JP3478914B2 - 流体噴射ノズル及びそのノズルを用いた応力改善処理方法 - Google Patents
流体噴射ノズル及びそのノズルを用いた応力改善処理方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
- B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
-
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- G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャビテーション
を誘発する液体噴射ノズル及び、そのノズルを用いた応
力改善処理方法に関するものである。
を誘発する液体噴射ノズル及び、そのノズルを用いた応
力改善処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電プラントのオーステナイト系
SUS304ステンレス鋼や一部のＮｉ基合金等からなる機器
においては応力腐食割れが発生する場合があり、応力腐
食割れは残留応力による影響が極めて大きく、引張り残
留応力場では著しく加速され、圧縮残留応力場では抑制
されるることがよく知られている。
SUS304ステンレス鋼や一部のＮｉ基合金等からなる機器
においては応力腐食割れが発生する場合があり、応力腐
食割れは残留応力による影響が極めて大きく、引張り残
留応力場では著しく加速され、圧縮残留応力場では抑制
されるることがよく知られている。
【０００３】残留応力をうまく制御することによって応
力腐食割れは、抑制されるだけではなく、圧縮残留応力
に改善することによって応力腐食割れを防止することも
できる。
力腐食割れは、抑制されるだけではなく、圧縮残留応力
に改善することによって応力腐食割れを防止することも
できる。
【０００４】また、残留応力改善は、単に耐応力腐食割
れ性のみならず、腐食，疲労及び腐食疲労等による損傷
予防にも役立つ。
れ性のみならず、腐食，疲労及び腐食疲労等による損傷
予防にも役立つ。
【０００５】このために、原子力発電プラントにおいて
は、機器の溶接部等に発生する引張残留応力を圧縮残留
応力に改善することが重要な課題となっている。
は、機器の溶接部等に発生する引張残留応力を圧縮残留
応力に改善することが重要な課題となっている。
【０００６】金属材料の表面に圧縮残留応力を生成する
ことによって、溶接等の加工によって発生した引張残留
応力を軽減させて応力腐食，腐食，疲労，腐食疲労等の
損傷を防止する金属の表面強化方法が特開昭59−193215
号公報（公知例１）に開示されている。
ことによって、溶接等の加工によって発生した引張残留
応力を軽減させて応力腐食，腐食，疲労，腐食疲労等の
損傷を防止する金属の表面強化方法が特開昭59−193215
号公報（公知例１）に開示されている。
【０００７】これは液体中に浸漬した金属に高圧高流速
の液体をノズルから噴射することによって液体にキャビ
ティを生ぜしめ、キャビティの圧壊衝撃力を利用して金
属をピーニングにより強化するものである。
の液体をノズルから噴射することによって液体にキャビ
ティを生ぜしめ、キャビティの圧壊衝撃力を利用して金
属をピーニングにより強化するものである。
【０００８】液中において高圧高速の液体を噴射するノ
ズルとしては特開昭59−25681 号公報（公知例２）が開
示されている。
ズルとしては特開昭59−25681 号公報（公知例２）が開
示されている。
【０００９】特開昭59−25681 号公報では、液中ジェッ
ト噴流の流速を増すために、円形，楕円，矩形のうちの
いずれかの断面をゆうするオリフィス及びオリフィスの
下流にオリフィスの軸心に対して２０°から６０°の角
度で広がる拡散室を備えた液中噴射ノズルが開示されて
いる。
ト噴流の流速を増すために、円形，楕円，矩形のうちの
いずれかの断面をゆうするオリフィス及びオリフィスの
下流にオリフィスの軸心に対して２０°から６０°の角
度で広がる拡散室を備えた液中噴射ノズルが開示されて
いる。
【００１０】適正なオリフィスに続く噴出孔の長さとし
ては、オリフィスの直径の４倍から２０倍としている。
これにより液中ジェット噴流の流速損失が低減され、ジ
ェット噴流を遠くまで到達させることができるとしてい
る。
ては、オリフィスの直径の４倍から２０倍としている。
これにより液中ジェット噴流の流速損失が低減され、ジ
ェット噴流を遠くまで到達させることができるとしてい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記で述べた最初の公
知例１では、高圧高流速の液体を噴射する具体的手段に
ついては述べられていない。
知例１では、高圧高流速の液体を噴射する具体的手段に
ついては述べられていない。
【００１２】上記で述べた公知例２の例は、ジェット噴
流の減衰を低く押さえることを主目的としており、キャ
ビテーションを噴流を得るための手段が提示していな
い。
流の減衰を低く押さえることを主目的としており、キャ
ビテーションを噴流を得るための手段が提示していな
い。
【００１３】しかし、公知例が、効力を発揮するために
はノズルと対象物の距離(噴射距離)を短くすることが必
須であり、噴射距離が長い場合や、噴射距離が短くても
水中噴射のように噴射速度減衰が著しい場合は、ピーニ
ング効果を得ることが困難となる。
はノズルと対象物の距離(噴射距離)を短くすることが必
須であり、噴射距離が長い場合や、噴射距離が短くても
水中噴射のように噴射速度減衰が著しい場合は、ピーニ
ング効果を得ることが困難となる。
【００１４】大気中噴射では噴射速度減衰は少なくなる
が、衝突動圧のみを用いる公知例２の場合は噴射圧力を
超高圧にすることが要求される。そのためにポンプ，関
連機器の性能とコスト面でも不利になる。
が、衝突動圧のみを用いる公知例２の場合は噴射圧力を
超高圧にすることが要求される。そのためにポンプ，関
連機器の性能とコスト面でも不利になる。
【００１５】本発明の第１目的は、液中環境でノズルか
ら噴射された噴流を金属材料表面に衝突させて、その表
面に圧縮残留応力を生成するに寄与するキャビテーショ
ン気泡の発生を従来になく助長して応力改善処理方法に
好適な噴射ノズルを提供するものであり、第２目的は、
そのノズルを用いた応力改善処理方法を提供することに
有る。
ら噴射された噴流を金属材料表面に衝突させて、その表
面に圧縮残留応力を生成するに寄与するキャビテーショ
ン気泡の発生を従来になく助長して応力改善処理方法に
好適な噴射ノズルを提供するものであり、第２目的は、
そのノズルを用いた応力改善処理方法を提供することに
有る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１目的を達成
するための第１手段は、加圧された流体を受け入れる水
室と、前記水室に続いており前記水室からの前記流体を
絞るオリフィスと、前記オリフィスに続いており前記オ
リフィスからの前記流体を通すスロートと、前記スロー
トに続いており前記スロートからの前記流体を受け入れ
てキャビテーションを増殖する増殖室と、前記増殖室か
らの前記流体を受け入れて前記流体を拡散する拡散室と
を備え、前記増殖室を、上流側の端部開口半径を前記ス
ロートの半径以上とし、前記増殖室の下流側の端部開口
半径を前記拡散室の上流側の端部開口半径以上とし、上
流側の端部開口と下流側の端部開口の間を外側に凸な曲
線で結んだ断面形状を有する釣鐘型増殖室として設け、
前記釣鐘型増殖室に続いて設けられる拡散室を円錐型拡
散室として設けた流体噴射ノズルである。
するための第１手段は、加圧された流体を受け入れる水
室と、前記水室に続いており前記水室からの前記流体を
絞るオリフィスと、前記オリフィスに続いており前記オ
リフィスからの前記流体を通すスロートと、前記スロー
トに続いており前記スロートからの前記流体を受け入れ
てキャビテーションを増殖する増殖室と、前記増殖室か
らの前記流体を受け入れて前記流体を拡散する拡散室と
を備え、前記増殖室を、上流側の端部開口半径を前記ス
ロートの半径以上とし、前記増殖室の下流側の端部開口
半径を前記拡散室の上流側の端部開口半径以上とし、上
流側の端部開口と下流側の端部開口の間を外側に凸な曲
線で結んだ断面形状を有する釣鐘型増殖室として設け、
前記釣鐘型増殖室に続いて設けられる拡散室を円錐型拡
散室として設けた流体噴射ノズルである。
【００１７】
【００１８】同じく第２手段は、第１手段において、前
記釣鐘型増殖室を、前記釣鐘型増殖室の上流側の端部開
口半径と下流側の端部開口半径の間を外側に凸でかつ極
値を持つ曲線で結んだ断面形状を有する極値釣鐘型増殖
室としたことを特徴とする流体噴射ノズルである。
記釣鐘型増殖室を、前記釣鐘型増殖室の上流側の端部開
口半径と下流側の端部開口半径の間を外側に凸でかつ極
値を持つ曲線で結んだ断面形状を有する極値釣鐘型増殖
室としたことを特徴とする流体噴射ノズルである。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、第１実施例におけるの加
圧水噴射ノズル１の断面形状を示す。
圧水噴射ノズル１の断面形状を示す。
【００２４】加圧水噴射ノズル１は、ポンプで昇圧され
た加圧水を通す導管２に接続する係合部３，係合部３に
続く水室４，水室４に続くオリフィス５，オリフィス５
に続くスロート６，スロート６に続くキャビテーション
を発生させ且つ成長させる増殖室７，増殖室７に続く頂
角が３０°から１２０°の円錐型拡散室８を備えてい
る。
た加圧水を通す導管２に接続する係合部３，係合部３に
続く水室４，水室４に続くオリフィス５，オリフィス５
に続くスロート６，スロート６に続くキャビテーション
を発生させ且つ成長させる増殖室７，増殖室７に続く頂
角が３０°から１２０°の円錐型拡散室８を備えてい
る。
【００２５】ＤＴはスロート６の直径、Ｌはスロート６
の長さを表す。
の長さを表す。
【００２６】増殖室７の縦断面形状は、円錐型拡散室８
の延長線（破線）の外側に湾曲した凸曲線で示されてい
る通り吊鐘型となっている。
の延長線（破線）の外側に湾曲した凸曲線で示されてい
る通り吊鐘型となっている。
【００２７】凸曲線は部分楕円または部分円が好ましい
が、加工の容易さから本例では、半径Ｒの部分円として
いる。
が、加工の容易さから本例では、半径Ｒの部分円として
いる。
【００２８】スロート長ＬはＬ≦４ＤＴ、吊鐘型拡散室
７の曲がり半径ＲはＲ＝ＤＴ×（１〜１０）である。
７の曲がり半径ＲはＲ＝ＤＴ×（１〜１０）である。
【００２９】本実施例の作用効果を図２により以下に説
明する。
明する。
【００３０】導管２を通して水室４に導かれた加圧水９
は、オリフィス５で絞られスロート６内を速度Ｖで下流
の増殖室７から高速のジェット水１０として環境水１１
中に噴射される。
は、オリフィス５で絞られスロート６内を速度Ｖで下流
の増殖室７から高速のジェット水１０として環境水１１
中に噴射される。
【００３１】ジェット水１０は、円錐型拡散室８の壁面
とジェット水１０の隙間Ｓで多数の渦流または対流１２
を起こし、ここでキャビテーション核１３が生成され
る。
とジェット水１０の隙間Ｓで多数の渦流または対流１２
を起こし、ここでキャビテーション核１３が生成され
る。
【００３２】生成したキャビテーション核１３の一部は
旋回対流１２により吊鐘型増殖室７に運ばれてここに貯
められるが、一定量貯められるとジェット水１０に載っ
て間歇的かつ爆発的に下流に放出される。
旋回対流１２により吊鐘型増殖室７に運ばれてここに貯
められるが、一定量貯められるとジェット水１０に載っ
て間歇的かつ爆発的に下流に放出される。
【００３３】このため、貯えられたキャビテーション核
１３は貯えられること無く放出されるキャビテーション
核に合わせられて多量且つ高密度のキャビテーション核
を含む放出流体が発生し、その放出流体の衝突を受ける
金属は短時間に強力なピーニングを施される。
１３は貯えられること無く放出されるキャビテーション
核に合わせられて多量且つ高密度のキャビテーション核
を含む放出流体が発生し、その放出流体の衝突を受ける
金属は短時間に強力なピーニングを施される。
【００３４】その際、吊鐘型増殖室７は加圧水の入り口
よりも出口が広い故、スロートからの加圧水を拡散する
機能が生じ、円錐型拡散室８による拡散機能とにより、
ノズルから放出されたジェット水は従来になく広く拡散
され、広い領域にたいして短時間にピーニングを施工す
ることに有意義である。
よりも出口が広い故、スロートからの加圧水を拡散する
機能が生じ、円錐型拡散室８による拡散機能とにより、
ノズルから放出されたジェット水は従来になく広く拡散
され、広い領域にたいして短時間にピーニングを施工す
ることに有意義である。
【００３５】吊鐘型増殖室７は、キャビテーション核１
３の成長室及び成長したキャビテーションの貯り場とし
て作用する。
３の成長室及び成長したキャビテーションの貯り場とし
て作用する。
【００３６】また、スロート長Ｌは、Ｌ≦４ＤＴと短く
したことにより、オリフィス５で絞られて増速した速度
Ｖの流れが整流されないまま乱流状態で拡散室に射出さ
れるので、キャビテーション核１３の生成が活発にな
る。
したことにより、オリフィス５で絞られて増速した速度
Ｖの流れが整流されないまま乱流状態で拡散室に射出さ
れるので、キャビテーション核１３の生成が活発にな
る。
【００３７】さらに、Ｌ≦４ＤＴと短くしたことによ
り、スロート６内での摩擦損失による流速低下を防げる
のでスロート６の出口での速度が高速となり、やはりキ
ャビテーション核１３の生成を活発になる。
り、スロート６内での摩擦損失による流速低下を防げる
のでスロート６の出口での速度が高速となり、やはりキ
ャビテーション核１３の生成を活発になる。
【００３８】スロート長Ｌを、Ｌ≧４ＤＴと長くする
と、スロート６内の流れは整流されるものの摩擦損失の
ために流速低下そのものは大となる。
と、スロート６内の流れは整流されるものの摩擦損失の
ために流速低下そのものは大となる。
【００３９】従って、スロート６の出口速度を高速にす
るためには高圧水９の圧力Ｐを摩擦損失に見合って高く
しなければならない。
るためには高圧水９の圧力Ｐを摩擦損失に見合って高く
しなければならない。
【００４０】言い替えれば、スロートが長い、Ｌ≧４Ｄ
Ｔのノズルを基準にすれば、本発明のノズルでは加圧水
９の圧力Ｐが低くても、スロートが長いノズルと同等以
上の効果を得ることができる。
Ｔのノズルを基準にすれば、本発明のノズルでは加圧水
９の圧力Ｐが低くても、スロートが長いノズルと同等以
上の効果を得ることができる。
【００４１】図３は、第２実施例におけるの加圧水噴射
ノズル１の断面形状を示す。
ノズル１の断面形状を示す。
【００４２】この例では、スロート６に続く増殖室７の
上流端部の直径（ＤＢ１）をＤＢ１＞ＤＴとし、増殖室
７の下流端部の直径（ＤＢ２）を円錐型拡散室８の上流
端部の直径（ＤＣ）よりも大きく、すなわち、ＤＢ２＞
ＤＣとしてある。
上流端部の直径（ＤＢ１）をＤＢ１＞ＤＴとし、増殖室
７の下流端部の直径（ＤＢ２）を円錐型拡散室８の上流
端部の直径（ＤＣ）よりも大きく、すなわち、ＤＢ２＞
ＤＣとしてある。
【００４３】さらに増殖室７の上流端部と下流端部は極
値Ｐを有する外向きに凸な曲線で結ばれた断面形状であ
る。
値Ｐを有する外向きに凸な曲線で結ばれた断面形状であ
る。
【００４４】本例が第１実施例と異なる特徴は、増殖室
７が極値Ｐを有し懐が深くなり、キャビテーションがよ
り溜りやすくなったこと、及びスロート６から増殖室
７，増殖室７から円錐型拡散室８への移行部の形状急変
によりキャビテーション核１３の発生をより活発にした
ことにある。
７が極値Ｐを有し懐が深くなり、キャビテーションがよ
り溜りやすくなったこと、及びスロート６から増殖室
７，増殖室７から円錐型拡散室８への移行部の形状急変
によりキャビテーション核１３の発生をより活発にした
ことにある。
【００４５】このために、より活発な多量のキャビテー
ションを爆発的に放出することができる。
ションを爆発的に放出することができる。
【００４６】本例の応用として、図示を省くが、ＤＢ１
≒ＤＴ及びＤＢ２≒＞ＤＣとすることもできる。
≒ＤＴ及びＤＢ２≒＞ＤＣとすることもできる。
【００４７】これによれば、効果は変わらないが、ノズ
ルの加工が容易となる。
ルの加工が容易となる。
【００４８】その他は第１実施例と同じ構成と作用効果
を有する。
を有する。
【００４９】図４は、第３実施例を示す。
【００５０】本例が第１実施例と異なるところは、水室
４とスロート６とのつながりを水室からオリフィス５に
かけてテーパー面として圧力損失の少ないスムーズな状
態とした上、吊鐘型増殖室７に細かい凹凸を設けたこと
にある。
４とスロート６とのつながりを水室からオリフィス５に
かけてテーパー面として圧力損失の少ないスムーズな状
態とした上、吊鐘型増殖室７に細かい凹凸を設けたこと
にある。
【００５１】細かい凹凸によりキャビテーション核１３
が貯りやすくなり、貯ったキャビテーション核１３がよ
り力強く爆発的に放出される。
が貯りやすくなり、貯ったキャビテーション核１３がよ
り力強く爆発的に放出される。
【００５２】その他の構成と作用効果は第１実施例と同
じである。
じである。
【００５３】図５は、第４実施例を示す。
【００５４】図５では本例の加圧水噴射ノズル１の断面
形状を示し、図６では本例のノズルの効果説明図を示
す。
形状を示し、図６では本例のノズルの効果説明図を示
す。
【００５５】第１実施例，第２実施例，第３実施例と異
なるところは、スロート６に続いて頂角が１０°から１
２０°の開き角の異なる多段の円錐型拡散室を設けてキ
ャビテーション核エキサイタとしたことにある。
なるところは、スロート６に続いて頂角が１０°から１
２０°の開き角の異なる多段の円錐型拡散室を設けてキ
ャビテーション核エキサイタとしたことにある。
【００５６】本例では、３段の円錐型拡散室１４−１，
１４−２，１４−３を設けている。スロート６の出口か
ら噴射されたジェット水１０は、３段の円錐型拡散室の
壁面とジェット水１０の隙間Ｓで対流１２を起こし、こ
こでキャビテーション核１３が生成される。
１４−２，１４−３を設けている。スロート６の出口か
ら噴射されたジェット水１０は、３段の円錐型拡散室の
壁面とジェット水１０の隙間Ｓで対流１２を起こし、こ
こでキャビテーション核１３が生成される。
【００５７】生成したキャビテーション核１３の一部は
対流１２によって、スロート６と３段の円錐型拡散室１
４−１，１４−１と１４−２，１４−２と１４−３等の
開口角度が急変する部分に運ばれここに貯められる。
対流１２によって、スロート６と３段の円錐型拡散室１
４−１，１４−１と１４−２，１４−２と１４−３等の
開口角度が急変する部分に運ばれここに貯められる。
【００５８】しかし、一定量貯められるとジェット水１
０に載って間歇的かつ爆発的に下流に放出される。拡散
が急変する部分はキャビテーション溜りとして作用す
る。
０に載って間歇的かつ爆発的に下流に放出される。拡散
が急変する部分はキャビテーション溜りとして作用す
る。
【００５９】本例の特徴は、ジェット水１０が液心部か
ら外周部までキャビテーションを満遍なく含むことと、
ジェット水１０の拡がりが広くなり、広角的噴射ができ
ることにあり、さらに、ノズルの製作も容易である。
ら外周部までキャビテーションを満遍なく含むことと、
ジェット水１０の拡がりが広くなり、広角的噴射ができ
ることにあり、さらに、ノズルの製作も容易である。
【００６０】その他は前例の他の実施例と同じである。
【００６１】図７は、第５実施例の加圧水噴射ノズル１
の断面形状の一例を示し、図８はその作用効果の説明図
を示す。
の断面形状の一例を示し、図８はその作用効果の説明図
を示す。
【００６２】本例はスロート６の内面に環状凹凸１７と
して製作が容易な並行ねじ１７−１を設けてキャビテー
ション核エキサイタとしている。
して製作が容易な並行ねじ１７−１を設けてキャビテー
ション核エキサイタとしている。
【００６３】本例の作用効果は、図８に示すように、ね
じ山とねじ山の間に対流１２が起こり、ここに生じたキ
ャビテーション核１３がジェット水１０に巻き込まれる
ために、多量のキャビテーション核を含んだジェット水
１０を噴射でき、噴射の際には、拡散室を通るから広く
拡散されてる。
じ山とねじ山の間に対流１２が起こり、ここに生じたキ
ャビテーション核１３がジェット水１０に巻き込まれる
ために、多量のキャビテーション核を含んだジェット水
１０を噴射でき、噴射の際には、拡散室を通るから広く
拡散されてる。
【００６４】また、スロート６をねじ形状としたことに
より、ジェット水１０がスロート６から受ける抵抗は、
ねじ山の頂部からだけとなるために摩擦損失が少なくな
り、図１でスロート長さの短縮による摩擦損失低減作用
で述べたと同様な効果を得ることができる。
より、ジェット水１０がスロート６から受ける抵抗は、
ねじ山の頂部からだけとなるために摩擦損失が少なくな
り、図１でスロート長さの短縮による摩擦損失低減作用
で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００６５】このため、多量のキャビテーション核によ
り短時間にピーニングを施工することに有意義である。
り短時間にピーニングを施工することに有意義である。
【００６６】図９は第６実施例の加圧水噴射ノズル１の
断面形状を示す。
断面形状を示す。
【００６７】本例が図８の第５実施例と異なるところ
は、スロート６の内面に環状凹凸１７のテーパーねじ１
７−２を設けてキャビテーション核エキサイタとしてい
ることである。本例の特徴は、図８の実施例の効果に加
えて、摩擦損失低減効果がさらに強められることと、ジ
ェット水１０の拡散角θが広くなるためにより一層の広
角的噴射ができることにある。
は、スロート６の内面に環状凹凸１７のテーパーねじ１
７−２を設けてキャビテーション核エキサイタとしてい
ることである。本例の特徴は、図８の実施例の効果に加
えて、摩擦損失低減効果がさらに強められることと、ジ
ェット水１０の拡散角θが広くなるためにより一層の広
角的噴射ができることにある。
【００６８】図７，図９で環状凹凸１７を用いた実施例
について述べたが、ねじのようにスパイラル状でなく、
完全な環状多重平行溝等で環状凹凸１７を構成するもの
であっても同様である。
について述べたが、ねじのようにスパイラル状でなく、
完全な環状多重平行溝等で環状凹凸１７を構成するもの
であっても同様である。
【００６９】図１０は第７実施例による加圧水噴射ノズ
ル１の断面形状を示す。
ル１の断面形状を示す。
【００７０】本例の加圧水噴射ノズル１は、オリフィス
５に続いてスロート６に環状凹凸１７を備え、かつ、Ｌ
≦４Ｄを満たすスロート６，スロート６に続いて吊鐘型
増殖室７，吊鐘型増殖室７に続いて円錐型拡散室８を備
えている。
５に続いてスロート６に環状凹凸１７を備え、かつ、Ｌ
≦４Ｄを満たすスロート６，スロート６に続いて吊鐘型
増殖室７，吊鐘型増殖室７に続いて円錐型拡散室８を備
えている。
【００７１】本例によれば、スロート長さの短縮効果に
加えて、スロート部で環状凹凸１７と吊鐘型増殖室７の
効果を同時に得ることができる。
加えて、スロート部で環状凹凸１７と吊鐘型増殖室７の
効果を同時に得ることができる。
【００７２】本例では、第１実施例による作用効果に加
えて、スロート６の内面に環状凹凸１７状のキャビテー
ション核エキサイタを設けてあるから、より多量のキャ
ビテーション核が容易に得られてピーニング施工がより
短時間に行える。
えて、スロート６の内面に環状凹凸１７状のキャビテー
ション核エキサイタを設けてあるから、より多量のキャ
ビテーション核が容易に得られてピーニング施工がより
短時間に行える。
【００７３】説明を省略するが、本例の吊鐘型増殖室７
に代えて、円錐型拡散室、例えば３段の円錐型拡散室と
の組合せを種々得ることもでき、それぞれの作用効果の
加算的作用効果を得ることができる。
に代えて、円錐型拡散室、例えば３段の円錐型拡散室と
の組合せを種々得ることもでき、それぞれの作用効果の
加算的作用効果を得ることができる。
【００７４】図１１は第８実施例を示す。
【００７５】本例は、前例の各実施例の加圧水噴射ノズ
ル１の構造を前例の各実施例で示してきたような全部文
一体構造とせず、製作性を考慮しながら３分割構造とし
て、それらの分割体を一体に組着けて一体のノズルとし
ている。
ル１の構造を前例の各実施例で示してきたような全部文
一体構造とせず、製作性を考慮しながら３分割構造とし
て、それらの分割体を一体に組着けて一体のノズルとし
ている。
【００７６】一例を示すと次のようになる。
【００７７】すなわち、ノズル１は、スロート６より上
流側部分と、増殖室７部分及び拡散室８部分をそれぞれ
互いに分割している。
流側部分と、増殖室７部分及び拡散室８部分をそれぞれ
互いに分割している。
【００７８】これらの３分割体は、溶接や締結手段など
の所望の手段により図１１の状態に一体に組着けられて
一本のノズル１とされる。
の所望の手段により図１１の状態に一体に組着けられて
一本のノズル１とされる。
【００７９】本例では、ノズルの製作が極めて容易とな
り、しかも高精度に加工でき、従って、上で述べたキャ
ビテーション増殖と成長がより良く行われる。
り、しかも高精度に加工でき、従って、上で述べたキャ
ビテーション増殖と成長がより良く行われる。
【００８０】図１２は第９実施例を実施例を示す。
【００８１】本例は、前例の各実施例による加圧水噴射
ノズル１から噴出させたキャビテーション気泡１８を包
含する高速のジェット水１０を、環境水１１中に浸漬し
た金属体１９の表面に衝突させている応力改善処理の状
況を示す。
ノズル１から噴出させたキャビテーション気泡１８を包
含する高速のジェット水１０を、環境水１１中に浸漬し
た金属体１９の表面に衝突させている応力改善処理の状
況を示す。
【００８２】本例のように水中にて前例の各実施例によ
る加圧水噴射ノズル１から噴出させたジェット水１０を
該金属体１９の表面層に衝突させると、金属体１９の表
面でキャビテーション気泡が崩壊してこの時の水撃作用
によって該金属体１９の降伏応力以上の高圧力が生ずる
ために、金属の衝突部表面層は塑性変形を生じて押し延
ばされる。
る加圧水噴射ノズル１から噴出させたジェット水１０を
該金属体１９の表面層に衝突させると、金属体１９の表
面でキャビテーション気泡が崩壊してこの時の水撃作用
によって該金属体１９の降伏応力以上の高圧力が生ずる
ために、金属の衝突部表面層は塑性変形を生じて押し延
ばされる。
【００８３】しかし、衝突直下部や周辺部は、弾性変形
に留まるために衝突による塑性変形部を元に押し戻して
縮めようとする。
に留まるために衝突による塑性変形部を元に押し戻して
縮めようとする。
【００８４】そのために、キャビテーション気泡が衝突
して崩壊した金属体１９の表面には圧縮残留応力が生成
される。
して崩壊した金属体１９の表面には圧縮残留応力が生成
される。
【００８５】すなわち、本発明のノズルを用いて応力改
善処理を実施することによって金属体１９の表面層に圧
縮塑性変形と圧縮残留応力を効果的に生成できる。
善処理を実施することによって金属体１９の表面層に圧
縮塑性変形と圧縮残留応力を効果的に生成できる。
【００８６】溶接部など引張残留応力が存在する部分に
本処理を適用すると、引張残留応力が軽減され、圧縮残
留応力状態に改善することができる。
本処理を適用すると、引張残留応力が軽減され、圧縮残
留応力状態に改善することができる。
【００８７】すなわち、本発明のノズルを用いて応力改
善処理を実施すると、本発明のノズルが従来のノズルに
比べて圧縮残留応力付与に寄与するキャビテーション核
及びその核から成長したキャビテーション気泡が多量に
発生させることができるから、残留応力を短時間に改善
でき、応力腐食特性，疲労特性及び腐食疲労特性等の諸
特性を短時間に向上することができる。
善処理を実施すると、本発明のノズルが従来のノズルに
比べて圧縮残留応力付与に寄与するキャビテーション核
及びその核から成長したキャビテーション気泡が多量に
発生させることができるから、残留応力を短時間に改善
でき、応力腐食特性，疲労特性及び腐食疲労特性等の諸
特性を短時間に向上することができる。
【００８８】図１３は第１０実施例を示している。
【００８９】本例は、前例の各実施例による加圧水噴射
ノズル１を用いて、金属体１９の表面層に圧縮塑性変形
と圧縮残留応力を効果的に生成するための加圧水噴射装
置２９の実施例を示している。
ノズル１を用いて、金属体１９の表面層に圧縮塑性変形
と圧縮残留応力を効果的に生成するための加圧水噴射装
置２９の実施例を示している。
【００９０】加圧水噴射装置２９は、前例の各実施例に
よる加圧水噴射ノズル１を先端に首振り可能に設けたア
ーム２０，アーム２０を旋回，上下、及び左右に駆動可
能に備えた駆動装置２１，加圧水噴射ノズル１に高圧水
２２を供給する給水管２３，高圧ポンプ２４，給水２５
を浄化し、水質を調整する機能を有する給水タンク２
６，金属体１９を保持する載物台２７を備えた水槽２
８、及び前記のアーム２０，駆動装置２１，高圧ポンプ
２４，給水タンク２６を制御する制御装置２７から構成
されている。
よる加圧水噴射ノズル１を先端に首振り可能に設けたア
ーム２０，アーム２０を旋回，上下、及び左右に駆動可
能に備えた駆動装置２１，加圧水噴射ノズル１に高圧水
２２を供給する給水管２３，高圧ポンプ２４，給水２５
を浄化し、水質を調整する機能を有する給水タンク２
６，金属体１９を保持する載物台２７を備えた水槽２
８、及び前記のアーム２０，駆動装置２１，高圧ポンプ
２４，給水タンク２６を制御する制御装置２７から構成
されている。
【００９１】本装置による加圧水噴射は、以下のように
して行われる。まず、水槽２８中の載物台２９に金属体
１９を取付け、金属体１９と加圧水噴射ノズル１の距離
と方向を適正に保って加圧水噴射ノズル１を移動可能な
ように制御装置２７にセットしておき、次に、高圧ポン
プ２４を起動した後に噴射圧力を２０ＭＰａから100Ｍ
Ｐａ程度に設定して施工を開始する。
して行われる。まず、水槽２８中の載物台２９に金属体
１９を取付け、金属体１９と加圧水噴射ノズル１の距離
と方向を適正に保って加圧水噴射ノズル１を移動可能な
ように制御装置２７にセットしておき、次に、高圧ポン
プ２４を起動した後に噴射圧力を２０ＭＰａから100Ｍ
Ｐａ程度に設定して施工を開始する。
【００９２】加圧水噴射ノズル１は、金属体１９の上を
予め設定された走査パターンに従って走行，横行，首振
り，旋回しながらキャビテーション気泡を含むジェット
水１０を金属体１９表面に噴射する。
予め設定された走査パターンに従って走行，横行，首振
り，旋回しながらキャビテーション気泡を含むジェット
水１０を金属体１９表面に噴射する。
【００９３】その噴射を受けた金属体１９の表層には第
９実施例と同じ応力改善処理が施される。
９実施例と同じ応力改善処理が施される。
【００９４】また、原子炉圧力容器またはシュラウドを
水槽２８とみなすことにより、本装置を原子炉用装置と
することもできる。
水槽２８とみなすことにより、本装置を原子炉用装置と
することもできる。
【００９５】その場合、環境水は原子炉圧力容器内の炉
水となり、給水としてはその炉水または別に用意した純
水を使用する。
水となり、給水としてはその炉水または別に用意した純
水を使用する。
【００９６】給水として炉水を使用する場合には、給水
タンク２６には、図示していないが、原子炉圧力容器中
に噴射された噴射水を吸い上げる噴射水回収手段と、回
収水を浄化して水質を調整する手段が設けられる。
タンク２６には、図示していないが、原子炉圧力容器中
に噴射された噴射水を吸い上げる噴射水回収手段と、回
収水を浄化して水質を調整する手段が設けられる。
【００９７】第９実施例や第１０実施例によれば、ジェ
ット水中に活性なキャビテーション気泡が多く包含され
るので、金属体表面に対する圧縮残留応力生成効果が高
いので応力腐食割れ，腐食疲労及び疲労等の損傷を短時
間に効果的に防止することができ、また、噴射ジェット
水の拡散角を広くできるので１回の噴射で広い範囲にわ
たってる残留応力改善できるので、施工効率が高くて、
より一層施工が短時間となる。
ット水中に活性なキャビテーション気泡が多く包含され
るので、金属体表面に対する圧縮残留応力生成効果が高
いので応力腐食割れ，腐食疲労及び疲労等の損傷を短時
間に効果的に防止することができ、また、噴射ジェット
水の拡散角を広くできるので１回の噴射で広い範囲にわ
たってる残留応力改善できるので、施工効率が高くて、
より一層施工が短時間となる。
【００９８】特に、原子炉に適用すると、運転開始後で
あっても、炉内機器や構造物を解体して炉外に取り出さ
ずに組立状態のままで、炉水水張り状態で簡単に炉内機
器・構造物の溶接部の引張残留応力を圧縮残留応力に改
善できる。
あっても、炉内機器や構造物を解体して炉外に取り出さ
ずに組立状態のままで、炉水水張り状態で簡単に炉内機
器・構造物の溶接部の引張残留応力を圧縮残留応力に改
善できる。
【００９９】
【発明の効果】本発明のノズルによれば、ノズルからの
ジェット水中にキャビテーション気泡を多く包含させる
ことができる。
ジェット水中にキャビテーション気泡を多く包含させる
ことができる。
【０１００】本発明の応力改善処理方法によれば、応力
改善処理が短時間に施工できる。
改善処理が短時間に施工できる。
【図１】本発明の第１実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図２】図１のノズルによる水中でのジェット水噴出状
況を示す断面図である。
況を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の第３実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の第４実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図６】図５のノズルによる水中でのジェット水噴出状
況を示す断面図である。
況を示す断面図である。
【図７】本発明の第５実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図８】図７のノズルの通水状態における対流を示す要
部拡大断面図である。
部拡大断面図である。
【図９】本発明の第６実施例によるノズルの断面図であ
る。
る。
【図１０】本発明の第７実施例によるノズルの断面図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の第８実施例によるノズルの断面図で
ある。
ある。
【図１２】本発明の第９実施例を示しており、ノズルの
水中でのしよう状況を示す立面図である。
水中でのしよう状況を示す立面図である。
【図１３】本発明の第１０実施例を示しており、応力改
善処理装置の全体図である。
善処理装置の全体図である。
１…加圧水噴射ノズル、２…導管、３…係合部、４…水
室、５…オリフィス、６…スロート、７…吊鐘型増殖
室、８……円錐型拡散室、９……加圧水、１０…ジェッ
ト水、１１…環境水、１２…対流、１３…キャビテーシ
ョン核、１４−１，１４−２，１４−３…円錐型拡散
室、１７…環状凹凸、１８…キャビテーション気泡、１
９…金属体。
室、５…オリフィス、６…スロート、７…吊鐘型増殖
室、８……円錐型拡散室、９……加圧水、１０…ジェッ
ト水、１１…環境水、１２…対流、１３…キャビテーシ
ョン核、１４−１，１４−２，１４−３…円錐型拡散
室、１７…環状凹凸、１８…キャビテーション気泡、１
９…金属体。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大高 正廣
茨城県土浦市神立町502番地 株式会社
日立製作所 機械研究所内
(72)発明者 天野 和雄
茨城県土浦市神立町502番地 株式会社
日立製作所 機械研究所内
(72)発明者 林 英策
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(72)発明者 清水 禎人
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(72)発明者 守中 廉
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(72)発明者 佐藤 一教
東京都千代田区大手町二丁目６番２号
バブコック日立株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−171442（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−204589（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−47264（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−95555（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B05B 1/00 - 1/36
B23K 31/00
Claims (2)
- 【請求項１】加圧された流体を受け入れる水室と、前記
水室に続いており前記水室からの前記流体を絞るオリフ
ィスと、前記オリフィスに続いており前記オリフィスか
らの前記流体を通すスロートと、前記スロートに続いて
おり前記スロートからの前記流体を受け入れてキャビテ
ーションを増殖する増殖室と、前記増殖室からの前記流
体を受け入れて前記流体を拡散する拡散室とを備え、前
記増殖室を、上流側の端部開口半径を前記スロートの半
径以上とし、前記増殖室の下流側の端部開口半径を前記
拡散室の上流側の端部開口半径以上とし、上流側の端部
開口と下流側の端部開口の間を外側に凸な曲線で結んだ
断面形状を有する釣鐘型増殖室として設け、前記釣鐘型
増殖室に続いて設けられる拡散室を円錐型拡散室として
設けたことを特徴とする流体噴射ノズル。 - 【請求項２】請求項１において、前記釣鐘型増殖室を、
前記釣鐘型増殖室の上流側の端部開口半径と下流側の端
部開口半径の間を外側に凸でかつ極値を持つ曲線で結ん
だ断面形状を有する極値釣鐘型増殖室としたことを特徴
とする流体噴射ノズル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27228595A JP3478914B2 (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 流体噴射ノズル及びそのノズルを用いた応力改善処理方法 |
| US08/733,926 US5897062A (en) | 1995-10-20 | 1996-10-18 | Fluid jet nozzle and stress improving treatment method using the nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27228595A JP3478914B2 (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 流体噴射ノズル及びそのノズルを用いた応力改善処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09108596A JPH09108596A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3478914B2 true JP3478914B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=17511733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27228595A Expired - Fee Related JP3478914B2 (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 流体噴射ノズル及びそのノズルを用いた応力改善処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5897062A (ja) |
| JP (1) | JP3478914B2 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5746368A (en) * | 1996-05-15 | 1998-05-05 | Ford Motor Company | Molten solder dispensing system |
| US6158679A (en) * | 1997-08-15 | 2000-12-12 | Fujikin Incorporated | Orifice for pressure type flow rate control unit and process for manufacturing orifice |
| JP3583031B2 (ja) * | 1998-08-12 | 2004-10-27 | 株式会社日立製作所 | 原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータージェットピーニング方法及びウォータージェットピーニング装置 |
| JP2000263337A (ja) * | 1999-01-13 | 2000-09-26 | Japan Science & Technology Corp | 金属部品等の表面改質および洗浄方法およびその装置 |
| JP2007301561A (ja) * | 1999-11-15 | 2007-11-22 | Aura Tec:Kk | 気泡粉砕ノズル |
| RU2228422C2 (ru) | 2000-03-01 | 2004-05-10 | Иванников Владимир Иванович | Кавитирующее сопло |
| JP3977040B2 (ja) * | 2001-09-07 | 2007-09-19 | 株式会社ケーヒン | 燃料ポンプ用インペラーの製造方法 |
| JP3566241B2 (ja) * | 2001-09-07 | 2004-09-15 | 株式会社ケーヒン | 噴射ノズル |
| US6668948B2 (en) * | 2002-04-10 | 2003-12-30 | Buckman Jet Drilling, Inc. | Nozzle for jet drilling and associated method |
| US7503407B2 (en) | 2003-04-16 | 2009-03-17 | Particle Drilling Technologies, Inc. | Impact excavation system and method |
| US8342265B2 (en) * | 2003-04-16 | 2013-01-01 | Pdti Holdings, Llc | Shot blocking using drilling mud |
| US7798249B2 (en) * | 2003-04-16 | 2010-09-21 | Pdti Holdings, Llc | Impact excavation system and method with suspension flow control |
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