JP5578318B2 - Cavitation generator - Google Patents

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Description

本発明は、キャビテーション発生装置に関する。   The present invention relates to a cavitation generator.

従来のキャビテーション発生装置は、図6に示すように、同心円状ノズルを用いて、大気中に低圧水(低速水)噴流を噴射し、その中心部に高圧水(高速水)噴流を噴射して気中キャビテーション噴流を発生させるようになっている。キャビテーション発生装置は、発生させた気中キャビテーション噴流のキャビテーション気泡の崩壊衝撃力によりピーニング効果が得られるため、キャビテーションピーニング用の装置として好適に使用されている。このキャビテーション発生装置を利用したキャビテーションピーニングにより、ステンレス鋼等の金属材料の疲労強度を向上できることや、応力腐食割れ抑止のための圧縮残留応力を導入できることが実証されている(例えば、特許文献1乃至5、非特許文献1乃至3参照)。   As shown in FIG. 6, the conventional cavitation generator uses a concentric nozzle to inject a low-pressure water (low-speed water) jet into the atmosphere and inject a high-pressure water (high-speed water) jet into the center thereof. An aerial cavitation jet is generated. The cavitation generating device is suitably used as a device for cavitation peening because a peening effect can be obtained by the collapse impact force of the generated cavitation bubbles of the generated air cavitation jet. It has been demonstrated that cavitation peening using this cavitation generator can improve the fatigue strength of metallic materials such as stainless steel, and can introduce compressive residual stress to prevent stress corrosion cracking (for example, Patent Documents 1 to 5, see Non-Patent Documents 1 to 3.

発電プラントや化学プラントでは、配管等の応力腐食割れの抑止が喫緊の課題となっている。この応力腐食割れの抑止には、応力腐食割れの原因である引張残留応力を低減するか、または引張残留応力を圧縮残留応力にすることが最善の解決策である。一般的に、圧縮残留応力を導入するためには、ショットピーニング、超音波ピーニング、レーザピーニング、キャビテーションピーニングなどが用いられている。   In power plants and chemical plants, suppression of stress corrosion cracking of piping and the like is an urgent issue. In order to suppress the stress corrosion cracking, the best solution is to reduce the tensile residual stress that causes the stress corrosion cracking or to make the tensile residual stress a compressive residual stress. In general, shot peening, ultrasonic peening, laser peening, cavitation peening and the like are used to introduce compressive residual stress.

しかし、プラントで使用する場合、レーザピーニングは、プラントの配管外周に水を貯留することができないため、施工することができない。また、ショットピーニングや超音波ピーニングは、ショットの衝突により引火や発火の危険性があるため、プラント稼働中の施工が困難である。プラントの稼働を止めて施工することにより引火や発火を防ぐことはできるが、経済的な損失が大きい。これに対し、キャビテーションピーニングは、水だけで圧縮残留応力を導入できるため、プラント稼働中に使用しても発火や引火の危険性がない。このため、プラントにおいては、キャビテーションピーニングの実用化が望まれている。   However, when used in a plant, laser peening cannot be applied because water cannot be stored on the outer periphery of the piping of the plant. Also, shot peening and ultrasonic peening are difficult to construct while the plant is in operation because there is a risk of ignition or ignition due to collision of shots. Although it is possible to prevent ignition and ignition by stopping the operation of the plant, the economic loss is great. On the other hand, since cavitation peening can introduce compressive residual stress only with water, there is no risk of ignition or ignition even when used during plant operation. For this reason, practical application of cavitation peening is desired in plants.

特開平8−257998号公報JP-A-8-257998 特許第2894450号公報Japanese Patent No. 2894450 特許第2957976号公報Japanese Patent No. 2957976 特開2000−202326号公報JP 2000-202326 A 特開2003−62492号公報JP 2003-62492 A

H. Soyama,“Introduction ofCompressive Residual Stress Using a Cavitating Jet in Air”,Trans. ASME, J. Eng.Mater. Technol.,2004年,126,p.123-128H. Soyama, “Introduction of Compressive Residual Stress Using a Cavitating Jet in Air”, Trans. ASME, J. Eng. Mater. Technol., 2004, 126, p.123-128 H. Soyama,“High-SpeedObservation of a Cavitating Jet in Air”,Trans. ASME, J. Fluids Eng.,2005年,127,p.1095-1101H. Soyama, “High-Speed Observation of a Cavitating Jet in Air”, Trans. ASME, J. Fluids Eng., 2005, 127, p.1095-1101 H. Soyama,“Improvement of FatigueStrength by Using Cavitating Jets in Air and Water”,Journal of MaterialsScience,2007年,42,p.6638-6641H. Soyama, “Improvement of Fatigue Strength by Using Cavitating Jets in Air and Water”, Journal of Materials Science, 2007, 42, p.6638-6641

図6に示すような従来のキャビテーション発生装置では、気中キャビテーション噴流を発生させるために、低圧水(低速水)噴流を整流する必要があり、ノズル直径の30倍程度のノズルの長さが必要であった。このため、プラントにおいて応力腐食割れが懸念される配管溶接部近傍などの、施工のための空間が狭い部位を処理することができないという課題があった。図6に示す一例では、ノズルの長さが60cm程度であるため、施工のための空間がそれより狭い部位の処理を行うことはできなかった。また、仮にノズルを短くすると、同心円状の低圧水(低速水)噴流が偏って流れるため、流れが少ない部分から空気が吸引されてキャビテーションではなく単なる気泡になってしまい、ピーニング効果が得られなくなる。   In the conventional cavitation generating device as shown in FIG. 6, it is necessary to rectify the low-pressure water (low-speed water) jet in order to generate the air cavitation jet, and the nozzle length is about 30 times the nozzle diameter. Met. For this reason, there existed a subject that the site | part with a narrow space for constructions, such as the piping welding part vicinity with a concern about stress corrosion cracking in a plant, cannot be processed. In the example shown in FIG. 6, since the length of the nozzle is about 60 cm, it was not possible to process a part where the space for construction is narrower. Also, if the nozzle is shortened, the concentric low-pressure water (low-speed water) jet flows in an uneven manner, so air is sucked from the portion where the flow is small and becomes mere bubbles instead of cavitation, and the peening effect cannot be obtained. .

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、キャビテーション噴流の噴射方向に沿った長さを短くすることができ、施工のための空間が狭い部位でもキャビテーションピーニングを行うことができるキャビテーション発生装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to such a problem, and can shorten the length of the cavitation jet along the jet direction, and can perform cavitation peening even in a narrow space for construction. The object is to provide a cavitation generator.

上記目的を達成するために、本発明に係るキャビテーション発生装置は、供給される低圧水が流入する水流調整槽と、前記水流調整槽に連通し、供給される前記低圧水を、その供給方向に対してほぼ垂直方向に噴射可能な低圧噴射孔を有する低圧水噴射手段と、前記低圧噴射孔の前記水流調整槽内部側の開口の周縁に沿って、前記水流調整槽の内部に向かって突出するよう設けられた整流壁と、前記低圧噴射孔の中心軸に沿って配置され、前記低圧噴射孔から噴射する前記低圧水により周囲を包囲されるよう、前記低圧噴射孔からの前記低圧水の噴射方向と同じ方向に高圧水を噴射してキャビテーション気泡を発生可能な高圧ノズルとを有し、前記低圧噴射孔から噴射する前記低圧水が、前記高圧ノズルから噴射する前記高圧水の周囲でほぼ均等に流れるよう構成されていることを、特徴とする。
To achieve the above object, cavitation generator according to the present invention, the water flow regulation tank low pressure water flows to be supplied, communicates with the water flow regulation tank, said low pressure water supplied to the supply direction Low pressure water injection means having a low pressure injection hole that can be injected in a substantially vertical direction, and projecting toward the inside of the water flow adjustment tank along the periphery of the opening of the low pressure injection hole on the inside of the water flow adjustment tank The low-pressure water from the low-pressure injection hole is arranged along the center axis of the low-pressure injection hole and is surrounded by the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole. A high-pressure nozzle capable of generating cavitation bubbles by injecting high-pressure water in the same direction as the injection direction, and the low-pressure water injected from the low-pressure injection holes is around the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle. That it is configured to flow evenly, it characterized.

本発明に係るキャビテーション発生装置は、プラント等でのキャビテーションピーニング用の装置として好適に使用される。本発明に係るキャビテーション発生装置では、低圧水噴射手段の低圧噴射孔の中心軸に沿って配置された高圧ノズルから噴射する高圧水が、低圧噴射孔から噴射する低圧水の噴射方向と同じ方向に噴射するとともに、低圧水が高圧水の周囲を包囲してほぼ均等に流れるよう構成されているため、大気中でも高圧水によるキャビテーション気泡を発生させることができる。   The cavitation generator according to the present invention is preferably used as a device for cavitation peening in a plant or the like. In the cavitation generator according to the present invention, the high pressure water injected from the high pressure nozzle arranged along the central axis of the low pressure injection hole of the low pressure water injection means is in the same direction as the injection direction of the low pressure water injected from the low pressure injection hole. In addition to being jetted, the low-pressure water is configured to surround the high-pressure water and flow almost evenly, so that cavitation bubbles due to the high-pressure water can be generated even in the atmosphere.

また、このとき、低圧水噴射手段に供給される低圧水を、その供給方向に対してほぼ垂直方向に低圧噴射孔から噴射するため、キャビテーション噴流の噴射方向に沿った方向の装置の長さを短くすることができる。このため、プラント等において応力腐食割れが懸念される配管溶接部近傍などの、施工のための空間が狭い部位であっても、装置を設置してキャビテーションピーニングを行うことができる。これにより、それらの部位にキャビテーションピーニングによる圧縮残留応力を導入することができ、それらの部位の応力腐食割れを防止することができる。   At this time, since the low-pressure water supplied to the low-pressure water injection means is injected from the low-pressure injection holes in a direction substantially perpendicular to the supply direction, the length of the device in the direction along the injection direction of the cavitation jet is reduced. Can be shortened. For this reason, even if it is a site | part with a narrow space for constructions, such as the piping welding part vicinity which a stress corrosion crack is a concern in a plant etc., an apparatus can be installed and cavitation peening can be performed. Thereby, the compressive residual stress by cavitation peening can be introduce | transduced into those parts, and the stress corrosion cracking of those parts can be prevented.

また、本発明に係るキャビテーション発生装置は、キャビテーション気泡の衝突面を低圧水で十分に囲い、低圧水の衝突圧力で被加工面や被洗浄面を加圧するため、キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を増大することができ、加工能力が高い。このため、加工処理時間を短縮することができる。また、水だけで処理を行うことができるため、プラント等の稼働中に使用しても発火や引火の危険性がなく、安全性が高い。   Further, the cavitation generating device according to the present invention sufficiently surrounds the collision surface of the cavitation bubble with low-pressure water and pressurizes the work surface and the surface to be cleaned with the collision pressure of the low-pressure water, thereby increasing the crushing impact force of the cavitation bubble. High processing ability. For this reason, processing time can be shortened. Further, since the treatment can be performed only with water, there is no risk of ignition or ignition even when used during operation of a plant or the like, and the safety is high.

本発明に係るキャビテーション発生装置は、低圧水噴射手段に供給された低圧水が水流調整槽に流入して一旦滞留するため、低圧水が流れの方向を変えて低圧噴射孔から噴射しても、噴射した低圧水を、高圧ノズルから噴射する高圧水の周囲でほぼ均等に流れるようにすることができる。
In the cavitation generating device according to the present invention, since the low-pressure water supplied to the low-pressure water injection means flows into the water flow adjusting tank and temporarily stays there, even if the low-pressure water is changed in the flow direction and injected from the low-pressure injection hole, The injected low-pressure water can flow almost uniformly around the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle.

さらに、本発明に係るキャビテーション発生装置は整流壁により、低圧水噴射手段に供給された低圧水を水流調整槽に滞留させる効果を高め、低圧水の供給方向による影響をより小さくすることができる。このため、低圧噴射孔から噴射する低圧水を、高圧水の周囲でより均等に流すようにすることができる。
Furthermore, the cavitation generator according to the present invention can enhance the effect of retaining the low-pressure water supplied to the low-pressure water jetting means in the water flow adjusting tank by the rectifying wall, and can further reduce the influence of the low-pressure water supply direction. . For this reason, the low-pressure water injected from the low-pressure injection holes can flow more evenly around the high-pressure water.

本発明に係るキャビテーション発生装置で、前記水流調整槽は、前記低圧噴射孔からの前記低圧水の噴射方向に沿って所定の高さの内部空間を有し、前記整流壁は、前記水流調整槽の前記所定の高さの1/4〜3/4の高さを有していることが好ましい。この場合、高圧水の周囲に流れる低圧水の均等度を特に高めることができる。   In the cavitation generating apparatus according to the present invention, the water flow adjusting tank has an internal space of a predetermined height along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole, and the rectifying wall is the water flow adjusting tank It is preferable to have a height of 1/4 to 3/4 of the predetermined height. In this case, the uniformity of the low-pressure water flowing around the high-pressure water can be particularly increased.

本発明によれば、キャビテーション噴流の噴射方向に沿った長さを短くすることができ、施工のための空間が狭い部位でもキャビテーションピーニングを行うことができるキャビテーション発生装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the length along the injection direction of a cavitation jet can be shortened, and the cavitation generator which can perform cavitation peening even in the site | part with a narrow space for construction can be provided.

本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a cavitation generating device of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置の、整流壁がない場合の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification in case there is no rectification | straightening wall of the cavitation generator of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置により導入される残留応力を示すグラフである。It is a graph which shows the residual stress introduce | transduced by the cavitation generator of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置により導入される残留応力の深さ分布を示すグラフである。It is a graph which shows the depth distribution of the residual stress introduce | transduced by the cavitation generator of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置の(a)整流壁の高さHを示す縦断面図、(b)整流壁の高さを変えたときに導入される残留応力を示すグラフである。It is the longitudinal cross-sectional view which shows the height H of the rectification wall of the cavitation generator of embodiment of this invention, (b) It is a graph which shows the residual stress introduce | transduced when changing the height of a rectification wall. 従来のキャビテーション発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional cavitation generator.

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図5は、本発明の実施の形態のキャビテーション発生装置を示している。
図1に示すように、キャビテーション発生装置10は、低圧水噴射手段11と整流壁12と高圧ノズル13とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a cavitation generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the cavitation generator 10 includes a low-pressure water injection unit 11, a rectifying wall 12, and a high-pressure nozzle 13.

図1に示すように、低圧水噴射手段11は、外形が直方体形状を成し、内部に直方体状の空間から成る水流調整槽21を有している。水流調整槽21は、内壁面が低圧水噴射手段11の外側面と平行を成すよう形成されている。低圧水噴射手段11は、一方の端面11aに水流調整槽21に連通する供給口22を有している。また、低圧水噴射手段11は、水流調整槽21の1つの内側壁21aを貫通して一つの側面に開口した低圧噴射孔23を有している。低圧噴射孔23は、断面が円形を成し、中心軸が低圧水噴射手段11の外側面に対して垂直を成すよう形成されている。低圧噴射孔23は、低圧水噴射手段11の外側面から水流調整槽21の内部に向かって徐々に孔径が大きくなるよう形成されている。   As shown in FIG. 1, the low-pressure water injection means 11 has a water flow adjusting tank 21 having a rectangular parallelepiped outer shape and a rectangular parallelepiped space inside. The water flow adjusting tank 21 is formed so that the inner wall surface is parallel to the outer surface of the low-pressure water injection means 11. The low-pressure water injection unit 11 has a supply port 22 communicating with the water flow adjusting tank 21 on one end surface 11a. The low-pressure water injection means 11 has a low-pressure injection hole 23 that passes through one inner wall 21 a of the water flow adjusting tank 21 and opens on one side surface. The low-pressure injection hole 23 has a circular cross section and a central axis that is perpendicular to the outer surface of the low-pressure water injection unit 11. The low pressure injection hole 23 is formed so that the hole diameter gradually increases from the outer surface of the low pressure water injection means 11 toward the inside of the water flow adjusting tank 21.

低圧水噴射手段11は、供給口22から水流調整槽21に低圧水を供給可能になっている。低圧水噴射手段11は、供給口22から水流調整槽21の奥に向かって低圧水が流入して供給されるようになっている。また、低圧水噴射手段11は、水流調整槽21に供給された低圧水を、低圧噴射孔23から噴射可能になっている。低圧水噴射手段11は、低圧噴射孔23から、低圧水の供給方向に対してほぼ垂直方向に噴射するようになっている。なお、水流調整槽21は、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向に沿って、所定の高さを有する内部空間を成している。   The low-pressure water injection means 11 can supply low-pressure water from the supply port 22 to the water flow adjusting tank 21. The low-pressure water injection means 11 is supplied with low-pressure water flowing from the supply port 22 toward the back of the water flow adjusting tank 21. The low-pressure water injection means 11 can inject low-pressure water supplied to the water flow adjusting tank 21 from the low-pressure injection hole 23. The low pressure water injection means 11 is configured to inject from the low pressure injection hole 23 in a direction substantially perpendicular to the supply direction of the low pressure water. The water flow adjusting tank 21 forms an internal space having a predetermined height along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole 23.

低圧水噴射手段11は、低圧噴射孔23とは反対側の水流調整槽21の内側壁21bに、高圧供給孔24を有している。高圧供給孔24は、供給口22が設けられた低圧水噴射手段11の一方の端面11aから、水流調整槽21の内側壁21bの内部を水流調整槽21の奥に向かって低圧噴射孔23の中心軸と交わる位置まで伸び、そこで低圧噴射孔23に向かって垂直に折れ曲がって水流調整槽21に貫通している。   The low-pressure water injection unit 11 has a high-pressure supply hole 24 on the inner wall 21 b of the water flow adjusting tank 21 on the opposite side to the low-pressure injection hole 23. The high-pressure supply hole 24 extends from the one end surface 11 a of the low-pressure water injection means 11 provided with the supply port 22 toward the back of the water flow adjustment tank 21 through the inner wall 21 b of the water flow adjustment tank 21. It extends to a position intersecting with the central axis, where it is bent vertically toward the low pressure injection hole 23 and penetrates the water flow adjusting tank 21.

図1に示すように、整流壁12は、低圧噴射孔23の水流調整槽21の内部側の開口の周縁に沿って設けられている。整流壁12は、水流調整槽21の内部に向かって突出するよう設けられている。整流壁12は、低圧噴射孔23の形状を延長した形状の内壁面を有し、水流調整槽21の内部に向かって徐々に内径が大きくなるよう形成されている。また、整流壁12は、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向に沿った水流調整槽21の高さの、1/2の高さを有している。   As shown in FIG. 1, the rectifying wall 12 is provided along the periphery of the opening on the inner side of the water flow adjusting tank 21 of the low pressure injection hole 23. The rectifying wall 12 is provided so as to protrude toward the inside of the water flow adjusting tank 21. The rectifying wall 12 has an inner wall surface formed by extending the shape of the low-pressure injection hole 23, and is formed so that the inner diameter gradually increases toward the inside of the water flow adjusting tank 21. Further, the rectifying wall 12 has a height that is ½ of the height of the water flow adjusting tank 21 along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole 23.

図1に示すように、高圧ノズル13は、細長く、中心に高圧導水孔25を有している。高圧ノズル13は、高圧導水孔25が低圧噴射孔23と同軸になるよう、低圧噴射孔23の中心軸に沿って配置されている。高圧ノズル13は、先端部13aが低圧噴射孔23の内部に配置され、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向に沿って水流調整槽21の内部を縦断するよう設けられている。高圧ノズル13は、高圧導水孔25が低圧水噴射手段11の高圧供給孔24と連通するよう設けられている。   As shown in FIG. 1, the high-pressure nozzle 13 is elongated and has a high-pressure water introduction hole 25 in the center. The high pressure nozzle 13 is disposed along the central axis of the low pressure injection hole 23 so that the high pressure water introduction hole 25 is coaxial with the low pressure injection hole 23. The high-pressure nozzle 13 has a tip portion 13 a disposed inside the low-pressure injection hole 23, and is provided so as to cut through the inside of the water flow adjusting tank 21 along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole 23. The high pressure nozzle 13 is provided so that the high pressure water introduction hole 25 communicates with the high pressure supply hole 24 of the low pressure water injection means 11.

高圧ノズル13は、先端部13aの外側面が、先端面13bから末端側に向かって徐々に径が大きくなるよう形成されている。高圧ノズル13は、先端部13aの外側面が、低圧噴射孔23の壁面とほぼ平行を成すよう形成されている。高圧ノズル13は、高圧導水孔25の内部の、先端面13bからやや引っ込んだ位置に、高圧導水孔25より内径が小さく形成された高圧噴射口26を有している。   The high-pressure nozzle 13 is formed such that the outer surface of the distal end portion 13a gradually increases in diameter from the distal end surface 13b toward the distal end side. The high pressure nozzle 13 is formed so that the outer surface of the tip end portion 13 a is substantially parallel to the wall surface of the low pressure injection hole 23. The high-pressure nozzle 13 has a high-pressure injection port 26 having an inner diameter smaller than that of the high-pressure conduit 25 at a position slightly retracted from the tip surface 13 b inside the high-pressure conduit 25.

高圧ノズル13は、高圧供給孔24から供給された高圧水を、高圧噴射口26から噴射可能になっている。また、高圧ノズル13は、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向と同じ方向に高圧水を噴射して、高圧水の周囲が低圧水により包囲されるようになっている。これにより、高圧ノズル13は、キャビテーション気泡を発生可能になっている。   The high-pressure nozzle 13 can inject the high-pressure water supplied from the high-pressure supply hole 24 from the high-pressure injection port 26. The high-pressure nozzle 13 injects high-pressure water in the same direction as the low-pressure water injection direction from the low-pressure injection hole 23 so that the periphery of the high-pressure water is surrounded by the low-pressure water. Thereby, the high pressure nozzle 13 can generate cavitation bubbles.

なお、図1に示す具体的な一例では、低圧噴射孔23は、低圧水噴射手段11の外側面側の開口の径が20〜30mmである。高圧ノズル13は、先端面13bの外径が12〜16mmである。水流調整槽21は、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向に沿った高さが、約30mmである。   In the specific example shown in FIG. 1, the low-pressure injection hole 23 has an opening diameter of 20 to 30 mm on the outer surface side of the low-pressure water injection unit 11. The high pressure nozzle 13 has an outer diameter of the tip surface 13b of 12 to 16 mm. The height of the water flow adjusting tank 21 along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole 23 is about 30 mm.

次に、作用について説明する。
キャビテーション発生装置10は、プラント等でのキャビテーションピーニング用の装置として好適に使用される。キャビテーション発生装置10では、高圧ノズル13から噴射する高圧水が、低圧噴射孔23から噴射する低圧水により周囲を包囲されて、低圧水と同じ方向に噴射する。このとき、低圧水噴射手段11に供給された低圧水が水流調整槽21に流入して一旦滞留するため、低圧水が流れの方向を変えて低圧噴射孔23から噴射しても、噴射した低圧水を、高圧ノズル13から噴射する高圧水の周囲でほぼ均等に流れるようにすることができる。また、さらに整流壁12により、低圧水の水流調整槽21での滞留効果を高めて、低圧水の供給方向による影響をより小さくすることができるため、低圧噴射孔23から噴射する低圧水を、高圧水の周囲でより均等に流すようにすることができる。これにより、キャビテーション発生装置10では、大気中でも高圧水によるキャビテーション気泡を効果的に発生させることができる。
Next, the operation will be described.
The cavitation generator 10 is preferably used as a device for cavitation peening in a plant or the like. In the cavitation generator 10, the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle 13 is surrounded by the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole 23 and is injected in the same direction as the low-pressure water. At this time, since the low-pressure water supplied to the low-pressure water injection means 11 flows into the water flow adjusting tank 21 and temporarily stays there, even if the low-pressure water changes the flow direction and is injected from the low-pressure injection hole 23, the injected low-pressure water The water can be made to flow almost evenly around the high-pressure water jetted from the high-pressure nozzle 13. Further, since the rectifying wall 12 can enhance the retention effect in the water flow adjustment tank 21 of the low-pressure water and reduce the influence of the low-pressure water supply direction, the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole 23 is It can be made to flow more evenly around the high pressure water. As a result, the cavitation generator 10 can effectively generate cavitation bubbles by high-pressure water even in the atmosphere.

キャビテーション発生装置10は、低圧水噴射手段11に供給される低圧水を、その供給方向に対してほぼ垂直方向に低圧噴射孔23から噴射するため、キャビテーション噴流の噴射方向に沿った方向の装置の長さを短くすることができる。このため、プラント等において応力腐食割れが懸念される配管溶接部近傍などの、施工のための空間が狭い部位であっても、装置を設置してキャビテーションピーニングを行うことができる。これにより、それらの部位にキャビテーションピーニングによる圧縮残留応力を導入することができ、それらの部位の応力腐食割れを防止することができる。   The cavitation generator 10 injects the low-pressure water supplied to the low-pressure water injection means 11 from the low-pressure injection hole 23 in a direction substantially perpendicular to the supply direction, so The length can be shortened. For this reason, even if it is a site | part with a narrow space for constructions, such as the piping welding part vicinity which a stress corrosion crack is a concern in a plant etc., an apparatus can be installed and cavitation peening can be performed. Thereby, the compressive residual stress by cavitation peening can be introduce | transduced into those parts, and the stress corrosion cracking of those parts can be prevented.

図1に示す具体的な一例では、キャビテーション噴流の噴射方向に沿った方向の装置の長さを、ノズル直径の3倍程度(約6〜9cm)まで短くすることができる。これは、図6に示す従来のものに比べて、1/6〜1/10の長さである。これにより、プラント等の配管溶接部近傍であっても、施工のための空間が6cm程度あれば、キャビテーションピーニングを行うことができる。   In the specific example shown in FIG. 1, the length of the device in the direction along the injection direction of the cavitation jet can be shortened to about three times the nozzle diameter (about 6 to 9 cm). This is 1/6 to 1/10 in length compared to the conventional one shown in FIG. Thus, even in the vicinity of a welded part of a pipe such as a plant, cavitation peening can be performed if the space for construction is about 6 cm.

また、キャビテーション発生装置10は、キャビテーション気泡の衝突面を低圧水で十分に囲い、低圧水の衝突圧力で被加工面や被洗浄面を加圧するため、キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を増大することができ、加工能力が高い。このため、加工処理時間を短縮することができる。また、水だけで処理を行うことができるため、プラント等の稼働中に使用しても発火や引火の危険性がなく、安全性が高い。   Further, since the cavitation generating device 10 sufficiently surrounds the collision surface of the cavitation bubbles with low-pressure water and pressurizes the work surface and the surface to be cleaned with the collision pressure of the low-pressure water, the crushing force of the cavitation bubbles may be increased. It has high processing capability. For this reason, processing time can be shortened. Further, since the treatment can be performed only with water, there is no risk of ignition or ignition even when used during operation of a plant or the like, and the safety is high.

なお、図2に示すように、キャビテーション発生装置10は、整流壁12を有していなくてもよい。この場合であっても、水流調整槽21により低圧水の滞留効果が得られるため、低圧噴射孔23から噴射した低圧水を、高圧ノズル13から噴射する高圧水の周囲で、ある程度均等に流れるようにすることができ、大気中でも高圧水によるキャビテーション気泡を発生させることができる。   As shown in FIG. 2, the cavitation generator 10 does not have to include the rectifying wall 12. Even in this case, since the water flow adjusting tank 21 provides the retention effect of the low-pressure water, the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole 23 flows evenly around the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle 13 to some extent. It is possible to generate cavitation bubbles due to high-pressure water even in the atmosphere.

[キャビテーションピーニングの効果]
キャビテーション発生装置10によるキャビテーションピーニングの効果を調べる実験を行った。実験には、図1に示すキャビテーション発生装置(整流壁あり)と、図2に示すキャビテーション発生装置(整流壁なし)を使用した。実験では、高圧ノズル13から噴射する高圧水の圧力を20MPa、低圧噴射孔23から噴射する低圧水の圧力を0.08MPaとし、ピーニングを行う試験片と高圧ノズル13の先端面13bとの距離(スタンドオフ距離)を25mmとした。
[Effect of cavitation peening]
An experiment was conducted to examine the effect of cavitation peening by the cavitation generator 10. In the experiment, the cavitation generator (with the rectifying wall) shown in FIG. 1 and the cavitation generator (without the rectifying wall) shown in FIG. 2 were used. In the experiment, the pressure of the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle 13 is 20 MPa, the pressure of the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole 23 is 0.08 MPa, and the distance between the test piece for peening and the tip surface 13 b of the high-pressure nozzle 13 ( The standoff distance) was 25 mm.

試験片としてステンレス鋼(JIS SUS316L)を用い、単位長さ当たりの処理時間を変えたときの、試験片表面での残留応力をX線回折装置により測定した。その測定結果を図3に示す。実験の結果、図3に示すように、図1および図2に示すキャビテーション発生装置のキャビテーションピーニングにより、圧縮残留応力を導入することができることが確認された。また、整流壁12がある場合の方が、整流壁12がない場合に比べて、導入される圧縮残留応力が大きく、ピーニング効果が高いことが確認された。特に整流壁12がある場合には、単位長さ当たりの処理時間が約2s/mm以上のときに、300MPa以上もの圧縮残留応力を導入できることが確認された。   Stainless steel (JIS SUS316L) was used as a test piece, and the residual stress on the surface of the test piece when the treatment time per unit length was changed was measured with an X-ray diffractometer. The measurement results are shown in FIG. As a result of the experiment, as shown in FIG. 3, it was confirmed that compressive residual stress can be introduced by cavitation peening of the cavitation generator shown in FIGS. In addition, it was confirmed that the compressive residual stress introduced was larger and the peening effect was higher when the rectifying wall 12 was present than when the rectifying wall 12 was not present. In particular, when the rectifying wall 12 is present, it has been confirmed that a compressive residual stress of 300 MPa or more can be introduced when the processing time per unit length is about 2 s / mm or more.

次に、試験片としてステンレス鋼(JIS SUS316L)を用い、単位長さ当たりの処理時間を1s/mmとしたときの、試験片の表面からの深さに対する残留応力を測定した。その測定結果を図4に示す。なお、図4では、試験片を電解研磨しながら、X線回折装置により各深さでの残留応力の測定を行った。また、比較データとして、キャビテーションピーニングを行っていない場合(未処理)についても応力を測定し、図4中に示している。   Next, the residual stress with respect to the depth from the surface of the test piece was measured when stainless steel (JIS SUS316L) was used as the test piece and the treatment time per unit length was 1 s / mm. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 4, the residual stress at each depth was measured by an X-ray diffractometer while electrolytically polishing the test piece. Further, as comparison data, the stress was measured even when cavitation peening was not performed (unprocessed) and is shown in FIG.

実験の結果、図4に示すように、整流壁12がない場合には、試験片の表面から70μm程度の深さまで圧縮残留応力を導入することができ、整流壁12がある場合には、試験片の表面から250μm以上の深さまで圧縮残留応力を導入することができることが確認された。また、整流壁12がある場合の方が、整流壁12がない場合に比べて、より深くまで圧縮残留応力を導入することができ、ピーニング効果が高いことが確認された。   As a result of the experiment, as shown in FIG. 4, when there is no rectifying wall 12, compressive residual stress can be introduced to a depth of about 70 μm from the surface of the test piece. It was confirmed that compressive residual stress can be introduced from the surface of the piece to a depth of 250 μm or more. In addition, it was confirmed that the compressive residual stress can be introduced more deeply in the case where the rectifying wall 12 is present than in the case where the rectifying wall 12 is not present, and the peening effect is high.

次に、試験片としてアルミニウム板を用い、同じ位置に10分間キャビテーションピーニングを行ったときの壊食量を測定した。その測定結果を表1に示す。実験の結果、表1に示すように、図1および図2に示すキャビテーション発生装置により、試験片が壊食され、キャビテーションピーニング効果が得られることが確認された。また、整流壁12がある場合の方が、整流壁12がない場合に比べて、壊食量が多く、ピーニング効果が高いことが確認された。   Next, an aluminum plate was used as a test piece, and the amount of erosion when cavitation peening was performed at the same position for 10 minutes was measured. The measurement results are shown in Table 1. As a result of the experiment, as shown in Table 1, it was confirmed that the test piece was eroded and a cavitation peening effect was obtained by the cavitation generator shown in FIGS. In addition, it was confirmed that the amount of erosion was greater and the peening effect was higher when the rectifying wall 12 was present than when the rectifying wall 12 was not present.

Figure 0005578318
Figure 0005578318

[整流壁12の高さ]
キャビテーション発生装置10の整流壁12の高さに対する、キャビテーションピーニングの効果を調べる実験を行った。実験には、図1に示すキャビテーション発生装置を使用した。図5(a)に示すように、低圧噴射孔23からの低圧水の噴射方向に沿った水流調整槽21の高さの1/2をHとして、整流壁12の高さを表す。実験では、高圧ノズル13から噴射する高圧水の圧力を20MPa、低圧噴射孔23から噴射する低圧水の圧力を0.08MPaとし、ピーニングを行う試験片と高圧ノズル13の先端面13bとの距離(スタンドオフ距離)を25mmとした。
[Height of rectifying wall 12]
An experiment was conducted to examine the effect of cavitation peening on the height of the rectifying wall 12 of the cavitation generator 10. In the experiment, the cavitation generator shown in FIG. 1 was used. As shown in FIG. 5 (a), the height of the rectifying wall 12 is represented by H being 1/2 of the height of the water flow adjusting tank 21 along the direction of low pressure water injection from the low pressure injection hole 23. In the experiment, the pressure of the high-pressure water injected from the high-pressure nozzle 13 is 20 MPa, the pressure of the low-pressure water injected from the low-pressure injection hole 23 is 0.08 MPa, and the distance between the test piece for peening and the tip surface 13 b of the high-pressure nozzle 13 ( The standoff distance) was 25 mm.

試験片としてステンレス鋼(JIS SUS316L)を用い、単位長さ当たりの処理時間を変えたときの、試験片表面での残留応力をX線回折装置により測定した。測定は、整流壁12の高さが、0.5H、1.0H、1.5Hの3つの場合について行った。その測定結果を図5(b)に示す。実験の結果、図5(b)に示すように、整流壁12がいずれの高さであっても、キャビテーションピーニングにより、圧縮残留応力を導入することができることが確認された。図3の整流壁12がない場合と比べると、整流壁12がいずれの高さであっても、導入される圧縮残留応力が高く、ピーニング効果が高いことが確認された。また特に、整流壁12の高さが1.0Hの場合が、整流壁12の高さが0.5Hおよび1.5Hの場合に比べて、導入される圧縮残留応力が大きく、ピーニング効果が高いことが確認された。   Stainless steel (JIS SUS316L) was used as a test piece, and the residual stress on the surface of the test piece when the treatment time per unit length was changed was measured with an X-ray diffractometer. The measurement was performed for three cases where the height of the rectifying wall 12 was 0.5H, 1.0H, and 1.5H. The measurement result is shown in FIG. As a result of the experiment, as shown in FIG. 5B, it was confirmed that compressive residual stress can be introduced by cavitation peening regardless of the height of the rectifying wall 12. Compared to the case where the rectifying wall 12 in FIG. 3 is not provided, it was confirmed that the compressive residual stress introduced is high and the peening effect is high regardless of the height of the rectifying wall 12. In particular, when the height of the rectifying wall 12 is 1.0H, the introduced compressive residual stress is larger and the peening effect is higher than when the height of the rectifying wall 12 is 0.5H and 1.5H. It was confirmed.

10 キャビテーション発生装置
11 低圧水噴射手段
12 整流壁
13 高圧ノズル
21 水流調整槽
22 供給口
23 低圧噴射孔
24 高圧供給孔
25 高圧導水孔
26 高圧噴射口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cavitation generator 11 Low pressure water injection means 12 Rectification wall 13 High pressure nozzle 21 Water flow adjustment tank 22 Supply port 23 Low pressure injection hole 24 High pressure supply hole 25 High pressure water supply hole 26 High pressure injection port

Claims (2)

供給される低圧水が流入する水流調整槽と、前記水流調整槽に連通し、供給される前記低圧水を、その供給方向に対してほぼ垂直方向に噴射可能な低圧噴射孔を有する低圧水噴射手段と、
前記低圧噴射孔の前記水流調整槽内部側の開口の周縁に沿って、前記水流調整槽の内部に向かって突出するよう設けられた整流壁と、
前記低圧噴射孔の中心軸に沿って配置され、前記低圧噴射孔から噴射する前記低圧水により周囲を包囲されるよう、前記低圧噴射孔からの前記低圧水の噴射方向と同じ方向に高圧水を噴射してキャビテーション気泡を発生可能な高圧ノズルとを有し、
前記低圧噴射孔から噴射する前記低圧水が、前記高圧ノズルから噴射する前記高圧水の周囲でほぼ均等に流れるよう構成されていることを、
特徴とするキャビテーション発生装置。
Low-pressure water having a water flow regulation tank low pressure water flows to be supplied, communicates with the water flow regulation tank, said low pressure water supplied, and a jettable low pressure injection holes in the direction substantially perpendicular to the feed direction Injection means;
A rectifying wall provided so as to protrude toward the inside of the water flow adjusting tank along the periphery of the opening on the inside of the water flow adjusting tank of the low pressure injection hole;
The high-pressure water is disposed in the same direction as the low-pressure water injection direction from the low-pressure injection hole so as to be surrounded by the low-pressure water injected along the central axis of the low-pressure injection hole and injected from the low-pressure injection hole. A high-pressure nozzle capable of generating cavitation bubbles by jetting,
The low-pressure water jetted from the low-pressure jet holes is configured to flow almost uniformly around the high-pressure water jetted from the high-pressure nozzle.
A characteristic cavitation generator.
前記水流調整槽は、前記低圧噴射孔からの前記低圧水の噴射方向に沿って所定の高さの内部空間を有し、
前記整流壁は、前記水流調整槽の前記所定の高さの1/4〜3/4の高さを有していることを、
特徴とする請求項1記載のキャビテーション発生装置。
The water flow adjustment tank has an internal space of a predetermined height along the injection direction of the low-pressure water from the low-pressure injection hole,
The rectifying wall has a height of ¼ to ¾ of the predetermined height of the water flow adjusting tank,
The cavitation generator according to claim 1, wherein
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