(57)【要約】【課題】  溶接を必要としない弁取り付け方法および耐エロージョン性に富む弁を提供すること。【解決手段】  一つの耐エロージョン弁２０は、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座１３および弁体側弁座１４の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果を利用して締結した。もう一つの耐エロージョン弁２０は、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座１４および弁体側弁座１３の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果もしくは超弾性によって弁にかかる応力を可逆的に吸収した。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座および弁体側弁座の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果を利用して締結したことを特徴とする耐エロージョン弁。
【請求項２】
Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座および弁体側弁座の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果もしくは超弾性によって弁にかかる応力を可逆的に吸収したことを特徴とした耐エロージョン弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金を用いた弁とその作用に関し、詳しくは火力および原子力発電所などの給水系の耐エロージョン弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金とりわけ、Ｔｉ・Ｎｉ系合金が、マルテンサイト変態の逆変態に伴い顕著な形状記憶効果および超弾性を示すことは良く知られている。
【０００３】
実用的には、加熱によって形状が回復する形状記憶用途として、温水シャワーバルブ、温室窓開閉装置、コーヒーメーカ等、また加熱を伴わないバネ機能の超弾性用途として、携帯電話アンテナ、メガネフレーム、医療用ガイドワイヤ等がある。
【０００４】
また、配管などへの用途として、形状記憶合金の加熱による形状回復特性を利用した配管用継ぎ手、過熱によって繰り返し使用可能なメタルパッキンなどが挙げられる。
【０００５】
ところで、配管等の弁において問題となるキャビテーション・エロージョンという現象がある。ここで、キャビテーションとは、液体が急激な圧力変化を受けて、液体の静圧が蒸気圧より低下すると、液体中に溶存する空気や液体の気化によって気泡（Ｃａｖｉｔｙ）が生じる現象である。この気泡が高圧部で急激に圧縮されて崩壊すると、その際に大きな衝撃圧を発生する。これが材料の表面近傍で起こり、ある大きさ以上の強い衝撃が加わるとその部分が損傷（Ｅｒｏｓｉｏｎ）を受ける。このような気泡の発生と崩壊が繰り返され、衝撃圧による攻撃で材料表面に著しく損傷が起こることをキャビテーション・エロージョンと呼んでいる。
【０００６】
火力および原子力発電所の給水系の弁は、圧力：３００ｋｇ／ｃｍ２以下、温度：３００℃以下で使用されるが、従来は、このような弁の弁座には，Ｃｒ：約３０％、Ｃ：約１％、Ｗ：約４％、残部はＣｏよりなるＣｏ基合金であるステライトの硬化肉盛溶接が適用されてきた。
【０００７】
前述した弁の弁座において、ステライトを弁座に適用する作業工程は、溶接開先加工、肉盛溶接、後熱処理、仕上加工、摺合わせという工程で実施される。ステライトの肉盛溶接は、酸素−アセチレン火焔を用いるガス溶接、アーク溶接であるティグ溶接およびプラズマ溶接が適用される。
【０００８】
ここで、ガス溶接は、ステライトの特性を最もよく発揮出来るが、この溶接は高度の熟練した技能者を必要とし、かつ、その作業は高熱作業である。このため、現状では、このような技能者は少なくなる傾向にあり、ティグあるいはプラズマ・アーク溶接を採用する企業が増加している。しかし、アーク溶接では、母材を過度に溶融してステライトの希釈を生じさせ特性を劣化させる欠点がある。
【０００９】
また、小型弁の弁箱側弁座の溶接では、アーク溶接のノズルが、弁の溶接孔より大きく直接、弁座に溶接出来ないので、弁箱を弁座部とパッキング部あるいは弁座部と本体部とに分離して、先ず、弁座郎にステライトの肉盛を行い、その後に弁座部とパッキング部あるいは本体部とを溶接するという工程が余計に加わるという欠点があった。
【００１０】
また、ステライトは、Ｃｏ−Ｃｒ基のマトリックスの中に、タングステンの炭化物：ＷＣあるいはクロムの炭化物：ＣｒＣが分布している。
【００１１】
このため、ステライトを玉型弁弁座に適用すると、流体を絞る時に弁座の前後に高い差圧が生じ、炭化物隣接部が優先的にエロージョンされて弁座が損傷するという欠点があった。
【００１２】
このようにステライト肉盛では、実用性の高いアーク鎔接が、特に小型弁の弁箱側弁座に対しては直接溶接が困難であるという欠点があると共に、玉型弁の弁座に適用した場合には、耐エロージョン性が劣るという欠点があった。
【００１３】
また、一般的に、調整弁等でのエロージョン損傷は，主として「キャビテーション」および「高速せん断流」が原因となっているが、ステライトは，キャビテーションエロージョンに対しては優れた耐エロージョン性を示す材料であるが，高速せん断流に対する耐エロージョン性はＳＵＳ系材料よりも劣る欠点を有してる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の技術的課題は、溶接を必要としない弁取り付け方法および耐エロージョン性に富む弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、形状記憶合金、とりわけＴｉ−Ｎｉ系合金の形状記憶効果もしくは超弾性による歪の可逆的解消機能が、該合金を弁として用いた場合、耐エロージョン性に富むことを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【００１６】
即ち、本発明によれば、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座および弁体側弁座の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果を利用して締結したことを特徴とする耐エロージョン弁が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金弁であって、弁の弁箱側弁座および弁体側弁座の双方あるいは一方に、該合金の形状記憶効果もしくは超弾性によって弁にかかる応力を可逆的に吸収したことを特徴とした耐エロージョン弁が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、溶接を必要としない弁取り付け方法および耐エロージョン性に富む弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（イ）まず、合金作製について説明する。
【００２１】
下記表１に示す種々の合金を作製し、評価試験片および実機用弁を得た。すなわち、アルゴンアーク溶解によって所定の合金を作製し、熱間加工、冷間加工によって約５ｍｍの板とした。その後、評価試験片および実機用弁にそれぞれ加工し、９００℃、３０分の熱処理を行った。
【表１】
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（ロ）次に、形状記憶特性評価について説明する。
【００２２】
上述の試験片を示差走査熱量肝（ＤＳＣ）によって変態の有無を調べた結果、いずれも顕著なマルテンサイト変態および逆変態が見られた。またドライアイスアルコール（約−６０℃）中で変形、沸騰水加熱によって良好な形状記憶効果を確認した。
【００２３】
（ハ）耐エロージョン性の評価について説明する。
【００２４】
本発明によるＴｉ−Ｎｉ系合金の耐エロージョン性の評価は、ＪＩＳ  Ｒ  １６１５に規定しているファインセラミックスの噴流エロージョン試験方法に準拠して実施した。（本試験法は，エロージョン損傷原因となる「キャビテーション」および「高速せん断流」の両方を同時に評価できる。）
評価試験は、圧力：１５０ｋｇ／ｃｍ２、温度：１５０℃の高温高圧水を生成させ、ノズルで噴流として試験片に試験時間：２．７８時間衝突させて、それによって試験片に生じた損傷断面積を比較することで行った。本試験では、比較例としてステライト製試験片も併せて行った。
【００２５】
図１は、噴流エロージョン試験片の断面を示した図である。図１（ａ）に示すように、試験片１は、支持プレート２に張り合わされている。
【００２６】
図２（ａ）は、噴流エロージョン試験装置の全体構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の噴流エロージョン試験装置の断面を示した図である。図２（ａ）において、高温高圧水を生成する部分は符号３で示され、図２（ｂ）においては、試験部４で示される。図２（ｂ）に示すように、試験部４にはフィルター５があり、その下方にノズル８が設けられている。このノズル８で、径０．３ｍｍの噴流７を形成させて、支持ロッド９に設けられた試験片１に衝突させた。
【００２７】
下記表２に噴流エロージョン試験後の試験片の表面粗さを粗さ計で測定して、その損傷断面積を比較して示したものである。表２にみるように、ステライトに比べてＴｉ−Ｎｉ系合金が耐エロージョン性は優れており、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｐｂ合金およびＴｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金が更に優れた耐エロージョン性を示すことを確認した。
【表２】
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（ニ）実弁への適用について説明する。
【００２８】
実弁の例として、玉型弁の弁座への適用例を示す。
【００２９】
図３（ａ）は本発明の第１の実施の形態における口径２５ｍｍの円錐形弁座を有する玉型弁の全体構成を示す断面図である。図３（ｂ）は（ａ）の玉型弁の要部を示す部分断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、玉型弁２０は、弁箱１１と、弁箱１１の空間１２内に、軸方向に移動可能に設けられた弁体ロッド２１と、弁体ロッド２１の上端に設けられ、弁体ロッドを昇降させるハンドル１８と、ハンドルを支持する支持部材１９を備えている。弁体ロッド２１の先端には、弁体２２が設けられている。弁体２２の先端は、テーパ状をなしており、円錐台２４と、これよりも径の小さな円錐台２３を同軸状に設けることで、リング状で且つ内外周面にテーパ面を備えた弁体側弁座１４が装着される。また、弁箱１２側では、通路２６の開口側に、通路からやや広がるように設けられた円錐台状の孔部２７と、この孔部とは段をなすように、やや径やや径の広い円錐台状の孔部２５が設けられ、ここに、同様にリング状で且つ内外周面にテーパ面を備えた弁座１３が装着される。
【００３０】
したがって、玉型弁２０には、弁箱１２に３６°の角度を有する弁箱側弁座１３があり、３５°の角度を有する弁体側弁座１４を引き上げることによって流体を流し、また、押し込むことによって流量や圧力の調節を行い、締め切ることによって流体を遮断する。
【００３１】
図４は、本発明の第２の実施の形態による弁箱側弁座を示す部分分解組立断面図である。図４に示すように、第２の実施の形態における玉型弁においては、弁箱側弁座の構成が異なるほかは、第１の実施の形態と同様な構成を備えているので、弁箱側弁座のみについて説明する。即ち、弁箱側弁座１５は、Ｎｏ．１合金で製作されており、弁箱側弁座１５は、リング状で、且つ外周面が円筒面、内周面に上方に向かって次第に径が大きくなるテーパ面を備えた形状を有している。弁箱側弁座１５の取付けは、弁箱１６の炭素鋼母材に弁座取付け用の円周状溝１７を加工した。また、別途に弁箱側弁座１５を、予め弁座外径が溝径より小さくなるように、温度：５００℃で形状記憶させた後、室温で変形させて弁箱側弁座１５の内径を弁座取付け溝１７の外径より大きくした。この弁箱側弁座１５を取付け溝１７にはめ込み、温度：１００℃に加熱して、形状回復させ弁箱１６と弁箱側弁座１５とを締結した。
【００３２】
このようにして製作した弁座を有する口径：２５ｍｍの玉型弁を発電所の給水系配管に取り付け、圧力：８８Ｋｇ／ｃｍ２、温度：２８８℃で使用したが、良好な弁の締切り特性と耐エロージョン性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る耐エロージョン弁は、火力および原子力発電所などの給水系の耐エロージョン弁に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は噴流エロージョン試験片を示した断面図である。
【図２】（ａ）は噴流エロージョン試験装置の全体構成概略図である。（ｂ）は（ａ）の試験装置の要部を示す断面図である。
【図３】（ａ）は玉型弁の全体構成を示す断面図である。（ｂ）は（ａ）の玉型弁の要部を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による玉型弁の弁箱側弁座の部分組立分解断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    試験片
２    支持プレート
３    高温高圧水を生成する部分
４    試験部
５    フィルター
６    ノズル
７    噴流
９    支持ロッド
１０    試験装置
１１，１６    弁箱
１２    空間
１３，１５    弁箱側弁座
１４    弁体側弁座
１７    取り付け溝
１８    ハンドル
１９    支持部
２０    玉型弁
２１    弁体ロッド
２２    弁体
２３，２４    円錐台
２５，２７    孔部
２６    通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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