電験３種過去問【2023年(上期)電力問1】

2023年8月3日2024年1月15日

【水力発電】水車の比速度《空所問題》

　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　(ｱ)　変えたとき、　(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、ランナの形状や特性を表すものとしてこの比速度が用いられ、水車の　(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。
\(\displaystyle n_s=n\frac{P^{\frac{1}{2}}}{H^{\frac{5}{4}}}\)
　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　(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、　(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)～(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。

\(\small{\begin{array}{cccc} &(ア)&(イ)&(ウ)&(エ)&(オ)\\ \hline(1)&一定に保って有効落差を&単位流量(1㎥/s)&出力&大きい&高い効率を得\\ \hline(2)&一定に保って有効落差を&単位落差(1m)&種類&大きい&キャビテーションが生じ\\ \hline(3)&相似に保って大きさを&単位流量(1㎥/s)&出力&大きい&高い効率を得\\ \hline(4)&相似に保って大きさを&単位落差(1m)&種類&小さい&キャビテーションが生じ\\ \hline(5)&相似に保って大きさを&単位流量(1㎥/s)&出力&小さい&高い効率を得\\ \hline\end{array}}\)

解答と解説はこちら

解答

（4）が正しい。

解説

電験３種過去問【2018年電力問2】（水車の比速度）と全く同一の出題です。

　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(ｱ)相似に保って大きさ変えたとき、(ｲ)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のことである。
　水車では、ランナの形状や特性を表すものとしてこの比速度が用いられ、水車の(ｳ)種類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。
\(\displaystyle n_s=n\frac{P^{\frac{1}{2}}}{H^{\frac{5}{4}}}\)
　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(ｴ)小さい。
　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、(ｵ)キャビテーションが生じやすくなる。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。