专利名称：可动叶片水力机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如同卡普兰式水轮机那样的可动叶片水力机、它的制造方法及可动叶片水力机的叶轮叶片。
图12是作为一种可动叶片水力机的卡普兰式水轮机的大致结构图，从图中未示出的上池流入筒道1内的水由导流片2整流后通过叶轮叶片3，借助于安装有该叶轮叶片3的叶轮毂4，使与该叶轮毂4相连接的回转主轴5回转，此后经过吸出管6排出到图中未示出的下池。
叶轮由多个叶轮叶片3相对于叶轮毂4沿放射方向安装而构成，使各叶轮叶片3以与回转主轴5的轴线L垂直相交的叶片轴M的轴线为中心地回转，以控制叶轮叶片3的倾斜角度。此外，在设置有上述叶轮的静水流回路中，具有设于叶轮的外周、与叶轮叶片3的前端部、即与顶部端面3a间的间隙尽可能狭小的排出环7。
此排出环7以与回转主轴5垂直相交的、包含叶片轴的轴线M的平面为界上下分割，由游侧排出环7a与下游侧排出环7b构成。此外，如前所述那样，为使叶轮叶片3的顶部端面3a与排出环7间的间隙狭小，叶轮叶片3的顶部端面3a形成以前述回转主轴5的轴线L与叶片轴的轴线M的交点为中心的球面状，与此相对应，下游侧排出环7b的内周面也形成以中心是与叶轮叶片3的顶部端面3a的球面中心为同一点的，即以轴线L与叶片轴的轴线M的交点为中心的仅半径略大的球面状。这样，上游侧排出环7a的内表面做成在拆卸叶轮时、能够使叶轮向上方提升的圆筒面。
但是，由于在这种卡普兰式水轮机动作时，各叶轮叶片3从其全闭状态加大倾斜角度时，在与轴线L垂直相交并包含轴线M的平面的下游侧，叶轮叶片3的顶部端面3a与作为静止部的下游侧排出环7b间的间隔变成一定，而在上述平面的上游侧、顶部端面3a与上游侧排出环7a之间的间隔则越往叶片前端越宽，会有水流泄漏，因而使水轮机的效率降低。
图13为图12所示的卡普兰式水轮机的叶轮叶片3及周边有关部分放大图。叶轮叶片3的顶部端面3a作成半径为R的球面。上游侧排出环7a的内表面呈半径为Rd的圆筒面，下游侧排出环7b的内表面呈半径为Rd的球面。其中，半径Rd比半径R略大。相同符号表示与图12中同一种零件。图13(b)为在叶轮叶片3的倾斜角度变大的场合下，从图13(a)的箭头Z的方向，即从叶片轴的轴线方向所见到的叶轮叶片图。此图13(b)中的线L相当于图13(a)的主轴5的轴线L。MM表示包含轴线M并与轴线L垂直的平面。其中，3a是顶部端面、表示从箭头Z方向所见到的叶轮叶片3的顶部的端面形状。与排出环7的间隔为一定的部分以斜的剖面线标注，线MM上游侧未标剖面线的理由是，因为上游侧的排出环7a为圆筒面、与叶轮叶片顶部的端面3a之间的间隔变宽。
此外，在顶部端面的最大直径为D0时，上游侧排出环7a的圆筒面的直径尽可能接近D0的结构，能减少水流泄漏以阻止效率的降低，但在叶轮拆卸或检修时将叶轮向上提升时、会因叶轮叶片3外周的最大直径与静止壁的最小直径的差值太小而造成提升作业困难。
因此，有将上游侧排出环7a的内表面制成向上直径稍稍增大的倒圆锥形状的结构，但在这种情况下容易将叶轮向上方提升，顶部端面与上游侧排出环7a的间隔变成更宽，增加了水流的泄漏，从而降低了水轮机的效率。再者，这种水流泄漏的增大会产生气蚀作用，会使叶轮叶片表面发生腐蚀。
在图13所示的卡普兰式水轮机中，球面状的下游侧排出环7b与吸出管6相连接的部分向流路侧突出，形成喉部P。因此水流在上述喉部P的上游由于断面积颈缩而增速，但在通过喉部P后，由于断面积变宽而减速。在具有这样的喉部P时，由于流速在一度增速后又减速，因而与单纯减速的情况相比会发生多余的流动损失。
此外，也有在顶部端面中为了防止由水流泄漏引起的水轮机效率的下降，提出一种将上游侧排出环7a的内表面作成球面、将下游侧排出环7b的内表面作成圆筒面或作成角度为10度以下的圆锥面的螺旋桨叶式水轮机(特开昭61-61981号公报)。虽然在叶轮叶片的倾斜角度增大时，顶部端面与下游的圆筒面或圆锥面之间的间隔变宽，但由叶轮叶片的压力面、负压面的压力差值是叶片的下游侧比上游侧小，因而图13所示的卡普兰式水轮机水流泄漏更少、改善了效率降低，但未能改善间隔宽的问题。特别是在下游侧排出环为圆锥面的场合下，由于与叶轮叶片顶部端面的间隔比圆筒面时更大，因而产生比图13所示的卡普兰式水轮机更多的水流泄漏，有效率降低的可能性。
作为解决以上的图13所示的圆筒形的上游侧排出环与球面下游侧排出环所引起的卡普兰式水轮机所存在的问题的方法，提出了如图14所示的卡普兰式水轮机。即，将上游侧排出环7a、下游侧排出环7b的内表面均加工成球面。其半径Rd比图13的场合同样的叶轮叶片3的顶部端面的半径R略大。在图14(b)中，是与前述图13(b)相同、表示在叶轮叶片3的倾斜角变大时，从图14(a)的箭头Z方向所见到的叶轮叶片图。其中，与排出环7成一定间隔部分以斜的剖面线表示，与图13(b)不同，图14(b)中的顶部端面3a全部用剖面线表示，表示叶轮叶片3的顶部端面3a与排出环的间隔为一定。即由于上游侧排出环7a、下游侧排出环7b内表面均为球面，因而顶部端面3a在全部区域中与叶轮叶片的顶部端面3a间的距离等于Rd-R。而且，即使叶轮叶片的倾斜角度变化，这种关系也不会变化。
但是，在图14所示的卡普兰式水轮机中，有以下的问题。即上游侧排出环7a与下游侧排出环7b的最小半径，即将这些内表面投影在与回转主轴的轴线L垂直的平面时的半径比排出环球面的半径Rd小，此外由于不管叶轮叶片3的倾斜角度变成什么角度，其顶部端面3a在与回转主轴的轴线L相垂直的平面上投影的半径大于前述排出环的最小半径，因而叶片3已安装在叶轮毂4上的状态下不能向上方(即发电机方向)及下面(即吸出管方向)移动。因此，通常作成这样的结构，即为了将叶轮叶片3向上方抽出、在进行叶轮叶片3的拆卸之前，先将排出环7a拆卸的结构。因此，与图13的卡普兰式水轮机相比，图14的卡普兰式水轮机的上游侧排出环7a周边的结构更复杂，其结果使制作成本提高，同时有叶轮叶片3的拆卸、安装时间加长等问题。因此，这种卡普兰式水轮机以往基本不生产。
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是提供一种在叶轮的拆卸、检修时能够容易取出叶轮，同时能降低从叶轮外周部水流的泄漏，由此能够抑制水力机效果的降低及气蚀作用的发生的可动叶片水力机及其制造方法和这种水力机用叶轮叶片。
为了达到上述发明目的而作出的本发明可动叶片水力机的第1方案是，其具有把能以各叶片轴为中心回转的多个叶片沿放射方向设置的叶轮，其特征为，上述叶轮叶片的顶部端面形成以叶轮的回转主轴的轴线和叶片轴的轴线的交点为中心的球面状，同时在叶轮叶片全闭时、该叶轮叶片的顶部端面投影在与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上的最大半径，比上述顶部端面的球面半径小。
第2方案的特征为，在第1方案中，在叶轮外周设置的排出环由其内表面形成圆筒面或圆锥面状的部分、以及其内表面形成与上述圆筒面或圆锥面相连接、以与上述叶轮叶片的顶部端面的球面中心同一的点作为中心、半径比叶轮叶片的顶部端面的球面半径略大的球面状部分构成；形成上述圆筒面或圆锥面状部分的最小半径Rdmin比叶轮叶片的顶部端面的球面半径小，并且比叶轮叶片全闭时、该叶轮叶片的顶部端面投影于与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上时的最大半径还大。
第3方案的特征为，在第2方案中，排出环中形成圆筒面或圆锥面状部分与形成球面状部分的连接部是相对于与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面偏移的。
第4方案的特征为，在第1或第2方案中，叶轮叶片全闭时的叶轮叶片的顶部端面位置是在相对于与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线平面的通水路的低压侧。
第5方案的特征为，在第4方案中，在叶轮叶片全开时，叶轮叶片的顶部端面是不从与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面朝通水路的高压侧突出的。
第6方案的特征为在第1或第2方案中，叶轮叶片全闭时的叶轮叶片的顶部端面位置是在与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线平面相对的通水路的高压侧。
第7方案的特征为，在第6方案中，在叶轮叶片全开时，叶轮叶片的顶部端面是不从与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面朝通水路的低压侧突出的。
第8方案的特征为，在第1方案中，叶轮叶片的叶片轴的轴线是在包含叶轮的回转主轴的轴线及叶片轴的轴线的平面中、相对于与上述叶轮的回转主轴垂直相交的直线而倾斜的。
第9方案的特征为，在第6方案中，设置在叶轮外周的排出环的内表面形成球面状，它是以叶轮叶片的顶部端面的球面中心同一点作为中心，半径比上述叶轮叶片的顶部端面的球面的半径略大的，同时其球面与设置于叶轮低压侧的吸出管的内表面平滑地连接。
第10方案为一种可动叶片水力机的制造方法，其特征为，使突起部分从叶轮叶片的叶片面或顶部端面沿叶片轴的轴线的延长线突出，由上述叶片轴及突起部的端部保持叶轮叶片而进行轴对称面的加工，此后除去上述突起部，以加工上述权利要求1所述的叶轮叶片。
第11方案为，一种可动叶片水力机用叶轮叶片，其特征为，它是能以各个叶片轴为中心地回转且相对于叶轮毂沿放射方向设置而构成叶轮的，其特征为，叶轮叶片的顶部端面形成球面状，其是以叶轮的回转主轴之轴线与叶片轴之轴线的交点为中心的，在叶轮叶片全闭时，该叶轮叶片的顶部端面投影于与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上时的最大半径比上述顶部端面的球面的半径小，各个叶轮叶片由叶片部和叶片轴构成，在叶片部的叶轮毂侧端面上，以端面与上述叶片部的基准轴线垂直相交的方式突出设置有圆柱状突起，该圆柱状突起设置于叶片轴的前端，底面插入固定于与叶片轴的轴线倾斜相交的孔内。
由于本发明具有上述结构，因而在具有可动叶片的水力机中、进行拆卸和维修时，能将叶轮叶片及叶轮毂保持在组装状态下容易地取到外部，同时可以降低由各个叶轮叶片的顶部端面的泄漏，抑制由于泄漏造成的水力机的效率降低及气蚀作用的产生。
图1为本发明的可动叶片水力机的第1实施例示意图，图2为本发明的可动叶片水力机的第2实施例示意图，图3(a)为本发明的可动叶片水力机的第3实施例示意图，图3(b)为图3(a)的Z方向视图，图4为本发明的可动叶片水力机的第4实施例示意图，图5是用来表示本发明效果的实验结果曲线图，图6(a)为本发明的可动叶片水力机的第5实施例示意图，图6(b)为图6(a)的Z方向视图，图7为本发明的可动叶片水力机的第6实施例示意图，图8为本发明的可动叶片水力机的第7实施例示意图，图9为本发明的可动叶片水力机的第8实施例示意图，图10(a)、(b)、(c)是表示本发明可动叶片水力机的叶轮叶片制造方法示意图，图11为本发明使用的叶轮叶片的局部剖视图，图12为以往的可动叶片水力机的简略结构图，图13(a)为图12的叶轮叶片周围的放大图，图13(b)为图13(a)的Z方向视图。
图14为以往的可动叶片水力机另一例子的示意图。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明，图中与图13相同部分以相同符号示出并省略对其详细说明。
图1为本发明的可动叶片水力机的第1实施例示意图，叶轮是由相对叶轮毂4沿放射方向安装多个叶轮叶片3而构成，各叶轮叶片3以与水力机的回转主轴的轴线L垂直相交的叶片轴的轴线M为中心而回转，由此控制叶轮叶片3的倾斜角度。
上述各叶轮叶片3的顶部端面3a形成以回转主轴的轴线L和叶片轴的轴线M的交点为中心、半径为R的球面状。而且，上游侧排出环7a的内周面形成半径Rd比形成叶轮叶片3的顶部端面3a的球面半径R略大的圆筒，下游侧排出环7b的内周面加工成半径为Rd的球面。
至此，是与图13所示的以往的可动叶片水力机相同的，但在本实施例中，叶轮叶片3在全闭位置时如虚线3c所示，叶片外周的顶部端面向上游侧排出环7a的方向偏移。即在叶轮叶片3全闭时，叶片部的轴线V相对于与回转主轴的轴线L垂直相交并含有叶片轴的轴线M的平面向高压侧倾斜。因此，在叶轮叶片3全闭，投影在垂直于叶轮的回转主轴的轴线L的平面上时的叶轮最大半径Rc，通常比顶部端面的球面半径R小。
而在图13所示的可动叶片水力机中，由于叶轮叶片3的顶部端面3a大致在叶轮叶片3的叶片轴的轴线M的延长线上，叶轮叶片3的角度无论是什么角度，叶轮叶片投影在与叶轮的回转主轴的轴线L相垂直的平面上时的最大半径Rc，通常与顶部端面的半径R相等。
与此相对，在该第1实施例中，投影在与回转主轴的轴线L相垂直的平面上的叶轮叶片的最大半径Rc根据其角度而变化，在全闭位置为最小，成为Rc＜R。因此、在把叶轮叶片3与叶轮毂4朝图中的上方抽出场合下，能够在相对于半径R稍微略大的半径Rd的上游侧排出环7a内有余量地通过，在拆卸组装叶轮时可容易地在叶轮叶片3与叶轮毂4仍在组装的状态下进行向上抽出的作业。
而且，在叶轮叶片的角度变化时，由于叶轮叶片3的顶部端面3a在半径为R的球面上移动，因而与球面状的排出环，即与下游侧排出环7b间的间隙能与以往的可动叶片水力机同样地保持一定，能够将水流的泄漏保持在最小限。
此外，在上述说明中，是对叶轮叶片在全闭位置中顶部端面处于上游侧排出环一侧的情况进行了说明，但也可以使顶部端面位于下游侧排出环一侧。
图2为本发明的可动叶片水力机的第2实施例示意图，相对于图1所示的可动叶片水力机，上游侧排出环7a与下游侧排出环7b的连接部相对于与叶轮的回转主轴垂直相交且包含叶片轴的轴线M的平面向高压侧偏移。因此，这种场合下的上游侧排出环7a的半径Rdmin比下游侧排出环7b的球面半径Rd小，结果，下游侧排出环7b的球面状部超过上述含有叶片轴的轴线M的平面地延伸到高压侧。
即，在本实施例中，投影在与回转轴的轴线L垂直相交的平面上的叶轮最大半径也是因叶片角度而变化，在全闭位置变为最小。因此，为了叶轮从其中顺利通过、只要上游侧排出环7a的内径Rdmin比上述全闭状态下的叶轮最大半径Rc大，其可以比下游侧排出环7b的球面半径Rd小。
在本实施例中，构成Rd＞R＞Rdmin＞Rc的关系。
于是，在这种场合，拆卸、组装叶轮时，能够将叶轮叶片3与叶轮毂4仍处于组装的状态下、从相对全闭位置的叶轮最大半径Rc稍微略大的Rdmin的上游侧排出环7a内向上方抽出。而且，由于内周为圆筒状的上游侧排出环7a的内径可以较小，因而能将由下游侧排出环7b构成的球面部范围增大，能够抑制由于顶部端面与排出环之间的间隙引起的水流泄漏而造成的效率降低及气蚀作用的发生。
虽然在上述说明中，对在全闭位置的顶部端面处于上游侧排出环一侧的情况进行了说明，但其位于下游侧时也可获得同样的效果。
即，图3是叶轮叶片3在全闭位置的情况，是使其顶部端面相对于包含上述叶片轴的轴线M的平面位于低压侧的结构，其他与图2所示水轮机相同。
于是，在这种情况下，由于上游侧排出环7a的内径Rdmin比叶轮叶片3位于全闭位置的叶轮半径Rc略大，因而在叶轮叶片3与叶轮毂4组装的状态下可以容易地向上方抽出。
而且，球面状的下游侧排出环7b可以延长到叶轮叶片的叶片轴的上方，叶轮叶片的角度增加，直到其姿态成为图3的3d(点划线所示)，叶轮叶片3的顶部端面与排出环的间隙在整个顶部端面上，一直保持一定的Rd-R的狭窄间隙。
即，如图3(b)所示，在叶轮叶片3的姿态成为前述的3d姿态时，叶轮叶片3从图3的(a)的箭头Z方向所见到的形状如图所示那样。其中，也将与排出环7的间隔为一定的部分以斜的剖面线标注，如前所述，由于在姿态3d时叶轮叶片3与排出环7之间的间隔Rd-R是一定的，因而顶部端面3a全部打上剖面线。
如上所述，图3的实施例与以往的结构相比，可以抑制由于水流的泄漏引起的效率降低和气蚀作用的发生。
图4为图1的变形例示意图，使叶轮叶片3全闭时的顶部端面3a处于与回转主轴的轴线L垂直相交并包含叶片轴的轴线M的平面下游侧。而且，叶轮叶片即使在全开状态下叶轮叶片也如双点划线3d所示，此时叶轮叶片的顶部端面不高出上述平面高压侧。其他结构与图1所示水轮机相同。
于是，在这种场合下，投影于与回转主轴垂直相交的平面上的叶轮最大半径在叶轮叶片全闭位置为最小，通过使叶轮叶片成为全闭状态，能够在叶轮叶片3与叶轮毂4组装状态下容易地将其向图中的上方(高压侧)抽出。而且，叶轮叶片3的顶部端面与排出环的间隙在叶轮叶片的角度从全闭至全开的全部范围中保持Rd-R的狭窄间隙，限制了由于顶部端面与排出环之间的间隙引起的水流泄漏，能够抑制因这种泄漏造成的效率降低及气蚀作用的发生。
图5为表示本发明效果的实验结果曲线图。实验是制作与实物水轮机几何相似的模型卡普兰式水轮机并使用能正确测定模型特性的试验装置来进行的。
对2种叶轮叶片进行了实验。一种叶轮叶片是与图13所示以往的卡普兰式水轮机相同的叶轮叶片，全闭时的叶轮叶片顶部端面大致在叶片轴的轴线延长线上。另一种叶轮叶片与本发明第4实施例的叶轮叶片相当，全闭时的叶轮叶片顶部端面在叶片轴的轴线下游侧。
图中的点是表示对3种叶轮叶片的倾斜角度θ1、θ2、θ3、根据设计转数、设计有效落差、在使图13所说的导流片2的姿态发生变化情况下的特性。横轴是把最高效率点的流量Q0取为1.0，将测定的流量Q处理成无量纲流量Q/Q0；竖轴是把以往叶轮叶片的最高效率η0取为1.0，将测定的效率η处理成无量纲效率η/η0。
在可动叶片卡普兰式水轮机的情况下，以效率最高的叶轮叶片倾斜角度θ及与导流片的姿态组合而运行。图中的虚线为实施时的效率变化。由本图可知，在全部的流量中，本发明的叶轮叶片效率均高。其程度约相当于最高效率点0.2％。
图6是本发明另一实施例的示意图，各叶轮叶片3的外周，即顶部端面形成半径为R的球面，叶轮叶片3在全闭状态时，使其顶部端面位于与回转主轴的轴线L垂直相交并包含叶片轴的轴线M的平面高压侧。而且，上游侧排出环7a的内周加工成具有比叶轮的半径R略大的半径Rd的球面，下游侧排出环7b的内表面形成比投影在与回转主轴的轴线L垂直相交的平面上的全闭状态的叶轮的半径Rc大，比上述半径Rd小的半径Rdmin的圆筒状。因此，上游侧排出环7a的球面与下游侧排出环7b的圆筒状部在包含上述轴线M的平面还低的低压侧连接。
于是，在这种情况下由于叶轮叶片3全闭时的叶轮最大半径Rc比下游侧排出环7b的半径Rdmin小，因而在拆卸、组装叶轮时，能在叶轮叶片3与叶轮毂4仍保持组装状态下容易地降到低压侧。而且，由于使形成球面状的排出环位于包含叶片轴的轴线M的平面下方，即位于低压侧，叶轮叶片3的姿态直到处于图6(a)的3d(点划线)位置，叶轮叶片的顶部端面与排出环的间隙也能保持为Rd-R的狭窄间隙。
即，如图6(b)所示，叶轮叶片3的姿态成为前述的3d姿态的情况下，叶轮叶片3从图6(a)的箭头Z方向所见到的形状如图所示那样。其中，也将与排出环7的间隙为一定的部分以斜的剖面线标注，而如前所述，由于一直到姿态3d，叶轮叶片3与排出环7之间的间隔Rd-R均保持一定，所以顶部端面3a全部打上斜的剖面线。
因此，在顶部端面不从上游侧排出环7a的下端伸出的范围内，限制了因顶部端面与排出环之间的间隙引起的泄漏，能够抑制这种泄漏造成的效率降低及气蚀作用的发生。
图7为图6变形例的视图，上游侧排出环7a的球面半径和与其连接的下游侧排出环7b的圆筒半径都为Rd，比叶轮叶片3的顶部端面的球面R略大。另一方面，叶轮叶片3在其全闭位置如虚线3c所示，顶部端面3a位于含有叶片轴的轴线M的平面上方、即位于高压侧，并且即使在叶轮叶片全开的图中的双点划线所示状态下，顶部端面也不会位于包含上述轴线M的平面下方、即不会位于低压侧。
于是，在拆卸、安装叶轮时，通过使叶轮叶片成为全闭状态，就能将叶轮叶片3与叶轮毂4保持在组装的状态下、非常容易地卸到下方。而且，叶轮叶片3的顶部端面3a与上游侧排出环7a的间隙在叶片角度从全闭到全开的范围中维持在Rd-R的狭窄间隙。因而，限制了由于顶部端面与排出环的间隙引起的水流泄漏，抑制了由此造成的效率降低及气蚀作用的发生。
图8为本发明的第7实施例的示意图，各叶轮叶片3的叶片轴的轴线M相对于与回转主轴的轴线L垂直相交的平面倾斜角度θ，使叶轮叶片的顶部端面位于上方、即位于高压侧。而且，叶轮叶片的顶部端面形成半径为R的球面状。另一方面，上游侧排出环7a的内周形成半径Rd的球面，与其下游侧连接的下游侧排出环7b的内周形成半径为Rdmin的圆筒状，该半径Rdmin比投影于与回转主轴的轴线L垂直相交的平面上的、全闭状态的叶轮的半径Rc略大。
于是，在这种情况下叶轮叶片3全闭时的叶轮最大半径也能比运转时的最大半径小，在拆卸、组装叶轮时，通过使叶轮叶片成为全闭状态，能够将叶轮叶片3与叶轮毂保持在组装的状态下容易地卸到下方。此外，由于能将上游侧排出环7a的球面部与下游侧排出环7b的半径为Rdmin的圆筒状部连接，因而叶轮叶片3的姿态从全闭到图8的双点划线位置，顶部端面与排出环之间的间隙保持为Rd-R的狭窄间隙不变。因此，在顶部端面不从球面状的排出环的下端伸出的范围内，能使水流的泄漏更少，抑制了由泄漏造成的效率降低及气蚀作用的发生。而且，在本实施例的叶轮叶片中，由于叶片轴的轴线M相对于与回转主轴的轴线L垂直相交的平面成倾斜状，因而不需要使叶片部的基准轴线相对叶片轴的轴线倾斜，上述轴线M能以通过顶部端面的状态形成，在叶轮叶片加工时可将叶轮叶片保持在上述轴线M上，能够容易地进行叶轮叶片的加工。
图9为图7所示实施例的变形例示意图，上游侧排出环7a直接连接吸出管6的上部，上游侧排出环7a的球面与吸出管6的内表面圆滑地连接。其他结构与图6所示水轮机相同。
于是，在这种情况下能得到与图7所示水轮机相同的效果。而且在此实施例中，由于不象图13所示的以往的可动叶片水力机那样，在球面状的排出环与吸出管上部的连接部中形成突出在流路内、使流路截面积变窄的喉部，从排出环到吸出管上部的截面积的变化单调地增加，因而流路内的流速变化是单调的，可以防止产生格外的流动损失。
图10是图1等各图所示的在叶轮叶片全闭时，顶部端面3a相对于叶轮叶片轴3s的轴线M、向高压侧或低压侧偏移的叶轮叶片制造方法的说明图，图10(a)是叶轮叶片3的俯视图、图10(b)是图10(a)中从箭头Z方向所见到的视图。此外，图10(c)是图10(a)中箭头Y方向所见到的视图。
由于以往的可动叶片水力机的叶轮叶片中，叶片轴3s的轴线M在叶轮叶片内在其全长上延伸，因而在加工以上述轴线M为对称轴的轴线对称面时，可通过在叶片轴3s的端面与顶部端面上设置回转中心而进行加工，但在本发明的图1那样的叶轮叶片中，由于叶片部的基准轴线与轴线M不在同一轴线上、轴线M不从顶部端面通过，因而难进行把叶片轴3s作为对称轴的轴对称面的加工。
因此，在本实施例中，在叶轮叶片3的顶部的叶片面或顶部端面上设置位于轴线M上的加工用突起12，将该加工用突起12与叶片轴3s的端部支持后进行轴对称面的加工，在轴对称面的加工结束后除去该加工用突起12。此外，可以将叶轮叶片的顶部端面上、为防止气蚀作用的腐蚀所使用的嵌条延长到与顶部端面相对应处来替代上述加工用突起12。
于是，使用加工用突起12的端面与叶片轴3s的端面，通过叶轮叶片用的夹具的支撑，能够容易地进行以叶片轴3s的轴线M为对称轴的轴对称面加工。此外，由于加工后除去此突起，因而在水力机完成时对性能等的影响基本没有。
图11为本发明第1实施例等使用的叶轮叶片的局部剖视图，叶轮叶片3能够分解成叶片部3f与作为叶轮叶片轴的叶片轴3s而分别加工。
即，在叶片部3f的基端面上，突出设置着圆柱状突起13，其具有与叶片部的基准轴线N垂直相交的端面。另一方面，在叶片轴3s的前端面上形成凹部14，其有与叶片部的基准轴线N垂直相交的底面a，并与上述圆柱状突起13对应，该叶片部的基准轴线N相对该轴线M成倾斜状。于是，将上述圆柱状突起13插入凹部14，通过螺栓15将两者连接就构成一个叶轮叶片3。
由此，在此叶轮叶片3的加工中，能与叶片轴3s区分地以基准轴线N为基准地加工各叶片部3f，使其与在全闭时的叶轮叶片顶部端面与叶片轴的轴线M位置大致一致的以往叶轮叶片的加工方法完全相同，从而能容易地进行加工。但是，在叶轮叶片3的叶片轴部的加工中，需要进行相对该轴线M的倾斜面及孔的加工，但由于回转支撑部的尺寸比一张叶轮叶要小，因而其加工容易进行。
由于本发明具有上述结构，因而在具有可动叶片的水力机中、进行拆卸和维修时，能将叶轮叶片及叶轮毂保持在组装状态下容易地取到外部，同时可以降低由各个叶轮叶片的顶部端面的泄漏，抑制由于泄漏造成的水力机的效率降低及气蚀作用的产生。
权利要求
1.一种可动叶片水力机，其具有把能以各叶片轴为中心回转的多个叶片沿放射方向设置的叶轮，其特征为，上述叶轮叶片的顶部端面形成以叶轮的回转主轴的轴线和叶片轴的轴线的交点为中心的球面状，同时在叶轮叶片全闭时、该叶轮叶片的顶部端面投影在与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上的最大半径，比上述顶部端面的球面半径小。
2.如权利要求1所述的可动叶片水力机，其特征为，在叶轮外周设置的排出环由其内表面形成圆筒面或圆锥面状的部分、以及其内表面形成与上述圆筒面或圆锥面相连接、以与上述叶轮叶片的顶部端面的球面中心同一的点作为中心、半径比叶轮叶片的顶部端面的球面半径略大的球面状部分构成；形成上述圆筒面或圆锥面状部分的最小半径Rdmin比叶轮叶片的顶部端面的球面半径小，并且比叶轮叶片全闭时、该叶轮叶片的顶部端面投影于与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上时的最大半径还大。
3.如权利要求2所述的可动叶片水力机，其特征为，排出环中形成圆筒面或圆锥面状部分与形成球面状部分的连接部是相对于与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面偏移的。
4.如权利要求1或2所述的可动叶片水力机，其特征为，叶轮叶片全闭时的叶轮叶片的顶部端面位置是在相对于与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线平面的通水路的低压侧。
5.如权利要求4所述的可动叶片水力机，其特征为，在叶轮叶片全开时，叶轮叶片的顶部端面是不从与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面朝通水路的高压侧突出的。
6.如权利要求1或2所述的可动叶片水力机，其特征为，叶轮叶片全闭时的叶轮叶片的顶部端面位置是在与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线平面相对的通水路的高压侧。
7.如权利要求6所述的可动叶片水力机，其特征为，在叶轮叶片全开时，叶轮叶片的顶部端面是不从与叶轮的回转主轴垂直相交并包含叶片轴的轴线的平面朝通水路的低压侧突出的。
8.如权利要求1所述的可动叶片水力机，其特征为，叶轮叶片的叶片轴的轴线是在包含叶轮的回转主轴的轴线及叶片轴的轴线的平面中、相对于与上述叶轮的回转主轴垂直相交的直线而倾斜的。
9.如权利要求6所述的可动叶片水力机，其特征为，设置在叶轮外周的排出环的内表面形成球面状，它是以叶轮叶片的顶部端面的球面中心同一点作为中心，半径比上述叶轮叶片的顶部端面的球面的半径略大的，同时其球面与设置于叶轮低压侧的吸出管的内表面平滑地连接。
10.一种可动叶片水力机的制造方法，其特征为，使突起部分从叶轮叶片的叶片面或顶部端面沿叶片轴的轴线的延长线突出，由上述叶片轴及突起部的端部保持叶轮叶片而进行轴对称面的加工，此后除去上述突起部，以加工上述权利要求1所述的叶轮叶片。
11.一种可动叶片水力机用叶轮叶片，它是能以各个叶片轴为中心地回转且相对于叶轮毂沿放射方向设置而构成叶轮的，其特征为，叶轮叶片的顶部端面形成球面状，其是以叶轮的回转主轴之轴线与叶片轴之轴线的交点为中心的，在叶轮叶片全闭时，该叶轮叶片的顶部端面投影于与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上时的最大半径比上述顶部端面的球面的半径小，各个叶轮叶片由叶片部和叶片轴构成，在叶片部的叶轮毂侧端面上，以端面与上述叶片部的基准轴线垂直相交的方式突出设置有圆柱状突起，该圆柱状突起设置于叶片轴的前端，底面插入固定于与叶片轴的轴线倾斜相交的孔内。
全文摘要
一种可动叶片水力机,在叶轮的拆卸、维修时可以将叶轮叶片与叶轮毂在组装的状态下容易地取出,同时减少从叶轮叶片的顶部端面的水泄漏。在该可动叶片水力机中,叶轮叶片的顶部端面形成球面状,其以叶轮的回转主轴的轴线和叶片轴的轴线的交点为中心,同时在叶轮叶片全闭时,叶轮叶片的顶部端面投影在与叶轮的回转主轴垂直相交的平面上的最大半径,比上述顶部端面的球面半径小。
文档编号F03B3/06GK1267790SQ0010284
公开日2000年9月27日 申请日期2000年3月3日 优先权日1999年3月19日
发明者杉下怀夫, 大竹典男, 稻垣泰造 申请人:东芝株式会社