JP4863914B2

JP4863914B2 - 金属接触部の封水装置

Info

Publication number: JP4863914B2
Application number: JP2007082773A
Authority: JP
Inventors: 真太郎畑岡
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008240913A

Description

この発明は、金属部材の接触部の隙間に水溶液が存在する機器類における金属接触部の封水装置に関し、特に接触部の隙間腐食を抑制することが可能な金属接触部の封水装置に関する。

水溶液中において異なる種類の金属を接触した状態で固定すると、金属間に電位差が生じ接触面で腐食が進行する。また、同じ種類の金属であっても水溶液の酸素濃度の違いによる（酸素濃淡電池）や、水溶液の異物等による通気差腐食（隙間腐食）が生じる。水力発電に使用される水車等の構成部品に上記の腐食が発生した場合は、腐食部を機械加工等により削正修理し、削正修理した部品を再利用している。

図５は、従来の機器類における金属接触部の封水装置の一例を示している。図５において、符号１は一方の金属部材を示しており、符号２は他方の金属部材を示している。金属部材１の端面１ａと金属部材２の端面２ａは接触しており、接触部位にはシール部材３が設けられている。金属部材１と金属部材２との内側には水溶液４が満たされており、端面１ａと端面２ａとの間の隙間には水溶液４が存在している。端面１ａと端面２ａとの接触部が隙間腐食により腐食が進行した場合には、端面１ａと端面２ａが機械加工等により削正され、金属部材１と金属部材２は再利用される。

水溶液による金属部材の腐食を抑制する技術の一例として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１は、管路に設けられる弁の耐食構造に関するものであり、弁箱の内周面に耐食性金属材からなるライナをプラグ溶接により固定している。
実開平６−１６７９１号公報

しかし、封水効果を維持するため金属接触部における腐食部の削正量には限界があり、腐食部の削正量が限界を超える場合は、腐食部以外の箇所に異常がなくとも金属部材をそっくり交換せざるを得ないという問題がある。特に水力発電用の水車等においては、交換対象となる金属部材が大型になるので、一部の隙間腐食のために金属部材をそっくり交換することは、非常に多額の費用を必要とする。

そこでこの発明は、金属部材の接触部における隙間腐食の進行を抑制することができ、かつ腐食部の削正量が限界に達した場合であっても、金属部材をそっくり交換する必要のない金属接触部の封水装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、金属部材の接触部の隙間に水溶液が存在する機器類において、前記接触部の一方の金属部材に、該金属部材よりも高い耐食性を有する第一のライナを取付け、前記接触部の他方の金属部材に、該金属部材よりも高い耐食性を有し前記第一のライナと接触する第二のライナを取付け、かつ、前記第一のライナと第二のライナは、締結手段により前記各金属部材に取外し可能に固定されていることを特徴とする金属接触部の封水装置である。

請求項１に記載の発明によれば、金属部材よりも高い耐食性を有する第一のライナと第二のライナを接触させているので、金属部材同士が接触する場合よりも隙間腐食の進行を抑制することができる。また、ライナの隙間腐食が進行しライナの削正量に限界が生じた際は、ライナのみ交換すればよく、金属部材をそっくり交換する場合に比べて費用の低減が図れる。

さらに、締結手段によってライナを取外し可能に金属部材に固定することができるので、金属部材に対するライナの取付けまたは取外しが容易となり、ライナ取付面のグラインダ処理等も不要となる。

つぎに、この発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態を示している。図１において、符号１１は第一の金属部材を示しており、符号１２は第二の金属部材を示している。第一の金属部材１１および第二の金属部材１２は同一種類の材料から構成されており、例えば炭素鋼鋳鋼品（ＳＣ）から構成されている。第一の金属部材１１の外面１１ａは、水平方向に延びる平坦面に形成されている。第二の金属部材１２の外面１２ａは、同様に水平方向に延びる平坦面に形成されており、第一の金属部材１１の外面１１ａと同一の高さとなっている。第一の金属部材１１と第二の金属部材１２の内側には、内面１１ｂと内面１２ｂによって空間部が形成されており、この空間部には水溶液としての水１３が満たされている。第一の金属部材１１の端部と第二の金属部材１２の端部は対向しており、第一の金属部材１１の端面１１ｃと第二の金属部材１２の端面１２ｃは共に段差状に形成されている。

第一の金属部材１１の端面１１ｃには、第一のライナ１４が取付けられている。第一のライナ１４は、金属部材１１よりも高い耐食性を有しており、隙間腐食に強い例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）から構成されている。第一のライナ１４は、断面形状が略Ｌ字状に形成されている。第一のライナ１４は、外面１４ａが金属部材１１の外面１１ａと同一の高さに形成されており、内面１４ｂも金属部材１１の内面１１ｂと同一の高さに形成されている。断面形状がＬ字状である第一のライナ１４の一方の辺には、金属部材１２の端面１２ｃと対向する端面１４ｃが形成されている。端面１４ｃは、高精度に研磨加工された垂直面に形成されている。第一のライナ１４の他方の辺は、第一の金属部材１１の外面１１ａ側に位置している。第一のライナ１４は、第一の金属部材１１に螺合される締結手段としてのボルト１５により第一の金属部材１１の端部に固定されている。第一のライナ１４には、ボルト１５が挿入されるボルト穴１４ｄが形成されている。

第二の金属部材１２の端面１２ｃには、第二のライナ１６が取付けられている。第二のライナ１６は、第一のライナ１４と同一の金属材料から構成されている。第二のライナ１６は、断面形状が略Ｌ字状に形成されている。第二のライナ１６は、外面１６ａが第二の金属部材１２の外面１２ａと同一の高さに形成されており、内面１６ｂも第二の金属部材１２の内面１２ｂと同一の高さに形成されている。断面形状がＬ字状である第二のライナ１６の一方の辺には、第一の金属部材１１の端面１１ｃと対向する端面１６ｃが形成されている。端面１６ｃは、高精度に研磨加工された垂直面に形成されている。第二のライナ１６の他方の辺は、第二の金属部材１２の外面１２ａ側に位置している。第二のライナ１６は、金属部材１２に螺合されるボルト１５により金属部材１２の端部に固定されている。第二のライナ１６には、ボルト１５が挿入されるボルト穴１６ｄが形成されている。

図１に示すように、第一のライナ１４の端面１４ｃと第二のライナ１６の端面１６ｃとは、全面にわたり接触している。端面１４ｃと端面１６ｃとの接触部には、水溶液１３が外部に漏れるのを防ぐシール部材１７が介装されている。第一のライナ１４の端面１４ｃと第二のライナ１６の端面１６ｃとの接触部には微小な隙間が形成されており、この隙間には水溶液１３が存在している。

本実施の態様では、第一のライナ１４の端面１４ｃと第二のライナ１６の端面１６ｃを静合（隙間なく嵌合）させるために、各金属部材１１、１２および各ライナ１４、１６は、これを考慮した形状および寸法精度に設定されている。つまり、本実施例の態様では、端面１４ｃと端面１６ｃとの間の隙間をゼロに近い状態にするため、第一の金属部材１１の段差部分とこの段差部分に接触する第一のライナ１４の背面とは高精度に加工されており、第二の金属部材１２の段差部分とこの段差部分に接触する第二のライナ１６の背面とは高精度に加工されている。このように、端面１４ｃおよび端面１６ｃを高精度に加工するだけでなく、ライナ１４、１６が取付けられる部位の寸法精度を高めることにより、端面１４ｃと端面１６ｃとの静合を実現させている。

つぎに、本実施の形態における金属接触部の封水方法について説明する。金属部材１１と金属部材１２の内側に満たされている水溶液１３は、毛細管現象により端面１４ｃと端面１６ｃとの間に形成された微小隙間に浸入する。そのため、第一のライナ１４と第二のライナ１６との接触部には水溶液１３との反応により隙間腐食が生じ、機器類の長時間の使用により端面１４ｃと端面１６ｃには腐食部が生成される。第一のライナ１４と第二のライナ１６は、金属部材１１、１２よりも高い耐食性を有しているので、金属部材１１、１２同士が接触する場合よりも隙間腐食の進行を抑制することができる。したがって、第一のライナ１４と第二のライナ１６を用いることにより、従来に比べて隙間腐食による機器類の補修回数を低減することができる。

第一のライナ１４および第二のライナ１６の隙間腐食が進行した場合は、第一のライナ１４は金属部材１１から取外され、第二のライナ１６も金属部材１２から取外される。隙間腐食が生じた第一のライナ１４の端面１４ｃおよび第二のライナ１６の端面１６ｃは、機械加工等により削正され腐食部が除去される。削正された第一のライナ１４と第二のライナ１６は、再利用のため再び金属部材１１、１２へ取付けられる。この場合、削正量だけ接触部位の隙間が拡大することになるが、第一のライナ１４ボルト穴１４ｄは長穴に形成されているので、第一のライナ１４を第二のライナ１６に向けて移動させることが可能となる。これにより、ライナを削正した場合でも第一のライナ１４の端面１４ｃと第二のライナ１６の端面１６ｃを密着させることが可能となり、高い封水効果を維持することができる。また、第一のライナ１４および第二のライナ１６の削正量に限界が生じた際は、第一のライナ１４と第二のライナ１６のみ交換すればよいので、金属部材１１、１２をそっくり交換する場合に比べて費用の低減が図れる。

また、第一のライナ１４と第二のライナ１６は、Ｌ字状であり、露出面側から押し込むことで金属部材１１、１２に装着することができ、締結手段としてのボルト１５を露出面側から締め付けることで金属部材１１、１２に固定することができる。一方、露出面側からボルト１５を外し、露出面側から引き抜くことでライナ１４、１６を取り外すことができる。このように露出面側からライナ１４、１６の取り付け、取り外しを行えるため、金属部材１１、１２で構成された機器類を分解などする必要がなく、容易かつ迅速に取り付け、取り外しを行える。さらに、ライナ１４、１６の端面１４ｃ、１６ｃ側から皿ビスで固定して廻り止め溶接を行う場合には、端面１４ｃ、１６ｃをグラインダなどで加工する必要があるが、本実施の形態では露出面側から締結するため、このような加工が不要となる。なお、第一の金属部材１１および第二の金属部材１２の補修を機器類の製造工場で行うことで、工場での加工によりライナの取付けを行うことができ、水溶液１３側における金属部材１１、１２とライナ１４、１６との接触面については、後述するように溶接等により隙間部分をなくすことが可能となる。

（実施の態様２）
図２は、本発明の実施の態様を示している。本実施の態様が実施の態様１と異なるのは溶接部の有無のみであり、その他の構成は実施の態様１に準ずるので、準ずる部分に実施の態様１と同一の符号を付すことにより、準ずる部分の説明を省略する。後述する他の実施の態様も同様とする。

図２において、第一のライナ１４と第二のライナ１６は、端面１４ｃと端面１６ｃが密着した状態で取付けられている。第一のライナ１４の内面１４ｂと金属部材１１の内面１１ｂとの間の隙間Ｓ１は、溶接部１８によりシールされている。溶接部１８は、例えば金属部材１１と第一のライナ１４とをアーク溶接することにより形成されている。第二のライナ１６の内面１６ｂと金属部材１２の内面１２ｂとの間の隙間Ｓ２は、溶接部１９によりシールされている。溶接部１９は、例えば金属部材１２と第二のライナ１６とをアーク溶接することにより形成されている。

このように構成された実施の態様２においては、隙間Ｓ１および隙間Ｓ２は溶接部１８、１９よってシールされるので、隙間Ｓ１、Ｓ２に水溶液１３が浸入することが回避され、隙間Ｓ１、Ｓ２における隙間腐食の発生が防止される。したがって、実施の態様１よりも隙間腐食による機器類の補修回数を低減することができる。

（実施の態様３）
図３は、本発明の実施の態様を示している。本実施の態様では、第一の金属部材１１および第二の金属部材１２の材質のみが実施の態様１と異なっている。図３に示すように、第一のライナ２４と第二のライナ２６は、第一の金属部材１１および第二の金属部材１２よりも高い耐食性を有し絶縁体からなる硬質ゴムから構成されている。第一の金属部材１１の端部には、第一のライナ２４が取付けられている。

第一のライナ２４は、外面２４ａが第一の金属部材１１の外面１１ａと同一の高さに形成されており、内面２４ｂも第一の金属部材１１の内面１１ｂと同一の高さに形成されている。断面形状がＬ字状である第一のライナ２４の一方の辺には、第二の金属部材１２の端部と対向する端面２４ｃが形成されている。端面２４ｃは、垂直面に形成されている。第一のライナ２４の他方の辺は、第一の金属部材１１の外面１１ａ側に位置しており、第一の金属部材１１に螺合されたボルト１５によって固定されている。第一のライナ２４には、ボルト１５が挿入されるボルト穴２４ｄが形成されている。

第二の金属部材１２の端部には、第二のライナ２６が取付けられている。第二のライナ２６は、断面形状が略Ｌ字状に形成されている。第二のライナ２６は、外面２６ａが金属部材１２の外面１２ａと同一の高さに形成されており、内面２６ｂも第二の金属部材１２の内面１２ｂと同一の高さに形成されている。断面形状がＬ字状である第二のライナ２６の一方の辺には、第一の金属部材１１の端部と対向する端面２６ｃが形成されている。端面２６ｃは、垂直面に形成されている。第二のライナ２６の他方の辺は、第二の金属部材１２の外面１２ａ側に位置しており、第二の金属部材１２に螺合されたボルト１５によって固定されている。第二のライナ２６には、ボルト１５が挿入されるボルト穴２６ｄが形成されている。

図３に示すように、第一のライナ２４の端面２４ｃと第二のライナ２６の端面２６ｃとは、全面にわたり接触している。端面２４ｃと端面２６ｃとの接触部には、シール部材１７が介装されている。また、第一のライナ２４の背面は金属部材１１の端部に接触しており、第二のライナ２６の背面は金属部材１２の端部に接触している。第一のライナ２４の端面２４ｃと第二のライナ２６の端面２６ｃとの接触部には微小な隙間が形成されており、この隙間には水溶液１３が存在している。第一のライナ２４と第二のライナ２６は、後述するように、弾性を有し圧縮された状態で固定されることから、第一のライナ２４および第二のライナ２６の寸法は、圧縮幅を考慮して設定されている。

このように構成された本実施の態様においては、第一のライナ２４と第二のライナ２６は、硬質ゴムから構成されるので、端面２４ｃと端面２６ｃとの間の隙間をほぼゼロとすることができる。すなわち、第一のライナ２４と第二のライナ２６は弾性変形可能であるので、第一のライナ２４を第二のライナ２６を互いに押付けた状態で固定することにより、端面２４ｃと端面２６ｃは残留応力により密着状態を維持することができる。また、この残留応力により、第一のライナ２４の背面は第一の金属部材１１と密着した状態を保つことができ、第二のライナ２６の背面も第二の金属部材１２と密着状態を保つことができる。したがって、第一のライナ２４および第二のライナ２６に過大な荷重が作用しない機器類の場合は、本実施の態様の構成を採用することで金属接触部の封水効果を著しく高めることができる。

（実施の態様４）
図４は、本発明の実施の態様を示しており、特に水力発電用の水車に適用した場合を示している。図４において、符号３０はフランシス水車を示しており、フランシス水車３０のランナ３１の中は水溶液としての高圧水（図示略）が充満している。ランナ３１の近傍には、フランシス水車３０を構成する部品としての第一の構成部材３３および第二の構成部材３４が設けられている。ランナ３１は、ボルト３２を介して第一の構成部材３３に取付けられている。第一の構成部材３３に隣接する部位には、第一の金属部材３５が設けられている。第二の構成部材３４には、第二の金属部材３６が取付けられている。第一の金属部材３５と第二の金属部材３６は、同一の金属材料から構成されている。

第一の金属部材３５におけるランナ３１に近い一方の端部には、断面形状Ｌ字状の第一のライナ３７がボルト３９により固定されている。第二の金属部材３６におけるランナ３１に近い一方の端部には、断面形状Ｌ字状の第二のライナ３８がボルト３９により固定されている。第一の金属部材３５の一方の端部と第二の金属部材３６の一方の端部は、第一のライナ３７および第二のライナ３８を介して接続されている。第一のライナ３７の一辺および第二のライナ３８の一辺とは、十分な面積をもって接触している。第一のライナ３７と第二のライナ３８は、同一の金属材料から構成されており、第一の金属部材３５および第二の金属部材３６よりも高い耐食性を有している。

第一の金属部材３５の他方の端部には、断面形状Ｌ字状の第一のライナ４０がボルト４２により固定されている。第二の金属部材３６の他方の端部には、断面形状Ｌ字状の第二のライナ４２がボルト４２により固定されている。第一の金属部材３５の他方の端部と第二の金属部材３６の他方の端部は、第一のライナ４０および第二のライナ４１を介して接続されている。第一のライナ４０の一辺および第二のライナ４１の一辺とは、十分な面積をもって接触している。第一のライナ４０と第二のライナ４１は、同一の金属材料から構成されており、金属部材３５および金属部材３６よりも高い耐食性を有している。

このように構成された本実施の態様においては、フランシス水車３０のランナ３１から流入した高圧水が第一の金属部材３５と第二の金属部材３６の接触部の隙間に浸入し、接触部において隙間腐食が生じる。第一の金属部材３５の一方の端部と第二の金属部材３６の一方の端部は、高い耐食性を有する第一のライナ３７および第二のライナ３８を介して接触しているので、隙間腐食の進行が抑制される。同様に、第一の金属部材３５の他方の端部と第二の金属部材３６の他方の端部も、高い耐食性を有する第一のライナ４０および第二のライナ４１を介して接触しているので、隙間腐食の進行が抑制される。このように、フランシス水車３０は水力発電に用いられる大型機器であり、高い耐食性を有するライナを採用することにより大型の金属部材３５、３６の補修回数を減らすことができ、補修費用の大幅な削減が図れる。

以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は本実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、実施の態様４においては水力発電用のフランシス水車３０に適用した例を示したが、適用範囲は水車に限定されず、配管部品等の封水効果を必要とする機器類であれば適用可能である。また、実施の態様３に示すように、第一のライナ２４および第二のライナ２６は、非金属材料であってもよい。さらに、金属部材１１と金属部材１２の接触部の隙間に存在する水溶液１３は水としているが、他の物質が溶解している水溶液であってもよい。

本発明の実施の形態１に係わる金属接触部の封水装置の断面図である。本発明の実施の形態２に係わる金属接触部の封水装置の断面図である。本発明の実施の形態３に係わる金属接触部の封水装置の断面図である。本発明の実施の形態４に係わる金属接触部の封水装置の断面図である。従来の金属接触部の封水装置の断面図である。

符号の説明

１１金属部材
１２金属部材
１３水（水溶液）
１４第一のライナ
１４ｄボルト穴
１６第二のライナ
１６ｄボルト穴
２４第一のライナ
２４ｄボルト穴
２６第二のライナ
２６ｄボルト穴
３０フランシス水車
３１ランナ
３５金属部材
３６金属部材
３７第一のライナ
３８第二のライナ
４０第一のライナ
４１第二のライナ

Claims

金属部材の接触部の隙間に水溶液が存在する機器類において、前記接触部の一方の金属部材に、該金属部材よりも高い耐食性を有する第一のライナを取付け、前記接触部の他方の金属部材に、該金属部材よりも高い耐食性を有し前記第一のライナと接触する第二のライナを取付け、かつ、前記第一のライナと第二のライナは、締結手段により前記各金属部材に取外し可能に固定されていることを特徴とする金属接触部の封水装置。