JP4117999B2

JP4117999B2 - Hydraulic machine

Info

Publication number: JP4117999B2
Application number: JP2000095659A
Authority: JP
Inventors: 俊寛渡邊; 泰造稲垣; 正弘齋藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001280231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速水と土砂水とが混合した高速土砂の噴流に基づいて発生する壊食や土砂摩耗に対し、充分に抗することができる水力機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水車あるいはポンプ水車等の水力機械におけるランナ、ガイドベーンおよびステーベーン等の動力水接触部品は、河川中に含まれる土砂による土砂摩耗損傷や部品の形状と動力水の流速との関係から発生するキャビテーションによる壊食等を受けることが多い。特に、土砂を多量に含む河川水を動力水として利用する水力機械では、高速の土砂噴流により大きな損傷を受け、構造部品の剛性低下や水車効率の低下を招くだけでなく、補修のために長期に亘って運転停止を強いられ、著しく稼動率の低下を招いていた。
【０００３】
従来、水力機械の動力水に接する部品の材料は、ランナやランナベーンが１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼や炭素鋼鋳鋼が用いられ、ランナライナ、上カバーライナ、下カバーライナ、ステーベーン、ガイドベーン等が炭素鋼や１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼などで作製され、その硬さもビッカース硬さＨｖ２００〜３５０になっていた。
【０００４】
一方、河川水中に含まれる土砂の硬度は、ビッカーズ硬さＨｖ１１００〜１２００である。したがって、動力水に接する部品の硬さが土砂の硬さよりも低いので、土砂含有量の多い河川水を使用すると、土砂摩耗損傷を受け、その都度、交換を余儀なくされていた。
【０００５】
土砂摩耗損傷やキャビテーションによる壊食等の対処策として、従来、例えば特開平３−４７４７７号公報、特開平８−１９３５６８号公報、および特開平８−２５４１７３号公報等に見られるように、動力水に接する部品にゴム等の樹脂、高硬度材料、セラミックス等のライニングあるいは溶射、肉盛溶接、粉体プラズマ肉盛溶接等の手段が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許公報に開示されている技術には、幾つかの問題点が含まれている。
【０００７】
ゴム等のライニングによる手段では、ランナ等の基材との密着力が低く、特に、高速流域でコーティング部材が短時間で剥離し、効果的な土砂摩耗損傷防止策になっていない。
【０００８】
また、肉盛溶接や粉体プラズマ肉盛溶接などの手段では、熱が水車部品に加わるため、溶接前後に予後熱処理を行い、溶接による割れなどの欠陥防止や溶接後の熱応力を解放しなければならない。このため、肉盛溶接や粉体プラズマ肉盛溶接による土砂摩耗対策やキャビテーション対策を行う場合、予後熱処理ができる炉への水車部品の移動が必要になる。例えば、オーバーホール時、水車部品を発電所内で修理後、肉盛溶接や粉体プラズマ肉盛溶接による土砂摩耗対策やキャビテーション対策を行うと、熱処理ができる炉への移動をしなければならず、運転停止期間が長くなり、著しい稼動率の低下につながる。
【０００９】
最近では、溶接のような基材への熱影響が少なく予後熱処理を必要としない溶射技術が飛躍的に進歩し、超高速ガス炎溶射のように基材のと密着力に非常に優れた溶射プロセスを用いた耐エロージョン、耐キャビテーション対策が行われている。
【００１０】
しかし、水車部品には、運転中、ランナ入口からの漏水を少なくさせ、主軸（回転軸）に発生するスラストを安定状態に維持させる封水装置がある。この封水装置は、例えば、図８に示すように、ランナベーン１を支持するランナクラウン２とランナバンド３とのうち、ランナバンド３の下流側に階段状のシール部４を形成し、ランナベーン２と下カバー（図示せず）との隙間から漏水する動力水をシールし、運転中に主軸（図示せず）に発生するスラストを安定状態に維持させている。
【００１１】
このような構造の封水装置に対し、超高速ガス炎溶射をはじめとする溶射プロセスを用いた耐エロージョン、耐キャビテーション対策を行うと、コーナ部（隅部）５は、図９に示すように、溶射皮膜６に吹溜り部６ａを生成したり、あるいは図１０および図１１に示すように、溶射皮膜６が連続せずに成膜不良部６ｂを生成するなどの不都合・不具合があった。
【００１２】
この場合、シール部４は、対峙する下カバー（静止側）との間隙が非常に狭く、このためコーナ部５に溶射皮膜６の吹溜り部６ａが生成されると、研磨加工が必要になり、溶射施工に伴う工期が延び、コストアップの要因になっていた。
【００１３】
また、成膜不良部６ｂが生成された場合、土砂摩耗による損傷、キャビテーションによる壊食を受け、効果的なシールができないことと相俟って強度維持も不充分等の問題点があった。
【００１４】
また、水車の組立、分解の際、ランナは一旦、下カバーに載せる必要があり、ランナベーン１の下流側端面が下カバーに接触する。ところが、シール部４に溶射施工する場合、ランナベーン１の下流側端面にも溶射皮膜６を巻き込んでしまい、ランナベーン１の下流側端面が接触したとき、図１２および図１３に示すように、ランナベーン１の下流側端面に生成された巻込み部６ｃの溶射皮膜６にき裂を発生させ、また溶射皮膜６の剥離を引き起こすこともあった。
【００１５】
このように、超高速ガス炎溶接をはじめとする溶射プロセスは、基材の種類の如何を問わず、また予後熱処理を必要としないため、水車部品の硬質皮膜形成手段に有効であるが、必ずしも水車部品の全てに適用できる訳ではなく、部品の種類やその形状、位置によっては、その適用に苦慮していた。
【００１６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、部品に施した溶射皮膜にき裂や剥離を発生させることなく、耐エロージョン、耐キャビテーションに優れた水力機械を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係る水力機械は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、上カバーと下カバーとで形成した流路に、ランナを収容し、このランナのランナベーンをランナクラウンとランナバンドとで支持させるとともに、上記下カバーに対峙する上記ランナバンドに階段状に形成したシール部に溶射被膜を被着させた水力機械において、上記シール部に複合皮膜層を被着させるとともに、上記ランナバンドの底面部に上記複合皮膜層を被着させた切欠部を形成したものである。
【００２０】
また、本発明に係る水力機械は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記シール部は、このエッジあるいはコーナ部に面取り加工部および曲面加工部のうち、いずれか一方を形成したものである。
【００２１】
また、本発明に係る水力機械は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記面取り加工部または曲面加工部は、寸法を１ｍｍ以上に設定したものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水力機械の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る水力機械に適用されるフランシスポンプ水車を示す一部切欠部分断面図である。
【００３０】
本実施形態に係るフランシスポンプ水車は、上カバー１０と下カバー１１との間に渦巻ケーシング（図示せず）から供給された動力水Ｗをドラフトチューブ１２に案内する流路１３を形成している。
【００３１】
この流路１３には、渦巻ケーシングから供給された動力水Ｗを負荷に応じて流量制御するガイドベーン１４と、動力水Ｗのエネルギを回転トルクに変えるランナ１５とが設けられている。
【００３２】
ランナ１５は、ランナクラウン１６とランナバンド１７とで一体形成されたランナベーン１８を周方向に沿って複数枚にして環状列に配置している。また、ランナ１５は、ランナクラウン１６を介して主軸（回転軸）１９に接続し、運転中、主軸１９に発生するスラストを軸受２０で調整している。
【００３３】
一方、ランナバンド１７は、下カバー１１との間に背圧室２１を形成するとともに、背圧室２１に流れ込んだ動力水Ｗの漏水を下流側に設けた階段状に形成したシール部２２で封水している。
【００３４】
このような構成を備えたフランシスポンプ水車において、本実施形態では、図２で示したランナバンド１７の下流側に設けた階段状のシール部２２のエッジあるいはコーナ部に面取り加工部２３と曲面加工部２４とを施工するとともに、階段状のシール部２２に沿って密着性皮膜層２５と耐エロージョン、耐キャビティに優れた保護皮膜層２６とからなる複合皮膜層２７を形成したものである。
【００３５】
密着性皮膜層２５は、耐エロージョン、耐キャビテーションに優れた保護皮膜層２６の基礎となるもので、ランナバンド１７の基材に強固に密着している。
【００３６】
また、保護皮膜層２６は、河川水に含まれる土砂による侵食や高速水中で発生したキャビティが材料表面で衝突、崩壊するときの衝撃圧による侵食を防ぐためのものであ。
【００３７】
密着性皮膜層２５は、ランナバンド１７の基材と強固に密着させる必要があるため、その層を形成する場合の粗面化処理として、たがね、グラインダー、ドリル、ブラスト、エッチングのうち、少なくとも１種類以上の粗面化処理手段を用いて形成される。また、密着性皮膜層２５は、密着力が強いプロセスを使用して形成する必要があることから、ガス炎溶射、高速ガス炎溶射、超高速ガス炎溶射のうち、少なくとも１種類以上のプロセスを用いて形成される。
【００３８】
一方、耐エロージョン、耐キャビテーションに優れた保護皮膜層２６は、土砂摩耗やキャビテーションによる壊食を防ぐため、河川水中の土砂の主成分であるＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３と同等もしくはそれ以上の硬度を有する材料にし、金属材料としてＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ａｌ，Ｗ，Ｃ，Ｆｅ，Ｔｉのうち、少なくとも１種類以上を主成分とする複合した合金材料、セラミックス材料としてＡｌ_２Ｏ_３，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＳｉＣ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ｃｒ_３Ｃ_２，ＭｇＯ_２のうち、少なくとも１種類以上を主成分とする複合したセラミックス材料、サーメット材料としてＷＣ，ＮｂＣ，ＶＣのうち、少なくとも１種類以上を主成分とする複合したサーメット材料が選択される。また、上述成分を成膜させることができるプロセスとしてガス炎溶射、高速ガス炎溶射、超高速ガス炎溶射の手段のうち、少なくとも１種類以上の手段が選択される。
【００３９】
図４は、ランナバンド１７に設けられ、階段状に形成したシール部２２のエッジあるいはコーナ部（隅部）における面取り加工部２３の寸法と密着力との関係を示す面取り加工密着力分布線図である。また、表１は、面取り加工部２３の寸法と複合皮膜層２７における成膜不良の発生率を示している。
【００４０】
【表１】

【００４１】
図４および表１によれば、シール部２２のエッジあるいはコーナ部における面取り加工部２３は、１ｍｍ以上にすると、密着力を高く確保できる。
【００４２】
また、図５は、ランナバンド１７に設けられ、階段状に形成したシール部２２のエッジあるいはコーナ部における曲面加工部２４の寸法と密着力との関係を示す曲面加工密着力分布線図である。さらに、表２は、曲面加工部２４の寸法と複合皮膜層２７における成膜不良の発生率を示している。
【００４３】
【表２】

【００４４】
図５および表２によれば、シール部２２のエッジあるいはコーナ部における曲面加工部２４は、１ｍｍ以上にすると、密着力を高く確保できる。
【００４５】
図４および図５から、面取り加工部２および曲面加工部２４のそれぞれは、その寸法を１ｍｍ以上に設定すると、エッジあるいはコーナ部における複合皮膜層２７とシール部２２の基材との密着力が急激に増加することがわかった。これは、エッジあるいはコーナ部における複合皮膜層２７の付着面積が増えることによるものと考えられる。
【００４６】
また、表１および表２から、面取り加工部２３および曲面加工部２４のそれぞれの寸法を１ｍｍ以上に設定すると、複合皮膜層２７の成膜不良や吹溜りの生成が見られないこともわかった。
【００４７】
なお、図４および図５と表１および表２とは、検証試験によって得たデータである。
【００４８】
このように、本実施形態は、ランナバンド１７に設けられ、階段状に形成したシール部２２に密着性皮膜層２５と保護皮膜層２６とからなる複合皮膜層２７を設ける際、シール部２２のエッジあるいはコーナ部に適切な寸法で面取り加工部２３および曲面加工部２４を形成するとともに、適切な材料および適切なプロセスで複合皮膜層２７を施工したので、土砂摩耗やキャビテーションによる壊食に充分に対処することができる。
【００４９】
図６および図７は、本発明に係る水力機械の第２実施形態を示す部分図である。なお、図６は、本発明に係る水力機械に適用されるフランシスポンプ水車のランナを示し、図７はランナを支持するランナバンドの一部分を示している。なお、第１実施形態で示した構成部分または対応する部分と同一部分には同一符号を付す。
【００５０】
本実施形態に係るランナバンド１７は、階段状に形成したシール部２２に密着性皮膜層２５と保護皮膜層２６とからなる複合皮膜層２７を設けるともに、シール部２２の下流側の底面部２８に切欠部２９を形成し、この切欠部２９に複合皮膜層２７を被着させたものである。
【００５１】
このように、本実施形態は、ランナバンド１７の底面部２８に、複合皮膜層２７を被着させた切欠部２９を設けたので、ポンプ水車の組立、分解の際、ランナ下端面を下にして置いた場合でも複合皮膜層２７にき裂や剥離を与えることがなく、複合皮膜層２７を確実に保護することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る水力機械は、ランナバンドに設けられ、階段状に形成したシール部のエッジあるいはコーナ部に面取り加工部および曲面加工部を施工し、面取り加工部および曲面加工部を含めてシール部に複合皮膜層を被着させるとともに、ランナバンドの底面に切欠部を形成したので、複合皮膜層を確実に保護することができ、土砂摩耗およびキャビテーションによる壊食に対して充分に対処させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水力機械に適用されるフランシスポンプ水車を示す一部切欠部分断面図。
【図２】図１から抜き出したランナの断面図。
【図３】図２に示したＡ部の拡大図。
【図４】本発明に係る水力機械に適用される面取り加工密着力分布線図。
【図５】本発明に係る水力機械に適用される曲面加工密着力分布線図。
【図６】本発明に係る水力機械に適用されるランナの第２実施形態を示す断面図。
【図７】図６に示したＢ部の拡大図。
【図８】従来のランナを示す断面図。
【図９】図８に示したＸ部の拡大図。
【図１０】従来の別のランナを示す断面図。
【図１１】図１０に示したＹ部の拡大図。
【図１２】従来のさらに別のランナを示す断面図。
【図１３】図１２に示したＺ部の拡大図。
【符号の説明】
１ランナベーン
２ランナクラウン
３ランナバンド
４シール部
５コーナ部
６溶射皮膜
６ａ吹溜り部
６ｂ成膜不良部
６ｃ巻込み部
１０上カバー
１１下カバー
１２ドラフトチューブ
１３流路
１４ガイドベーン
１５ランナ
１６ランナクラウン
１７ランナバンド
１８ランナベーン
１９主軸
２０軸受
２１背圧室
２２シール部
２３面取り加工部
２４曲面加工部
２５密着性皮膜層
２６保護皮膜層
２７複合皮膜層
２８底面部
２９切欠部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic machine capable of sufficiently resisting erosion and earth and sand wear generated based on a jet of high-speed earth and sand mixed with high-speed water and earth and sand water.
[0002]
[Prior art]
Power water contact parts such as runners, guide vanes and stay vanes in hydraulic machines such as water turbines or pump water turbines are caused by sediment wear damage due to sediment contained in rivers and cavitation generated from the relationship between the shape of parts and the flow rate of power water. Often receives erosion. In particular, hydraulic machines that use river water containing a large amount of earth and sand as power water are not only damaged by high-speed earth and sand jets, leading to reduced structural rigidity and water turbine efficiency, but also long-term repairs. The operation was forced to stop for a long time, and the operating rate was significantly reduced.
[0003]
Conventionally, 13Cr martensitic stainless steel and carbon steel cast steel have been used for runners and runner vanes for parts that come into contact with the power water of hydraulic machines, and runner liners, upper cover liners, lower cover liners, stay vanes, guide vanes, etc. are made of carbon steel. And 13Cr martensitic stainless steel, etc., and the hardness was Vickers hardness Hv200-350.
[0004]
On the other hand, the hardness of the earth and sand contained in river water is Vickers hardness Hv1100-1200. Therefore, since the hardness of the parts in contact with the power water is lower than the hardness of the earth and sand, when river water having a high earth and sand content is used, the earth and sand are damaged and must be replaced each time.
[0005]
As countermeasures against earth and sand abrasion damage and erosion due to cavitation, as seen in, for example, JP-A-3-47477, JP-A-8-193568, and JP-A-8-254173, For the parts in contact with the surface, means such as resin such as rubber, high-hardness material, lining or spraying of ceramics, overlay welding, powder plasma overlay welding, and the like have been used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The technology disclosed in the above-mentioned patent publication includes several problems.
[0007]
By means of a lining such as rubber, the adhesion with a base material such as a runner is low, and in particular, the coating member peels off in a short time in a high-speed basin, and is not an effective measure for preventing sediment wear damage.
[0008]
In addition, in methods such as overlay welding and powder plasma overlay welding, heat is applied to the turbine parts, so prognostic heat treatment must be performed before and after welding to prevent defects such as cracks due to welding and to release thermal stress after welding. I must. For this reason, when taking measures against sediment wear and cavitation by overlay welding or powder plasma overlay welding, it is necessary to move the turbine components to a furnace capable of prognostic heat treatment. For example, during overhaul, after repairing water turbine parts in the power plant, if measures against earth and sand wear and cavitation are taken by overlay welding or powder plasma overlay welding, it must be moved to a furnace where heat treatment is possible. The outage period becomes longer, leading to a significant reduction in operating rate.
[0009]
Recently, thermal spraying technology that has little thermal effect on the base material such as welding and does not require prognostic heat treatment has made great strides, and thermal spraying that has excellent adhesion to the base material like ultra high-speed gas flame spraying. Erosion and cavitation resistance measures using processes are being implemented.
[0010]
However, water turbine parts include a water seal device that reduces water leakage from the runner inlet during operation and maintains thrust generated on the main shaft (rotating shaft) in a stable state. For example, as shown in FIG. 8, this sealing device forms a step-like seal portion 4 on the downstream side of the runner band 3 among the runner crown 2 and the runner band 3 that supports the runner vane 1. The power water leaking from the gap between the upper cover and the lower cover (not shown) is sealed, and the thrust generated on the main shaft (not shown) during operation is maintained in a stable state.
[0011]
When the sealing device having such a structure is subjected to erosion resistance and cavitation resistance using a thermal spraying process such as ultrahigh-speed gas flame spraying, the corner portion (corner portion) 5 is as shown in FIG. In addition, there are inconveniences and disadvantages such as generation of the sprayed portion 6a in the sprayed coating 6, or generation of a defective film forming portion 6b without the sprayed coating 6 being continuous as shown in FIGS.
[0012]
In this case, the gap between the seal portion 4 and the lower cover (the stationary side) facing each other is very narrow. Therefore, when the sprayed portion 6a of the sprayed coating 6 is generated at the corner portion 5, polishing is required. The construction period associated with thermal spraying has been extended, which has been a factor in increasing costs.
[0013]
In addition, when the poorly formed film portion 6b is generated, damage due to earth and sand wear, erosion due to cavitation, and inadequate strength maintenance are combined with the inability to perform effective sealing.
[0014]
Further, when the water turbine is assembled and disassembled, the runner needs to be temporarily placed on the lower cover, and the downstream end surface of the runner vane 1 comes into contact with the lower cover. However, when thermal spraying is applied to the seal portion 4, the thermal spray coating 6 is also caught in the downstream end surface of the runner vane 1, and when the downstream end surface of the runner vane 1 comes into contact, as shown in FIGS. 12 and 13, the runner vane 1. In some cases, a crack is generated in the sprayed coating 6 of the winding portion 6 c generated on the downstream end surface of the steel, and peeling of the sprayed coating 6 may be caused.
[0015]
As described above, the thermal spraying process including ultra high-speed gas flame welding is effective for the hard film forming means of the water turbine part because it does not require any prognostic heat treatment regardless of the type of the base material. Not all turbine parts can be applied, and depending on the type, shape and position of the parts, it has been difficult to apply.
[0016]
The present invention was made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydraulic machine that is excellent in erosion resistance and cavitation resistance without causing cracks or peeling in the thermal spray coating applied to the component. To do.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the hydraulic machine according to the present invention houses a runner in a flow path formed by an upper cover and a lower cover as described in claim 1 , and the runner vane of the runner Is supported by a runner crown and a runner band, and a composite coating layer is applied to the seal portion in a hydraulic machine in which a spray coating is applied to the seal portion formed in a stepped manner on the runner band facing the lower cover. In addition, the cutout portion is formed by depositing the composite coating layer on the bottom surface of the runner band .
[0020]
Further, the hydraulic machine according to the present invention, in order to achieve the above object, as described in claim 2, wherein the seal portion, of the chamfered portion and the curved surface machining unit on the edge or corner, either or it is obtained by forming one.
[0021]
Further, the hydraulic machine according to the present invention, in order to achieve the above object, as described in claim 3, wherein the chamfered portion or the curved surface machining unit is obtained by setting the dimensions than 1 mm.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a hydraulic machine according to the present invention will be described with reference to the drawings and reference numerals attached to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a partially cutaway partial sectional view showing a Francis pump turbine applied to a hydraulic machine according to the present invention.
[0030]
In the Francis pump turbine according to this embodiment, a flow path 13 for guiding power water W supplied from a spiral casing (not shown) to a draft tube 12 is formed between an upper cover 10 and a lower cover 11. .
[0031]
The flow path 13 is provided with a guide vane 14 that controls the flow rate of the power water W supplied from the spiral casing in accordance with the load, and a runner 15 that changes the energy of the power water W into rotational torque.
[0032]
In the runner 15, a plurality of runner vanes 18 formed integrally with the runner crown 16 and the runner band 17 are arranged in an annular row along the circumferential direction. The runner 15 is connected to a main shaft (rotary shaft) 19 via a runner crown 16, and thrust generated on the main shaft 19 is adjusted by a bearing 20 during operation.
[0033]
On the other hand, the runner band 17 forms a back pressure chamber 21 between the lower cover 11 and a seal portion 22 formed in a staircase shape in which the leakage of the power water W flowing into the back pressure chamber 21 is provided on the downstream side. Sealing water.
[0034]
In the Francis pump turbine having such a configuration, in this embodiment, the chamfered portion 23 and the curved surface processing are performed on the edge or corner portion of the step-like seal portion 22 provided on the downstream side of the runner band 17 shown in FIG. In addition to the construction of the portion 24, a composite coating layer 27 comprising an adhesive coating layer 25 and a protective coating layer 26 excellent in erosion resistance and cavity resistance is formed along the step-like seal portion 22.
[0035]
The adhesive coating layer 25 is the basis of the protective coating layer 26 excellent in erosion resistance and cavitation resistance, and is firmly adhered to the base material of the runner band 17.
[0036]
The protective coating layer 26 is for preventing erosion caused by earth and sand contained in river water and erosion due to impact pressure when a cavity generated in high-speed water collides and collapses on the surface of the material.
[0037]
Since the adhesive film layer 25 needs to be firmly adhered to the base material of the runner band 17, as a roughening treatment when forming the layer, among the chisel, grinder, drill, blast, and etching, It is formed using at least one kind of roughening treatment means. Moreover, since it is necessary to form the adhesive coating layer 25 using a process with strong adhesion, at least one process among gas flame spraying, high-speed gas flame spraying, and ultrahigh-speed gas flame spraying is performed. Formed using.
[0038]
On the other hand, the protective coating layer 26 excellent in erosion resistance and cavitation resistance has a hardness equal to or higher than that of SiO ₂ or Al ₂ O ₃ which is a main component of sediment in river water in order to prevent erosion due to sediment wear and cavitation. A composite material comprising at least one of Co, Ni, Cr, Mo, V, Al, W, C, Fe, and Ti as a metal material, and Al ₂ O as a ceramic material. ₃ , Si ₃ N ₄ , SiC, SiO ₂ , TiO ₂ , ZrO ₂ , Cr ₂ O ₃ , Cr ₃ C ₂ , MgO ₂ as a composite ceramic material or cermet material containing at least one kind as a main component Among WC, NbC, and VC, a composite cermet material containing at least one kind as a main component is selected. In addition, at least one means is selected from among gas flame spraying, high-speed gas flame spraying, and ultrahigh-speed gas flame spraying as a process capable of forming the above-described components into a film.
[0039]
FIG. 4 is a chamfering adhesion force distribution diagram showing the relationship between the dimension and the adhesion force of the chamfered portion 23 at the edge or corner portion (corner portion) of the seal portion 22 provided in the runner band 17 in a stepped shape. It is. Table 1 shows the dimensions of the chamfered portion 23 and the incidence of film formation defects in the composite coating layer 27.
[0040]
[Table 1]

[0041]
According to FIG. 4 and Table 1, when the chamfered portion 23 at the edge or corner portion of the seal portion 22 is 1 mm or more, high adhesion can be secured.
[0042]
FIG. 5 is a curved surface processing adhesion force distribution diagram showing the relationship between the dimension and the adhesion force of the curved surface processing portion 24 at the edge or corner portion of the seal portion 22 provided on the runner band 17 and formed in a staircase shape. . Further, Table 2 shows the dimensions of the curved surface processing portion 24 and the incidence of film formation defects in the composite coating layer 27.
[0043]
[Table 2]

[0044]
According to FIG. 5 and Table 2, when the curved surface processing portion 24 at the edge of the seal portion 22 or the corner portion is 1 mm or more, high adhesion can be secured.
[0045]
4 and 5, each of the chamfered portion 2 and the curved surface processed portion 24 has an adhesive force between the composite coating layer 27 at the edge or corner portion and the base material of the seal portion 22 when the dimension is set to 1 mm or more. It was found to increase rapidly. This is considered to be due to an increase in the adhesion area of the composite coating layer 27 at the edge or corner.
[0046]
Further, from Tables 1 and 2, it was found that when the respective dimensions of the chamfered portion 23 and the curved surface processed portion 24 were set to 1 mm or more, there was no formation failure of the composite coating layer 27 or generation of a blister. .
[0047]
4 and 5 and Tables 1 and 2 are data obtained by a verification test.
[0048]
As described above, in the present embodiment, when the composite coating layer 27 including the adhesive coating layer 25 and the protective coating layer 26 is provided on the seal portion 22 provided in the runner band 17 and formed in a staircase shape, Since the chamfered portion 23 and the curved surface processed portion 24 are formed with appropriate dimensions on the edge or corner portion, and the composite coating layer 27 is applied with an appropriate material and an appropriate process, it is sufficient for erosion due to earth and sand wear and cavitation. Can be dealt with.
[0049]
6 and 7 are partial views showing a second embodiment of the hydraulic machine according to the present invention. 6 shows a runner of a Francis pump turbine applied to the hydraulic machine according to the present invention, and FIG. 7 shows a part of a runner band that supports the runner. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the component shown in 1st Embodiment, or a corresponding part.
[0050]
In the runner band 17 according to this embodiment, a composite coating layer 27 composed of an adhesive coating layer 25 and a protective coating layer 26 is provided on a sealing portion 22 formed in a step shape, and a bottom surface portion 28 on the downstream side of the sealing portion 22. A notch 29 is formed in the notch 29 and the composite film layer 27 is adhered to the notch 29.
[0051]
As described above, in this embodiment, since the notch 29 having the composite coating layer 27 attached is provided on the bottom surface 28 of the runner band 17, the lower end surface of the runner faces downward when assembling and disassembling the pump turbine. Even when placed, the composite coating layer 27 is not cracked or peeled off, and the composite coating layer 27 can be reliably protected.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, the hydraulic machine according to the present invention is provided in the runner band, and the chamfered portion and the curved surface processed portion are applied to the edge of the seal portion or the corner portion formed in a staircase shape. The composite coating layer is applied to the seal portion including the area, and the notch is formed on the bottom surface of the runner band, so that the composite coating layer can be reliably protected and against erosion caused by earth and sand wear and cavitation. It can be dealt with sufficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway partial sectional view showing a Francis pump turbine applied to a hydraulic machine according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a runner extracted from FIG.
3 is an enlarged view of a part A shown in FIG.
FIG. 4 is a chamfering adhesion distribution diagram applied to the hydraulic machine according to the present invention.
FIG. 5 is a curved surface processing adhesion distribution diagram applied to the hydraulic machine according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of a runner applied to the hydraulic machine according to the present invention.
7 is an enlarged view of a portion B shown in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional runner.
9 is an enlarged view of a portion X shown in FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another conventional runner.
11 is an enlarged view of a Y portion shown in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing still another conventional runner.
13 is an enlarged view of a Z portion shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Runner vane 2 Runner crown 3 Runner band 4 Seal part 5 Corner part 6 Thermal spray coating 6a Spraying part 6b Film formation defective part 6c Entrainment part 10 Upper cover 11 Lower cover 12 Draft tube 13 Channel 14 Guide vane 15 Runner 16 Runner crown 17 runner band 18 runner vane 19 spindle 20 bearing 21 back pressure chamber 22 seal part 23 chamfering part 24 curved part 25 adhesive film layer 26 protective film layer 27 composite film layer 28 bottom surface part 29 notch

Claims

A runner is accommodated in a flow path formed by the upper cover and the lower cover, and a runner vane of the runner is supported by the runner crown and the runner band, and a seal formed in a step shape on the runner band facing the lower cover. In a hydraulic machine having a thermal spray coating applied to the portion, the composite coating layer is applied to the seal portion, and a cutout portion is formed on the bottom surface of the runner band to which the composite coating layer is applied. And hydraulic machine.

The hydraulic machine according to claim 1, wherein the seal portion is formed with one of a chamfered portion and a curved surface processed portion at the edge or the corner portion.

The chamfered portion or the curved surface machining unit, hydraulic machine of claim 2, wherein the setting the dimensions than 1 mm.