JPS6070333A - キヤビテ−シヨンエロ−ジヨン試験装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、水力機械に生ずるキャビテーションエロージ
ョンを翼形を使って調べる装置で、特に流速が速い場合
に適するキャビチー７ヨンエロージヨン試験装置に関す
る。

〔発明の背景〕

水力機械に生ずるキャビチー７ヨンエロージヨンに関す
る諸現象の研究を行なうには、水力機械の実機あるいは
流路部が幾何学的に相似なモデルにてキャビテーゾヨノ
エロージョンヲ発生させる方法が実験の精度からは最良
の方法である。しかし、キャビテーションエロージョン
の発生までには、性能実験に要する運転時間に比べ通常
かなシ長い時間を要し、水力機械を運転するに必要な動
力費が莫大となり容易に実験は行なえない。したがって
、キャビデーションエロージョンニ関スる実験は、通常
流れを模擬した以下に示すような要素実験装置を用いて
行なわれる。しかし、それぞれの装置には以下のような
問題点を有している。

（１）４１図にキャビテーションタンネル式のキャビテ
ーションエロージョン実験装置を示す。水は圧力タンク
４から出てポンプ１に入シボンプ１によυ加圧され配管
２ａｆ、辿りキャビテーション発生部であるベンチュリ
ー３に導かれ絞υ部の試験流路部を通シ出ロ側配管２ｂ
を経て圧力タンク４に戻る閉ループが通常用いられる。

第２図はベンチュリー３の詳細を示す。液は矢印５の方
向に流れ、流路断面が最小となる絞シ部３ａで流速は最
大となシ、絞υ部３ａと拡大部３ｂとの接続断面３Ｃに
てキャビテーション６が発生しキャビテーションの消滅
点付近にエロージョン試験片７が取りつけられている。

このような装置においては次のような問題がある。

すなわち、水力機械の高速化に伴ない流速の大きな領域
でのエロージョン試験の必要性が高まっている。という
のは、キャビチー７ヨンの強さは流速の５〜６乗に比例
して増大するため低速域の試験結果から高速域のエロー
ジョン量を予測するには予測精度が十分でないつしたが
って、高速域での実験が必要である。しかし、実機の水
力機械のキャビテーションエロージョン寿命試験に要す
る動力に比べればこのようなキャビテーションタンネル
装置の動力ははるかに小さいが、液を回流させるための
動力は本質的に必要でこれをなくすことはできない。一
方、試験箇所のキャビテーションの発生状態は次式で定
義されるキャビテーション係数ｋによシ定まり大略１位
でキャビテーションが発生スル。

ｇ ここに、ｈＳ：絞シ部３ａにおける静ヘッド［１１１） ｈｖ：液のその温度における飽和蒸 気圧ヘッド〔ｍ〕 Ｃ：絞シ部３ａにおける流速 〔ｍ／Ｓ〕 ｇ　：重力の加速度Ｃｍ／Ｓ２） である。液が常温の水の場合、キャビテーション初生状
態のにキ１とするにはｈｖは小さいたを絞シ部の動圧ヘ
ッドまで高める必要がある。

したがって、加圧ポンプ１の全揚程を高くとるかあるい
は圧力タンク４の圧力を外部の圧力源によシ加圧してや
る必要がある。前者のポンプの全揚程を高める方法はモ
ータ動力の増大が必要である。また後者の方法は外部の
圧力源の設備が必要である。このように本方式は、動力
費が大きくなるあるいは循環用ポンプ以外の圧力源が必
要という問題点を有している。

（２）第３図、第４図に回転円板方式の二ローション実
験装置を示す。回転軸７に取９つけられた円板８が液で
充たされたケーシング９の内部で回転する。円板８には
、孔ＩＱａ−１０ｄがあけられており、円板８が回転す
ると、孔１０８〜１０ｄの部分で流れが剥離してキャビ
テーションｌｌａ〜１１ｄが発生する。キャビテーショ
ンの消滅点には材料の試験片１２ａ〜１２ｄが円板８に
埋設されておりキャビテーションエロージョン試験がで
きるようになっている。このような装置においては、上
述のキャビテーション２ンネル方式に比べ同じ流速での
実験を行なう場合、人選の液を回流させる必要がないた
め動力は少なくてすむが、回転円板に生ずる摩擦損失動
力は避けられず、動力低減にも限界がある。第５図、第
６図には、円板８に孔を設けてキャビテーションを発生
させる代わシに翼形の試験片１３ａ、１３ｂを円板８に
取シつけキャビテーション１４ａ、１４ｂを発生させる
ようにした装置である。この場合も円板摩擦損失は不可
避である。

（３）第７図には上述のものに比べ一層簡単にキャビテ
ーションエロージョン実験が可能である振動子式エロー
ジョン実験装置である。試験片１５は超音波振動子およ
びホーン１７にょシ垂直方向の高周波振動が与えられる
。試験片部分１５は恒温槽１８に入れられた液１５に浸
されている。試験片１５に振動が与えられるから試験片
の下部にキャビテーションが発生し、エロージョン実験
が行なわれる。回転部、回流部がないため極めて小さい
動力でキャビテーションエロージョン実験が可能である
。しかし、試験片に生ずるキャビテーションは（１）（
２）で示した流水中に生ずるキャビテーションと異なる
。したがって実際の水力機械のキャビテーションの支配
的な因子である流速やキャビテーション係数の影響をめ
ることができないという問題が存在する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、流水中で生ずるキャビテーションによ
るエロージョン実験を、少ない動力で実現できる装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は円筒状の回転ドラム内に液を注入し、遠心力に
よりドラム内壁の外周側に液の層を形成し、その回転す
る液の層内に静止する翼形を挿入し、その翼形に相対的
な液流を与えることによりキャビテーションを発生させ
キャビテーションエロージョン実験に供する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一笑／ｉ１！ｉ例を第８図〜第１０図に
よシ説明する。回転ドラム２ｏは、回転軸２１と一体に
形成され、ベース２４、ケーシング４ｏを介して軸受３
８に支承されている。軸２１は可変速モータ（図示せず
）等にょシ回動される。回転ドラム２０にはカバー２２
がボルトにて接合されている。カバー２２は、複数個の
導通孔３２をもつ仕切板３１と一体に形成されている。

回転ドラム２０の中心部分には円柱状の静止軸２３が軸
心と同一にして設置され、静止軸２３は、サポート３９
を介してベース２４に固定されている。静止軸の中心に
は断面が円形の吸込流路３６があけられ、反軸受側には
吸込口フランジ３５が設けられてイル。静屯軸２３には
、キャビテーションエロージョン実験用試験翼片２７と
一体に形成された翼サポート３８がさし込まれボルト４
２により固定されている。回転ドラム２０の内壁側面に
は羽根高さが低い複数枚の放射状羽根２６が一体に形成
されている。一方、回転ドラム２−０に取りつけられた
カバー２２と仕切板３２の間の空間には、すくい管３３
が静止ＩＡＩＩ　２３に支承されてオーバハングの状態
で設置されている。すくい管３３は、操作機溝（図示せ
ず）により矢印４３に示すようにすくい管３３の軸方向
に移動できる構造となっている。ケーシング４０内は、
ケーシング４０内２５との合わせ面に設けた丸ゴムパツ
キン４４およびメカニカルシール３７によシ気密構造と
なっている。

吸込口３５およびすくい管からの吐出し口４５には第１
０図に示すように外部の冷却水によシ熱交換がなされる
冷却器にパイプ４７およびパイプ４８に接続されている
。

このような構成において吸込流路に液が注入されると、
回転ドラム２０の内壁に設けられた羽根２６によりｉは
吸込流路から回転ドラム２０の外周側に導かれ遠心力に
より回転ドラム２０の外周内壁に液層５０が形成され液
面３０が存在する。

一方、すくい管３３にはすくい口３４があるためすくい
口３４を越えて内径側に水面３０が達すると液はすくい
口３４に流入しすくい管３３を通って外部に排出されパ
イプ４８を通り冷却器４６を経て冷却され再びパイプ４
７を通り吸込口３５に供給される。一方回転ドラム２０
内の液層５０に没するように試験具２７はサポート２８
により調整されている。第９図に示すように矢印５１の
方向に回転ドラム２０が回転すると液は放射羽根２６お
よび回転ドラム２０の外周側内壁面２０ａの摩擦によシ
トラム内の液層５０も回転ドラム２０とほとんど同じ速
度Ｃで回転する。したがって静止翼２７には流速Ｃの流
れ場にさらされる。

そのときドラムの回転中心からＲの距離に設置された翼
２７の上流部で半径凡の位置における静ヘッドｈｓは遠
心力によるヘッドによシ となる。このとき（１）式で定義される翼のキャビテー
ション係数には ｇ となシ、キャビテーションの初生点付近の値でおる。し
たがって、本装置によれば外部から加圧してｈｓを高め
る必要がなく装置を簡単化できる。

翼に大きな迎え角がある。嚇合には、キャビテーション
の初生点におけるキャビテーション係数にはにキ１〜２
であり１以上となる。その場合にはケーシング４０内が
大気圧状態であるとキャビテーションが過大に発達する
ｒ５ｆ能性がある。そのときは、第８図の給気孔４１か
ら外部の圧縮空気源（図示せず）から圧縮空気を注入し
ケーシング４０内の圧力を高め、そして、翼上流部の静
ヘッドｈｓを高めて所定のキャビチー７ヨン状態に調節
する。

このような装置で運転に必要な動力は、回転ドラムに設
けた放射羽根２６にて費される動力および翼２７と翼サ
ポート２８に生ず抗力による損失動力が主なものである
。吸込口からすくい管まで装置内を循環すべき流量は、
損失動力による液の発熱を冷却器にて冷却させるのに必
要な流量であり、キャビテーションタンネルの如く大流
量を必要としない。回転ドラムは高速回転ず６が円板摩
擦は液体中ではなく空気中で生ずるためその損失動力は
水に比べ大幅に小さい。このように運転動力を小さくで
きる老ことは、高流速の実験に大きな効果を期待でき、
高流速でのエロージョン実験が容易となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高流速で移動する液の体積が小さく、
且つ回転部と接する静止流体は空気でちるため水などの
液体に比べ円板摩擦損失は大幅に小さくできるので、キ
ャビテーションエロージョン実験に必要な動力を大幅に
低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術のキャビテーションタンネル方式装
置の平面図、第２図は、第１図のベンチューりの縦断面
図、第３図は、従来技術の回転円板方式装置の縦断面図
、第４図は、第３図の回転円板の正面図、第５図は、回
転円板の他の例を示す断面図、第６図は、第５図の回転
円板の正面図、第７図は、振動子式試験装置の縦断面図
、第８図は、本発明の実施例の縦断面図、第９図は、第
８図の横断面図、第１０図は、本発明の実施例の全体構
成を示す系統図。 ２０・・・回転ドラム、２６・・・半径方向羽根、２７
・・・第　１　目 第　Ｚ　図 ′ｆＪ５　図　第６　図 第　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転ドラム内に水を張シ、その内面に回転するリン
   グ状の液層を形成し、静止試験翼形をその液層に没水状
   態に設置し、ドラムの回転による回転水層と静止翼形と
   の間に相対的な液流を形成し翼にキャビテーションを発
   生させるようにしたことを特徴とするキャビテーション
   エロージョン試験装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、回転ドラム内壁の
   軸線に垂直な面に複数の径方向羽根を設け、回転中心に
   ある吸込口からの液を回転ドラムの外周側に導くように
   したことを特徴とするキャビテーションエロージョン試
   ｍ装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、回転ドラム内にす
   くい管を挿入し、回転ドラム内の液面をすくって液面と
   一定に保ち、すくった液は外部の冷却器を通して再び装
   置の吸込口に戻すようにして液が循環するように溝成し
   たことを特徴とするキャビテーションエロージョン試験
   装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、回転ドラムをおお
   う気密のカバーケーシングを設け、回転ドラム内の液層
   に外部の圧縮空気により加圧できるようにしたことを特
   徴とするキャビテーションエロージョン試験装置。