特許 7610538 水力機械のステーベーン補修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】水力機械のステーベーン補修方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/16 20060101AFI20241225BHJP

【ＦＩ】

F03B3/16

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022004183

(22)【出願日】2022-01-14

(65)【公開番号】P2023103575

(43)【公開日】2023-07-27

【審査請求日】2024-05-23

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】角谷 利恵

(72)【発明者】

【氏名】中川 斉年

(72)【発明者】

【氏名】新井 友樹

(72)【発明者】

【氏名】長濱 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】梅田 成実

(72)【発明者】

【氏名】関口 徹

【審査官】山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０８６１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５９３８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５１３４７７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第６０７７６１５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ ３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水力機械のステーベーンに形成された損傷部を補修するための水力機械のステーベーン補修方法であって、
前記損傷部を凹状に除去して凹部を形成する損傷部除去工程と、
前記凹部内に肉盛溶接を行い、前記ステーベーンの表面よりも膨出した膨出部を有する内部肉盛部を形成する内部肉盛工程と、
前記内部肉盛部のうち前記膨出部を除去する膨出部除去工程と、
前記膨出部除去工程の後、前記内部肉盛部の表面に対してハンマー式のピーニング処理を行う内部ピーニング工程と、
前記内部ピーニング工程の後、前記内部肉盛部の表面に、前記内部肉盛部よりも耐食性を有する材料で肉盛溶接を行い、耐食肉盛部を形成する耐食肉盛工程と、
前記耐食肉盛部の表面に対してハンマー式のピーニング処理を行う耐食肉盛部ピーニング工程と、を備えた、水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項2】

前記内部ピーニング工程において、ピーニング処理は、前記内部肉盛部の表面に対して行われるとともに、前記内部肉盛部の周囲における前記ステーベーンの母材の表面に対して行われる、請求項１に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項3】

前記耐食肉盛部ピーニング工程において、ピーニング処理は、前記耐食肉盛部の表面に対して行われるとともに、前記耐食肉盛部の周囲における前記ステーベーンの母材の表面に対して行われる、請求項１または２に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項4】

前記耐食肉盛工程において、前記耐食肉盛部は、前記内部肉盛部の表面に形成されるとともに、前記内部肉盛部の周囲における前記ステーベーンの母材の表面に形成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項5】

前記耐食肉盛工程の後であって前記耐食肉盛部ピーニング工程の前に、前記耐食肉盛部の止端部に対して残留応力低減処理を行う止端部処理工程を更に備えた、請求項１～４のいずれか一項に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項6】

前記内部肉盛工程は、
第１溶接ビード層をなす第１溶接ビードを形成する第１層形成工程と、
前記第１溶接ビード層の表面に対してハンマー式のピーニング処理を行う第１層ピーニング工程と、
前記第１層ピーニング工程の後、前記第１溶接ビード層に積層された第２溶接ビード層をなす第２溶接ビードを形成する第２層形成工程と、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項7】

前記内部肉盛部は、前記ステーベーンの母材と同一の材料で構成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【請求項8】

前記内部ピーニング工程の後の前記内部肉盛部の残留応力、および前記耐食肉盛部ピーニング工程の後の前記耐食肉盛部の残留応力のうちの少なくとも１つを計測する計測工程を更に備えた、請求項１～７のいずれか一項に記載の水力機械のステーベーン補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、水力機械のステーベーン補修方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、フランシス水車等の水力機械においては、ケーシングからガイドベーンを介してランナに流入する水流を整流するためにステーベーンが設けられている。ステーベーンは、ケーシングとガイドベーンとの間に配置されており、ランナの周方向に複数配列されている。各ステーベーンは、ケーシングに固定されている。より具体的には、ケーシングに、上板および下板が溶接して固定されている。各ステーベーンは、上板と下板との間に介在されて、上板および下板にそれぞれ溶接して固定されている。ステーベーンは一般的に炭素鋼で製造されており、表面には塗装が施されている。

【0003】

ステーベーンの周囲には、水車運転中にキャビテーションが発生し得る。キャビテーションが発生すると、塗装が剥離される。このため、ステーベーンに壊食が発生し、ステーベーンが損傷を受ける場合がある。

【0004】

ケーシング、上板および下板は、コンクリートに埋設されている。このことにより、ステーベーンに壊食が発生した場合であっても、ステーベーンを交換することは困難になっている。このため、ステーベーンの壊食箇所は、グラインダ等で削ることにより補修する場合がある。しかしながら、この場合、ステーベーンの表面形状および板厚を復元することができない。

【0005】

このことに対処するために、溶接補修を行うことが考えられる。この場合、壊食箇所に肉盛溶接を行い、ステーベーンの表面形状および板厚を復元することができる。しかしながら、上述したように、ステーベーンは、コンクリートに埋設されたケーシングに固定されている。このため、溶接後に発生する残留応力を低減するための熱処理を行うことが困難であり、補修後のステーベーンの信頼性が問題になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】実開昭５７－１８４２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、溶接補修後のステーベーンの信頼性を向上させることができる水力機械のステーベーン補修方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法は、水力機械のステーベーンに形成された損傷部を補修するための方法である。水力機械のステーベーン補修方法は、損傷部除去工程と、内部肉盛工程と、膨出部除去工程と、内部ピーニング工程と、耐食肉盛工程と、耐食肉盛部ピーニング工程と、を備えている。損傷部除去工程において、損傷部が凹状に除去されて凹部が形成される。内部肉盛工程において、凹部内に肉盛溶接が行われ、ステーベーンの表面よりも膨出した膨出部を有する内部肉盛部が形成される。膨出部除去工程において、内部肉盛部のうち膨出部が除去される。内部ピーニング工程において、膨出部除去工程の後、内部肉盛部の表面に対してハンマー式のピーニング処理が行われる。耐食肉盛工程において、内部ピーニング工程の後、内部肉盛部の表面に、内部肉盛部よりも耐食性を有する材料で肉盛溶接が行われ、耐食肉盛部が形成される。耐食肉盛部ピーニング工程において、耐食肉盛部の表面に対してハンマー式のピーニング処理が行われる。

【発明の効果】

【0009】

実施の形態によれば、溶接補修後のステーベーンの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施の形態による水力機械の全体構成を示す縦断面図である。

【図2】図２は、図１のステーベーンを水流の方向で見た断面図である。

【図3】図３は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、損傷部除去工程を説明するための模式断面図である。

【図4】図４は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、第１層形成工程を説明するための模式断面図である。

【図5】図５は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、第１層ピーニング工程を説明するための模式断面図である。

【図6】図６は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、第２層形成工程を説明するための模式断面図である。

【図7】図７は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、第２層ピーニング工程を説明するための模式断面図である。

【図8】図８は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、膨出部形成工程を説明するための模式断面図である。

【図9】図９は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、膨出部除去工程を説明するための模式断面図である。

【図10】図１０は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、内部ピーニング工程を説明するための模式断面図である。

【図11】図１１は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、耐食肉盛工程を説明するための模式断面図である。

【図12】図１２は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、耐食肉盛部の止端部を示す模式断面図である。

【図13】図１３は、図１２に示す止端部にＴｉｇドレッシングを行った状態を示す模式断面図である。

【図14】図１４は、図１３に示す止端部を、グラインダ整形した状態を示す模式断面図である。

【図15】図１５は、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法において、耐食肉盛部ピーニング工程を説明するための模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における水力機械のステーベーン補修方法について説明する。水力機械のステーベーン補修方法は、水力機械のステーベーンに形成された損傷部を補修するための方法である。

【0012】

まず、図１～図３を用いて、本実施の形態による水力機械およびステーベーンについて説明する。本実施の形態では、水力機械の一例として、フランシス水車を例にとって説明する。

【0013】

図１に示すように、フランシス水車１は、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水が流入する渦巻き状のケーシング２と、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、を備えている。このうちステーベーン３は、ケーシング２からランナ５に流入する水流を整流するための部材である。ステーベーン３は、周方向に所定の間隔をあけて配列され、周方向に隣り合うステーベーン３同士の間には、水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン４は、周方向に所定の間隔あけて配列され、周方向に隣り合うガイドベーン４同士の間には、水が流れる流路が形成されている。また、各ガイドベーン４は回動可能に構成されており、ランナ５に流入する水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機（図示せず）の発電量が調整可能になっている。

【0014】

ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成されている。水車運転時には、ケーシング２から流入する水流によってランナ５は回転駆動される。すなわち、ランナ５は、ランナ５に流入する水の圧力エネルギを回転エネルギへと変換するための部材である。

【0015】

ランナ５には、主軸６を介して発電機（図視せず）が連結されている。この発電機は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。

【0016】

ランナ５の水車運転時の下流側には、吸出し管７が設けられている。この吸出し管７は、図示しない下池または放水路に連結されており、ランナ５を回転駆動させた水が、圧力を回復して、図示しない下池または放水路に放出されるようになっている。

【0017】

なお、フランシス水車１は、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能であってもよい。この場合、発電機は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ５を回転駆動するように構成される。このことにより、吸出し管７を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、ポンプ運転することが可能になる。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。

【0018】

図１および図２に示すように、ケーシング２に、上板８および下板９が溶接して固定されている。上板８および下板９は、リング状に形成されている。各ステーベーン３は、上板８と下板９との間に介在されて、上板８および下板９にそれぞれ溶接して固定されている。上板８および下板９は、図１に示すように、ケーシング２とともにコンクリートＣに埋設されている。

【0019】

水車運転時には、上板８および下板９が、流入する水流の圧力を受ける。このことにより、上板８は上方を向く圧力を受け、下板９は下方を向く圧力を受け、これにより、ステーベーンには引張荷重が作用する。この引張荷重に対しては、ステーベーン３を厚くすることで、応力を低減させることは可能である。この場合、水流の流路が狭くなり、水流に発生する圧力損失などの損失が増大し得る。このため、ステーベーン３の厚みは、強度上許容可能な最小限の厚みに制限され、ステーベーン３には、許容応力に近い応力が生じ得る。

【0020】

一方、フランシス水車１の水車運転中、ステーベーン３の周囲にキャビテーションが発生し得る。また、フランシス水車１がポンプ水車として構成されている場合には、ポンプ運転中にも、ステーベーン３の周囲にキャビテーションが発生し得る。例えば、ポンプ運転の起動時には、ステーベーン３にジェット水が衝突する。すなわち、ポンプ運転の起動時には、ガイドベーン４の開度が小さいため、周方向に隣り合うガイドベーン４の間の小さな隙間から、水がジェット水となって噴出する。ジェット水がステーベーン３の周囲を通過することにより、ステーベーン３の近傍にキャビテーションが発生し得る。

【0021】

キャビテーションが発生すると、ステーベーン３に壊食が発生し、損傷部２０（図３参照）が形成される。損傷部２０は、水車運転時にステーベーン３に生じる応力のうち最も高い応力が生じる箇所に発生する傾向にある。

【0022】

本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法は、上述したような壊食などで発生した損傷部２０を補修するための方法である。以下、図３～図１５を用いて、本実施の形態による水力機械のステーベーン補修方法（以下、単に補修方法と記す）について、説明する。

【0023】

本実施の形態による補修方法は、損傷部除去工程と、内部肉盛工程と、膨出部除去工程と、内部ピーニング工程と、耐食肉盛工程と、耐食肉盛部ピーニング工程と、を備えていてもよい。

【0024】

［損傷部除去工程］
損傷部除去工程は、図３に示すように、損傷部２０を凹状に除去して凹部２１を形成する工程である。

【0025】

より具体的には、図３に示すように、ステーベーン３に形成された損傷部２０が除去される。この際、損傷部２０よりも広い平面領域であって、損傷部２０よりも深くなるように、凹部２１が形成されてもよい。このことにより、損傷部２０の表面が残らないように凹部２１が形成される。凹部２１は、例えば、グラインダを用いて損傷部２０の周囲を削ることにより形成されてもよい。

【0026】

［内部肉盛工程］
損傷部除去工程の後、内部肉盛工程が行われる。内部肉盛工程は、凹部２１内に肉盛溶接を行い、ステーベーン３の表面３ａよりも膨出した膨出部３１を有する内部肉盛部３０を形成する工程である。内部肉盛部３０は、ステーベーン３の母材と同一の材料で構成されていてもよい。

【0027】

内部肉盛工程は、第１層形成工程と、第１層ピーニング工程と、第２層形成工程と、第２層ピーニング工程と、膨出部形成工程と、を含んでいてもよい。

【0028】

（第１層形成工程）
まず、図４に示すように、第１層形成工程が行われる。第１層形成工程は、凹部２１内で肉盛溶接を行い、第１溶接ビード層３２をなす第１溶接ビード３３を形成する工程である。

【0029】

より具体的には、図４に示すように、所定方向に延びるように複数の第１溶接ビード３３が形成される。複数の第１溶接ビード３３は、第１溶接ビード３３の長手方向（図４における紙面に垂直な方向）に直交する方向（図４における左右方向）に配列されて、第１溶接ビード層３２を構成している。互いに隣り合う第１溶接ビード３３同士は、部分的に重なり合っていてもよい。凹部２１内に形成される第１溶接ビード３３の本数は、複数であることに限られない。

【0030】

各第１溶接ビード３３の材料は、ステーベーン３の母材と同一の材料で構成されていてもよい。この場合、第１層形成工程において用いられる溶接棒（図示せず）は、ステーベーン３の母材の材料と同一の材料で構成されている。

【0031】

（第１層ピーニング工程）
第１層形成工程の後、図５に示すように、第１層ピーニング工程が行われる。第１層ピーニング工程は、第１溶接ビード層３２の表面３２ａに対してハンマー式のピーニング処理を行う工程である。ハンマー式のピーニング処理は、ハンマーで表面を叩くことにより表面に圧縮応力を付与する処理である。ハンマー式のピーニング処理の例としては、ハンマーを圧縮空気で駆動するエアハンマー式のピーニング処理と、ハンマーを電動駆動する電動ハンマー式のピーニング処理とが挙げられる。

【0032】

第１溶接ビード層３２の表面３２ａに対してハンマー式のピーニング処理を行うことにより、表面３２ａに圧縮応力が付与される。このことにより、表面３２ａに溶接時の入熱によって残留していた引張応力を低減したり、引張応力を微小な圧縮応力に変えたりすることができる。この結果、第１溶接ビード層３２の変形を抑制することができる。ピーニング工具１００は、表面３２ａをハンマーで叩くことにより局所的に圧縮応力を付与しながら、表面３２ａに沿って移動させる。このことにより、第１溶接ビード層３２の表面３２ａ全体にわたって、ハンマー式のピーニング処理を行うことができる。第１層ピーニング工程におけるピーニング処理の範囲は、凹部２１の範囲に相当し、図５に示す範囲Ｒ１で示される。

【0033】

（第２層形成工程）
第１層ピーニング工程の後、図６に示すように、第２層形成工程が行われる。第２層形成工程は、第１溶接ビード層３２に積層された第２溶接ビード層３４をなす第２溶接ビード３５を形成する工程である。

【0034】

より具体的には、図６に示すように、所定方向に延びるように複数の第２溶接ビード３５が形成される。複数の第２溶接ビード３５は、第２溶接ビード３５の長手方向（図６における紙面に垂直な方向）に直交する方向（図６における左右方向）に配列されて、第２溶接ビード層３４を構成している。互いに隣り合う第２溶接ビード３５同士は、部分的に重なり合っていてもよい。凹部２１内に形成される第２溶接ビード３５の本数は、複数であることに限られない。

【0035】

第２溶接ビード３５は、第１溶接ビード３３の長手方向に直交する方向に延びるように形成されてもよく、第２溶接ビード３５の長手方向や配列方向は任意である。また、図６においては、第１溶接ビード３３の位置に合わせて第２溶接ビード３５が形成されている例を示しているが、これに限られることはなく、互いに隣り合う第１溶接ビード３３の間の境界の上方に第２溶接ビード３５が形成されるように、第２溶接ビード３５を第１溶接ビード３３に対してずれた位置に形成してもよい。

【0036】

各第２溶接ビード３５の材料は、第１溶接ビード３３の材料と同一であってもよい。

【0037】

（第２層ピーニング工程）
第２層形成工程の後、図７に示すように、第２層ピーニング工程が行われる。第２層ピーニング工程は、第２溶接ビード層３４の表面３４ａに対してハンマー式のピーニング処理を行う工程である。第２層ピーニング工程は、第１層ピーニング工程と同様に行われてもよい。このことにより、表面３４ａに圧縮応力が付与されて、表面３４ａに溶接時の入熱によって残留していた引張応力を低減したり、引張応力を微小な圧縮応力に変えたりすることができる。このため、第２溶接ビード層３４の変形を抑制することができる。第２層ピーニング工程におけるピーニング処理の範囲は、凹部２１の範囲に相当し、図７に示す範囲Ｒ１で示される。

【0038】

（膨出部形成工程）
第２層ピーニング工程の後、図８に示すように、第１層形成工程および第２層形成工程と同様にして、複数の溶接ビード層が形成される。１つまたは複数の溶接ビード層を形成することにより、ステーベーン３の母材の表面３ａよりも膨出した膨出部３１が形成される。凹部２１は、溶接ビードで充填される。複数の溶接ビード層が形成される場合には、最上層の溶接ビード層以外の溶接ビード層に対して、上述した第１層ピーニング工程等と同様にして、ハンマー式のピーニング処理が行われてもよい。

【0039】

このようにして、本実施の形態による内部肉盛部３０が形成される。

【0040】

［膨出部除去工程］
内部肉盛工程の後、図９に示すように、膨出部除去工程が行われる。膨出部除去工程は、内部肉盛部３０のうち上述した膨出部３１を除去する工程である。より具体的には、内部肉盛部３０の表面３０ａがステーベーン３の表面３ａと連続するように、ステーベーン３の表面３ａから膨出した膨出部３１が除去される。膨出部３１は、例えば、グラインダを用いて削ることにより除去されてもよい。

【0041】

［内部ピーニング工程］
膨出部除去工程の後、図１０に示すように、内部ピーニング工程が行われる。内部ピーニング工程は、内部肉盛部３０の表面３０ａに対してハンマー式のピーニング処理を行う工程である。

【0042】

より具体的には、図１０に示すように、第１層ピーニング工程等と同様に、内部肉盛部３０の表面３０ａに対してハンマー式のピーニング処理が行われてもよい。このことにより、表面３０ａに圧縮応力が付与され、表面３０ａに、膨出部３１の除去によって残留していた引張応力を低減したり、引張応力を圧縮応力に変えたりすることができる。この結果、内部肉盛部３０の変形を抑制することができる。ピーニング工具１００は、表面３０ａをハンマーで叩くことにより局所的に圧縮応力を付与しながら、表面３０ａに沿って移動させる。このことにより、内部肉盛部３０の表面３０ａ全体にわたって、ハンマー式のピーニング処理を行うことができる。

【0043】

ピーニング処理は、内部肉盛部３０の表面３０ａの全体に対して行われるとともに、内部肉盛部３０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａに対して行われてもよい。内部ピーニング工程におけるピーニング処理の範囲は、図１０に示す範囲Ｒ２で示される。範囲Ｒ２は、上述した範囲Ｒ１よりも広く、凹部２１の周囲を含む範囲に相当している。

【0044】

［耐食肉盛工程］
内部ピーニング工程の後、図１１に示すように、耐食肉盛工程が行われる。耐食肉盛工程は、内部肉盛部３０の表面３０ａに肉盛溶接を行い、耐食肉盛部４０を形成する工程である。耐食肉盛工程における肉盛溶接は、内部肉盛部３０よりも耐食性を有する材料で行われる。耐食肉盛部４０は、内部肉盛部３０よりも水に対する耐食性を有する材料で構成されていてもよい。例えば、耐食肉盛部４０は、ステンレスで構成されていてもよい。

【0045】

耐食肉盛部４０は、１つ以上の耐食溶接ビード層４１で構成されていてもよい。本実施の形態においては、２層の耐食溶接ビード層４１によって耐食肉盛部４０が構成されている。耐食溶接ビード層４１は、１つ以上の耐食溶接ビード４２で形成されていてもよい。本実施の形態においては、耐食溶接ビード層４１は、複数の耐食溶接ビード４２で形成されている。

【0046】

より具体的には、図１１に示すように、所定方向に延びるように複数の耐食溶接ビード４２が形成される。複数の耐食溶接ビード４２は、耐食溶接ビード４２の長手方向（図１１における紙面に垂直な方向）に直交する方向（図１１における左右方向）に配列されて、１つの耐食溶接ビード層４１を構成している。互いに隣り合う耐食溶接ビード４２同士は、部分的に重なり合っていてもよい。表面ビードの本数は、複数であることに限られない。

【0047】

このように構成された耐食溶接ビード層４１が２層構成となって、本実施の形態による耐食肉盛部４０が形成される。なお、複数の耐食溶接ビード層４１が形成される場合には、最上層の耐食溶接ビード層４１以外の耐食溶接ビード層４１に対して、上述した第1層ピーニング工程等と同様にして、ハンマー式のピーニング処理が行われてもよい。

【0048】

耐食肉盛部４０は、内部肉盛部３０の表面３０ａに形成されるとともに、内部肉盛部３０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａにも形成されていてもよい。

【0049】

耐食肉盛部４０は、ステーベーン３の母材の表面３ａよりも膨出するように形成される。表面３ａからの耐食肉盛部４０の高さは、水車運転時またはポンプ運転時のステーベーン３の周囲の水の流れに発生する損失を許容可能な高さであってもよい。

【0050】

各耐食溶接ビード４２の材料は、耐食性を有していてもよい。例えば、各耐食溶接ビード４２は、ステンレスで構成されていてもよい。この場合、耐食肉盛部形成工程において用いられる溶接棒（図示せず）は、ステンレスで構成されている。

【0051】

［止端部処理工程］
耐食肉盛工程の後、止端部処理工程が行われる。止端部処理工程は、耐食肉盛部４０の止端部４３に対して残留応力低減処理を行う工程である。止端部処理工程は、ドレッシング工程と、グラインダ工程と、を含んでいてもよい。止端部４３とは、図１２に示すように、耐食溶接ビード層４１のうち、耐食溶接ビード４２とステーベーン３の母材との間の境界に接する部分を意味する。

【0052】

（ドレッシング工程）
まず、図１３に示すように、ドレッシング工程が行われる。ドレッシング工程は、止端部４３をＴｉｇドレッシング処理する工程である。Ｔｉｇドレッシング処理は、Ｔｉｇトーチ１１０で止端部４３を再溶融して、止端部４３を、丸みを帯びる形状に修正する処理である。止端部４３を再溶融する際には、溶接棒などでの材料の供給は行われなくてよい。このようにして、止端部４３に溶接の入熱によって残留していた引張応力を低減または除去することができ、止端部４３の変形を防止することができる。

【0053】

（グラインダ工程）
ドレッシング工程の後、図１４に示すように、グラインダ工程が行われる。グラインダ工程は、止端部４３を、グラインダで滑らかな形状に削る工程である。このことにより、止端部４３の形状を、滑らかにすることができる。このため、止端部４３における応力集中を緩和し、止端部４３の変形を防止することができる。

【0054】

［耐食肉盛部ピーニング工程］
止端部処理工程の後、図１５に示すように、耐食肉盛部ピーニング工程が行われる。耐食肉盛部ピーニング工程は、耐食肉盛部４０の表面４０ａに対してハンマー式のピーニング処理を行う工程である。

【0055】

より具体的には、図１５に示すように、第１層ピーニング工程等と同様に、耐食肉盛部４０の表面４０ａに対してハンマー式のピーニング処理が行われてもよい。このことにより、表面４０ａに圧縮応力が付与され、表面４０ａに溶接時の入熱によって残留していた引張応力を低減したり、引張応力を圧縮応力に変えたりすることができる。この結果、耐食肉盛部４０の変形を抑制することができる。ピーニング工具１００は、表面４０ａをハンマーで叩くことによりに局所的に圧縮応力を付与しながら、表面４０ａに沿って移動させる。このことにより、耐食肉盛部４０の表面４０ａ全体にわたって、ハンマー式のピーニング処理を行うことができる。

【0056】

ピーニング処理は、耐食肉盛部４０の表面４０ａの全体に対して行われるとともに、耐食肉盛部４０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａに対して行われてもよい。耐食肉盛部ピーニング工程におけるピーニング処理の範囲は、図１５に示す範囲Ｒ３で示される。範囲Ｒ３は、上述した範囲Ｒ２よりも広く、耐食肉盛部４０の周囲を含む範囲に相当している。

【0057】

このようにして、ステーベーン３のうち損傷部２０が補修される。

【0058】

［計測工程］
耐食肉盛部ピーニング工程の後、計測工程が行われてもよい。計測工程は、耐食肉盛部４０の残留応力を計測する工程であってもよい。残留応力は、歪みゲージを用いて計測してもよく、またはＸ線を用いて計測してもよい。計測された残留応力が、所望の基準値以下である場合、計測工程を終了してもよい。

【0059】

計測された残留応力が所望の基準値以下である場合、本実施の形態による補修方法を終了してもよい。残留応力が基準値を超える場合には、再度、耐食肉盛部ピーニング工程を行うようにしてもよい。

【0060】

なお、計測工程は、内部ピーニング工程および耐食肉盛部ピーニング工程のうちの少なくとも１つの工程の後に行われてもよい。内部ピーニング工程の後の計測工程では、内部肉盛部３０の残留応力が計測される。計測された残留応力が基準値を超える場合には、再度、内部ピーニング工程を行うようにしてもよい。さらに、計測工程は、第１層ピーニング工程、第２層ピーニング工程、内部ピーニング工程および耐食肉盛部ピーニング工程のうちの少なくとも１つの工程の後に行われてもよい。第１層ピーニング工程の後の計測工程では、第１溶接ビード層３２の残留応力が計測され、計測された残留応力が基準値を超える場合には、再度、第１層ピーニング工程を行うようにしてもよい。第２層ピーニング工程の後の計測工程では、第２溶接ビード層３４の残留応力が計測され、計測された残留応力が基準値を超える場合には、再度、第２層ピーニング工程を行うようにしてもよい。

【0061】

このように本実施の形態によれば、ステーベーン３の損傷部２０に形成された凹部２１に内部肉盛部３０が形成され、内部肉盛部３０のうち膨出部３１が除去される。続いて、内部肉盛部３０の表面３０ａに対して、ハンマー式のピーニング処理が行われる。このことにより、内部肉盛部３０に残留していた引張応力を低減することができる。その後、内部肉盛部３０の表面３０ａに、耐食肉盛部４０が形成され、耐食肉盛部４０の表面４０ａに対して、ハンマー式のピーニング処理が行われる。このことにより、耐食肉盛部４０に残留していた引張応力を低減することができる。このため、残留応力を低減しながら、損傷部２０を補修することができる。この結果、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0062】

また、本実施の形態によれば、耐食肉盛部４０は、内部肉盛部３０よりも耐食性を有する材料で構成される。このことにより、内部肉盛部３０が腐食することを防止でき、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0063】

また、本実施の形態によれば、内部ピーニング工程において、ピーニング処理は、内部肉盛部３０の表面３０ａに対して行われるとともに、内部肉盛部３０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａに対して行われる。このことにより、溶接時の入熱によってステーベーン３の表面３ａに残留していた引張応力を低減することができる。このため、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0064】

また、本実施の形態によれば、耐食肉盛部ピーニング工程において、ピーニング処理は、耐食肉盛部４０の表面４０ａに対して行われるとともに、耐食肉盛部４０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａに対して行われる。このことにより、溶接時の入熱によってステーベーン３の表面３ａに残留していた引張応力を低減することができる。このため、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0065】

また、本実施の形態によれば、耐食肉盛部４０は、内部肉盛部３０の表面３０ａに形成されるとともに、内部肉盛部３０の周囲におけるステーベーン３の母材の表面３ａにも形成される。このことにより、内部肉盛部３０が耐食肉盛部４０から露出されることを防止できる。このため、内部肉盛部３０の腐食をより一層防止することができ、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0066】

また、本実施の形態によれば、耐食肉盛工程の後であって耐食肉盛部ピーニング工程の前に、耐食肉盛部４０の止端部４３に対して残留応力低減処理が行われる。このことにより、止端部４３に残留していた引張応力を低減することができる。このため、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0067】

また、本実施の形態によれば、内部肉盛工程は、第１層形成工程と、第１層ピーニング工程と、第２層形成工程と、を含んでいる。第１層形成工程では、第１溶接ビード層３２をなす第１溶接ビード３３が形成され、第１層ピーニング工程では、第１溶接ビード層３２の表面３２ａに対してハンマー式のピーニング処理が行われる。第２層形成工程では、第１溶接ビード層３２に積層された第２溶接ビード層３４をなす第２溶接ビード３５が形成される。このことにより、第２溶接ビード層３４を形成する前に、第１溶接ビード層３２の表面３２ａに対してピーニング処理を行うことができ、第１溶接ビード層３２に残留していた引張応力を低減することができる。このため、内部肉盛部３０が複数の溶接ビード層で形成される場合であっても、内部肉盛部３０の内部の残留応力を低減することができ、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0068】

また、本実施の形態によれば、内部肉盛部３０は、ステーベーン３の母材と同一の材料で構成される。このことにより、内部肉盛部３０の機械的強度を、母材の強度と同一とすることができ、溶接補修後のステーベーン３の機械的強度を確保することができる。

【0069】

また、本実施の形態によれば、内部ピーニング工程の後の内部肉盛部３０の残留応力、および耐食肉盛部ピーニング工程の後の耐食肉盛部４０の残留応力のうちの少なくとも１つが計測される。このことにより、内部ピーニング工程の後に計測工程を行う場合には、内部肉盛部３０の残留応力が低減していることを確認することができる。耐食肉盛部ピーニング工程の後に計測工程を行う場合には、耐食肉盛部４０の残留応力が低減していることを確認することができる。このため、溶接補修後のステーベーン３の信頼性を向上させることができる。

【0070】

以上述べた実施の形態によれば、溶接補修後のステーベーンの信頼性を向上させることができる。

【0071】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0072】

１：フランシス水車、３：ステーベーン、３ａ：表面、２０：損傷部、２１：凹部、３０：内部肉盛部、３０ａ：表面、３１：膨出部、３２：第１溶接ビード層、３２ａ：表面、３３：第１溶接ビード、３４：第２溶接ビード層、３５：第２溶接ビード、４０：耐食肉盛部、４０ａ：表面、４３：止端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】