【1類】ミニテスト

【1類】ポンプ・配管・流体力学 ミニテスト(10問)

ポンプ・配管・流体力学 ミニテスト(10問)

渦巻ポンプの構造と性能、キャビテーション・ウォーターハンマーなどのトラブル現象、連続の式・ベルヌーイの定理・ハーゼンウィリアムズ式の流体力学、そして配管・バルブ・継手の知識を確認するミニテストです。

元の記事で復習したい方はこちら:
ポンプの種類と性能|渦巻ポンプ・全揚程・キャビテーション・ウォーターハンマーをわかりやすく解説
配管の流体力学|ベルヌーイの定理・摩擦損失・ハーゼンウィリアムズ式をわかりやすく解説


【第1問】

消防用設備の加圧送水装置に使用されるポンプの分類として、正しいものはどれか。

(1)容積型の往復ポンプ
(2)容積型の歯車ポンプ
(3)ターボ型の渦巻ポンプ
(4)ターボ型の軸流ポンプ

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正解:(3)
消防用設備にはターボ型(非容積式)の渦巻ポンプが使われます。羽根車の回転による遠心力で水を送り出し、大量の水を連続的かつ安定して供給できるのが特徴です。容積型ポンプは脈動(送水のムラ)があり、消防用にはほぼ使われません。


【第2問】

渦巻ポンプにおいて、羽根車から押し出された水の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する部品として、正しいものはどれか。

(1)インペラー
(2)ケーシング(渦巻室)
(3)メカニカルシール
(4)軸受(ベアリング)

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正解:(2)
ケーシング(渦巻室)は渦巻き状に広がった形をしており、流路が徐々に広くなることで水の速度が落ち、代わりに圧力が上がります(ベルヌーイの定理)。インペラー(羽根車)は遠心力で水を押し出す部品、メカニカルシールは軸封装置です。


【第3問】

ポンプの吐出量Qと全揚程Hの関係について、正しいものはどれか。

(1)Qが増えるとHも増える(比例関係)
(2)Qが増えるとHは下がる(トレードオフの関係)
(3)QとHは常に一定で変化しない
(4)QとHは互いに無関係で独立している

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正解:(2)
ポンプの吐出量Qと全揚程Hにはトレードオフの関係があります。たくさんの水を出そう(Q増加)とすると揚程Hは下がり、高い所まで送ろう(H増加)とすると水量Qは減ります。このQとHの関係をグラフにしたものが性能曲線(Q-H曲線)で、右下がりの曲線になります。


【第4問】

キャビテーションが発生する場所と原因の組み合わせとして、正しいものはどれか。

(1)ポンプの吐出側で圧力が上昇しすぎて発生する
(2)ポンプの吸込側で圧力が低下して水が局所的に沸騰する
(3)配管内でバルブを急に閉じたときに衝撃波が発生する
(4)ポンプの吐出側と吸込側で圧力差がなくなり発生する

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正解:(2)
キャビテーションはポンプの「吸込側」で発生します。吸込側の圧力が飽和蒸気圧以下に下がると水が局所的に沸騰して気泡が生じ、この気泡が圧力の高い場所に移動して一瞬で崩壊するとき、衝撃波で羽根車やケーシングが損傷します。(3)はウォーターハンマーの説明です。


【第5問】

ウォーターハンマーの防止策として、適切でないものはどれか。

(1)バルブをゆっくり閉める
(2)エアチャンバー(空気室)を設置する
(3)ポンプの吸込管を太く短くする
(4)フライホイールを設置してポンプの急停止を防ぐ

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正解:(3)
吸込管を太く短くするのはキャビテーションの防止策であり、ウォーターハンマーの防止策ではありません。ウォーターハンマーはバルブの急閉やポンプの急停止で起きるため、バルブをゆっくり閉める・エアチャンバーで圧力変動を吸収する・フライホイールで急停止を防ぐことが有効です。


【第6問】

連続の式「Q = A × v」について、内径50mmの配管を流速2m/sで水が流れている場合、この配管が内径25mmに絞られたとき流速は何m/sになるか。

(1)4 m/s
(2)6 m/s
(3)8 m/s
(4)16 m/s

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正解:(3)
連続の式 A1 × v1 = A2 × v2 を使います。直径が50mmから25mmに半分になると、断面積は直径の2乗に比例するので1/4になります。A1 × 2 = (A1/4) × v2 を解くと v2 = 8 m/s です。直径が半分になると流速は4倍になります。


【第7問】

ベルヌーイの定理における3つのエネルギー(水頭)の組み合わせとして、正しいものはどれか。

(1)圧力水頭・速度水頭・温度水頭
(2)圧力水頭・速度水頭・位置水頭
(3)動力水頭・速度水頭・位置水頭
(4)圧力水頭・摩擦水頭・位置水頭

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正解:(2)
ベルヌーイの定理では、流体のエネルギーを「圧力水頭(P/ρg)」「速度水頭(v²/2g)」「位置水頭(h)」の3つで表し、摩擦のない理想状態ではこれらの合計が一定となります。すべてメートル(m)の単位で統一して比較できるのがポイントです。


【第8問】

配管用炭素鋼鋼管(SGP)と圧力配管用炭素鋼鋼管(STPG)の違いについて、正しいものはどれか。

(1)SGPのほうがSTPGより肉厚で高圧に耐えられる
(2)STPGはSGPより肉厚で高圧に耐えられ、ポンプ周りに使用される
(3)SGPとSTPGは材質が異なるだけで肉厚は同じである
(4)STPGは耐食性に優れるためステンレス製である

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正解:(2)
STPG(圧力配管用炭素鋼鋼管)はSGP(配管用炭素鋼鋼管)より肉厚で高い圧力に耐えられます。ポンプの吐出側や高圧がかかる部分に使用されます。名前に「圧力(pressure)」が入っているSTPGのほうが高圧向きと覚えましょう。


【第9問】

仕切弁(ゲートバルブ)の特徴として、正しいものはどれか。

(1)弁体の開き具合を調整でき、流量の微調整が可能
(2)全開時でも流路抵抗が大きく、圧力損失が多い
(3)全開時に流路抵抗がほとんどなく、全開か全閉で使用する
(4)球体を90度回転させて開閉する構造である

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正解:(3)
仕切弁(ゲートバルブ)は全開にすると弁体が流路の外に退避するため、流路抵抗がほとんどありません。ただし半開きの状態で使うと弁体が振動して損傷するため、流量の微調整には向かず「全開か全閉か」の二択で使います。(1)は玉形弁、(4)はボール弁の特徴です。


【第10問】

消防ポンプの吐出側に逆止弁(チェックバルブ)を設置する目的として、正しいものはどれか。

(1)放水量を調整するため
(2)配管内の圧力を一定に保つため
(3)ポンプ停止時に配管内の水がポンプ側に逆流するのを防ぐため
(4)ウォーターハンマーの衝撃波を吸収するため

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正解:(3)
逆止弁は水の逆流を防ぐバルブです。消防ポンプの吐出側に設置することで、ポンプが停止したときに配管内の水がポンプ側に逆流するのを防ぎます。水は一方向にしか流れず、逆方向に流れようとすると弁体が自動的に閉じる構造です。


おつかれさまでした!

10問中何問正解できましたか?間違えた問題は、元の記事に戻って復習しましょう。

  • ポンプの種類と性能」 — 渦巻ポンプの構造・性能曲線・キャビテーション・ウォーターハンマー・サージング
  • 配管の流体力学」 — 連続の式・ベルヌーイの定理・ハーゼンウィリアムズ式・摩擦損失

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