[電験三種]水車に関する正誤問題1

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「問題」
水車に関する次の記述のうち、誤っているのはどれか?

1. ペルトン水車は負荷変動に対する効率低下が少なく,多ノズルになるほど
その傾向が大きい。

2.比速度の大きい順に水車の種類を並べると,プロペラ水車ー>斜流水車ー>フランシス水車ー>ペルトン水車となる。

3.比速度が小さいと水車にキャビテーションが発生し,振動・腐食の原因となる。

4.比速度の大きい水車を採用した方が発電機の形状および重量は小となり経済的になる。

5.カプラン水車はフランシス水車に比べ,落差や負荷の変化に対して効率の低下が少ない。

「不足している知識」

まずは,この問題を解くうえで,何が知識として足りていないか整理した。
そして,不足している知識について整理し,記事としてまとめ上げた。

①各種の登場する水車がどのような形状で,どのような性質を持っているのか

こちらに整理

②比速度の定義と比速度の大小が与える影響について

③キャビテーションの発生原理

こちらに整理

「考え方」

実際にこの問題について解いていく。

まずは,1項の選択肢について考える。
ペルトン水車は負荷変動に対し,効率の低下が少ない特徴を持つ。
これは流体機械の形状によるものであり,知識として必要である。
また,多ノズル式であれば,負荷が大きい場合は多くのノズルから水を噴射させ,
負荷が低い場合は少ないノズルから,水を噴射させることが出来るので,
負荷変動に対しての効率変動が少ないと考えられる。よって,正。

2項の選択肢について考える。
流体機械の形状に対応したパラメータで,容積形,遠心式,斜流式,軸流式の順に
比速度は大きくなる。
比速度が小さいと高圧・低流量を,大きいと低圧・大流量を表わす。
つまり,水の中にすっぽりと埋まる形状に近づけば近づくほど,
比速度が大きくなることから,正であることがわかる。

3項の選択肢について考える。
比速度が高いほど、キャビテーションが発生しやすくなる。
もし、問題文の通り、比速度が低いほどキャビテーションが発生しやすければ、
低回転であればあるほど、キャビテーションが発生することになり、世の中が成り立たなくなる。
よって誤り。

4項の選択肢について考える。
比速度が高ければ,同じ条件で回転数が増えることになる。
誘導電圧の式は以下の通り表せ,回転磁が増えれば,磁界を切る導体の速さが速くなるので
同じ電圧を得ようとした場合,磁界もしくは導体の長さを減少させることが出来る。
よって,本項目は正である。

E=vBl

E:誘導器電圧[V]
v:磁界を切る導体の速さ[m/sec]
B:磁界の強さ[Wb/m^2]
l:導体の長さ[m]

5項の選択肢について考える。
フランシス水車は最適の負荷運転では効率が最高である一方,
落差変動や負荷変動による効率低下が大きい欠点を有するので
本項目は正である。

電験3種

Posted by Gin