JP2016050352A - コールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コールドスプレー溶射法のノズル1におけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法は、ノズル1のスロート132からノズル出口12までの範囲の外周面の流通方向の温度分布を測定する温度分布測定ステップと、温度分布測定ステップにおいて測定した温度分布に基づいて、ノズル1の流路13におけるガスの流通状態を判定する判定ステップと、を有する。
【選択図】図3
Description
Δup=(未使用時の溶射粒子の速度u'p,e)−(使用開始後の溶射粒子の速度u'p,e) 式(9)
である。
次に、本発明の実施形態に係る診断方法の有効性を検証した実験について説明する。本発明者は、本発明の実施形態に係る診断方法の有効性を、ガスの静圧分布とノズル1の外周面の温度分布との関係に基づいて確認した。ノズル1の流路13におけるガスの静圧は、ガス速度が高くなるにしたがって低下する。このため、末広部133において下流側に向かって静圧が低下していくのであれば、ガス速度がノズル1の出口に向かうにしたがって大きくなっていることを直接的に示しているといえる。また、末広部133の中間から出口に向かうにしたがってガスの静圧が高くなっていく場合には、ガスの静圧が最小の位置において衝撃波が発生しており、衝撃波よりも流通方向の下流側においてはガス速度が低下していることを直接的に示しているといえる。そして、前述のとおり、ガス温度も、ガス速度が大きくなるほど低下するという傾向を有する。このように、流路13におけるガスの静圧分布と、ノズル1の外周面の温度分布とは、同じ定性的な傾向を示すと予想される。そこで、流路13におけるガスの静圧分布とノズル1の外周面の温度分布とが、実際に同じ定性的な傾向を示すのであれば、本発明の実施形態に係る診断方法は有効であるといえる。
次に、ノズルの外周面の温度上昇量に対する除外位置Dにおける溶射粒子の速度の減速量を算出した結果の例について説明する。ここでは、温度上昇量として、無次元温度上昇量Δ(T'w/Ta)を用いる。無次元温度上昇量Δ(T'w/Ta)は、次の式(11)で定義されるものとする。
Δ(T'w/Ta)=T'w2/Ta2 − T'w1/Ta1 式(11)
ここで、
Ta1:未使用の測定時の大気温度
Ta2:使用開始後の測定時の大気温度
Tw1:未使用の測定時の除外位置Dでの外周面温度
Tw2:使用開始後の測定時の除外位置Dでの外周面温度
である。
ガス:窒素(γ=1.40,R=297 J/(kg・K),Pr=0.71)
ガス圧力P0:3MPa
未使用の測定時における大気温度Ta1:27℃(300[K])
使用開始後の測定時における大気温度Ta2:15℃(288[K])
未使用の測定時における除外位置Dでの外周面温度T'w1:6℃(279[K])
使用開始後の測定時における除外位置Dでの外周面温度T'w2:変数
ノズルの末広部の長さL:0.200m
ノズルの外径D:0.020m
粒子材料:銅(ρp=8960 kg/m3)
粒子直径:20μm
次に、ガスが高温である場合の、ノズルの外周面の温度上昇量に対する除外位置Dにおける溶射粒子の速度の減速量を算出した結果の例について説明する。ここでは、ノズル入口11におけるガス温度Tg0が573[K](300℃)である例を示す。なお、これ以外の計算条件は、実施例2と同じである。図9(a)は、ノズル1の除外位置Dにおける外周面の無次元温度上昇量Δ(T'w/Ta)に対する溶射粒子の速度の減速量を計算した結果を示すグラフである。図9(b)は、無次元温度上昇量Δ(T'w/Ta)に対する溶射粒子の速度の減速率の算出結果の例を示すグラフである。図9(a)に示すように、ガス温度Tg0=573[K](300℃)の場合には、無次元温度上昇量Δ(T'w/Ta)=0.03では溶射粒子の速度の減少量は113m/sとなり、ガスが常温である場合に比較して減少量が大きくなる。しかしながら、溶射粒子の速度の減速率は0.18であり、ガスが常温である場合に比較して、減速率は小さい。
11:ノズル入口
12:ノズル出口
13:流路
131:先細部
132:スロート
133:末広部
14:静圧孔
6:赤外線カメラ
73:シートカップル熱電対
Claims (7)
- コールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法であって、
前記ノズルのスロートからノズル出口までの範囲の外周面の流通方向の温度分布を測定する温度分布測定ステップと、
前記温度分布測定ステップにおいて測定した温度分布に基づいて、前記ノズルの流路におけるガスの流通状態を判定する判定ステップと、
を有することを特徴とするコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。 - 前記温度分布測定ステップにおいて測定された温度分布が、前記スロートから前記ノズル出口よりも上流側に所定の長さを離れた位置までの範囲において、前記ガスの流通方向の下流側に向かって単調に低下する場合には、
前記判定ステップにおいて、ガスの流通状態が目標とする状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。 - 前記所定の長さは、前記ノズル出口の側の端面の外径と同じ長さであることを特徴とする請求項2に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。
- 前記判定ステップにおいて、最も温度が低い位置に衝撃波が発生していると判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。
- 前記温度分布測定ステップにおいては、常温のガスを用いることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。
- 温度分布測定ステップにおいて、赤外線カメラによって前記ノズルの外周面の温度分布を測定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。
- 前記温度分布測定ステップにおいて前記ノズルの外周面のある位置における温度を測定し、
前記ノズルが未使用である状態と使用を開始した後の状態である状態とで、前記ある位置における温度を大気温度で除した無次元温度上昇量を算出し、
算出した前記無次元温度上昇量に基づいてガス速度の低下量を算出することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のコールドスプレー溶射法のノズルにおけるガスの流通状態のノズル外周面温度に基づく診断方法。
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