JPH0426697Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0426697Y2 JPH0426697Y2 JP1985021855U JP2185585U JPH0426697Y2 JP H0426697 Y2 JPH0426697 Y2 JP H0426697Y2 JP 1985021855 U JP1985021855 U JP 1985021855U JP 2185585 U JP2185585 U JP 2185585U JP H0426697 Y2 JPH0426697 Y2 JP H0426697Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- runner
- water
- cavitation
- erosion
- showing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
Ａ 産業上の利用分野
本考案は、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン
性を付与した水車のランナに関する。
性を付与した水車のランナに関する。
Ｂ 考案の概要
本考案は、出力1kw以下の小水力発電に用いら
れるクロスフロー水車等の水車のランナにおい
て、低炭素鋼で形成したランナの表層に表面窒化
処理層を形成することにより、耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性を向上させ、水車の信頼性を
高めるようにしたものである。
れるクロスフロー水車等の水車のランナにおい
て、低炭素鋼で形成したランナの表層に表面窒化
処理層を形成することにより、耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性を向上させ、水車の信頼性を
高めるようにしたものである。
Ｃ 従来の技術
クロスフロー水車は小水力発電のに用いられる
原動機であり、落差20〜100m程度、出力1MW以
下で河川水や高炉の冷却水などの放流から電気エ
ネルギーを取出すためのものである。
原動機であり、落差20〜100m程度、出力1MW以
下で河川水や高炉の冷却水などの放流から電気エ
ネルギーを取出すためのものである。
第６図は、クロスフロー水車の代表的なものの
構造を表す一部断面斜視図、第７図は水車内の水
の流れを概念的に示す説明図である。これらの図
面に示すように水の位置エネルギーにより回転さ
れる複数のランナブレード１ａと、このランナブ
レード１ａを円筒状に配置して支持する支持板１
ｂとを有するランナ１は、ケーシング２内に軸受
８を介して回転軸３により回転可能に支持されて
いる。ケーシング２とランナ１の間には、水漏れ
や水流の飛散を防止するためにノズル２ａがケー
シング２から延設されている。ランナ１の上流側
において、ケーシング２には入口管４が接続さ
れ、この入口管４の出口側に対応するケーシング
２の入口側には、ランナ１に入る水量を調整する
ガイドベーン５が開閉可能に設けられている。ラ
ンナ１の下流側において、ケーシング２には別の
ケーシング６が接続され、これらのケーシング
２，６に垂下する放水管７が接続されている。
尚、この放水管７は水中に導かれる。入口管４よ
り流入した水はガイドベーン５で調整されてラン
ナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周か
ら放出され、放水管７を通して水中に排出され
る。これにより、回転軸３の一端に連結された図
示しない発電機が作動し、電気エネルギーが発生
する。
構造を表す一部断面斜視図、第７図は水車内の水
の流れを概念的に示す説明図である。これらの図
面に示すように水の位置エネルギーにより回転さ
れる複数のランナブレード１ａと、このランナブ
レード１ａを円筒状に配置して支持する支持板１
ｂとを有するランナ１は、ケーシング２内に軸受
８を介して回転軸３により回転可能に支持されて
いる。ケーシング２とランナ１の間には、水漏れ
や水流の飛散を防止するためにノズル２ａがケー
シング２から延設されている。ランナ１の上流側
において、ケーシング２には入口管４が接続さ
れ、この入口管４の出口側に対応するケーシング
２の入口側には、ランナ１に入る水量を調整する
ガイドベーン５が開閉可能に設けられている。ラ
ンナ１の下流側において、ケーシング２には別の
ケーシング６が接続され、これらのケーシング
２，６に垂下する放水管７が接続されている。
尚、この放水管７は水中に導かれる。入口管４よ
り流入した水はガイドベーン５で調整されてラン
ナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周か
ら放出され、放水管７を通して水中に排出され
る。これにより、回転軸３の一端に連結された図
示しない発電機が作動し、電気エネルギーが発生
する。
Ｄ 考案が解決しようとする問題点
従来、クロスフロー水車のランナ１は、低価格
で強度がありさらに加工性のよい低炭素鋼（炭素
含有約0.1％）で形成されていた。しかし、この
ような従来のランナ１では、クロスフロー水車の
稼動中、河川水や海水などの流速が大きい場合、
河川水や海水などが汚染され腐食作用が強い場
合、あるいは河川水や海水に砂粒などが混在して
いる場合などにキヤビテーシヨン・エロージヨン
が早期に発生してしまい、短期間で水車の機能が
果せなくなつてしまつていた。
で強度がありさらに加工性のよい低炭素鋼（炭素
含有約0.1％）で形成されていた。しかし、この
ような従来のランナ１では、クロスフロー水車の
稼動中、河川水や海水などの流速が大きい場合、
河川水や海水などが汚染され腐食作用が強い場
合、あるいは河川水や海水に砂粒などが混在して
いる場合などにキヤビテーシヨン・エロージヨン
が早期に発生してしまい、短期間で水車の機能が
果せなくなつてしまつていた。
第８図は、低炭素鋼であるJIS−SS41で形成し
たランナ１で、砂粒などが混在した河川水におい
てキヤビテイシヨン・エロージヨンを生したもの
の表面の金属組織を表す外観写真、第９図は、そ
のランナ１の断面の金属組織を表す顕微鏡写真で
ある。第８図において黒点状の部分は特に顕著に
発生したキヤビテイシヨン・エロージヨンを表し
ている。また第９図において黒色部分はバツクで
あり、この写真よりキヤビテイシヨンによつて表
面が削り取られていることがわかる。
たランナ１で、砂粒などが混在した河川水におい
てキヤビテイシヨン・エロージヨンを生したもの
の表面の金属組織を表す外観写真、第９図は、そ
のランナ１の断面の金属組織を表す顕微鏡写真で
ある。第８図において黒点状の部分は特に顕著に
発生したキヤビテイシヨン・エロージヨンを表し
ている。また第９図において黒色部分はバツクで
あり、この写真よりキヤビテイシヨンによつて表
面が削り取られていることがわかる。
本考案は上記問題点に鑑み耐キヤビテイシヨ
ン・エロージヨン性を有し、耐久性のある水車の
ランナを提供することを目的とする。
ン・エロージヨン性を有し、耐久性のある水車の
ランナを提供することを目的とする。
Ｅ 問題点を解決するための手段
前記目的を達成する本考案の構成は、水車のラ
ンナにおいて、低炭素鋼で形成したランナブレー
ドおよび支持板に表面窒化処理を施することを特
徴とする。
ンナにおいて、低炭素鋼で形成したランナブレー
ドおよび支持板に表面窒化処理を施することを特
徴とする。
本考案に適用する表面窒化処理法としては、
(1) NH3中で行うガス窒化法、
(2) NH3を添加した浸炭性雰囲気中で行うガス
軟窒化法 (3) 溶融KCNまたはNaCN中で行う液体窒化法 (4) 15％内外のNaCO3を含んだ溶融KCNOまた
はNaCNO中で行う液体軟窒化法 (5) 真空後数百PaのN2中でグロー放置により行
うイオン窒化法 (6) Na2CO3，NaCN，Na2SO4などの混合溶融
塩中で行う浸硫窒化法などがある。
軟窒化法 (3) 溶融KCNまたはNaCN中で行う液体窒化法 (4) 15％内外のNaCO3を含んだ溶融KCNOまた
はNaCNO中で行う液体軟窒化法 (5) 真空後数百PaのN2中でグロー放置により行
うイオン窒化法 (6) Na2CO3，NaCN，Na2SO4などの混合溶融
塩中で行う浸硫窒化法などがある。
Ｆ 作用
ランナの材料となるSS41，SM41Bなどの低炭
素鋼に表面窒化処理を施すことにより、その表面
に耐キヤビテイシヨン・エロージヨン性を有する
硬質の窒素化合物層をさらにその層の下に窒素拡
散層を形成する。このように形成されたランナ
は、表面の窒素化合物層により耐キヤビテイシヨ
ン・エロージヨン性が付与され、さらにこの層が
削られた後には、その下の窒素拡散層によりキヤ
ビテイシヨン・エロージヨンを防ぐため、耐久性
が大幅に向上している。
素鋼に表面窒化処理を施すことにより、その表面
に耐キヤビテイシヨン・エロージヨン性を有する
硬質の窒素化合物層をさらにその層の下に窒素拡
散層を形成する。このように形成されたランナ
は、表面の窒素化合物層により耐キヤビテイシヨ
ン・エロージヨン性が付与され、さらにこの層が
削られた後には、その下の窒素拡散層によりキヤ
ビテイシヨン・エロージヨンを防ぐため、耐久性
が大幅に向上している。
Ｇ 実施例
以下、本考案の好適な一実施例を図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
第１図は、本考案の実施例にかかるランナの構
造説明図である。
造説明図である。
ランナ１は、複数のランナブレード１ａと、こ
のランナブレード１ａを円筒状に配置して支持す
る支持板１ｂとを有する。ランナブレード１ａ
は、支持板１ｂの周囲に形成された溝に挿入さ
れ、溶接９により固着されている。このようなラ
ンナ１は、支持板１ｂを介して溶接１０により回
転軸３に固着され、水車のケーシングに回転可能
に支持されている。このランナ１を用いるクロス
フロー水車の詳細は、第６図を参照して従来の技
術の項で述べたのでここでは省略する。
のランナブレード１ａを円筒状に配置して支持す
る支持板１ｂとを有する。ランナブレード１ａ
は、支持板１ｂの周囲に形成された溝に挿入さ
れ、溶接９により固着されている。このようなラ
ンナ１は、支持板１ｂを介して溶接１０により回
転軸３に固着され、水車のケーシングに回転可能
に支持されている。このランナ１を用いるクロス
フロー水車の詳細は、第６図を参照して従来の技
術の項で述べたのでここでは省略する。
本実施例においては、ランナブレード１ａおよ
び支持板１ｂを溶接構造用低炭素鋼SM41Bで形
成し組立溶接後に表面窒化処理を施した。この表
面窒化処理は、浸硫窒化法に従い、565℃の混合
溶融塩中で２時間処理することにより行つた。
び支持板１ｂを溶接構造用低炭素鋼SM41Bで形
成し組立溶接後に表面窒化処理を施した。この表
面窒化処理は、浸硫窒化法に従い、565℃の混合
溶融塩中で２時間処理することにより行つた。
以上のように構成したランナ１の表面にはビツ
カース硬さHv250前後の窒素化合物層が、また、
表面から0.4〜1.0mmの層には、硬さがHv120で間
部層と同等だが耐キヤビテイシヨン・エロージヨ
ン性を有する窒素拡散層が形成されている。よつ
て、このランナ１は、表面の硬質で脆い窒素化合
物層が削り取られた後も、その下の窒素拡散層に
よりキヤビテイシヨン・エロージヨンが防止さ
れ、耐久性が大幅に向上し、その寿命は、従来の
数倍以上になつている。
カース硬さHv250前後の窒素化合物層が、また、
表面から0.4〜1.0mmの層には、硬さがHv120で間
部層と同等だが耐キヤビテイシヨン・エロージヨ
ン性を有する窒素拡散層が形成されている。よつ
て、このランナ１は、表面の硬質で脆い窒素化合
物層が削り取られた後も、その下の窒素拡散層に
よりキヤビテイシヨン・エロージヨンが防止さ
れ、耐久性が大幅に向上し、その寿命は、従来の
数倍以上になつている。
次にキヤビテイシヨン・エロージヨン試験によ
り、本考案の効果を示す。
り、本考案の効果を示す。
本試験は、磁歪振動式のキヤビテイシヨン・エ
ロージヨン試験装置（型式ET−50SM−1A，容
量500W、振動数16.7kHz）により行つた。試験片
としては、従来のものとして低炭素鋼SS41と溶
接構造用低炭素鋼SM41B、本考案にかかるもの
としてSM41Bに浸硫窒化法により窒化処理を施
したものを用い、それぞれの形状はφ16×18×
φ18×10（mm）の断付棒状体である。この結果
は、図面を参照しながら説明する。
ロージヨン試験装置（型式ET−50SM−1A，容
量500W、振動数16.7kHz）により行つた。試験片
としては、従来のものとして低炭素鋼SS41と溶
接構造用低炭素鋼SM41B、本考案にかかるもの
としてSM41Bに浸硫窒化法により窒化処理を施
したものを用い、それぞれの形状はφ16×18×
φ18×10（mm）の断付棒状体である。この結果
は、図面を参照しながら説明する。
第２図は、キヤビテイシヨン・エロージヨンに
よる重量減少量を示すグラフであり、試験流体に
は、人工海水（ASTMD−1141）および淡水を
用い、温度は298K（25℃）、振幅40μmでの結果を
示す。同図から明らかなように、窒化処理を施し
たものの重量減少量は、未処理のものの1/5程度
である。すなわち、本考案にかかるランナは従来
のものと比べて寿命が５倍程度に増大していると
考えられる。
よる重量減少量を示すグラフであり、試験流体に
は、人工海水（ASTMD−1141）および淡水を
用い、温度は298K（25℃）、振幅40μmでの結果を
示す。同図から明らかなように、窒化処理を施し
たものの重量減少量は、未処理のものの1/5程度
である。すなわち、本考案にかかるランナは従来
のものと比べて寿命が５倍程度に増大していると
考えられる。
第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、淡水によるキヤビテ
イシヨン・エロージヨン試験後の各試験片の表面
荒さを測定した結果を示す。第３図ａは淡水によ
る270分間の試験後のSS41の試験片、ｂは淡水中
120分間の試験後のSM41Bの試験片、ｃは淡水に
よる270分間の試験後のSM41B窒化処理試験片、
ｄは試験前の試験片の表面状態を表す図である。
これらの図面に示すように、本考案にかかるｃ
は、非常になめらかでキヤビテイシヨン・エロー
ジヨンの発生が非常に少ないことがわかる。
イシヨン・エロージヨン試験後の各試験片の表面
荒さを測定した結果を示す。第３図ａは淡水によ
る270分間の試験後のSS41の試験片、ｂは淡水中
120分間の試験後のSM41Bの試験片、ｃは淡水に
よる270分間の試験後のSM41B窒化処理試験片、
ｄは試験前の試験片の表面状態を表す図である。
これらの図面に示すように、本考案にかかるｃ
は、非常になめらかでキヤビテイシヨン・エロー
ジヨンの発生が非常に少ないことがわかる。
第４図ａ，ｂ，ｃは、これらの各試験片の表面
金属組織を表すマクロ写真である。これらは第３
図のａ，ｂ，ｃに対応する。これらの写真から
も、本考案にかかるｃが非常になめらかであるこ
とがわかる。
金属組織を表すマクロ写真である。これらは第３
図のａ，ｂ，ｃに対応する。これらの写真から
も、本考案にかかるｃが非常になめらかであるこ
とがわかる。
第５図ａ，ｂ，ｃは、これらの各試験片の断面
の金属組織を表す顕微鏡写真である。これらの写
真では、黒色の部分は背景であり、白色の金属組
織を示す部分が表層の損失状態を示している。こ
れらの写真によつても本考案にかかる窒化処理を
施した試験片の損傷が極めて少いことが明らかで
ある。なお、ｃの試験片においては、表層の窒素
化合物は削りとられており、その下の窒素拡散層
によりキヤビテイシヨン・エロージヨンの発生を
防いでいる。また各試験片の試験前のビツカース
硬さは下記の通りである。
の金属組織を表す顕微鏡写真である。これらの写
真では、黒色の部分は背景であり、白色の金属組
織を示す部分が表層の損失状態を示している。こ
れらの写真によつても本考案にかかる窒化処理を
施した試験片の損傷が極めて少いことが明らかで
ある。なお、ｃの試験片においては、表層の窒素
化合物は削りとられており、その下の窒素拡散層
によりキヤビテイシヨン・エロージヨンの発生を
防いでいる。また各試験片の試験前のビツカース
硬さは下記の通りである。
(a) 表面付近、内部ともHv135前後
(b) 表面付近、内部ともHv120前後
(c) 表面付近、Hv250前後
表面から１mm以上の内部Hv120前後
Ｈ 考案の効果
以上、実施例とともに具体的に説明したよう
に、本考案によれば、水車のランナの表層に表面
窒化処理層を形成することにより、耐キヤビテイ
シヨン・エロージヨン性を付与することができ耐
久性を大幅に向上させることができる。よつてこ
のランナと用いた水車は、例えば砂粒などの混在
している流速の大きい河川中で使用しても長期に
わたり信頼性を維持することができ、その寿命は
従来の５倍程度になる。
に、本考案によれば、水車のランナの表層に表面
窒化処理層を形成することにより、耐キヤビテイ
シヨン・エロージヨン性を付与することができ耐
久性を大幅に向上させることができる。よつてこ
のランナと用いた水車は、例えば砂粒などの混在
している流速の大きい河川中で使用しても長期に
わたり信頼性を維持することができ、その寿命は
従来の５倍程度になる。
第１図ａはクロスフロー水車のランナの構造を
表す部分側面図、第１図ｂはそのＡ−A′線断面
図、第２図はキヤビテイシヨン・エロージヨンに
よる重量減少量を示すグラフ、第３図ａ，ｂ，
ｃ，ｄはキヤビテイシヨン・エロージヨン試験片
の表面状態を表すグラフ、第４図ａ，ｂ，ｃは同
試験片の表面金属組織を表すマクロ写真、第５図
ａ，ｂ，ｃは同試験片の断面の金属組織を表す顕
微鏡写真、第６図はクロスフロー水車の一部断面
斜視図、第７図はクロスフロー水車の水流を概念
的に表す説明図、第８図はキヤビテイシヨン・エ
ロージヨンを生じた従来のランナの表面の金属組
織を表す外観写真、第９図は、そのランナの断面
の金属組織を表す顕微鏡写真である。 図面中、１はランナ、１ａはランナブレード、
１ｂは支持板、３は回転軸である。
表す部分側面図、第１図ｂはそのＡ−A′線断面
図、第２図はキヤビテイシヨン・エロージヨンに
よる重量減少量を示すグラフ、第３図ａ，ｂ，
ｃ，ｄはキヤビテイシヨン・エロージヨン試験片
の表面状態を表すグラフ、第４図ａ，ｂ，ｃは同
試験片の表面金属組織を表すマクロ写真、第５図
ａ，ｂ，ｃは同試験片の断面の金属組織を表す顕
微鏡写真、第６図はクロスフロー水車の一部断面
斜視図、第７図はクロスフロー水車の水流を概念
的に表す説明図、第８図はキヤビテイシヨン・エ
ロージヨンを生じた従来のランナの表面の金属組
織を表す外観写真、第９図は、そのランナの断面
の金属組織を表す顕微鏡写真である。 図面中、１はランナ、１ａはランナブレード、
１ｂは支持板、３は回転軸である。
Claims (1)
- 複数のランナブレードと、このランナブレード
を円筒状に配置して支持する支持板とを有し、前
記支持板に設けられた回転軸により水車ケーシン
グに支持される水車のランナにおいて、低炭素鋼
で形成された前記ランナブレードおよび前記支持
板の表層に窒化処理層を形成したことを特徴とす
る水車のランナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985021855U JPH0426697Y2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985021855U JPH0426697Y2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61138874U JPS61138874U (ja) | 1986-08-28 |
| JPH0426697Y2 true JPH0426697Y2 (ja) | 1992-06-26 |
Family
ID=30513621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985021855U Expired JPH0426697Y2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0426697Y2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5798660A (en) * | 1980-12-08 | 1982-06-18 | Toshiba Corp | Apparatus using water and its manufacture |
| JPS58130269A (ja) * | 1982-01-28 | 1983-08-03 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 硬化深さの大きな軟窒化処理物品の製法 |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP1985021855U patent/JPH0426697Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61138874U (ja) | 1986-08-28 |
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