專利名稱：可動葉片水力機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如同卡普蘭式水輪機那樣的可動葉片水力機、它的制造方法及可動葉片水力機的葉輪葉片。


圖12是作為一種可動葉片水力機的卡普蘭式水輪機的大致結(jié)構(gòu)圖，從圖中未示出的上池流入筒道1內(nèi)的水由導流片2整流后通過葉輪葉片3，借助于安裝有該葉輪葉片3的葉輪轂4，使與該葉輪轂4相連接的回轉(zhuǎn)主軸5回轉(zhuǎn)，此后經(jīng)過吸出管6排出到圖中未示出的下池。
葉輪由多個葉輪葉片3相對于葉輪轂4沿放射方向安裝而構(gòu)成，使各葉輪葉片3以與回轉(zhuǎn)主軸5的軸線L垂直相交的葉片軸M的軸線為中心地回轉(zhuǎn)，以控制葉輪葉片3的傾斜角度。此外，在設置有上述葉輪的靜水流回路中，具有設于葉輪的外周、與葉輪葉片3的前端部、即與頂部端面3a間的間隙盡可能狹小的排出環(huán)7。
此排出環(huán)7以與回轉(zhuǎn)主軸5垂直相交的、包含葉片軸的軸線M的平面為界上下分割，由游側(cè)排出環(huán)7a與下游側(cè)排出環(huán)7b構(gòu)成。此外，如前所述那樣，為使葉輪葉片3的頂部端面3a與排出環(huán)7間的間隙狹小，葉輪葉片3的頂部端面3a形成以前述回轉(zhuǎn)主軸5的軸線L與葉片軸的軸線M的交點為中心的球面狀，與此相對應，下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)周面也形成以中心是與葉輪葉片3的頂部端面3a的球面中心為同一點的，即以軸線L與葉片軸的軸線M的交點為中心的僅半徑略大的球面狀。這樣，上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)表面做成在拆卸葉輪時、能夠使葉輪向上方提升的圓筒面。
但是，由于在這種卡普蘭式水輪機動作時，各葉輪葉片3從其全閉狀態(tài)加大傾斜角度時，在與軸線L垂直相交并包含軸線M的平面的下游側(cè)，葉輪葉片3的頂部端面3a與作為靜止部的下游側(cè)排出環(huán)7b間的間隔變成一定，而在上述平面的上游側(cè)、頂部端面3a與上游側(cè)排出環(huán)7a之間的間隔則越往葉片前端越寬，會有水流泄漏，因而使水輪機的效率降低。
圖13為圖12所示的卡普蘭式水輪機的葉輪葉片3及周邊有關部分放大圖。葉輪葉片3的頂部端面3a作成半徑為R的球面。上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)表面呈半徑為Rd的圓筒面，下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)表面呈半徑為Rd的球面。其中，半徑Rd比半徑R略大。相同符號表示與圖12中同一種零件。圖13(b)為在葉輪葉片3的傾斜角度變大的場合下，從圖13(a)的箭頭Z的方向，即從葉片軸的軸線方向所見到的葉輪葉片圖。此圖13(b)中的線L相當于圖13(a)的主軸5的軸線L。MM表示包含軸線M并與軸線L垂直的平面。其中，3a是頂部端面、表示從箭頭Z方向所見到的葉輪葉片3的頂部的端面形狀。與排出環(huán)7的間隔為一定的部分以斜的剖面線標注，線MM上游側(cè)未標剖面線的理由是，因為上游側(cè)的排出環(huán)7a為圓筒面、與葉輪葉片頂部的端面3a之間的間隔變寬。
此外，在頂部端面的最大直徑為D0時，上游側(cè)排出環(huán)7a的圓筒面的直徑盡可能接近D0的結(jié)構(gòu)，能減少水流泄漏以阻止效率的降低，但在葉輪拆卸或檢修時將葉輪向上提升時、會因葉輪葉片3外周的最大直徑與靜止壁的最小直徑的差值太小而造成提升作業(yè)困難。
因此，有將上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)表面制成向上直徑稍稍增大的倒圓錐形狀的結(jié)構(gòu)，但在這種情況下容易將葉輪向上方提升，頂部端面與上游側(cè)排出環(huán)7a的間隔變成更寬，增加了水流的泄漏，從而降低了水輪機的效率。再者，這種水流泄漏的增大會產(chǎn)生氣蝕作用，會使葉輪葉片表面發(fā)生腐蝕。
在圖13所示的卡普蘭式水輪機中，球面狀的下游側(cè)排出環(huán)7b與吸出管6相連接的部分向流路側(cè)突出，形成喉部P。因此水流在上述喉部P的上游由于斷面積頸縮而增速，但在通過喉部P后，由于斷面積變寬而減速。在具有這樣的喉部P時，由于流速在一度增速后又減速，因而與單純減速的情況相比會發(fā)生多余的流動損失。
此外，也有在頂部端面中為了防止由水流泄漏引起的水輪機效率的下降，提出一種將上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)表面作成球面、將下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)表面作成圓筒面或作成角度為10度以下的圓錐面的螺旋槳葉式水輪機(特開昭61-61981號公報)。雖然在葉輪葉片的傾斜角度增大時，頂部端面與下游的圓筒面或圓錐面之間的間隔變寬，但由葉輪葉片的壓力面、負壓面的壓力差值是葉片的下游側(cè)比上游側(cè)小，因而圖13所示的卡普蘭式水輪機水流泄漏更少、改善了效率降低，但未能改善間隔寬的問題。特別是在下游側(cè)排出環(huán)為圓錐面的場合下，由于與葉輪葉片頂部端面的間隔比圓筒面時更大，因而產(chǎn)生比圖13所示的卡普蘭式水輪機更多的水流泄漏，有效率降低的可能性。
作為解決以上的圖13所示的圓筒形的上游側(cè)排出環(huán)與球面下游側(cè)排出環(huán)所引起的卡普蘭式水輪機所存在的問題的方法，提出了如圖14所示的卡普蘭式水輪機。即，將上游側(cè)排出環(huán)7a、下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)表面均加工成球面。其半徑Rd比圖13的場合同樣的葉輪葉片3的頂部端面的半徑R略大。在圖14(b)中，是與前述圖13(b)相同、表示在葉輪葉片3的傾斜角變大時，從圖14(a)的箭頭Z方向所見到的葉輪葉片圖。其中，與排出環(huán)7成一定間隔部分以斜的剖面線表示，與圖13(b)不同，圖14(b)中的頂部端面3a全部用剖面線表示，表示葉輪葉片3的頂部端面3a與排出環(huán)的間隔為一定。即由于上游側(cè)排出環(huán)7a、下游側(cè)排出環(huán)7b內(nèi)表面均為球面，因而頂部端面3a在全部區(qū)域中與葉輪葉片的頂部端面3a間的距離等于Rd-R。而且，即使葉輪葉片的傾斜角度變化，這種關系也不會變化。
但是，在圖14所示的卡普蘭式水輪機中，有以下的問題。即上游側(cè)排出環(huán)7a與下游側(cè)排出環(huán)7b的最小半徑，即將這些內(nèi)表面投影在與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直的平面時的半徑比排出環(huán)球面的半徑Rd小，此外由于不管葉輪葉片3的傾斜角度變成什么角度，其頂部端面3a在與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L相垂直的平面上投影的半徑大于前述排出環(huán)的最小半徑，因而葉片3已安裝在葉輪轂4上的狀態(tài)下不能向上方(即發(fā)電機方向)及下面(即吸出管方向)移動。因此，通常作成這樣的結(jié)構(gòu)，即為了將葉輪葉片3向上方抽出、在進行葉輪葉片3的拆卸之前，先將排出環(huán)7a拆卸的結(jié)構(gòu)。因此，與圖13的卡普蘭式水輪機相比，圖14的卡普蘭式水輪機的上游側(cè)排出環(huán)7a周邊的結(jié)構(gòu)更復雜，其結(jié)果使制作成本提高，同時有葉輪葉片3的拆卸、安裝時間加長等問題。因此，這種卡普蘭式水輪機以往基本不生產(chǎn)。
本發(fā)明是為了解決上述問題而作出的，其目的是提供一種在葉輪的拆卸、檢修時能夠容易取出葉輪，同時能降低從葉輪外周部水流的泄漏，由此能夠抑制水力機效果的降低及氣蝕作用的發(fā)生的可動葉片水力機及其制造方法和這種水力機用葉輪葉片。
為了達到上述發(fā)明目的而作出的本發(fā)明可動葉片水力機的第1方案是，其具有把能以各葉片軸為中心回轉(zhuǎn)的多個葉片沿放射方向設置的葉輪，其特征為，上述葉輪葉片的頂部端面形成以葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線和葉片軸的軸線的交點為中心的球面狀，同時在葉輪葉片全閉時、該葉輪葉片的頂部端面投影在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上的最大半徑，比上述頂部端面的球面半徑小。
第2方案的特征為，在第1方案中，在葉輪外周設置的排出環(huán)由其內(nèi)表面形成圓筒面或圓錐面狀的部分、以及其內(nèi)表面形成與上述圓筒面或圓錐面相連接、以與上述葉輪葉片的頂部端面的球面中心同一的點作為中心、半徑比葉輪葉片的頂部端面的球面半徑略大的球面狀部分構(gòu)成；形成上述圓筒面或圓錐面狀部分的最小半徑Rdmin比葉輪葉片的頂部端面的球面半徑小，并且比葉輪葉片全閉時、該葉輪葉片的頂部端面投影于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上時的最大半徑還大。
第3方案的特征為，在第2方案中，排出環(huán)中形成圓筒面或圓錐面狀部分與形成球面狀部分的連接部是相對于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面偏移的。
第4方案的特征為，在第1或第2方案中，葉輪葉片全閉時的葉輪葉片的頂部端面位置是在相對于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線平面的通水路的低壓側(cè)。
第5方案的特征為，在第4方案中，在葉輪葉片全開時，葉輪葉片的頂部端面是不從與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面朝通水路的高壓側(cè)突出的。
第6方案的特征為在第1或第2方案中，葉輪葉片全閉時的葉輪葉片的頂部端面位置是在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線平面相對的通水路的高壓側(cè)。
第7方案的特征為，在第6方案中，在葉輪葉片全開時，葉輪葉片的頂部端面是不從與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面朝通水路的低壓側(cè)突出的。
第8方案的特征為，在第1方案中，葉輪葉片的葉片軸的軸線是在包含葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線及葉片軸的軸線的平面中、相對于與上述葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的直線而傾斜的。
第9方案的特征為，在第6方案中，設置在葉輪外周的排出環(huán)的內(nèi)表面形成球面狀，它是以葉輪葉片的頂部端面的球面中心同一點作為中心，半徑比上述葉輪葉片的頂部端面的球面的半徑略大的，同時其球面與設置于葉輪低壓側(cè)的吸出管的內(nèi)表面平滑地連接。
第10方案為一種可動葉片水力機的制造方法，其特征為，使突起部分從葉輪葉片的葉片面或頂部端面沿葉片軸的軸線的延長線突出，由上述葉片軸及突起部的端部保持葉輪葉片而進行軸對稱面的加工，此后除去上述突起部，以加工上述權(quán)利要求1所述的葉輪葉片。
第11方案為，一種可動葉片水力機用葉輪葉片，其特征為，它是能以各個葉片軸為中心地回轉(zhuǎn)且相對于葉輪轂沿放射方向設置而構(gòu)成葉輪的，其特征為，葉輪葉片的頂部端面形成球面狀，其是以葉輪的回轉(zhuǎn)主軸之軸線與葉片軸之軸線的交點為中心的，在葉輪葉片全閉時，該葉輪葉片的頂部端面投影于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上時的最大半徑比上述頂部端面的球面的半徑小，各個葉輪葉片由葉片部和葉片軸構(gòu)成，在葉片部的葉輪轂側(cè)端面上，以端面與上述葉片部的基準軸線垂直相交的方式突出設置有圓柱狀突起，該圓柱狀突起設置于葉片軸的前端，底面插入固定于與葉片軸的軸線傾斜相交的孔內(nèi)。
由于本發(fā)明具有上述結(jié)構(gòu)，因而在具有可動葉片的水力機中、進行拆卸和維修時，能將葉輪葉片及葉輪轂保持在組裝狀態(tài)下容易地取到外部，同時可以降低由各個葉輪葉片的頂部端面的泄漏，抑制由于泄漏造成的水力機的效率降低及氣蝕作用的產(chǎn)生。
圖1為本發(fā)明的可動葉片水力機的第1實施例示意圖，圖2為本發(fā)明的可動葉片水力機的第2實施例示意圖，圖3(a)為本發(fā)明的可動葉片水力機的第3實施例示意圖，圖3(b)為圖3(a)的Z方向視圖，圖4為本發(fā)明的可動葉片水力機的第4實施例示意圖，圖5是用來表示本發(fā)明效果的實驗結(jié)果曲線圖，圖6(a)為本發(fā)明的可動葉片水力機的第5實施例示意圖，圖6(b)為圖6(a)的Z方向視圖，圖7為本發(fā)明的可動葉片水力機的第6實施例示意圖，圖8為本發(fā)明的可動葉片水力機的第7實施例示意圖，圖9為本發(fā)明的可動葉片水力機的第8實施例示意圖，圖10(a)、(b)、(c)是表示本發(fā)明可動葉片水力機的葉輪葉片制造方法示意圖，圖11為本發(fā)明使用的葉輪葉片的局部剖視圖，圖12為以往的可動葉片水力機的簡略結(jié)構(gòu)圖，圖13(a)為圖12的葉輪葉片周圍的放大圖，圖13(b)為圖13(a)的Z方向視圖。
圖14為以往的可動葉片水力機另一例子的示意圖。
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，圖中與圖13相同部分以相同符號示出并省略對其詳細說明。
圖1為本發(fā)明的可動葉片水力機的第1實施例示意圖，葉輪是由相對葉輪轂4沿放射方向安裝多個葉輪葉片3而構(gòu)成，各葉輪葉片3以與水力機的回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交的葉片軸的軸線M為中心而回轉(zhuǎn)，由此控制葉輪葉片3的傾斜角度。
上述各葉輪葉片3的頂部端面3a形成以回轉(zhuǎn)主軸的軸線L和葉片軸的軸線M的交點為中心、半徑為R的球面狀。而且，上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)周面形成半徑Rd比形成葉輪葉片3的頂部端面3a的球面半徑R略大的圓筒，下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)周面加工成半徑為Rd的球面。
至此，是與圖13所示的以往的可動葉片水力機相同的，但在本實施例中，葉輪葉片3在全閉位置時如虛線3c所示，葉片外周的頂部端面向上游側(cè)排出環(huán)7a的方向偏移。即在葉輪葉片3全閉時，葉片部的軸線V相對于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交并含有葉片軸的軸線M的平面向高壓側(cè)傾斜。因此，在葉輪葉片3全閉，投影在垂直于葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線L的平面上時的葉輪最大半徑Rc，通常比頂部端面的球面半徑R小。
而在圖13所示的可動葉片水力機中，由于葉輪葉片3的頂部端面3a大致在葉輪葉片3的葉片軸的軸線M的延長線上，葉輪葉片3的角度無論是什么角度，葉輪葉片投影在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線L相垂直的平面上時的最大半徑Rc，通常與頂部端面的半徑R相等。
與此相對，在該第1實施例中，投影在與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L相垂直的平面上的葉輪葉片的最大半徑Rc根據(jù)其角度而變化，在全閉位置為最小，成為Rc＜R。因此、在把葉輪葉片3與葉輪轂4朝圖中的上方抽出場合下，能夠在相對于半徑R稍微略大的半徑Rd的上游側(cè)排出環(huán)7a內(nèi)有余量地通過，在拆卸組裝葉輪時可容易地在葉輪葉片3與葉輪轂4仍在組裝的狀態(tài)下進行向上抽出的作業(yè)。
而且，在葉輪葉片的角度變化時，由于葉輪葉片3的頂部端面3a在半徑為R的球面上移動，因而與球面狀的排出環(huán)，即與下游側(cè)排出環(huán)7b間的間隙能與以往的可動葉片水力機同樣地保持一定，能夠?qū)⑺鞯男孤┍３衷谧钚∠蕖?br> 此外，在上述說明中，是對葉輪葉片在全閉位置中頂部端面處于上游側(cè)排出環(huán)一側(cè)的情況進行了說明，但也可以使頂部端面位于下游側(cè)排出環(huán)一側(cè)。
圖2為本發(fā)明的可動葉片水力機的第2實施例示意圖，相對于圖1所示的可動葉片水力機，上游側(cè)排出環(huán)7a與下游側(cè)排出環(huán)7b的連接部相對于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交且包含葉片軸的軸線M的平面向高壓側(cè)偏移。因此，這種場合下的上游側(cè)排出環(huán)7a的半徑Rdmin比下游側(cè)排出環(huán)7b的球面半徑Rd小，結(jié)果，下游側(cè)排出環(huán)7b的球面狀部超過上述含有葉片軸的軸線M的平面地延伸到高壓側(cè)。
即，在本實施例中，投影在與回轉(zhuǎn)軸的軸線L垂直相交的平面上的葉輪最大半徑也是因葉片角度而變化，在全閉位置變?yōu)樽钚　Ｒ虼?，為了葉輪從其中順利通過、只要上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)徑Rdmin比上述全閉狀態(tài)下的葉輪最大半徑Rc大，其可以比下游側(cè)排出環(huán)7b的球面半徑Rd小。
在本實施例中，構(gòu)成Rd＞R＞Rdmin＞Rc的關系。
于是，在這種場合，拆卸、組裝葉輪時，能夠?qū)⑷~輪葉片3與葉輪轂4仍處于組裝的狀態(tài)下、從相對全閉位置的葉輪最大半徑Rc稍微略大的Rdmin的上游側(cè)排出環(huán)7a內(nèi)向上方抽出。而且，由于內(nèi)周為圓筒狀的上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)徑可以較小，因而能將由下游側(cè)排出環(huán)7b構(gòu)成的球面部范圍增大，能夠抑制由于頂部端面與排出環(huán)之間的間隙引起的水流泄漏而造成的效率降低及氣蝕作用的發(fā)生。
雖然在上述說明中，對在全閉位置的頂部端面處于上游側(cè)排出環(huán)一側(cè)的情況進行了說明，但其位于下游側(cè)時也可獲得同樣的效果。
即，圖3是葉輪葉片3在全閉位置的情況，是使其頂部端面相對于包含上述葉片軸的軸線M的平面位于低壓側(cè)的結(jié)構(gòu)，其他與圖2所示水輪機相同。
于是，在這種情況下，由于上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)徑Rdmin比葉輪葉片3位于全閉位置的葉輪半徑Rc略大，因而在葉輪葉片3與葉輪轂4組裝的狀態(tài)下可以容易地向上方抽出。
而且，球面狀的下游側(cè)排出環(huán)7b可以延長到葉輪葉片的葉片軸的上方，葉輪葉片的角度增加，直到其姿態(tài)成為圖3的3d(點劃線所示)，葉輪葉片3的頂部端面與排出環(huán)的間隙在整個頂部端面上，一直保持一定的Rd-R的狹窄間隙。
即，如圖3(b)所示，在葉輪葉片3的姿態(tài)成為前述的3d姿態(tài)時，葉輪葉片3從圖3的(a)的箭頭Z方向所見到的形狀如圖所示那樣。其中，也將與排出環(huán)7的間隔為一定的部分以斜的剖面線標注，如前所述，由于在姿態(tài)3d時葉輪葉片3與排出環(huán)7之間的間隔Rd-R是一定的，因而頂部端面3a全部打上剖面線。
如上所述，圖3的實施例與以往的結(jié)構(gòu)相比，可以抑制由于水流的泄漏引起的效率降低和氣蝕作用的發(fā)生。
圖4為圖1的變形例示意圖，使葉輪葉片3全閉時的頂部端面3a處于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交并包含葉片軸的軸線M的平面下游側(cè)。而且，葉輪葉片即使在全開狀態(tài)下葉輪葉片也如雙點劃線3d所示，此時葉輪葉片的頂部端面不高出上述平面高壓側(cè)。其他結(jié)構(gòu)與圖1所示水輪機相同。
于是，在這種場合下，投影于與回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上的葉輪最大半徑在葉輪葉片全閉位置為最小，通過使葉輪葉片成為全閉狀態(tài)，能夠在葉輪葉片3與葉輪轂4組裝狀態(tài)下容易地將其向圖中的上方(高壓側(cè))抽出。而且，葉輪葉片3的頂部端面與排出環(huán)的間隙在葉輪葉片的角度從全閉至全開的全部范圍中保持Rd-R的狹窄間隙，限制了由于頂部端面與排出環(huán)之間的間隙引起的水流泄漏，能夠抑制因這種泄漏造成的效率降低及氣蝕作用的發(fā)生。
圖5為表示本發(fā)明效果的實驗結(jié)果曲線圖。實驗是制作與實物水輪機幾何相似的模型卡普蘭式水輪機并使用能正確測定模型特性的試驗裝置來進行的。
對2種葉輪葉片進行了實驗。一種葉輪葉片是與圖13所示以往的卡普蘭式水輪機相同的葉輪葉片，全閉時的葉輪葉片頂部端面大致在葉片軸的軸線延長線上。另一種葉輪葉片與本發(fā)明第4實施例的葉輪葉片相當，全閉時的葉輪葉片頂部端面在葉片軸的軸線下游側(cè)。
圖中的點是表示對3種葉輪葉片的傾斜角度θ1、θ2、θ3、根據(jù)設計轉(zhuǎn)數(shù)、設計有效落差、在使圖13所說的導流片2的姿態(tài)發(fā)生變化情況下的特性。橫軸是把最高效率點的流量Q0取為1.0，將測定的流量Q處理成無量綱流量Q/Q0；豎軸是把以往葉輪葉片的最高效率η0取為1.0，將測定的效率η處理成無量綱效率η/η0。
在可動葉片卡普蘭式水輪機的情況下，以效率最高的葉輪葉片傾斜角度θ及與導流片的姿態(tài)組合而運行。圖中的虛線為實施時的效率變化。由本圖可知，在全部的流量中，本發(fā)明的葉輪葉片效率均高。其程度約相當于最高效率點0.2％。
圖6是本發(fā)明另一實施例的示意圖，各葉輪葉片3的外周，即頂部端面形成半徑為R的球面，葉輪葉片3在全閉狀態(tài)時，使其頂部端面位于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交并包含葉片軸的軸線M的平面高壓側(cè)。而且，上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)周加工成具有比葉輪的半徑R略大的半徑Rd的球面，下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)表面形成比投影在與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交的平面上的全閉狀態(tài)的葉輪的半徑Rc大，比上述半徑Rd小的半徑Rdmin的圓筒狀。因此，上游側(cè)排出環(huán)7a的球面與下游側(cè)排出環(huán)7b的圓筒狀部在包含上述軸線M的平面還低的低壓側(cè)連接。
于是，在這種情況下由于葉輪葉片3全閉時的葉輪最大半徑Rc比下游側(cè)排出環(huán)7b的半徑Rdmin小，因而在拆卸、組裝葉輪時，能在葉輪葉片3與葉輪轂4仍保持組裝狀態(tài)下容易地降到低壓側(cè)。而且，由于使形成球面狀的排出環(huán)位于包含葉片軸的軸線M的平面下方，即位于低壓側(cè)，葉輪葉片3的姿態(tài)直到處于圖6(a)的3d(點劃線)位置，葉輪葉片的頂部端面與排出環(huán)的間隙也能保持為Rd-R的狹窄間隙。
即，如圖6(b)所示，葉輪葉片3的姿態(tài)成為前述的3d姿態(tài)的情況下，葉輪葉片3從圖6(a)的箭頭Z方向所見到的形狀如圖所示那樣。其中，也將與排出環(huán)7的間隙為一定的部分以斜的剖面線標注，而如前所述，由于一直到姿態(tài)3d，葉輪葉片3與排出環(huán)7之間的間隔Rd-R均保持一定，所以頂部端面3a全部打上斜的剖面線。
因此，在頂部端面不從上游側(cè)排出環(huán)7a的下端伸出的范圍內(nèi)，限制了因頂部端面與排出環(huán)之間的間隙引起的泄漏，能夠抑制這種泄漏造成的效率降低及氣蝕作用的發(fā)生。
圖7為圖6變形例的視圖，上游側(cè)排出環(huán)7a的球面半徑和與其連接的下游側(cè)排出環(huán)7b的圓筒半徑都為Rd，比葉輪葉片3的頂部端面的球面R略大。另一方面，葉輪葉片3在其全閉位置如虛線3c所示，頂部端面3a位于含有葉片軸的軸線M的平面上方、即位于高壓側(cè)，并且即使在葉輪葉片全開的圖中的雙點劃線所示狀態(tài)下，頂部端面也不會位于包含上述軸線M的平面下方、即不會位于低壓側(cè)。
于是，在拆卸、安裝葉輪時，通過使葉輪葉片成為全閉狀態(tài)，就能將葉輪葉片3與葉輪轂4保持在組裝的狀態(tài)下、非常容易地卸到下方。而且，葉輪葉片3的頂部端面3a與上游側(cè)排出環(huán)7a的間隙在葉片角度從全閉到全開的范圍中維持在Rd-R的狹窄間隙。因而，限制了由于頂部端面與排出環(huán)的間隙引起的水流泄漏，抑制了由此造成的效率降低及氣蝕作用的發(fā)生。
圖8為本發(fā)明的第7實施例的示意圖，各葉輪葉片3的葉片軸的軸線M相對于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交的平面傾斜角度θ，使葉輪葉片的頂部端面位于上方、即位于高壓側(cè)。而且，葉輪葉片的頂部端面形成半徑為R的球面狀。另一方面，上游側(cè)排出環(huán)7a的內(nèi)周形成半徑Rd的球面，與其下游側(cè)連接的下游側(cè)排出環(huán)7b的內(nèi)周形成半徑為Rdmin的圓筒狀，該半徑Rdmin比投影于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交的平面上的、全閉狀態(tài)的葉輪的半徑Rc略大。
于是，在這種情況下葉輪葉片3全閉時的葉輪最大半徑也能比運轉(zhuǎn)時的最大半徑小，在拆卸、組裝葉輪時，通過使葉輪葉片成為全閉狀態(tài)，能夠?qū)⑷~輪葉片3與葉輪轂保持在組裝的狀態(tài)下容易地卸到下方。此外，由于能將上游側(cè)排出環(huán)7a的球面部與下游側(cè)排出環(huán)7b的半徑為Rdmin的圓筒狀部連接，因而葉輪葉片3的姿態(tài)從全閉到圖8的雙點劃線位置，頂部端面與排出環(huán)之間的間隙保持為Rd-R的狹窄間隙不變。因此，在頂部端面不從球面狀的排出環(huán)的下端伸出的范圍內(nèi)，能使水流的泄漏更少，抑制了由泄漏造成的效率降低及氣蝕作用的發(fā)生。而且，在本實施例的葉輪葉片中，由于葉片軸的軸線M相對于與回轉(zhuǎn)主軸的軸線L垂直相交的平面成傾斜狀，因而不需要使葉片部的基準軸線相對葉片軸的軸線傾斜，上述軸線M能以通過頂部端面的狀態(tài)形成，在葉輪葉片加工時可將葉輪葉片保持在上述軸線M上，能夠容易地進行葉輪葉片的加工。
圖9為圖7所示實施例的變形例示意圖，上游側(cè)排出環(huán)7a直接連接吸出管6的上部，上游側(cè)排出環(huán)7a的球面與吸出管6的內(nèi)表面圓滑地連接。其他結(jié)構(gòu)與圖6所示水輪機相同。
于是，在這種情況下能得到與圖7所示水輪機相同的效果。而且在此實施例中，由于不象圖13所示的以往的可動葉片水力機那樣，在球面狀的排出環(huán)與吸出管上部的連接部中形成突出在流路內(nèi)、使流路截面積變窄的喉部，從排出環(huán)到吸出管上部的截面積的變化單調(diào)地增加，因而流路內(nèi)的流速變化是單調(diào)的，可以防止產(chǎn)生格外的流動損失。
圖10是圖1等各圖所示的在葉輪葉片全閉時，頂部端面3a相對于葉輪葉片軸3s的軸線M、向高壓側(cè)或低壓側(cè)偏移的葉輪葉片制造方法的說明圖，圖10(a)是葉輪葉片3的俯視圖、圖10(b)是圖10(a)中從箭頭Z方向所見到的視圖。此外，圖10(c)是圖10(a)中箭頭Y方向所見到的視圖。
由于以往的可動葉片水力機的葉輪葉片中，葉片軸3s的軸線M在葉輪葉片內(nèi)在其全長上延伸，因而在加工以上述軸線M為對稱軸的軸線對稱面時，可通過在葉片軸3s的端面與頂部端面上設置回轉(zhuǎn)中心而進行加工，但在本發(fā)明的圖1那樣的葉輪葉片中，由于葉片部的基準軸線與軸線M不在同一軸線上、軸線M不從頂部端面通過，因而難進行把葉片軸3s作為對稱軸的軸對稱面的加工。
因此，在本實施例中，在葉輪葉片3的頂部的葉片面或頂部端面上設置位于軸線M上的加工用突起12，將該加工用突起12與葉片軸3s的端部支持后進行軸對稱面的加工，在軸對稱面的加工結(jié)束后除去該加工用突起12。此外，可以將葉輪葉片的頂部端面上、為防止氣蝕作用的腐蝕所使用的嵌條延長到與頂部端面相對應處來替代上述加工用突起12。
于是，使用加工用突起12的端面與葉片軸3s的端面，通過葉輪葉片用的夾具的支撐，能夠容易地進行以葉片軸3s的軸線M為對稱軸的軸對稱面加工。此外，由于加工后除去此突起，因而在水力機完成時對性能等的影響基本沒有。
圖11為本發(fā)明第1實施例等使用的葉輪葉片的局部剖視圖，葉輪葉片3能夠分解成葉片部3f與作為葉輪葉片軸的葉片軸3s而分別加工。
即，在葉片部3f的基端面上，突出設置著圓柱狀突起13，其具有與葉片部的基準軸線N垂直相交的端面。另一方面，在葉片軸3s的前端面上形成凹部14，其有與葉片部的基準軸線N垂直相交的底面a，并與上述圓柱狀突起13對應，該葉片部的基準軸線N相對該軸線M成傾斜狀。于是，將上述圓柱狀突起13插入凹部14，通過螺栓15將兩者連接就構(gòu)成一個葉輪葉片3。
由此，在此葉輪葉片3的加工中，能與葉片軸3s區(qū)分地以基準軸線N為基準地加工各葉片部3f，使其與在全閉時的葉輪葉片頂部端面與葉片軸的軸線M位置大致一致的以往葉輪葉片的加工方法完全相同，從而能容易地進行加工。但是，在葉輪葉片3的葉片軸部的加工中，需要進行相對該軸線M的傾斜面及孔的加工，但由于回轉(zhuǎn)支撐部的尺寸比一張葉輪葉要小，因而其加工容易進行。
由于本發(fā)明具有上述結(jié)構(gòu)，因而在具有可動葉片的水力機中、進行拆卸和維修時，能將葉輪葉片及葉輪轂保持在組裝狀態(tài)下容易地取到外部，同時可以降低由各個葉輪葉片的頂部端面的泄漏，抑制由于泄漏造成的水力機的效率降低及氣蝕作用的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種可動葉片水力機，其具有把能以各葉片軸為中心回轉(zhuǎn)的多個葉片沿放射方向設置的葉輪，其特征為，上述葉輪葉片的頂部端面形成以葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線和葉片軸的軸線的交點為中心的球面狀，同時在葉輪葉片全閉時、該葉輪葉片的頂部端面投影在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上的最大半徑，比上述頂部端面的球面半徑小。
2.如權(quán)利要求1所述的可動葉片水力機，其特征為，在葉輪外周設置的排出環(huán)由其內(nèi)表面形成圓筒面或圓錐面狀的部分、以及其內(nèi)表面形成與上述圓筒面或圓錐面相連接、以與上述葉輪葉片的頂部端面的球面中心同一的點作為中心、半徑比葉輪葉片的頂部端面的球面半徑略大的球面狀部分構(gòu)成；形成上述圓筒面或圓錐面狀部分的最小半徑Rdmin比葉輪葉片的頂部端面的球面半徑小，并且比葉輪葉片全閉時、該葉輪葉片的頂部端面投影于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上時的最大半徑還大。
3.如權(quán)利要求2所述的可動葉片水力機，其特征為，排出環(huán)中形成圓筒面或圓錐面狀部分與形成球面狀部分的連接部是相對于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面偏移的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的可動葉片水力機，其特征為，葉輪葉片全閉時的葉輪葉片的頂部端面位置是在相對于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線平面的通水路的低壓側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的可動葉片水力機，其特征為，在葉輪葉片全開時，葉輪葉片的頂部端面是不從與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面朝通水路的高壓側(cè)突出的。
6.如權(quán)利要求1或2所述的可動葉片水力機，其特征為，葉輪葉片全閉時的葉輪葉片的頂部端面位置是在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線平面相對的通水路的高壓側(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的可動葉片水力機，其特征為，在葉輪葉片全開時，葉輪葉片的頂部端面是不從與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交并包含葉片軸的軸線的平面朝通水路的低壓側(cè)突出的。
8.如權(quán)利要求1所述的可動葉片水力機，其特征為，葉輪葉片的葉片軸的軸線是在包含葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線及葉片軸的軸線的平面中、相對于與上述葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的直線而傾斜的。
9.如權(quán)利要求6所述的可動葉片水力機，其特征為，設置在葉輪外周的排出環(huán)的內(nèi)表面形成球面狀，它是以葉輪葉片的頂部端面的球面中心同一點作為中心，半徑比上述葉輪葉片的頂部端面的球面的半徑略大的，同時其球面與設置于葉輪低壓側(cè)的吸出管的內(nèi)表面平滑地連接。
10.一種可動葉片水力機的制造方法，其特征為，使突起部分從葉輪葉片的葉片面或頂部端面沿葉片軸的軸線的延長線突出，由上述葉片軸及突起部的端部保持葉輪葉片而進行軸對稱面的加工，此后除去上述突起部，以加工上述權(quán)利要求1所述的葉輪葉片。
11.一種可動葉片水力機用葉輪葉片，它是能以各個葉片軸為中心地回轉(zhuǎn)且相對于葉輪轂沿放射方向設置而構(gòu)成葉輪的，其特征為，葉輪葉片的頂部端面形成球面狀，其是以葉輪的回轉(zhuǎn)主軸之軸線與葉片軸之軸線的交點為中心的，在葉輪葉片全閉時，該葉輪葉片的頂部端面投影于與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上時的最大半徑比上述頂部端面的球面的半徑小，各個葉輪葉片由葉片部和葉片軸構(gòu)成，在葉片部的葉輪轂側(cè)端面上，以端面與上述葉片部的基準軸線垂直相交的方式突出設置有圓柱狀突起，該圓柱狀突起設置于葉片軸的前端，底面插入固定于與葉片軸的軸線傾斜相交的孔內(nèi)。
全文摘要
一種可動葉片水力機,在葉輪的拆卸、維修時可以將葉輪葉片與葉輪轂在組裝的狀態(tài)下容易地取出,同時減少從葉輪葉片的頂部端面的水泄漏。在該可動葉片水力機中,葉輪葉片的頂部端面形成球面狀,其以葉輪的回轉(zhuǎn)主軸的軸線和葉片軸的軸線的交點為中心,同時在葉輪葉片全閉時,葉輪葉片的頂部端面投影在與葉輪的回轉(zhuǎn)主軸垂直相交的平面上的最大半徑,比上述頂部端面的球面半徑小。
文檔編號F03B3/06GK1267790SQ0010284
公開日2000年9月27日 申請日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月19日
發(fā)明者杉下懷夫, 大竹典男, 稻垣泰造 申請人:東芝株式會社