JP6901899B2 - High temperature blast erosion test method and high temperature blast erosion test equipment - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼ガスにより高温に加熱された固体粒子を試験片に吹き付けることで、耐エロージョン性を評価する高温ブラストエロージョン試験方法と、この試験方法を実施するための高温ブラストエロージョン試験装置に関するものである。 The present invention relates to a high-temperature blast erosion test method for evaluating erosion resistance by spraying solid particles heated to a high temperature by combustion gas onto a test piece, and a high-temperature blast erosion test apparatus for carrying out this test method. Is.
石炭火力発電所のボイラ伝熱管等の構造部材では、燃焼灰等の粉体を含む高温ガスが長期間に渡って衝突することによりエロージョンが生じる。このような構造部材には長期安定性と長期信頼性が求められ、修繕コストの増大をも抑える必要がある。これら構造部材の高温環境下でのエロージョン量を予測するために、実機投入前に高温ブラストエロージョン試験を実施し、摩耗損傷特性を把握することが極めて重要となっている。 In structural members such as boiler heat transfer tubes of coal-fired power plants, erosion occurs when high-temperature gases containing powder such as combustion ash collide for a long period of time. Such structural members are required to have long-term stability and long-term reliability, and it is also necessary to suppress an increase in repair costs. In order to predict the amount of erosion of these structural members in a high temperature environment, it is extremely important to carry out a high temperature blast erosion test before putting them into the actual machine to understand the wear damage characteristics.
特許文献1には、ガス加熱器、粉体供給機、粉体とガスを混合するための混合器、これら混合物を試験片に衝突させる試験容器等を備える高温エロージョン・コロージョン試験装置が記載されている。この文献では、試験片に衝突させるガス体を、ヒータによって囲まれたガス加熱器コイル管に通して加熱している。 Patent Document 1 describes a high-temperature erosion corrosion testing apparatus including a gas heater, a powder feeder, a mixer for mixing powder and gas, a test container for colliding the mixture with a test piece, and the like. There is. In this document, a gas body that collides with a test piece is heated by passing it through a gas heater coil tube surrounded by a heater.
特許文献2には、キャリアガス流路に、キャリアガスを供給する供給部及び加熱する加熱部を設け、キャリアガスを予め所定の温度に加熱した後、粉体と共にノズルから試験片に衝突させる高温ブラストエロージョン試験装置が記載されている。この試験装置では、キャリアガスを加熱部のヒータで囲われた流路管に通して加熱している。
In
特許文献3には、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、この燃焼ガスにエローダントを供給する供給部と、遮熱コーティングにより表面が被覆された試験片を収容して支持する収容支持部と、エローダントを含む燃焼ガスを加速させて試験片に衝突させる加速器とを備えたエロージョン試験装置が記載されている。この試験装置では、燃焼ガスをエローダントのキャリアガスとして用い、これにより試験片の温度を実機のタービン部材と同等の温度まで加熱し、エローダントを含んだ燃焼ガスを加速させて試験片に衝突させている。
特許文献4のエロージョン試験装置は、高温空気と可燃性ガスによる燃焼ガスに小粒子を投入し、これをノズルから供試体へ噴射するものとされている。
The erosion test apparatus of
エロージョン試験では、試験精度を高めるために実機に則した温度環境で行うのが望ましい。試験片に衝突させる高温ガスの温度調整に関し、上述のとおり特許文献1の装置では、ガスをヒータによって囲まれたガス加熱器コイル管に通して加熱し、特許文献2の装置では、ガスを加熱部のヒータで囲われた流路管に通して加熱しており、両文献の装置とも、ガスを間接的に加熱しているに過ぎない。そのため、実機に則した温度までガスの温度を高めるのが困難であり、ガスの温度の調整もできず、高温環境下でのエロージョン量測定の試験精度が低いという欠点がある。
In the erosion test, it is desirable to perform it in a temperature environment suitable for the actual machine in order to improve the test accuracy. Regarding the temperature adjustment of the high temperature gas that collides with the test piece, as described above, in the apparatus of Patent Document 1, the gas is heated by passing it through a gas heater coil tube surrounded by a heater, and in the apparatus of
特許文献3及び特許文献4の装置は、いずれも粉体を導入した燃焼ガスを用いており、試験片に粒子を高温で衝突させることができる。また、燃焼ガスの温度制御について、特許文献3の装置では、燃焼ガスに送る温度調整用の空気の供給量を増減することで、試験片の遮熱コーティング層の温度を調整している。特許文献4の装置では、ノズルに連通する導炎管内の燃焼ガスの温度を検知し、この信号に基づいて、燃焼ガスを生成する空気と可燃性ガスを制御して、供試体に噴射される燃焼ガスの温度を一定にしている。
The devices of
品質の高い構造部材の開発を達成するためにも、粒子を衝突させる試験片の温度をより精度良く制御するのが望ましいが、これら両装置とも、空気供給量を調整して燃焼ガスを温度制御しているだけである。また、燃焼ガスの温度制御が可能とされているが、粒子を含む燃焼ガスは試験片の一部分に連続的に当たり続ける。そのため試験片の温度が急激に上昇していき、試験片の温度を精度良く制御するのは困難である。 In order to achieve the development of high-quality structural members, it is desirable to control the temperature of the test piece that collides with the particles more accurately, but in both of these devices, the temperature of the combustion gas is controlled by adjusting the air supply amount. I'm just doing it. Further, although the temperature of the combustion gas can be controlled, the combustion gas containing particles continuously hits a part of the test piece. Therefore, the temperature of the test piece rises rapidly, and it is difficult to accurately control the temperature of the test piece.
そこで本発明は従来技術の問題点に鑑み、高い精度で高温環境下でのエロージョン量測定を行うことができる高温ブラストエロージョン試験方法及び高温ブラストエロージョン試験装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a high temperature blast erosion test method and a high temperature blast erosion test apparatus capable of measuring the amount of erosion in a high temperature environment with high accuracy.
本発明の高温ブラストエロージョン試験方法は、燃焼ガスを加速させ噴射する加速ノズルに固体粒子を導入し、当該固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に吹き付ける高温ブラストエロージョン試験方法であって、温調装置によって前記試験片を加熱しつつ、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて、当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付けることで、試験片の温度を一定に保つことを特徴とするものである。 The high-temperature blast erosion test method of the present invention is a high-temperature blast erosion test method in which solid particles are introduced into an acceleration nozzle that accelerates and injects combustion gas, and the combustion gas containing the solid particles is blown onto a test piece, and is a temperature control device. While heating the test piece, the acceleration nozzle and the test piece are relatively moved in the direction of the spray surface of the test piece in an amplitude range exceeding the spray surface, and the acceleration nozzle moves the test piece to the test piece. It is characterized in that the temperature of the test piece is kept constant by blowing a combustion gas containing solid particles.
本発明の高温ブラストエロージョン試験方法によれば、温調装置によって前記試験片を加熱するのと同時に、加速ノズルと試験片とを吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付ける。つまり、加速ノズルから噴射させる燃焼ガスが試験片に断続的に衝突することで、試験片の温度を一定に保つことができ、高い精度でエロージョン量測定を行うことができる。加速ノズルを固定する高温ブラストエロージョン試験では、温調装置のみによる試験片の温度制御は難しい。その理由は、加速ノズルから噴射された燃焼ガスからの入熱があるためであり、温調装置の温度調節能力を超えて急激に試験片の温度が変化するため、試験片の温度を一定に制御することができない。そのため、本発明では、温調装置による温度制御と、加速ノズルを移動させながら燃焼ガスを吹き付けるという方法の組み合わせにより、試験中の試験片の温度を一定に保つことを可能としている。 According to the high-temperature blast erosion test method of the present invention, the test piece is heated by the temperature control device, and at the same time, the acceleration nozzle and the test piece are relatively moved in an amplitude range exceeding the spray surface to perform the test from the acceleration nozzle. The piece is sprayed with a combustion gas containing the solid particles. That is, since the combustion gas injected from the acceleration nozzle intermittently collides with the test piece, the temperature of the test piece can be kept constant, and the erosion amount can be measured with high accuracy. In the high temperature blast erosion test in which the acceleration nozzle is fixed, it is difficult to control the temperature of the test piece only by the temperature control device. The reason is that there is heat input from the combustion gas injected from the acceleration nozzle, and the temperature of the test piece changes rapidly beyond the temperature control capacity of the temperature control device, so the temperature of the test piece is kept constant. I can't control it. Therefore, in the present invention, it is possible to keep the temperature of the test piece under test constant by combining the temperature control by the temperature control device and the method of blowing the combustion gas while moving the acceleration nozzle.
前記固体粒子を導入する前に、前記試験片を温調装置によって加熱しつつ、固体粒子を含まない燃焼ガスを吹き付けて、当該試験片の温度を試験温度まで上昇させるための予熱を行うことが好ましい。 Before introducing the solid particles, the test piece may be heated by a temperature control device and a combustion gas containing no solid particles may be blown to perform preheating to raise the temperature of the test piece to the test temperature. preferable.
前記試験片への前記固体粒子の吹付角度が可変であることが好ましい。この場合、より実機に則した環境で試験を実施できる。 It is preferable that the spray angle of the solid particles on the test piece is variable. In this case, the test can be carried out in an environment more suitable for the actual machine.
前記固体粒子の吹付面に対する吹付速度は、100〜1300m/sとすることが好ましい。これにより、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。 The spraying speed of the solid particles on the spraying surface is preferably 100 to 1300 m / s. As a result, it is possible to obtain an appropriate evaluation according to various actual machine environments.
前記試験片の温度は、100〜900℃に調節することが好ましい。これにより、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。 The temperature of the test piece is preferably adjusted to 100 to 900 ° C. As a result, it is possible to obtain an appropriate evaluation according to various actual machine environments.
前記燃焼ガスは、高圧ガスと燃料により生成することができる。前記高圧ガスを支燃性ガスとすれば、前記燃焼ガスの温度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節することができる。また、前記燃焼ガスの噴射速度を当該支燃性ガスと前記燃料の燃焼比率によって調節することもできる。 The combustion gas can be produced by high pressure gas and fuel. If the high-pressure gas is a combustion-supporting gas, the temperature of the combustion gas can be adjusted by the combustion ratio of the combustion-supporting gas and the fuel. Further, the injection speed of the combustion gas can be adjusted by the combustion ratio of the combustion-supporting gas and the fuel.
本発明の高温ブラストエロージョン試験装置は、燃焼部と、噴射部と、固体粒子を導入可能な供給口とを有し、燃焼ガスを加速させつつ噴射して当該固体粒子を試験片に衝突させる加速ノズルを有する噴射装置と、前記試験片を加熱保持する温調装置と、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて試験片の温度を一定に保つ駆動機構と、を備えることを特徴とするものである。 The high-temperature blast erosion test apparatus of the present invention has a combustion unit, an injection unit, and a supply port into which solid particles can be introduced, and accelerates the combustion gas while injecting the solid particles to collide with the test piece. The injection device having a nozzle, the temperature control device for heating and holding the test piece, the acceleration nozzle, and the test piece are relatively moved in an amplitude range exceeding the spray surface in the direction of the spray surface of the test piece. It is characterized by including a drive mechanism that keeps the temperature of the test piece constant.
本発明の高温ブラストエロージョン試験装置によれば、温調装置で試験片を加熱保持しつつ、駆動機構により加速ノズルと試験片とを吹付面を超える振幅範囲で相対移動させながら、固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に吹き付ける。つまり、加速ノズルから噴射させる固体粒子を含む燃焼ガスが試験片に断続的に衝突することで、試験片の温度を一定に保つことができ、高い精度でエロージョン量測定を行うことができる。 According to the high-temperature blast erosion test apparatus of the present invention, solid particles are contained while the test piece is heated and held by the temperature control device and the acceleration nozzle and the test piece are relatively moved in an amplitude range exceeding the spray surface by the drive mechanism. Spray the combustion gas onto the test piece. That is, the combustion gas containing the solid particles injected from the acceleration nozzle intermittently collides with the test piece, so that the temperature of the test piece can be kept constant and the erosion amount can be measured with high accuracy.
前記試験片への前記固体粒子の吹付角度を可変とする角度制御機構を備えることが好ましい。この場合、より実機に則した環境で試験を実施できる。 It is preferable to provide an angle control mechanism that changes the spraying angle of the solid particles onto the test piece. In this case, the test can be carried out in an environment more suitable for the actual machine.
前記加速ノズルの構造としては、前記燃焼ガスの通過面積を狭めるための縮径部分を有するものが好適である。燃焼ガスが通過する範囲を一旦狭めた後、開放して体積膨張させることで、燃焼ガスを加速させることができる。 The structure of the acceleration nozzle is preferably one having a reduced diameter portion for narrowing the passage area of the combustion gas. The combustion gas can be accelerated by narrowing the range through which the combustion gas passes and then opening it to expand the volume.
前記温調装置は、前記試験片を加熱保持できる加熱源を有しており、この加熱源および試験片を囲むように放熱抑制カバーが設けられていることが好ましい。この場合、試験片の温度を高温で保持でき、より実機に則した環境で試験を行うことができる。 The temperature control device has a heating source capable of heating and holding the test piece, and it is preferable that a heat dissipation suppression cover is provided so as to surround the heating source and the test piece. In this case, the temperature of the test piece can be maintained at a high temperature, and the test can be performed in an environment more suitable for the actual machine.
本発明によれば、温調装置による温度調節に加え、加速ノズルから噴射させる固体粒子を含む燃焼ガスを試験片に断続的に衝突させて試験片の温度を一定に保つことができるため、高い精度で高温環境下でのエロージョン量測定を行うことができる。 According to the present invention, in addition to temperature control by the temperature control device, the temperature of the test piece can be kept constant by intermittently colliding the combustion gas containing solid particles injected from the acceleration nozzle with the test piece. It is possible to measure the amount of erosion with high accuracy in a high temperature environment.
本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に係る高温ブラストエロージョン試験装置1の模式図である。高温ブラストエロージョン試験装置1は、試験片50の高温環境下でのブラストエロージョン試験を実施するためのものであり、加速ノズル2が設けられた噴射装置3と、試験片50の温度を加熱保持する温調装置4と、加速ノズル2を所定方向に移動させる駆動機構6と、試験片50への固体粒子の吹付角度θを可変とする角度制御機構7とで主に構成されている。
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view of a high temperature blast erosion test apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The high-temperature blast erosion test device 1 is for carrying out a blast erosion test of the
本実施形態の試験片50の種類は限定されない。例えば、所定厚みで形成されたSUS304鋼製の方形状板材が評価対象となりうる。試験片50の表面は、溶射などの表面処理がなされていてもよい。表面処理がなされた場合、試験片50の表面処理後の表面がブラストエロージョン試験の試験面である吹付面50fとなる。
The type of the
図2は加速ノズル2の断面図である。加速ノズル2は、全体として円筒状に形成されており、燃焼ガスが生成される燃焼部8、高圧ガス(支燃性ガス)を導入するガス供給口30、燃料を導入する燃料供給口31、燃料から燃焼ガスを発生させる点火プラグ32、燃焼ガス60を加速させる縮径部11、燃焼部8で生成された燃焼ガスに固体粒子を導入するパウダーインジェクタ9、加速させた燃焼ガス60を噴射する軸方向に伸びる噴射部10で構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
燃焼部8にはガス供給口30から高圧ガスが、燃料供給口31から燃料がそれぞれ導入されて、当該燃焼部8で燃焼ガスが生成されるようになっている。燃焼ガスを加速させる縮径部11は、燃焼部8の出口に形成されている。縮径部11の内径は燃焼部8及び噴射部10の内径よりも小さくなっている。この縮径部11で燃焼ガス60の通過面積を一旦狭め、その後開放して体積膨張させることで、当該燃焼ガス60を加速させる。加速させた燃焼ガス60にパウダーインジェクタ9から固体粒子が導入される。固体粒子が導入された燃焼ガス60は、噴射部10を通ってその先端から、試験片50の吹付面50fに向かって噴射される。このようにして、固体粒子を含む燃焼ガス60が高速で吹付面50fに衝突させられる。
High-pressure gas is introduced from the
本明細書において「高圧ガス」とは、高圧ガス保安法の第2条の定義に従う。用いる高圧ガスとしては可燃性ガス(例えば、アセチレン、プロパン)が挙げられるが、別途、燃料を投入するのであれば、可燃性ガスである必要はない。一方、支燃性ガス(例えば、酸素、空気)を使用する場合、別途、燃料は必要であるが、支燃性ガスと燃料の燃焼比率により燃焼ガスの速度や温度を調節できるため、高温ブラストエロージョン試験を行う上ではこの組み合わせが特に好適である。
As used herein, the term "high pressure gas" follows the definition of
燃料としては、気体燃料であればアセチレン、プロパン、プロピレン、水素、天然ガス、メタン、エチレン、ハイドロカット等が挙げられ、液体燃料であればケロシン等が挙げられる。 Examples of the fuel include acetylene, propane, propylene, hydrogen, natural gas, methane, ethylene, hydrocut and the like for gaseous fuels, and kerosene and the like for liquid fuels.
固体粒子は、試験片表面を摩耗させることのできる硬質粒子(エローダント)である。固体粒子の材質としては、金属、セラミックス等が挙げられるが、中でも、酸化物セラミックス、炭化物セラミックス、硼化物セラミックス、窒化物セラミックスが特に好ましい。固体粒子の形状は、球形、不定形、多角形等が挙げられ、特に多角形が好ましい。固体粒子の粒径としては、1〜1000μmの範囲のものが挙げられ、45〜200μmの範囲であることが搬送性の観点から好ましい。固体粒子の硬さとしては、ビッカース硬さHVが100以上のものが好ましい。 Solid particles are hard particles (erodeant) that can wear the surface of the test piece. Examples of the material of the solid particles include metals and ceramics, and among them, oxide ceramics, carbide ceramics, boride ceramics, and nitride ceramics are particularly preferable. Examples of the shape of the solid particles include a spherical shape, an amorphous shape, a polygonal shape, and the like, and a polygonal shape is particularly preferable. The particle size of the solid particles may be in the range of 1 to 1000 μm, and is preferably in the range of 45 to 200 μm from the viewpoint of transportability. As the hardness of the solid particles, those having a Vickers hardness HV of 100 or more are preferable.
図3は高温ブラストエロージョン試験の様子を示す模式斜視図である。本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置1は、加速ノズル2を所定方向に移動させる駆動機構6によって、加速ノズル2を試験片50に向けた状態で当該試験片50の吹付面方向で当該試験片50に対して相対的に移動させることが可能となっている。加速ノズル2が試験片50の吹付面(xy平面)方向の1方向(y方向)で当該試験片50を中心として往復動する。その際、加速ノズル2は、試験片50との距離を一定に保ったまま、試験片50の吹付面50fを超える振幅範囲で往復動するように設定されている。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state of a high temperature blast erosion test. In the high temperature blast erosion test apparatus 1 of the present embodiment, the test piece is oriented in the direction of the spray surface of the
本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置1は、試験片50への固体粒子の吹付角度θを可変とするための加速ノズル2の角度制御機構7を備える。角度制御機構7による吹付角度θとは、試験片50の吹付面50fと加速ノズル2から固体粒子が噴射する方向とがなす角度である(図1参照)。角度制御機構7による吹付角度θは、0°〜180°の範囲で変更可能であり、固体粒子を広範囲の角度で吹き付けることができる。
The high-temperature blast erosion test apparatus 1 of the present embodiment includes an angle control mechanism 7 of an
試験片50の温度を上昇させる温調装置4は、試験片50を加熱保持できる加熱源を有している。加熱源は、試験片50を直接的に加熱できる板状のヒータ15である。
The
図4はヒータ15に試験片50が載置された状態を示す概略断面図である。ヒータ15の上部には、試験片50の位置決めのための凹部15aが形成され、当該凹部15aに接触した状態で試験片50が載置されている。ヒータ15には、ヒータ電源に電気的に接続されている電極16、ヒータ用熱電対17などが接続されており、ヒータ電源及びヒータ用熱電対17は制御部に電気的に接続されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
試験片50の裏側には、制御部に電気的に接続された試験片用熱電対18が接続されている。制御部は、試験片用熱電対18の検知信号及びヒータ用熱電対17の検知信号に基づいて、ヒータ電源によるヒータ15への電力供給のオン・オフを切り替え、試験片50の温度が設定された試験温度付近となるように制御する。このような温調装置4によって試験片50が直接的に加熱され、試験中の試験片50の温度をより安定させる。
A
土台20上には、複数の支柱21が固定されており、ヒータ15が保持部材27を介してこれらの支柱21によって支持されている。土台20上に、円柱状の保温ブロック22が設けられている。この保温ブロック22には耐熱鋼、ステンレス鋼等、熱容量の大きい材質を使用し、ヒータ15の下側に配置することで、ヒータ15からの放熱を抑制している。ヒータ15及び試験片50を囲むように当該ヒータ15及び試験片50からの放熱を抑制する放熱抑制カバー23が設けられている。放熱抑制カバー23を設けることの主な目的は、ヒータ15の放熱を抑制し、試験片50の温度制御の精度を向上させることである。
A plurality of
放熱抑制カバー23は、土台20上に固定されてヒータ15の周囲に設置された円筒状の側部カバー24と、この側部カバー24の上端に固定されてヒータ15の上側に位置する円盤状の上部カバー25と、この上部カバー25の下側でヒータ15の上側に設けられた円盤状のヒータカバー26とで構成されている。放熱抑制カバー23、側部カバー24、上部カバー25、ヒータカバー26等の形状、寸法は限定しない。
The heat
側部カバー24は、試験片50、ヒータ15、ヒータカバー26、保温ブロック22及び複数の支柱21の外周側に位置しており、これら各部材を側方から覆っている。上部カバー25は、試験片50、ヒータ15、ヒータカバー26、保温ブロック22及び複数の支柱21の上側に位置しており、試験領域を空けた状態でこれら各部材を上方から覆っている。
The side cover 24 is located on the outer peripheral side of the
ヒータカバー26の周縁には、ヒータ15の側方を囲むように図4下方へ伸びる側壁26aが形成されている。ヒータカバー26が、試験領域を空けた状態でヒータ15を側方及び上方から覆っている。ヒータカバー26の内周縁には段差部分26bが形成されている。試験片50の周縁がこの段差部分26bで上方から押さえられて、試験片50が固定されている。
A
放熱抑制カバー23が設けられていることで、ヒータ15の放熱が抑制されて試験片50の温度を高温で保持でき、実機環境に近い温度での試験を可能とすることができる。上部カバー25によって、ヒータカバー26などのその他の構造部材が、固体粒子を含む高圧燃焼ガスの衝突によって損傷することを防止することができる。これにより、試験装置1を長寿命化することができる。ヒータカバー26を取り付けるための図示しない取付部材が上部カバー25及び側部カバー24で覆われていることから、固体粒子を含む燃焼ガス60の衝突による取付部材の損傷を防ぐことができる。また、試験片50を固定しているヒータカバー26は取り外しが可能であり、試験を効率的かつ経済的に実施できる。
By providing the heat
放熱抑制カバーの効果が実証された試験結果を示す。図5(a)は放熱抑制カバー23を設けていない場合の温度履歴を示すグラフであり、(b)は放熱抑制カバー23を設けた場合の温度履歴を示すグラフである。試験条件は、表1のとおりとした。これらのグラフに示すように、放熱抑制カバー23を設けていない放熱対策前では、ヒータ15の温度低下が顕著であったが、放熱抑制カバー23を設けた放熱対策後では、ヒータ15の放熱が抑制されることで、温度低下が抑制されて温度制御精度が著しく向上した。
The test results demonstrating the effect of the heat dissipation suppression cover are shown. FIG. 5A is a graph showing the temperature history when the heat
図6は加速ノズルが試験片50の吹付面50fを往復動する状態を説明する説明図である。左右方向の矢印70は加速ノズルの動きを示している。加速ノズル2は、試験片50の吹付面(xy平面)の1方向(y方向)で当該試験片50を中心として、試験片50の吹付面50fを超える振幅範囲で往復動する。こうして、吹付面50fの燃焼ガスが吹き付けられた箇所には、一定の幅をもつ線状の試験痕が残る。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state in which the acceleration nozzle reciprocates on the
燃焼ガス60は、試験片50の吹付面50fの1カ所に当て続けたり、試験片50の吹付面50f内に収まる範囲のみに当て続けたりしたのでは、燃焼ガス60が吹付面50fに局部的に衝突することになるので、試験片50の温度を精度良く調節することはできない。これに対して、本実施形態の方法では、加速ノズルを試験片50の吹付面50fを超える振幅範囲で往復動させ、固体粒子を含む燃焼ガスを吹付面内・吹付面外・吹付面内・吹付面外・・・と順に吹き付けることで、吹付面50fに断続的に衝突させる。加速ノズルの振幅範囲及び往復速度は、試験温度、試験片寸法、燃焼ガスの温度、固体粒子の速度、加速ノズルと試験片50との間の距離などの試験条件に応じて設定される。これにより、試験片50の温度を一定に保つことができ、極めて高い試験精度を得ることができる。試験中の試験片の温度の振れは、好ましくは40℃以下であり、より好ましくは15℃以下である。なお上記工程の開始前である固体粒子を導入する前の段階で、試験片50を温調装置4によって加熱しつつ、固体粒子を含まない燃焼ガスを吹付面50fに吹き付けて、試験片50の温度を試験温度まで上昇させるための予熱を行う。
If the
高温ブラストエロージョン試験装置1に設けられた角度制御機構7により、実機の環境に合わせて、試験片50の吹付面50fに対する加速ノズル2から噴射される固体粒子の吹付角度θを広範囲で変えることができる。
The angle control mechanism 7 provided in the high temperature blast erosion test apparatus 1 can change the spray angle θ of the solid particles ejected from the
加速ノズル2から噴射させる高温の固体粒子の吹付面50fに対する吹付速度は、想定される実機環境や速度測定の信頼性を考慮すると、100〜1300m/sに調節することが好ましい。吹付速度は、加速ノズル2の噴射部10の内径、縮径部11の内径、燃焼ガスの圧力の大きさなどで調節される。これにより、ブラストエロージョン試験の吹付速度を広範囲で変更でき、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。固体粒子の吹き付け速度は、粒子速度計測装置(例えば、Tecnar Automation Ltd.製「Accuraspray−G3C」)によって測定することができる。
The spraying speed of the high-temperature solid particles ejected from the
試験片50の温度は、想定される実機環境を考慮すると、100〜900℃に調節することが好ましい。試験片50の温度は、加速ノズル2から噴射される燃焼ガスの温度、温調装置4の設定温度、加速ノズル2の振幅範囲及び往復速度などで調節される。これにより、試験温度を広範囲で変更でき、多様な実機環境に沿った適切な評価を得ることができる。
The temperature of the
燃焼部8で高圧ガスと燃料により生成される燃焼ガスに関し、当該高圧ガスを支燃性ガスとすれば、当該燃焼ガスの温度を当該支燃性ガスと燃料の燃焼比率によって調節することができる。また、燃焼ガスの噴射速度を当該支燃性ガスと燃料の燃焼比率によって調節することができる。
Regarding the combustion gas generated by the high-pressure gas and the fuel in the
本実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置1及び試験方法によれば次の作用効果を得ることができる。まず、固体粒子を導入する前に、温調装置4及び加速ノズル2から噴射される固体粒子を含まない燃焼ガスで、試験温度に近づくまで試験片50に予熱を加える。このとき、加速ノズル2を、試験片50の吹付面方向の1方向で当該試験片50を中心として吹付面50fを超える振幅範囲で往復動させる。予熱時から加速ノズル2を往復動させておき、適切なタイミングで加速ノズル2に固体粒子を導入すればそのまま連続して本試験を開始することができる。固体粒子を含む燃焼ガス60が試験片50の吹付面50fに吹き付けられることで、高温ブラストエロージョン試験が行われる。試験中は、温調装置4による温度調節と、燃焼ガス60の断続的な衝突により、試験片50の温度を一定に保つことができ、高い精度で試験片50の表面のエロージョン量測定を行うことができる。
According to the high temperature blast erosion test apparatus 1 and the test method of the present embodiment, the following effects can be obtained. First, before introducing the solid particles, the
上記実施形態の高温ブラストエロージョン試験装置1及び試験方法を用いて高温ブラストエロージョン試験を行った。試験片として、48mm×48mm×10mmのSS400鋼材を二つ用意し、一方には溶射による表面処理を行った。各試験片に対する試験条件は、表2に示すとおりである。 A high temperature blast erosion test was performed using the high temperature blast erosion test apparatus 1 and the test method of the above embodiment. Two 48 mm × 48 mm × 10 mm SS400 steel materials were prepared as test pieces, and one of them was surface-treated by thermal spraying. The test conditions for each test piece are as shown in Table 2.
図7に高温ブラストエロージョン試験の結果を示す。本試験は、表面に溶射皮膜を形成した試験片1(SS400鋼+炭化物サーメット)と、表面に溶射皮膜を形成しなかった試験片2(SS400鋼)との比較により、溶射皮膜の耐高温ブラストエロージョン性を確認するための試験である。温度依存性に関し、300℃及び500℃のいずれの温度環境でも溶射皮膜による摩耗量の低減効果が確認され、特に500℃における摩耗量の低減効果が大きかった。一方、角度依存性に関し、固体粒子の吹付け角度が30°及び45°の場合は、溶射皮膜による摩耗量の低減は明らかであったが、90°の場合では同等かむしろ摩耗量が増加した。以上のことから、本試験で使用した溶射皮膜は、角度によって耐高温ブラストエロージョン性の向上の効果に違いが現れることが示された。このように、本試験によれば、温度の違いや、角度の違いによる摩耗量の程度を調べることができ、想定される使用環境でのエロージョン量の予測を立てることができた。 FIG. 7 shows the results of the high temperature blast erosion test. In this test, the test piece 1 (SS400 steel + carbide cermet) with the sprayed coating formed on the surface and the test piece 2 (SS400 steel) without the sprayed coating on the surface were compared to blast the sprayed film with high temperature resistance. This is a test for confirming erosion. Regarding the temperature dependence, the effect of reducing the amount of wear by the sprayed coating was confirmed in both the temperature environments of 300 ° C. and 500 ° C., and the effect of reducing the amount of wear at 500 ° C. was particularly large. On the other hand, regarding the angle dependence, when the spray angles of the solid particles were 30 ° and 45 °, the reduction in the amount of wear due to the sprayed coating was clear, but in the case of 90 °, the amount of wear was equivalent or rather increased. .. From the above, it was shown that the sprayed coating used in this test has a difference in the effect of improving the high temperature blast erosion resistance depending on the angle. In this way, according to this test, it was possible to investigate the degree of wear due to the difference in temperature and the difference in angle, and it was possible to predict the amount of erosion in the assumed usage environment.
次に、予熱の有無、振幅の大きさによる、温度履歴への影響を調べるための試験を行った。試験片として、48mm×48mm×10mmのSS400鋼材を新たに二つ用意した。試験片3及び試験片4に対する試験条件は、表3に示すとおりである。吹付面への衝突角度はいずれも45°とした。図8は各試験片のガス速度、粒子速度、酸素と灯油の当量比(O/F比)をグラフに表したものである。
Next, a test was conducted to investigate the effect on the temperature history due to the presence or absence of preheating and the magnitude of the amplitude. Two new SS400 steel materials of 48 mm × 48 mm × 10 mm were prepared as test pieces. The test conditions for the
図9は試験片3に関する温度履歴を示すグラフであり、図10は試験片4に関する温度履歴を示すグラフである。図9(a)は予熱有、振幅大、(b)は予熱無、振幅大、(c)は予熱有、振幅小、(d)は予熱有、振幅0としたときの試験結果である。同様に図10(a)は予熱有、振幅大、(b)は予熱無、振幅大、(c)は予熱有、振幅小、(d)は予熱有、振幅0としたときの試験結果である。ここで振幅大とはグラフ右上に示すように、加速ノズルを試験片の吹付面を超える振幅範囲で往復動させている状態であり、振幅小とは、加速ノズルを試験片の吹付面内に収まる範囲のみに当て続けている状態である。振幅0とは、予熱後、加速ノズルを動かさず、試験片の1カ所点に当て続けている状態である。
FIG. 9 is a graph showing the temperature history of the
各図の(a)、(b)の比較から、予熱無しでは、試験開始後の温度上昇が大きい。各図の(a)、(c)の比較から、振幅小では、試験開始直後から温度が急激に上昇しており、温度を保つことはできないことが認められる。各図の(a)、(d)の比較においても、振幅0では、試験開始直後から温度が更に急激に上昇しており、温度を保つことはできないことが認められる。各図の(c)、(d)の比較から、振幅0とするよりも、振幅小とした方が試験開始後の温度上昇が少しではあるが小さいことが認められる。 From the comparison of (a) and (b) in each figure, the temperature rise after the start of the test is large without preheating. From the comparison of (a) and (c) in each figure, it is recognized that when the amplitude is small, the temperature rises sharply immediately after the start of the test and the temperature cannot be maintained. Also in the comparison of (a) and (d) in each figure, it is recognized that when the amplitude is 0, the temperature rises more rapidly immediately after the start of the test, and the temperature cannot be maintained. From the comparison of (c) and (d) in each figure, it is recognized that the temperature rise after the start of the test is slightly smaller when the amplitude is set to be smaller than when the amplitude is set to 0.
振幅大とした各図の(a)、(b)から解るように、加速ノズルを、吹付面を超える振幅範囲で往復動させ、吹付面に断続的に衝突させることで、試験片の温度を一定に保つことができる。これにより極めて高い試験精度を得ることができる。 As can be seen from (a) and (b) of each figure having a large amplitude, the temperature of the test piece is adjusted by reciprocating the acceleration nozzle in an amplitude range exceeding the spray surface and intermittently colliding with the spray surface. Can be kept constant. As a result, extremely high test accuracy can be obtained.
本発明は上記の実施形態及び実施例に限定するものではない。上記の実施形態では、試験片を固定した状態で加速ノズルを移動させているが、逆に加速ノズルを固定した状態で、試験片を移動させてもよい。この場合においても、試験片を加速ノズルに対して、試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で1方向に移動させればよい。また、加速ノズル又は試験片は、1方向だけではなく、多方向に動かして、試験片の温度を一定に保つようにしてもよい。また、上記の実施形態では、加速ノズル側の角度を可変としているが、試験片側の角度を可変としてもよい。さらに、上記の実施形態では、ヒータによる試験片の加熱を直接加熱としたが、間接加熱や誘導加熱を利用してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments and examples. In the above embodiment, the acceleration nozzle is moved with the test piece fixed, but conversely, the test piece may be moved with the acceleration nozzle fixed. Also in this case, the test piece may be moved in one direction with respect to the acceleration nozzle in an amplitude range exceeding the spray surface in the direction of the spray surface of the test piece. Further, the acceleration nozzle or the test piece may be moved not only in one direction but also in multiple directions to keep the temperature of the test piece constant. Further, in the above embodiment, the angle on the acceleration nozzle side is variable, but the angle on the test piece side may be variable. Further, in the above embodiment, the heating of the test piece by the heater is directly heated, but indirect heating or induction heating may be used.
1 高温ブラストエロージョン試験装置
2 加速ノズル
3 噴射装置
4 温調装置
6 駆動機構
7 角度制御機構
8 燃焼部
9 パウダーインジェクタ
10 噴射部
11 縮径部
30 ガス供給口
31 燃料供給口
32 点火プラグ
15 ヒータ
16 電極
17 ヒータ用熱電対
18 試験片用熱電対
20 土台
21 支柱
22 保温ブロック
23 放熱抑制カバー
24 側部カバー
25 上部カバー
26 ヒータカバー
50 試験片
50f 吹付面
60 燃焼ガス
1 High temperature blast
Claims (12)
前記試験片を加熱保持する温調装置によって前記試験片を加熱しつつ、前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて、当該加速ノズルから当該試験片に前記固体粒子を含む燃焼ガスを吹き付けることで、試験片の温度を一定に保ち、
前記相対移動は、前記加速ノズル又は前記試験片の往復動であることを特徴とする高温ブラストエロージョン試験方法。 A high-temperature blast erosion test method in which solid particles are introduced into an acceleration nozzle that accelerates and injects combustion gas, and the combustion gas containing the solid particles is sprayed onto a test piece.
While heating the test piece with a temperature control device that heats and holds the test piece, the acceleration nozzle and the test piece are relatively moved in an amplitude range exceeding the spray surface in the direction of the spray surface of the test piece. , by blowing a combustion gas containing said solid particles from the accelerating nozzle on the specimen, holding Chi the temperature of the specimen to be constant,
The high temperature blast erosion test method , wherein the relative movement is a reciprocating movement of the acceleration nozzle or the test piece.
前記試験片を加熱保持する温調装置と、
前記加速ノズルと、前記試験片と、を当該試験片の吹付面方向における、吹付面を超える振幅範囲で相対移動させて試験片の温度を一定に保つ駆動機構と、
を備え、
前記相対移動は、前記加速ノズル又は前記試験片の往復動であることを特徴とする高温ブラストエロージョン試験装置。 An injection device having a combustion unit, an injection unit, and a supply port for introducing solid particles, and having an acceleration nozzle for accelerating and injecting combustion gas to cause the solid particles to collide with a test piece.
A temperature control device that heats and holds the test piece, and
A drive mechanism that keeps the temperature of the test piece constant by relatively moving the acceleration nozzle and the test piece in the direction of the spray surface of the test piece in an amplitude range exceeding the spray surface.
Equipped with a,
A high-temperature blast erosion test apparatus , wherein the relative movement is a reciprocating movement of the acceleration nozzle or the test piece.
この加熱源および試験片を囲むように放熱抑制カバーが設けられている請求項9〜11のいずれかに記載の高温ブラストエロージョン試験装置。 The temperature control device has a heating source capable of heating and holding the test piece.
The high-temperature blast erosion test apparatus according to any one of claims 9 to 11, wherein a heat dissipation suppression cover is provided so as to surround the heating source and the test piece.
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