專利名稱：上冠或下環的組裝方法及轉輪的組裝方法
技術領域：
本發明涉及一種法蘭西斯式水輪機或法蘭西斯式水泵水輪機等法蘭西斯式轉輪 的上冠或下環的組裝方法及轉輪的組裝方法，尤其涉及將上冠或下環分割為多個來運輸， 使其分別在現場一體地焊接組裝的方法，以及焊接上冠、下環及葉片組裝轉輪的方法。
背景技術：
以往，在因運輸或交貨期等問題而無法將水輪機的轉輪作為一體件運輸至發電站 時，采用如下方法，使轉輪成為接縫螺栓連結方式的2 4分割轉輪，以單體的方式將葉片 或上冠、下環運輸至發電站附近，通過現場焊接組裝方式進行轉輪一體化。而且，作為其它的分割方法，提出有如下方法，以與轉輪一體鑄鋼相同的構成使以 每1片葉片的范圍分割的轉輪塊(由上冠及下環各自的一部分和一片葉片構成的部件)焊 接結合從而一體地組裝制造轉輪(專利文獻1)。在接縫連結螺栓方式的分割轉輪的情況下，由于另外需要進行連結部的設計或與 其對應的靜止側設計，所以設計變得繁雜。而且，專利文獻1所示的在每1片葉片上具有焊 接線的方法為制作包括1片葉片的塊，由于上冠、下環與葉片的焊接不在現場進行，所以現 場焊接量減少。但是，上冠、下環也按照葉片片數進行了分割，在對它們進行焊接結合時，上冠、下 環不得不由它們和靜止部形成間隙小的密封部。為了將上述密封部制作在容許值內一定要在焊接組裝后進行機械加工，如果無法 在現場設置加工機械則無法實施該方法。因此，通常采用僅由與以往設計相同結構的上冠、 下環、葉片構成的轉輪的現場焊接組裝方式。因此，關于現場焊接的問題提出有用于去除焊接后的應力的現場焊接結構物用熱 處理爐(專利文獻2)、現場焊接修補方法(專利文獻3)等。近年，開始謀求水輪機的設備大容量化，因此存在上冠單體或下環單體過大而陷 于無法一體運輸的狀況的情況，在此采用如下轉輪現場焊接組裝方法分割為多個來進行 運輸，通過現場焊接使被分割的上冠或下環分別成為一體后，在上述上冠和下環之間插入 多個葉片進行焊接，從而成為一體化轉輪。圖4是表示現有的下環的分割狀態的圖。由分割線51表示在葉片3之間分割下 環2的情況，由分割線52表示以與葉片3交叉的方式最短地進行分割的情況。而且，也同 樣地分割上冠。在現場的焊接組裝中，由于容易發生焊接不良的問題，所以在將上冠或下環分割 為多個而進行現場焊接時，通常是以葉片的焊接部位與上冠或下環的分割線的焊接部位不 交叉的方式切斷位于葉片之間的部位的形狀。但是，存在如下問題，在轉輪的結構上焊接線 51變長，相應地焊接量也變多，焊接變形也容易變大。因而，縮短焊接線地進行分割，但是作為其結果，無法避免葉片、上冠或下環的分 割線52與葉片的焊接部位交叉。此時，實施兩種焊接方法。(1)在臨時焊接上冠或下環后
3焊接葉片的方法，以及(2)完全焊接分割線以單件的方式成為一體后，對流水面形狀實施 機械加工，之后進行包括葉片的整體的焊接組裝的方法。在上述(1)的方法中，對分割線進行臨時焊接時在分割部位留有焊接坡口，而焊 接葉片時則成為十字交叉焊接部，成為容易產生焊接缺陷的結構，成為品質上的較大問題。 圖5是表示該方法的上冠或下環的分割線的焊接部的圖，表示臨時焊接的焊接線與葉片3 的交叉部成為十字交叉焊接部(虛線的圓)。而且，在上述(2)的方法中，雖然焊接量增加焊接變形變得顯著，但是通過機械加 工修正焊接變形，而且通過消除十字交叉焊接部，可確保分割線焊接部的品質。但是，在大 型轉輪的情況下，存在流水面的加工量顯著增加，制作需要花費非常多的時間的問題。而 且，由于根據大小存在無法進行機械加工的情況，需由手工作業來精加工流水面，所以存在 需要花費更多的時間的問題。而且，在將多個葉片插入上冠和下環之間的轉輪焊接組裝方法中，如果上冠或下 環是單體的一體件，則在焊接葉片時發生的轉輪出口側的下環焊接變形不成為問題。但是， 可以想到對于在無法確保上冠或下環被分割后，修正各自的單體焊接后的變形量的現場流 水面機械加工等的設備的情況下，對下環下端部進行加固時，則會造成妨礙葉片的插入。專利文獻1 日本特開2002-310053號公報專利文獻2 日本特開平9-53126號公報專利文獻3 日本特開2004-202509號公報縮短上冠或下環的焊接線并進行分割，從而實施現場焊接組裝時，存在對上冠或 下環進行單體焊接后不進行或無法進行利用機械加工等的精加工流水面的情況。此時，采 用上述(1)的方法，再次說明其問題。S卩，對于上冠或下環單體的焊接，以極力抑制焊接變形以及在轉輪制作作業時的 轉輪倒置作業或移動等強度上沒有問題的方式，止于可操作的最小限的焊接施工的臨時焊 接。結果上冠或下環分割線的焊接停在中途，在焊接葉片的階段中上冠分割線或下環分割 線與葉片的交叉部成為在上冠或下環側與葉片側的兩個方向上留有焊接坡口的狀態的十 字交叉焊接部，容易產生焊接缺陷，存在品質上的問題。而且，在將葉片插入上冠和下環之間的轉輪焊接組裝方法中，通常以上冠單體、下 環單體而完成的情況占大多數，由于葉片為薄壁，所以實施了防止葉片變形的加固。但是，為了抑制對上冠和下環的分割線進行現場單體焊接時的焊接變形而在保持 止于最小限的焊接量的狀態下實施現場葉片焊接組裝時，下環因葉片焊接及剩余的分割線 焊接而導致轉輪出口側下環下端部附近的變形變得非常大。因此，存在因偏離容許尺寸而導致轉輪組裝變得困難的情況，或者因尺寸或形狀 變形而導致與設計值相差甚遠的情況，存在產生未達到性能等的較大影響的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種轉輪的上冠或下環的組裝方法，在法蘭西斯式轉輪 中，在現場對分割為多個來運輸的上冠或下環分別一體地進行焊接組裝時，抑制焊接變形 避免大規模的機械加工，而且不產生焊接缺陷。還在于提供一種轉輪的組裝方法，能夠由焊接組裝后的上冠及下環和多個葉片組
4裝成不容易變形的轉輪。為了解決上述問題，本發明的法蘭西斯式轉輪的下環的組裝方法是由上冠、下環 及葉片構成的法蘭西斯式轉輪的下環的組裝方法，其特征在于，具有臨時焊接工序，在沿 被分割的所述下環的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所述分割線剖面的全坡口面積的 焊接量少的焊接量進行焊接，并且在下環分割線和所述葉片的交叉部的流水面一側堆焊至 流水面；及將所述交叉部的焊接部研磨整形至流水面的工序。本發明的法蘭西斯式轉輪的上冠的組裝方法的特征在于，在上述法蘭西斯式轉輪 的下環的組裝方法中，將所述下環替換為上冠。本發明的法蘭西斯式的由上冠、下環及葉片構成的轉輪的組裝方法的特征在于， 具有在所述下環的轉輪出口側的下環下端部上焊接以放射狀分支的加固構件的工序，所 述下環由以下工序組裝在沿被分割的所述下環的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所 述分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，并且在下環分割線和所述葉片 的交叉部的流水面一側堆焊至流水面的臨時焊接工序、以及將所述交叉部的焊接部研磨整 形至流水面的工序；在焊接有所述加固構件的所述下環、和所述上冠之間插入葉片并在規 定位置上進行臨時焊接從而一體化的工序，所述上冠由以下工序組裝在沿被分割的所述 上冠的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所述分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊 接量進行焊接，并且在上冠分割線和所述葉片的交叉部的流水面一側堆焊至流水面的臨時 焊接工序、以及將所述交叉部的焊接部研磨整形至流水面的工序；在安裝有所述加固構件 的狀態下對所述上冠和所述下環的被臨時焊接的部位以及所述葉片的被臨時焊接的部位 實施主焊接的工序；及在所述焊接部位的研磨整形之后拆下所述加固構件的工序。發明的效果根據本發明，能夠在現場對分割為多個來運輸的上冠或下環分別一體地進行焊接 并組裝時，抑制焊接變形避免大規模的機械加工，在成為較短的分割線的同時消除與葉片 的十字交叉焊接部，從而成為不產生焊接缺陷的上冠或下環。而且，能夠由焊接組裝后的上 冠及下環和多個葉片組裝成不容易變形的轉輪。
圖1是表示本發明的實施方式的現場組裝轉輪的圖，(a)是俯視圖，(b)是主視圖。圖2是表示本發明的實施方式的上冠或下環的焊接坡口部的圖，(a)表示上冠或 下環的分割線的與葉片的交叉部附近以外的坡口部，(b)表示交叉部附近的坡口部，(c)表 示交叉部附近的坡口部的變形例。圖3是表示組裝本發明的實施方式的轉輪的方法中的轉輪的圖，(a)是俯視圖， (b)是主視圖。圖4是表示現有的下環的分割狀態的圖。圖5是表示現有的上冠或下環的分割線的焊接部的圖。符號說明1 上冠；2 下環；3 葉片；4 上冠分割線；4a 上冠分割線的與葉片的交叉部附 近；5 下環分割線；5a 下環分割線的與葉片的交叉部附近；6 加固構件。
具體實施例方式下面，參照
本發明的實施方式。圖1是表示本發明的實施方式的現場組裝轉輪的圖。圖2是表示上冠或下環的焊接坡口部的圖。(a)表示上冠或下環的分割線的與葉 片的交叉部附近以外的坡口部，(b)表示交叉部附近的坡口部，(c)表示交叉部附近的坡口 部的變形例。在圖1中，表示在上冠1和下環2之間焊接組裝有多個葉片3，上冠1和下環2由 于運輸限制而以上冠分割線4和下環分割線5進行2分割的例子。下環2的分割線5與葉 片3交叉。雖然上冠1和下環2從中心向放射方向分割，但是也可以在非放射方向上進行 分割。而且，將上冠1或下環2的分割線的流水面與葉片3交叉的位置及其附近的范圍表 示為交叉部附近4a、5a。在圖2(a)、(b)中，分割線剖面的坡口形狀在分割線整體上于流水面內外對稱，而 且，在交叉部附近4a、5a和交叉部附近4a、5a以外都相同。在現場以單體的方式一體地焊 接組裝被分割的上冠1或下環2時，在分割線整體上以比相對于剖面的全坡口面積的焊接 量少的焊接量例如1/2以下的焊接量進行焊接。S卩，僅在上冠1或下環2的分割線4或5與葉片3的交叉部附近4a或5a的范圍 內堆焊至流水面，之后由研磨機進行整形。據此，由于葉片3與下環分割線5的交叉部的流水面一側被完全焊接并進行了整 形，所以消除了十字交叉焊接部，很難在該部位上產生缺陷，可實現更高品質的焊接，可實 現焊接組裝。另外，也可以在交叉部附近4a或5a以外的范圍內，以比相對于分割線剖面的全坡 口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，之后在交叉部附近4a或5a的范圍內堆焊流水面一 側。在圖2(c)的坡口部的變形例中，交叉部附近4a、5a的坡口形狀為使流水面一側的 坡口面積比外側的坡口面積小。與圖2(b)的情況相比減少了焊接量，在分割線的焊接量 可容納于分割線剖面的坡口面積的1/2以內程度的范圍內堆焊至流水面一側，進行研磨整 形。與圖2(b)的情況相比減少了焊接量，能夠更小地抑制焊接的變形。根據本實施方式，由于可在下環單體的倒置作業或移動等強度上沒有問題地進行 操作的基礎上，將焊接的變形抑制于最小限，所以即使對下環流水面不實施機械加工等精 加工也能夠實現葉片3的組裝，并且在葉片焊接組裝中，葉片3和下環分割線5的交叉部的 流水面一側完全被焊接。由此消除了十字交叉焊接部，則很難在該部位產生缺陷，可實現更高品質的焊接， 即使在現場焊接組裝2分割以上的下環時，對于下環2的分割線5與葉片3交叉的焊接部 也不會產生品質上的問題，可實現焊接組裝。而且，即使將上述的下環2的組裝方法的例子與上冠1置換時，同樣對于上冠1的 分割線4與葉片3交叉的焊接部也不會產生品質上的問題，可實現焊接組裝。然而，像本發明這樣為了抑制對上冠1和下環2的分割線4和5進行現場單體焊接 時的焊接變形而在保持限制了焊接量的狀態下在現場實施葉片焊接組裝時，如上述課題所述，下環2因葉片焊接及剩余的分割線焊接而使轉輪出口側下環下端部附近的變形變大。因此，存在因偏離容許尺寸而導致轉輪組裝變得困難，或者因尺寸或形狀變形而 導致與設計值相差甚遠的情況。為了應對這種情況，采用如下方法。圖3是表示組裝本發明的實施方式的轉輪的方法中的轉輪的圖，(a)是俯視圖， (b)是主視圖。在圖3中，在下環2為2分割以上的情況下焊接葉片組裝前的下環單體時，在下環 2的下端(轉輪出口側)附近的直徑上焊接用于防止下環變形的分支為放射狀的加固構件 6。加固構件6是角鐵或管等構件從中心進行Y分支或分支為4個以上的放射狀的構件。為了將葉片3插入組裝在上冠1和下環2之間，從該加固構件6的間隙等間隔地 插入配置多個葉片3，以等間隔相對于上冠1和下環2對葉片3實施臨時焊接。由于被分割的上冠、下環僅靠上述焊接則變形較大，所以通過臨時焊接葉片3而 使葉片3起到肋的作用來抑制上冠、下環的變形。之后，實施針對處于臨時焊接狀態的上冠、下環的分割線部位的剩余的坡口面積 的主焊接以及葉片3的主焊接。而且，最后在結束焊接部位的研磨整形之后拆下加固構件 6。根據本組裝方法，能夠極力抑制下環下端部的變形。尤其是在大型轉輪等中對分 割為2分割以上的下環進行現場焊接組裝時，能夠消除焊接組裝過程中的因下環下端部的 變形所導致的問題。
權利要求
一種法蘭西斯式轉輪的下環的組裝方法，是由上冠、下環及葉片構成的法蘭西斯式轉輪的下環的組裝方法，其特征在于，具有臨時焊接工序，在沿被分割的所述下環的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所述分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，并且在下環分割線和所述葉片的交叉部的流水面一側堆焊至流水面；及將所述交叉部的焊接部研磨整形至流水面的工序。
2.根據權利要求1所述的法蘭西斯式轉輪的下環的組裝方法，其特征在于，所述下環 的分割線剖面的坡口形狀為使所述流水面一側的面積小于外周面側的面積。
3.—種法蘭西斯式轉輪的上冠的組裝方法，是由上冠、下環及葉片構成的法蘭西斯式 轉輪的上冠的組裝方法，其特征在于，具有臨時焊接工序，在沿被分割的所述上冠的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所述分 割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，并且在上冠分割線和所述葉片的交 叉部的流水面一側堆焊至流水面；及將所述交叉部的焊接部研磨整形至流水面的工序。
4.一種法蘭西斯式轉輪的組裝方法，是法蘭西斯式的由上冠、下環及葉片構成的轉輪 的組裝方法，其特征在于，具有在所述下環的轉輪出口側的下環下端部上焊接以放射狀分支的加固構件的工序，所述 下環由以下工序組裝在沿被分割的所述下環的分割線進行臨時焊接時，以比相對于所述 分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，并且在下環分割線和所述葉片的 交叉部的流水面一側堆焊至流水面的臨時焊接工序、以及將所述交叉部的焊接部研磨整形 至流水面的工序；在焊接有所述加固構件的所述下環、和所述上冠之間插入葉片并在規定位置上進行臨 時焊接從而一體化的工序，所述上冠由以下工序組裝在沿被分割的所述上冠的分割線進 行臨時焊接時，以比相對于所述分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接， 并且在上冠分割線和所述葉片的交叉部的流水面一側堆焊至流水面的臨時焊接工序、以及 將所述交叉部的焊接部研磨整形至流水面的工序；在安裝有所述加固構件的狀態下對所述上冠和所述下環的被臨時焊接的部位以及所 述葉片的被臨時焊接的部位實施主焊接的工序；及在所述焊接部位的研磨整形之后拆下所述加固構件的工序。
全文摘要
本發明提供一種法蘭西斯式轉輪的上冠或下環的組裝方法，其在現場對分割為多個來運輸的上冠或下環分別一體地進行焊接并組裝時，抑制焊接變形避免大規模的機械加工，而且不產生焊接缺陷。具體為，在法蘭西斯式水輪機或法蘭西斯式水泵水輪機的由上冠(1)、下環(2)及葉片(3)構成的轉輪的下環(2)的組裝方法中，具有臨時焊接工序，在沿被分割的下環(2)的分割線進行臨時焊接時，以比相對于分割線剖面的全坡口面積的焊接量少的焊接量進行焊接，并且在與葉片(3)的交叉部附近堆焊至流水面；及將交叉部附近(5a)的焊接部研磨整形至流水面的工序。也同樣地組裝上冠(1)。
文檔編號F03B3/02GK101865068SQ201010167470
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者中原裕輔, 前田有紀子, 榎本保之, 清水光一郎 申請人:株式會社東芝