問 題
次の文章は、水車の調速機の機能と構造に関する記述である。
水車の調速機は、発電機を系統に並列するまでの間においては水車の回転速度を制御し、発電機が系統に並列した後は( ア )を調整し、また、事故時には回転速度の異常な( イ )を防止する装置である。
調速機は回転速度などを検出し、規定値との偏差などから演算部で必要な制御信号を作って、パイロットバルブや配圧弁を介してサーボモータを動かし、ペルトン水車においては( ウ )、フランシス水車においては( エ )の開度を調整する。
上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)及び(エ)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)
- 出力 上昇 ニードル弁 ガイドベーン
- 電圧 上昇 ニードル弁 ランナベーン
- 出力 下降 デフレクタ ガイドベーン
- 電圧 下降 デフレクタ ランナベーン
- 出力 上昇 ニードル弁 ランナベーン
解 説
調速機でコントロールできるのは、回転速度と出力の2つです。発電機を系統に並列するまでの間は回転速度を調節し、その後は出力を調節することによって回転速度を安定化させます。よって、( ア )には「出力」が入ります。
また、この問題を答えるにあたっては直接必要ではありませんが、重要事項として「速度調定率」の式が挙げられます。回転速度と発電機出力の関係を速度調定率といい、以下の式で表されます。
続いて( イ )について、事故時には水車と発電機がうまく連動せず、負荷が掛からなくなってしまうことがあります。負荷が掛からなければ水車は簡単に回るので、回転速度が異常に上がってしまいかねません。これは故障やさらなる事故の原因となり得るので、調速機によって回転速度の異常な上昇を防止しています。よって、( イ )には「上昇」が入ります。
( ウ )に関して、ペルトン水車の構造は以下の図を参考にしてください。
上図のうち、ニードル弁は前後に動かすことによって水の出やすさを変え、水量を調節します。水量を調節することで回転速度を制御しています。よって、( ウ )は「ニードル弁」となります。
また、デフレクタは噴射される水の向きを変える(バケットからそらす)役割を担っていて、負荷変動に応じてバケットが受ける水の量を変えることで回転数の異常を防ぎます。こちらも回転速度を制御していることには変わりありませんが、通常時に使用するというよりも異常時の事故防止用です。
ここでは、問題文の「規定値との偏差などから演算部で～」より、通常時の話をしているので、デフレクタは不適です。
( エ )に関して、フランシス水車の構造は以下の図を参考にしてください。
上図のガイドベーン(案内羽根ともいいます)の開度を調節することで水量を制御できるので、( エ )には「ガイドベーン」が入ります。
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