JPH0468471B2 - - Google Patents

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JPH0468471B2
JPH0468471B2 JP58175055A JP17505583A JPH0468471B2 JP H0468471 B2 JPH0468471 B2 JP H0468471B2 JP 58175055 A JP58175055 A JP 58175055A JP 17505583 A JP17505583 A JP 17505583A JP H0468471 B2 JPH0468471 B2 JP H0468471B2
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JP
Japan
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runner
block structure
francis
inlet side
blade
Prior art date
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JP58175055A
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English (en)
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JPS6067779A (ja
Inventor
Shinsaku Sato
Tadashi Benya
Mitsuo Iwakawa
Hisamitsu Ozaki
Kyoshi Kakihara
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP58175055A priority Critical patent/JPS6067779A/ja
Publication of JPS6067779A publication Critical patent/JPS6067779A/ja
Publication of JPH0468471B2 publication Critical patent/JPH0468471B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/125Rotors for radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side, e.g. for Francis-type turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はフランシス形水力機械のランナの製作
方法に係り、特に鋳造により製作したランナ本体
に対して鍛造で製作したランナ水流入口側端縁部
分を溶接接合し、ランナ水流入口側端縁部分の強
度を強化するフランシス形水力機械のランナ構造
体の製作方法に関する。
〔発明の技術的背景と問題点〕 一般にフランシス形ポンプ水車のランナは、ラ
ンナクラウンとランナバンドとこれらの間に挟持
された複数枚のランナ羽根とから構成されてい
る。このような構造のフランシス形ポンプ水車の
ランナは、通常、ランナ全体を一体鋳造すること
により製作され、その後流路壁面に対して必要な
機械加工やグラインダ加工を加え、発電またはポ
ンプ運転の実運転に供している。
ところで、落差500m以上の高落差の水力発電
所で用いられているフランシス形ポンプ水車にお
いては、案内羽根を通過した水流が後流、脈動な
どを伴つてランナ入口へ流入する。このため後
流、脈動などに起因した大きな変動水圧力がラン
ナ水流入口側端縁に作用し、これによつてランナ
羽根入口側のランナクラウンおよびバンドとラン
ナ羽根との接続部付近(つけ根部分)に大きな変
動応力が水流と直交する方向(軸方向)に発生
し、この値は落差400mのものにくらべて大幅に
増加している。
第5図はフランシス形ランナに発生する変動応
力の分布を示すグラフである。この第5図中、第
5図bはフランシス形ランナの概略断面を示して
おり、符号1はランナクラウン、符号2はランナ
バンド、符号3はランナ羽根である。この第5図
bと対応させて第5図aおよび第5図cに変動応
力の分布が示されている。すなわち、第5図aは
ランナ羽根3とランナクラウン1との接合部の変
動応力σを示すグラフであり、横軸は第5図bと
対応したランナ羽根の入力端から出口端に向う距
離lのランナ羽根の外径D1に対する比を示し、
縦軸は水流と直角方向に作用する変動応力σを示
している。この変動応力の中、実線は落差500m
のものであり、破線は落差400mのものである。
他方、第5図cはランナ羽根3とランナバンド
2との接合部の変動応力σを示すグラフであり、
横軸は第5図bと対応したランナ羽根の入口端か
ら出口端に向う距離lのランナ羽根の外径D1
対する比l/D1を示し、縦軸は水流と直角方向
に作用する変動応力σを示している。この変動応
力の中、実線は落差500mのものであり、破線は
落差400mのものである。
これら第5図aおよびcから理解されるよう
に、落差500mのもの、あるいは落差400mのもの
は、ともにランナに生じる変動応力はランナのラ
ンナ羽根3の出口端から入口端に向つて増加して
おり、特に水流入口側端縁において、落差500m
のものの方が落差400mにくらべて急激にその大
きさを増している。
このような変動応力の差があらわれるのは、高
落差になるに従つて、ランナの回転数と案内羽根
の枚数との積に相当する変動周期の繰返しピツチ
が極めて短くなつているためであり、それゆえラ
ンナが高速回転になればなるほど疲労強度はきび
しくなる。ところが、従来のような鋳造によつて
一体成形されたランナではシユリンケージやポロ
シテイ、砂かみなどの鋳造欠陥をさけることがで
きない。また、このような鋳造欠陥を鋳造後のラ
ンナ全域にわたつてから見付け出すことは、現有
の非破壊検査技術をもつてしても難しく、さら
に、内部に存在する欠陥部を完全に補修すること
も難しかつた。しかるに、鋳造欠陥を有する材料
の疲労強度は鋳造欠陥のないものに比べて5割程
度低下するから、落差500m以上の高落差の水力
機械用のランナにとつてはこの点が大きな問題と
なつている。
また、落差が大きくなると、単位落差当りの単
位流量が相対的に小さくなるため、ランナの半径
方向に対して軸方向寸法が相対的に小さく全体と
して扁平な流路縦断面形状となる。特に揚水発電
所で使用されるランナは、揚水運転時にランナ内
で水流に遠心力を効果的に与える必要があること
から、ランナ内の流路はランナ羽根が長く奥行き
の深い狭小な形状になりがちである。このため、
ランナ内を設計寸法通りに仕上げる整形作業や、
内部の材質的欠陥の検査作業、およびこの欠陥の
除去補修作業などが極めて困難となり、水力性能
上、および強度上信頼性の高いランナを製作する
ことは極めて難しいことであつた。
〔発明の目的〕
そこで、本発明の目的は、発生変動応力が大き
いランナの水流入口側部分に対して強度上、高い
信頼性を確保すると共に、発生変動応力が小さく
複雑な形状を有する部分に対して高い生産性を得
ることができるフランシス形水力機械のランナ構
造体の製作方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明は、ランナ
クラウンとランナバンドとの間に複数枚のランナ
羽根を挟持してなるフランシス形水力機械のラン
ナ構造体の製作方法において、 このランナ構造体を、水流入口側端縁のランナ
羽根周辺の一部を円弧状部分または扇状部分に切
欠く第1ブロツク構造体と、前記切欠いた部分に
対応する円弧状部分または扇状部分に形成する第
2ブロツク構造体とに区分けし、 前記第1ブロツク構造体を鋳造材で製作する一
方、前記第2ブロツク構造体を鍛造材で製作し、 これら別体で製作した第1および第2ブロツク
構造体を互に溶接接合してなり、 前記フランシス形水力機械のランナ構造体の水
流入口側端縁を水流変化などによつて生起する変
動圧力に抗し得るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明によるフランシス形水力機械のラン
ナ製作方法の一実施例を図面を参照して説明す
る。
第1図は本願発明によつて製作されたランナの
回転中心軸O1を中心に右半分を示す概略側断面
図である。ここに、ランナ自体は、ランナ構造体
Rになつている。すなわち、ランナ構造体Rは、
図にも示されているように、溶接接合面4を境
に、回転中心軸O1の側を第1ブロツク構造体A
に、また水流入口側端縁Cの側を第2ブロツク構
造体Bに区分けしたものであつて、両者はともに
ランナクラウン1(1a,1b)と、ランナバン
ド2(2a,2b)と、これらの間に挟持された
円形翼列状に配置された複数枚のランナ羽根3
(3a,3b)とからなる一体成形物である。
しかして、一の一体成形物であるランナクラウ
ン1a、ランナバンド2a、ランナ羽根3aから
なる第1ブロツク構造体Aは、すべて鋳造材で製
作する一方、他の一体成形物であるランナクラウ
ン1b、ランナバンド2b、ランナ羽根3bから
なる第2ブロツク構造体Bは、すべて鍛造材で製
作してある。両者は、ともに予め別体に製作する
ものであるが、第1ブロツク構造体Aは、第3図
および第4図に示すように、水流入口側端縁Cの
ランナ羽根3b周辺を扇状部分12または円弧状
部分14に切欠いて製作されている。また、第2
ブロツク構造体Bは、前記切欠かれた部分に対応
する扇状部分12または円弧状部分14の形状に
製作されている。第2ブロツク構造体Bを、扇状
部分12または円弧状部分14の形状にし、しか
もこの部分を鍛造材にしたのは、第5図a,cに
示す最高変動応力値に対しても十分に強度保証が
できるということを実験によつて確認することが
できたからである。
このように、鍛造材からなる第2ブロツク構造
体Bを、扇状部分12または円弧状部分14に形
成することによつて、強度保証をしつつ、必要最
小限の形状にできた結果、ランナ全域または水流
入口側端縁の環状部分を鍛造材にした場合にくら
べコストを大幅に節減でき、また、第2ブロツク
構造体Bは第1ブロツク構造体Aよりもかなり小
片形状になつているので、第2ブロツク構造体B
の第1ブロツク構造体Aへの溶接作業量も比較的
少なく、このため溶接後の検査作業に要する時間
も短くて済む。
ところで、別体で製作された異種材からなる第
1および第2ブロツク構造体A,Bを互に接合す
るにあたり、両者は第1図にも示すように、溶接
接合面4で位置合せをした後、溶接用の開先4
a,4bから溶接されるが、溶接接合面4の位置
は、第2図に示したように、ランナ羽根3のクラ
ウン側つけ根およびバンド側つけ根の各々を、ラ
ンナ羽根出口端から羽根入口端まで内壁面10お
よび11に沿つて10等分し位置配分した場合、ラ
ンナクラウン1では5.5から9.0までの範囲内であ
り、またランナバンド2では6.5から9.0までの範
囲内である。この範囲の根拠は実験によつて確認
されている。
このようにして製作されたランナ構造体Rで
は、落差500m以上の高落差の発電またはポンプ
用の水力機械として、高い変動応力値に対し十分
強度保証がされており、また製作面での作業時
間、コストならびに溶接・検査作業時間の短縮を
考慮してあるから、この種分野のスケールアツプ
の足掛りとなることが期待されている。
〔発明の効果〕
以上の説明の通り、本発明はフランシス形水力
機械のランナ構造体において、回転中心軸側の鋳
造製の第1ブロツク構造体に溶接接合される水流
入口側端縁側の第2ブロツク構造体を鍛造製に
し、しかもその形状をランナ羽根を中心として扇
状部分または円弧状部分にしたものであり、本発
明によれば、従来、強度保証を必要とする水流入
口側端縁が鋳造製であるため、シユリンケージ、
ポロシテイ、砂かみ等の鋳造欠陥があると、高落
差の場合、過度な変動応力に抗し得なかつたもの
であるが、上記鍛造製に置き換えることによつて
過度な変動応力に十分対拠することができる。ま
た、第2ブロツク構造体が扇状部分または円弧状
部分の最小必要限度の形状になつているので、コ
スト上はもちろん、製作上、溶接作業上、溶接後
の検査作業上からも、極めて実用的である。した
がつて、この種技術の活用が一段と高くなること
が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によつて製作されたフランシス
形水力機械のランナを示した概略半部縦断面図、
第2図はランナクラウンとランナバンドの入口と
出口との間を10分割して第1ブロツク構造体と第
2ブロツク構造体との溶接接合面の位置を定める
図、第3図は第2ブロツク構造体を扇状部位にす
ることを示すランナ構造体の平面図、第4図は第
2ブロツク構造体を円弧状部位にすることを示す
ランナ構造体の平面図、第5図はランナ構造体
と、その構造体にあらわれる変動応力分布を対応
させたものであつて、第5図aはランナクラウン
とランナ羽根との接合部に発生する変動応力のグ
ラフであり、第5図bはランナ構造体の概略半部
縦断面であり、また第5図cはランナバンドとラ
ンナ羽根との接合部に発生する変動応力のグラフ
である。 1;1a,1b……ランナクラウン、2;2
a,2b……ランナバンド、3;3a,3b……
ランナ羽根、4……溶接接合面、12……扇状部
分、14……円弧状部分、R……ランナ構造体、
A……第1ブロツク構造体、B……第2ブロツク
構造体、C……水流入口側端縁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ランナクラウン1とランナバンド2との間に
    複数枚のランナ羽根3を挟持してなるフランシス
    形水力機械のランナ構造体の製作方法において、 前記ランナ構造体Rを、水流入口側端縁Cのラ
    ンナ羽根3の周辺の一部を円弧状部分14または
    扇状部分12に切欠く第1ブロツク構造体Aと、
    前記切欠いた部分に対応する円弧状部分14また
    は扇状部分12に形成する第2ブロツク構造体B
    とに区分けし、 前記第1ブロツク構造体Aを鋳造材で製作する
    一方、前記第2ブロツク構造体Bを鍛造材で製作
    し、 これら別体で製作した第1および第2ブロツク
    構造体A,Bを互に容接接合してなり、 前記ランナ構造体Rの水流入口側端縁Cを水流
    変化などによつて生起する変動応力に抗し得るよ
    うにしたことを特徴とするフランシス形水力機械
    のランナ構造体の製作方法。
JP58175055A 1983-09-21 1983-09-21 フランシス形ランナの製作方法 Granted JPS6067779A (ja)

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JPS6067779A JPS6067779A (ja) 1985-04-18
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