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【問題】
【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)
次の文章は,水車のキャビテーションに関する記述である。
運転中の水車の流水経路中のある点で\( \ \fbox { (ア) } \ \)が低下し,そのときの\( \ \fbox { (イ) } \ \)以下になると,その部分の水は蒸発して流水中に微細な気泡が発生する。その気泡が\( \ \fbox { (ア) } \ \)の高い箇所に到達すると押し潰され消滅する。このような現象をキャビテーションという。水車にキャビテーションが発生すると,ランナやガイドベーンの壊食,効率の低下,\( \ \fbox { (ウ) } \ \)の増大など水車に有害な現象が現れる。
吸出し管の高さを\( \ \fbox { (エ) } \ \)することは,キャビテーションの防止のため有効な対策である。
上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) & 流 速 & 飽和水蒸気圧 & 吸出し管水圧 & 低 く \\
\hline
(2) & 流 速 & 最低流速 & 吸出し管水圧 & 高 く \\
\hline
(3) & 圧 力 & 飽和水蒸気圧 & 吸出し管水圧 & 低 く \\
\hline
(4) & 圧 力 & 最低流速 & 振動や騒音 & 高 く \\
\hline
(5) & 圧 力 & 飽和水蒸気圧 & 振動や騒音 & 低 く \\
\hline
\end{array}
\]
【ワンポイント解説】
キャビテーションは近年出題がされていませんでしたが,電験受験においては必須項目です。キャビテーションの原理は問題文の通りですが,対策は他にも以下の方法があります。
①ランナの形状を見直す。
②水車の比速度を下げる。
③壊食に対し,強い材料を使用する。
【解答】
解答:(5)
(ア)
(イ)
流水中の圧力が低下し,飽和水蒸気圧以下になると,低温でも水は蒸発し膨張します。膨張した後,また圧力が高い箇所に戻ると,今度は一気に凝縮し,この時非常に大きな力が働くため,様々な問題が発生します。
(ウ)
問題文では触れていませんが,騒音や振動が発生するのは,反動水車の吸出し管や水圧管です。
(エ)
吸出し管の高さを低くすることは,エネルギーの有効活用ができなくなるので,設計上は十分に考慮する必要があります。吸出し管は理論上\(10.33\mathrm {m}\)が限界となっています。