JPH08193568A - 水力機械のランナ及びその製造方法 - Google Patents
水力機械のランナ及びその製造方法Info
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- JPH08193568A JPH08193568A JP7003768A JP376895A JPH08193568A JP H08193568 A JPH08193568 A JP H08193568A JP 7003768 A JP7003768 A JP 7003768A JP 376895 A JP376895 A JP 376895A JP H08193568 A JPH08193568 A JP H08193568A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Hydraulic Turbines (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、耐摩耗性と耐壞食性をよくし
て寿命を長くした水力機械のランナ及びその製造方法を
提供することにある。 【構成】水力機械のランナにおいてクラウン２，シュラ
ウド３，羽根４の表面の少なくとも一部にクロム炭化
物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物の少なくとも１種類以上のセラミック
スとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１種類以上の金
属を含む材料からなる硬質被膜を被覆し、硬質被膜形成
後３５０℃以上で６５０℃を越えない範囲の温度で、少
なくとも１時間以上加熱することにある。
て寿命を長くした水力機械のランナ及びその製造方法を
提供することにある。 【構成】水力機械のランナにおいてクラウン２，シュラ
ウド３，羽根４の表面の少なくとも一部にクロム炭化
物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物の少なくとも１種類以上のセラミック
スとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１種類以上の金
属を含む材料からなる硬質被膜を被覆し、硬質被膜形成
後３５０℃以上で６５０℃を越えない範囲の温度で、少
なくとも１時間以上加熱することにある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性と耐壊食性に
優れた水力機械のランナに関する。
優れた水力機械のランナに関する。
【０００２】
【従来の技術】流路を流れる流体を動作流体としている
水力機械には、例えば、水の位置エネルギーを動力源と
して回転するランナを備えた発電用水車，ランナの回転
により流体に運動エネルギーを与えるポンプなどがあ
る。近年、流体機械は条件の悪い場所に使用され、流体
中に固形物、例えば土砂などを含む条件下での使用が増
加してきている。
水力機械には、例えば、水の位置エネルギーを動力源と
して回転するランナを備えた発電用水車，ランナの回転
により流体に運動エネルギーを与えるポンプなどがあ
る。近年、流体機械は条件の悪い場所に使用され、流体
中に固形物、例えば土砂などを含む条件下での使用が増
加してきている。
【０００３】このような条件下で運転される水力機械の
ランナにおいては、固形物の衝突による摩耗（以下土砂
摩耗という）、土砂摩耗とキャビテーション壊食とが複
合した損傷が発生する。そのため、損傷発生部にゴム等
の樹脂，高硬度材料，セラミックスなどのライニングあ
るいは溶射が行われている。例えば特開平3−47477号公
報に開示されている。
ランナにおいては、固形物の衝突による摩耗（以下土砂
摩耗という）、土砂摩耗とキャビテーション壊食とが複
合した損傷が発生する。そのため、損傷発生部にゴム等
の樹脂，高硬度材料，セラミックスなどのライニングあ
るいは溶射が行われている。例えば特開平3−47477号公
報に開示されている。
【０００４】また水力機械のランナの製作方法の一つと
して溶接により組み立てる方法がある。これはランナと
しての機械的強度を高めるために、ＳＵＳ系材料を溶接
により組み合わせるものである。例えば、水車ランナの
場合には、羽根，クラウン，シュラウド若しくはバンド
をＳＵＳ系材料で別々に形状を作り、溶接によりランナ
に成形するものである。この時、ランナに成形後、必要
に応じ溶接時の残留応力緩和のため加熱処理が施され
る。この技術として特開平2−140465 号公報を挙げるこ
とができる。
して溶接により組み立てる方法がある。これはランナと
しての機械的強度を高めるために、ＳＵＳ系材料を溶接
により組み合わせるものである。例えば、水車ランナの
場合には、羽根，クラウン，シュラウド若しくはバンド
をＳＵＳ系材料で別々に形状を作り、溶接によりランナ
に成形するものである。この時、ランナに成形後、必要
に応じ溶接時の残留応力緩和のため加熱処理が施され
る。この技術として特開平2−140465 号公報を挙げるこ
とができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の水力機械のラン
ナは、比較的硬いとされるものでも含Ｎｉ−１３Ｃｒ鋼
で作られているにすぎず、流体中に土砂などの固形物を
含む流路において使用される場合には、ランナの羽根入
口および羽根出口、あるいはシール部に土砂摩耗が発生
する。これは土砂に含まれる例えば石英のような高硬度
の鉱物がランナの表面に衝突し、より軟らかいランナ側
が摩耗されることによるものである。
ナは、比較的硬いとされるものでも含Ｎｉ−１３Ｃｒ鋼
で作られているにすぎず、流体中に土砂などの固形物を
含む流路において使用される場合には、ランナの羽根入
口および羽根出口、あるいはシール部に土砂摩耗が発生
する。これは土砂に含まれる例えば石英のような高硬度
の鉱物がランナの表面に衝突し、より軟らかいランナ側
が摩耗されることによるものである。
【０００６】また、流れの中の低圧部に発生するキャビ
テーション気泡が高圧部で崩壊するときの衝撃圧によ
り、ランナ表面に壊食が生じる。更に、流体中に土砂な
どの固形物を含む場合には土砂摩耗とキャビテーション
による壊食が複合した損傷も発生し、ランナの寿命が短
い欠点があった。即ち、このようなランナの土砂摩耗お
よび損傷により、水力機械の性能低下，寿命の低下など
の問題が発生する。
テーション気泡が高圧部で崩壊するときの衝撃圧によ
り、ランナ表面に壊食が生じる。更に、流体中に土砂な
どの固形物を含む場合には土砂摩耗とキャビテーション
による壊食が複合した損傷も発生し、ランナの寿命が短
い欠点があった。即ち、このようなランナの土砂摩耗お
よび損傷により、水力機械の性能低下，寿命の低下など
の問題が発生する。
【０００７】本発明の目的は、耐摩耗性と耐壊食性を良
くしてランナの寿命を長くした水力機械のランナを提供
することにある。
くしてランナの寿命を長くした水力機械のランナを提供
することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、耐摩耗性と耐壊食性
に優れた水力機械のランナを安価に製造する製造方法を
提供することにある。
に優れた水力機械のランナを安価に製造する製造方法を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
ランナの構造、及びその製造方法として以下の手段を用
いる。
ランナの構造、及びその製造方法として以下の手段を用
いる。
【００１０】ランナは、その表面の一部にクロム炭化
物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種類以上のセラミ
ックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１種類以上
の金属を含む材料からなるビッカース硬度が１０００以
上の硬質被膜を被覆した構造とする。
物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種類以上のセラミ
ックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１種類以上
の金属を含む材料からなるビッカース硬度が１０００以
上の硬質被膜を被覆した構造とする。
【００１１】ランナの製造方法として、ランナの表面の
一部にクロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化
物，クロム酸化物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種
類以上のセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なく
とも１種類以上の金属を含む材料からなる硬質被膜を溶
射法によって硬質被膜を被覆し、硬質被膜形成後３５０
℃以上で６５０℃を超えない範囲の温度で、少なくとも
１時間以上加熱処理を行う。
一部にクロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化
物，クロム酸化物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種
類以上のセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なく
とも１種類以上の金属を含む材料からなる硬質被膜を溶
射法によって硬質被膜を被覆し、硬質被膜形成後３５０
℃以上で６５０℃を超えない範囲の温度で、少なくとも
１時間以上加熱処理を行う。
【００１２】ランナの製造方法として、クラウンとシュ
ラウド若しくはバンド，羽根の表面の少なくとも一部に
クロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化物，ク
ロム酸化物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種類以上
のセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１
種類以上の金属を含む材料からなる硬質被膜を溶射法に
よって硬質被膜を被覆し、その後クラウンとシュラウド
若しくはバンドとの間に羽根を溶接してランナを形成
し、更にその後、ランナ表面の一部にセラミックスと金
属を含む材料からなる硬質被膜を溶射法によって被覆
し、その後３５０℃以上で６５０℃を超えない範囲の温
度で、少なくとも１時間以上の加熱処理を行う。
ラウド若しくはバンド，羽根の表面の少なくとも一部に
クロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化物，ク
ロム酸化物，アルミ酸化物のうち少なくとも１種類以上
のセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏのうち少なくとも１
種類以上の金属を含む材料からなる硬質被膜を溶射法に
よって硬質被膜を被覆し、その後クラウンとシュラウド
若しくはバンドとの間に羽根を溶接してランナを形成
し、更にその後、ランナ表面の一部にセラミックスと金
属を含む材料からなる硬質被膜を溶射法によって被覆
し、その後３５０℃以上で６５０℃を超えない範囲の温
度で、少なくとも１時間以上の加熱処理を行う。
【００１３】
【作用】土砂に含有する石英がランナ表面の硬質被膜に
衝突しても、硬質被膜が土砂摩耗に対して摩耗しにくく
なり、耐摩耗性が大幅に向上し、ランナの寿命が著しく
向上した。
衝突しても、硬質被膜が土砂摩耗に対して摩耗しにくく
なり、耐摩耗性が大幅に向上し、ランナの寿命が著しく
向上した。
【００１４】ビッカース硬度が１０００以上の被膜とし
て、クロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化
物，クロム酸化物，アルミ酸化物など耐食性に優れたセ
ラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏなど耐食性に優れた金属
からなる硬質被膜を用いることによって、耐摩耗性の他
に優れた耐食性を得ることができる。
て、クロム炭化物，タングステン炭化物，チタン炭化
物，クロム酸化物，アルミ酸化物など耐食性に優れたセ
ラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏなど耐食性に優れた金属
からなる硬質被膜を用いることによって、耐摩耗性の他
に優れた耐食性を得ることができる。
【００１５】ビッカース硬度が１０００以上の硬質被膜
の製造方法として、溶射法を用いることによって、めっ
き，ＣＶＤ，ＰＶＤなどでは得ることのできない組成，
厚い被膜を被覆することができる。更に、大気中の処理
のため大面積の処理が可能となり、ＣＶＤ，ＰＶＤと比
較してコストの低減となる。
の製造方法として、溶射法を用いることによって、めっ
き，ＣＶＤ，ＰＶＤなどでは得ることのできない組成，
厚い被膜を被覆することができる。更に、大気中の処理
のため大面積の処理が可能となり、ＣＶＤ，ＰＶＤと比
較してコストの低減となる。
【００１６】溶射によって硬質被膜形成後、３５０℃以
上で６５０℃を越えない範囲の温度で少なくとも１時間
以上の加熱処理を行うことで、硬質被膜内部でクロム炭
化物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物などのセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃ
ｏなどの金属との結合力が増し、硬質被膜の硬さと基盤
との密着力が増す。
上で６５０℃を越えない範囲の温度で少なくとも１時間
以上の加熱処理を行うことで、硬質被膜内部でクロム炭
化物，タングステン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化
物，アルミ酸化物などのセラミックスとＮｉ，Ｃｒ，Ｃ
ｏなどの金属との結合力が増し、硬質被膜の硬さと基盤
との密着力が増す。
【００１７】クラウンとシュラウド若しくはバンド，羽
根の状態で表面の一部にセラミックスと金属を含む硬質
被膜を溶射によって被覆するため、溶射処理が容易とな
り、施工時間が短縮し、更に溶射粉末の歩留まりが増
し、製造効率が増す。
根の状態で表面の一部にセラミックスと金属を含む硬質
被膜を溶射によって被覆するため、溶射処理が容易とな
り、施工時間が短縮し、更に溶射粉末の歩留まりが増
し、製造効率が増す。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に
より説明する。
より説明する。
【００１９】図１は本発明の一実施例であるフランシス
水車ランナ１の構造を示す縦概斜視図である。フランシ
ス水車ランナ１はクラウン２とシュラウド３（バンドと
も称する場合もあるが、本発明ではシュラウドと称す
る）とが羽根４によって接続された構造となっている。
羽根４を構成する母材６は１３％Ｃｒ−５％Ｎｉを含む
ステンレス材を用いている。
水車ランナ１の構造を示す縦概斜視図である。フランシ
ス水車ランナ１はクラウン２とシュラウド３（バンドと
も称する場合もあるが、本発明ではシュラウドと称す
る）とが羽根４によって接続された構造となっている。
羽根４を構成する母材６は１３％Ｃｒ−５％Ｎｉを含む
ステンレス材を用いている。
【００２０】この実施例では、クラウン２，シュラウド
３，羽根４の表面の一部にＣｒ３Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ
被膜の硬質被膜５を被覆している。図２，図３に示す羽
根４の表面の一部例えば水流が入出する羽根４の羽根入
口端及び羽根出口端にＣｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ被膜の
硬質被膜５を施した一例を示す。つまりＣｒ3Ｃ2−２５
％ＮｉＣｒの硬質被膜５は、土砂粒子の衝突によって土
砂摩耗の発生が予想されるところを中心に被覆してい
る。図４に示した硬質被膜５の厚さは本実施例では約
０.２mm としている。
３，羽根４の表面の一部にＣｒ３Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ
被膜の硬質被膜５を被覆している。図２，図３に示す羽
根４の表面の一部例えば水流が入出する羽根４の羽根入
口端及び羽根出口端にＣｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ被膜の
硬質被膜５を施した一例を示す。つまりＣｒ3Ｃ2−２５
％ＮｉＣｒの硬質被膜５は、土砂粒子の衝突によって土
砂摩耗の発生が予想されるところを中心に被覆してい
る。図４に示した硬質被膜５の厚さは本実施例では約
０.２mm としている。
【００２１】この実施例では被膜としてＣｒ3Ｃ2−２５
％ＮｉＣｒ被膜を用いたが、土砂摩耗に対する耐摩耗性
を改善するためには、土砂粒子である石英，長石以上の
硬さを有し、かつ耐食性に優れる被膜であればよく、Ｃ
ｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒの組成に限定するものではな
い。各種検討した結果、Ｃｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮiＣ
r，ＷＣ−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−１０〜３０％
Ｃｏ，ＴｉＣ−４０〜６０％ＮｉＣｒ，Ｃｒ2Ｏ3−１〜
１０％ＮｉＣｒ，Ａｌ2Ｏ3−１〜１０％ＮｉＣｒであっ
ても同様の耐摩耗性と耐食性が得られる。ただし、石英
粒子の多い水中で使用する場合は、より高い被膜硬さを
要求されるためＣｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ
−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−１０〜３０％Ｃｏが望
ましい。また、更に使用する水のＣｌ濃度が高い、若し
くは腐食性が高い場合には、耐食性の点からＣｏの使用
は困難であり、Ｃｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮｉＣｒとＷＣ
−２０〜５０％ＮｉＣｒが望ましい。
％ＮｉＣｒ被膜を用いたが、土砂摩耗に対する耐摩耗性
を改善するためには、土砂粒子である石英，長石以上の
硬さを有し、かつ耐食性に優れる被膜であればよく、Ｃ
ｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒの組成に限定するものではな
い。各種検討した結果、Ｃｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮiＣ
r，ＷＣ−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−１０〜３０％
Ｃｏ，ＴｉＣ−４０〜６０％ＮｉＣｒ，Ｃｒ2Ｏ3−１〜
１０％ＮｉＣｒ，Ａｌ2Ｏ3−１〜１０％ＮｉＣｒであっ
ても同様の耐摩耗性と耐食性が得られる。ただし、石英
粒子の多い水中で使用する場合は、より高い被膜硬さを
要求されるためＣｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ
−２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−１０〜３０％Ｃｏが望
ましい。また、更に使用する水のＣｌ濃度が高い、若し
くは腐食性が高い場合には、耐食性の点からＣｏの使用
は困難であり、Ｃｒ3Ｃ2−２０〜５０％ＮｉＣｒとＷＣ
−２０〜５０％ＮｉＣｒが望ましい。
【００２２】また、本実施例では硬質膜厚５は約０.２m
m としているが、本発明はこの膜厚に限定するものでは
ない。硬質膜厚は土砂濃度，流速等の使用環境と許容摩
耗量，材質の摩耗率とによって適宜決定すればよい。
m としているが、本発明はこの膜厚に限定するものでは
ない。硬質膜厚は土砂濃度，流速等の使用環境と許容摩
耗量，材質の摩耗率とによって適宜決定すればよい。
【００２３】次に、本発明のフランシス水車ランナ１の
製造方法をを図２ないし図５により説明する。
製造方法をを図２ないし図５により説明する。
【００２４】図２のクラウン２を下側にシュラウド３を
上側に図示していない治具により支持した状態で、クラ
ウン２とシュラウド３との間に複数の羽根４を所定間隔
に配置し、羽根４の両端とクラウン２及びシュラウド３
との間を溶接によって一体に連結し、図１に示すフラン
シス水車ランナ１を完成する。
上側に図示していない治具により支持した状態で、クラ
ウン２とシュラウド３との間に複数の羽根４を所定間隔
に配置し、羽根４の両端とクラウン２及びシュラウド３
との間を溶接によって一体に連結し、図１に示すフラン
シス水車ランナ１を完成する。
【００２５】フランシス水車ランナ１は図２，図３に示
す羽根４の表面の一部例えば水流が入出する羽根４の羽
根入口端及び羽根出口端付近にＣｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣ
ｒ被膜の硬質被膜５を施した。つまりＣｒ3Ｃ2−２５％
ＮｉＣｒ被膜は、土砂粒子の衝突によって土砂摩耗の発
生が予想されるところの中心に被覆しているが、全面に
硬質被膜５を施してもよい。また硬質被膜５を施す羽根
４の表面の入口端及び出口端付近はサンドブレスト処理
で表面に微細な凹凸を形成してあれば、硬質被膜を強く
被覆できる。
す羽根４の表面の一部例えば水流が入出する羽根４の羽
根入口端及び羽根出口端付近にＣｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣ
ｒ被膜の硬質被膜５を施した。つまりＣｒ3Ｃ2−２５％
ＮｉＣｒ被膜は、土砂粒子の衝突によって土砂摩耗の発
生が予想されるところの中心に被覆しているが、全面に
硬質被膜５を施してもよい。また硬質被膜５を施す羽根
４の表面の入口端及び出口端付近はサンドブレスト処理
で表面に微細な凹凸を形成してあれば、硬質被膜を強く
被覆できる。
【００２６】硬質被膜形成後のフランシス水車ランナ１
０を約５００℃で約１０時間加熱する。この加熱によっ
て、溶接時の残留応力が除去され、残留応力によるラン
ナ１０の強度低下を防ぐことができる。またＣｒ3Ｃ2−
２５％ＮｉＣｒ硬質被膜は溶射法によって形成するた
め、硬質被膜内部に微細な欠陥と残留応力が存在する。
本発明の加熱によって、硬質被膜内部に微細な欠陥が減
少し、Ｃｒ3Ｃ2粒子とＮｉＣｒとの密着力が増加する。
その結果、硬質被膜５の硬さが増し、ビッカース硬さ表
示で約１０００に達する。また硬質被膜内部の残留応力
が除去されるために、粒子の衝突に対する硬質被膜の強
度が増し、母材との密着力も増加する。以上のような硬
質被膜の硬さ増加と残留応力の除去によって、Ｃｒ3Ｃ2
−２５％ＮｉＣｒ被膜の対土砂水に対する耐摩耗性が増
し、フランシス水車ランナ１の寿命が著しく向上をす
る。
０を約５００℃で約１０時間加熱する。この加熱によっ
て、溶接時の残留応力が除去され、残留応力によるラン
ナ１０の強度低下を防ぐことができる。またＣｒ3Ｃ2−
２５％ＮｉＣｒ硬質被膜は溶射法によって形成するた
め、硬質被膜内部に微細な欠陥と残留応力が存在する。
本発明の加熱によって、硬質被膜内部に微細な欠陥が減
少し、Ｃｒ3Ｃ2粒子とＮｉＣｒとの密着力が増加する。
その結果、硬質被膜５の硬さが増し、ビッカース硬さ表
示で約１０００に達する。また硬質被膜内部の残留応力
が除去されるために、粒子の衝突に対する硬質被膜の強
度が増し、母材との密着力も増加する。以上のような硬
質被膜の硬さ増加と残留応力の除去によって、Ｃｒ3Ｃ2
−２５％ＮｉＣｒ被膜の対土砂水に対する耐摩耗性が増
し、フランシス水車ランナ１の寿命が著しく向上をす
る。
【００２７】図６に加熱処理によるＷＣ−２７％ＮｉＣ
ｒ溶射による硬質被膜５の強度変化を測定した結果の一
例を示す。試験片は８０mm×１０mm，厚み３mmのSUS403
板に、高速フレーム溶射法を用いて４００℃に加熱し、
加熱時間による硬質被膜５の強度変化を３点曲げ試験を
用いて測定した結果である。横軸は加熱時間を示し、縦
軸の強度は、被膜が破断して押し込み荷重が急激に低下
した時点の荷重から算出した破断応力値を示す。
ｒ溶射による硬質被膜５の強度変化を測定した結果の一
例を示す。試験片は８０mm×１０mm，厚み３mmのSUS403
板に、高速フレーム溶射法を用いて４００℃に加熱し、
加熱時間による硬質被膜５の強度変化を３点曲げ試験を
用いて測定した結果である。横軸は加熱時間を示し、縦
軸の強度は、被膜が破断して押し込み荷重が急激に低下
した時点の荷重から算出した破断応力値を示す。
【００２８】５時間の加熱によって、一度強度が低下す
るのは、圧縮と考えられる残留歪が除去されるために、
未処理の被膜より見かけ上強度が低下したと考えられ
る。引っ張りである３点曲げ試験では、残留歪は強度向
上に働くが、その他の場合では必ずしも強度向上に働く
とは限らず、上記のごとく耐衝撃性を低下させる等の悪
影響が大きい。加熱時間が約２０時間に達すると、未処
理状態の強度を上回る。しかし、未処理とほぼ同等の強
度となる２０時間加熱の被膜は、残留歪がなくかつ強度
が高いため、ランナ使用状態では未処理状態に比較しは
るかに高い強度を示している。
るのは、圧縮と考えられる残留歪が除去されるために、
未処理の被膜より見かけ上強度が低下したと考えられ
る。引っ張りである３点曲げ試験では、残留歪は強度向
上に働くが、その他の場合では必ずしも強度向上に働く
とは限らず、上記のごとく耐衝撃性を低下させる等の悪
影響が大きい。加熱時間が約２０時間に達すると、未処
理状態の強度を上回る。しかし、未処理とほぼ同等の強
度となる２０時間加熱の被膜は、残留歪がなくかつ強度
が高いため、ランナ使用状態では未処理状態に比較しは
るかに高い強度を示している。
【００２９】図７に加熱処理によるＷＣ−２７％ＮｉＣ
ｒ溶射による硬質被膜５の硬さ変化を測定した結果の一
例を示す。試験片は５０mm×５０mm，厚み５mmのSUS403
板に、高速フレーム溶射法を用いて約０.２mm の厚さの
硬質被膜５を片面に被覆したものである。各試験片を５
００℃に加熱し、加熱時間によるＷＣ−２７％ＮiＣr溶
射膜の硬さ変化を、マイクロビッカース計を用いて被膜
断面で測定した結果である。横軸は対数軸で加熱時間を
示し、縦軸はビッカース硬さを示す。表示する〇は３０
０ｇの荷重で測定した約２０点のビッカース硬度の平均
値であり、線の範囲は最大値と最小値を示す。図７に示
すように約５時間でビッカース硬さ約１１００に達し、
その後一定化する。従って、硬質被膜５を５００℃で加
熱する場合、５時間以上は必要とする。
ｒ溶射による硬質被膜５の硬さ変化を測定した結果の一
例を示す。試験片は５０mm×５０mm，厚み５mmのSUS403
板に、高速フレーム溶射法を用いて約０.２mm の厚さの
硬質被膜５を片面に被覆したものである。各試験片を５
００℃に加熱し、加熱時間によるＷＣ−２７％ＮiＣr溶
射膜の硬さ変化を、マイクロビッカース計を用いて被膜
断面で測定した結果である。横軸は対数軸で加熱時間を
示し、縦軸はビッカース硬さを示す。表示する〇は３０
０ｇの荷重で測定した約２０点のビッカース硬度の平均
値であり、線の範囲は最大値と最小値を示す。図７に示
すように約５時間でビッカース硬さ約１１００に達し、
その後一定化する。従って、硬質被膜５を５００℃で加
熱する場合、５時間以上は必要とする。
【００３０】本実施例では加熱処理条件として５００℃
で約１０時間を用いたが、本発明はこの条件に限定する
ものではない。Ｃｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ，Ｃｒ3Ｃ2−
２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−２０〜５０％ＮｉＣｒ，
ＷＣ−１０〜３０％Ｃｏ，ＴｉＣ−４０〜６０％ＮｉＣ
ｒ，Ｃｒ2Ｏ3−１〜１０％ＮｉＣｒ，Ａｌ2Ｏ3−１〜１
０％ＮｉＣｒ組成の被膜の熱膨張率は金属材料に比較し
小さく、加熱によって母材との熱膨張率差から歪が生じ
る。上記被膜材料の熱膨張率と、ランナとなりうるステ
ンレス材との熱膨張率を考慮すると、加熱によって被膜
の破壊が起きない限界は約７００℃である。しかし、加
熱炉内部の温度分布などを考慮すると実用上６５０℃が
上限である。
で約１０時間を用いたが、本発明はこの条件に限定する
ものではない。Ｃｒ3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒ，Ｃｒ3Ｃ2−
２０〜５０％ＮｉＣｒ，ＷＣ−２０〜５０％ＮｉＣｒ，
ＷＣ−１０〜３０％Ｃｏ，ＴｉＣ−４０〜６０％ＮｉＣ
ｒ，Ｃｒ2Ｏ3−１〜１０％ＮｉＣｒ，Ａｌ2Ｏ3−１〜１
０％ＮｉＣｒ組成の被膜の熱膨張率は金属材料に比較し
小さく、加熱によって母材との熱膨張率差から歪が生じ
る。上記被膜材料の熱膨張率と、ランナとなりうるステ
ンレス材との熱膨張率を考慮すると、加熱によって被膜
の破壊が起きない限界は約７００℃である。しかし、加
熱炉内部の温度分布などを考慮すると実用上６５０℃が
上限である。
【００３１】加熱によって溶接時の残留応力の除去，被
膜の硬さ増加，残留応力の除去等の効果が生じる温度限
界は、各種検討によれば３５０℃以上である。しかしな
がら、低温であればあるほど長時間の加熱を必要とす
る。工業上、４００℃以上が実用範囲である。
膜の硬さ増加，残留応力の除去等の効果が生じる温度限
界は、各種検討によれば３５０℃以上である。しかしな
がら、低温であればあるほど長時間の加熱を必要とす
る。工業上、４００℃以上が実用範囲である。
【００３２】また本実施例では溶射法として高速フレー
ム溶射法を用いたが、本発明は高速フレーム溶射に限定
することはなく、爆発溶射法，プラズマ溶射法，減圧溶
射法であってもよい。しかし水中で使用する被膜のた
め、被膜欠陥が少ないことが望ましく、高速フレーム溶
射法，減圧溶射法が本発明には向いている。
ム溶射法を用いたが、本発明は高速フレーム溶射に限定
することはなく、爆発溶射法，プラズマ溶射法，減圧溶
射法であってもよい。しかし水中で使用する被膜のた
め、被膜欠陥が少ないことが望ましく、高速フレーム溶
射法，減圧溶射法が本発明には向いている。
【００３３】図８に本発明の別の実施例であるフランシ
ス水車ランナ１の施工工程の一例を示す。図８は図５と
異なりクラウン２，シュラウド３，羽根４の各単体にサ
ンドブレスト処理で表面に微細な凹凸を形成し、凹凸表
面に高速フレーム溶射法を用いてＣｒ3Ｃ2−２５％Ｎｉ
Ｃｒ等の硬質被膜５を被覆する。ただし、被覆に際し
て、クラウン２，シュラウド３，羽根４の溶接部分に
は、遮蔽板，シール等によって被膜を被覆しないように
する。
ス水車ランナ１の施工工程の一例を示す。図８は図５と
異なりクラウン２，シュラウド３，羽根４の各単体にサ
ンドブレスト処理で表面に微細な凹凸を形成し、凹凸表
面に高速フレーム溶射法を用いてＣｒ3Ｃ2−２５％Ｎｉ
Ｃｒ等の硬質被膜５を被覆する。ただし、被覆に際し
て、クラウン２，シュラウド３，羽根４の溶接部分に
は、遮蔽板，シール等によって被膜を被覆しないように
する。
【００３４】硬質被膜５を被覆した羽根４は、図２に示
すようにクラウン２を下側にシュラウド３を上側に図示
していない治具により支持した状態で、クラウン２とシ
ュラウド３との間に複数の羽根４を所定間隔に配置し、
羽根４の両端とクラウン２及びシュラウド３との間を溶
接によって一体に連結し、図１に示すフランシス水車ラ
ンナ１を完成する。この図８の製造方法によれば、ラン
ナにおける被覆必要部分はすべて、Ｃｒ3Ｃ2−２５％Ｎ
ｉＣｒの硬質被膜５を被覆することができる。その後、
ランナを５００℃で約１０時間加熱する。本加熱によっ
て溶接時の残留応力の除去，被膜の硬さ増加，残留応力
の除去等が生じる機構は前記と同様である。その後は図
５と同じ工程により高硬度ランナ１を完成する。
すようにクラウン２を下側にシュラウド３を上側に図示
していない治具により支持した状態で、クラウン２とシ
ュラウド３との間に複数の羽根４を所定間隔に配置し、
羽根４の両端とクラウン２及びシュラウド３との間を溶
接によって一体に連結し、図１に示すフランシス水車ラ
ンナ１を完成する。この図８の製造方法によれば、ラン
ナにおける被覆必要部分はすべて、Ｃｒ3Ｃ2−２５％Ｎ
ｉＣｒの硬質被膜５を被覆することができる。その後、
ランナを５００℃で約１０時間加熱する。本加熱によっ
て溶接時の残留応力の除去，被膜の硬さ増加，残留応力
の除去等が生じる機構は前記と同様である。その後は図
５と同じ工程により高硬度ランナ１を完成する。
【００３５】この製造方法ではクラウンとシュラウド若
しくはバンド，羽根の状態で表面の一部にセラミックス
と金属を含む硬質被膜５を予め溶射によって被覆するた
め、溶射処理が容易となり、施工時間が短縮し、更に溶
射粉末の歩留まりが増し、製造効率が増すことができる
ようになった。
しくはバンド，羽根の状態で表面の一部にセラミックス
と金属を含む硬質被膜５を予め溶射によって被覆するた
め、溶射処理が容易となり、施工時間が短縮し、更に溶
射粉末の歩留まりが増し、製造効率が増すことができる
ようになった。
【００３６】尚、クラウン２，シュラウド３，羽根４を
溶接によって連結し、ランナ形状としたのち、Ｃｒ3Ｃ2
−２５％ＮｉＣr被膜の被覆されていない溶接箇所をＣr
3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒで被覆するか、若しくは、加熱処
理後に樹脂で被覆すると一層信頼性を増すことができ
る。
溶接によって連結し、ランナ形状としたのち、Ｃｒ3Ｃ2
−２５％ＮｉＣr被膜の被覆されていない溶接箇所をＣr
3Ｃ2−２５％ＮｉＣｒで被覆するか、若しくは、加熱処
理後に樹脂で被覆すると一層信頼性を増すことができ
る。
【００３７】本発明の実施例を、フランシス水車ランナ
について説明したが、本発明は他の水力機械のランナ例
えばペルトン，可動翼水車等についても適用できる。
について説明したが、本発明は他の水力機械のランナ例
えばペルトン，可動翼水車等についても適用できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明の水力機械のランナは、耐摩耗性
と耐壊食性に優れるので、動作流体の中に土砂などの固
形物を含む条件下で使用される場合でも、土砂摩耗，キ
ャビテーション壊食、およびそれらが複合した損傷がほ
とんど発生しない。すなわち、摩耗，損傷による形状変
化に起因する性能劣化がなく、従来のランナに比べラン
ナの寿命が著しく延長することが可能となる。
と耐壊食性に優れるので、動作流体の中に土砂などの固
形物を含む条件下で使用される場合でも、土砂摩耗，キ
ャビテーション壊食、およびそれらが複合した損傷がほ
とんど発生しない。すなわち、摩耗，損傷による形状変
化に起因する性能劣化がなく、従来のランナに比べラン
ナの寿命が著しく延長することが可能となる。
【図１】本発明の実施例として示したフランシス水車ラ
ンナの構造を示す斜視図である。
ンナの構造を示す斜視図である。
【図２】図１を縦断面した断面図である。
【図３】図１及び図２に実施したフランシス水車ランナ
の羽根の硬質被膜を被覆した一例を示す概略図である。
の羽根の硬質被膜を被覆した一例を示す概略図である。
【図４】図３の一部を断面した断面図である。
【図５】本発明のフランシス水車のランナの製造工程を
示すフロー図である。
示すフロー図である。
【図６】加熱処理による硬質被膜の強度変化を測定した
特性図である。
特性図である。
【図７】加熱処理による硬質被膜の硬さ変化を測定した
特性図である。
特性図である。
【図８】本発明のフランシス水車のランナの別の製造工
程を示すフロー図である。
程を示すフロー図である。
１…フランシス水車ランナ、２…クラウン、３…シュラ
ウド、４…羽根、５…硬質被膜、６…母材。
ウド、４…羽根、５…硬質被膜、６…母材。
Claims (5)
- 【請求項１】水力機械のランナにおいて、少なくともラ
ンナ表面の一部にビッカース硬度が１０００以上の硬質
被膜を被覆したことを特徴とする水力機械のランナ。 - 【請求項２】水力機械のランナの製造方法において、ク
ラウンとシュラウド若しくはバンド，羽根等の各部品表
面の少なくとも一部にセラミックスと金属を含む材料か
ら成る硬質被膜を被覆した後、各部品を溶接してランナ
を形成するか、 又は各部品を溶接してランナを形成後、各部品表面の少
なくとも一部に上記硬質被膜を被覆した後、 ランナを３５０℃以上で６５０℃を越えない範囲の温度
で、少なくとも１時間以上加熱することを特徴とする水
力機械のランナの製造方法。 - 【請求項３】上記硬質被膜は、クロム炭化物，タングス
テン炭化物，チタン炭化物，クロム酸化物，アルミ酸化
物の少なくとも１種類以上のセラミックスとＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｏのうち少なくとも１種類以上の金属を含む材料
から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の水力機
械のランナ及びその製造方法。 - 【請求項４】上記羽根の羽根入口及び羽根出口に硬質被
膜を設けることを特徴とする請求項１，２，３のいずれ
か１項記載の水力機械のランナ及びその製造方法。 - 【請求項５】上記セラミックスと金属を含む材料から成
る硬質被膜を溶射法によって形成することを特徴とする
請求項１，２，３，４のいずれか１項記載の水力機械の
ランナ及びその製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7003768A JPH08193568A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | 水力機械のランナ及びその製造方法 |
| CN96100872A CN1136136A (zh) | 1995-01-13 | 1996-01-12 | 水压机转子及其生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7003768A JPH08193568A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | 水力機械のランナ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193568A true JPH08193568A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=11566357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7003768A Pending JPH08193568A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | 水力機械のランナ及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08193568A (ja) |
| CN (1) | CN1136136A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100086394A1 (en) * | 2008-10-03 | 2010-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydraulic machine |
| JP2011220257A (ja) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Nippon Light Metal Co Ltd | 流体機械用羽根車及び流体機械用ガイド並びに流体機械 |
| CN105834649A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-10 | 杭州力源发电设备有限公司 | 混流式转轮叶片的焊接定位装置及其定位测量方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101850308A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-10-06 | 华东理工大学 | 一种带有镍-碳化钨涂层的水煤浆喷嘴及其制备方法 |
| CN103695862A (zh) * | 2012-09-28 | 2014-04-02 | 无锡元坤新材料科技有限公司 | 一种适用于低温回火工件硬质涂层的新工艺 |
| CN106676458A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-17 | 四川中物红宇科技有限公司 | 一种水能机叶片的涂层及水能机叶片 |
| CN106837656A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 成都天府新区河川科技有限公司 | 耐磨抗汽蚀的水轮机转轮及叶片 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5827971A (ja) * | 1981-08-14 | 1983-02-18 | Hitachi Ltd | 金属溶射方法 |
| JPS5867380A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-21 | Kansai Electric Power Co Inc:The | プラズマ溶射方法 |
| JPH04225865A (ja) * | 1990-04-11 | 1992-08-14 | Asea Brown Boveri Ag | 回転型熱処理機械の羽根の被覆方法 |
| JPH0693407A (ja) * | 1992-03-18 | 1994-04-05 | Hitachi Ltd | 軸受装置、その軸受装置を備えた排水ポンプ及び水車、並びに軸受装置の製造方法 |
| JPH06122954A (ja) * | 1992-10-13 | 1994-05-06 | Hitachi Ltd | 排水ポンプ用軸受装置および排水ポンプ |
-
1995
- 1995-01-13 JP JP7003768A patent/JPH08193568A/ja active Pending
-
1996
- 1996-01-12 CN CN96100872A patent/CN1136136A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20100086394A1 (en) * | 2008-10-03 | 2010-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydraulic machine |
| US9181957B2 (en) * | 2008-10-03 | 2015-11-10 | Yasuyuki Enomoto | Hydraulic machine |
| JP2011220257A (ja) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Nippon Light Metal Co Ltd | 流体機械用羽根車及び流体機械用ガイド並びに流体機械 |
| CN105834649A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-10 | 杭州力源发电设备有限公司 | 混流式转轮叶片的焊接定位装置及其定位测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1136136A (zh) | 1996-11-20 |
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