JP2009244237A - Abrasion testing method and abrasion testing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水利構造物の躯体を構成する材料を試験体としてその摩耗度合いを判定するための摩耗試験方法及び摩耗試験装置に関するものである。 The present invention relates to a wear test method and a wear test apparatus for determining the degree of wear of a material constituting a casing of a water utilization structure as a test body.
例えば、水路等の水利構造物の躯体を構成するコンクリート板等の材料は水流によって表面が時間の経過と共に摩耗し、表面に凹凸が発生して通水性能が低下する。この材料の摩耗による水利構造物の通水性能の低下を予測し、水利構造物の耐用年数等を予め把握しておくことが望まれている。このため、水利構造物の躯体を構成する材料の摩耗試験が従来から行われている。 For example, the surface of a material such as a concrete plate constituting a casing of a water conserving structure such as a water channel is worn with the passage of time due to water flow, and unevenness is generated on the surface, resulting in a decrease in water flow performance. It is desired to predict the deterioration of the water flow performance of the irrigation structure due to the wear of the material and to grasp the service life of the irrigation structure in advance. For this reason, the abrasion test of the material which comprises the casing of a water use structure is performed conventionally.
従来の摩耗試験には、試験体にこれよりも硬度の高いサンドペーパーや砥石等の研摩材を押し付けながら摩擦摺動させ、試験体の質量の減少量を計測することによって該試験体の摩耗の程度を判定するもの(特許文献1参照)、固定された試験体に固形物を圧搾空気によって噴射し、試験体の質量の減少量を計測することによって該試験体の摩耗の程度を判定するものが知られている(特許文献2参照)。 In the conventional abrasion test, the specimen is worn by pressing a polishing material such as sandpaper or a grindstone, which is harder than this, against friction, and measuring the decrease in the mass of the specimen. Determining the degree (see Patent Document 1), determining the degree of wear of the specimen by injecting solid material onto the fixed specimen with compressed air and measuring the decrease in the mass of the specimen Is known (see Patent Document 2).
しかしながら、上記摩耗試験では、試験体よりも硬質の研摩材によって試験体の摩耗を促進させる方法が採用されているため、試験体の材質とは無関係に均等に摩耗が生じ、水路等の実際の水利構造物で実際に発生している材料の凹凸として現れる劣化現象を摩耗試験によって忠実に再現することができないという問題があった。 However, in the above wear test, a method of promoting the wear of the test body with an abrasive that is harder than the test body is employed, so that wear occurs evenly regardless of the material of the test body, and the actual water channel or the like There has been a problem that the deterioration phenomenon that appears as the unevenness of the material actually generated in the irrigation structure cannot be faithfully reproduced by the wear test.
そこで、特許文献3には、試験体を回転手段に装着し、この回転手段を駆動手段によって回転駆動しながら、水噴射手段によって試験体に水流を噴射し、水流によって試験体の摩耗を促進させてその摩耗状態を再現するようにした摩耗試験方法と摩耗試験装置が提案されている。
しかしながら、実際に水路等の水利構造物には常に純粋な水が流れている訳ではなく、流水中には砂やごみ等の異物が混入していることが多く、特に材料の摩耗を促進させる要因は流水中に混入して流れる砂であった。 However, in practice, pure water does not always flow through water structures such as waterways, and foreign materials such as sand and dust are often mixed in the flowing water. The cause was sand flowing in the running water.
従って、特許文献3において提案された摩耗試験のように水流を試験体に噴射するものでは、材料の実際の摩耗状態を再現することができず、得られる摩耗試験結果は実際の摩耗状態を正確に示すものではない可能性があった。
Therefore, when the water flow is jetted onto the specimen as in the wear test proposed in
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、試験体の摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することによって実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the purpose of the present invention is to accurately evaluate the wear characteristics of the actual material by testing the wear of the test specimen in a state close to the actual wear state. An object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus that can be used.
上記目的を達成するため、請求項1記載の摩耗試験方法は、試験体を回転させながら、該試験体に砂混入圧力水を所定時間だけ噴射した後に該試験体の摩耗度合いを判定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the wear test method according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、材質の異なる複数の試験体を同時に回転させながら、これらの試験体に砂混入圧力水を同時間だけ噴射した後、これらの試験体の摩耗度合いを比較判定することを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記試験体に噴射された砂混入圧力水を回収して再利用することを特徴とする。
The invention described in
請求項4記載の摩耗試験装置は、試験体を取り付けて回転する回転体と、該回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体に取り付けられて回転体と共に回転する前記試験体に向かって砂混入圧力水を噴射する噴射手段を含んで構成されることを特徴とする。
The wear test apparatus according to
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記砂混入圧力水を循環させる閉ループを設けたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, a closed loop for circulating the sand mixed pressure water is provided.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記噴射手段によって前記試験体に噴射された後の砂混入水を回収して砂と水に分離する分離手段と、該分離手段によって分離された砂を回収する砂回収手段と水を回収する水回収容器と、該水回収容器に回収された水を加圧する加圧手段と、前記砂回収手段から供給される砂と前記加圧手段によって加圧された加圧水とをミキシングして得られる砂混入圧力水を前記試験体に向かって噴射する噴射ノズルを前記閉ループに設けたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the separation means for collecting the sand-mixed water after being sprayed onto the test body by the spraying means and separating it into sand and water, and the separation means. Sand recovery means for recovering the separated sand, water recovery container for recovering water, pressure means for pressurizing the water recovered in the water recovery container, sand supplied from the sand recovery means, and the pressurization An injection nozzle for injecting sand-mixed pressure water obtained by mixing with pressurized water pressurized by the means toward the test body is provided in the closed loop.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記水回収容器に回収された水の一部を抽出して前記分離手段に圧送することによって該分離手段に溜った砂を撹拌する撹拌手段を設けたことを特徴とする。
The invention according to
請求項8記載の発明は、請求項6又は7記載の発明において、前記水回収容器に給水パイプと排水パイプを接続し、該給水パイプと排水パイプによって水回収容器内の水の少なくとも一部を交換することによって水温を調整することを特徴とする。
The invention according to
請求項1及び4記載の発明によれば、材料の摩耗を促進させる主要因である砂を混入した砂混入圧力水を試験体に噴射して該試験体の摩耗度合いを判定するようにしたため、試験体の摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。
According to the inventions of
請求項2記載の発明によれば、材質の異なる複数の試験体に対して摩耗試験を同時に行うことができ、異種の複数の試験体の摩耗度合いを比較判定することができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to simultaneously perform a wear test on a plurality of specimens of different materials, and to compare and determine the degree of wear of a plurality of different specimens.
請求項3,5及び6記載の発明によれば、砂混入圧力水を閉ループで循環させて再利用するようにしたため、水と砂の使用量が最小限に抑えられ、試験コストを低く抑えることができる。 According to the third, fifth and sixth aspects of the invention, the pressure water mixed with sand is circulated in a closed loop and reused, so that the amount of water and sand used can be minimized and the test cost can be kept low. Can do.
請求項7記載の発明によれば、水回収容器に回収された水の一部を抽出して分離手段に圧送することによって該分離手段に溜った砂を撹拌するようにしたため、分離手段の砂による目詰まりが防がれるとともに、砂回収手段への砂の回収をスムーズに行うことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the sand collected in the separation means is stirred by extracting a part of the water collected in the water collection container and pumping it to the separation means. The clogging by the sand can be prevented, and the sand can be collected smoothly to the sand collecting means.
請求項8記載の発明によれば、砂混入圧力水を試験体に噴射する摩耗試験を長時間に亘って行うと水温が次第に上昇するが、水回収容器に接続された給水パイプと排水パイプを用いて水回収容器内の水の少なくとも一部を交換することによって水温を略一定に保つことができるため、実際に近い摩耗条件を再現することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the water temperature gradually rises when a wear test for injecting sand-mixed pressure water onto the test body is performed over a long period of time, but the water supply pipe and the drain pipe connected to the water recovery container are connected to each other. By using at least a part of the water in the water recovery container, the water temperature can be kept almost constant, so it is possible to reproduce the actual wear conditions and accurately evaluate the wear characteristics of the actual material. can do.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る摩耗試験装置の基本構成図、図2は同摩耗試験装置の噴射ノズル部の内部構造を示す側断面図である。 FIG. 1 is a basic configuration diagram of a wear test apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view showing an internal structure of an injection nozzle portion of the wear test apparatus.
図1に示す摩耗試験装置において、1は水回収容器である水槽であって、その内部は分離壁2によって室S1と室S2とに区画されている。そして、水槽1の室S1内には分離手段としてのホッパ型ストレーナ3の下半部が収容され、該ホッパ型ストレーナ3の下部中心からは排水パイプ4が水槽1の底面を貫通して下方へ延びており、該排水パイプ4の端部にはバルブV1が接続されている。又、水槽1の上部には給水パイプ5が接続されており、この給水パイプ5は水槽1内の室S1の上部に開口している。
In the wear test apparatus shown in FIG. 1,
ホッパ型ストレーナ3の内部には、回転体としての回転ドラム6が回転可能に収容されており、この回転ドラム6の外周には、材質の異なるコンクリート板やプラスチック板等の複数の試験体Wが取り付けられている。そして、この回転ドラム6を支持する水平な回転軸7はホッパ型ストレーナ3を貫通してこれの外部に突出しており、その端部には駆動手段としてのモータ8が接続されている。尚、モータ8の回転速度はインバータ等によって任意に調整可能である。
A rotating drum 6 as a rotating body is rotatably accommodated in the
又、ホッパ型ストレーナ3の内部の前記回転ドラム6の上方には噴射ノズル9が配置されており、ホッパ型ストレーナ3外であって噴射ノズル9の上方には、砂回収手段である砂混入水投入ホッパ10が配設されている。そして、この砂混入水投入ホッパ10の周囲にはオーバーフロー水受け11が設けられており、該オーバーフロー水受け11の下部から垂直下方に延びるオーバーフローパイプ12は、ホッパ型ストレーナ3の上壁を貫通してその内部に臨んでおり、その下端はホッパ型ストレーナ3内の底部に開口している。尚、オーバーフローパイプ12の途中にはバルブV2が設けられている。
An
ところで、ホッパ型ストレーナ3内の底部にはサンドポンプP1が配置されており、このサンドポンプP1の吐出側から延びる砂混入水パイプ13は、ホッパ型ストレーナ3と水槽1を貫通して水平に延びた後に垂直に立ち上がり、その端部は前記砂混入水投入ホッパ10の側壁上部に接続され、その途中にはバルブV3が設けられている。
By the way, a sand pump P1 is disposed at the bottom of the
他方、前記水槽1の側壁の上下には排水パイプ14と高圧水パイプ15がそれぞれ接続されており、これらの排水パイプ14と高圧水パイプ15は水槽1内の室S2に開口している。又、水槽1の室S2側の底壁からは撹拌水パイプ16が導出しており、この撹拌水パイプ16はホッパ型ストレーナ3の下部から延びる前記排水パイプ4に接続されている。そして、撹拌水パイプ16の途中にはポンプP2とバルブV4が設けられている。
On the other hand, a
又、前記高圧水パイプ15は、水槽1から水平に延びた後に垂直に立ち上がり、その端部は前記噴射ノズル9に接続され、その途中には高圧ポンプP3が設けられている。尚、高圧水パイプ15と高圧ポンプP3及び噴射ノズル9によって噴射手段が構成されている。
The high-
ここで、噴射ノズル9は、図2に示すように、内管9Aと外管9Bとで二重管構造を構成しており、内管9Aには、前記砂混入水投入ホッパ10の下部中心から垂直下方に延びる砂混入水投入パイプ17が接続されている。又、外管9Bの側部には前記高圧水パイプ15が接続されている。尚、砂混入水投入パイプ17の途中にはバルブV5が設けられている。
Here, as shown in FIG. 2, the
次に、以上のように構成された摩耗試験装置を用いて実施される本発明に係る摩耗試験方法について説明する。 Next, a description will be given of a wear test method according to the present invention implemented using the wear test apparatus configured as described above.
本発明に係る摩擦試験方法は、材質の異なる複数の試験体Wが取り付けられた回転ドラム6をモータ8によって回転駆動しながら、該試験体Wに砂混入圧力水を所定時間だけ噴射した後に該試験体Wの摩耗度合いを比較判定することを特徴とし、試験体Wに噴射された砂混入圧力水は回収されて再利用される。
In the friction test method according to the present invention, the rotary drum 6 to which a plurality of test bodies W of different materials are attached is rotated by a
即ち、モータ8を起動して回転ドラム6を所定の回転速度で回転させつつ、砂混入水投入ホッパ10から砂混入水を砂混入水投入パイプ17から噴射ノズル9に供給するとともに、高圧ポンプP3を駆動して水槽1内の水を高圧ポンプP3によって加圧して高圧水とし、この高圧水を高圧水パイプ15から噴射ノズル9に供給する。すると、噴射ノズル9においては、内管9Aを流れる砂混入水と高圧水パイプ15から外管9Bに噴射される高圧水とがミキシングされて砂混入圧力水が得られ、この砂混入圧力水が回転ドラム6と共に回転する複数の試験体Wに噴射される。
That is, while starting the
上述のように回転ドラム6と共に回転する複数の試験体Wに噴射ノズル9から噴射された後の砂混入水は、ホッパ型ストレーナ3内に落下し、該ホッパ型ストレーナ3によって砂と水とに分離され、水は高圧ポンプP3によって加圧されて高圧水パイプ15を通って噴射ノズル9へと供給される。又、ホッパ型ストレーナ3内の底部に溜った砂は、水と共に砂混入水パイプ13を通って砂混入水投入ホッパ10へと戻される。
The sand-mixed water after being sprayed from the
而して、砂混入水投入ホッパ10から砂混入水が砂混入水投入パイプ17から噴射ノズル9に供給されるとともに、前述のように高圧水が高圧水パイプ15から噴射ノズル9に供給されると、噴射ノズル9においては、内管9Aを流れる砂混入水と高圧水パイプ15から外管9Bに噴射される高圧水とがミキシングされて砂混入圧力水が得られ、この砂混入圧力水が回転ドラム6と共に回転する複数の試験体Wに噴射される。
Thus, sand-mixed water is supplied from the sand-mixed
以上のように、本実施の形態では、試験体Wに噴射された砂混入圧力水は回収されて再利用され、回転ドラム6と共に回転する複数の試験体Wには砂混入圧力水が連続的に噴射される。即ち、本実施の形態においては、試験体Wに噴射された後の砂混入水を回収して砂と水に分離するホッパ型ストレーナ3と、該ホッパ型ストレーナ3によって分離された砂を回収するサンドポンプP1及び砂混入水投入ホッパ10と、水を回収する水槽1と、該水槽1に回収された水を加圧する高圧ポンプP3と砂混入圧力水を試験体Wに向かって噴射する噴射ノズル9を閉ループに設け、試験体Wに噴射された砂混入圧力水を回収して再利用するようにしている。
As described above, in the present embodiment, the sand-mixed pressure water sprayed onto the test body W is collected and reused, and the sand-mixed pressure water is continuously applied to the plurality of test bodies W rotating together with the rotating drum 6. Is injected into. That is, in the present embodiment, the
ところで、砂混入水投入ホッパ10からオーバーフローした砂混入水は、オーバーフロー水受け11によって受けられ、オーバーフローパイプ12を通ってホッパ型ストレーナ内3に落下して回収される。
By the way, the sand-mixed water overflowed from the sand-mixed
又、ポンプP2が駆動され、水槽1内の水の一部は撹拌水パイプ16を通って排水パイプ4からホッパ型ストレーナ3の底部に向かって上方へと噴出し、そこに溜っている砂を撹拌してホッパ型ストレーナ3の砂による目詰まりを防ぐため、ホッパ型ストレーナ3の機能低下が防がれる。尚、ホッパ型ストレーナ3にバイブレータを取り付け、このバイブレータによってホッパ型ストレーナ3に振動を与えることによっても該ホッパ型ストレーナ3の砂による目詰まりを防ぐことができる。
Further, the pump P2 is driven, and a part of the water in the
以上のように砂混入水を閉ループ内で循環させつつ、噴射ノズル9から砂混入圧力水を複数の試験体Wに連続的に噴射させることによって各試験体Wは順次摩耗していくが、摩耗試験装置を所定時間だけ運転した後、該摩耗試験装置の運転を停止し、回転ドラム6の外周に取り付けられた複数の試験体Wの摩耗度合いを比較判定する。
As described above, each specimen W is sequentially worn by continuously injecting sand-mixed pressure water from the
而して、本実施の形態によれば、材料の摩耗を促進させる主要因である砂を混入した砂混入圧力水を試験体Wに噴射して該試験体Wの摩耗度合いを判定するようにしたため、試験体Wの摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。特に、本実施の形態では、材質の異なる複数の試験体Wに対して摩耗試験を同時に行うことができ、異種の複数の試験体Wの摩耗度合いを比較判定することができる。 Thus, according to the present embodiment, the pressure of water mixed with sand, which is the main factor for promoting the wear of the material, is sprayed onto the test body W to determine the degree of wear of the test body W. Therefore, the wear of the test body W can be tested in a state close to the actual wear state, and the wear characteristics of the actual material can be accurately evaluated. In particular, in the present embodiment, a wear test can be simultaneously performed on a plurality of test bodies W of different materials, and the degree of wear of a plurality of different test bodies W can be compared and determined.
又、本実施の形態では、砂混入圧力水を閉ループで循環させて再利用するようにしたため、水と砂の使用量が最小限に抑えられ、試験コストを低く抑えることができる。 In the present embodiment, the pressure water mixed with sand is circulated in a closed loop and reused, so that the amount of water and sand used can be minimized and the test cost can be kept low.
更に、本実施の形態では、水槽1に回収された水の一部を抽出してホッパ型ストレーナ3内の底部に圧送することによって該ストッパ型ストレーナ3の底部に溜った砂を撹拌するようにしたため、ストッパ型ストレーナ3の砂による目詰まりが防がれるとともに、砂混入水投入ホッパ10への砂の回収をスムーズに行うことができる。
Furthermore, in this embodiment, a part of the water collected in the
ところで、砂混入圧力水を試験体Wに噴射する摩耗試験を長時間に亘って行うと水温が次第に上昇するが、水温が設定値を超えると、水槽1に接続された給水パイプ5と排水パイプ14を用いて水槽1内の水の少なくとも一部を交換するようにすれば、水温を略一定に保つことができるため、実際に近い摩耗条件を再現することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。
By the way, when a wear test in which sand mixed pressure water is sprayed onto the test body W is performed over a long period of time, the water temperature gradually rises. 14 is used to replace at least part of the water in the
1 水槽(水回収容器)
2 分離壁
3 ホッパ型ストレーナ(分離手段)
4 排水パイプ
5 給水パイプ
6 回転ドラム(回転体)
7 回転ドラムの回転軸
8 モータ(駆動手段)
9 噴射ノズル
9A 噴射ノズルの内管
9B 噴射ノズルの外管
10 砂混入水投入ホッパ(砂回収手段)
11 オーバーフロー水受け
12 オーバーフローパイプ
13 砂混入水パイプ
14 排水パイプ
15 高圧水パイプ
16 撹拌水パイプ
17 砂混入水投入パイプ
P1 サンドポンプ
P2 ポンプ
P3 高圧ポンプ
S1,S2 水槽内の室
V1〜V5 バルブ
W 試験体
1 water tank (water recovery container)
2
4
7 Rotating shaft of
DESCRIPTION OF
11
Claims (8)
The water temperature is adjusted by connecting a water supply pipe and a drain pipe to the water recovery container and exchanging at least a part of the water in the water recovery container by the water supply pipe and the drain pipe. The wear test apparatus described.
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