[发明专利]水力机械

说明书

本发明涉及一种水力机械，特别是适用于含有泥沙的河流水域中，其与水流接触的通流部件易受到汽蚀、泥沙磨损的水力机械。

水力发电用的水轮机的叶轮和导流叶片等的与水流接触部件，由于构成这些部件的材料在与水流接触的表面上，受空穴作用侵蚀作用而受到损伤，而且，当水流中含有泥砂（Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O、MgO、CaO），粘土等固体物质时，还会因这些泥砂等固体物质造成磨损而受侵蚀。不过，发电用的水轮机较少在含泥砂多的地方使用，所以，以往对于与水流接触部件的材料很少是针对流水中泥砂造成的磨损来研究开发的。一直选用并开发研究在不含泥砂的水流中耐空蚀性能优良的材料。如果与水流接触的部件因空蚀而受到损伤，就会产生振动和噪音，使水轮机的效率降低。因此，对于水轮机的叶轮，特别使用了强度能满足对叶轮材料所要求的、经过淬火和回火处理的含Ni-13Cr铸钢。这种含Ni-13Cr铸钢，其耐空蚀的性能虽比普通的13Cr钢优越些，但还很不够。因此在水轮机叶轮上会发生空穴作用的地方，常使用耐空穴作用性能更优越的JISD308材料或JISD309Mo的奥氏体基体上，用析出铁素体的焊接金属加以堆焊。JISD308的成份是：C：0.08%以下;Si：0.9%以下;Mn：2.5%以下;Ni：9～11%;Cr：18～21%;JISD309Mo的成份是：C：0.12%以下;Si：0.9%以下;Mn：2.5%以下;Ni：12～14%;Cr：22～25%;Mo：2～3%。

但是，在水流中含有大量泥砂的情况下，JISD308和JISD309Mo的耐泥砂磨损的性能就很不够（参阅日本专利特公昭61-1131、特公昭61-11311、特公昭62-56947）。

JISD308和JISD309Mo等的堆焊，主要目的是为了防止水轮机叶轮的空蚀，这些材料不但耐腐蚀性能差，而且耐泥砂磨损的性能也不高。这是因为空蚀的机制和泥砂磨损的机制是不相同的，即气蚀是在高速流动的水中产生了空穴，当空穴爆裂时产生很高的冲击压力，使材料受到侵蚀的现象。而磨损则是主要因泥砂的切削作用而使与水流接触的部件被侵蚀的现象。这种由泥砂造成的磨损也是由于水流的快速流动，泥砂撞击时的冲击力越大，侵蚀便越厉害。在只有因空蚀造成侵蚀的情况下，以往所使用的D308和D309Mo等材料，虽然可以利用在空穴爆裂时的很大冲击力，使与水流接触的部件的材料表面发生加工硬化，但是，当水轮机用在含有大量泥砂的地方时，却不一定具有优良的耐泥砂磨损的性能。这是因为需要从空蚀和泥砂磨损两种复合起来的损伤来考虑材料的侵蚀，只单独考虑一种现象，不能获得具有耐空蚀和耐泥砂磨损这两种复合侵蚀性能的材料。

本发明的目的是提供一种水力机械，该水力机械适用于含泥沙的河流水域中，其上与水接触部分具有抗汽蚀和泥沙磨损的性能。

上述的目的是通过使用一些有更好的加工硬化性能的不锈钢构成水轮机中与水流接触的部件，并预先对这不锈钢进行表面加工硬化，使其具有残余压缩应力而达到的。上述这种不锈钢比以往为获得耐空 蚀性能而使用的具有较高的加工硬化性能的JISD308或JISD309Mo有更高的加工硬化性能。

根据本发明的一种水力机械，它适用于含有泥沙的河流水域中，其与水流接触的通流部件中，易受到汽蚀、泥沙磨损的部位表面用加工硬化性能高的不锈钢制造，其组织主要是奥氏体组织，其原材料的维氏硬度在230以上，其特征在于，这种不锈钢的重量部分比为：C：0.07-0.2%;Si：2%以下;Mn：7-15%;Ni：1-7%;Cr：10-25%;W：0.1-3%;Mo：0.2-3%;N：0.05-0.2以下，其余为Fe和伴生的不可避免的杂质，在汽蚀和泥沙的冲击下，其维氏硬度则可达400以上。