《電力》〈水力〉[H23:問5]水車発電機の入口弁の設置目的，種類と特徴に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，水車発電機の入口弁に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

入口弁は，ケーシングの入口に設ける弁で，その設置目的は，

①　水車停止時の漏水を少なくし，ガイドベーン又は$ \ \fbox {　（１）　} \ $の摩耗を防ぐ。
②　水車の内部点検時に水車断水時間を短縮する。
③　水車停止時にガイドベーン又は$ \ \fbox {　（１）　} \ $が閉鎖不能となったとき流水を遮断する。
④　水路を共有するほかの水車などがある場合に当該水車のみ断水する。

などである。

落差が大きい場合，入口弁は，一般に主弁と$ \ \fbox {　（２）　} \ $弁から構成され，通水の際は，まず，$ \ \fbox {　（２）　} \ $弁を開いて主弁の両側の水圧をほぼ均等にしたうえで主弁を開く。

現在多く使用されている入口弁の形式には，ロータリ弁，$ \ \fbox {　（３）　} \ $弁，複葉弁などがある。ロータリ弁は，流れ方向に直角に設けられた軸を中心として$ \ \fbox {　（４）　} \ $状の弁体が回転する。開放したときにこの弁体内を流水が通過するので，弁部での$ \ \fbox {　（５）　} \ $が最も少ない。$ \ \fbox {　（３）　} \ $弁は，流れ方向に直角に設けられた軸を中心に回転し，凸レンズ形の弁体が全開時に流路中心にあるので，$ \ \fbox {　（５）　} \ $がこれら$ \ 3 \ $形式の中では最も大きいとされている。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　バケット　　　　　&（ロ）&　スルース　　　　　&（ハ）&　デフレクタ \\[ 5pt ] &（ニ）&　ちょう形　　　　　&（ホ）&　ポペット　　　　　&（ヘ）&　排　水 \\[ 5pt ] &（ト）&　トロコイド　　　　　　　&（チ）&　圧力損失　　　　　　　&（リ）&　重　量 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　ハンチング　　　　　&（ル）&　管　　　　　&（ヲ）&　ニードル \\[ 5pt ] &（ワ）&　円すい　　　　　&（カ）&　バイパス　　　　　&（ヨ）&　制　水 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

水力発電所で使用されている弁に関する問題です。
発電所関係で運転業務をされている方であれば基本問題となりますが，機械屋の分野となるため，電気専門の方だと少し厳しい問題となったかもしれません。
各弁の動きは日本バルブ工業会のHPを見ておくとイメージがつかめるかと思います。

1.主な弁の種類と特徴
①仕切弁（ゲート弁）
板状の弁体で流路の開閉をする弁です。
開の状態での圧力損失がほとんどなく，閉の状態での仕切性能が高いという特徴がありますが，中間開度での使用には適していません。

出典：株式会社アピステ　ＨＰ
https://www.apiste.co.jp/column/detail/id=4607

②玉形弁（グローブ弁）
仕切弁同様弁体で開閉しますが，弁全体が球体なので玉形弁またはグローブ弁と呼ばれます。
閉の状態での遮断性能が高く，中間開度での使用も可能であるため，衝動水車のニードル弁にはこのタイプの弁が使用されています。
配管で用いる場合，$ \ \mathrm {S} \ $字の流路を辿るため，圧力損失が大きくなるというデメリットもあります。

出典：株式会社アピステ　ＨＰ
https://www.apiste.co.jp/column/detail/id=4607

③ボール弁（ロータリ弁）
穴の開いた球形の弁体を回転させることで開閉する弁です。
穴が配管の大きさと等しいため，開状態での圧力損失が小さく，仕切弁と異なり$ \ 90 \ $度回転させるだけで開閉することが可能です。
中間開度での使用には適していません。

出典：株式会社アピステ　ＨＰ
https://www.apiste.co.jp/column/detail/id=4607

④バタフライ弁（蝶形弁）
円板状の弁体が弁棒を軸にして回転することで開閉する弁です。
中間開度での使用も可能で省スペースで設置可能ですが，円板状の弁体が開時に流路中心にあるので，圧力損失がやや大きく，ウォーターハンマー等も発生しやすいという点もあります。

出典：株式会社アピステ　ＨＰ
https://www.apiste.co.jp/column/detail/id=4607

【解答】

(1)解答：ヲ
題意より解答候補は，（イ）バケット，（ハ）デフレクタ，（ヘ）ニードル，等になると思います。
入口弁は流水をしっかりと遮断し漏れがないようにする目的で設ける弁で，反動水車ではガイドベーン，衝動水車ではニードルの摩耗を防ぐ役割や，ガイドベーン又はニードルが閉鎖不能になった場合に流水を遮断する役割があります。

(2)解答：カ
題意より解答候補は，（ヘ）排水，（カ）バイパス，（ヨ）制水，等になると思います。
主弁の前後の圧力差が大きいと主弁を開くことができなくなってしまうため，主弁よりも小さいバイパス弁を用いて，主弁前後の圧力差をなくしてから主弁を開する等の方法が適用されます。

(3)解答：ニ
題意より解答候補は，（ロ）スルース，（ニ）ちょう形，（ホ）ポペット，等になると思います。
ワンポイント解説「1.主な弁の種類と特徴」の通り，全開時でも弁体が流路の中心にあるのはちょう形弁となります。

(4)解答：ル
題意より解答候補は，（ル）管，（ワ）円すい，等になると思います。
ワンポイント解説「1.主な弁の種類と特徴」の通り，ロータリ弁の弁体は球形ですが，穴は管形なので消去法で管形が正答となります。

(5)解答：チ
題意より解答候補は，（ヘ）排水，（チ）圧力損失，（リ）重量，等になると思います。
ワンポイント解説「1.主な弁の種類と特徴」の通り，ロータリ弁が小さく，蝶形弁が大きいとなっていることから圧力損失であることがわかります。複葉弁はちょう形弁の弁体を薄く$ \ 2 \ $枚にして，圧力損失をより少なくすることを目的とした弁です。