今回は平成22年度 電力科目 A問題1を解説します。衝動水車が位置水頭を何に変えて作用させるのか、そしてランナ部で何を用いないためにどんな構造が可能になるのかを問う空欄補充問題です。
衝動水車はノズルで位置水頭を速度水頭に変換し、噴流をバケットにぶつけて回します。ランナ部で圧力水頭を使わないので、ペルトン水車のように水流が空気中を通過する構造にできるのです。
出題のポイント
平成22年度 電力科目 A問題1：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 電力科目 【水力】 平成22年度 A問題1
次の文章は、水車に関する記述である。衝動水車は、位置水頭を(ア)に変えて、水車に作用させるものである。この衝動水車は、ランナ部で(イ)を用いないので、(ウ)水車のように、水流が(エ)を通過するような構造が可能となる。上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)及び(エ)に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 圧力水頭 速度水頭 フランシス 空気中 (2) 圧力水頭 速度水頭 フランシス 吸出管中 (3) 速度水頭 圧力水頭 フランシス 吸出管中 (4) 速度水頭 圧力水頭 ペルトン 吸出管中 (5) 速度水頭 圧力水頭 ペルトン 空気中
ポイント解説：衝動水車＝位置水頭→速度水頭、圧力水頭を使わないから空気中でよい
(ア)：衝動水車はノズルから水を噴出させ、水の位置水頭を速度水頭（運動エネルギー）に変換して、その噴流をランナ（バケット）にぶつけて回転させる。したがって(ア)は速度水頭。
(イ)(ウ)(エ)：反動水車はランナ部で圧力水頭も利用するため、ランナは水で満たされ、出口には吸出管を設けて圧力を回収する必要がある。これに対し衝動水車はランナ部で圧力水頭を用いないので、ペルトン水車のように水流（噴流）が空気中を通過してバケットに当たる構造にできる。よって答えは(5)。
問題の解説
STEP1 (ア)
衝動水車はノズルで位置水頭を速度水頭に変換し、噴流をバケットに作用させる。
STEP2 (イ)
ランナ部で圧力水頭を用いない（圧力水頭を使うのは反動水車）。
STEP3 (ウ)(エ)
圧力を使わないので、ペルトン水車のように水流が空気中を通過する構造が可能→(5)。
答え：(5)
💡 覚え方
衝動水車（ペルトン）：ノズルで位置水頭→速度水頭に変換、ランナ部は大気圧・噴流が空気中を通過、吸出管は不要、高落差・小流量向き。反動水車（フランシス・プロペラ・カプラン）：ランナ部で圧力水頭も利用、ランナは水で満たされ、出口に吸出管を設けて残存エネルギーを回収、中〜低落差向き。
⚠️ よくある間違い
(ア)と(イ)を逆にしない——衝動水車が「変えて使う」のが速度水頭、「用いない」のが圧力水頭。吸出管は反動水車の部品なので(エ)は「空気中」。(ウ)のフランシスは反動水車なので誤り。
まとめ
| (ア) | 位置水頭→速度水頭に変換 |
| (イ) | ランナ部で圧力水頭を用いない |
| (ウ) | 代表例はペルトン水車 |
| (エ) | 水流が空気中を通過する構造が可能 |
| 答え | (5) |
▼あわせて解きたい関連問題
・水車の分類（衝動・反動・小水力）（水力31）：【電力】平成25年度 A問題1
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 平成22年度 問題一覧（全4科目）
コメント