JPH0275622A - 水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、新風な樹脂組成物及びその用途としての土砂
含有地点で使用される水力発′亀用水車ランナ、ガイド
ベーン及びステーベーン等の流水用部材に係り、特に、
耐キャビテークヨン壊食性、耐土砂摩耗性に優れた水車
に関する。

〔従来の技術〕

水力発電用水車フンナ、ガイドベーン及びステーベーン
等の流水部は、部材の形状、流速によってキャビテーシ
ョンによる損傷を受ける。このため該部材材料として；
耐キャビテーション壊食性に優れたステンレス鋼系の肉
盛用溶接合金が開発されてきた。それらの組成は、特開
昭５７−１５２４４７号、同５７−１５６８９号各公報
に開示されており、これらの材料は部材への肉盛溶接と
して用いられる。更に、ポリウレタン系の塗料を流水部
材に被覆してキャビテーション壊食を抑制しようとする
試みもなされている。

ところで、キャビテーション壊食とは、高速流水中で発
生したキャビティが崩壊する際の高い舜撃圧力が部材に
加わシ、その部分を壊食する現象であり、そのときの衝
撃圧力は、流速５５〜１２０ｍ／ｓにおいて５１４〜１
７４５ａｔｍと高いものである。

この時の壊食を防止する材料として、この衝撃圧力より
も高強度の材料あるいは、両家圧力を吸収するような材
料が好ましいと考えられ、ステンレス鋼系の肉盛溶接材
は高強度、ゴム系の被覆は後者の効果を期待したもので
ある。更に前者の肉盛溶接材は、この衝撃圧力を利用し
て流水用部材表面が加工硬化するように成分が調整され
ている。

一方、高土砂含有の流水では、土砂による部材の浸食が
生じる。この浸食は、ｋｔ、ｏ、のような硬質の土砂に
よる切削作用のために流水用部材が摩耗する現象である
。−収約には、土砂よシも硬度の大きい材料であれば切
削されず浸食を防止することが可能といわれているが、
これまで、発電用水車を高土砂含有地で使用されること
が、比較的少なかったので土砂による摩耗を対象として
開発された材料は見当らない。更に高土砂含有の流水で
、かつキャビテーションを伴う場合には、単独の要因よ
シも壊食あるいは浸食が加速される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来からの１耐キヤビテークヨン性に優れた肉盛溶接材
料でも、その硬度を土砂のそれに近付けることは主１の
ことであり、十分な特性が得られないという問題があっ
た。

本発明の目的は、上記欠点を解決するためになされるも
のであり、耐キャビテーション性と耐土砂摩耗性の優れ
た樹脂組成物及びそれを使用した水車を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は樹脂組成物
に関する発明であって、必須成分として（ト）ゴム変性
エポキシ化合物及び（Ｂ）硬化剤として脂肪族ポリアミ
ドポリアミンを含有していることを特徴とする。

そして、本発明の第２の発明は流水用部材に関する発明
であって、流水用部材の少なくとも一部が、第１の発明
の樹脂組成物を１００℃以下で加熱焼付硬化してなる被
覆層で被覆されていることを特徴とする。

前記目的は、発電用水車の流水用部材表面に、ゴム変性
エポキシ化合物、また、ゴム変性エポキシ化合物と無機
フィラーを配合したエポキシ樹脂組成物を被覆すること
に工υ達成される。

更に、詳しく述べると、本帛明は、以下の事項より成り
立っている。

第１の発明の樹脂組成物は、燕機質充てん剤及び／又は
ポリブタジェンゴムを含有しているのが好ましい。

また、第１の発明のゴム変性エポキシ化合物が、ポリブ
タジェン、シロキサン、フルオロアｙキ〜又はフμオロ
アμキμエーテμ骨格を５０〜７０重憧％持つものであ
るのが好適である。

更に、第１の発明の脂肪族ポリアミドポリアミンが下記
式： 〔式中Ｒは下記式： で表される基、ｍ及びｎは１〜１００の数を示す〕で表
される化合物であるのが好適である。

上記無機質充てん剤は、（ａ）平均粒径８〜２０μｍの
無機フィラー及び／又は（ｂ）カップリング剤で表面処
理したウィスカ若しくはマイカフィラーであるのが好適
である。

また、該無機質充てん剤は、該（ａ）　／　（ｂ）をａ
５７１．５〜９．　ｓ　／　ａ　ｓの配合比率で、組成
物全体に対して７０敵蓬％以下含有されているのが好適
である。

該無機フィラーが、シリカ又はアルミナであシ、該ウィ
スカが、チタン酸カリウム、金属又ハセフミックスのウ
ィスカであるのが好適である。

本発明における水車は、第２の発明の流水用部材を用い
たものである。

本発明の樹脂組成物は、常温でゲル化硬化し、塗工後の
りＶ現象もなく任意の被覆層を形成することができる。

また、最適特性を得るためには、１００℃以下の温度で
１〜２時間加熱すればよい。

以下、本発明の水車を、添付図面に基づいて具体的に説
明する。

第１図は、本発明が適用される水力発電用水車の断面図
である。水車は、クラウン１、シュラウド２、ランナ羽
根３、ランナコーン４、ガイドベーン５、ステーベーン
６、ランナライナ７、及びシートライナ８等から構成さ
れてお９、ステーベーン６を通った流水は、ガイドベー
ン５からランナ羽根３に流れ、ランナ羽根３を回転して
下方に流れる。

これらの水車部材は、通常の溶解、鋳造によって得られ
るほか、耐キャビテーション性が要求される流水部表面
には肉盛溶接が行われる。

耐土砂摩耗に関し、まず高硬度の肉盛溶接金属材を検討
したが、必ずしも満足すべき耐摩耗性は得られなかった
。著しく硬度を高めるともろくなり割れが発生するなど
限界のあることが分かった。

金属よりも高硬度の材料としてセラミックが知られてお
り、シリカ、アμミナ糸セラミック成形物について行っ
た土砂摩耗実験では、はとんど負傷を受けなかった。こ
れは、土砂の硬度が、セフミックと同等であり土砂によ
る切削作用を受けないことによると推定される。しかし
これらセラミックを曲率のある流水用部材、に張付ける
ことは困難であυ、適用個所が限定される。

そこでこれに代る方法を種々検討した結果、無機粉末を
高濃度に配合したエポキシ樹脂組成物から成るコーテン
グ材を流水用部材に被覆する方法が、この目的に適合し
うることを見出した。

無機粉末を高濃度に配合したエポキシ樹脂組成物を部材
に塗布し、所定の条件で硬化した皮膜の硬度はセラミッ
クのそれに近く、その表面は、無機粉末がほぼ連続的に
配列しているため、土砂による切削作用も受は難いこと
から、その１耐土砂摩耗性は金属よりも優れていた。欠
にこの皮膜について耐キャビテーション性を検討したと
ころ予想に反し、金属材料よりも壊食量が多かった。こ
の原因として無機粉末とエポキシ樹脂との接着強度が低
かったためにキャビティの両型圧力により無機粉末粒子
が脱落したことによると判断した。

そこで、無機粉末とエポキシ樹脂間の強度向上と粘弾性
の付与を考え、第３の物質として液状ゴムの配合を試み
たところ、液状ゴムの配合によシキャビテーション壊食
の低減が認められた。しかしながら、単純に液状ゴムを
混合した糸は、流水用部材と皮膜との老ん断強度が低い
。これは、エポキシと液状ゴムとの相溶性に問題がある
ためと推定される。更に、硬化温度の高い樹脂、又は高
温加熱硬化型樹脂は、流水用部材に塗布した後、硬化す
るまでにタレ流れの現象が生じる。チクソトロビック性
を付与する粉末もあるが、多量の添加は特性の低下の要
因となる。

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、ゴムで変性したエ
ポキシ樹脂であり、ポリブタジェン骨格ヲ持つもの、ま
た、シロキサン、フルオロアルキル１フμオロアμキル
エーテμ骨格をもつもので、例えば、 ＣＨ。

らなるような構造のゴム変性エポキシ化合物である。

また、これらの変性エポキシに汎用のエポキシ樹脂であ
るビス型エボキン樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂を加
えたい場合も容易に混ぜ合わせ使用できる。硬化剤は、
脂肪族ポリアミドポリアミンが有効であり、目的である
塗布後のタレ流れを押えることができる。室温で１次硬
化させた後１００℃以下の温度で加熱すれば所望の特性
が得られる。なお、本発明の組成物には、従来公知のエ
ポキシ化合物の硬化剤、促進剤を併用して用いることも
できる。

水流による壊食は、ゴムのような弾性体でその力を緩和
するか、また、土砂による摩耗に対しては、強じんであ
ることが望まれる。そのため、高分子材料の場合、無機
粉末の充てんが必須となる。

無機粉末の種類はシリカ、アｌレミナが良好で、その粒
子の形状は砂枠状でも球状のいずれでもよい。平均粒径
は、河川に含有される土砂の粒径が８〜１２μｍといわ
れており、これらの粒径と同じかむしろ大きい方が良く
８〜２０μｍのものが効果が大きい。

また、これらの無機フィラーにカップリング剤で表面処
理した各禰ウィスカ及びマイカフィラーと混合して使用
することもできる。

本発明における１酎キヤビテーシヨン性に優れる組成は
ゴム変性エポキシ中のゴム分が５０〜７０重１％になる
ように調整し、これに対して硬化剤はこのゴム変性エポ
キシ１００直ｆｆｉ部に対して５０〜１００市量部が適
当である。また、無機フィラヲーの配合割合はゴム変性
エポキシ樹脂１００重量部に対し、２０重量％以下か又
は５０〜７０重量％が適当であ）、ゴム分の量が少なか
ったり、無機フィラーの添加量が適切でない場合、耐キ
ヤビテーシヨン壊食性が十分発揮されない。無機フィラ
ーが７０重量％を超えると、組成物が粘稠になり流水用
部材に塗布することが田無になる。また、ゴム分が多く
なり過ぎると母材とのせん断接着強度が低くなり好まし
くない。

更に、本発明では、無機フィラーの親和性を上げるため
カップリング剤を配合し、反映の実用性能を更に向上さ
せることも可能である。

これらエポキシ樹脂組成物を第１図に示した各流水用部
材の表面に塗布し、硬化することによって所望の耐キャ
ビテーション壊食性、耐土砂摩耗性の反映を得ることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。

実施例１〜１６及び比較例１〜５ 第１表に実施例１〜１６及び比較例１〜５の配合組成を
示した。ゴム変性エポキシ樹脂を主体にエポキシ樹脂、
更に硬化剤脂肪族ポリアミドポリアミン、並びにシラン
カップリング剤を、また、更にこれらの組成に無機フィ
ラーを各々所定量配合し、これを真空らいかい機で３０
分混和し、各コーテング材を調整した。調整したコーテ
ング剤を５ｕＳ３０４基板に塗布し、せん断試験片、キ
ャビテーション、摩耗試験片をそれぞれ作成し試験を突
施した。

キャビテーション壊食試験は、磁歪振動式試験機を用い
た。発振ホーン先端に円形試験片を取付け、共振周波数
２０　ＫＨｚ、試験片先端での最大振幅２００μｍの条
件で試験し、１時間後の壊食量を測定した。土砂摩耗試
験は、土砂含有水噴流式によシ行った。土砂として平均
粒径８μｓ　ＱＡ４０ｓ粉末を用い、水道水１を当シＳ
Ｏｆ混入した水を直径１ｍのノズルから流速２０　ｍ　
／　Ｓ　、平板試験片に対し、４５°の角度で噴流し、
１時間後の摩耗量を測定した。各皮膜の引張せん断強さ
、キャビテーション壊食量、土砂摩耗量を第１表に併記
した。

比較例は、エポキシ樹脂単独、あるいは、これに無機フ
ィラーを加えた糸である。無機フィラーの配合量を増加
するとせん断強さが増加し、耐土砂摩耗性が向上してい
る。

かお、従来これら流水用部材に一般的に用いられるＳｕ
Ｓ　５０４の同じ条件における土砂摩耗量は４　Ｘ　１
０−”ｚ”程度であシ、比較例４の反映でもＳｕＳ　３
０４よシも優れた耐摩耗性を示している。

一方のキャビテーション壊食に対して、エポキシ樹脂に
対する無機粉末の割合は、ある程度の効果を示すに過ぎ
ない。

これに対し、ゴム変性エポキシ樹脂を主体とした本発明
の反映は、キャビテーション、及び土砂流による衝撃圧
力を粘弾性的に緩和する。キャビテーション壊食と土砂
摩耗の双方を効果的に低減している。特に、無機フィラ
ーを加えない糸は１耐キヤビテーシヨ／に優れている。

すなわチ、コム変性エポキシｍ血中のゴム分の効果が極
めて浸れていることが認められた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水力＠成用水車の流水用部材にゴム変
性エポキシ樹脂、あるいはこの組成と無機粉末を配合し
たエポキシ樹脂組成物を塗布し、硬化することによｌ：
＞　、　１１ｉＪキヤビチーＶヨン、壊食性、１明土砂
摩耗性が向上できるので、水車の効率低下が低減でき、
その寿命改善に効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される水力発電用水車の断面図で
ある。 １：クラウン、２：シュラウド、３：う／す羽根、ａ：
サンナコーン、５ニガイドベーン、６：ステーベーン、
７：フンナフイナ、８：シートフイナ ％許出願人　株式会社日立製作所 代　理　人　　中　　本　　　　　宏 量　　　　井　　上　　　　　昭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、必須成分として（Ａ）ゴム変性エポキシ化合物及び
   （Ｂ）硬化剤として脂肪族ポリアミドポリアミンを含有
   していることを特徴とする樹脂組成物。 ２、該組成物が、無機質充てん剤及び／又はポリブタジ
   エンゴムを含有している請求項１記載の樹脂組成物。 ３、該ゴム変性エポキシ化合物が、ポリブタジエン、シ
   ロキサン、フルオロアルキル、又はフルオロアルキルエ
   ーテル骨格を５０〜７０重量％持つものである請求項１
   又は２記載の樹脂組成物。 ４、該脂肪族ポリアミドポリアミンが、下記式：▲数式
   、化学式、表等があります▼ 〔式中Ｒは下記式： ▲数式、化学式、表等があります▼ で表される基、ｍ及びｎは１〜１００の数を示す〕で表
   される化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の樹脂組成物。 ５、該無機質充てん剤が、（ａ）平均粒径８〜２０μｍ
   の無機フィラー及び／又は（ｂ）カップリング剤で表面
   処理したウィスカ若しくはマイカフィラーである請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の樹脂組成物。 ６、該無機質充てん剤が、該（ａ）／（ｂ）を８．５／
   １．５〜９．５／０．５の配合比率で、組成物全体に対
   して７０重量％以下含有されている請求項５記載の樹脂
   組成物。 ７、該無機フィラーが、シリカ又はアルミナであり、該
   ウィスカが、チタン酸カリウム、金属又はセラミックス
   のウィスカである請求項５又は６記載の樹脂組成物。 ８、流水用部材の少なくとも一部が、請求項１記載の樹
   脂組成物を１００℃以下で加熱焼付硬化してなる被覆層
   で被覆されていることを特徴とする流水用部材。 ９、請求項８記載の流水用部材を用いたことを特徴とす
   る水車。