JPH0774632B2 - Watermill runner - Google Patents
Watermill runnerInfo
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- JPH0774632B2 JPH0774632B2 JP1181828A JP18182889A JPH0774632B2 JP H0774632 B2 JPH0774632 B2 JP H0774632B2 JP 1181828 A JP1181828 A JP 1181828A JP 18182889 A JP18182889 A JP 18182889A JP H0774632 B2 JPH0774632 B2 JP H0774632B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐キャビテーションおよび耐土砂摩耗性に優
れた水車ランナに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water turbine runner excellent in cavitation resistance and earth and sand wear resistance.
水力発電用水車において、いわゆる水車ランナ、ガイド
ベーション、およびステーベーン等の流水部は、その形
状、流速によって、キャビテーションによる損傷を受け
ることは知られている。It is known that, in a hydro turbine for hydroelectric power generation, running water parts such as a so-called turbine runner, guide vain, and stay vanes are damaged by cavitation due to their shapes and flow velocities.
このため、外部材料としては、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
るようになり、その組成はたとえば、特開昭57−152447
号公報、特開昭57−15689号公報、によって知られてい
る。Therefore, as an external material, a stainless steel-based welding alloy for overlay welding, which is excellent in cavitation erosion resistance, has been developed, and its composition is described in, for example, JP-A-57-152447.
JP-A-57-15689.
そして、このような背景の下に、流水部材に、ポリウレ
タン系の塗料を被覆して、キャビテーション壊食を制御
しようとする試みもなされている。Under such a background, attempts have been made to control the cavitation erosion by coating the running water member with a polyurethane-based paint.
ここで、キャビテーション壊食とは、高速流水中で発生
したキャビテーションが崩壊するときに、高い衝撃力が
部材に加わって、その部材を壊食する現象をいうもので
あり、その際の衝撃力は、流速35〜120m/秒において約5
14〜1745atmと高いものとなる。Here, cavitation erosion refers to a phenomenon in which when a cavitation generated in high-speed running water collapses, a high impact force is applied to a member to erode the member, and the impact force at that time is , About 5 at a flow velocity of 35-120 m / sec
It will be as high as 14 to 1745 atm.
したがって、前記壊食を防止する部材としては、前記衝
撃圧力よりも高強度のステンレス鋼系肉盛溶接部材に、
前記衝撃圧力を吸収するようなポリウレタン系塗料を被
覆したものが期待されているのである。Therefore, as a member for preventing the erosion, a stainless steel build-up welding member having a higher strength than the impact pressure,
What is expected to be coated with a polyurethane-based paint that absorbs the impact pressure is expected.
しかしながら、上述した部材から構成される水車ランナ
等は、高土砂含有の流水においては、該土砂による部材
の浸食が生ずることは配慮されていなかった。この浸食
とは、Al2O3のような硬質の土砂による切削作用のため
に流水部材が摩耗する現象をいう。一般的には、土砂よ
り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す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なか
った。さら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、単独の要因よりも壊食あるいは浸食
が加速されるという問題を有した。However, in the turbine runner and the like composed of the above-mentioned members, it has not been taken into consideration that the erosion of the members by the sediment occurs in running water containing high sediment. This erosion refers to a phenomenon in which the running water member is abraded by the cutting action of hard earth and sand such as Al 2 O 3 . Generally, it is said that if the material is harder than earth and sand, it can be prevented from being cut and erosion can be prevented, but until now, it has been relatively rare to use a water turbine for power generation in a land containing high earth and sand. Therefore, no material was developed for abrasion by sediment. Furthermore, there was a problem that erosion or erosion was accelerated compared to a single factor in the case of running water containing high sediment and accompanied by cavitation.
本発明は、このような事情に基いてなされたものであ
り、耐キャビテーション性はもちろんのこと耐土砂摩耗
性をも達成し得る水車ランナを提供することを目的とす
るものである。The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to provide a water turbine runner capable of achieving not only cavitation resistance but also earth and sand abrasion resistance.
このような目的を達成するために、本発明の水車ランナ
は、流水に接する部分に、ゴム変性エポキシ樹脂の100
重量部と、硬化剤としてのテトラブチルボロニウムの２
〜10重量部と、無機質フィラの10〜70重量部とを配合し
てなる組成材を加熱焼付硬化して形成した皮膜を有する
ことを特徴とするものである。In order to achieve such an object, the water turbine runner of the present invention has a rubber-modified epoxy resin 100
2 parts by weight of tetrabutylboronium as a curing agent
.About.10 parts by weight and 10 to 70 parts by weight of an inorganic filler are included to form a film formed by heating and baking to cure.
そして、ゴム変性エポキシ樹脂が、ポリブタジエン骨
格、シロキサン骨格、フルオロアルキル骨格、フルオロ
アルキルエーテル骨格を有するもののうちから選択され
たものが好ましく、また硬化剤としてテトラブチルボロ
ニウムは、下記の化学式で示される化合物であり、 また無機質フィラは、平均粒径８〜20μｍのシリカ粉末
あるいはアルミナ粉末であることが好ましい。The rubber-modified epoxy resin is preferably selected from those having a polybutadiene skeleton, a siloxane skeleton, a fluoroalkyl skeleton, and a fluoroalkyl ether skeleton, and tetrabutylboronium as a curing agent is represented by the following chemical formula. Is a compound, The inorganic filler is preferably silica powder or alumina powder having an average particle size of 8 to 20 μm.
このようにコーテング材としてゴム変性エポキシ化合物
をその一つとして用いることは次の検討による。The use of the rubber-modified epoxy compound as one of the coating materials in this way is as follows.
すなわち、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、所定の条件で硬化させた皮膜の硬
度はセラミックのそれに近く、その表面は、無機粉末が
ほぼ連続的に配列されているため、土砂による切削作用
も受け難しいことから、その耐土砂摩耗性は金属よりも
優れている。That is, the hardness of a film obtained by applying an epoxy resin composition containing a high concentration of inorganic powder to a member and curing it under predetermined conditions is close to that of ceramics, and the surface thereof has inorganic powders arranged almost continuously. Since it is difficult to receive the cutting action due to the earth and sand, the earth and sand abrasion resistance is superior to that of metal.
そして、このようにして形成した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て、金属材料
よりも壊食性が多くなる事実が判明した。その理由とし
ては無機粉末とエポキシ樹脂との接着強度が低かったた
めにキャビテーションの衝撃圧力により無機粉末粒子が
脱落してしまうことが考えられる。Then, when the cavitation resistance of the film thus formed was examined, it was found that, contrary to expectations, the erosion resistance was higher than that of the metal material. It is considered that the reason is that the adhesive strength between the inorganic powder and the epoxy resin is low, and the inorganic powder particles fall off due to the impact pressure of cavitation.
そこで、無機粉末とエポキシ樹脂間の強度向上と粘弾性
の付与を目的として、液状ゴムの配合を試みた。この液
状ゴムの配合によりキャビテーション壊食の低減が認め
られるようになったが、単純に液状ゴムを混合した系の
場合には、流水部材と皮膜との剪断強度が低くなった。
これはエポキシ樹脂と液状ゴムとの相溶性に問題がある
と考えられる。Therefore, for the purpose of improving the strength between the inorganic powder and the epoxy resin and imparting viscoelasticity, an attempt was made to blend liquid rubber. Although the reduction of cavitation erosion has been recognized by blending this liquid rubber, in the case of a system in which the liquid rubber is simply mixed, the shear strength between the running water member and the film becomes low.
This is considered to be a problem in the compatibility between the epoxy resin and the liquid rubber.
それ故、本発明では、前記剪断強度の点において、特に
問題とならないゴム変性したエポキシ樹脂を用いたもの
であり、ポリブタジエン骨格を持つもの、また、シロキ
サン、フルオロアルキル、フルオロアルキルエーテル骨
格をもつもので、たとえば、 ここでＲは、 からなるような構造のゴム変性エポキシ化合物である。
なお、これらのゴム変性エポキシ樹脂に汎用のエポキシ
樹脂であるビス型エポキシ樹脂、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てもよいことは
もちろんである。Therefore, in the present invention, a rubber-modified epoxy resin, which is not particularly problematic in terms of the shear strength, is used, which has a polybutadiene skeleton, and which has a siloxane, fluoroalkyl, or fluoroalkyl ether skeleton. So, for example, Where R is It is a rubber-modified epoxy compound having a structure such as.
Needless to say, when it is desired to add a general-purpose epoxy resin such as a bis type epoxy resin or a novolac type epoxy resin to these rubber-modified epoxy resins, they can be easily mixed.
そして、硬化剤としては、テトラブチルボロニウムが有
効になることが判明した。Then, it was found that tetrabutylboronium is effective as a curing agent.
ここで前記テトラブチルボロニウムは と表わせるものである。Where the tetrabutylboronium is Can be expressed as
また、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、強靭
であることが望まれる。そのため、無機フィラーを適当
に充填することが考えられる。In addition, it is desirable that the erosion due to the water flow should be relaxed by an elastic body such as rubber or that the erosion should be strong with respect to abrasion due to earth and sand. Therefore, it may be considered to appropriately fill the inorganic filler.
無機フィラーとしてはシリカ、アルミナが良好でその粒
子の形状は破砕状，ひも状，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
云われており、これらの粒径と同じかむしろ大きい方が
良く８〜20μｍのものが適当となる。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種ウイス
カ（チタン酸カリウム繊維、金属ウイスカ、セラミック
ウイスカ）または、マイカフィラーと混合して使用する
こともできる。The inorganic filler is preferably silica or alumina, and the particle shape thereof may be crushed, string-like or spherical. The average particle size is said to be 8 to 12 μm when the particle size of the soil contained in the river is the same or rather larger than these particle sizes, and a particle size of 8 to 20 μm is suitable. It is also possible to use these inorganic fillers mixed with various whiskers (potassium titanate fibers, metal whiskers, ceramic whiskers) surface-treated with a coupling agent or mica fillers.
さらに耐キャビテーション性に優れる組成は、ゴム変性
エポキシ樹脂中のゴム分が50〜60重量パーセント以上に
なるように調整し、これらに対して硬化剤は２〜10重量
部が適当となる。Further, the composition having excellent cavitation resistance is adjusted so that the rubber content in the rubber-modified epoxy resin is 50 to 60% by weight or more, and 2 to 10 parts by weight of the curing agent is suitable for them.
また、無機フィラの配合割合はゴム変性エポキシ樹脂10
0重量部に対し10〜70重量部が適当である。無機フィラ
が70重量％以上では、組成物の粘度が高く流水部材に塗
布することが困難になる。また、ゴム分が多くなり過ぎ
ると母材との剪断接着強度が低くなり好ましくない。Also, the mixing ratio of the inorganic filler is 10% rubber-modified epoxy resin.
10 to 70 parts by weight is suitable for 0 parts by weight. When the content of the inorganic filler is 70% by weight or more, the viscosity of the composition is high and it becomes difficult to apply the composition to the running water member. On the other hand, if the rubber content is too large, the shear adhesive strength with the base material will be low, which is not preferable.
さらに、本発明では、無機フィラーの親和性を上げるた
めのカップリング剤を配合し、皮膜の実用性能をさらに
向上させた。Further, in the present invention, a coupling agent for increasing the affinity of the inorganic filler is blended to further improve the practical performance of the film.
第１図は本発明が適用される水力発電用水車の一実施例
を示す構成図である。同図において、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、およびシート
ライナ８等から構成されており、前記ステーベーン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、このランナ羽根３を回転させて、図中下方に流れる
ようになっている。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a water turbine for hydraulic power generation to which the present invention is applied. In the figure, it comprises a crown 1, a shroud 2, a runner blade 3, a runner cone 4, a guide vane 5, a stay vane 6, a runner liner 7, a seat liner 8 and the like. To the runner blade 3, the runner blade 3 is rotated to flow downward in the drawing.
次に、第２図は、たとえば前記ランナ羽根３に被覆する
組成材を、材料と組成度合に応じて、実施例１から実施
例15にそれぞれ示したものである。なお、各実施例の効
果を明確にするため、ゴム変性エポキシ化合物でないエ
ポキシを用いた場合の比較例を５つ同図に併記してい
る。Next, FIG. 2 shows, for example, the composition materials for coating the runner blades 3 in Examples 1 to 15 depending on the material and the composition degree. In addition, in order to clarify the effect of each example, five comparative examples using an epoxy which is not a rubber-modified epoxy compound are also shown in the same figure.
たとえば実施例１の場合は、重量配合により、ビスＡ型
エポキシ:20、ブタジエン骨格変性エポキシ:80、硬化剤
としてのヒシコリンPX−4BT:5からなる組成材を、たと
えば真空擂かい機により30分混和し、加熱焼付硬化して
被覆することを示している。For example, in the case of Example 1, a bis A type epoxy: 20, a butadiene skeleton-modified epoxy: 80, and a composition material consisting of histicoline PX-4BT: 5 as a curing agent are mixed by weight for 30 minutes by, for example, a vacuum grinding machine. It is shown that they are mixed, heat-baked, and coated.
この場合、引張剪断強さは150kg/cm2、キャビテーショ
ン壊食量は3.0×10-3cm3、土砂摩耗量は６×10-3cm3/h
になることが判明する。In this case, the tensile shear strength is 150 kg / cm 2 , the cavitation erosion amount is 3.0 × 10 -3 cm 3 , and the earth and sand wear amount is 6 × 10 -3 cm 3 / h.
Turns out to be.
このような特性は、実施例4,5にみられるように、ブタ
ジエン骨格変性エポキシ樹脂の代わりに、シロキサン骨
格変性エポキシ樹脂、あるいはフルオロアルキル骨格変
性エポキシ樹脂を用いてもほぼ同様となる。Such characteristics are almost the same when a siloxane skeleton-modified epoxy resin or a fluoroalkyl skeleton-modified epoxy resin is used instead of the butadiene skeleton-modified epoxy resin as seen in Examples 4 and 5.
さらに、実施例７から実施例15まではそれぞれ、シラン
カップリング剤、またはこれらの組成に無機フィラーを
所定量配合させたものを示している。Further, each of Examples 7 to 15 shows a silane coupling agent, or a composition in which a predetermined amount of an inorganic filler is mixed with these compositions.
なお、ここで、キャビテーション壊食試験は、振動式キ
ャビテーション試験機を用いた。発振ホーン先端に円形
試験片を取り付け、振動周波数6.5kHz、振幅50μｍとし
て１時間後の壊食量を求めた。土砂摩耗試験は、土砂含
有水噴流式により行なった。土砂として平均粒径８μｍ
のAl2O3粉末を用い、噴流速度40m/s、平板試験片（SUS3
04）に対して45゜の角度で噴流し、１時間後の摩耗量を
測定した。In addition, the cavitation erosion test used the vibration type cavitation tester here. A circular test piece was attached to the tip of the oscillating horn, and the erosion amount after 1 hour was determined with a vibration frequency of 6.5 kHz and an amplitude of 50 μm. The sediment wear test was conducted by a water jet method containing sediment. 8 μm average particle size as earth and sand
Of Al 2 O 3 powder with a jet velocity of 40 m / s and a flat plate test piece (SUS3
Jetting was performed at an angle of 45 ° with respect to 04), and the wear amount after 1 hour was measured.
比較例は、エポキシ樹脂単独、あるいは、これに無機フ
ィラーを加えた系である。無機フィラーの配合量を増加
すると耐土砂摩耗性が向上している。なお、従来これら
流水部材に一般的に用いられるSUS304の同じ条件におけ
る土砂摩耗量は４×10-3cm3/hであり、比較例４の皮膜
でもSUS304とほぼ同等の耐摩耗性を示している。一方、
キャビテーション壊食量は、エポキシ樹脂に対する無機
フィラーの配合は、ある程度の効果を示すに過ぎない。The comparative example is an epoxy resin alone or a system in which an inorganic filler is added thereto. When the compounding amount of the inorganic filler is increased, the soil and sand abrasion resistance is improved. Under the same conditions, the amount of soil wear of SUS304 conventionally used for these running water members was 4 × 10 −3 cm 3 / h, and the coating of Comparative Example 4 showed almost the same wear resistance as SUS304. There is. on the other hand,
Regarding the amount of cavitation erosion, the compounding of the inorganic filler with the epoxy resin shows only some effect.
これに対し、ゴム変性エポキシ樹脂を主体とした本発明
の皮膜は、キャビテーション、および、土砂流による衝
撃圧力を粘弾性的緩和する。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。ときに無機フィ
ラを加えない系は、耐キャビテーションに優れている。
すなわち、ゴム変性エポキシ樹脂中のゴム分の効果が極
めて優れていることが認められた。On the other hand, the film of the present invention mainly composed of rubber-modified epoxy resin viscoelastically relieves the impact pressure caused by cavitation and sediment flow. It effectively reduces both cavitation erosion and sediment wear. The system without the addition of inorganic filler is sometimes excellent in cavitation resistance.
That is, it was confirmed that the effect of the rubber component in the rubber-modified epoxy resin was extremely excellent.
なお、上記した本発明の趣旨から、組成材は水車ランナ
の全表面に被覆する必要はなく、損傷の大きな領域に限
って被覆するようにしてもよいことはもちろんである。From the point of the present invention described above, it is needless to say that the composition material does not have to cover the entire surface of the water turbine runner, and the composition material may be applied only to a region having a large damage.
以上説明したことから明らかなように本発明による水車
ランナによれば、耐キャビテーション性はもちろんのこ
と耐土砂摩耗性をも達し得る。As is clear from the above description, the turbine runner according to the present invention can attain not only cavitation resistance but also earth and sand abrasion resistance.
第１図は本発明が適用される水力発電用水車の一実施例
を示す構成図、第２図は、本発明に適用される組成材の
材料およびその配合の一実施例を示したグラフである。 １……クラウン、２……シュラウド、 ３……ランナ羽根、４……ランナコーン、 ５……ガイドベーン、６……ステーベーン、 ７……ランナライナ、８……シートライナ。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a hydraulic turbine for hydroelectric power generation to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a graph showing an example of materials of a composition material applied to the present invention and their blending. is there. 1 ... Crown, 2 ... Shroud, 3 ... Runner blade, 4 ... Runner cone, 5 ... Guide vane, 6 ... Stay vane, 7 ... Runner liner, 8 ... Seat liner.
フロントページの続き (72)発明者 宇佐美 賢一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 高田 道広 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小林 好一 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内Front page continuation (72) Kenichi Usami 4026 Kujimachi, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Michihiro Takada 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Hitachi, Ltd. (72) Inventor Koichi Kobayashi 1-3-3 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Tokyo Electric Power Company
Claims (4)
脂を100重量部と、硬化剤としてのテトラブチルボロニ
ウムを２〜10重量部と、無機質フィラを10〜70重量部と
を配合した組成材を加熱焼付硬化して形成した皮膜を有
することを特徴とする水車ランナ。1. A composition in which 100 parts by weight of a rubber-modified epoxy resin, 2 to 10 parts by weight of tetrabutylboronium as a curing agent, and 10 to 70 parts by weight of an inorganic filler are mixed in a portion in contact with running water. A water turbine runner having a film formed by baking and curing a material.
エン骨格、シロキサン骨格、フルオロアルキル骨格、フ
ルオロアルキルエーテル骨格を有するもののうちから選
択されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の水車ランナ。2. The rubber-modified epoxy resin is selected from those having a polybutadiene skeleton, a siloxane skeleton, a fluoroalkyl skeleton, and a fluoroalkyl ether skeleton. Watermill runner.
は、下記の化学式で示される化合物であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の水車ランナ。 3. The water turbine runner according to claim 1, wherein tetrabutylboronium as the curing agent is a compound represented by the following chemical formula.
のシリカ粉末あるいはアルミナ粉末であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の水車ランナ。4. The inorganic filler has an average particle size of 8 to 20 μm.
2. The water turbine runner according to claim 1, wherein the water turbine runner is a silica powder or an alumina powder.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1181828A JPH0774632B2 (en) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | Watermill runner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1181828A JPH0774632B2 (en) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | Watermill runner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0347477A JPH0347477A (en) | 1991-02-28 |
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ID=16107529
Family Applications (1)
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| JP1181828A Expired - Fee Related JPH0774632B2 (en) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | Watermill runner |
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Families Citing this family (2)
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1989
- 1989-07-14 JP JP1181828A patent/JPH0774632B2/en not_active Expired - Fee Related
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