過去問解説・解答 電験三種

電験三種の過去問解説(電力):2018年(平成30)問2☆水車の比速度

2019年10月29日

出典:一般財団法人電気技術者試験センター
平成30年度第三種電気主任技術者試験電力科目A問題問2

次の文章は、水車の比速度に関する記述である。

比速度とは、任意の水車の形(幾何学的形状)と運転状態(水車内の流れの状態)とを \(\fbox{ (ア) }\) 変えたとき、\(\fbox{ (イ) }\) で単位出力(1kW)を発生させる仮想水車の回転速度のことである。
水車では、ランナの形や特性を表すものとしてこの比速度が用いられ、水車の \(\fbox{ (ウ) }\) ごとに適切な比速度の範囲が存在する。
水車の回転速度をn[\(min^{-1}\)]、有効落差をH[m]、ランナ1個当たり又はノズル1個当たりの出力をP[kW]とすれば、この水車の比速度 \(n_s\) は、次の式で表される。
\(n_s=n・\displaystyle\frac{P^\frac{1}{2}}{H^\frac{5}{4}}\)
通常、ペルトン水車の比速度は、フランシス水車の比速度より \(\fbox{ (エ) }\) 。
比速度の大きな水車を大きな落差で使用し、吸出し管を用いると、放水速度が大きくなって、\(\fbox{ (オ) }\) やすくなる。そのため、各水車には、その比速度に適した有効落差が決められている。

上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)、及び(オ)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。

(ア)(イ)(ウ)(エ)(オ)
(1)一定に保って有効落差を単位流量(1\(m^3\)/s)出力大きい高い効率を得
(2)一定に保って有効落差を単位落差(1m)種類大きいキャビテーションが生じ
(3)相似に保って大きさを単位流量(1\(m^3\)/s)出力大きい高い効率を得
(4)相似に保って大きさを単位落差(1m)種類小さいキャビテーションが生じ
(5)相似に保って大きさを単位流量(1\(m^3\)/s)出力小さい高い効率を得

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過去問解説

比速度の意味さえ知っていれば解けてしまう簡単な穴埋め問題です。

ペルトン水車とフランシス水車の比速度比較や、比速度と有効落差の関係について知らなかった方は、確実に覚えて次の問題に進みましょう。

問題を解くポイント

  • 比速度とは(ア)(イ)
  • 水車の比速度(ウ)(エ)
  • 比速度と有効落差(オ)

比速度とは

比速度とは

任意の水車の形と運転状態とを相似に保って大きさを変えたとき、単位落差(1m)で単位出力(1kW)を発生させる仮想水車の回転速度


(ア)(イ)を含む記述の通りなので、他の部分が空白になっても大丈夫なように、そのまま覚えましょう。

水車の比速度

水車の種類ごとに適切な比速度の範囲

  • ペルトン水車:15~25[m・kW]
  • フランシス水車:70~350[m・kW]
  • デリア水車:140~350[m・kW]
  • 軸流水車:250~980[m・kW]

比速度の範囲を正確に覚える必要はありませんが、ペルトン水車とフランシス水車の比速度の関係を覚えておきましょう。
*(エ):ペルトン水車の比速度は、フランシス水車の比速度より小さい

比速度と有効落差

比速度と有効落差

比速度の大きな水車を大きな落差で使用し、吸出し管を用いると、放水速度が大きくなってキャビテーションが生じやすくなる

各水車の比速度に適した有効落差

  • ペルトン水車:150~800[m]
  • フランシス水車:40~500[m]
  • デリア水車:40~180m
  • 軸流水車:5~80[m]

有効落差の範囲を正確に覚える必要はありませんが、ペルトン水車とフランシス水車の有効落差の関係を覚えておきましょう。

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