JPH06173840A - 水力機械の被膜形成方法 - Google Patents

水力機械の被膜形成方法

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JPH06173840A
JPH06173840A JP4331354A JP33135492A JPH06173840A JP H06173840 A JPH06173840 A JP H06173840A JP 4331354 A JP4331354 A JP 4331354A JP 33135492 A JP33135492 A JP 33135492A JP H06173840 A JPH06173840 A JP H06173840A
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JP
Japan
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plasma
plasma jet
hydraulic machine
torch
forming
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Pending
Application number
JP4331354A
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English (en)
Inventor
Takashi Ogawara
孝 大河原
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Toshiba Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Engineering Corp filed Critical Toshiba Engineering Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被膜形成後の熱処理等の後処理が不要で、耐
摩耗性、耐壊食性に優れた被膜を形成することが出来る
水力機械の被膜形成方法を提供する。 【構成】 本発明では、水力機械の表面に被膜を形成す
る水力機械の被膜形成方法において、プラズマアークを
発生させてプラズマガスを形成し、このプラズマガスを
加熱・膨脹して超音速まで加速しプラズマジェットを形
成すると共に、このプラズマジェットに耐摩耗性を有す
る溶射材料を供給して溶射材料を含むプラズマジェット
を形成し、この溶射材料を含むプラズマジェットの温度
を制御した後に水力機械の表面に衝突させて水力機械の
表面に被膜を形成することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水力機械のランナ、ガ
イドベーン、ケーシング等の流水部に耐摩耗性を有する
被膜を形成するための水力機械の被膜形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】水車やポンプ等の水力機械では、カバ
ー、ガイドベーン、ランナ、ケーシング等の流水部表面
に、耐摩耗性材料を肉盛溶接し、流水中の土砂による摩
耗を軽減している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
ステンレス鋼を肉盛溶接する場合、溶接の際に発生する
熱により、ランナ等の母材が変形したり、あるいは残留
応力が生じるために、ステンレス鋼を肉盛溶接した後
に、焼鈍等の熱処理を行い、規定の形状に修正加工する
仕上げ加工が必要である。このため、仕上げ加工に多く
の労力と時間が必要である。
【0004】これを解決するため溶射によってステンレ
ス鋼を肉盛する方法も開発されているが、通常の溶射で
は、吹き付け速度が200〜300m /SEC 程度であ
り、水力機械の流水部に形成されたステンレス被膜の密
着強度が低い。このため、流水中では、ステンレス被膜
の剥離が生じる。従って、土砂摩耗や壊食に対して充分
に機能が発揮されていないのが現状である。
【0005】そこで、本発明は、被膜形成後の熱処理等
の後処理が不要で、耐摩耗性、耐壊食性に優れた被膜を
形成することが出来る水力機械の被膜形成方法を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、水力機械の表面に被膜を形成する水力機械
の被膜形成方法において、プラズマアークを発生させて
プラズマガスを形成し、このプラズマガスを加熱・膨脹
して超音速まで加速しプラズマジェットを形成すると共
に、このプラズマジェットに耐摩耗性を有する溶射材料
を供給して溶射材料を含むプラズマジェットを形成し、
この溶射材料を含むプラズマジェットの温度を制御した
後に水力機械の表面に衝突させて水力機械の表面に被膜
を形成することを特徴としている。
【0007】
【作用】上記被膜形成方法によれば、プラズマガス形成
部によってプラズマガスを形成し、このプラズマガスを
プラズマジェット形成部により加熱・膨脹して超音速ま
で加速する。そして、溶射材料供給部により溶射材料を
プラズマジェットに供給し、溶射材料を含むプラズマジ
ェットの温度をプラズマジェット温度制御部により制御
して、水力機械の流水部表面に衝突させる。
【0008】これにより、水力機械の流水部表面には、
耐摩耗性を有する溶射材料の被膜が形成される。
【0009】この場合、水力機械の流水部表面に衝突す
る溶射材料は超音速で衝突するため、空孔部が少なく、
ち密な状態の密着性の良好な被膜が形成される。
【0010】また、水力機械の流水部の温度が上昇しな
いので、熱処理等の後加工が不要になる。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係る水力機械の被膜形成方法
の実施例について説明する。
【0012】図1は、被膜形成装置である溶射トーチ1
を示す。同図において、この溶射トーチ1は、プラズマ
ガスを形成するカソードトーチ3と、プラズマガスを制
御するアノードトーチ5とが、絶縁体7、9を介してプ
ラス電極11と一体に連結されている。
【0013】カソードトーチ3には、プラズマ形成室1
3が中心部に形成されており、このプラズマ形成室13
の後端にはマイナス電極15が配置されている。また、
プラズマ形成室13には、アルゴンガスが供給されるガ
ス供給口17と、空気を供給するための空気供給口19
とがそれぞれ形成されている。また、プラズマ形成室1
3の絶縁体7側にはプラズマガス噴出口21が形成さ
れ、絶縁体7に形成された貫通孔7aと連通されてい
る。このプラズマ形成室13内では、ガス供給口17と
空気供給口19とから供給されたガスを電離して、プラ
スの荷電粒子とマイナスの荷電粒子とが共存したプラズ
マガスが形成され、ガス噴出口21からプラス電極11
に向けて噴出される。
【0014】プラス電極11には、プラズマ形成室13
と連通したプラズマジェット形成室23が中心部に形成
されている。このプラズマジェット形成室23の絶縁体
7側には、プラズマガス噴出口21の開口部周縁にアク
セルノズル25が設けられている。このアクセルノズル
25は、プラズマ形成室13によって形成されたプラズ
マガスを加熱・膨張して、プラズマジェット27を形成
する。また、プラズマジェット形成室23には、溶射材
料粉供給口29が形成されている。この溶射材料粉供給
口29からは、溶射材料粉がプラズマジェット形成室2
3内に供給され、高温、高速のガス気流に供給されて完
全に溶融され、プラズマガスと共に超音速まで加速され
る。溶射材料粉としては、1000HV以上の硬度を有
する超硬合金、セラミックス等が用いられる。また、プ
ラス電極11の周囲に、絶縁体9を介してアノードトー
チ5が配置されている。
【0015】アノードトーチ5には、中心部にプラズマ
ジェット形成室23と連通されたプラズマ形成室31が
形成されており、このプラズマ形成室31内には、マイ
ナス電極33が配置されている。また、プラズマ形成室
31には、ガス供給口35が、プラス電極11の先端部
には、空気供給口37が形成されており、プラズマ形成
室31内には、アルゴンガスが、プラズマジェット形成
室23には、空気が供給される。このプラズマ形成室3
1内で、プラズマガスが形成されて、プラズマジェット
27に向けて噴出される。
【0016】この場合、プラズマジェット27は高温で
あるため、アノードトーチ5によって形成したプラズマ
ガスをプラズマジェット27に噴出することにより、プ
ラズマジェット27の先端での火炎温度を低くし、溶射
トーチ1より噴出されるプラズマジェット27の火炎長
さを減じさせる。
【0017】さらに、プラズマジェット形成室23の噴
出口39の近傍には、空気供給口37から空気がプラズ
マジェット27に送られる。
【0018】上記構成において、プラズマガス形成部
は、カソードトーチ3のプラズマ形成室13と、プラス
電極11と、マイナス電極15とから形成され、プラズ
マジェット形成部は、プラス電極11のプラズマジェッ
ト形成室23と、アクセルノズル25とから形成され
る。また、溶射材料供給部は、プラズマジェット形成室
23に形成された溶射材料粉供給口29からなり、プラ
ズマジェット温度制御部は、アノードトーチ5のプラズ
マ形成室31と、マイナス電極33とからなる。
【0019】なお、マイナス電極15及びプラス電極1
1は、直流主電源59と接続されており、マイナス電極
33は直流補助電源61と接続されている。
【0020】このような、被膜形成装置により、水力機
械の流水部の母材上に被膜を形成する被膜形成方法につ
いて説明する。なお、水車43の流水部としては、図2
に示すように下カバーリング45、下カバー47、上カ
バー49、ガイドベーン51、ランナ53及びケーシン
グ55である。
【0021】カソードトーチ3によりプラズマアークを
発生させてプラズマガスを形成し、このプラズマガス
を、アクセルノズル25によって加熱・膨脹して超音速
あるいは超音速以上の速度まで加速しプラズマジェット
を形成する。このプラズマジェットに耐摩耗性を有する
溶射材料粉を溶射材料粉供給口29から供給して溶射材
料粉を含むプラズマジェット27を形成する。そして、
溶射材料粉を含むプラズマジェット27に、アノードト
ーチ5によって形成したプラズマガスを吹き付けること
により、プラズマジェット27の温度を低下させる。温
度が低下されたプラズマジェット27を水力機械の流水
部の母材に吹き付ける。これにより、母材表面に溶射被
膜57が形成される。
【0022】この溶射被膜57は、溶射材料が高速で吹
き付けられるため、緻密で空孔が少ない。従って、母材
への密着力が強く、硬度も高い。
【0023】また、本実施例の被膜形成方法によれば、
溶射トーチ1を、母材に接近させて溶射することが出来
るので、図3に示すようにランナ53のランナ出口部5
3aにも、溶射することが出来、このような狭く、入り
組んだ箇所にも被膜を形成することが出来る。
【0024】次に、形成した被膜57の摩耗量の測定結
果について説明する。図4は、本実施例の溶射トーチ1
による溶射被膜57の摩耗量bと通常の音速(200〜
300m/sec のプラズマ溶射被膜の摩耗量aとの比較結
果を示す。この図から、例えば運転時間100時間後の
対土砂摩耗を比較すると、通常の音速によるプラズマ溶
射被膜の摩耗量が約130μm であるのに対して、プラ
ズマジェットによる被膜の摩耗量は約40μm 程度あ
り、運転時間が長くなればなるほどこの差は開き、プラ
ズマジェットによる被膜は通常の音速のプラズマ溶射被
膜と比較して3〜5倍程度優れている。従って、超音速
プラズマジェットによる溶射被膜57の摩耗量bは、土
砂中でも摩耗量が少なく、且つ、母材よりの剥離も見受
けられず良好な結果となっている。
【0025】このような被膜形成方法を用いることによ
り、水力機械を組み立てた状態のままで部分的に被膜を
形成することが出来る。また、被膜形成時に水力機械の
母材に加わる熱は、溶射粒子の熱のみなので、母材への
熱による影響が少なく、被膜形成後の母材の熱処理等の
仕上げ加工が不要になる。さらに、被膜を形成するため
の大規模な設備が不要になる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る水力機
械の被膜形成方法によれば、超音速プラズマジェットに
より水力機械の流水部表面に強固で、緻密で密着力のあ
る溶射被膜を形成することが出来る。また、耐摩耗性を
有する高融点の高硬度の材料もプラズマジェットにより
溶融した状態で母材に超音速で付着させることができる
ので、耐キャビテーション性や耐摩耗性に優れた硬い材
料の被膜を形成することが出来る。さらに、水力機械の
流水部を直接加熱しないので、流水部の母材の熱による
変形がほとんど無く、溶射後の母材の熱処理等が不要で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水力機械の被膜形成装置の構成を
示す断面図である。
【図2】本発明に係る水力機械の被膜形成装置により被
膜が形成される水車の一部を示す断面図である。
【図3】水車のランナと、ランナ出口部を示す正面図で
ある。
【図4】溶射被膜の耐土砂摩耗量の比較結果を示す線図
である。
【符号の説明】
1 溶射トーチ(被膜形成装置) 3 カソードトーチ(プラズマガス形成部) 5 アノードトーチ(プラズマジェット形成部) 11 プラス電極(プラズマガス形成部) 13 プラズマ形成室(プラズマガス形成部) 15 マイナス電極(プラズマガス形成部) 23 プラズマジェット形成室(プラズマジェット形成
部) 27 プラズマジェット 29 溶射材料粉供給口(溶射材料供給部) 31 プラズマ形成室(プラズマジェット温度制御部) 33 マイナス電極(プラズマジェット温度制御部) 43 水車 57 溶射被膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水力機械の表面に被膜を形成する水力機
    械の被膜形成方法において、プラズマアークを発生させ
    てプラズマガスを形成し、このプラズマガスを加熱・膨
    脹して超音速まで加速しプラズマジェットを形成すると
    共に、このプラズマジェットに耐摩耗性を有する溶射材
    料を供給して溶射材料を含むプラズマジェットを形成
    し、この溶射材料を含むプラズマジェットの温度を制御
    した後に水力機械の表面に衝突させて水力機械の表面に
    被膜を形成することを特徴とする水力機械の被膜形成方
    法。
JP4331354A 1992-12-11 1992-12-11 水力機械の被膜形成方法 Pending JPH06173840A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016504565A (ja) * 2012-11-07 2016-02-12 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー 高速熱処理法による原子炉用ジルコニウム被覆への一体型保護材の堆積

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US10290383B2 (en) 2012-11-07 2019-05-14 Westinghouse Electric Company Llc Deposition of integrated protective material into zirconium cladding for nuclear reactors by high-velocity thermal application
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