電験3種「電力」のポイント その4 水撃作用とサージタンク・キャビテーション

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電験3種「電力」のお勉強4回目のテーマは「水撃作用とサージタンク・キャビテーション」です。

 

ウォーターハンマ

水圧管内の水流が急激に遮断、または減速されると管内に高い圧力が発生し、管を伝わって往復します。

この現象を水撃作用(ウォーターハンマ)といいます。

 

ウォーターハンマの影響

水撃作用(ウォーターハンマ)は、流速の変化が急激になるほど大きく水圧管路が長いほど大きくなります

高い落差を利用する水力発電所では、水撃作用(ウォーターハンマ)による影響も大きくなります。

 

サージタンクとは

ダム水路式発電所で、導水路が圧力水路の場合、水撃作用(ウォーターハンマ)を軽減する目的でサージタンクを設けます。

この例の場合、導水路と水圧管路の間にサージタンクを設けます。水圧管路内の圧力が急激に上昇した場合、サージタンクの水位が上昇して、圧力の変化を吸収して水撃作用(ウォーターハンマ)を防ぎます

 

キャビテーションとは

水流の中のある部分の圧力が低下して気泡が生じる現象キャビテーションといいます。

水車や船のスクリューなどのように、水中を高速で運動する物体の表面に流速の速い部分が生じると、ベルヌーイの定理によって局部的に圧力が低下します。その結果圧力が飽和蒸気圧よりも低くなると、水が沸騰して水蒸気が生じます。また水中に溶存していた気体遊離して細かい気泡がたくさん生じます。

この現象をキャビテーションといい、この現象が起こると振動や騒音が生じて水車の効率が低下し、気泡が衝突して壊れる時の衝撃でランナの表面が侵食されるなど、様々な悪影響がでます。

キャビテーションは、水車の比速度が大きすぎるときや吸出し管の吸出し高さが大きすぎる時に生じやすくなります。

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