专利名称：水轮机或水泵水轮机的吸出管的制作方法
技术领域：
本发明涉及水轮机或水泵水轮机的吸出管，特别涉及具有弯曲部的吸出管的形状和构造的改进。
图7表示已往的水力机械的一种、即轴向辐流式水轮机的构造。该水轮机中，高压水从图未示的上池流入蜗壳1，使叶轮2旋转，叶轮2利用主轴3驱动发电机4。从叶轮2流出的水通过吸出管5流到下池6。
吸出管5由吸出管上部5a、弯曲部5b和水平扩大部5c构成。通常，吸出管上部5a的入口断面和出口断面都是圆形。因此，弯曲部5b的入口断面多为圆形断面。水平扩大管5c的断面形状多为矩形。
在吸出管的入口，流体具有 的动能。在低落差的水轮机中，上述动能达到有效落差He的10～20％。因此，把该动能有效地变为压力能是吸出管的重要作用。假定动能只有一半被变换为压力能时，在吸出管产生有效落差的5～10％的损耗。因此，为了提高低落差水轮机的效率，重要的是要制作出损耗少的吸出管。
图7所示的立轴式水轮机中，在吸出管5上有把向下的水流方向变换为水平方向的弯曲部5b，在该弯曲部5b产生的损耗，占吸出管5损耗的大部分。因此，为了制作损耗少的吸出管，如何抑制弯曲部5b的损耗是重要的课题。
图7所示的立轴式水轮机中，如果加大吸出管5的最下部与水轮机中心的垂直方向的距离F(以下称为吸出管深度尺寸)，则用于埋设吸出管的土木挖掘量增加，土木挖掘量增加使得发电站建设费用增高。因此，吸出管不仅要损耗少，也希望吸出管深度尺寸F小。
图8是表示已往吸出管制造方法的图。如该图8所示，吸出管上部5a和弯曲部5b，沿水流方向被分割为若干部分5b1、5b2、5b3…。各部分5b1、5b2、5b3…是从各平板切后被弯曲加工为具有预定的R形状，再焊接组装起来。即，已往的吸出管好象虾外壳那样的构造，焊接段数多，制造成本高。
该构造的吸出管，如图8所示，在流路上存在着与水流直交的焊接线，所以，焊珠从流路壁面突出时，引起水流紊乱而增加了损耗。因此，在焊接后要进行使焊珠部平滑化等的处理，提高了制造成本。
因此，最好尽可能地减少与水流方向直交的焊接线，这样也能降低制造成本。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种高效率低成本的水力机械，其不增加土木挖掘量，而减低吸出管的水流损耗的同时，降低吸出管制造成本。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
水轮机或水泵水轮机的吸出管，具有吸出管上部和弯曲部；上述吸出管上部连接叶轮和出水路，并连接在叶轮出口；上述弯曲部与吸出管上部连接，并且使通过吸出管内的流体的流动方向变化，其特征在于，把用垂直于管路轴线方向的面切断吸出管某部位而得到的断面，称为该部位的垂直方向断面，把包含某垂直方向断面的平面和包含上述弯曲部轴线的平面相交的直线方向，称为该垂直方向断面的纵方向，把与纵方向成直角的方向，称为该垂直方向断面的横方向时，至少从上述吸出管上部与弯曲部的交界开始到上流侧预定范围内垂直方向断面的断面积，随着离叶轮出口的距离变大而增加，并且，上述预定范围内的垂直方向断面的宽度的纵方向增加比例，比横方向增加比例少。
所述的吸出管，其特征在于，上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部与上述弯曲部的交界处的垂直方向断面，是以横方向为长轴、以纵方向为短轴的椭圆形。
所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部与上述弯曲部的交界处的上述垂直方向断面，具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的。
所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度是一定的，与距叶轮出口的距离无关；上述预定区域具有在横方向彼此相向的一对侧面，该一对侧面的断面，是由将圆形直管分割成2部分而得到的部件形成的。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的垂直方向断面的轮廓，与距叶轮出口的距离无关，具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对半圆对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面；上述一对第1侧面间的间隔是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第2侧面，是由将圆形断面管沿其轴线方向分割而得到的部件形成的。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第1侧面，是由将平板弯曲加工得到的部件形成的。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的垂直方向断面，与距叶轮出口的距离无关，其轮廓是由沿横方向延伸的一对直线、和分别与该一对直线的两端连接的一对曲线组合而成，并且，上述弯曲部的垂直方向断面的横方向宽度，比纵方向宽度大；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对曲线对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第2侧面，是由若干部件接合而形成的，该若干部件是将圆形断面管沿着与其轴线交叉的方向切断而得到的。
所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第1侧面，是由将平板沿若干弯折线弯折成的部件形成的。
先说明什么样的吸出管能抑制弯曲部的损耗。这里，以已往的吸出管为例，考察图9所示的单纯化吸出管。该单纯化吸出管中，吸出管上部5a是单纯圆形断面的扩大管(朝下侧渐渐扩开的圆锥台形状的管)，其入口断面是直径为De的圆，出口断面是直径为1.41×De的圆。为了减低弯曲部5b的损耗，在这里，弯曲部5b是断面积一定的圆形断面弯曲管。其弯曲半径R是1.41×De。另外，水平扩大管5c的断面是从直径为1.41×De的圆形断面渐渐变化为矩形断面。
表1中表示在各种弯曲管产生的损耗的全损耗系数ζ(引自日本机械学会编技术资料管路·通道的流体阻力P74的表4.18)，表1附后。
在弯曲部产生的损耗ΔH，用ΔH＝ζ×V2/2g表示(V是弯曲管入口的断面平均流速)。因此，产生的损耗的大小，取决于该表的全损耗系数ζ的大小。
从该表中最先可知，无论何种断面形状，弯曲的半径比R/a(或R/(b/2))越大，损耗越小。但是，R增大时，图7所示吸出管的深度尺寸F就增大，所以，埋设吸出管的土木挖掘量增加。另外，上述图9所示的吸出管的弯曲部5b的半径比R/a，由于a＝De/2，所以，相当于2.0。
关于弯曲管断面形状的影响，正方形断面的弯曲管，比圆形断面的弯曲管损耗少。另外，h/b的比为2的长方形断面弯曲管，比正方形断面弯曲管损耗少。
表2表示对以上点进行定量计算的结果。
表2弯曲半径一定的弯曲管的全损耗系数ξ
该计算中，对3种断面的弯曲管，根据表1的值计算了全损耗系数ζ。无论对何种断面，都将入口断面积定为πa02，弯曲半径R为圆形断面弯曲管的入口半径的2倍(即R＝2×a0)。结果，圆形断面的ζ可从表1的R/a＝2中求出，得到ζ＝0.246。另外，正方形断面，设其入口断面积为πa02时，由于一边的长度为1.77×a02(＝π1/2a0)，所以式1R/(b/2)=2a01.77a0/2=2.26]]>从表1内插损耗系数时，
式20.229(=0.241+(0.147-0.241)(4-2)×(2.26-2))]]>该值比圆形断面弯曲管的损耗系数小约7％。
下面，定量地说明损耗系数减小后的效果。即，设相对于吸出管入口动能的有效落差H的比例为15％，从吸出管入口到吸出管上部，其1/2被变换为压力能，设相对于弯曲部入口动能的有效落差的比例是7.5％时(即，在吸出管上部，面积增大1.41倍，流速成为1/1.41，相对于动能有效落差的比例为V2/(2gH)＝0.075)，圆形断面弯曲管的损耗ΔH，相对于水轮机效率形成ΔH/H＝0.246×7.5％＝1.85％的损耗。另一方面，正方形断面弯曲管损耗ΔH/H＝0.229×7.5％＝1.72％。正方形断面弯曲管，水轮机整体效率可提高0.13％。
在h/b＝2的长方形时，式3为h/b=2=2a01.25a0/2=3.20]]>从表1内插损耗系数时，成为式40.160(=0.227+(0.115-0.227)(4-2)×(3.2-2))]]>损耗系数更小。
这时，相对于水轮机效率，形成ΔH/H＝0.16×7.5％＝1.2％的损耗。圆形断面弯曲管能提高0.65％的水轮机整体效率。
如上所述，(1)弯曲部的损耗，受弯曲半径R的影响，从减低损耗的观点考虑，半径R越大越好，但是，从减少土木挖掘量的观点考虑，半径R越小越好。(2)弯曲部入口的面积一定时，弯曲方向(纵方向)的断面宽度(前述的b)应尽量小，相应地，与其直交方向(横方向)的断面宽度如果大，则可减小在弯曲部产生的损耗。
本发明根据上述见解，使水轮机或水泵水轮机的吸出管的形状和构造最佳化。本发明的水轮机或水泵水轮机的吸出管，具有吸出管上部和弯曲部；上述吸出管上部连接叶轮和出水路，并连接在叶轮出口；上述弯曲部与吸出管上部连接，并且使通过吸出管内的流体的流动方向变化；其特征在于，把用垂直于管路轴线方向的面切断吸出管某部位而得到的断面，称为该部位的垂直方向断面，把包含某垂直方向断面的平面和包含上述弯曲部轴线的平面相交的直线方向，称为该垂直方向断面的纵方向，把与纵方向成直角的方向，称为该垂直方向断面的横方向时，至少从上述吸出管上部与弯曲部的交界开始到上流侧预定范围内垂直方向断面的断面积，随着离叶轮出口的距离变大而增加，并且，上述预定范围内的垂直方向断面的宽度的纵方向增加比例，比横方向增加比例少。
根据本发明，可以使弯曲部入口的断面横方向宽度比纵方向大，抑制吸出管的深度的增加，降低吸出管的损耗。
上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度可以是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
上述吸出管上部的叶轮出口侧，也可以存在上述预定区域以外的区域，这时，该预定区域以外的区域，其垂直方向断面的断面积随着远离叶轮出口而渐渐增加，并且，是垂直方向断面的宽度的纵方向增加比例，与横方向增加比例相等的圆锥台状。这样，与从叶轮流出的流体的匹配性好。
上述吸出管上部与上述弯曲部交界处的垂直方向断面，可以是以横方向为长轴、以纵方向为短轴的椭圆形。另外，上述吸出管上部与上述弯曲部的交界处的上述垂直方向断面，可以具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的。这时，上述预定区域的最上流侧部位的垂直方向断面可以是圆形。
另外，上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度可以是一定的，与距叶轮出口的距离无关；这时上述预定区域具有在横方向彼此相向的一对侧面，该一对侧面的断面，是由将圆形直管分割成2部分而得到的部件形成的。根据该构造，可使吸出管的制作容易化。
另外，上述弯曲部的垂直方向断面的轮廓，与距叶轮出口的距离无关，可以具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对半圆对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面；上述一对第1侧面间的间隔是一定的，与距叶轮出口的距离无关。根据该构造，可以使水平方向和垂直方向的土木挖掘量平衡。
这时，上述弯曲部的第2侧面，可以由将圆形断面管沿其轴线方向分割而得到的部件形成。另外，上述弯曲部的第1侧面，可以由将平板弯曲加工得到的部件形成。根据该构造，可以使吸出管的制造容易化。
另外，上述弯曲部的垂直方向断面，与距叶轮出口的距离无关，其轮廓是由沿横方向延伸的一对直线、和分别与该一对直线的两端连接的一对曲线组合而成，并且，上述弯曲部的垂直方向断面的横方向宽度，比纵方向宽度大；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对曲线对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面。
这时，上述弯曲部的第2侧面，是由若干部件接合而形成的，该若干部件是将圆形断面管沿着与其轴线交叉的方向切断而得到的。另外，上述弯曲部的第1侧面，可以由将平板沿若干弯折线弯折成的部件形成。根据该构造，可以使吸出管的制造容易化。
另外，这时，上述一对第1侧面间的距离可以是一定的，与距叶轮出口的距离无关。根据该构造，可以使水平方向和垂直方向的土木挖掘量平衡。
另外，虽然在日本特开昭42-3645号公报“水轮机或泵的吸出管”中，公开了把吸出管的弯曲部入口断面做成为正方形或矩形断面的方案，但该方案的目的是降低制造成本，而未考虑到降低弯曲部的损耗。如前所述，虽然只要把弯曲部的入口断面从圆形断面变成正方形断面，就可以减少挖掘深度或流动损耗，但是，如果改变断面的纵横比，则其效果更大。本发明的目的是，改变弯曲部的入口断面的纵横尺寸比，减少流动损耗，其作用效果与特公昭42-3645号公报公开的方案不同。
另外，日本特开平2-157481号“弯曲流道”中，为了减少弯曲部的流动损耗，揭示了弯曲部的断面积变化方法和弯曲部流到宽度的决定方法，但是，如上述表2所示，对弯曲流路损耗有大影响的2个因素是，弯曲半径R与流到纵方向宽度b的比、以及断面横方向宽度h与b的比，特开平2-157481号公开的断面积变化和弯曲部流到宽度的影响，比上述2个因素小。总之，特开平2-15741号的方法与本发明的方法，虽然有共同的目的即减少弯曲部的流动损耗，但作用效果不同。
本发明的效果根据本发明，可以减少吸出管的损耗、降低制造成本、减少土木挖掘量等，从而可提供成本低、效率高的水力机械。
以下参照附图详细本发明的实施例。
图1是表示本发明第1实施例之水力机械的吸出管的图。
图2是表示本发明第2实施例之水力机械的吸出管的图。
图3是表示本发明第3实施例之水力机械的吸出管的图。
图4是表示本发明第4实施例之水力机械的吸出管的图。
图5是表示本发明第5实施例之水力机械的吸出管的图。
图6是表示本发明第6实施例之水力机械的吸出管的图。
图7是表示已往的水力机械的构造和吸出管的图。
图8是表示已往的吸出管的制作方法的图。
图9是表示已往的吸出管形状的图。
下面，参照
本发明的实施例。
〔第1实施例〕先参照图1说明第1实施例。图1是表示本发明第1实施例的吸出管形状的图。图1中，与图7相同的构成要素注以相同标记。
吸出管5由吸出管上部5a、水平扩大部5c和弯曲部5b构成。吸出管上部5a垂直地与叶轮出口(图1中未示出)连接。水平扩大管5c呈水平状，朝向下流侧断面增大。弯曲部5b的两端分别连接着吸出管上部5a和水平扩大部5c。在吸出管5内流动的流体(水)，在弯曲部5b其流动方向从垂直方向变换为水平方向。
在下面的说明中，把吸出管5的某部位被垂直于该管路轴线(中心线)方向的面切断得到的断面，称为在该部位的“断面”(为防止与用其它方法得到的断面混同，特别将其称为“垂直方向断面”)，并且，把包含某断面的平面与包含上述弯曲部轴线的平面(由于弯曲部轴线是曲线，所以该平面是唯一的)相交的直线方向，称为该断面的“纵方向”，把与纵方向成直角的方向，称为该断面的“横方向”。
越远离入口即叶轮出口，吸出管上部5a的断面的面积越大。而且，吸出管上部5a的断面的纵方向和横方向宽度的关系是，纵方向的宽度的增加率，比横方向宽度的增加率小。
结果，吸出管上部5a的入口、即叶轮出口侧的上端部断面是圆形，而吸出管上部5a和弯曲部5b的连接部即弯曲部5b的入口的断面形状，是以纵方向为短轴、以横方向为长轴的椭圆形。
另外，弯曲部5b的断面形状，从其入口到出口(水平扩大部5c与弯曲部5b的连接部)不变，是一定的。
下面，与图9所示的已往吸出管(该吸出管的吸出管上部5a具有渐渐扩径的圆形断面)相比较，说明本实施例的吸出管的效果。另外，为了进行比较，将两者的吸出管上部5a的入口断面积和弯曲部5b的入口断面积设为相同。
本实施例的吸出管5中，将弯曲部5b的入口面积与图9所示吸出管同样地设定为π×De2/2时，则可以将弯曲部5b的入口断面形状设定为短轴长度是1.1×De、长轴长度是1.8×De(De是吸出管上部5a的入口断面直径)的椭圆(见图1)。
如果弯曲部5b的断面纵方向宽度b与弯曲部半径R的比(以下称为R/b比)相同，则弯曲部5b的损耗系数约相等(见上述表1和表2)。图9所示已往吸出管的弯曲部半径R是1.41×De，弯曲部5b的断面纵方向宽度b是1.41×De，所以，R/b比是1.0。
因此，如果使本实施例中的弯曲部5b的R/b比与图9所示的已往的吸出管的R/b比相同，则第1实施例吸出管5的弯曲部5b的弯曲半径R(弯曲部5b的轴线半径)成为1.1×De，弯曲部5b的弯曲半径R比已往吸出管的小。因此，图1所示本实施例的吸出管中，吸出管5的深度尺寸F可减小(1.41-1.1)×1.5×De＝0.465×De，而可减小埋设吸出管5的土木挖掘量。大型的轴向辐流式水轮机中，De约为10m左右。这时，挖掘深度可以浅5m左右，其效果显著。
另外，由于弯曲部5b的断面形状是椭圆，椭圆的纵横比比圆形接近于长方形，所以，将椭圆的长轴放在横方向，可减低全损耗系数(见表1)，可减低弯曲部5b内的流动损耗。
另外，与已往吸出管同样的深度尺寸F时，吸出管上部5a的长度比图1的情况更加长，随之，弯曲部5b的入口断面的纵方向宽度加大。弯曲部的弯曲半径R，与该纵方向宽度加大的程度相应地，成为1.2～1.3×De，可以比图1的π×De2/2更加大弯曲部5b的入口面积。因此，弯曲部入口的流速减小，即使在弯曲部5b的损耗系数相同，也能减低在弯曲部产生的流动损耗。因此，在土木挖掘量相同的情况下，可减少整个低吸出管的损耗。
这样，根据本实施例，可以用更浅的土木挖掘量实现与已往吸出管同等程度的性能。在相同土木挖掘量的情况下，可比已往的吸出管减低流动损耗。〔第2实施例)下面参照图2说明第2实施例。图2表示本发明第2实施例吸出管的形状。第2实施例与第1实施例的不同点是，吸出管上部5a由叶轮出口侧的第1扩大部5a1和第2扩大部5a2构成，该第2扩大部5a2与连接第1扩大部5a1的弯曲部5b连接。其它构造与第1实施例相同。
第1扩大部5a1具有扩开成锥形的圆锥台形状。即，第1扩大部5a1的断面是圆形，该圆的半径是越远离叶轮越大。
第2扩大部5a2的断面，仅在扩大部5a2入口是圆形，从扩大部5a2入口朝着下流侧，仅横方向宽度渐渐增大(断面的纵方向宽度一定)。因此，第2扩大部5a2的入口以外的断面，是横方向宽度比纵方向宽度大的椭圆。
本实施例的吸出管5中，设弯曲部5b的入口面积与图8的吸出管同样地为π×De2/2时，第1扩大部5a1和第2扩大部5a2的形状尺寸，例如如图2所示，第1扩大部5a1是入口断面为直径De的圆形，出口为直径1.1×De的圆形。第2扩大部5a2是入口断面为直径1.1×De的圆，出口断面是短轴长度为1.1×De、长轴长度为1.8×De的椭圆。
本实施例中，与第1实施例中所述同样的理由，与已往的吸出管相比，在相同流动损耗时，弯曲部的半径比已往的吸出管小，吸出管的深度尺寸减小，用于埋设吸出管的土木挖掘量减少。
尤其是，在本实施例中，吸出管上部5a的入口附近是锥状的圆管，同芯的圆形断面相连，所以，从叶轮流出的水流和其的匹配比第1实施例的吸出管好，更减低吸出管上部内的流动损耗。另外，由于同芯，吸出管上部5b的制造也比第1实施例的容易。〔第3实施例〕下面，参照图3说明第3实施例。图3是表示本发明第3实施例吸出管形状的图。第3实施例与第2实施例的不同点是，吸出管上部5a的第2扩大部5a2的形状不同、以及随着第2扩大部5a2的形状变更，变曲部5b的形状也被变更了。其它与第2实施例略同。
如图3所示，第2扩大部5a2的入口断面是圆形，第2扩大部5a2的出口即弯曲部5b的入口的断面，其轮廓为长圆形，该长圆形由沿横方向延伸的相互平行的一对直线和连接各直线端部的一对半圆构成。
弯曲部5b的垂直方向断面的形状和尺寸是一定的，与距叶轮出口的距离无关。因此，弯曲部5b的纵方向两侧侧面(用各垂直方向断面的轮廓的直线部分的集合表示)，分别是2次曲面，并且2次曲面间的距离是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
本实施例中，由于弯曲部5b的入口的垂直方向断面不是椭圆，而是长圆形，所以，在与吸出管上部的断面形状的连接的平滑性和制造的容易性方面，比第1及第2实施例好。
另外，本实施例的吸出管5中，如果弯曲部5b的入口面积与图9所示吸出管同样地为π×De2/2，则如图3所示，第2扩大部5a2的入口断面是直径为1.1×De的圆，第2扩大部5a2的出口即弯曲部5b的入口断面，是纵方向的宽为1.1×De、横方向的宽为1.66×De、半圆的半径为0.55×De的长圆。
因此，吸出管的从叶轮方向看时的弯曲部的横方向宽度是1.66×De，比第1及第2实施例的吸出管的宽度(＝1.8×De)小。因此，深度方向的挖掘量虽然与第1及第2实施例相同，但如果也包含水平方向的挖掘量时，本实施例的吸出管为最少。
本实施例中，与在第1实施例中所述同样的理由，与已往的吸出管相比，在相同流动损耗下，弯曲部的半径比已往的吸出管小，吸出管的深度尺寸F减小，用于埋设吸出管的土木挖掘量可减少。〔第4实施例〕下面，参照图4说明第4实施例。图4是表示本发明第4实施例吸出管的图。本实施例的吸出管5的形状，与第2实施例中的基本相同。但是，本实施例的吸出管的弯曲部5，由具有下述特征的部件构成。
弯曲部5b中的、构成在横方向彼此相向两侧面的部件5f、5g，分别由将弯曲半径为R(R是圆形弯头的轴线的弯曲半径)的圆形弯头分割为2部分的部件形成。另外，在弯曲部5b中的、构成在纵方向彼此相向两侧面的部件5d、5e，由板材(该板材作为圆筒周面的一部分)构成。部件5d、5e分别作为半径R+r、半径R-r(R是圆形弯头的轴线的弯曲半径，r是圆形弯头的圆形断面的半径)的圆筒周面的一部分。
如图4所示，部件5d、5e隔开预定间隔地配置在横方向。部件5d、5e从纵方向两侧被部件5f、5g挟住，通过焊接与部件5f、5g接合。部件(曲面)5d、5c的距离从弯曲部5b的入口到出口是一定的。
根据本实施例，由于部件5f、5g可以将圆形弯头分隔成2部分而形成，所以制作容易。由于部件5d、5e是形成圆筒周面一部分的单纯的形状，所以，可容易地将平板弯曲加工而成形。因此，可容易地制作弯曲部5b。
根据本实施例，由于不存在图8所示已往吸出管那样的与水流直交的焊接线，所以，可消除因焊珠突出而引起的损耗，可提供低流动损耗的吸出管。
另外，弯曲部5b的弯曲半径R为一定时，可通过加工市售的弯头管来制作部件5f、5g，所以可降低制作成本。
另外，即使弯曲部5b的弯曲半径R不是一定时，也可用基于本实施例方法的方法，制作弯曲部5b。即，该情况时，虽然不能采用上述市售的弯头管，但如果断面半径一定，则可在将市售的直管弯曲加工后，再将其分割成2部分，这样制成部件5f、5g，部件5d、5e与部件5f、5g对应地，可通过对平板弯曲加工容易地成形。因此，这种情况下也能降低制作成本。
根据本实施例，可提供损耗少、制作成本低的吸出管。〔第5实施例〕下面，参照图5说明第5实施例。图5是表示本发明第5实施例吸出管的图。该例中，吸出管5的弯曲部5b的构造与第4实施例相同。本实施例吸出管上部5a的构造，与第3实施例吸出管上部5a相同，由具有圆形断面的锥状第1扩大部5a1和第2扩大部5a2二个部分构成。
如图5所示，第2扩大部5a2的横方向侧面，由把圆管分割成2部分而得到的部件5a2-1和部件5a2-2构成，其间由三角形平板状部件5a2-3和部件5a2-4构成。
由于用上述那样分割的若干部件构成第2扩大部5a2，所以，第2扩大部5a2的制作容易，可降低制作成本。
另外，由于第2扩大部5a2的圆断面的半径和弯曲部5b侧面的圆断面半径相同，所以，沿吸出管内水流的断面形状无显著变化，可降低流动损耗。〔第6实施例〕下面，参照图6说明第6实施例。图6是表示本发明第6实施例吸出管的制作方法的图。
本实施例的吸出管5的吸出管上部5a和弯曲部5b的形状尺寸中，弯曲部5b的垂直方向断面的横方向宽度不是一定的，而是朝着下流侧渐渐增大，除了这一点外，其余与图4所示第4实施例相同。
弯曲部5b的两侧面，是由把圆形断面直管分割为2部分的若干部件组合而成的。图6中，标记5b1、5b2、5b3、…、5b12所示的部件，是将圆形断面直管分割成2部分而得到的部件。
弯曲部5b的内侧面和外侧面，分别由单一的部件5bU和部件5bL形成。部件5bU和部分5bL，在与相邻部件5b1、5b2、5b3、…、5b12间的接缝对应的部位被弯折，由若干平面构成。
这些部件5b1、5b2、5b3、…、5b12及5bU、5bL，通过焊接相互接合。因此，部件5b1、5b2、5b3、…、5b12象虾的外壳那样沿流水方向相互连接着。部件5b1～5b12的部件相接断面，不是象原来的圆形断面直管那样垂直，而是倾斜的。
本实施例的吸出管中，弯曲部5b的入口断面形状，与本发明第3实施例相同，弯曲部的内侧面和外侧面(在横方向彼此相向的面)间的距离，与第4实施例同样是一定的，所以，与第3及第4实施例同样地，可比已往的吸出管减低流动损耗。另外，损耗相同时，所需的吸出管深度尺寸F比已往吸出管的浅，可减少土木挖掘量。
图9所示已往的吸出管的制作方法中，为了形成各个部件5b1、5b2、…，必须求出展开成平面的形状，从平板中切出这些形状，再实施弯曲加工。而本实施例中，只要准备切断圆管得到的部件和将平板弯折加工后的部件即可，所以制造容易，可实现低成本和缩短工期。尤其是，在部件5bL和5bU上虽然具有与水流方向直交的折线，但没有焊珠那样的与水流直交的突起，所以，流动损耗比图8所示已往的吸出管小。另外，在所需圆管的尺寸方面，由于可采用市售的直管，所以，制造更加容易，可减低成本和缩短工期。
采用本实施例的构造，可以使弯曲部5b的流路宽度变化，加大设计自由度，所以，与第4实施例的构造相比，适用范围更广泛。
本发明的效果如上所述，根据本发明，可以减少吸出管的损耗、降低制造成本、减少土木挖掘量等，从而可提供成本低、效率高的水力机械。
表1圆形和长方形断面的全损耗系数
权利要求
1.水轮机或水泵水轮机的吸出管，具有吸出管上部和弯曲部；上述吸出管上部连接叶轮和出水路，并连接在叶轮出口；上述弯曲部与吸出管上部连接，并且使通过吸出管内的流体的流动方向变化，其特征在于，把用垂直于管路轴线方向的面切断吸出管某部位而得到的断面，称为该部位的垂直方向断面，把包含某垂直方向断面的平面和包含上述弯曲部轴线的平面相交的直线方向，称为该垂直方向断面的纵方向，把与纵方向成直角的方向，称为该垂直方向断面的横方向时，至少从上述吸出管上部与弯曲部的交界开始到上流侧预定范围内垂直方向断面的断面积，随着离叶轮出口的距离变大而增加，并且，上述预定范围内的垂直方向断面的宽度的纵方向增加比例，比横方向增加比例少。
2.如权利要求1所述的吸出管，其特征在于，上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
3.如权利要求1或2所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部与上述弯曲部的交界处的垂直方向断面，是以横方向为长轴、以纵方向为短轴的椭圆形。
4.如权利要求1或2所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部与上述弯曲部的交界处的上述垂直方向断面，具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的。
5.如权利要求4所述吸出管，其特征在于，上述吸出管上部中的上述预定区域的垂直方向断面的纵方向宽度是一定的，与距叶轮出口的距离无关；上述预定区域具有在横方向彼此相向的一对侧面，该一对侧面的断面，是由将圆形直管分割成2部分而得到的部件形成的。
6.如权利要求1或2所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的垂直方向断面的轮廓，与距叶轮出口的距离无关，具有长圆形状，该长圆形状的轮廓是由沿横方向延伸的一对直线和一对半圆组合而成的；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对半圆对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面；上述一对第1侧面间的间隔是一定的，与距叶轮出口的距离无关。
7.如权利要求6所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第2侧面，是由将圆形断面管沿其轴线方向分割而得到的部件形成的。
8.如权利要求6所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第1侧面，是由将平板弯曲加工得到的部件形成的。
9.如权利要求1或2所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的垂直方向断面，与距叶轮出口的距离无关，其轮廓是由沿横方向延伸的一对直线、和分别与该一对直线的两端连接的一对曲线组合而成，并且，上述弯曲部的垂直方向断面的横方向宽度，比纵方向宽度大；上述弯曲部中的与上述一对直线对应的部位，构成在纵方向彼此相向的一对第1侧面，上述弯曲部中的与上述一对曲线对应的部位，构成在横方向彼此相向的一对第2侧面。
10.如权利要求9所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第2侧面，是由若干部件接合而形成的，该若干部件是将圆形断面管沿着与其轴线交叉的方向切断而得到的。
11.如权利要求9所述吸出管，其特征在于，上述弯曲部的第1侧面，是由将平板沿若干弯折线弯折成的部件形成的。
全文摘要
本发明公开了一种水轮机或水泵水轮机的吸出管。本发明的目的是提高水力机械的效率,降低成本。在吸出管上部5a中的、从与弯曲部5b的交界起往上流侧的预定范围5a2内的垂直方向断面积,随着越远离叶轮出口而渐渐增加,并且,上述预定范围内的垂直方向断面的宽度的纵方向宽度是一定的,弯曲部5b中垂直方向断面的横方向宽度比纵方向宽度大。这样,可减少弯曲部5b中的损耗,并减少土木挖掘量。
文档编号F03B11/00GK1297108SQ0013391
公开日2001年5月30日 申请日期2000年11月17日 优先权日1999年11月18日
发明者杉下怀夫, 大竹典男 申请人:东芝株式会社