JP2004124814A

JP2004124814A - Flow rate estimation method for pump and its apparatus

Info

Publication number: JP2004124814A
Application number: JP2002289921A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamakawa; 山川　孝之; Kazuhiro Nonaka; 野中　和浩; Tetsuo Kono; 河野　哲雄
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple pump flow rate calculating apparatus and its method. <P>SOLUTION: This flow rate estimation apparatus comprises a means of independently calculating a shutoff head for each pump; a means of estimating a net pressure head of the pump from a difference between a head detected by a pressure detector on the pump delivery side and a pump total shutoff head obtained from the suction side head of the pump and resistance head; a means of dividing the head of each difference by a coefficient of the square of the flow rate of each pump; and a means of estimating the total flow rate of the a plurality of pumps under parallel running by obtaining a flow rate signal of each pump and adding each flow rate signal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量や特性の異なる複数台のポンプを並列運転する場合の各々のポンプ流量と合計流量を推定する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量検出方法として、差圧式や電磁式などの流量計が採用されていたが、これらは高価であるという欠点があった。この対策として、給水システムなどの分野では、高価な流量計を採用しない代案が検討されている。最初に提案された方法は、“ポンプ流量はポンプ速度に比例する”と云う性質を利用して、ポンプ速度から流量を検出する方法であった。しかし、吐出圧力一定制御や、最近の推定末端圧力一定制御を行っているポンプでは、上記の“ポンプ流量はポンプ速度に比例する”と云う関係が成立しない。その分、流量推定に誤差を生じることになる。
【０００３】
次ぎに提案されたのが、一定圧力制御や、推定末端圧力一定制御を行っているポンプ系に於いて、各動作点に於ける流量に対するポンプ速度と圧力の組み合せ値を、予めテーブルにしておき、実際の流量は、このテーブルから読み出す方法であった。例えば、同容量、同一特性の２台のポンプが推定末端圧力一定力制御を行いつつ並列運転している場合、推定末端圧力一定制御の目標圧力−流量曲線上の各点に対するポンプ速度と圧力の組み合せ点に対する流量を対応させたテーブルを準備しておく方法である。
つまり、ポンプ速度と圧力の実際値とこのテーブルを対応させて流量を推定する方法である。この方法は、前者の速度から検出する方法より、速度と圧力の組み合せで流量を推定する方法であるからそれだけ精度を高くできた。
然しながら、さらに推定精度を向上するには、ポンプの動作点を細かくしたテーブルが必要になる問題がある。また、推定末端圧力一定制御の目標圧力曲線を変更する場合や、ポンプの並列運転を解除する場合には、それぞれの目的に合致したポンプ速度と圧力の組み合せに対する流量のテーブルを多数準備する必要がある。加えて、容量や特性の違ったポンプの場合には、これらのテーブルを予め準備するのは、まことに困難であった。
【０００４】
流量推定の手段として、並列運転しているそれぞれのポンプの締切揚程から、ポンプの正味発生揚程を引き算した結果が、各ポンプの流量の２乗の係数と流量の２乗の積に等しいという技術が開示されている（特開平１０−２０５４８３号公報の３、４頁）。この技術では、異なる特性のポンプには適用できない問題があった。すなわち、同一特性のポンプが並列運転する場合について、ポンプ特性Ｇ２に係数を乗じて、２台並列運転の場合、３台並列運転の場合、４台並列運転の場合の全流量を推定する手段を開示しているにすぎない。然し、ポンプ特性が異なる場合に対しては、適用できない。
【０００５】
次に、異なる特性のポンプに於ける並列運転の問題を説明する。図３、図４は、定速ポンプと可変速のポンプが並列運転している場合のポンプの分担流量、締切運転をポンプのｑ−ｈ特性によって、説明したものである。図３、図４では、説明を簡単にするために、可変速ポンプと定速ポンプの締切揚程特性は、ほぼ同じ場合として図示している。図３は、可変速ポンプの速度が１．００ｐ．ｕ．の場合を示している。この場合は、図示の様に、揚程１．００ｐ．ｕ．にて、２．００ｐ．ｕ．の流量を供給できる。この状態にて、可変速ポンプの速度を０．９０ｐ．ｕ．に低下させると、図４の様に、並列運転しているポンプの総合特性は、定速ポンプのｑ−ｈ特性の一部と可変速ポンプのｑ−ｈ特性の一部を加えた様な特性となる。しかも、この場合、揚程１．００ｐ．ｕ．にて、供給できる流量は、約１．６ｐ．ｕ．に低下する。この時、定速ポンプが約１．０ｐ．ｕ．、可変速ポンプが約０．６ｐ．ｕ．だけ分担する。ここで、可変速ポンプの速度が更に低下し、０．８５ｐ．ｕ．になったと仮定すると、可変速ポンプの分担流量は、ほぼゼロになる。
【０００６】
つまりこの時、流量は、１．０ｐ．ｕ．流れていて、２台のポンプは並列に運転されている様に見えるが、実際は、全流量は、定速ポンプから供給されている。つまり、可変速ポンプは、速度０．８５ｐ．ｕ．（８５％速度）で運転しているが、水は供給していない。つまり、締切運転になる。従って、この時の可変速ポンプの軸動力は、全て、ポンプ内の水の攪拌と加熱に費やされ、ポンプの温度が異常に上昇する。この状態での長時間運転は、結果として軸受やメカニカルシール等を損傷させ、ポンプ故障に繋がる。
【０００７】
定速ポンプと可変速ポンプの並列運転に於いては、この例の様に、かなり高い速度に於いて、つまり、大きな軸動力のもとで、締め切り運転に陥る可能性がある。また、負荷が必要とする揚程が、１．００ｐ．ｕ．より小さく、仮に、０．８ｐ．ｕ．であったとする。この場合には、図示例では、定速ポンプの流量は、約１．２０ｐ．ｕ．となり、定速ポンプが過負荷に陥る。この場合には、図１では、省略しているが、定速ポンプの吐出側に設置された吐出弁を絞り、分担流量を１．００ｐ．ｕ．以下に、調整する必要がある。
【０００８】
この様に、定速ポンプ１台と可変速ポンプ１台を並列運転する様な簡単な給水系に於いてさえも、安全なポンプ運転を遂行するには、各ポンプの分担流量がゼロまたは過少にならない様、また、逆に、設定揚程によって過大にならない様に運転する問題が存在する。加えて、従来は、この様な問題に対する対策は十分ではなかった。
【０００９】
【特許文献１】
実公昭６１−９１９９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０５４８３号公報（第３、４、８頁、第３図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するために、電磁流量計等の高価な流量検出手段を必要とせず、また、従来のポンプ速度やポンプ速度と圧力の組み合わせの情報から流量を　推定する方法とは異なる原理に基ずき、従来方式よりも簡易な流量演算推定方法を提供する。また、並列運転中に発生するポンプの締切運転に対して、その保護手段を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は特性の異なるポンプを複数台並列運転する様に構成されたポンプシステムであって、少なくとも１台のポンプを可変速ポンプとし、他は定速ポンプで構成し、並列運転するポンプの吐出し側の給水管に少なくとも１個の圧力検出器を設け、その検出された値と別に準備した圧力設定値を比較し、ポンプの吐出し側の圧力が設定圧力になる様に、少なくとも１台の可変速ポンプの速度を調整する様に構成したポンプの流量推定装置に於いて、
それぞれのポンプ速度とそれぞれのポンプ速度の２乗の係数から、それぞれのポンプの締切揚程をポンプ毎に独立に演算する手段と、ポンプ吐出し側の圧力検出器で検出した揚程とポンプの押し込み側揚程および抵抗揚程より求めたポンプ総合押し込み揚程との差により、ポンプの正味の圧力揚程を推定する手段と、それぞれの差の揚程をそれぞれのポンプの流量の２乗の係数で徐する手段と、それぞれの流量の２乗に相当する信号をそれぞれ独立に演算推定する手段と、それぞれの流量の２乗に相当する信号の１／２乗を演算することにより、それぞれのポンプの流量信号を求め、それぞれの流量信号を加算することにより複数台の並列運転しているポンプの全流量を推定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記締切揚程から、ポンプ吐出し側の圧力検出器より求めたポンプの圧力揚程を引き算し、それぞれの差の揚程を求める演算に於いて、その差がゼロか負になる場合には、該ポンプの流量の２乗に相当する信号の値をゼロにすることにより流量推定の誤差を取り除く様に構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、特性の異なるポンプを複数台並列運転する様に構成されたポンプシステムであって、少なくとも１台のポンプを可変速ポンプとし、他は定速ポンプで構成し、並列運転するポンプの吐出し側の給水管に少なくとも１個の圧力検出器を設け、その検出された値と別に準備した圧力設定値を比較し、ポンプの吐出し側の圧力が設定圧力になる様に、少なくとも１台の可変速ポンプの速度を調整する様に構成したポンプの流量推定方法に於いて、
それぞれのポンプ速度とそれぞれのポンプ速度の２乗の係数から、それぞれのポンプの締切揚程をポンプ毎に独立に演算し、ポンプ吐出し側の圧力検出器で検出した揚程とポンプの押し込み側揚程および抵抗揚程より求めたポンプ総合押し込み揚程との差により、ポンプの正味の圧力揚程を推定し、それぞれの差の揚程をそれぞれのポンプの流量の２乗の係数で徐することにより、それぞれの流量の２乗に相当する信号をそれぞれ独立に演算推定し、それぞれの流量の２乗に相当する流量信号の１／２乗を演算してそれぞれのポンプの流量信号を求め、それぞれの流量信号を加算することにより複数台の並列運転しているポンプの全流量を推定することを特徴とする。
【００１４】
また、前記締切揚程から、ポンプ吐出し側の圧力検出器より求めたポンプの圧力揚程を引き算し、それぞれの差の揚程を求める演算に於いて、その差がゼロか負になる場合には、該ポンプの流量の２乗に相当する信号の値をゼロにすることにより流量推定の誤差を取り除く様に構成したことを特徴とする。
【００１５】
本発明は並列運転している複数台のポンプの分担流量は、近似的に、それぞれのポンプの速度と速度の２乗の係数から推定される締切揚程と流量の２乗の係数とポンプの正味発生圧力にて決定される点に着目し、それぞれのポンプの分担流量を、それぞれのポンプ速度の２乗係数、それぞれの流量の２乗の係数とポンプの正味圧力から、ソフトウエアで演算推定する。次ぎに、全流量は、これらの各ポンプの分担流量の和によって求める。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図１は、定速ポンプと可変速ポンプが並列運転にて、吐出圧力一定制御を行っている給水システムの全体構成図である。図２は、本発明のポンプの流量推定の方法をブロック線図にて示したものである。
図１に於いて、１は、本発明のポンプの流量推定の方法を適用した定圧力制御装置であり、２は、ポンプ吐出側に配設された圧力検出器で、ポンプの吐出側圧力をＨ（ｍ）として検出する。この信号は、図２に示す様に、定格揚程Ｈ_Ｎ（ｍ）で割り算されて、パーユニット化され、ｈ（ｐ．ｕ．）の圧力信号に変換されている。ｈ（ｐ．ｕ．）の圧力信号は、圧力設定ｈ_Ｓ（ｐ．ｕ．）と比較され、後述の様に、定圧力制御回路を構成している。
【００１７】
定圧力制御装置１は、インバータ１２に、周波数指令ｆを与え、インバータ１２は、可変速ポンプ１３を駆動する誘導電動機１１に可変電圧、可変周波数を供給し、ポンプ１３の速度を調整する様に構成されている。また、定圧力制御装置１には、定速ポンプ２３を駆動する誘導電動機２１を商用電源に接続する電磁接触器２２をＯＮ／ＯＦＦするためのシーケンンス制御回路ＳＥＱ、１１８が備えられている。３は、圧力の変動を低減させる目的と給水量が殆どゼロになる深夜の給水時間帯にポンプを停止させるために、吐出し側圧力を保圧する目的で設けられる圧力タンクである。４と５は、ポンプ１３とポンプ２３の逆流防止弁を示している。尚、通常、各ポンプの吐出し側、吸い込み側には保守点検に使用される締切弁が配置されるが、本発明の動作とは無関係であるため、図では省略されている。
【００１８】
次ぎに、図２にて、本発明の動作を説明する。同図に於いて、１０１は、圧力設定器、１０２はＰＩコントローラ、１０３はデジタル−アナログ変換器で、その出力ｆは、インバータ１２の周波数指令となっている。つまり、１０１で設定された圧力設定信号ｈｓは、圧力検出器の信号Ｈ（ｍ）を係数器１０５でｈ（ｐ．ｕ．）に変換した実際の圧力値と比較され、その偏差がＰＩコントローラ１０２に与えられて、その偏差が小さくなる向きに、可変速ポンプ１３の速度を調整する公知の吐出圧力一定制御系を構成している。
【００１９】
また、ＳＥＱ、１１８は、要求流量が図１に示す可変速ポンプ１３の最大分担流量より増加すると、自動的に、定速ポンプ２３を並列投入せしめ、また、逆に、可変速ポンプ１３と定速ポンプ２３が並列運転中に、要求流量が定速ポンプ２３の並列運転が必要でない流量迄低下すると、定速ポンプの並列運転を解除する運転制御を行なうシーケンス制御機能を有している。その動作は、公知であり、例えば、以下の様な制御動作を行なう。
【００２０】
流量が増大する場合には、インバータ１２の周波数が最高周波数になり、且つ、圧力制御の制御偏差、ｈｓ−ｈ＝Δｈｅがある設定値以上となり、この状態が一定時間継続された時、並列要求信号が発せられたとして検出する。この場合、ＳＥＱ、１１８の信号Ｃが“１”になり、この信号で動作する制御リレー（図示していない）がＯＮし、電磁接触器２２を投入せしめ、定速ポンプ駆動電動機２１を始動し、定速ポンプ２３を運転する。即ち、この時点から定速ポンプ２３と可変速ポンプ１３とが並列運転されることになる。この場合、吐出圧力が過度的に上昇するが、定圧力制御装置が、圧力を一定に保つ様に動作をする。つまり、可変速ポンプ１３の速度は、インバータ１２によって、吐出圧力が設定圧力に等しくなる様に、自動的に調整される。
【００２１】
定速ポンプ２３と可変速ポンプ１３が既に、並列運転している場合に、流量が減少する場合には、インバータ１２の周波数がある設定値以下になり、且つ、ｈｓ−ｈ＝Δｈｅがある設定値以下となり、この状態が一定時間継続された時、解列要求信号が発せられたとして検出する。この場合、ＳＥＱ、１１８の信号Ｃが“０”になり、この信号で動作する前述の制御リレーがＯＦＦし、電磁接触器２２を遮断せしめる。よって、定速ポンプ２３が停止する。即ち、定速ポンプと可変速ポンプ１３と並列運転は、この時点で解除され、可変速ポンプ１３の単独運転となる。この場合、吐出圧力が過度的に降下するが、並列投入の場合と同様に、定圧力制御装置が圧力を一定に保つ動作をする。可変速ポンプ１３の速度は、インバータ１２によって、吐出圧力が設定圧力に等しくとなる様に自動的に調整される。以上に述べた様に、定圧力制御装置１には、公知の吐出圧力一定制御の機能と、ポンプの並列、解列運転制御機能が装備されている。
【００２２】
以下、この様に公知である制御回路に追加された、本発明の流量推定回路を説明する。本発明の基本回路は、同図にて、ＰＩコントローラの出力信号ｆ＊から推定合計流量ｑ３迄のブロック線図で示されている。ここで、ＦＵＮ、１０４は、インバータ１２に内蔵された直線指令器と同様な特性を持つ直線指令器と一次遅れ要素の直列回路で構成された関数発生器で、ＰＩコントローラの出力ｆ＊から、可変速ポンプの速度ｎ１を推定するための関数発生器である。この作用については、例えば、特開平１０−２０５４８３の頁４に公開されている。
【００２３】
つまり、この様な手段によって、ＰＩコントローラの出力ｆ＊から可変速ポンプ１３の速度ｎ１を推定することができる。ｎ１は乗算器によって、ｎ１^２となり、係数器１０６にて、ポンプの速度の２乗に対する係数ａ１を掛けて、その出力として、ａ１×ｎ１^２、つまり、可変速ポンプの締切揚程を演算する。ｈｐは、ｈｐ＝ｈ−ｈ_０で、両方のポンプの正味発生圧力である。ここで、ｈ_０＝ポンプの押込揚程である。つまり、前記締切揚程、ａ１×ｎ１^２からｈｐを減ずれば、ポンプの流量の２乗の係数ｂ１を乗じた、ｂ１×ｑ１^２の値が得られる。従って、図示の様に、ポンプの流量の２乗の係数ｂ１で、（ａ１×ｎ１^２）−ｈｐの値を徐すれば、ｑ１^２の値が得られる。この１／２乗演算器１０８によって、流量ｑ１を推定することができる。
【００２４】
ポンプ揚程Ｈｐを、Ｈｐ≒Ｃ_０Ｎ^２−Ｃ_１Ｑ^２にて近似できることは、前出の特開平１０−２０５４８３の頁３、４に公開されている。（Ｃ_０、Ｃ_１　は定数、Ｎはポンプ速度、Ｑはポンプ流量）つまり、ｈｐ＝Ｈ１ｐ／Ｈ１_Ｎ、ｎ１＝Ｎ１／Ｎ１_Ｎ、ｑ１＝Ｑ１／Ｑ１_Ｎ、（ここで、Ｈ１ｐ：可変速ポンプの揚程、Ｈ１_Ｎ：可変速ポンプの定格揚程、Ｎ１_Ｎ：可変速ポンプの定格回転数、Ｑ１_Ｎ：可変速ポンプの定格流量を表す。）とすると、前述のポンプ揚程は、パーユニット表示にて、ｈｐ≒ａ１×ｎ１^２−ｂ１×ｑ１^２で表せることは明らかである。但し、ａ１：可変速ポンプの速度の２乗の係数、ｂ１：可変速ポンプの流量の２乗の係数である。
【００２５】
よって、以上の方法にて、ｑ１が推定可能であることが説明できる。同様にして、定速ポンプ２３の分担流量は、ｈｐ≒ａ２×ｎ２^２−ｂ２×ｑ２^２　の式から推定可能である。但し、ｈｐ＝Ｈ２ｐ／Ｈ２_Ｎ、ｎ２＝Ｎ２／Ｎ２_Ｎ、ｑ２＝Ｑ２／Ｑ２_Ｎ、（ここで、Ｈ２ｐ：定速ポンプの揚程、Ｈ２_Ｎ：定速ポンプの定格揚程、Ｎ２_Ｎ：定速ポンプの定格回転数、Ｑ２_Ｎ：定速ポンプの定格流量を表す。）である。また、ａ２は、定速ポンプの速度の２乗の係数、ｂ２は、定速ポンプの流量の２乗の係数を与えている。Ｎ２は、商用電源で運転される定速ポンプ２３の速度で、電動機の極数と周波数から、容易に推定できる。即ち、図２のｎ２は、ｎ２＝Ｎ２／Ｎ２_Ｎ≒１．０として設定できる。従って、ｎ２の二乗にａ２を乗じ、その値からｈｐを減ずれば、同様にして、ポンプの流量の２乗の係数ｂ２を乗じた、ｂ２×ｑ２^２の値が得られる。
【００２６】
前記可変速ポンプの演算と同様に、この値を、ｂ２で徐すれば、ｑ２^２の値が得られ、１１１によって、この値の１／２乗演算を行なえば、流量ｑ２を推定することができる。ｑ１とｑ２を加算することにより、全流量ｑ３を推定できる。
並列運転されているポンプの各々の流量を、以上に述べた方法によって推定する場合に、図１の構成に示す様に、各ポンプに逆流防止用の逆止弁４、５が配設されている問題を考慮する必要がある。つまり、（ａ１×ｎ１^２）−ｈｐ≦０の場合、或いは（ａ２×ｎ２^２）−ｈｐ≦０の場合には、強制的にｑ１或いはｑ２をゼロにする処理を行なう必要がある。この様な処理を行なうことによって、それぞれのポンプの逆止弁の作用を取り込むことができる。
【００２７】
本発明では、定速ポンプの流量も演算推定しているから、この様な定速ポンプと可変速ポンプを並列に構成した給水系に於いても、定速ポンプの過負荷の状態を検出することができ、ポンプの安全な運転を遂行することができる。
図５は、本発明の流量検出回路で検出された流量を、可変速ポンプの締切保護と、定速ポンプの過負荷保護に適用した場合の構成例を示したブロック線図である。可変速ポンプの流量は、図２のｑ１で検出され、図５では、このｑ１と締切流量設定ｑ１ｓ、例えば、ゼロまたは、０．０５ｐ．ｕ．に設定された値とを比較している。ＣＯＭＰ１、１１２は、ｑ１−ｑ１ｓ≦０になり、一定時間この状態が継続すると、可変速ポンプ締切り検出リレー１１３をＯＮにする機能を持っている。つまり、可変速ポンプの推定流量が、設定した僅少値以下になり、所定の時間この状態が継続すると、可変速ポンプが締切運転に入ったとして検出する。この場合は、定速ポンプを停止させ、供給流量を可変速ポンプに分担させる様に制御して、可変速ポンプの締切運転を保護する。
【００２８】
定速ポンプの流量は、図２のｑ２で検出され、図５では、このｑ２と最大流量設定ｑ２ｓ、例えば、１．０５ｐ．ｕ．に設定された値とを比較している。ＣＯＭＰ２、１１４は、ｑ２−ｑ２ｓ≧０になり、一定時間この状態が継続すると、定速ポンプ過負荷検出リレー１１５をＯＮにする機能を有する。つまり、定速ポンプの推定流量が設定した最大分担流量以上になり、所定の時間この状態が継続すると、定速ポンプが過負荷の状態にあるとして検出する。
この場合は、定速ポンプを停止させ、定速ポンプの吐出し弁の絞り調整が必要なことを知らせる。吐出し弁の調整を行ない、再運転を行う。但し、この場合、図２の定速ポンプの流量の２乗の係数ｂ２を、吐出し弁の絞りに対応して修整する必要がある。
【００２９】
次に、本発明の全流量ｑ３の推定値を応用する場合の例を図６にて説明する。
図６は、定速ポンプと可変速ポンプが並列運転している系の推定末端圧力一定制御への応用の例を示している。全流量は図２にてｑ３として検出され、これは２乗演算器にて、ｑ３^２となり、係数器１１６にて、係数Ｋｑが掛算され、１１７のリミッタを通して、Δｈとなり、図２のＰＩコントローラの入力に加算される。Ｋｑは、通常、０．３ｐ．ｕ．以下に設定される。また、設定揚程ｈｓは、Ｋｑの設定値との関係に於いて、（Ｋｑ×α）＋ｈｓ＝１．００　ｐ．ｕ．に設定する。ここにαは、定速ポンプと可変速ポンプの合計最大流量ｑ３ｍａｘの２乗で定まる係数である。例えば、ｑ３ｍａｘ＝２．０ｐ．ｕ．とすれば、α＝２．０^２＝４．０　とする。従って、ｈｓ＝０．８ｐ．ｕ．の場合、Ｋｑ＝（１．００−０．８０）／４　＝０．０５ｐ．ｕ．と設定する。この様に設定すると、ｑ３が２．００ｐ．ｕ．となるとき、Δｈは、丁度０．２ｐ．ｕ．となり、ｈｓ＋Δｈ＝１．００ｐ．ｕ．の関係が保たれる。
【００３０】
つまり、この場合の推定末端圧力一定制御の目標揚程曲線は、流量がゼロで０．８ｐ．ｕ．、２．００ｐ．ｕ．流量で１．００ｐ．ｕ．となる特性が得られる。図７のＡ−Ｂ２−Ｃがこの場合の目標揚程曲線を示している。
リミッタ１１７は、このＫｑの値が過大に設定された場合に、最大設定揚程が１．００ｐ．ｕ．を超えない様にするための可変リミッタで、Δｈ＋ｈｓが１．００ｐ．ｕ．を超えたら、それ以上の流量では、Δｈ＋ｈｓが１．００ｐ．ｕ．になる様に、Δｈの値を自動的に修整する機能をもっている。この機能によって、上記の様に、流量の増加に対して滑らかに上昇し、最大流量で１．００ｐ．ｕ．の揚程になる様な、Ａ−Ｂ２−Ｃを目標揚程曲線とする推定末端圧力一定制御が可能であるのみならず、ある流量以上では、推定末端圧力一定制御から、定圧力制御に切り替えることが可能な制御が実現できる。例えば、図示例では、流量ｑ１で、定圧力制御に切り替わり、Ａ−Ｂ１−Ｃのごとき目標揚程曲線とする制御が可能となる。この特性は、中間流量以下では、省エネ性を重視し、推定末端圧力一定制御を行ない、それ以上の流量では、プロセスの要求から吐出圧力一定制御が要求される様な用途に好適な制御を実現できる。
【００３１】
本発明では、図１にて、定速ポンプ１台＋可変速ポンプ１台の並列構成の実施例にて説明したが、以上に述べた原理から、２台以上の複数台の定速ポンプ＋可変速ポンプ１台の並列構成のポンプ系にても適用可能である。つまり、全部を可変速ポンプで構成する給水システムより極めて低コストにできる長所がある。
また、本発明の実施例の図１では、受水槽式の構成を示し、図２では、この受水槽の押し込み揚程を一般性を持たせるために、ｈ_０として説明した。しかし、受水槽の場合には、通常、ｈ_０≒０として演算できる。また、本発明の方法は、受水槽式以外の例えば、直送式給水システムの流量検出の方法としても適用可能である。この場合、前記特開平１０−２０５４８３の８頁、図３のブロック線図に示された、ｈｓｕ、ｈｓｕ´、を考慮したｈ_０を設定することで可能である。また、図３に記載された逆止弁特性Ｇ_４が存在する場合には、ポンプの流量の２乗の係数Ｂ１、Ｂ２に、逆止弁特性Ｇ_４を考慮した値に修整することによって可能となる。
【００３２】
次に本発明と前記特開平１０−２０５４８３号公報との差異について説明する。本発明では、それぞれ独立に流量推定演算回路を置き、それぞれ流量を推定した後、それぞれの推定流量の和によって全流量を推定するように回路を構成しているから、前記公報とその構成方法が基本的に異なっている。本発明は前記公報に対して、並列されるポンプの数だけ、それぞれの流量演算回路を必要とする短所はあるが、全流量の推定のみならず、各ポンプの分担流量を推定できると云う、重要な長所がある。この、各ポンプの流量の検出が可能であると云う長所は、従来困難であった並列運転中のポンプの締切運転の保護、定速ポンプの過負荷運転の保護を可能にし、ポンプの安全な運転の達成に大きく貢献できる長所を持つ。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな様に、本発明によれば、実際のポンプの吐出圧力を検出し、その値から、押し込み圧を減算しポンプの正味発生圧力を演算し、しかも、それぞれポンプに対して速度の二乗の係数と流量の二乗の係数によって流量をそれぞれのポンプに対して独立に推定演算し、それらの和によって全流量を推定すると云う原理に基づくので、特性の異なるポンプ例えば、定速ポンプと可変速ポンプの並列運転の場合に於いても、全流量はもとより、各分担流量を検出することができる特長がある。従って、並列ポンプの内の少なくとも１台を可変速ポンプとすることにより、ポンプ吐出圧力一定制御や推定末端圧力一定制御を行ないつつ、ポンプを並列運転することが可能になり、給水システムを低コストに構成できる効果がある。また、各々のポンプの分担流量の検出が可能であるので、本文記載の様に、ポンプの締切保護や過負荷保護が容易となり、ポンプの安全な運転を達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定圧力制御装置を、定速ポンプ＋可変速ポンプの並列運転系に適用した場合の全体構成図
【図２】定圧力制御系に於いて、本発明の流量検出法を説明したブロック線図
【図３】本発明の動作を説明するために準備した、定速ポンプと可変速ポンプの並列運転の場合のｑ−ｈ特性の例
【図４】本発明の動作を説明するために準備した、定速ポンプと可変速ポンプの並列運転の場合のｑ−ｈ特性の例
【図５】本発明を可変速ポンプの締切運転保護と定速ポンプの過負荷保護に応用した場合のブロック線図
【図６】本発明を推定末端圧力一定制御に応用した場合のブロック線図
【図７】本発明を推定末端圧力一定制御に応用した場合の目標揚程曲線の例
【符号の説明】
１　定圧力制御装置
２　圧力検出器
３　圧力タンク
４、５　逆流防止弁
１１　誘導電動機
１２　インバータ
１３　可変速ポンプ
２１　誘導電動機
２２　電磁接触器
２３　定速ポンプ
１０１　圧力設定器
１０２　ＰＩコントローラ
１０３　デジタル−アナログ変換器
１０４　関数発生器
１０５、１０６、１０７、１０９、１１０、１１６　係数器
１０８、１１１　　１／２乗演算器
１１２　ＣＯＭＰ１
１１３　可変速ポンプ締切り検出リレー
１１４　ＣＯＭＰ２
１１５　定速ポンプ過負荷検出リレー
１１７　リミッタ
１１８　シーケンンス制御回路ＳＥＱ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for estimating each pump flow rate and total flow rate when a plurality of pumps having different capacities and characteristics are operated in parallel.
[0002]
[Prior art]
As a conventional flow rate detection method, flow meters of a differential pressure type, an electromagnetic type, and the like have been adopted, but these have a drawback that they are expensive. As a countermeasure, in fields such as water supply systems, alternatives not using expensive flow meters are being considered. The method originally proposed was a method of detecting the flow rate from the pump speed by utilizing the property that "the pump flow rate is proportional to the pump speed". However, in a pump that performs discharge pressure constant control or recent estimated terminal pressure constant control, the above-described relationship that “the pump flow rate is proportional to the pump speed” is not established. To that extent, an error occurs in the flow rate estimation.
[0003]
Next, in a pump system that performs constant pressure control or constant estimated end pressure control, the combination values of the pump speed and the pressure with respect to the flow rate at each operating point are stored in a table in advance. The actual flow rate was read from this table. For example, when two pumps having the same capacity and the same characteristics are operating in parallel while performing the estimated terminal pressure constant force control, the pump speed and the pressure at each point on the target pressure-flow rate curve of the estimated terminal pressure constant control are determined. This is a method of preparing a table in which the flow rates corresponding to the combination points are prepared.
That is, this method is a method of estimating the flow rate by associating the actual values of the pump speed and the pressure with this table. This method is a method of estimating the flow rate by a combination of the speed and the pressure compared to the former method of detecting from the speed, so that the accuracy can be improved accordingly.
However, in order to further improve the estimation accuracy, there is a problem that a table in which the operating points of the pump are made fine is required. Also, when changing the target pressure curve of the constant control of the estimated end pressure, or when canceling the parallel operation of the pumps, it is necessary to prepare a large number of tables of the flow rates for the combinations of the pump speed and the pressure suitable for each purpose. is there. In addition, in the case of pumps having different capacities and characteristics, it is very difficult to prepare these tables in advance.
[0004]
As a means for estimating the flow rate, a technique in which the result of subtracting the net generated head of each pump from the cutoff head of each pump operating in parallel is equal to the product of the square of the flow rate of each pump and the square of the flow rate. (Pages 3 and 4 of JP-A-10-205483). This technique has a problem that it cannot be applied to pumps having different characteristics. That is, in the case where the pumps having the same characteristics are operated in parallel, a means for estimating the total flow rate in the case of two-unit parallel operation, three-unit parallel operation, and four-unit parallel operation by multiplying the pump characteristic G2 by a coefficient is used. It merely discloses it. However, it cannot be applied to the case where the pump characteristics are different.
[0005]
Next, the problem of parallel operation in pumps having different characteristics will be described. 3 and 4 illustrate the shared flow rate and the shutoff operation of the constant-speed pump and the variable-speed pump when the pumps are operating in parallel by the qh characteristics of the pumps. In FIGS. 3 and 4, for simplicity of explanation, the variable head pump and the constant speed pump have almost the same shutoff head characteristics. FIG. 3 shows that the speed of the variable speed pump is 1.00 p. u. Is shown. In this case, as shown in FIG. u. At 2.00 p. u. Can be supplied. In this state, the speed of the variable speed pump is set to 0.90 p. u. As shown in FIG. 4, the overall characteristics of the pumps operating in parallel are such that a part of the qh characteristic of the constant speed pump and a part of the qh characteristic of the variable speed pump are added. Characteristics. Moreover, in this case, the head is 1.00 p. u. , The flow rate that can be supplied is about 1.6 p. u. To decline. At this time, the constant speed pump is about 1.0 p. u. The variable speed pump is about 0.6 p. u. Only share. Here, the speed of the variable speed pump is further reduced to 0.85 p. u. As a result, the shared flow rate of the variable speed pump becomes almost zero.
[0006]
That is, at this time, the flow rate is 1.0 p. u. While flowing, the two pumps appear to be operating in parallel, but in fact, the entire flow is being supplied from a constant speed pump. That is, the variable speed pump operates at a speed of 0.85 p. u. (85% speed) but no water supply. That is, the operation is the deadline operation. Therefore, all the shaft power of the variable speed pump at this time is consumed for agitation and heating of the water in the pump, and the temperature of the pump rises abnormally. Prolonged operation in this state results in damage to bearings, mechanical seals, etc., leading to pump failure.
[0007]
In the parallel operation of the constant speed pump and the variable speed pump, as in this example, there is a possibility that the shut-down operation may occur at a considerably high speed, that is, under a large shaft power. The head required by the load is 1.00 p. u. Smaller, tentatively 0.8 p. u. Assume that In this case, in the illustrated example, the flow rate of the constant speed pump is about 1.20 p. u. And the constant speed pump is overloaded. In this case, although not shown in FIG. 1, the discharge valve installed on the discharge side of the constant speed pump is throttled to reduce the shared flow rate to 1.00 p. u. The following need to be adjusted.
[0008]
As described above, even in a simple water supply system in which one constant speed pump and one variable speed pump are operated in parallel, in order to perform safe pump operation, the shared flow rate of each pump is zero or too low. However, there is a problem that the operation is performed so as not to be excessive due to the set head. In addition, conventionally, measures against such a problem have not been sufficient.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 61-9199
[Patent Document 2]
JP-A-10-205483 (pages 3, 4, 8; FIG. 3)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention does not require an expensive flow rate detecting means such as an electromagnetic flow meter to solve the above-mentioned conventional problems, and estimates the flow rate from the information of the conventional pump speed or the combination of the pump speed and the pressure. The present invention provides a simpler method for estimating and calculating a flow rate than a conventional method based on a principle different from that of the conventional method. Another object of the present invention is to provide a means for protecting the shut-off operation of the pump occurring during the parallel operation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention relates to a pump system configured to operate a plurality of pumps having different characteristics in parallel, wherein at least one pump is a variable speed pump and the other is a constant speed pump. At least one pressure detector is provided in the water supply pipe on the discharge side of the pumps operating in parallel, and the detected value is compared with a separately prepared pressure set value. In a pump flow rate estimation device configured to adjust the speed of at least one variable speed pump such that
Means for independently calculating the cutoff head of each pump from each pump speed and the coefficient of the square of each pump speed for each pump; the head detected by the pressure detector at the pump discharge side and the pump push side Means for estimating the net pressure head of the pump based on the difference from the pump total push-in head obtained from the head and the resistance head; means for reducing the head of each difference by the square of the flow rate of each pump; Means for independently calculating and estimating the signal corresponding to the square of each flow rate, and calculating the flow rate signal of each pump by calculating the square of the signal corresponding to the square of each flow rate, Means for estimating the total flow rate of a plurality of pumps operating in parallel by adding the respective flow rate signals.
[0012]
Further, from the deadline head, subtracting the pressure head of the pump obtained from the pressure detector on the pump discharge side, in the calculation of the head of each difference, if the difference is zero or negative, The present invention is characterized in that an error in flow rate estimation is eliminated by setting the value of a signal corresponding to the square of the flow rate of the pump to zero.
[0013]
A pump system configured to operate a plurality of pumps having different characteristics in parallel, wherein at least one of the pumps is a variable speed pump, and the other is a constant speed pump, and discharge of the pumps operated in parallel is performed. At least one pressure detector is provided in the water supply pipe on the side, and the detected value is compared with a separately prepared pressure set value, and at least one pressure detector is set so that the pressure on the discharge side of the pump becomes the set pressure. In a pump flow rate estimation method configured to adjust the speed of a variable speed pump,
From each pump speed and the coefficient of the square of each pump speed, the cutoff head of each pump is independently calculated for each pump, and the head detected by the pressure detector on the pump discharge side, the head on the push side of the pump and The net pressure head of the pump is estimated based on the difference from the total pumping head obtained from the resistance head, and the head of each difference is reduced by the coefficient of the square of the flow rate of each pump to reduce the flow rate of each pump. The signals corresponding to the squares are independently calculated and estimated, the flow signals corresponding to the squares of the respective flow rates are calculated to calculate the flow signals of the respective pumps, and the respective flow signals are added. Thus, the total flow rate of a plurality of pumps operating in parallel is estimated.
[0014]
Further, from the deadline head, subtracting the pressure head of the pump obtained from the pressure detector on the pump discharge side, in the calculation of the head of each difference, if the difference is zero or negative, The present invention is characterized in that an error in flow rate estimation is eliminated by setting the value of a signal corresponding to the square of the flow rate of the pump to zero.
[0015]
According to the present invention, the shared flow rate of a plurality of pumps operating in parallel is approximately calculated by calculating the cutoff head and the squared flow rate coefficient estimated from the speed of each pump and the squared coefficient of the speed, and the net value of the pump. Focusing on the point determined by the generated pressure, the shared flow rate of each pump is calculated and estimated by software from the square coefficient of each pump speed, the square coefficient of each flow rate, and the net pressure of the pump. . Next, the total flow rate is determined by the sum of the shared flow rates of these pumps.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a water supply system in which a constant speed pump and a variable speed pump perform constant discharge pressure control in parallel operation. FIG. 2 is a block diagram showing a method for estimating the flow rate of a pump according to the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a constant pressure control device to which the method for estimating the flow rate of a pump according to the present invention is applied, and 2 denotes a pressure detector arranged on the pump discharge side, which detects the pressure on the discharge side of the pump. Detected as H (m). This signal, as shown in FIG. _N (M), converted into a per unit, and converted into a pressure signal of h (pu). h (pu) is the pressure setting h _S (Pu) and constitutes a constant pressure control circuit as described later.
[0017]
The constant pressure control device 1 supplies a frequency command f to the inverter 12, and the inverter 12 supplies a variable voltage and a variable frequency to the induction motor 11 that drives the variable speed pump 13 so that the speed of the pump 13 is adjusted. It is configured. Further, the constant pressure control device 1 is provided with sequence control circuits SEQ and 118 for turning on / off an electromagnetic contactor 22 for connecting an induction motor 21 for driving a constant speed pump 23 to a commercial power supply. Reference numeral 3 denotes a pressure tank provided for the purpose of reducing pressure fluctuations and for holding the discharge side pressure in order to stop the pump during the midnight water supply time when the water supply amount is almost zero. Reference numerals 4 and 5 denote check valves for the pumps 13 and 23, respectively. Usually, a shutoff valve used for maintenance and inspection is arranged on the discharge side and the suction side of each pump, but is omitted in the drawing because it is not related to the operation of the present invention.
[0018]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 101 is a pressure setting device, 102 is a PI controller, 103 is a digital-analog converter, and its output f is a frequency command of the inverter 12. That is, the pressure setting signal hs set at 101 is compared with the actual pressure value obtained by converting the signal H (m) of the pressure detector into h (pu) by the coefficient unit 105, and the deviation is used as the PI controller. A known discharge pressure control system for adjusting the speed of the variable speed pump 13 so as to adjust the speed of the variable speed pump 13 in such a direction as to be given to the motor 102.
[0019]
Further, SEQ 118 indicates that when the required flow rate increases from the maximum shared flow rate of the variable speed pump 13 shown in FIG. 1, the constant speed pump 23 is automatically turned on in parallel, and When the required flow rate is reduced to a flow rate at which the parallel operation of the constant speed pump 23 is not required during the parallel operation of the speed pump 23, a sequence control function for performing operation control for canceling the parallel operation of the constant speed pump is provided. The operation is publicly known. For example, the following control operation is performed.
[0020]
When the flow rate increases, the frequency of the inverter 12 becomes the highest frequency, and the control deviation of the pressure control, hs-h = Δhe, becomes equal to or greater than a certain set value. Detects that a signal has been emitted. In this case, the signal C of SEQ 118 becomes "1", a control relay (not shown) operated by this signal is turned on, the electromagnetic contactor 22 is turned on, and the constant speed pump drive motor 21 is started. The constant speed pump 23 is operated. That is, from this point on, the constant speed pump 23 and the variable speed pump 13 are operated in parallel. In this case, although the discharge pressure rises excessively, the constant pressure control device operates to keep the pressure constant. That is, the speed of the variable speed pump 13 is automatically adjusted by the inverter 12 so that the discharge pressure becomes equal to the set pressure.
[0021]
If the flow rate decreases when the constant speed pump 23 and the variable speed pump 13 are already operating in parallel, the frequency of the inverter 12 becomes lower than a certain set value, and hs-h = Δhe is set to a certain value. When the value becomes equal to or less than the value and this state is continued for a certain period of time, it is detected that a disconnection request signal has been issued. In this case, the signal C of SEQ, 118 becomes "0", the control relay operated by this signal is turned off, and the electromagnetic contactor 22 is shut off. Therefore, the constant speed pump 23 stops. That is, the parallel operation of the constant speed pump and the variable speed pump 13 is canceled at this point, and the variable speed pump 13 is operated independently. In this case, although the discharge pressure drops excessively, the constant pressure control device operates to keep the pressure constant, as in the case of parallel charging. The speed of the variable speed pump 13 is automatically adjusted by the inverter 12 so that the discharge pressure becomes equal to the set pressure. As described above, the constant pressure control device 1 is provided with a known discharge pressure constant control function and a pump parallel / parallel operation control function.
[0022]
Hereinafter, the flow rate estimation circuit of the present invention added to the known control circuit will be described. The basic circuit of the present invention is shown in a block diagram from the output signal f * of the PI controller to the estimated total flow rate q3 in FIG. Here, FUN 104 is a function generator composed of a series circuit of a linear command device having the same characteristics as the linear command device built in the inverter 12 and a first-order lag element. It is a function generator for estimating the speed n1 of the variable speed pump. This operation is disclosed, for example, on page 4 of JP-A-10-205483.
[0023]
That is, by such means, the speed n1 of the variable speed pump 13 can be estimated from the output f * of the PI controller. n1 is n1 by a multiplier. ² In the coefficient unit 106, the coefficient a1 is multiplied by the square of the pump speed, and the output is a1 × n1 ² That is, the closing head of the variable speed pump is calculated. hp is hp = h−h ₀ Where is the net generated pressure of both pumps. Where h ₀ = Pump head lift. That is, the deadline head, a1 × n1 ² If hp is subtracted from the equation, b1 × q1 multiplied by the coefficient b1 of the square of the pump flow rate ² Is obtained. Therefore, as shown in the figure, the coefficient b1 of the square of the flow rate of the pump is (a1 × n1). ² ) If the value of -hp is decreased, q1 ² Is obtained. The flow rate q1 can be estimated by the half-square calculator 108.
[0024]
When the pump head Hp is Hp ≒ C ₀ N ² -C ₁ Q ² Is disclosed on pages 3 and 4 of the aforementioned JP-A-10-205483. (C ₀ , C ₁ Is a constant, N is a pump speed, and Q is a pump flow rate. That is, hp = H1p / H1 _N , N1 = N1 / N1 _N , Q1 = Q1 / Q1 _N , (Where H1p: head of the variable speed pump, H1 _N : Rated head of variable speed pump, N1 _N : Rated speed of variable speed pump, Q1 _N : Indicates the rated flow rate of the variable speed pump. ), The pump head described above is expressed as hp @ a1 × n1 in par unit display. ² −b1 × q1 ² Obviously, Here, a1: the coefficient of the square of the speed of the variable speed pump, b1: the coefficient of the square of the flow rate of the variable speed pump.
[0025]
Therefore, it can be explained that q1 can be estimated by the above method. Similarly, the shared flow rate of the constant speed pump 23 is hp ≒ a2 × n2 ² −b2 × q2 ² Can be estimated from the following equation. Where hp = H2p / H2 _N , N2 = N2 / N2 _N , Q2 = Q2 / Q2 _N , (Where, H2p: head of constant speed pump, H2 _N : Rated head of constant speed pump, N2 _N : Rated speed of constant speed pump, Q2 _N : Indicates the rated flow rate of the constant speed pump. ). A2 is a coefficient of the square of the speed of the constant speed pump, and b2 is a coefficient of the square of the flow rate of the constant speed pump. N2 is the speed of the constant speed pump 23 operated by the commercial power supply, and can be easily estimated from the number of poles and the frequency of the electric motor. That is, n2 in FIG. 2 is n2 = N2 / N2. _N It can be set as $ 1.0. Therefore, if the square of n2 is multiplied by a2 and hp is subtracted from the value, similarly, the coefficient b2 of the square of the flow rate of the pump is multiplied by b2 × q2. ² Is obtained.
[0026]
As in the calculation of the variable speed pump, if this value is reduced by b2, q2 ² The flow rate q2 can be estimated by performing a half operation of this value using 111. By adding q1 and q2, the total flow rate q3 can be estimated.
When estimating the flow rate of each of the pumps operating in parallel by the method described above, check valves 4 and 5 for preventing backflow are provided in each pump as shown in the configuration of FIG. Issues need to be considered. That is, (a1 × n1 ² ) -Hp ≦ 0, or (a2 × n2) ² If -hp ≦ 0, it is necessary to forcibly set q1 or q2 to zero. By performing such processing, the function of the check valve of each pump can be taken in.
[0027]
In the present invention, since the flow rate of the constant speed pump is also calculated and estimated, the overload state of the constant speed pump is detected even in a water supply system in which such a constant speed pump and a variable speed pump are configured in parallel. And a safe operation of the pump can be achieved.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example in the case where the flow rate detected by the flow rate detection circuit of the present invention is applied to shutoff protection of a variable speed pump and overload protection of a constant speed pump. The flow rate of the variable speed pump is detected at q1 in FIG. 2, and in FIG. 5, this q1 and the cutoff flow rate setting q1s, for example, zero or 0.05 p. u. Is compared with the value set in. COMP1 and 112 have a function of turning on the variable speed pump cutoff detection relay 113 when q1−q1s ≦ 0, and when this state continues for a certain period of time. That is, when the estimated flow rate of the variable speed pump becomes equal to or less than the set small value and this state continues for a predetermined time, it is detected that the variable speed pump has entered the shutoff operation. In this case, the constant speed pump is stopped, and the supply flow rate is controlled so as to be shared by the variable speed pump, thereby protecting the cutoff operation of the variable speed pump.
[0028]
The flow rate of the constant speed pump is detected by q2 in FIG. 2, and in FIG. 5, this q2 and the maximum flow rate setting q2s, for example, 1.05 p. u. Is compared with the value set in. COMP2, 114 have a function of turning on the constant-speed pump overload detection relay 115 when q2−q2s ≧ 0, and when this state continues for a certain period of time. That is, when the estimated flow rate of the constant speed pump becomes equal to or more than the set maximum shared flow rate and this state continues for a predetermined time, it is detected that the constant speed pump is in an overload state.
In this case, the constant speed pump is stopped, and it is notified that the throttle of the discharge valve of the constant speed pump needs to be adjusted. Adjust the discharge valve and restart the operation. However, in this case, it is necessary to adjust the coefficient b2 of the square of the flow rate of the constant speed pump in FIG. 2 according to the throttle of the discharge valve.
[0029]
Next, an example in which the estimated value of the total flow rate q3 of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows an example of application of the system in which a constant speed pump and a variable speed pump are operated in parallel to constant control of estimated terminal pressure. The total flow rate is detected as q3 in FIG. ² Is multiplied by the coefficient Kq in the coefficient unit 116, and becomes Δh through the limiter 117, and is added to the input of the PI controller in FIG. Kq is usually 0.3 p. u. It is set as follows. The set head hs is (Kq × α) + hs = 1.00 p.m. in relation to the set value of Kq. u. Set to. Here, α is a coefficient determined by the square of the total maximum flow rate q3max of the constant speed pump and the variable speed pump. For example, q3max = 2.0p. u. Then, α = 2.0 ² = 4.0. Therefore, hs = 0.8 p. u. , Kq = (1.00-0.80) /4=0.05 p. u. And set. With this setting, q3 becomes 2.00 p. u. Δh is just 0.2 p. u. Hs + Δh = 1.00 p. u. Relationship is maintained.
[0030]
That is, in this case, the target lift curve of the estimated terminal constant pressure control is 0.8 p. u. 2.00 p. u. 1.00 p. u. Is obtained. AB-C in FIG. 7 shows the target lift curve in this case.
When the value of Kq is set excessively, the limiter 117 sets the maximum set head to 1.00 p. u. Is a variable limiter for preventing Δh + hs from exceeding 1.00 p. u. Is exceeded, Δh + hs becomes 1.00 p. u. Has a function of automatically adjusting the value of Δh so that With this function, as described above, it smoothly rises with an increase in flow rate, and reaches 1.00 p. u. Not only is it possible to perform the estimated terminal pressure constant control using A-B2-C as the target head curve, but also to switch from the estimated terminal pressure constant control to the constant pressure control at a certain flow rate or higher. Possible control can be realized. For example, in the illustrated example, the control is switched to the constant pressure control at the flow rate q1, and the control to set the target lift curve such as AB1-C becomes possible. With this characteristic, below the intermediate flow rate, emphasis is placed on energy saving, and the estimated end pressure constant control is performed. At higher flow rates, control suitable for applications where discharge pressure constant control is required due to process requirements is realized. it can.
[0031]
In the present invention, the embodiment of the parallel configuration of one constant speed pump and one variable speed pump has been described with reference to FIG. 1, but from the above-described principle, two or more constant speed pumps + The present invention is also applicable to a pump system having a parallel configuration with one variable speed pump. In other words, there is an advantage that the cost can be significantly lower than that of a water supply system composed entirely of variable speed pumps.
In addition, FIG. 1 of the embodiment of the present invention shows a structure of a water receiving tank type, and FIG. 2 shows h in order to make the push-in head of the water receiving tank general. ₀ It was explained as. However, in the case of a receiving tank, h ₀ It can be calculated as $ 0. Further, the method of the present invention can be applied as a method of detecting the flow rate of a water supply system other than a water receiving tank type, for example, a direct feed water supply system. In this case, hsu in consideration of hsu and hsu ′ shown in the block diagram of FIG. 3 on page 8 of JP-A-10-205483. ₀ Is possible. Also, the check valve characteristic G shown in FIG. ₄ Exists, the check valve characteristic G is added to the coefficients B1 and B2 of the square of the flow rate of the pump. ₄ This can be made possible by modifying the value in consideration of.
[0032]
Next, differences between the present invention and the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-205483 will be described. In the present invention, since the flow rate estimation calculation circuits are arranged independently, and after estimating the respective flow rates, the circuit is configured to estimate the total flow rate by the sum of the respective estimated flow rates. Basically different. The present invention, with respect to the above-mentioned publication, has the disadvantage that each flow calculation circuit is required for the number of pumps arranged in parallel, but it is possible to estimate not only the total flow but also the shared flow of each pump. There are important advantages. The advantage of being able to detect the flow rate of each pump is that protection of the shut-off operation of the pump during parallel operation and protection of the overload operation of the constant speed pump, which have been difficult in the past, can be performed, and the safe operation of the pump can be achieved. It has the advantage that it can greatly contribute to the achievement of driving.
[0033]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the actual discharge pressure of the pump is detected, the push-in pressure is subtracted from the detected value, and the net generated pressure of the pump is calculated. Based on the principle of estimating and calculating the flow rate for each pump independently by the coefficient of the square of the speed and the coefficient of the square of the flow rate, and estimating the total flow rate by the sum thereof, pumps having different characteristics, for example, constant speed pumps In the case of parallel operation of the pump and the variable speed pump, there is a feature that not only the total flow rate but also each shared flow rate can be detected. Therefore, by using at least one of the parallel pumps as a variable speed pump, the pumps can be operated in parallel while performing the pump discharge pressure constant control and the estimated terminal pressure constant control, and the water supply system can be manufactured at low cost. There is an effect that can be configured. In addition, since the shared flow rate of each pump can be detected, as described in the text, protection of the deadline and overload of the pump is facilitated, and there is an effect that the safe operation of the pump can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram when a constant pressure control device of the present invention is applied to a parallel operation system of a constant speed pump and a variable speed pump.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a flow rate detection method of the present invention in a constant pressure control system.
FIG. 3 is an example of qh characteristics in the case of parallel operation of a constant speed pump and a variable speed pump prepared for explaining the operation of the present invention.
FIG. 4 is an example of qh characteristics in the case of parallel operation of a constant speed pump and a variable speed pump prepared for explaining the operation of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram when the present invention is applied to shut-off operation protection of a variable speed pump and overload protection of a constant speed pump.
FIG. 6 is a block diagram when the present invention is applied to constant control of estimated terminal pressure.
FIG. 7 is an example of a target lift curve in a case where the present invention is applied to a constant estimated end pressure control.
[Explanation of symbols]
1 Constant pressure control device
2 Pressure detector
3 pressure tank
4, 5 Check valve
11 Induction motor
12 Inverter
13 Variable speed pump
21 Induction motor
22 Electromagnetic contactor
23 Constant speed pump
101 Pressure setting device
102 PI controller
103 Digital-analog converter
104 Function Generator
105, 106, 107, 109, 110, 116 Coefficient unit
108, 111 1/2 power calculator
112 COMP1
113 Variable speed pump cutoff detection relay
114 COMP2
115 Constant speed pump overload detection relay
117 Limiter
118 Sequence control circuit SEQ

Claims

A pump system configured to operate a plurality of pumps having different characteristics in parallel, wherein at least one of the pumps is a variable speed pump, and the other is a constant speed pump. At least one pressure detector is provided in the water supply pipe, and the detected value is compared with a separately prepared pressure set value, and at least one variable speed is set so that the pressure on the discharge side of the pump becomes the set pressure. In a pump flow rate estimation device configured to adjust the speed of the pump,
Means for independently calculating the cutoff head of each pump from each pump speed and the coefficient of the square of each pump speed for each pump; the head detected by the pressure detector at the pump discharge side and the pump push side Means for estimating the net pressure head of the pump based on the difference between the pump and the total indentation head obtained from the head and the resistance head, so that the head of each difference is reduced by the coefficient of the square of the flow rate of each pump; Means for independently calculating and estimating the signal corresponding to the square of each flow rate, and calculating the flow rate signal of each pump by calculating the square of the flow rate signal corresponding to the square of each flow rate Means for estimating the total flow rate of a plurality of pumps operating in parallel by adding the respective flow rate signals. .

When the difference between the pump head and the pump head obtained by the pump discharge side pressure detector is subtracted from the deadline head and the difference is zero or negative in the calculation of the difference head, 2. A flow rate estimating device for a pump according to claim 1, wherein a value of a signal corresponding to the square of the flow rate is set to zero to eliminate an error in flow rate estimation.

A pump system configured to operate a plurality of pumps having different characteristics in parallel, wherein at least one of the pumps is a variable speed pump, and the other is a constant speed pump. At least one pressure detector is provided in the water supply pipe, and the detected value is compared with a separately prepared pressure set value, and at least one variable speed is set so that the pressure on the discharge side of the pump becomes the set pressure. In a pump flow rate estimation method configured to adjust the pump speed,
From each pump speed and the coefficient of the square of each pump speed, the cutoff head of each pump is independently calculated for each pump, and the head detected by the pressure detector on the pump discharge side, the head on the push side of the pump and By estimating the net pressure head of the pump from the difference from the pump's total push-in head determined from the resistance head, the head of each difference is reduced by the coefficient of the square of the flow rate of each pump, thereby reducing the flow rate of each pump. Independently calculating and estimating the signal corresponding to the square, calculating the half power of the signal corresponding to the square of the respective flow rates to obtain the flow signal of each pump, and adding the respective flow signals. Estimating the total flow rate of a plurality of pumps that are operating in parallel with each other.

When the difference between the pump head and the pump head obtained by the pump discharge side pressure detector is subtracted from the deadline head and the difference is zero or negative in the calculation of the difference head, 4. The pump flow rate estimating method according to claim 3, wherein a value of a signal corresponding to the square of the flow rate is set to zero to eliminate a flow rate estimation error.