JPS6050274A - フランシス形ランナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は水車およびポンプ水車等のフランシス形ランチ
に係り、特に高落差水力機械に好適なフランシス形ラン
チに関する。

（発明の技術的背景と問題点） 一般にフランシス形ランチは、ランチクラウンとランナ
バンドおよび、この両者にはさまれて円形翼列状に配置
された複数枚のランナ羽根とによって構成されている。

近年、水力発電所、特に揚水発電所は、建設地点の確保
と、経済性の追求とから、高落差化の傾向にある。これ
らの高落差揚水発電所には比速度の低いポンプ水車が適
用されるため、ランチ形状は、相対的に偏平となり、相
対的に長いランナ羽根で形成される。ランナは、水力機
械の水力性能を左右する重要な機械要素であるため、高
い水力性能を達成するには、上記ランナクラウンとラン
ナ羽根とランナパンＰとから形成されるランナ内流路面
を平滑に仕上げ、水の流れを円滑にする必要がある。ま
た、高落差様用ランチでは、ランナクラウンとランナバ
ンドとの間の間隔が小さく、かつランナ羽根が長くなる
ので、ランナ内の流路は狭く、細長いものとなり、一体
構造された後にランチ内の流路面を平滑に仕上げること
は、極めて困難となる。

第１図は高落差揚水発電所などに適用される従来のフラ
ンシス形ランチの平面断面図を示し第２図はその側断面
図を示す。第１図において、ランナ羽根１はうず巻状に
延在し、互に円周方向に等間隔をおいて配置されている
。これらのランナ羽根１は、第２図に示されたように、
ランチクラウン２とランナバンド３とにより挾持され、
これらの王者は一体に構成されている。このフランシス
形ランチが水車運転される場合、水流はランナ外局部よ
りランチ内に流入し゛−ラ／す羽根１とランナクラウン
２とランナパン）１３とから形成されるランナ内流路４
に泊って吸出し管側へ流れる。

一方、ポンプ運転される場合には、水車運転とは逆にラ
ンナ最内周部より流入した水はランナ内流路４に沿って
流れ、ランナ外局部へ吐出される。

このような高落差用の７ランシス形ランナは、ランナ内
周部側では、第１図に示されるように隣接ランナ羽根１
，１の間の間隔が小さく、またランナ外周部側では第２
図に示されるように、ランナクラウン２とランナノ９ン
）１３との間の間隔が小さくなっている。したがって、
ランナ内流路４の流路面を仕上げるに際し、作業者はラ
ンチ内周部側からも外周部側からも、ランナ内部に接近
することは困難であり、ランチ流路４の中央部の流路面
を仕上げることができなかった。さらに、第１図から明
らかなように、ランナ羽根１は湾曲し、ランチ内周部で
は、隣接ランナ羽根１，１が接近しているため、ランチ
内周部のランナ羽根表面１ａの仕上げ作業もほとんど行
うことはできなかった。

従来の高落差用７ランクス形ランチは上記の欠点に加え
て、さらに以下の欠点を有する。即ち、フランシス形ラ
ンチにおいて、水流は、ランナ羽根により、渦運動を行
ない、その際にランナ羽根と水流間で機械エネルギの授
受が行なわれ、ポンプあるいは水車としての機能を果た
すことになるが、高落差水力機械に適用する比速度の低
い偏平形状のランナの場合、ランチ外周部における隣接
するランナ羽根間の距離が大きいため、水流が必ラスし
もランナ羽根に活って流れず、ランナ羽根と水流間で効
率的なエネルギー授受を行なえず、水力損失が増大し易
い傾向にある。これを防止するためには、羽根枚数を増
加させて、羽根間距離を小さくすれば良いが、こうする
と上記したランナ羽根間の距離が小さくなり過ぎ、流路
断面積が過小となって逆に水力損失が増えたり、流量が
小さくなる傾向になるなどの低比速度ランナとしての本
質的な問題が生じてしまう。

（発明の目的） 本発明の目的は、ランチ内流路面の全面にわたって仕上
作業が可能で、かつ水力損失の少ない７ランシス形ラン
ナ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、第１の発明はランｆ−Ａ７
ドの外径を、ランナクラウンの外径よりも小さく定め、
複数枚の内周側ランチ羽根を上記ランナバンドとランナ
クラウンとにより挾持し、複数枚の外周側ランチ羽根を
上記ランナパンｒの外周端よりも突出している上記ラン
チクラウンの外周部に固設すると共に、上記外周側ラン
ナ羽根の枚数を上記内周側ランナ羽根の枚数よりも多く
なるように構成したことを特徴とするものである。

また、第２の発明ではランナクラウンは、小径のリング
内周部とこの内周部とは別体であってこのリング内周部
の外周端に固着された大径のリング外周部とから構成さ
れ、ランナパンｒは、小径のノζンｒ内周部と、このバ
ンド内周部とは別体であってこのバンド内周部の外周端
に固着された大径のバンド外周部とから構成され、ラン
チ羽根は上記リング内周部とバンド内周部とにより挾持
された複数枚の内周側ランナ羽根と上記リング外周部と
バンド外周部とにより挾持された複数枚の外周側ランナ
羽根とから構成され、上記外周側ランナ羽根の枚数は上
記内周側ランチ羽根の枚数よりも多くなるように構成し
たことを特徴とするものである。

（発明の実施例） 以下、本発明によるフランクス形ランナの一実施例を図
面を参照して詳細に説明する。

第１実施例を示す第３図において、ランチ羽根は、ラン
ナ内周部に位置する６枚の内周側ランナ羽根１０Ａ１〜
１０Ａ６と、ランナ外周部に位置する８枚の外周側ラン
チ羽根１０Ｂ１〜１０Ｂ８とから成る。

この外周側ランナ羽根１０Ｂ１〜１０Ｂ８は、等角度間
隔に配置され、その数は、隣接ランナ羽根の間隔の過大
に起因する水流の不安定現象即ち、水流がランナ羽根に
清って流れない現象を防止するように選定されている。

また、内周側ランナ羽根１０Ａ１〜１０Ａ６も等角度間
隔に配置され、その数は隣接ランナ羽根の間隔の減少に
起因する流路断面積の過小をもたらさないように、外周
側ランナ羽根数に比べて少なく選定されている。

第４図において、ランナクラウン１１の外径よりもラン
ナバンド１２の外径が小さく定められており、このラン
ナバンド１２とこれとほぼ同径であるランナクララ／１
１の内周部１１ａとが、内周側ランナ羽根１０Ａを挾持
し、ランナノ９ンＰ１２よりも突出しているランナクラ
ウン１１の外周部１１ｂは、外周側ランナ羽根１０Ｂを
支持している。本実施例では、これらの内周側および外
周側ランナ羽根１０Ａ０〜１０Ａ６．　ｌ０Ｂ１〜１０
Ｂ８とランナクラウン１１とランチバンド１２は一体構
造である。

このように、ランナパンＰ１２の外径が、ランナ（９）
　、Ａ呵 りラウン１１や外周側ランナ羽根１０Ｂの外径よりも小
さいため１作業者はランチ外周下側からランチ内流路１
３の中央部に容易に接近することが可能になり、ランナ
内流路中央部や、ランチ内周側のランチ内流路の表面の
仕上げ作業が可能となる。また、外周側ランナ羽根１０
Ｂ１〜１０Ｂ８の枚数が増大されているので、水流は安
定し外周側ランチ羽根に泊って流れ、水力損失を減少で
きる。内周側ランナ羽根１０Ａ□〜１０Ａ６の枚数が外
周側ランナ羽根より少ないので、ランナ内周端での流路
断面積が確保され、流量不足や水力損失の増大を防止で
きる。さらに、内周側ランナ羽根枚数の相対的減少によ
り、このランチ内周部からもランチ内周部側のランチ内
流路表面の仕上を行うことができる。

第５図は、第３図、第４図に示した７ランシス形ランチ
を、水力機械に組み込んだ場合の断面図を示し、ランチ
は主軸１４により支持され上カバー１５と、下刃／々−
１６とから形成されるランチ室１７の中に、静止部であ
る上カバー１５、下カバー１６に接触しないように、収
容されている。この上カッｌ−（１０） １５とランナクラウン１１との間にはランナシール１８
が、同様に下カバー１６とランナバンド１２との間には
ランナシール１９が、夫々設けられている。この様な構
成のもとに水車運転を行なう場合、ランチの外周部に円
形翼列状に配置されたガイドベーン２０ｆＩＩｌから流
入した高王水は、ランナに流入して。

ランチに回転エネルギーを与えながら、外周側ランナ羽
根１０Ｂから内周側ランナ羽根１０Ａへと通過し、エネ
ルギーを失なった水流は、ランチから吸出管２１へと吐
出される。？ノブ運転の場合には、水車運転とは全く逆
の経路を経て、水流は吸出管２１からガイドベーン加側
へと吐出される。

ランナパンｒ１２の外径を、外周側ランナ羽根１０Ｂの
外径より小さくすると、ランナ内を流れる水流の一部が
外周側ランナ羽根１０Ｂの下端から下カバー１６と外周
側ランナ羽根１０Ｂとのすき間へ流出し、漏れ損失が生
ずることがあるが、下カッ々−１６の流水面形状をラン
ナ羽根１０Ｂ下端形状に合わせることにより、下カバー
１６とランナ羽根１０Ｂの下端とのすき間を、小さくし
ておけば、水力性能上何ら問題は生じない。

第６図および第７図は、本発明の第２実施例を示す。

第６図において、等角度間隔で配置された外周側ランナ
羽根１０Ｂ□〜１０Ｂ１□０枚数は、等角度間隔の円周
側ランチ羽根１０Ａ１〜１０Ａ６の整数倍、本例では２
倍に選定されている。外周側ランナ羽根１０Ｂ１〜１０
Ｂ１□のうちの半数のものｌ０Ｂ１．　ｌ０Ｂ３゜１０
Ｂ５．　ｌ０Ｂ９．　ＩＯＢ、□は内周側ランナ羽根１
０Ａ１〜１０Ａ６　と接続するように配置されている。

第７図において、ランチはランチクラウン１１の内周部
１１ａと内周側ランナ羽根１０Ａとランナノマン￥１２
とが一体構造となった内輪部２２とランチクラウン１１
の外周部１１ｂと外周側ランチ羽根１０Ｂとが一体構造
となった外輪部おとから構成される。これらの内輪部ｎ
と外輪部器とは夫々別個に製作仕上げされた後に、ラン
ナクラウンの内周部１１ａと外周部１１ｂの接続点であ
る溶接部別および上記接続関係にある外周側ランナＩＯ
Ｂと内周側ランナ１０Ａとの接続点である溶接部５をそ
れぞれ溶接して、内輪部ｎと外輪部おとが結合される。

このように内輪部ｎと外輪部器を別個に製作するので、
ランナ流路面の仕上げ作業は、極めて容易になり、また
内輪部ρと外輪部器との溶接作業および溶接部別、２５
の探傷検査も、ランナ外周下部から容易に行なうことが
できる。外周側ランナ羽根数な内周側ランナ羽根数の整
数倍、具体的には２倍としたので、外周側ランチ羽根と
内周側ランチ羽根の相対的位置関係が全周にわたり均一
になる。したがって、ランナ内の水流が均一化され安定
した運転となる。特に、本実施例のように。

内周側ランナ羽根に外周側ランナ羽根を接続させること
により、一層水流を安定できる。

この第２実施例のように、ランチを内輪部と外輪部とに
２分する構成にあっては、ランナパンＰの外径を外周側
ランナ羽根やランナクラウンの外径よりも小さくするこ
となく、ランナ流路中央部の仕上げやランチ内周部のラ
ンナ流路表面の仕上げを行うことができる。以下にこの
ような第３実施例を説明する。

第８図において、ランナパンｒ２６は内周部２６ａと外
周部２６ｂとに２分されている。ランチクラウンの内周
部１１ａと内周側ランナ羽根１０゛Ａとランナバンド外
周部２６ａとは一体構造であり、内輪部四な構成し、ラ
ンナクラウンの、外周部１１ｂと外周側ランナ羽根１０
Ｂとランナバンド外周部２６ｂとは一体構造であり、外
輪部器を構成している。この内輪部ｎと外輪部器とは、
ランナクラウンの内周部１１ａと外周部１１ｂとの溶接
部Ｕおよびランナパンｒ内周部２６ａと外周部２６ｂと
の溶接部ｎにより結合されている。なお、内周側および
外周側ランナ羽根１０Ａ　、　ＩＯＢの配置は第３図と
同一である。

もし第６図のように外周側ランチ羽根１０Ｂの枚数が内
周側ランナ羽根１０Ａの整数倍で、外周側ランチ羽根の
一部が内周側ランナ羽根と接続している場合には、上記
溶接部必、２７に加えて第９図に示されるように、これ
らの接続されている外周側および内周側ランチ羽根の接
続部路も溶接して、内輪部ρと外輪部％との結合を一層
強固にすることができる。

このように、内輪部ηと外輪部器を別個に製作仕上げす
るので、流路中央部や、ランナ内周のランナ羽根表面の
仕上げを容易に行うことができる。

また内周側ランナ羽根の間隔が大きくできるので、ラン
ナ内周側からランチ流路中央部へ接近することも可能と
なり、内輪部こと外輪部器との断接作業や溶接部の探傷
検査を容易に行うことができる。

内輪部２２と外輪部器との結合は、上述のような溶接に
限ることなく、第１０図に示すように、ランナクラウン
の内周部１１ａと外周部１１ｂとのゼルト締結部四及び
ランナバンド内周部２６ａと外周部２６ｂとのゼルト締
結部（資）により結合することもできる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、外周
側ランナ羽根枚数を内周側ランナ羽根枚数より相対的に
多くしたため、ランナ外周部での水流を安定化でき、水
力損失を減少できると共に。

ランナ内周部での流路断面積を大きくして、ランチ内周
部での流蕾の制限な解消でき、かつそこでの水力損失を
減少できる。またランナを内輪部と外輪部とに２分した
ことにより、ランチ流路中央部の仕上げも、ランナ内周
部のランナ羽根表面の仕上げも容易に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の７ランシス形ランナを示す
平面断面図および側面断面図、第３図および第４図は、
本発明による７ランシス形ランナの第１実施例を示す平
面断面図および側面断面図、第５図は上記第１実施例の
ランナを水力機械本体に組込んだ状態を示す部分断面図
、第６図および第７図は本発明による第２実施例を示す
平面断面図および側面断面図、第８図および第９図は本
発明による第３実施例を示す側面断面図、第１Ｏ図は第
３実施例の変形例を示す側面断面図である。 １０Ａ・・・内周側ランナ羽根、ＩＯＢ・・・外周側ラ
ンナ羽根、１１・・・ランナクラウン、ｌｌａ・・・ラ
ンチクラウンの内周部、Ｉｌｂ・・・ランチクラウンの
外周部。 １２　、２６・・・ランナバンド、１２・・・ランナ流
路、２２・・・内輪部、お・・・外輪部、２４　、２．
５　、２８・・・溶接部、加・・・ランナバンド、２６
ａ・・・ランナバンド内周部、２６ｂ・・・ランナバン
ド外周部、四、３０・・・ぎルト結合部。 出願人代理人　猪　股　清 第　ｌ　園 弗　２　図 第３　図 茶４　図 １１ハ　ツノｌ 第　５　図 ５１０−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ランチバンドの外径をランナクラウンの外径よりも
   小さく定め複数枚の内周側ランナ羽根を上記ランナパン
   Ｐとランチクラウンとの間に挾持し、複数枚の外周側ラ
   ンチ羽根を上記ランナバンドの外周端よりも突出してい
   る上記ランナクラウンの外周部罠固設すると共に、上記
   外周側ランナ羽根の枚数を上記内周側ランナ羽根の枚数
   よりも多くなるように構成したことを特徴とするフラン
   シス形ランチ。 ２、上記外周側ランナ羽根の枚数は上記内周側ランチ羽
   根の枚数の整数倍であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の７ランクス形ランチ。 ３、上記ランナクラウンは、上記ランナバンドとほぼ同
   径である内周部と、この内周部とは別体であり、この内
   周部より大径である外周部とから構成され、この外周部
   はその内周端で上記内周部の外周端に結合されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載のフランシス形ランチ。 ４、ランチクラウンと、ランナバンドと、それらの間に
   挾持された複数枚のランチ羽根とを有するフランシス形
   ランチにおいて、上記ランナクラウンは、小径のリング
   内周部とこの内周部とは別体であって、このリング内周
   部の外周端に固着された大径のリング外周部とから構成
   され、上記ランチバンドは小径のバンド内周部とこのバ
   ンド内周部とは別体であって、このノ々ンｒ内周部の外
   周端に固着された大径のバンド外周部とから構成され、
   上記ランナ羽根は上記リング内周部とバンド内周部とに
   より挾持された複数枚の内周側ランチ羽根と上記リング
   外周部とバンド外周部とにより挾持された複数枚の外周
   側ランチ羽根とから構成され、上記外周側ランチ羽根の
   枚数は上記内周側ランナ羽根の枚数よりも多いことを特
   徴とするフランシス形ランチ。 ５．上記リング内周部と上記パンｒ内周部と上記内周側
   ランチ羽根とは、一体構造であり上記リング外周部と上
   記バンド外周部と上記外周側ランチ羽根とは一体構造で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の７
   ランクス形ランナ。 ６、上記外周側ランナ羽根の枚数は上記内周側ランナ羽
   根の枚数の整数倍であることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載のフランシス形ランチ。