電験三種 平成30年度(2018) 電力 問2 過去問解説
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（1 kW）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（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 $n_{\mathrm{s}}$ は，次の式で表される。
$n_{\mathrm{s}} = n \cdot \dfrac{P^{\frac{1}{2}}}{H^{\frac{5}{4}}}$
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），（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。
- (1) （ア）一定に保って有効落差を，（イ）単位流量（1 m³/s），（ウ）出力，（エ）大きい，（オ）高い効率を得
- (2) （ア）一定に保って有効落差を，（イ）単位落差（1 m），（ウ）種類，（エ）大きい，（オ）キャビテーションが生じ
- (3) （ア）相似に保って大きさを，（イ）単位流量（1 m³/s），（ウ）出力，（エ）大きい，（オ）高い効率を得
- (4) （ア）相似に保って大きさを，（イ）単位落差（1 m），（ウ）種類，（エ）小さい，（オ）キャビテーションが生じ
- (5) （ア）相似に保って大きさを，（イ）単位流量（1 m³/s），（ウ）出力，（エ）小さい，（オ）高い効率を得
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正解は(4)
解説
【考え方】比速度は、水車の「形のちがい」をくらべるための数字です。
ポイント：水車の比速度 $n_{\mathrm{s}} = n \cdot \dfrac{P^{\frac{1}{2}}}{H^{\frac{5}{4}}}$（ns：比速度、n：回転速度[min⁻¹]、P：出力[kW]、H：有効落差[m]）
■1 (ア)(イ) 比速度の決め方
水車の形と水の流れ方を相似（そっくりな形）に保ったまま、大きさを変えます。→ (ア) 相似に保って大きさを
そして、落差 1 m で 1 kW を出すようにしたときの回転速度が比速度です。→ (イ) 単位落差（1 m）
■2 (ウ) 種類ごとのはんい
ペルトン・フランシス・プロペラなど、水車の種類ごとに、ちょうどよい比速度のはんいがあります。→ (ウ) 種類
■3 (エ) ペルトンとフランシス
ペルトン水車は高い落差に向き、比速度は小さいです。
フランシス水車より小さくなります。→ (エ) 小さい
■4 (オ) 大きな落差で使うと
比速度の大きい水車を大きな落差で使うと、水の速さが大きくなり、圧力が下がって泡ができます。
この泡がつぶれて羽根を傷める現象を、キャビテーションといいます。→ (オ) キャビテーションが生じ
答えは(4)ピヨ。
出典：平成30年度（2018） 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）電力 問2