付根Ｒ止端部に溶接ＨＡＺ部（heat affected zone：溶融部と母材金属の境界に生じる）が存在することは好ましくない。溶接ＨＡＺ部付近においては、溶接アンダーカットが生じ易く、また、金属の機械的特性（耐衝撃性、疲労強度等）も低いからである。本実施形態のように、スタブ４ａ，４ｃの先端の位置を設定することにより、溶接部付近における破損を防止することができる。

この第６実施形態に、前述した第１〜第５実施形態の特徴を取り入れることも可能である。

［第７実施形態］
次に、図１３を参照して、第７実施形態について説明する。第７実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この第７実施形態では、ランナの回転中心軸線に沿った軸方向縦断面図である図１３に示すように、「ｈ」をランナ下端からの高さ、「ｒ」ランナ回転中心軸線からの距離としたとき、バンド３側のスタブ４ｃと羽根部４ｂとの間の溶接線ＷＬの全長にわたって（溶接線ＷＬ上の任意の点において）ｄｈ／ｄｒが常に正の値をとるように溶接線ＷＬが設定されている。ｄｈ／ｄｒを正とすることにより、望ましい溶接姿勢に合わせた境界面の選択が可能となる。これより、溶接施工性および健全性を向上することが出来る。

この第７実施形態に、前述した第１〜第６実施形態の特徴を取り入れることも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ランナ
２クラウン
３バンド
４ランナ羽根
４ａクラウン側のスタブ
４ｂ羽根部（ランナ羽根部）
４ｃバンド側のスタブ

Claims

クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法であって、前記クラウン及び前記バンドをそれぞれ別々に製作することと、前記クラウン及び前記バンドを製作するにあたって、前記クラウン及び前記バンドの少なくとも一方に前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブを一体的に設けることと、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除くランナ羽根部を前記クラウン及び前記バンドと別に製作して、当該ランナ羽根部を前記スタブに溶接することと、を含む水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法において、
互いに溶接される前記スタブ及び前記ランナ羽根部として、前記スタブ及び前記ランナ羽根部のうちのいずれか一方の端部の厚さが他方の端部の厚さより大きくされ、かつ、前記スタブ及び前記ランナ羽根部のうちの前記他方の端面に開先を設けたものを用いることを特徴とする、水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記スタブの端部の厚さを前記ランナ羽根部の端部の厚さより大きくし、前記ランナ羽根部の端部に開先を設けたことを特徴とする、請求項１記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記スタブの端部の厚さから前記ランナ羽根部の端部の厚さを減じた差が、前記ランナ羽根の設計上の羽根最大厚みの２０％以下である、請求項２記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記クラウン及び前記バンドの両方に前記スタブが形成されており、前記バンドに設けたスタブの端部の厚さから前記ランナ羽根部の前記バンド側の端部の厚さを減じた差であるバンド側厚さ差が、前記クラウンに設けたスタブの端部の厚さから前記ランナ羽根部の前記クラウン側の端部の厚さを減じた差であるクラウン側厚さ差よりも大きいことを特徴とする、請求項２または３記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記バンド側厚さ差が前記クラウン側厚さ差よりも２ｍｍ以上大きいことを特徴とする、請求項４記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記ランナ羽根部の端部の厚さを前記スタブの端部の厚さより大きくし、前記スタブの端面に開先を設けたことを特徴とする、請求項１記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記ランナ羽根部の端部の厚さから前記スタブの端部の厚さを減じた差が、前記ランナ羽根の設計上の羽根最大厚みの２０％以下である、請求項６記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記クラウン及び前記バンドの両方に前記スタブが形成されており、前記ランナ羽根部の前記バンド側の端部の厚さから前記バンドに設けたスタブの端部の厚さを減じた差であるバンド側厚さ差が、前記ランナ羽根部の前記クラウン側の端部の厚さから前記クラウンに設けたスタブの端部の厚さを減じた差であるクラウン側厚さ差よりも大きいことを特徴とする、請求項６または７記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記バンド側厚さ差が前記クラウン側厚さ差よりも２ｍｍ以上大きいことを特徴とする、請求項８記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記開先は片開先であり、この片開先のルート部の全てが前記ランナ羽根の設計上の羽根形状輪郭線の外側に位置していることを特徴とする、請求項１、２及び６のいずれか一項に記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記片開先のルート部の最外位置と設計羽根形状輪郭線との距離が、設計上の羽根最大厚みの１０％以下であることを特徴とする請求項１０記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法であって、前記クラウン及び前記バンドをそれぞれ別々に製作することと、前記クラウン及び前記バンドを製作するにあたって、前記クラウン及び前記バンドの少なくとも一方に前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブを一体的に設けることと、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除くランナ羽根部を前記クラウン及び前記バンドと別に製作して、当該ランナ羽根部を前記スタブに溶接することと、を含む水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法において、
前記ランナ羽根部に溶接される前記スタブとして、前記スタブの端部のランナ入口側端の位置が前記ランナ羽根の設計上の羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向外側に所定距離だけ離れた位置に位置していること、及び前記スタブの端部のランナ出口側端の位置が前記ランナ羽根の設計上の羽根形状輪郭線で定められた位置よりもランナ半径方向内側に所定距離だけ離れた位置に位置していることのうちの少なくともいずれか一方を満足するように形成されたものを用いることを特徴とする、水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
前記所定距離が、前記ランナの回転中心軸線から前記ランナ羽根の入口側端の中心までの距離の０．５％以下である、請求項１２記載の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法であって、前記クラウン及び前記バンドをそれぞれ別々に製作することと、前記クラウン及び前記バンドを製作するにあたって、前記クラウン及び前記バンドの少なくとも一方に前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブを一体的に設けることと、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除くランナ羽根部を前記クラウン及び前記バンドと別に製作して、当該ランナ羽根部を前記スタブに溶接することと、を含む水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法において、
前記スタブとして、前記スタブの端面が前記付根Ｒ部の止端部から付根Ｒ値の０．３倍以上離れた位置に位置しているものを用いることを特徴とする水車ランナまたはポンプ水車ランナの製造方法。
クラウンと、バンドと、前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根を有するフランシス型の水車ランナまたはポンプ水車ランナであって、前記クラウン及び前記バンドがそれぞれ別々に製作されるとともに、少なくとも前記バンドに前記ランナ羽根の付根Ｒ部を含んだランナ羽根端部を構成するスタブが一体的に設けられ、前記クラウン及び前記バンドと別に製作された、前記ランナ羽根のうちの前記ランナ羽根端部を除く部分であるランナ羽根部が前記スタブに溶接されているものにおいて、
前記ランナの回転中心軸線に沿った軸方向縦断面でみて、「ｈ」をランナ下端からの高さ、「ｒ」ランナ回転中心軸線からの距離としたとき、前記バンドに設けた前記スタブと前記ランナ羽根部との間の溶接線の全長にわたってｄｈ／ｄｒが正の値をとるように溶接線が設定されていることを特徴とする水車ランナまたはポンプ水車ランナ。