JP2011208621A - ポンプおよびポンプの耐磨耗方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐磨耗性が向上するとともに剥離し難い耐磨耗材を備えたポンプを提供する。
【解決手段】ケーシング内の接水部１０ａ，１０ｂの表面を耐磨耗材１１で被覆したポンプであって、耐磨耗材１１は、耐磨耗層１２と、耐磨耗層１２を接水部１０ａ，１０ｂの表面に接着する接着層１３とを有し、耐磨耗層１２はエポキシ樹脂１６にアルミナセラミック粒子１７を混入した耐磨耗剤からなり、接着層１３には、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーが用いられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、耐磨耗対策を施したポンプおよびポンプの耐磨耗方法に関する。

従来、ポンプのケーシングの内面の磨耗し易い部分に耐磨耗剤を塗布して耐磨耗皮膜を形成し、ケーシングの金属地肌の磨耗を抑制している。耐磨耗剤としては、酸化アルミナ粒子を混入したエポキシ樹脂からなるものが用いられている。

これによると、酸化アルミナ粒子を混入することにより、耐磨耗皮膜の硬さが増し、耐磨耗性が向上する。尚、上記のように酸化アルミナ粒子を混入したエポキシ樹脂からなる耐磨耗剤については、例えば下記特許文献１に記載されている。

特開平１０−１２２１１７

しかしながら、酸化アルミナ粒子の混入量を増やすと耐磨耗皮膜が脆くなり、母材との接着力が弱くなるため、耐磨耗皮膜がケーシングの内面から剥離し易くなるといった問題がある。

本発明は、耐磨耗性が向上するとともに剥離し難い耐磨耗材を備えたポンプおよびポンプの耐磨耗方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、ケーシング内に回転軸を介して羽根車が設けられ、流水と接する接水部の表面を耐磨耗材で被覆したポンプであって、
耐磨耗材は、接水部の表面を覆う耐磨耗部と、耐磨耗部を接水部の表面に接着する接着部とを有し、
接着部は接水部の表面と耐磨耗部との間に形成され、
耐磨耗部はエポキシ樹脂にアルミナセラミック粒子を混入した耐磨耗剤からなり、
接着部には、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーが用いられているものである。

これによると、耐磨耗部は接着部を介して接水部の表面に接着されているため、耐磨耗部が接水部の表面から剥離し難くなる。これにより、耐磨耗剤に含有されるアルミナセラミック粒子の含有量を増やすことが可能となり、耐磨耗部の硬さが増すため、耐磨耗性が向上する。

本第２発明におけるポンプは、アルミナセラミック粒子の直径が０．３〜１ｍｍである。
これによると、耐磨耗性が向上するとともに、耐磨耗部の表面の凹凸が小さくなるため、ポンプ効率の低下を抑えることができる。

本第３発明におけるポンプは、アルミナセラミック粒子の含有率が６０〜７０重量％である。
本第４発明におけるポンプは、耐磨耗部の表面がエポキシ樹脂からなる被覆部で覆われているものである。

これによると、耐磨耗材の表面が滑らかになるため、流れによる損失が減少し、ポンプ効率が向上する。
本第５発明におけるポンプは、耐磨耗材は少なくともケーシングの内面の接水部の表面を被覆するものである。

これによると、ケーシングの内面の接水部の磨耗を抑制することができる。
本第６発明は、流水に接する接水部を有するポンプの耐磨耗方法であって、接水部の表面に、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーを付着させ、プライマーの上に、エポキシ樹脂にアルミナセラミック粒子を混入した耐磨耗剤を付着させ、耐磨耗剤の上に、エポキシ樹脂を付着させるものである。

これによると、耐磨耗剤はプライマーを介して接水部の表面に接着されているため、耐磨耗剤が接水部の表面から剥離し難くなる。これにより、耐磨耗剤に含有されるアルミナセラミック粒子の含有量を増やすことが可能となり、耐磨耗剤の硬さが増すため、耐磨耗性が向上する。また、耐磨耗剤の上にエポキシ樹脂を付着させることにより、耐磨耗材の表面が滑らかになり、流れによる損失が減少してポンプ効率が向上する。

以上のように、本発明によると、耐磨耗材の耐磨耗性が向上するとともに、耐磨耗材が剥離し難くなる。

本発明の実施の形態におけるポンプの上下二つ割り構造のケーシングのうち、下側のケーシングの平面図である。 同、ポンプの接水部表面に形成された耐磨耗材の拡大断面図である。 同、耐磨耗剤からなるテストピースのアルミナセラミック粒子の含有率と磨耗率との関係を示すグラフである。 同、耐磨耗剤からなるテストピースのアルミナセラミック粒子の粒径と磨耗率との関係を示すグラフである。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、１は両吸込み渦巻きポンプであり、鋳鉄等からなる金属製のケーシング２には吸込口３と吐出口４とが形成されている。ケーシング２は上下に二分割されており、図１は二分割された下側のケーシング２の平面図を示している。ケーシング２内には、吐出口４に連通する吐出側室５（渦形室）と、吐出側室５の左右両側に位置して吸込口３に連通する吸込側室６とが形成されている。

ケーシング２には回転軸７（主軸）が挿通され、回転軸７には羽根車８が設けられ、羽根車８は吐出側室５内に収納されている。ケーシング２の内面には、磨耗の要因となる土砂を含んだ流水と接する接水部１０が形成されている。これら接水部１０のうち、吐出側室５内において流速が速くなる接水部１０ａおよび吸込側室６内において流れが乱れる接水部１０ｂの表面はそれぞれ耐磨耗材１１で被覆されている。

図２に示すように、耐磨耗材１１は、接水部１０ａ，１０ｂの表面を覆う膜状の耐磨耗層１２（耐磨耗部の一例）と、耐磨耗層１２を接水部１０ａ，１０ｂの表面に接着する膜状の接着層１３（接着部の一例）と、耐磨耗層１２の表面（外側）を覆う膜状の被覆層１４（被覆部の一例）とを有している。

接着層１３は、接水部１０ａ，１０ｂの表面に塗布された下塗り層であり、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーが用いられている。このプライマーは表面に凹凸を有する接水部１０ａ，１０ｂとの接着力が大きいため、接着層１３と接水部１０ａ，１０ｂとの間に水が浸入し難く、土砂が衝突したときの衝撃を受けても接着層１３が接水部１０ａ，１０ｂから剥離し難い。

耐磨耗層１２は、接着層１３の外側に塗布された中塗り層であり、エポキシ樹脂１６にアルミナセラミック粒子１７を混入した耐磨耗剤からなる。耐磨耗剤は、アルミナセラミック粒子１７の直径（粒径）が０．３〜１ｍｍであり、アルミナセラミック粒子１７の含有率が６０〜７０重量％である。

尚、アルミナセラミック粒子１７は、例えば、篩いにかけて上記のような粒径に分別され、耐磨耗剤の材料として利用される。また、耐磨耗層１２は、接着層１３に含まれる樹脂と同じエポキシ樹脂１６を含むため、接着層１３との接着力が増大し、剥離し難い。

被覆層１４は、耐磨耗層１２の外側に塗布された外塗り層であり、エポキシ樹脂からなる被覆剤が用いられている。被覆層１４の厚さ（膜厚）は約１００〜２００μｍである。
以下、上記構成における作用を説明する。

ポンプ１を製作する際、エポキシ樹脂とポリアミド樹脂とを１対１の重量混合比で混合したプライマーをケーシング２の接水部１０ａ，１０ｂの表面に塗布して接着層１３を形成する。次に、接着層１３の上に、耐磨耗剤を塗布して耐磨耗層１２を形成し、さらに、耐磨耗層１２の上に、被覆剤を塗布して被覆層１４を形成する。これにより、接水部１０ａ，１０ｂの表面が耐磨耗材１１で被覆される。

上記のようにして形成された耐磨耗材１１の耐磨耗層１２は接着層１３で接水部１０ａ，１０ｂの表面に接着されている。ここで、接着層１３は、アルミナセラミック粒子を含んでいないので、接水部１０ａ，１０ｂとの接着力が増大する。また、耐磨耗層１２は、同じ種類の樹脂であるエポキシ樹脂を含んだ接着層１３に接着するため、接着層１３との接着力が増大する。これにより、耐磨耗層１２が接水部１０ａ，１０ｂの表面から剥離し難くなる。したがって、耐磨耗層１２を形成する耐磨耗剤に含有されるアルミナセラミック粒子１７の含有量を増やすことが可能となり、耐磨耗層１２の硬さが増すため、耐磨耗性が向上し、接水部１０ａ，１０ｂの磨耗を抑制することができる。

また、耐磨耗層１２の表面にはエポキシ樹脂１６とアルミナセラミック粒子１７とによって凹凸が発生するが、これら凹凸は被覆層１４によって減少したり被覆層１４中に埋められるため、耐磨耗材１１の表面が耐磨耗層１２と比べて滑らかになり、接水部１０ａ，１０ｂにおける水等の流体の流れが円滑になり、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。

特に、被覆層１４が耐磨耗層１２の表面の凹部１９に入り込むことにより、表面が滑らかになる。また、土砂を含んだ流水がケーシング２内を流れることにより、万一、被覆層１４が剥れても、凹部１９に入り込んでいる被覆層１４は剥れずに残るため、被覆層１４を塗布する前よりも平滑度が向上し、ポンプ効率の向上に寄与する。

また、被覆層１４を厚く塗布するほど、耐磨耗層１２のアルミナセラミック粒子１７が表面に突出する可能性が低減して滑らかになるが、アルミナセラミック粒子１７の最大粒子径の１０〜３０％である約１００〜２００μｍの膜厚で被覆層１４を塗布することが、滑らかさと施工性との点から最適である。

尚、耐磨耗層１２のアルミナセラミック粒子１７の粒径が大きいほど耐磨耗性は向上するが、表面の凹凸が拡大するため、摩擦損失が増大し、ポンプ効率が低下する。このため、最適な粒径である０．３〜１ｍｍのアルミナセラミック粒子１７を使用している。

上記実施の形態では、耐磨耗層１２を形成している耐磨耗剤のアルミナセラミック粒子１７の含有率を６０〜７０重量％に設定している。アルミナセラミック粒子１７の含有率が増加するほど耐磨耗性は向上するが、接着剤（バインダー）の役割をするエポキシ樹脂１６の含有率が減少し、長期的に接着性が低下するとともに、施工性も悪くなる。このようなことから、アルミナセラミック粒子１７の含有率は６０〜７０重量％が適しており、より好適には６５重量％に設定してもよい。この場合、アルミナセラミック粒子１７の含有率を６０重量％にしたときに比べて、耐磨耗材１１の耐摩耗性が約１．５倍になり、また、施工性の低下も少ない。

尚、アルミナセラミック粒子１７の含有率を６５重量％又は７０重量％にした場合、水中浸漬後の耐磨耗材１１に対して引張試験（フラットワイズ法）を行った結果、１２．５ＭＰａ以上の高い強度が得られた。

また、図３は、耐磨耗層１２からなる直方体のテストピースを用いて、アルミナセラミック粒子１７の含有率に対するテストピースの磨耗率（減肉率）を測定したグラフである。テストピースのサイズは長さ９０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ８ｍｍである。珪砂を含んだ水中において、テストピースを１０００回転／分の回転速度で２０時間回転させた後、テストピースの磨耗率を測定している。また、テストピースは、アルミナセラミック粒子１７の含有率が６０重量％，６５重量％，７５重量％の三種類を用意し、いずれもアルミナセラミック粒子１７の直径が０．３〜１ｍｍである。

尚、テストピースの磨耗率は下記のように定義される。
磨耗率＝（試験前のテストピースの重量−試験後のテストピースの重量）／試験前のテストピースの重量
上記図３のグラフによると、アルミナセラミック粒子１７の含有率が増加するほど磨耗率が低下、すなわち、耐磨耗性が向上することが示される。

また、図４は、上記と同様な試験方法で得られたアルミナセラミック粒子１７の粒径とテストピースの磨耗率との関係を示すグラフである。グラフＡ１，Ａ２はアルミナセラミック粒子１７の粒径が０．５〜３ｍｍ、グラフＢ１，Ｂ２はアルミナセラミック粒子１７の粒径が０．３〜１ｍｍ、グラフＣ１，Ｃ２はアルミナセラミック粒子１７の粒径が０．１〜０．３ｍｍである。尚、珪砂は１号珪砂（粒径２〜６ｍｍ）と４号珪砂（粒径０．４２〜０．８４ｍｍ）との２種類使用され、グラフＡ１，Ｂ１，Ｃ１は１号珪砂を含んだ水に対する磨耗率、グラフＡ２，Ｂ２，Ｃ２は４号珪砂を含んだ水に対する磨耗率を示す。

上記図４のグラフによると、アルミナセラミック粒子１７の粒径が大きいほど磨耗率が低下、すなわち、耐磨耗性が向上することが示される。
尚、上記０．５〜３ｍｍのアルミナセラミック粒子１７は、先ず網目が０．５ｍｍの篩で選別し、この篩に残ったアルミナセラミック粒子１７を３ｍｍの網目の篩で選別し、この篩を通り抜けたものが０．５〜３ｍｍの粒径のアルミナセラミック粒子１７となる。また、他の粒径のアルミナセラミック粒子１７も上記と同様の方法で得ることができる。

上記実施の形態では、耐磨耗部の一例として、耐磨耗層１２を挙げたが、耐磨耗膜であってもよい。また、接着部の一例として、接着層１３を挙げたが、接着膜であってもよい。同様に、被覆層１４は被覆膜であってもよい。

上記実施の形態では、ケーシング２内の流速が速い接水部１０ａと流れが乱れる接水部１０ｂを耐磨耗材１１で被覆しているが、それ以外の接水部、例えば、ケーシング２内の接水部１０の全域や、羽根車８のみ、或は羽根車８とケーシング２内の接水部１０全域などの接水部を耐磨耗材１１で被覆してもよい。

上記実施の形態では、ポンプの一例として、両吸込み渦巻き型のポンプを挙げたが、この型式以外のポンプであってもよい。

１ ポンプ
２ ケーシング
７ 回転軸
８ 羽根車
１０ａ，１０ｂ 接水部
１１ 耐磨耗材
１２ 耐磨耗層（耐磨耗部）
１３ 接着層（接着部）
１４ 被覆層（被覆部）
１６ エポキシ樹脂
１７ アルミナセラミック粒子

Claims (6)

1. ケーシング内に回転軸を介して羽根車が設けられ、流水と接する接水部の表面を耐磨耗材で被覆したポンプであって、
   耐磨耗材は、接水部の表面を覆う耐磨耗部と、耐磨耗部を接水部の表面に接着する接着部とを有し、
   接着部は接水部の表面と耐磨耗部との間に形成され、
   耐磨耗部はエポキシ樹脂にアルミナセラミック粒子を混入した耐磨耗剤からなり、
   接着部には、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーが用いられていることを特徴とするポンプ。
2. アルミナセラミック粒子の直径が０．３〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
3. アルミナセラミック粒子の含有率が６０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のポンプ。
4. 耐磨耗部の表面がエポキシ樹脂からなる被覆部で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポンプ。
5. 耐磨耗材は少なくともケーシングの内面の接水部の表面を被覆することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のポンプ。
6. 流水に接する接水部を有するポンプの耐磨耗方法であって、
   接水部の表面に、主剤のエポキシ樹脂と硬化剤のポリアミド樹脂とからなるプライマーを付着させ、プライマーの上に、エポキシ樹脂にアルミナセラミック粒子を混入した耐磨耗剤を付着させ、耐磨耗剤の上に、エポキシ樹脂を付着させることを特徴とするポンプの耐磨耗方法。

Images