(57)【要約】      （修正有）【課題】流体ガス中の粉体濃度が薄いなどの場合であっても、短時間で摩耗箇所を予測でき、また、実機などの複雑形状・配列であっても耐摩耗特性を観測することができる摩耗試験方法を提供する。【解決手段】粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するに際して、実機または実機を模した試験体の表面に、粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成し、その粉末層を形成した実機または試験体を流体ガス環境下に晒して実機または試験体表面に形成した粉末層の剥がれ箇所を観察する摩耗試験方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するに際して、実機または実機を模した試験体の表面に、粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成し、その粉末層を形成した実機または試験体を前記流体ガス環境下に晒して実機または試験体表面に形成した粉末層の剥がれ箇所を観察することを特徴とする摩耗試験方法。
【請求項２】
前記粉末スラリは、土、粘土、シルト、泥、小麦粉、石灰、砥の粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムから選ばれる粉末を水で希釈してなる請求項１に記載の摩耗試験方法。
【請求項３】
前記粉末スラリの粉末の平均粒径ｄ１は、前記流体ガス中の粉体の平均粒径をｄ２としたとき、その粉体の平均粒径ｄ２より小さくされる請求項１または２に記載の摩耗試験方法。
【請求項４】
前記試験体が、塩化ビニル樹脂で形成した熱交換器の模型からなり、その模型の表面に粉末スラリを塗布して乾燥させ、その後石炭灰を含む流体ガスを前記模型に流して剥がれ箇所を観察する請求項１〜３いずれかに記載の摩耗試験方法。
【請求項５】
粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するための摩耗試験装置において、表面に粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成した実機または試験体が設置されたケーシングと、そのケーシングの上流側に設けられ、粉体を含んだ流体ガスを前記ケーシング内に均一に分配して流すための流体ガス供給手段とを備えたことを特徴とする摩耗試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を観測する摩耗試験方法および摩耗試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機は、機械的強度の他に、粉体を含んだ流体ガスに対する耐摩耗特性が要求されることから、これら実機の耐摩耗特性を予め知っておくことが望ましい。
【０００３】
従来、これら実機の耐摩耗特性を試験する方法および装置としては、例えば、所定の位置に設置された試験片に重量落下あるいは圧縮空気などにより加速された粉体供給源からの粉体を所定時間衝突させ、その後の試験片の重量、または表面の摩耗深さなどを測定して試験片、すなわち実機の耐摩耗特性を試験する方法および装置が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６２１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の試験方法および試験装置では、実機環境下で耐摩耗特性を観測できない問題がある。すなわち、流体ガス中の粉体濃度が薄い、粉体が小さい、流体ガスの速度が遅いなどの場合には試験片が摩耗せず、耐摩耗特性を観測できない。試験片が摩耗する場合でも、耐摩耗特性を試験するのに相当の試験時間が必要である。
【０００６】
また、実機は流体ガスに対して一様な摩耗環境に晒される訳ではなく、特定の箇所のみ摩耗する傾向にある。すなわち、材料の形状・配列（例えばボイラの配列群など）の影響により摩耗しやすい箇所と摩耗しにくい箇所がある。
【０００７】
しかし、従来の試験方法および試験装置では、試験片を用いて耐摩耗特性を試験していたので、耐摩耗特性に対する材料の形状・配列の影響が把握できない問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、流体ガス中の粉体濃度が薄いなどの場合であっても、短時間で摩耗箇所を予測でき、また、実機などの複雑形状・配列であっても耐摩耗特性を観測することができる摩耗試験方法および摩耗試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するに際して、実機または実機を模した試験体の表面に、粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成し、その粉末層を形成した実機または試験体を前記流体ガス環境下に晒して実機または試験体表面に形成した粉末層の剥がれ箇所を観察する摩耗試験方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、前記粉末スラリは、土、粘土、シルト、泥、小麦粉、石灰、砥の粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムから選ばれる粉末を水で希釈してなる請求項１に記載の摩耗試験方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、前記粉末スラリの粉末の平均粒径ｄ１は、前記流体ガス中の粉体の平均粒径をｄ２としたとき、その粉体の平均粒径ｄ２より小さくされる請求項１または２に記載の摩耗試験方法である。
【００１２】
請求項４の発明は、前記試験体が、塩化ビニル樹脂で形成した熱交換器の模型からなり、その模型の表面に粉末スラリを塗布して乾燥させ、その後石炭灰を含む流体ガスを前記模型に流して剥がれ箇所を観察する請求項１〜３いずれかに記載の摩耗試験方法である。
【００１３】
請求項５の発明は、粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するための摩耗試験装置において、表面に粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成した実機または試験体が設置されたケーシングと、そのケーシングの上流側に設けられ、粉体を含んだ流体ガスを前記ケーシング内に均一に分配して流すための流体ガス供給手段とを備えた摩耗試験装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流体ガス中の粉体濃度が薄いなどの場合であっても、短時間で摩耗箇所を予測でき、また、実機などの複雑形状・配列であっても耐摩耗特性を観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、熱交換器の摩耗試験に用いる摩耗試験装置の一例を示す概略的な側断面図であり、図１（ｂ）は、その概略的な正面図であり、図１（ｃ）は、熱交換器を構成する伝熱管の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
本実施の形態に係る摩耗試験方法は、粉体を含んだ流体ガス環境下に晒される実機の耐摩耗特性を評価するに際して、実機を模した試験体の表面（実機において耐摩耗特性を評価したい箇所）に、粉末スラリを塗布した後乾燥させて粉末層を形成し、その粉末層を形成した試験体を流体ガス環境下に晒して試験体表面に形成した粉末層の剥がれ箇所を観察する方法である。
【００１８】
評価対象の実機としては、例えば、ガスタービンブレード、ファンブレード、インペラ、プロペラ、サイクロン、サンドブラストのノズル、熱交換器などが挙げられる。試験体として、これら実機を模した試験体を用いることができる。
【００１９】
粉末スラリは、土、粘土、シルト、泥、小麦粉、石灰、砥の粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムから選ばれる粉末を水で希釈したものである。なお、この他にも試験体に均一に塗布でき、かつ乾燥させたときに適度に剥がれやすいものであれば粉末として利用できる。
【００２０】
粉末を水で希釈する際には、試験体の材質や形状に合わせ、これら試験体に均一に塗布できるように希釈倍率を調整するとよい。
【００２１】
また、粉末スラリの粉末の平均粒径ｄ１は、流体ガス中の粉体の平均粒径をｄ２としたとき、その粉体の平均粒径ｄ２より小さいとよい。これは、粉末スラリの粉末の平均粒径ｄ１が流体ガス中の粉体の平均粒径ｄ２より大きいと、試験体を流体ガス環境下に晒したときに、流体ガス中の粉体が試験体表面の粉末層の粉末粒子間の僅かな凹凸に堆積し、正確な耐摩耗特性の評価が困難となるからである。
【００２２】
試験体の表面に、粉末スラリを塗布する際には、なるべく均一に塗布するとよい。これも、正確な耐摩耗特性の評価を行うためである。
【００２３】
粉末スラリの塗布には、様々な方法を用いることができ、特に限定するものではないが、例えば、エアーブラシで吹き付けたり、試験体を粉末スラリ中に浸して塗布するとよい。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る摩耗試験方法の作用を説明する。
【００２５】
試験体の表面に粉末層を形成した後、その試験体を実機と同様の配列で、流体ガス環境下に晒すと、試験体表面の粉末層が流体ガス中の粉体の衝突によって剥がれる。試験体に塗布される粉末としては、上述したように剥がれやすいものを用いているため、粉体を含んだ流体ガスを衝突させると、短時間で剥がれる。
【００２６】
よって、この粉末層の剥がれ箇所を観察することで、実際には数年かかって観察される摩耗箇所を、数時間で観察することができる。
【００２７】
また、流体ガス中の粉体濃度が薄い、粉体が小さい、流体ガスの速度が遅いなどの従来観測しにくかった環境下でも、試験体の表面の粉末層が剥がれやすいため、摩耗箇所を予測することができる。
【００２８】
さらに、本発明では、従来のように試験片を用いず、実機を模した試験体を用いて、その摩耗箇所を観測することができるので、複雑形状・配列の耐摩耗特性への影響を把握することができる。
【００２９】
また、試験体の剥がれ箇所を所定時間毎に観察することで、摩耗しやすい箇所（＝粉末層が剥がれやすい箇所）、摩耗しにくい箇所（＝粉末層が剥がれにくい箇所）を把握することができる。
【００３０】
以上要するに、本実施の形態に係る摩耗試験方法によれば、実機を模した試験体の表面に、粉末スラリを塗布した後乾燥させて試験体の表面に粉末層を形成し、その粉末層を形成した試験体を流体ガス環境下に晒して試験体表面に形成した粉末層の剥がれ箇所を観察することで、流体ガス中の粉体濃度が薄いなどの場合であっても、試験体に形成された粉末層が剥がれるため、短時間で摩耗箇所を予測でき、また、実機を模した試験体を用いて観測を行えるので、実機と同様の複雑形状・配列であっても耐摩耗特性を評価することができる。
【００３１】
本発明では粉末スラリとして、土、粘土、シルト、泥、小麦粉、石灰、砥の粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムから選ばれる粉末を用いているため、試験体の表面に均一に塗布することができ、また、乾燥させたときに適度に剥がれて正確な耐摩耗特性の評価を行うことができる。
【００３２】
この粉末スラリの粉末の平均粒径ｄ１を、流体ガス中の粉体の平均粒径をｄ２としたとき、その粉体の平均粒径ｄ２より小さくすることで、試験体に塗布した粉末粒子間の僅かな凹凸に、流体ガス中の粉体が堆積するのを防止できる。これにより、正確な耐摩耗特性の評価を行うことができる。
【００３３】
上述の実施の形態においては、実機を模した試験体を用い、その表面に形成した粉末層の剥がれを観察したが、実機自体の表面に粉末層を形成し、その剥がれを観察してもよい。この場合も、短時間で摩耗箇所を予測できる。
【００３４】
次に、熱交換器の耐摩耗特性を評価する場合について、その評価に用いる本発明の摩耗試験装置と共に説明する。
【００３５】
図１（ａ）は、熱交換器の摩耗試験に用いる本発明の摩耗試験装置の一例を示す概略的な側断面図であり、図１（ｂ）は、その概略的な正面図であり、図１（ｃ）は、熱交換器を構成する伝熱管の概略図である。
【００３６】
摩耗試験に用いる本発明の摩耗試験装置をその動作と共に図１（ａ）、（ｂ）により説明する。
【００３７】
本発明の摩耗試験装置１０は、ケーシング１１内に設置した実機を模した試験体１２を、実機と同様の流体ガス環境下に晒し、実機の耐摩耗特性を評価するための装置である。
【００３８】
先ず、試験体１２として、図１（ｃ）に示すように塩化ビニル樹脂で形成した伝熱管模型１３をある間隔で配列させた熱交換器の模型を用意する。この他にも様々な形状の拡張フィンを有する伝熱管を配列させた熱交換器の模型、あるいは実機を用いることができる。
【００３９】
塩化ビニル樹脂は撥水性が大きく、粉末スラリの塗布が困難であるので、金属の錆止めなどを下地として使用したり、表面にヤスリなどで傷を付けるとよい。
【００４０】
熱交換器が晒される流体ガス環境として、例えば石炭灰を含んだ流体ガス環境がある。この石炭灰を含んだ流体ガス環境下での耐摩耗特性を評価したい場合、石炭灰の平均粒径は５０μｍと小さいので、粉末スラリの粉末としては平均粒径が５０μｍより小さい砥の粉を用いるとよい。
【００４１】
砥の粉を水で希釈して粉末スラリを生成し、これを試験体１２の各伝熱管模型１３表面に均一に塗布し、これを乾燥させる。
【００４２】
この試験体１２を設置するケーシング１１は、主に試験体１２が設置される設置ダクト１１ａからなり、その設置ダクト１１ａの上流側には、フランジＦを介して上部助走ダクト１６と粒子分配ダクト１７が順次接続され、設置ダクト１１ａの下流側には、フランジＦを介して下部助走ダクト１８と排気ダクト１９が順次接続される。
【００４３】
設置ダクト１１ａには、フタ１１ｂが取り付けられており、簡単に試験体１２の各伝熱管模型１３を設置あるいは取り出すことができるようになっている。
【００４４】
流体ガス供給手段ＧINは、粒子分配ダクト１７内に設けられたアッシュ分配管２０と、そのアッシュ分配管２０に接続され、粉体（ここでは砥の粉）を空送する粉体供給ライン２１と、アッシュ分配管２０にボール弁２３を介して接続され、流体ガスとしての空気を導入する導入管２２とで構成される。
【００４５】
この流体ガス供給手段ＧINは、粉体供給ライン２１より所望の粉体をアッシュ分配管２０に供給し、同時に導入管２２から空気をアッシュ分配管２０に供給することで、粉体を含んだ流体ガスを試験体１２へ流す。
【００４６】
設置ダクト１１ａ内の試験体１２に粉体を含む流体ガスが均一に流れるように上部助走ダクト１６内部はハニカム構造にされる。また、下部助走ダクト１８も、排気ダクト１９によって流体ガスの偏流を防止するために、内部をハニカム構造にするとよい。
【００４７】
排気ダクト１９には、流体ガス中の粉体を回収・除去するためのバグフィルタ２４が接続されており、粉体が外部に流出しないようになっている。
【００４８】
このような構造の摩耗試験装置１０を用いることで、実機の流体ガス環境を模擬できる。
【００４９】
この摩耗試験装置１０を用いて熱交換器の耐摩耗特性を評価するには、試験体１２を実機と同様のガス環境下に晒すべく、アッシュ分配管２０に粉体供給ライン２１から所望濃度の粉体を供給すると共に導入管２２から空気を導入し、かつ実機を模してその流体ガスの流量を適宜変えることで、試験体１２に粉体を含んだ流体ガスを流して実機と同様の流体ガス環境下に晒す。
【００５０】
この際、流体ガスに含まれる粉体は、試験体１２の各伝熱管模型１３の表面に接触し、各伝熱管模型１３の表面に形成された粉末層を削りながら流れるので、粉末層は、流体ガスの粉体がより多く接触する部分から剥がれる。
【００５１】
この剥がれ箇所は、実機においての摩耗箇所と見なすことができ、実際には数年かかって観察される摩耗箇所を、数時間で確認することができる。
【００５２】
試験体１２を所定時間、例えば２時間流体ガス環境下に晒した後、流体ガスを流すのを止め、設置ダクト１１ａから試験体１２の各伝熱管模型１３を取り出すなどして、粉末層の剥がれ箇所を観察することができる。
【００５３】
また、剥がれ箇所を観察した試験体１２の各伝熱管模型１３を再び設置ダクト１１ａに設置し、流体ガスを流して流体ガス環境下に晒し、試験体１２の各伝熱管模型１３の剥がれ箇所を、例えば４時間後、８時間後というように所定時間毎に観測し、摩耗箇所の経時変化を観察することで、どの部分が摩耗しやすいのか、またどの部分が摩耗しにくいのかといった耐摩耗特性を把握することができる。
【００５４】
以上要するに、本発明の摩耗試験装置１０によれば、試験体１２に粉体を含んだ流体ガスを流して実機と同様の流体ガス環境下に晒し、粉末層の剥がれ箇所を観察することで、実機の摩耗箇所を短時間で確認することができ、また粉末層の剥がれ箇所を経時的に観察することで、実機の耐摩耗特性を評価することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  摩耗試験装置
１１  ケーシング
１２  試験体
１３  伝熱管模型
１６  上部助走ダクト
１７  粒子分配ダクト
１８  下部助走ダクト
１９  排気ダクト
２０  アッシュ分配管
２１  粉体供給ライン
２２  導入管
２３  ボール弁
２４  バグフィルタ
ＧIN  流体ガス供給手段
【図１】
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