JP2014506649A

JP2014506649A - 流体機械

Info

Publication number: JP2014506649A
Application number: JP2013553827A
Authority: JP
Inventors: マルティンシャーバッサー，
Original assignee: フォイト・パテント・ゲーエムベーハー
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-03-17
Also published as: CN103403341A; US20130243570A1; WO2012110197A1; EP2676030B1; EP2676030A1; CN103403341B; CA2816837A1; BR112013018165A2; DE102011011444A1

Abstract

【課題】流体機械を形成する場合に、渦巻き状ハウジングにかかる負荷を軽減し、材料の使用量を低減し、かつコストを削減する。
【解決手段】流体機械が、複数の羽根を有し、水力で動く羽根車と、羽根車を包囲する渦巻き状ハウジングと、横梁によって互いに接続される２つのトラバースリングデッキを備えたトラバースリングと、周方向に連続して互いに接続され、かつその流路断面が水の流れる方向にテーパして、トラバースリングを覆う円管と、を有する。渦巻き状ハウジングの外周において、２つの円管間の接続箇所の領域に少なくとも１つの補強要素が取り付けられており、補強要素がそれぞれ２つの円管を局所的に互いに接続し、２つの円管間の接続箇所に、渦巻き状ハウジングの周囲に分配された複数の補強要素が設けられ、補強要素は、渦巻き状ハウジング上の、渦巻き状ハウジングからそれぞれのトラバースリングデッキへの遷移領域に配置される。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の流体機械、特に水力タービン、ポンプタービン、またはポンプに関する。

これらは、フランシス型またはカプラン型の機械、あるいはそれ以外の機械であり得る。重要なのは、渦巻き状ハウジングを有する機械であるということである。

例として、特許文献１、または特許文献２を参照されたい。

このような流体機械の渦巻き状ハウジングは羽根車を備えている。羽根車は、その回転軸線に対して垂直の平面に位置する。羽根車の軸線は、通常、垂直に延びるので、ここでは上記平面は水平面のことである。

渦巻き状ハウジングは、その内側で羽根車に向かって開いている。したがって、羽根車は渦巻き状ハウジングの内周に円環状の隙間を有するので、作動媒体は、渦巻き状ハウジングから内周全体の環状隙間を通って羽根車へ流れることができる。したがって、環状隙間は、２つの環状縁部によって区画形成されている。

環状隙間には、流れ方向で見て、トラバースリングが接続される。このトラバースリングは、２つのトラバースリングデッキを備えている。これら２つのトラバースリングデッキは、羽根車の回転軸線に対して同心的に配置されており、かつ、互いにその軸線方向に離間している。トラバースリングデッキは、引張力を吸収する、いわゆる横梁（トラバース）によって、互いに接続されている。さらに、渦巻き状ハウジングの上記環状縁部の各々は、２つのトラバースリングデッキの１つとしっかりと接続されている。

また、渦巻き状ハウジングは、トラバースリングデッキを覆う周方向に並置された複数の円管から構成されている。個々の円管は、あらかじめ、トラバースリングデッキと溶接されている一方で、互いに溶接されている。連続する２つの円管の隣接端部は、留め継ぎを形成しながら互いに溶接されている。

流体機械の運転中に、円管には水圧による大きい負荷がかかるので、上記接続箇所は、これにかかる負荷が均等になるように形成されなければならない。この負荷を軽減するための公知のアプローチは、これまで、２つの円管の隣接端部の間により大きい遷移半径を設けることであった。しかし、このような遷移半径は、渦巻き状ハウジングの壁厚の増大と、それによる材料の使用量の増加を伴う。しかも、トラバースリングを含めた渦巻き状ハウジング全体がそのような流体機械の複雑かつ高価な要素となる。さらに、そのような要素の組立ては時間を要する。

米国特許第４４９６２８２号明細書独国特許出願公開第１９９５０２２８号明細書

本発明は、上記のような種類の流体機械を形成する場合に、渦巻き状ハウジングにかかる負荷を著しく軽減し、材料の使用量を低減し、かつ製造および組立コストを著しく削減することを目的とする。

上記目的は、独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明の特に好ましくて、かつ合目的的な実施形態の特徴を示す。

本発明に係る流体機械は、複数の羽根を有し、水力で動く羽根車と、この羽根車を包囲する渦巻き状ハウジングと、横梁によって互いに接続される２つのトラバースリングデッキを備えたトラバースリングと、を備えている。さらに、周方向に連続して互いに接続され、かつその流路断面が水の流れる方向にテーパして、トラバースリングを覆う円管が設けられている。

本発明では、渦巻き状ハウジングの外周において、２つの円管間の接続箇所の領域に少なくとも１つの補強要素が取り付けられており、この補強要素がそれぞれ２つの円管を局所的に互いに接続する。

本願発明者は、２つの円管の接続箇所に補強要素を取付けるという極めて効果的な措置によって、２つの円管の遷移部に最適な応力分布が得られることに気付いた。この最適な応力分布によって、渦巻き状ハウジングの壁厚を小さくすることができ、それによって材料の使用量が低減され、かつそのような流体機械の製造コストが削減される。

また、補強要素は、２つの脚部を備え、各円管に脚部が１つずつ配置されているＵ字形横断面を有する補強リブとして形成されていることが好ましい。この場合、補強要素はひも穴の形態になるので、同時に、昇降装置を固定するための吊り手段としても使用することができ、それにより、そのような渦巻き状ハウジングの組立てが著しく簡易化される。

図１は、フランシスタービンとして設計された流体機械の回転軸線を通る横断面を示す。図２ａは、トラバースリングと渦巻き状ハウジングとによる扇形を、立体図で示す。図２ｂは、図２の対象の平面図を示す。

以下、図を参照して、本発明について詳細に説明する。

図１に示されたフランシスタービンは羽根車１を有する。この羽根車は、複数の羽根１．１を備えている。羽根車１は、回転軸線２を中心に回転する。

羽根車１は、渦巻き状ハウジング３によって包囲されている。渦巻き状ハウジング３は、例えば円形の横断面を有する。渦巻き状ハウジングは、羽根車１に向かって開口する円環状の隙間を有する。この環状隙間は、環状縁部３．１、３．２によって区画形成されている。

環状隙間にはトラバースリング４が接続する。このトラバースリングは、２つのトラバースリングデッキ４．１および４．２を有する。トラバースリングデッキ４．１および４．２を支持するために、少なくとも１つの横梁４．３が設けられている。

環状隙間３の環状縁部３．１、３．２の領域は、トラバースリングデッキ４．１、４．２と溶接されている。さらに、２つの円管３．３、３．４が見て取れる。円管３．３、３．４は、トラバースリング４を覆い、かつ渦巻き状ハウジング３の周方向に連続して互いに溶接されている。円管３．３、３．４は渦巻き状ハウジング３を構成する。

トラバースリング４と羽根車１との間には案内羽根５．１を有する案内装置５が設けられている。

羽根車１には、流れ方向で見て、図示されない吸出し管が接続されている。

図２ａは、渦巻き状ハウジング３と、これに接続されたトラバースリング４とによる扇形を、立体図で示している。図２ａにおいては、実質的に、図１と同じ要素には同じ参照符号が付されている。

図２ａから見て取れるように、周囲を水が流れない渦巻き状ハウジング３の外周において、渦巻き状ハウジング３とトラバースリング４との間の遷移領域に、補強要素が設けられている（破線を参照）。この補強要素は、渦巻き状ハウジング３の外周に溶接され、それによって２つの連続する円管３．３および３．４を互いに接続する。当然のことながら、他の、特に力学的接続または形状結合的接続も考えられよう。補強要素は、円管３．３、３．４の２つの隣接端部の接続箇所における応力分布を改善するために利用される。補強要素は、渦巻き状ハウジング３に対する垂直面に位置する。しかし、これに限られない。補強要素によって、ここでは留め継ぎ下でつなぎ合わせた円管３．３、３．４の隣接端部に生じる、いわゆる留め継ぎ応力が低減される。これによって、渦巻き状ハウジングの壁厚をより薄くすることができ、それにより、材料使用量がより少なくなる。

図２ｂは、図２ａの対象を補強要素の平面図で示す。図２ｂにおいては、図２ａと同じ要素は同じ参照符号で示される。

図２ｂの例では、２つの脚部５．１および５．２を備える補強要素が、Ｕ字形横断面を有する補強リブ５として設計されていることがわかる。脚部５．１および５．２の各々は、対応する円管３．３もしくは３．４と溶接によって接続される。当然のことながら、Ｕ字形とは異なる横断面形状の補強リブも考えられる。ただし、図２ｂの例によれば、ひも穴のような上記形状にもとづいて、吊手段として利用することが可能になる。これにより、溶接された円管３．３、３．４を昇降装置によって直接輸送することが可能になる。

さらに、そのような多数の補強リブを渦巻き状ハウジング３の周囲にわたって設けてもよい。

１羽根車
１．１羽根
２回転軸線
３渦巻き状ハウジング
３．１、３．２取り囲む端縁
４トラバースリング
４．１、４．２トラバースリングデッキ
４．３横梁（トラバース）
５補強リブ
５．１、５．２脚部

Claims

複数の羽根（１．１）を有し、水力で動く羽根車（１）と、
前記羽根車（１）を包囲する渦巻き状ハウジング（３）と、
横梁（４．３）によって互いに接続される２つのトラバースリングデッキ（４．１、４．２）を備えたトラバースリング（４）と、
周方向に連続して互いに接続され、かつその流路断面が水の流れる方向にテーパして、前記トラバースリング（４）を覆う円管（３．３、３．４）と、
を有する流体機械であって、
前記渦巻き状ハウジング（３）の外周において、２つの円管（３．３、３．４）間の接続箇所の領域に少なくとも１つの補強要素が取り付けられており、前記補強要素がそれぞれ２つの円管（３．３、３．４）を局所的に互いに接続し、
２つの円管（３．３、３．４）間の前記接続箇所に、前記渦巻き状ハウジング（３）の周囲に分配された複数の補強要素が設けられ、
前記補強要素は、前記渦巻き状ハウジング（３）上の、前記渦巻き状ハウジング（３）から前記それぞれのトラバースリングデッキ（４．１、４．２）への遷移領域に配置されることを特徴とする、流体機械。
前記補強要素は、２つの脚部（５．１、５．２）を備え、各円管（３．３、３．４）に脚部（５．１、５．２）が１つずつ配置されているＵ字形横断面を有する補強リブ（５）として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体機械。