JP2018179947A - 高温ブラストエロージョン試験方法及び高温ブラストエロージョン試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度でエロージョン量測定を行うことができる高温ブラストエロージョン試験方法及び高温ブラストエロージョン試験装置を提供する。【解決手段】燃焼ガスを加速させ噴射する加速ノズル２に固体粒子を導入し、当該固体粒子を含む燃焼ガス６０を試験片５０に吹き付ける高温ブラストエロージョン試験方法である。試験中は、温調装置によって試験片５０を加熱しつつ、加速ノズル２を、試験片５０の吹付面方向の１方向で吹付面５０ｆを超える振幅範囲で往復動させながら固体粒子を含む燃焼ガス６０を吹付面５０ｆに断続的に衝突させて、試験片５０の温度を一定に保つ。【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼ガスにより高温に加熱された固体粒子を試験片に吹き付けることで、耐エロージョン性を評価する高温ブラストエロージョン試験方法と、この試験方法を実施するための高温ブラストエロージョン試験装置に関するものである。

石炭火力発電所のボイラ伝熱管等の構造部材では、燃焼灰等の粉体を含む高温ガスが長期間に渡って衝突することによりエロージョンが生じる。このような構造部材には長期安定性と長期信頼性が求められ、修繕コストの増大をも抑える必要がある。これら構造部材の高温環境下でのエロージョン量を予測するために、実機投入前に高温ブラストエロージョン試験を実施し、摩耗損傷特性を把握することが極めて重要となっている。

特許文献１には、ガス加熱器、粉体供給機、粉体とガスを混合するための混合器、これら混合物を試験片に衝突させる試験容器等を備える高温エロージョン・コロージョン試験装置が記載されている。この文献では、試験片に衝突させるガス体を、ヒータによって囲まれたガス加熱器コイル管に通して加熱している。

特許文献２には、キャリアガス流路に、キャリアガスを供給する供給部及び加熱する加熱部を設け、キャリアガスを予め所定の温度に加熱した後、粉体と共にノズルから試験片に衝突させる高温ブラストエロージョン試験装置が記載されている。この試験装置では、キャリアガスを加熱部のヒータで囲われた流路管に通して加熱している。

特許文献３には、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、この燃焼ガスにエローダントを供給する供給部と、遮熱コーティングにより表面が被覆された試験片を収容して支持する収容支持部と、エローダントを含む燃焼ガスを加速させて試験片に衝突させる加速器とを備えたエロージョン試験装置が記載されている。この試験装置では、燃焼ガスをエローダントのキャリアガスとして用い、これにより試験片の温度を実機のタービン部材と同等の温度まで加熱し、エローダントを含んだ燃焼ガスを加速させて試験片に衝突させている。

特許文献４のエロージョン試験装置は、高温空気と可燃性ガスによる燃焼ガスに小粒子を投入し、これをノズルから供試体へ噴射するものとされている。

実開昭６３−６３４１号公報 特開平８−６２１１４号公報 特開２０１６−９０５３３号公報 実開昭６２−９７９４１号公報

エロージョン試験では、試験精度を高めるために実機に則した温度環境で行うのが望ましい。試験片に衝突させる高温ガスの温度調整に関し、上述のとおり特許文献１の装置では、ガスをヒータによって囲まれたガス加熱器コイル管に通して加熱し、特許文献２の装置では、ガスを加熱部のヒータで囲われた流路管に通して加熱しており、両文献の装置とも、ガスを間接的に加熱しているに過ぎない。そのため、実機に則した温度までガスの温度を高めるのが困難であり、ガスの温度の調整もできず、高温環境下でのエロージョン量測定の試験精度が低いという欠点がある。

特許文献３及び特許文献４の装置は、いずれも粉体を導入した燃焼ガスを用いており、試験片に粒子を高温で衝突させることができる。また、燃焼ガスの温度制御について、特許文献３の装置では、燃焼ガスに送る温度調整用の空気の供給量を増減することで、試験片の遮熱コーティング層の温度を調整している。特許文献４の装置では、ノズルに連通する導炎管内の燃焼ガスの温度を検知し、この信号に基づいて、燃焼ガスを生成する空気と可燃性ガスを制御して、供試体に噴射される燃焼ガスの温度を一定にしている。

品質の高い構造部材の開発を達成するためにも、粒子を衝突させる試験片の温度をより精度良く制御するのが望ましいが、これら両装置とも、空気供給量を調整して燃焼ガスを温度制御しているだけである。また、燃焼ガスの温度制御が可能とされているが、粒子を含む燃焼ガスは試験片の一部分に連続的に当たり続ける。そのため試験片の温度が急激に上昇していき、試験片の温度を精度良く制御するのは困難である。

そこで本発明は従来技術の問題点に鑑み、高い精度で高温環境下でのエロージョン量測定を行うことができる高温ブラストエロージョン試験方法及び高温ブラストエロージョン試験装置を提供することを目的とする。

本発明の高温ブラストエロージョン試験方法は、燃焼ガスを加速させ噴射する加速ノズルに固体粒子を導入し、当該固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に吹き付ける高温ブラストエロージョン試験方法であって、温調装置によって前記試験片を加熱しつつ、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて、当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付けることで、試験片の温度を一定に保つことを特徴とするものである。

本発明の高温ブラストエロージョン試験方法によれば、温調装置によって前記試験片を加熱するのと同時に、加速ノズルと試験片とを吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付ける。つまり、加速ノズルから噴射させる燃焼ガスが試験片に断続的に衝突することで、試験片の温度を一定に保つことができ、高い精度でエロージョン量測定を行うことができる。加速ノズルを固定する高温ブラストエロージョン試験では、温調装置のみによる試験片の温度制御は難しい。その理由は、加速ノズルから噴射された燃焼ガスからの入熱があるためであり、温調装置の温度調節能力を超えて急激に試験片の温度が変化するため、試験片の温度を一定に制御することができない。そのため、本発明では、温調装置による温度制御と、加速ノズルを移動させながら燃焼ガスを吹き付けるという方法の組み合わせにより、試験中の試験片の温度を一定に保つことを可能としている。

前記固体粒子を導入する前に、前記試験片を温調装置によって加熱しつつ、固体粒子を含まない燃焼ガスを吹き付けて、当該試験片の温度を試験温度まで上昇させるための予熱を行うことが好ましい。

前記試験片への前記固体粒子の吹付角度が可変であることが好ましい。この場合、より実機に則した環境で試験を実施できる。

前記固体粒子の吹付面に対する吹付速度は、１００〜１３００ｍ／ｓとすることが好ましい。これにより、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。

前記試験片の温度は、１００〜９００℃に調節することが好ましい。これにより、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。

前記燃焼ガスは、高圧ガスと燃料により生成することができる。前記高圧ガスを支燃性ガスとすれば、前記燃焼ガスの温度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節することができる。また、前記燃焼ガスの噴射速度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節することもできる。

本発明の高温ブラストエロージョン試験装置は、燃焼部と、噴射部と、固体粒子を導入可能な供給口とを有し、燃焼ガスを加速させつつ噴射して当該固体粒子を試験片に衝突させる加速ノズルを有する噴射装置と、前記試験片を加熱保持する温調装置と、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて試験片の温度を一定に保つ駆動機構と、を備えることを特徴とするものである。

本発明の高温ブラストエロージョン試験装置によれば、温調装置で試験片を加熱保持しつつ、駆動機構により加速ノズルと試験片とを吹付面を超える振幅範囲で相対移動させながら、固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に吹き付ける。つまり、加速ノズルから噴射させる固体粒子を含む燃焼ガスが試験片に断続的に衝突することで、試験片の温度を一定に保つことができ、高い精度でエロージョン量測定を行うことができる。

前記試験片への前記固体粒子の吹付角度を可変とする角度制御機構を備えることが好ましい。この場合、より実機に則した環境で試験を実施できる。

前記加速ノズルの構造としては、前記燃焼ガスの通過面積を狭めるための縮径部分を有するものが好適である。燃焼ガスが通過する範囲を一旦狭めた後、開放して体積膨張させることで、燃焼ガスを加速させることができる。

前記温調装置は、前記試験片を加熱保持できる加熱源を有しており、この加熱源および試験片を囲むように放熱抑制カバーが設けられていることが好ましい。この場合、試験片の温度を高温で保持でき、より実機に則した環境で試験を行うことができる。

本発明によれば、温調装置による温度調節に加え、加速ノズルから噴射させる固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に断続的に衝突させて試験片の温度を一定に保つことができるため、高い精度で高温環境下でのエロージョン量測定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る高温ブラストエロージョン試験装置の模式図である。 加速ノズルの断面図である。 高温ブラストエロージョン試験の様子を示す模式斜視図である。 温調装置のヒータに試験片が載置された状態を示す概略断面図である。 （ａ）は放熱抑制カバーを設けていない場合の温度履歴を示すグラフであり、（ｂ）は放熱抑制カバーを設けた場合の温度履歴を示すグラフである。 加速ノズルが吹付面を中心に往復動する状態を説明する説明図である。 高温ブラストエロージョン試験の結果を表すグラフである。 各試験片のガス速度、粒子速度、Ｏ／Ｆ比をグラフに表したものである。 試験片３に関する温度履歴を示すグラフである。 試験片４に関する温度履歴を示すグラフである。

本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る高温ブラストエロージョン試験装置１の模式図である。高温ブラストエロージョン試験装置１は、試験片５０の高温環境下でのブラストエロージョン試験を実施するためのものであり、加速ノズル２が設けられた噴射装置３と、試験片５０の温度を加熱保持する温調装置４と、加速ノズル２を所定方向に移動させる駆動機構６と、試験片５０への固体粒子の吹付角度θを可変とする角度制御機構７とで主に構成されている。

本実施形態の試験片５０の種類は限定されない。例えば、所定厚みで形成されたＳＵＳ３０４鋼製の方形状板材が評価対象となりうる。試験片５０の表面は、溶射などの表面処理がなされていてもよい。表面処理がなされた場合、試験片５０の表面処理後の表面がブラストエロージョン試験の試験面である吹付面５０ｆとなる。

図２は加速ノズル２の断面図である。加速ノズル２は、全体として円筒状に形成されており、燃焼ガスが生成される燃焼部８、高圧ガス（支燃性ガス）を導入するガス供給口３０、燃料を導入する燃料供給口３１、燃料から燃焼ガスを発生させる点火プラグ３２、燃焼ガス６０を加速させる縮径部１１、燃焼部８で生成された燃焼ガスに固体粒子を導入するパウダーインジェクタ９、加速させた燃焼ガス６０を噴射する軸方向に伸びる噴射部１０で構成されている。

燃焼部８にはガス供給口３０から高圧ガスが、燃料供給口３１から燃料がそれぞれ導入されて、当該燃焼部８で燃焼ガスが生成されるようになっている。燃焼ガスを加速させる縮径部１１は、燃焼部８の出口に形成されている。縮径部１１の内径は燃焼部８及び噴射部１０の内径よりも小さくなっている。この縮径部１１で燃焼ガス６０の通過面積を一旦狭め、その後開放して体積膨張させることで、当該燃焼ガス６０を加速させる。加速させた燃焼ガス６０にパウダーインジェクタ９から固体粒子が導入される。固体粒子が導入された燃焼ガス６０は、噴射部１０を通ってその先端から、試験片５０の吹付面５０ｆに向かって噴射される。このようにして、固体粒子を含む燃焼ガス６０が高速で吹付面５０ｆに衝突させられる。

本明細書において「高圧ガス」とは、高圧ガス保安法の第２条の定義に従う。用いる高圧ガスとしては可燃性ガス（例えば、アセチレン、プロパン）が挙げられるが、別途、燃料を投入するのであれば、可燃性ガスである必要はない。一方、支燃性ガス（例えば、酸素、空気）を使用する場合、別途、燃料は必要であるが、支燃性ガスと燃料の燃焼比率により燃焼ガスの速度や温度を調節できるため、高温ブラストエロージョン試験を行う上ではこの組み合わせが特に好適である。

燃料としては、気体燃料であればアセチレン、プロパン、プロピレン、水素、天然ガス、メタン、エチレン、ハイドロカット等が挙げられ、液体燃料であればケロシン等が挙げられる。

固体粒子は、試験片表面を摩耗させることのできる硬質粒子（エローダント）である。固体粒子の材質としては、金属、セラミックス等が挙げられるが、中でも、酸化物セラミックス、炭化物セラミックス、硼化物セラミックス、窒化物セラミックスが特に好ましい。固体粒子の形状は、球形、不定形、多角形等が挙げられ、特に多角形が好ましい。固体粒子の粒径としては、１〜１０００μｍの範囲のものが挙げられ、４５〜２００μｍの範囲であることが搬送性の観点から好ましい。固体粒子の硬さとしては、ビッカース硬さＨＶが１００以上のものが好ましい。

図３は高温ブラストエロージョン試験の様子を示す模式斜視図である。本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置１は、加速ノズル２を所定方向に移動させる駆動機構６によって、加速ノズル２を試験片５０に向けた状態で当該試験片５０の吹付面方向で当該試験片５０に対して相対的に移動させることが可能となっている。加速ノズル２が試験片５０の吹付面（ｘｙ平面）方向の１方向（ｙ方向）で当該試験片５０を中心として往復動する。その際、加速ノズル２は、試験片５０との距離を一定に保ったまま、試験片５０の吹付面５０ｆを超える振幅範囲で往復動するように設定されている。

本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置１は、試験片５０への固体粒子の吹付角度θを可変とするための加速ノズル２の角度制御機構７を備える。角度制御機構７による吹付角度θとは、試験片５０の吹付面５０ｆと加速ノズル２から固体粒子が噴射する方向とがなす角度である（図１参照）。角度制御機構７による吹付角度θは、０°〜１８０°の範囲で変更可能であり、固体粒子を広範囲の角度で吹き付けることができる。

試験片５０の温度を上昇させる温調装置４は、試験片５０を加熱保持できる加熱源を有している。加熱源は、試験片５０を直接的に加熱できる板状のヒータ１５である。

図４はヒータ１５に試験片５０が載置された状態を示す概略断面図である。ヒータ１５の上部には、試験片５０の位置決めのための凹部１５ａが形成され、当該凹部１５ａに接触した状態で試験片５０が載置されている。ヒータ１５には、ヒータ電源に電気的に接続されている電極１６、ヒータ用熱電対１７などが接続されており、ヒータ電源及びヒータ用熱電対１７は制御部に電気的に接続されている。

試験片５０の裏側には、制御部に電気的に接続された試験片用熱電対１８が接続されている。制御部は、試験片用熱電対１８の検知信号及びヒータ用熱電対１７の検知信号に基づいて、ヒータ電源によるヒータ１５への電力供給のオン・オフを切り替え、試験片５０の温度が設定された試験温度付近となるように制御する。このような温調装置４によって試験片５０が直接的に加熱され、試験中の試験片５０の温度をより安定させる。

土台２０上には、複数の支柱２１が固定されており、ヒータ１５が保持部材２７を介してこれらの支柱２１によって支持されている。土台２０上に、円柱状の保温ブロック２２が設けられている。この保温ブロック２２には耐熱鋼、ステンレス鋼等、熱容量の大きい材質を使用し、ヒータ１５の下側に配置することで、ヒータ１５からの放熱を抑制している。ヒータ１５及び試験片５０を囲むように当該ヒータ１５及び試験片５０からの放熱を抑制する放熱抑制カバー２３が設けられている。放熱抑制カバー２３を設けることの主な目的は、ヒータ１５の放熱を抑制し、試験片５０の温度制御の精度を向上させることである。

放熱抑制カバー２３は、土台２０上に固定されてヒータ１５の周囲に設置された円筒状の側部カバー２４と、この側部カバー２４の上端に固定されてヒータ１５の上側に位置する円盤状の上部カバー２５と、この上部カバー２５の下側でヒータ１５の上側に設けられた円盤状のヒータカバー２６とで構成されている。放熱抑制カバー２３、側部カバー２４、上部カバー２５、ヒータカバー２６等の形状、寸法は限定しない。

側部カバー２４は、試験片５０、ヒータ１５、ヒータカバー２６、保温ブロック２２及び複数の支柱２１の外周側に位置しており、これら各部材を側方から覆っている。上部カバー２５は、試験片５０、ヒータ１５、ヒータカバー２６、保温ブロック２２及び複数の支柱２１の上側に位置しており、試験領域を空けた状態でこれら各部材を上方から覆っている。

ヒータカバー２６の周縁には、ヒータ１５の側方を囲むように図４下方へ伸びる側壁２６ａが形成されている。ヒータカバー２６が、試験領域を空けた状態でヒータ１５を側方及び上方から覆っている。ヒータカバー２６の内周縁には段差部分２６ｂが形成されている。試験片５０の周縁がこの段差部分２６ｂで上方から押さえられて、試験片５０が固定されている。

放熱抑制カバー２３が設けられていることで、ヒータ１５の放熱が抑制されて試験片５０の温度を高温で保持でき、実機環境に近い温度での試験を可能とすることができる。上部カバー２５によって、ヒータカバー２６などのその他の構造部材が、固体粒子を含む高圧燃焼ガスの衝突によって損傷することを防止することができる。これにより、試験装置１を長寿命化することができる。ヒータカバー２６を取り付けるための図示しない取付部材が上部カバー２５及び側部カバー２４で覆われていることから、固体粒子を含む燃焼ガス６０の衝突による取付部材の損傷を防ぐことができる。また、試験片５０を固定しているヒータカバー２６は取り外しが可能であり、試験を効率的かつ経済的に実施できる。

放熱抑制カバーの効果が実証された試験結果を示す。図５（ａ）は放熱抑制カバー２３を設けていない場合の温度履歴を示すグラフであり、（ｂ）は放熱抑制カバー２３を設けた場合の温度履歴を示すグラフである。試験条件は、表１のとおりとした。これらのグラフに示すように、放熱抑制カバー２３を設けていない放熱対策前では、ヒータ１５の温度低下が顕著であったが、放熱抑制カバー２３を設けた放熱対策後では、ヒータ１５の放熱が抑制されることで、温度低下が抑制されて温度制御精度が著しく向上した。

図６は加速ノズルが試験片５０の吹付面５０ｆを往復動する状態を説明する説明図である。左右方向の矢印７０は加速ノズルの動きを示している。加速ノズル２は、試験片５０の吹付面（ｘｙ平面）の１方向（ｙ方向）で当該試験片５０を中心として、試験片５０の吹付面５０ｆを超える振幅範囲で往復動する。こうして、吹付面５０ｆの燃焼ガスが吹き付けられた箇所には、一定の幅をもつ線状の試験痕が残る。

燃焼ガス６０は、試験片５０の吹付面５０ｆの１カ所に当て続けたり、試験片５０の吹付面５０ｆ内に収まる範囲のみに当て続けたりしたのでは、燃焼ガス６０が吹付面５０ｆに局部的に衝突することになるので、試験片５０の温度を精度良く調節することはできない。これに対して、本実施形態の方法では、加速ノズルを試験片５０の吹付面５０ｆを超える振幅範囲で往復動させ、固体粒子を含む燃焼ガスを吹付面内・吹付面外・吹付面内・吹付面外・・・と順に吹き付けることで、吹付面５０ｆに断続的に衝突させる。加速ノズルの振幅範囲及び往復速度は、試験温度、試験片寸法、燃焼ガスの温度、固体粒子の速度、加速ノズルと試験片５０との間の距離などの試験条件に応じて設定される。これにより、試験片５０の温度を一定に保つことができ、極めて高い試験精度を得ることができる。試験中の試験片の温度の振れは、好ましくは４０℃以下であり、より好ましくは１５℃以下である。なお上記工程の開始前である固体粒子を導入する前の段階で、試験片５０を温調装置４によって加熱しつつ、固体粒子を含まない燃焼ガスを吹付面５０ｆに吹き付けて、試験片５０の温度を試験温度まで上昇させるための予熱を行う。

高温ブラストエロージョン試験装置１に設けられた角度制御機構７により、実機の環境に合わせて、試験片５０の吹付面５０ｆに対する加速ノズル２から噴射される固体粒子の吹付角度θを広範囲で変えることができる。

加速ノズル２から噴射させる高温の固体粒子の吹付面５０ｆに対する吹付速度は、想定される実機環境や速度測定の信頼性を考慮すると、１００〜１３００ｍ／ｓに調節することが好ましい。吹付速度は、加速ノズル２の噴射部１０の内径、縮径部１１の内径、燃焼ガスの圧力の大きさなどで調節される。これにより、ブラストエロージョン試験の吹付速度を広範囲で変更でき、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。固体粒子の吹き付け速度は、粒子速度計測装置（例えば、Ｔｅｃｎａｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｌｔｄ．製「Ａｃｃｕｒａｓｐｒａｙ−Ｇ３Ｃ」）によって測定することができる。

試験片５０の温度は、想定される実機環境を考慮すると、１００〜９００℃に調節することが好ましい。試験片５０の温度は、加速ノズル２から噴射される燃焼ガスの温度、温調装置４の設定温度、加速ノズル２の振幅範囲及び往復速度などで調節される。これにより、試験温度を広範囲で変更でき、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。

燃焼部８で高圧ガスと燃料により生成される燃焼ガスに関し、当該高圧ガスを支燃性ガスとすれば、当該燃焼ガスの温度を当該支燃性ガスと燃料の燃焼比率によって調節することができる。また、燃焼ガスの噴射速度を当該支燃性ガスと燃料の燃焼比率によって調節することができる。

本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置１及び試験方法によれば次の作用効果を得ることができる。まず、固体粒子を導入する前に、温調装置４及び加速ノズル２から噴射される固体粒子を含まない燃焼ガスで、試験温度に近づくまで試験片５０に予熱を加える。このとき、加速ノズル２を、試験片５０の吹付面方向の１方向で当該試験片５０を中心として吹付面５０ｆを超える振幅範囲で往復動させる。予熱時から加速ノズル２を往復動させておき、適切なタイミングで加速ノズル２に固体粒子を導入すればそのまま連続して本試験を開始することができる。固体粒子を含む燃焼ガス６０が試験片５０の吹付面５０ｆに吹き付けられることで、高温ブラストエロージョン試験が行われる。試験中は、温調装置４による温度調節と、燃焼ガス６０の断続的な衝突により、試験片５０の温度を一定に保つことができ、高い精度で試験片５０の表面のエロージョン量測定を行うことができる。

上記実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置１及び試験方法を用いて高温ブラストエロージョン試験を行った。試験片として、４８ｍｍ×４８ｍｍ×１０ｍｍのＳＳ４００鋼材を二つ用意し、一方には溶射による表面処理を行った。各試験片に対する試験条件は、表２に示すとおりである。

図７に高温ブラストエロージョン試験の結果を示す。本試験は、表面に溶射皮膜を形成した試験片１（ＳＳ４００鋼＋炭化物サーメット）と、表面に溶射皮膜を形成しなかった試験片２（ＳＳ４００鋼）との比較により、溶射皮膜の耐高温ブラストエロージョン性を確認するための試験である。温度依存性に関し、３００℃及び５００℃のいずれの温度環境でも溶射皮膜による摩耗量の低減効果が確認され、特に５００℃における摩耗量の低減効果が大きかった。一方、角度依存性に関し、固体粒子の吹付け角度が３０°及び４５°の場合は、溶射皮膜による摩耗量の低減は明らかであったが、９０°の場合では同等かむしろ摩耗量が増加した。以上のことから、本試験で使用した溶射皮膜は、角度によって耐高温ブラストエロージョン性の向上の効果に違いが現れることが示された。このように、本試験によれば、温度の違いや、角度の違いによる摩耗量の程度を調べることができ、想定される使用環境でのエロージョン量の予測を立てることができた。

次に、予熱の有無、振幅の大きさによる、温度履歴への影響を調べるための試験を行った。試験片として、４８ｍｍ×４８ｍｍ×１０ｍｍのＳＳ４００鋼材を新たに二つ用意した。試験片３及び試験片４に対する試験条件は、表３に示すとおりである。吹付面への衝突角度はいずれも４５°とした。図８は各試験片のガス速度、粒子速度、酸素と灯油の当量比（Ｏ／Ｆ比）をグラフに表したものである。

図９は試験片３に関する温度履歴を示すグラフであり、図１０は試験片４に関する温度履歴を示すグラフである。図９（ａ）は予熱有、振幅大、（ｂ）は予熱無、振幅大、（ｃ）は予熱有、振幅小、（ｄ）は予熱有、振幅０としたときの試験結果である。同様に図１０（ａ）は予熱有、振幅大、（ｂ）は予熱無、振幅大、（ｃ）は予熱有、振幅小、（ｄ）は予熱有、振幅０としたときの試験結果である。ここで振幅大とはグラフ右上に示すように、加速ノズルを試験片の吹付面を超える振幅範囲で往復動させている状態であり、振幅小とは、加速ノズルを試験片の吹付面内に収まる範囲のみに当て続けている状態である。振幅０とは、予熱後、加速ノズルを動かさず、試験片の１カ所点に当て続けている状態である。

各図の（ａ）、（ｂ）の比較から、予熱無しでは、試験開始後の温度上昇が大きい。各図の（ａ）、（ｃ）の比較から、振幅小では、試験開始直後から温度が急激に上昇しており、温度を保つことはできないことが認められる。各図の（ａ）、（ｄ）の比較においても、振幅０では、試験開始直後から温度が更に急激に上昇しており、温度を保つことはできないことが認められる。各図の（ｃ）、（ｄ）の比較から、振幅０とするよりも、振幅小とした方が試験開始後の温度上昇が少しではあるが小さいことが認められる。

振幅大とした各図の（ａ）、（ｂ）から解るように、加速ノズルを、吹付面を超える振幅範囲で往復動させ、吹付面に断続的に衝突させることで、試験片の温度を一定に保つことができる。これにより極めて高い試験精度を得ることができる。

本発明は上記の実施形態及び実施例に限定するものではない。上記の実施形態では、試験片を固定した状態で加速ノズルを移動させているが、逆に加速ノズルを固定した状態で、試験片を移動させてもよい。この場合においても、試験片を加速ノズルに対して、試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で１方向に移動させればよい。また、加速ノズル又は試験片は、１方向だけではなく、多方向に動かして、試験片の温度を一定に保つようにしてもよい。また、上記の実施形態では、加速ノズル側の角度を可変としているが、試験片側の角度を可変としてもよい。さらに、上記の実施形態では、ヒータによる試験片の加熱を直接加熱としたが、間接加熱や誘導加熱を利用してもよい。

１ 高温ブラストエロージョン試験装置
２ 加速ノズル
３ 噴射装置
４ 温調装置
６ 駆動機構
７ 角度制御機構
８ 燃焼部
９ パウダーインジェクタ
１０ 噴射部
１１ 縮径部
３０ ガス供給口
３１ 燃料供給口
３２ 点火プラグ
１５ ヒータ
１６ 電極
１７ ヒータ用熱電対
１８ 試験片用熱電対
２０ 土台
２１ 支柱
２２ 保温ブロック
２３ 放熱抑制カバー
２４ 側部カバー
２５ 上部カバー
２６ ヒータカバー
５０ 試験片
５０ｆ 吹付面
６０ 燃焼ガス

Claims (12)

1. 燃焼ガスを加速させ噴射する加速ノズルに固体粒子を導入し、当該固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に吹き付ける高温ブラストエロージョン試験方法であって、
   温調装置によって前記試験片を加熱しつつ、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて、当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付けることで、試験片の温度を一定に保つことを特徴とする高温ブラストエロージョン試験方法。
2. 前記固体粒子を導入する前に、前記試験片を温調装置によって加熱しつつ、固体粒子を含まない燃焼ガスを吹き付けて、当該試験片の温度を試験温度まで上昇させるための予熱を行う請求項１に記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
3. 前記試験片への前記固体粒子の吹付角度が可変である請求項１又は２に記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
4. 前記固体粒子の前記吹付面に対する吹付速度は１００〜１３００ｍ／ｓである請求項１〜３のいずれかに記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
5. 前記試験片の温度を１００〜９００℃に調節する請求項１〜４のいずれかに記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
6. 前記燃焼ガスは、高圧ガスと燃料により生成する請求項１〜５のいずれかに記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
7. 前記高圧ガスは支燃性ガスであり、前記燃焼ガスの温度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節する請求項６に記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
8. 前記高圧ガスは支燃性ガスであり、前記燃焼ガスの噴射速度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節する請求項６又は７に記載の高温ブラストエロージョン試験方法。
9. 燃焼部と、噴射部と、固体粒子を導入する供給口とを有し、燃焼ガスを加速させ噴射して当該固体粒子を試験片に衝突させる加速ノズルを有する噴射装置と、
   前記試験片を加熱保持する温調装置と、
   前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて試験片の温度を一定に保つ駆動機構と、
   を備えることを特徴とする高温ブラストエロージョン試験装置。
10. 前記試験片への前記固体粒子の吹付角度を可変とする角度制御機構を備える請求項９に記載の高温ブラストエロージョン試験装置。
11. 前記加速ノズルは、前記燃焼ガスの通過面積を狭めるための縮径部分を有する請求項９又は１０に記載の高温ブラストエロージョン試験装置。
12. 前記温調装置は、前記試験片を加熱保持できる加熱源を有しており、
    この加熱源および試験片を囲むように放熱抑制カバーが設けられている請求項９〜１１のいずれかに記載の高温ブラストエロージョン試験装置。