《電力》〈水力〉[H29:問2]水車のキャビテーションに関する空欄穴埋問題

【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。