《電力》〈水力〉[H25:問5]水車のキャビテーションとその対策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】★☆☆☆☆（易しい）

次の文章は，水車のキャビテーションとその対策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。

ただし，重力加速度を$ \ \mathit {ｇ} \ \mathrm {[m／s^{2}]} \ $，流水の密度を$ \ \rho \ \mathrm {[kg／m^{3}]} \ $とする。

水車の流水中の絶対圧力が$ \ \fbox {　（１）　} \ $以下になると，その部分にキャビテーションが発生する。キャビテーションが発生すると，

①　効率，出力，水流の減少が起こる

②　キャビテーション発生場所に$ \ \fbox {　（２）　} \ $が起こる

③　$ \ \fbox {　（３）　} \ $入口の水圧変動が著しくなる

といった現象が発生する。

このキャビテーションの発生を抑制する対策としては，

①　水車の$ \ \fbox {　（４）　} \ $を一定値以下とする

②　ランナベーンの形状を整え，表面を滑らかにする

③　過度の$ \ \fbox {　（５）　} \ $運転や過負荷運転をさける

などがある。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　間　欠　　　　　　　&（ロ）&　腐　食 \\[ 5pt ] &（ハ）&　壊　食　　　　　　　&（ニ）&　電　食 \\[ 5pt ] &（ホ）&　比速度　　　　　　　&（ヘ）&　飽和蒸気圧 \\[ 5pt ] &（ト）&　速度水頭の \ 2\rho \mathit {ｇ} \ 倍　　　　　　　&（チ）&　圧力水頭の \ \rho \mathit {ｇ} \ 倍 \\[ 5pt ] &（リ）&　重　量　　　　　　　&（ヌ）&　部分負荷 \\[ 5pt ] &（ル）&　出力固定　　　　　　　&（ヲ）&　ガイドベーン数 \\[ 5pt ] &（ワ）&　ランナ　　　　　　&（カ）&　ケーシング \\[ 5pt ] &（ヨ）&　吸出し管 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

3種でも出題頻度が高く，2種受験生であればかなりの受験生が完答できる問題で，この年の電力科目の合格率74.2％に大きく寄与した問題と言えると思います。本問の内容は基本事項となりますので，きちんと理解するようにしましょう。

1.比速度の定義
水車の形状を相似に保ったまま大きさを小さくし，$ \ 1 \ \mathrm {[m]} \ $の有効落差で$ \ 1 \ \mathrm {[kW]} \ $の出力を発生するときの回転速度を言います。定格回転数を$ \ n \ \mathrm {[min^{-1}]} \ $，水車の出力を$ \ P \ \mathrm {[kW]} \ $，有効落差を$ \ H \ \mathrm {[m]} \ $とすると，比速度$ \ n_{\mathrm {s}} \ \mathrm {[m\cdot kW]} \ $は，
\[
\begin{eqnarray}
n_{\mathrm {s}} &=&n \cdot \frac {\displaystyle P^{\frac {1}{2}}}{\displaystyle H^{\frac {5}{4}}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

2.キャビテーション
水車中の水の圧力が，その時の飽和蒸気圧以下に低下すると，水が水蒸気になり気泡が発生します。その気泡が再び圧力が高い場所に行くと液化し，気泡が崩壊する現象を言います。
キャビテーションにより，衝動水車ではニードル弁の浸食（エロ―ジョン），反動水車ではランナの浸食，各部の振動，騒音の発生等が発生します。