JP5073558B2 - 摩耗試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、水利構造物の駆体を構成する材料を試験体としてその摩耗度合いを判定するための摩耗試験装置に関するものである。

例えば、水路等の水利構造物の躯体を構成するコンクリート板等の材料は水流によって表面が時間の経過と共に摩耗し、表面に凹凸が発生して通水性能が低下する。この材料の摩耗による水利構造物の通水性能の低下を予測し、水利構造物の耐用年数等を予め把握しておくことが望まれている。このため、水利構造物の躯体を構成する材料の摩耗試験が従来から行われている。

従来の摩耗試験には、試験体にこれよりも硬度の高いサンドペーパーや砥石等の研摩材を押し付けながら摩擦摺動させ、試験体の質量の減少量を計測することによって該試験体の摩耗の程度を判定するもの（特許文献１参照）、固定された試験体に固形物を圧搾空気によって噴射し、試験体の質量の減少量を計測することによって該試験体の摩耗の程度を判定するものが知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、上記摩耗試験では、試験体よりも硬質の研摩材によって試験体の摩耗を促進させる方法が採用されているため、試験体の材質とは無関係に均等に摩耗が生じ、水路等の実際の水利構造物で実際に発生している材料の凹凸として現れる劣化現象を摩耗試験によって忠実に再現することができないという問題があった。

そこで、特許文献３には、試験体を回転手段に装着し、この回転手段を駆動手段によって回転駆動しながら、水噴射手段によって試験体に水流を噴射し、水流によって試験体の摩耗を促進させてその摩耗状態を再現するようにした摩耗試験方法と摩耗試験装置が提案されている。
特開平８−１４５８６６号公報 特開２０００−１７１３７１号公報 特開２００５−２８３４１６号公報

しかしながら、実際に水路等の水利構造物には常に純粋な水が流れている訳ではなく、流水中には砂やごみ等の異物が混入していることが多く、特に材料の摩耗を促進させる要因は流水中に混入して流れる砂であった。

従って、特許文献３において提案された摩耗試験のように水流を試験体に噴射するものでは、材料の実際の摩耗状態を再現することができず、得られる摩耗試験結果は実際の摩耗状態を正確に示すものではない可能性があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、試験体の摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することによって実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる摩耗試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、試験体を取り付けて回転する回転体と、該回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体に取り付けられて該回転体と共に回転する前記試験体に向かって砂混入圧力水を噴射する攪拌手段と、前記砂混入圧力水を循環させる閉ループを含んで構成される摩耗試験装置において、前記噴射手段によって前記試験体に噴射された後の砂混入水を回収して砂と水に分離する分離手段と、該分離手段によって分離された砂を回収する砂回収手段と水を回収する水回収容器と、該水回収容器に回収された水を加圧する加圧手段と、前記砂回収手段から供給される砂と前記加圧手段によって加圧された加圧水とをミキシングして得られる砂混入圧力水を前記試験体に向かって噴射する噴射ノズルを前記閉ループに設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記水回収容器に回収された水の一部を抽出して前記分離手段に圧送することによって該分離手段に溜った砂を攪拌する攪拌手段を設けたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記水回収容器に給水パイプと排水パイプを接続し、該給水パイプと排水パイプによって水回収容器内の水の少なくとも一部を交換することによって水温を調整することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、材料の摩耗を促進させる主要因である砂を混入した砂混入圧力水を試験体に噴射して該試験体の摩耗度合いを判定するようにしたため、試験体の摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。又、砂混入圧力水を閉ループで循環させて再利用するようにしたため、水と砂の使用量が最小限に抑えられ、試験コストを低く抑えることができる。

請求項２記載の発明によれば、水回収容器に回収された水の一部を抽出して分離手段に圧送することによって該分離手段に溜った砂を攪拌するようにしたため、分離手段の砂による目詰まりが防がれるとともに、砂回収手段への砂の回収をスムーズに行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、砂混入圧力水を試験体に噴射する摩耗試験を長時間に亘って行うと水温が次第に上昇するが、水回収容器に接続された給水パイプと排水パイプを用いて水回収容器内の水の少なくとも一部を交換することによって水温を略一定に保つことができるため、実際に近い摩耗条件を再現することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る摩耗試験装置の基本構成図、図２は同摩耗試験装置の噴射ノズル部の内部構造を示す側断面図である。

図１に示す摩耗試験装置において、１は水回収容器である水槽であって、その内部は分離壁２によって室Ｓ１と室Ｓ２とに区画されている。そして、水槽１の室Ｓ１内には分離手段としてのホッパ型ストレーナ３の下半部が収容され、該ホッパ型ストレーナ３の下部中心からは排水パイプ４が水槽１の底面を貫通して下方へ延びており、該排水パイプ４の端部にはバルブＶ１が接続されている。又、水槽１の上部には給水パイプ５が接続されており、この給水パイプ５は水槽１内の室Ｓ１の上部に開口している。

ホッパ型ストレーナ３の内部には、回転体としての回転ドラム６が回転可能に収容されており、この回転ドラム６の外周には、材質の異なるコンクリート板やプラスチック板等の複数の試験体Ｗが取り付けられている。そして、この回転ドラム６を支持する水平な回転軸７はホッパ型ストレーナ３を貫通してこれの外部に突出しており、その端部には駆動手段としてのモータ８が接続されている。尚、モータ８の回転速度はインバータ等によって任意に調整可能である。

又、ホッパ型ストレーナ３の内部の前記回転ドラム６の上方には噴射ノズル９が配置されており、ホッパ型ストレーナ３外であって噴射ノズル９の上方には、砂回収手段である砂混入水投入ホッパ１０が配設されている。そして、この砂混入水投入ホッパ１０の周囲にはオーバーフロー水受け１１が設けられており、該オーバーフロー水受け１１の下部から垂直下方に延びるオーバーフローパイプ１２は、ホッパ型ストレーナ３の上壁を貫通してその内部に臨んでおり、その下端はホッパ型ストレーナ３内の底部に開口している。尚、オーバーフローパイプ１２の途中にはバルブＶ２が設けられている。

ところで、ホッパ型ストレーナ３内の底部にはサンドポンプＰ１が配置されており、このサンドポンプＰ１の吐出側から延びる砂混入水パイプ１３は、ホッパ型ストレーナ３と水槽１を貫通して水平に延びた後に垂直に立ち上がり、その端部は前記砂混入水投入ホッパ１０の側壁上部に接続され、その途中にはバルブＶ３が設けられている。

他方、前記水槽１の側壁の上下には排水パイプ１４と高圧水パイプ１５がそれぞれ接続されており、これらの排水パイプ１４と高圧水パイプ１５は水槽１内の室Ｓ２に開口している。又、水槽１の室Ｓ２側の底壁からは撹拌水パイプ１６が導出しており、この撹拌水パイプ１６はホッパ型ストレーナ３の下部から延びる前記排水パイプ４に接続されている。そして、撹拌水パイプ１６の途中にはポンプＰ２とバルブＶ４が設けられている。

又、前記高圧水パイプ１５は、水槽１から水平に延びた後に垂直に立ち上がり、その端部は前記噴射ノズル９に接続され、その途中には高圧ポンプＰ３が設けられている。尚、高圧水パイプ１５と高圧ポンプＰ３及び噴射ノズル９によって噴射手段が構成されている。

ここで、噴射ノズル９は、図２に示すように、内管９Ａと外管９Ｂとで二重管構造を構成しており、内管９Ａには、前記砂混入水投入ホッパ１０の下部中心から垂直下方に延びる砂混入水投入パイプ１７が接続されている。又、外管９Ｂの側部には前記高圧水パイプ１５が接続されている。尚、砂混入水投入パイプ１７の途中にはバルブＶ５が設けられている。

次に、以上のように構成された摩耗試験装置を用いて実施される摩耗試験について説明する。

本実施の形態における摩耗試験は、材質の異なる複数の試験体Ｗが取り付けられた回転ドラム６をモータ８によって回転駆動しながら、該試験体Ｗに砂混入圧力水を所定時間だけ噴射した後に試験体Ｗの摩耗度合いを比較判定することを特徴とし、試験体Ｗに噴射された砂混入圧力水は回収されて再利用される。

即ち、モータ８を起動して回転ドラム６を所定の回転速度で回転させつつ、砂混入水投入ホッパ１０から砂混入水を砂混入水投入パイプ１７から噴射ノズル９に供給するとともに、高圧ポンプＰ３を駆動して水槽１内の水を高圧ポンプＰ３によって加圧して高圧水とし、この高圧水を高圧水パイプ１５から噴射ノズル９に供給する。すると、噴射ノズル９においては、内管９Ａを流れる砂混入水と高圧水パイプ１５から外管９Ｂに噴射される高圧水とがミキシングされて砂混入圧力水が得られ、この砂混入圧力水が回転ドラム６と共に回転する複数の試験体Ｗに噴射される。

上述のように回転ドラム６と共に回転する複数の試験体Ｗに噴射ノズル９から噴射された後の砂混入水は、ホッパ型ストレーナ３内に落下し、該ホッパ型ストレーナ３によって砂と水とに分離され、水は高圧ポンプＰ３によって加圧されて高圧水パイプ１５を通って噴射ノズル９へと供給される。又、ホッパ型ストレーナ３内の底部に溜った砂は、水と共に砂混入水パイプ１３を通って砂混入水投入ホッパ１０へと戻される。

而して、砂混入水投入ホッパ１０から砂混入水が砂混入水投入パイプ１７から噴射ノズル９に供給されるとともに、前述のように高圧水が高圧水パイプ１５から噴射ノズル９に供給されると、噴射ノズル９においては、内管９Ａを流れる砂混入水と高圧水パイプ１５から外管９Ｂに噴射される高圧水とがミキシングされて砂混入圧力水が得られ、この砂混入圧力水が回転ドラム６と共に回転する複数の試験体Ｗに噴射される。

以上のように、本実施の形態では、試験体Ｗに噴射された砂混入圧力水は回収されて再利用され、回転ドラム６と共に回転する複数の試験体Ｗには砂混入圧力水が連続的に噴射される。即ち、本実施の形態においては、試験体Ｗに噴射された後の砂混入水を回収して砂と水に分離するホッパ型ストレーナ３と、該ホッパ型ストレーナ３によって分離された砂を回収するサンドポンプＰ１及び砂混入水投入ホッパ１０と、水を回収する水槽１と、該水槽１に回収された水を加圧する高圧ポンプＰ３と砂混入圧力水を試験体Ｗに向かって噴射する噴射ノズル９を閉ループに設け、試験体Ｗに噴射された砂混入圧力水を回収して再利用するようにしている。

ところで、砂混入水投入ホッパ１０からオーバーフローした砂混入水は、オーバーフロー水受け１１によって受けられ、オーバーフローパイプ１２を通ってホッパ型ストレーナ３内に落下して回収される。

又、ポンプＰ２が駆動され、水槽１内の水の一部は撹拌水パイプ１６を通って排水パイプ４からホッパ型ストレーナ３の底部に向かって上方へと噴出し、そこに溜っている砂を撹拌してホッパ型ストレーナ３の砂による目詰まりを防ぐため、ホッパ型ストレーナ３の機能低下が防がれる。尚、ホッパ型ストレーナ３にバイブレータを取り付け、このバイブレータによってホッパ型ストレーナ３に振動を与えることによっても該ホッパ型ストレーナ３の砂による目詰まりを防ぐことができる。

以上のように砂混入水を閉ループ内で循環させつつ、噴射ノズル９から砂混入圧力水を複数の試験体Ｗに連続的に噴射させることによって各試験体Ｗは順次摩耗していくが、摩耗試験装置を所定時間だけ運転した後、該摩耗試験装置の運転を停止し、回転ドラム６の外周に取り付けられた複数の試験体Ｗの摩耗度合いを比較判定する。

而して、本実施の形態によれば、材料の摩耗を促進させる主要因である砂を混入した砂混入圧力水を試験体Ｗに噴射して該試験体Ｗの摩耗度合いを判定するようにしたため、試験体Ｗの摩耗を実際の摩耗状態に近い状態で試験することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。特に、本実施の形態では、材質の異なる複数の試験体Ｗに対して摩耗試験を同時に行うことができ、異種の複数の試験体Ｗの摩耗度合いを比較判定することができる。

又、本実施の形態では、砂混入圧力水を閉ループで循環させて再利用するようにしたため、水と砂の使用量が最小限に抑えられ、試験コストを低く抑えることができる。

更に、本実施の形態では、水槽１に回収された水の一部を抽出してホッパ型ストレーナ３内の底部に圧送することによって該ストッパ型ストレーナ３の底部に溜った砂を撹拌するようにしたため、ストッパ型ストレーナ３の砂による目詰まりが防がれるとともに、砂混入水投入ホッパ１０への砂の回収をスムーズに行うことができる。

ところで、砂混入圧力水を試験体Ｗに噴射する摩耗試験を長時間に亘って行うと水温が次第に上昇するが、水温が設定値を超えると、水槽１に接続された給水パイプ５と排水パイプ１４を用いて水槽１内の水の少なくとも一部を交換するようにすれば、水温を略一定に保つことができるため、実際に近い摩耗条件を再現することができ、実際の材料の摩耗特性を正確に評価することができる。

本発明に係る摩耗試験装置の基本構成図である。 本発明に係る摩耗試験装置の噴射ノズル部の内部構造を示す側断面図である。

符号の説明

１ 水槽（水回収容器）
２ 分離壁
３ ホッパ型ストレーナ（分離手段）
４ 排水パイプ
５ 給水パイプ
６ 回転ドラム（回転体）
７ 回転ドラムの回転軸
８ モータ（駆動手段）
９ 噴射ノズル
９Ａ 噴射ノズルの内管
９Ｂ 噴射ノズルの外管
１０ 砂混入水投入ホッパ（砂回収手段）
１１ オーバーフロー水受け
１２ オーバーフローパイプ
１３ 砂混入水パイプ
１４ 排水パイプ
１５ 高圧水パイプ
１６ 撹拌水パイプ
１７ 砂混入水投入パイプ
Ｐ１ サンドポンプ
Ｐ２ ポンプ
Ｐ３ 高圧ポンプ
Ｓ１，Ｓ２ 水槽内の室
Ｖ１〜Ｖ５ バルブ
Ｗ 試験体

Claims (3)

1. 試験体を取り付けて回転する回転体と、該回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体に取り付けられて該回転体と共に回転する前記試験体に向かって砂混入圧力水を噴射する攪拌手段と、前記砂混入圧力水を循環させる閉ループを含んで構成される摩耗試験装置において、
   前記噴射手段によって前記試験体に噴射された後の砂混入水を回収して砂と水に分離する分離手段と、該分離手段によって分離された砂を回収する砂回収手段と水を回収する水回収容器と、該水回収容器に回収された水を加圧する加圧手段と、前記砂回収手段から供給される砂と前記加圧手段によって加圧された加圧水とをミキシングして得られる砂混入圧力水を前記試験体に向かって噴射する噴射ノズルを前記閉ループに設けたことを特徴とする摩耗試験装置。
2. 前記水回収容器に回収された水の一部を抽出して前記分離手段に圧送することによって該分離手段に溜った砂を攪拌する攪拌手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の摩耗試験装置。
3. 前記水回収容器に給水パイプと排水パイプを接続し、該給水パイプと排水パイプによって水回収容器内の水の少なくとも一部を交換することによって水温を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の摩耗試験装置。
   

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