計算問題ではなく、蒸気タービンの原理に関する知識問題。
令和6年度 下期 第三種電気主任技術者 電力 問3
次の文章は、汽力発電所における蒸気タービンの分類に関する記述である。
衝動タービンは、高温・高圧の蒸気が羽根に衝突するときに生ずる衝動力によってランナを回転させるもので、タービンのノズルを通る間に蒸気の圧力が(ア)し、高速度となってノズルから噴出する。この噴出した蒸気を前面の羽根に衝突させることにより、ランナを回転させる。羽根を通過する蒸気の通路の断面積が一様であり、羽根の出入口の蒸気の圧力は(イ)。衝動タービンは蒸気の圧力が(ウ)のものに適する。
反動タービンは、衝動力と蒸気が回転羽根を離れるときの反動力を利用するもので、固定羽根で膨張させた蒸気を羽根に衝突させてランナを回転させるとともに、ランナの内部で蒸気を(エ)させ、排気するときの反動力を利用してランナを回転させる。反動タービンは、蒸気の圧力が(オ)のものに適する。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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各空欄を順に検証する。
(ア)衝動タービンでは、蒸気はノズル内で膨張して圧力エネルギーを速度エネルギーに変える。そのため圧力は降下し、蒸気は高速で噴出する。
(イ)羽根の通路断面積が一様なら、羽根内で蒸気はさらに膨張せず、羽根の出入口の圧力は等しい。羽根では速度エネルギーによる衝動力だけで回転力を得る。
(ウ)衝動タービンは動羽根の出入口で圧力差がないため、羽根先端の隙間からの蒸気漏れが少ない。高圧段にも適する。
(エ)反動タービンは、固定羽根で膨張させた蒸気を動羽根に当てるとともに、動羽根内でも蒸気を膨張させ、その反動力も利用する。
(オ)反動タービンは動羽根の前後に圧力差があり、羽根先端の隙間から蒸気が漏れる。高圧段では蒸気の比体積が小さく羽根が短いため、この漏れ損失の割合が大きくなる。そのため中低圧段に適する。
以上より、降下・等しい・高圧・膨張・中低圧の組合せである(5)が正しい。
各選択肢の解説
- (1)
(ア)上昇 (イ)等しい (ウ)高圧 (エ)膨張 (オ)中低圧
(ア)が「上昇」となっている点が誤り。衝動タービンのノズルでは蒸気が膨張して圧力が降下し、高速となる。(イ)〜(オ)は正しい内容だが、(ア)が誤りなので不適切。
- (2)
(ア)上昇 (イ)異なる (ウ)中低圧 (エ)凝縮 (オ)高圧
(ア)「上昇」が誤り(正しくは降下)。(イ)「異なる」が誤り(羽根の出入口の圧力は等しい)。(ウ)「中低圧」が誤り(衝動タービンは高圧向き)。(エ)「凝縮」が誤り(動羽根内では膨張させる)。(オ)「高圧」が誤り(反動タービンは中低圧向き)。複数箇所が誤りである。
- (3)
(ア)上昇 (イ)等しい (ウ)中低圧 (エ)膨張 (オ)高圧
(ア)「上昇」が誤り(正しくは降下)。(ウ)「中低圧」が誤り(衝動タービンは高圧向き)。(オ)「高圧」が誤り(反動タービンは中低圧向き)。(イ)等しい、(エ)膨張は正しいが、他の誤りがあるため不適切。
- (4)
(ア)降下 (イ)異なる (ウ)中低圧 (エ)凝縮 (オ)高圧
(ア)降下は正しいが、(イ)「異なる」が誤り(羽根の出入口の圧力は等しい)。(ウ)「中低圧」が誤り(衝動タービンは高圧向き)。(エ)「凝縮」が誤り(動羽根内では膨張させる)。(オ)「高圧」が誤り(反動タービンは中低圧向き)。
- (5)
(ア)降下 (イ)等しい (ウ)高圧 (エ)膨張 (オ)中低圧
(ア)降下、(イ)等しい、(ウ)高圧、(エ)膨張、(オ)中低圧のすべてが、衝動タービンと反動タービンの原理に合致する。公式正答とも一致し、正しい。
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