JP2774520B2

JP2774520B2 - 水車ランナ

Info

Publication number: JP2774520B2
Application number: JP63226107A
Authority: JP
Inventors: 知浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH0275767A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は耐キヤビテーションエロージョンおよび耐土
砂磨耗性にすぐれた水車ランナに関する。

（従来の技術）近年水力発電プラントは、発電効率の向上などの観点
から、大容量化される傾向にあり、揚水発電プラントに
おいては、高落差化、高揚程化が進み、水車ランナで
は、キヤビテーションエロージョンが加速されている。
また発電プラントの建設地点の限定などの点から、土砂
を多量に含んだ水質の下で運転される傾向にあり、水車
ランナも土砂磨耗による損傷を受け易い状態にある。

この種の水車ランナは、３〜５％ニッケルを含むマル
テンサイト系13％クロムステンレス鋳鋼から作られてお
り、より以上の耐キヤビテーションエロージョンおよび
耐土砂磨耗性が要望されている。

水車ランナの耐キヤビテーションエロージョン性を向
上させる手段として、ランナ羽根などのキヤビテーショ
ンエロージョン損耗の著しい部位に、マルテンサイト系
13％クロムステンレス鋳鋼より耐キヤビテーションエロ
ージョン性にすぐれたオーステナイト系ステンレス鋼を
肉盛り溶接するものは知られている。

（発明が解決しようとする課題）オーステナイト系ステンレス鋼を肉盛り溶接した水車
ランナは、耐キヤビテーションエロージョン性について
は向上するが、必ずしも耐土砂磨耗性にはすぐれておら
ず、要望を満たしていない。

そこで耐キヤビテーションエロージョンおよび耐土砂
磨耗性に優れた材料としてステライトと称されるコバル
ト基合金を肉盛り溶接した水車ランナが提案されたが、
この場合にはコバルト基合金の炭素含有量が多いため、
加工性が悪くかつ靭性が低く、水車ランナの回転部に使
用できない。

またコバルト基合金を肉盛り溶接した水車ランナで
は、溶接割れを防ぐために、300〜600℃程度の予熱を必
要とし、変形、母材の特性劣化の原因ともなり水車ラン
ナへの適用に問題がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、コバル
ト基合金を選定することで、耐キヤビテーションエロー
ジョンおよび耐土砂磨耗性にすぐれた水車ランナを提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の水車ランナは、ランナコーンを備えたクラウ
ン部と、ランナ部と、シュランド部とから構成される水
車ランナにおいて、水車運転時の水入口側羽根表面ある
いはポンプ運転時の水入口側羽根表面の少なくともキヤ
ビテーションエロージョンと土砂磨耗を生じる部位に、
重量パーセントで、、0.13〜0.20％の炭素、0.30〜0.50
％のけい素、0.70〜0.90％のマンガン、25〜28％のクロ
ム、５〜７％のモリブデン、2.0〜3.5％のニッケル、５
％以下の鉄、を含み残部をコバルトとしたコバルト基合
金からなる合金層を肉盛り溶接により溶着して構成され
る。

（作用）本発明の水車ランナにおいては、コバルト、クロム、
モリブデン系の固溶合金をマトリックスとし、この中に
硬いクロム、コバルト炭化物、金属間化合物を微細に析
出させて硬さを向上させたコバルト基合金を、キヤビテ
ーションエロージョンと土砂による磨耗を受ける部位に
設けたことで、耐キヤビテーションエロージョンおよび
耐土砂磨耗性にすぐれ、かつ溶接に際しての予熱温度を
100℃以下とすることができる。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面につき説明する。

第１図は本発明による水車ランナを示し、この水車ラ
ンナは、ランナコーン１を備えたクラウン部２と、ラン
ナ部３と、シュランド部４とから構成されている。上記
水車ランナにおいては、第２図で斜線で示すようなラン
ナ部３の水車運転時の水入口側羽根表面あるいはポンプ
運転時の水入口側羽根表面にコバルト基合金からなる合
金層５が肉盛り溶接により溶着されている。

上記コバルト基合金としては、コバルト、クロム、モ
リブデン系の固溶合金をマトリックスとし、この中に硬
いクロム、コバルト炭化物、金属間化合物を微細に析出
させて硬さを向上させたものが選定される。選定される
コバルト基合金は、例えば重量パーセントで、、0.13〜
0.20％の炭素、0.30〜0.50％のけい素、0.70〜0.90％の
マンガン、25〜28％のクロム、５〜７％のモリブデン、
2.0〜3.5％のニッケル、５％以下の鉄を含み残部をコバ
ルトとしたものである。炭素量を0.13〜0.20％としたの
は、0.20％を超えると靭性が低下しかつ溶接性が悪くな
り、マルテンサイト系13％ステンレス鋼への溶接におい
て、ステンレス鋼側へ炭素が溶融時に拡散し、ステンレ
ス鋼側境界部に炭化物析出が生じ、耐蝕性の低下を招く
からである。また下限値を0.13％としたのは、微細炭化
物析出に必要であるからである。またけい素を0.30〜0.
50％としたのは、溶接性の改善を図るためである。マン
ガンを0.70〜0.90％としたのは、炭素の低減に伴う硬さ
の低下を回復させるためである。

上記コバルト基合金の肉盛り溶接は、被覆アーク、TI
G、MIG溶接などの通常の溶接手段により行われる。

一方上記コバルト基合金の肉盛り溶接部には、溶接後
の熱収縮に起因する残留応力の発生による運転中の疲労
強度を考慮して、ショットピーニング処理を施し、残留
応力を緩和させるようにしている。

実験例１水車ランナ材である13％クロム、3.5％ニッケルのマ
ルテンサイト系ステンレス鋼により、水車ランナの羽根
モデルを鋳造し、1100℃で４時間の焼きならし、650℃
で３時間の焼き戻しを行った後、下記する第１表の５種
類の材料を厚さ５ミリTIG溶接により肉盛り溶接した。

この肉盛り溶接部よりキヤビテーションエロージョン
試験片を採取し、磁歪振動法により、周波数6.5キロヘ
ルツ、振幅100μｍ、25℃の純水中で３時間キヤビテー
ションエロージョン試験を行い、キヤビテーションエロ
ージョン指数（CEI）を求めて耐キヤビテーションエロ
ージョン性を評価した。

この実験結果によれば、実施例１、２のCEIは、従来
のステライト溶接金属（比較例１、２）に比べて若干大
きいものの、水車ランナ材（比較例４）因り著しく小さ
く、すぐれた耐キヤビテーションエロージョンを有して
いる。

各種溶接材の特性を第３表に示す。

第３表によれば、実施例1,2は、水車ランナ材には劣
るものの、従来のステライト材に比べて十分すぐれた靭
性を有し、また引張強度・耐力では水車ランナ材と同等
もしくはそれ以上の特生を有し、肉盛特性も従来のステ
ライト状よりもすぐれている。

実験例２実施例２の肉盛り金属より土砂磨耗試験片を採取し、
ジルコンサンドを主体とした土砂水中において回転軸に
取り付け、周速21m/sの回転速度、試験時間30時間で土
砂磨耗試験を行った。

耐土砂磨耗性の評価を第４表に示す。

実施例２の材料は、水車ランナ材やオーステナイト系
ステンレス鋼（D308）に比べて相対磨耗係数が著しく大
きく、すぐれた耐土砂磨耗性を有している。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、従来の水車ランナ
に比べて、すぐれた耐キヤビテーションエロージョンお
よび耐土砂磨耗性を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水車ランナの斜視図、第２図は同
断面図である。１……ランナコーン、２……クラウン部、３……ランナ
部、４……シュランド部、５……合金層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ランナコーンを備えたクラウン部と、ラン
ナ部と、シュランド部とから構成される水車ランナにお
いて、水車運転時の水入口側羽根表面あるいはポンプ運
転時の水入口側羽根表面の少なくともキヤビテーション
エロージョンと土砂磨耗を生じる部位に、重量パーセン
トで、0.13〜0.20％の炭素、0.30〜0.50％のけい素、0.
70〜0.90％のマンガン、25〜28％のクロム、５〜７％の
モリブデン、2.0〜3.5％のニッケル、５％以下の鉄を含
み、残部をコバルトとしたコバルト基合金からなる合金
層を肉盛り溶接により溶着したことを特徴とする水車ラ
ンナ。