機械・電気の知識

 ここはなかなか難しいと思います。捨ててもいいかも知れません。その場合は他のジャンルで点数をリカバリーしましょう。解説もかなり省略しています。

基 礎

水と電気:これは同じと考えてよい。電気のオームの法則のI・R=Eで、I電流は流量、R抵抗は配管抵抗、E電圧はエネルギーと考えればよい。

ベルヌイの定理:

ベルヌイの式の仮定

  1. 定常流(時間の経過によって状態の変わらない流れ)で、かつ連続した流管(流線によって囲まれた仮想的な管)であること。
  2. 流管の断面では流速が一様であること(つまり流体の内部摩擦がないこと)。
  3. 非圧縮性流体(密度が一定)であること。

水理公式のいろいろ:マニングの式、ファニングの式、ウエストンの式、ヘーゼン・ウイリアムスの式、クッターの式、ファニングの式 等があるが、すべて経験式。

なかでも、右の二つは憶えておくと得をする?
λは摩擦係数、Lは長さ、dは口径、vは流速
伝  熱:τ時間に流れる熱量Qは   
λは熱伝導率、Aは面積、Lは距離、tは温度

 配管の保温を厚くする(Lを大きくする)と熱の損失が減少するが、表面積Aが増えるから、どこかに最適値が存在する。→ 保温の経済厚さ

レイノルズ数:単位が無い無次元数   
Vは流速、dは管径、νは動粘度
Reが2000以上は乱流、それ以下は層流

 層流とは円管に水を流す時、流速が十分に遅いと水の各部分は管の軸に平行に、重ねたカードをすべらせるように流れる。

オリフィスの水量:位置エネルギー mgh が運動エネルギー 1/2×mv2 に変わるから
音の性質:空気中の音速c=331.5+0.6t   tは温度(℃)一般には15℃の340 m/s  を使う
デシベルの加算Aデシベルの音とBデシベルの音が同時に存在してCデシベルになるとき
AとBが同じなら必ず3デシベル大きくなる
→ 50 dBと50 dBの合計は53 dB

浄化槽で使ういろいろな物性の測定法

温 度液体封入ガラス温度計温度による液体の膨張を応用
熱電対温度計2種類の金属を接触させたときの熱起電力を応用
抵抗温度計サーミスタが温度で抵抗が変化するのを応用
バイメタル2種の金属を張り合わせ、熱膨張の差で曲がるのを応用
湿 度乾湿球湿度計一方にガーゼを巻いて蒸発熱の釣り合いから湿度を算出
毛髪湿度計湿度により毛髪が伸縮するのを応用
流 量せき式流量計流量がせきの水頭に比例することを応用、簡単で管理が楽。浄化槽に多い
浮子式面積流量計テーパ管の浮子が前後の圧力差等で流量とバランスすることを応用
差圧式流量計絞り前後の圧力差を応用。オリフィスが代表的
容積式流量計一定の容積のものを何回満たしては空にするかを数えるもの。ガソリンスタンドがこれ
電磁流量計導電性の流体が磁界を横切ったときに発生する起電力を応用
超音波流量計流体の速度により超音波の伝播速度が異なることを応用
圧 力液柱差圧力計U字管に液体を入れ、液面高さの差を読む(マノメータ)
ブルドン管中空管を渦状に巻いて一端を閉じたものの変形量を測定(ブロワに多用)
水 位電極式水位計長さが異なる電極間の導通を調べて水位を検知する
転倒式水中ポンプ用いられる。中空のボールの中に水銀スイッチやリードスイッチをセット
音波式超音波の発信から受信までの時間を測定して距離を求める
DO隔膜式テフロン隔膜を透過した酸素が金属表面で還元されるときに発生する電流を測定
pHガラス電極法ガラスを隔膜にして、水素イオン濃度に比例して発生する起電力を測定
MLSS光学式濁度と基本的には同じ(定期的洗浄が必要)
超音波式超音波を発信し透過時の減衰量を測定る
濁 度表面散乱光式水面に光を照射し、懸濁物質からの散乱光を受光素子で測定
透過光散乱光透過光量と散乱光量をそれぞれ測定して比較する。
臭 気機器分析吸光度やガスクロで測定
官能試験きゅう覚正常者を数人選んで嗅いでもらう(原始的)

機械工学

ポンプ

1.構造原理による分類

方 式適 用
ターボ式ケーシング内で羽根車を回転して液体にエネルギーを与える水中ポンプがこれ、他に地上型の渦巻きポンプ
容積式一回あたりの容積を繰り返して液体を押し出す往復型のプランジャー型、ダイアフラム型が代表。少量・高圧のため薬注ポンプに適す
スクリュー式傾斜したスクリューを回転して揚水する浄化槽では使われない。下水道の原水ポンプで使用される
エアリフトポンプ管下部に空気を吹き込むと、内部液の見かけ密度が小さくなり揚水される浄化槽で多用。原理簡単で故障すくない。汚泥の返送・移送、引き抜きに最適

2.揚  程

ポンプが単位時間に流れる液体に与えるエネルギーを水頭で表わしたものが 全揚程で、

全揚程=実揚程+損失水頭+速度水頭

さらに吸込み側と吐出側に分けると。

全揚程=吸込み全揚程+吐出全揚程

 例えば、10 mの高さに水を揚げる場合、実揚程10mの他に管路抵抗や速度水頭が必要ということ。

3.運転時の特異現象

キャビテーションある部分の静圧がその時の液体温度に相当する蒸気圧以下になり、その部分で液体が局部的に蒸発を起こし気泡が発生する現象。
→ポンプ性能が著しく低下し
→発生部に激しい侵食を生じ、ポンプ寿命が著しく短くなる
ウオータハンマー運転中のポンプが急停止すると圧力低下がおこる。やがて逆止弁が閉じ今度は衝撃的に圧力上昇が起き、衝撃圧力波として配管内を往復する現象。水撃ともいう。
→衝撃音の発生と配管の破損
サージングポンプ配管系に強制的な力が加えられていないのに、管路の流量と圧力に周期的な振動がおこる現象。
→配管の空気だまりをなくす。
→水量調節バルブはできるだけポンプの近くに設置

4.特性曲線

同仕様のポンプの2台運転では

直列運転:吐出量は同じで、揚程が加算される
並列運転:揚程が同じで、吐出量が加算される

ブロワ

方 式適 用
ターボ式羽根車の回転により空気を送るもの下水処理場ではターボブロワが使われる
容積式1回転あたりの容積を何回か繰り返すことで空気を送る浄化槽では回転型が多用される。小型ではロータリー型、中大型ではルーツ型

参考:吐出圧力が1m水柱上昇すると、吐出空気温度が約10℃上昇する。

電気一般

電動機(モータ)

1.分 類(一部略) ○長所、☓短所

2.電圧・周波数変動

JISでは電圧10%、周波数 5%変動しても実用上支障があってはならないとある

3.始動方式

直入れ始動(全電圧始動):電動機に直接定格電圧を加える。始動電流が大きいが安い。200V-3.7kw以下がこれ。

スターデルタ始動:始動時にスター結線とし、全負荷回転数の70〜80%に達したとき、デルタ結線に切り替える。始動電流は直入れの1/3になるが、始動トルクも1/3になる。200V-5.5kw以上がこれ。

始動補償器法:始動電流を制限し、かつある程度の始動トルクを保持する方式

コンドルファ始動:上記始動補償器法をさらに改良したもの

4.回転数の制御

電動機の回転数Nは下式で計算できる。fは入力周波数、Pは極数、Sはすべり

したがって、電動機の回転数を変えるには周波数、極数、すべりを変えればよい。そこで、周波数を変換するのがインバータで、正確には周波数の変化と同時に電圧も比例して制御している。

接地工事他

機械器具の区分接地工事
300V以下の低圧用D種接地工事100Ω(0.5秒以内に遮断できる装置があれば500Ω)
300Vをこえる低圧用のもの特別C種接地工事
高圧用または特別高圧用のものA種接地工事

電圧の種類

種 類直 流交 流
低 圧750V以下600V以下
高 圧750Vを超え7000V以下600Vを超え7000V以下
特別高圧7000Vを超えるもの

絶縁抵抗値

電路の使用電圧絶縁抵抗最小値
対地電圧が150V以下0.1 MΩ
150Vを超え、300V以下0.2 MΩ
300Vを超えるもの0.4 MΩ

この値は工事完了時のみでなく、常時維持すべき値

制御回路と制御盤

1.機器構成

2.文字記号

  
M:電動機  LVS:レベルスイッチ  A:電流計  WH:電力量計  T:トランス
CT:変流器  S:スイッチ  V:電圧計  BZ:ブザー  
F:ヒューズ  COS:切換スイッチ  W:電力計  SV:電磁弁    

3.簡単なシーケンス

下図のように電気の図記号を使います。(JISC0617)。

MCCB:配線用遮断器
ON:スイッチ(A接点)
OFF:スイッチ(B接点)
THR:過電流リレー(B接点)
MC:電磁接触器(A接点)
RL:ランプ(赤)
RST:動力電線
M:モータなどの負荷
SC:進相コンデンサ

A接点:通電時にON、常時OFF
B接点:常時ON、通電時にOFF