CN104704242B - 供水装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供水装置，对来自自来水总管的水进行加压而后向集体住宅、商业建筑等建筑物进行供水。供水装置具备根据泵(1)的旋转速度的降低检测少水量状态的控制部(10)。控制部(10)存储高于为了在断流状态下达成目标压力(PA)所需的断流旋转速度(N0)的第1下限值(L1)、以及低于断流旋转速度(N0)的第2下限值(L2)。控制部(10)将泵(1)的旋转速度的下限值从第1下限值(L1)切换至第2下限值(L2)，当泵(1)的旋转速度在规定的检测时间内成为断流旋转速度(N0)以下时，判断为泵(1)处于少水量状态。

Description

供水装置

技术领域

本发明涉及对来自自来水总管的水进行加压而后向集体住宅、商业建筑等建筑物进行供水的供水装置。

背景技术

图7是表示现有的供水装置的示意图。如图7所示，供水装置具备：泵1，其对水进行加压；马达2，其使泵1旋转；变频器3，其对马达2施加可变频率的电压；排出侧压力传感器16，其测定泵1的排出侧压力；以及控制部5，其以将由该压力传感器16测定到的排出侧压力维持为预先设定的目标压力的方式经由变频器3以及马达2来控制泵1的运转。

在泵1的排出侧配置有单向阀15。在单向阀15的排出侧配置有流量开关19，此外，在该排出侧配置有压力传感器16以及压力箱18。单向阀15是用于在泵1停止时防止水倒流的阀。流量开关19是检测来自泵1的排出流量降低至规定的值的流量检测器。压力箱18是用于在泵1停止期间保持排出侧压力的压力保持器。流量开关19以及压力传感器16经由信号线连接于控制部5。

图8是现有的供水装置的性能曲线图。图8的纵轴表示排出侧压力[Pa]，横轴表示从泵1排出的水的流量[L/min]。以将排出侧的压力维持为规定的目标压力PA的方式使泵1的旋转速度根据流量进行变化(N4→N0)。流量为0时的运转状态被称为所谓的断流运转。该断流运转处于目标压力PA与当前的排出侧压力相等的平衡状态，在控制上为正常状态。然而，因为未从泵1流入有水，所以形成为不必要的运转。因此，构成为若利用流量开关19检测到水的流量降低至规定的值(以下，将这种状态称为少水量状态)，则供水装置进行少水量停止动作。具体而言，在泵1的运转速度暂时提高而排出侧压力升压至规定的停止压力之后停止泵1的运转。排出侧的压力由压力箱18以及单向阀15保持。

若排出侧压力降低至规定的启动压力，则控制部5使泵1开始运转。泵1基于压力传感器16的输出信号被变速驱动。通常，进行如下控制：以不论从泵排出的水的流量如何都将由压力传感器16测定到的压力信号(即，泵1的排出压力)维持为预先设定的恒定的目标压力的方式控制泵1的运转速度的排出压力恒定控制、以及通过使目标压力根据管道阻力进行变化而将末端的供水栓中的供给水压控制为恒定的推断末端压力恒定控制等。

虽然流量开关19具有仅根据其检测信号就能够简便地检测少水量状态的优点，但其通常价格较高，若内部的检测浮标由于动作的反复而产生磨损，则会有引起粘连等动作不良的情况。另外，流量开关会有由于异物啮入而引起动作不良的情况。在上述动作不良的状态下，供水装置实际上未处于少水量状态却被误判定为处于少水量状态而停止动作，从而招致排出压力降低，相反处于少水量状态却被误判定为未处于少水量状态而不停止动作，因此持续断流运转，使泵1过热，给予机械应力，从而有浪费能量的负面影响。

因此，如专利文献1所公开那样，提出有一种不使用流量开关就能够检测少水量状态的供水装置。现有的无流量开关的供水装置将泵的控制模式从排出压力恒定控制等的反馈控制切换至固定旋转速度控制，使泵以低于与断流压力对应的旋转速度的旋转速度进行旋转，从而通过检测排出侧压力是否降低来检测少水量状态。

然而，在这种现有的方法中，为了检测少水量状态，需要将泵的控制模式从反馈控制切换至固定旋转速度控制。这种控制模式的切换会引起被排出的水的压力急剧变动。特别是在从固定旋转速度控制恢复至反馈控制时，泵的旋转速度会急剧增加。

专利文献1：日本特开2002-130141号公报

专利文献2：日本特开2002-54577号公报

发明内容

本发明正是鉴于上述现有的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够边进行排出压力恒定控制等反馈控制边检测少水量状态的供水装置。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供一种供水装置，其具备：泵；马达，其使上述泵旋转；变频器，其对上述马达施加可变频率的电压；排出侧压力传感器，其测定上述泵的排出侧压力；以及控制部，其基于上述排出侧压力的测定值，以将上述泵的排出侧压力维持为预先决定的目标压力的方式，经由上述马达以及上述变频器对上述泵的旋转速度进行反馈控制，该供水装置的特征在于，上述控制部存储比为了在断流状态下达成上述目标压力所需的断流旋转速度高的旋转速度的第1下限值、以及比上述断流旋转速度低的旋转速度的第2下限值，上述控制部将上述泵的旋转速度的下限值从上述第1下限值切换至上述第2下限值，在上述泵的旋转速度在规定的检测时间内成为上述断流旋转速度以下的情况下，上述控制部判断为上述泵处于少水量状态。

本发明的优选方式的特征在于，在上述泵的旋转速度在上述第1下限值以下的状态持续了规定的确认时间时，上述控制部将上述泵的旋转速度的下限值从上述第1下限值切换至上述第2下限值。

本发明的优选方式的特征在于，在上述泵的旋转速度在上述第1下限值以下、且上述排出侧压力高于规定的管理值的状态持续了上述规定的确认时间时，上述控制部将上述泵的旋转速度的下限值从上述第1下限值切换至上述第2下限值。

本发明的优选方式的特征在于，上述管理值与断流运转时的上述目标压力相同。

本发明的优选方式的特征在于，在上述泵的旋转速度在上述规定的检测时间内成为上述断流旋转速度以下、且上述泵的旋转速度成为上述断流旋转速度以下的状态持续了规定的监视时间的期间的情况下，上述控制部判断为上述泵处于少水量状态。

本发明的优选方式的特征在于，上述目标压力不论从所述泵排出的水的流量如何都是恒定的。

本发明的优选方式的特征在于，上述目标压力根据从上述泵排出的水的流量而变化。

当泵处于少水量状态或者断流状态时，泵的动作点位于表示第1下限值的泵性能曲线上。在该状态下，若从第1下限值切换至第2下限值，则泵的旋转速度基于反馈控制而迅速降低。因此，控制部能够根据这样的泵的旋转速度的降低检测少水量状态。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的供水装置的一个实施方式的图。

图2是表示本发明所涉及的供水装置的泵性能曲线的图。

图3是少水量检测动作的流程图。

图4是表示推断末端压力恒定控制的泵性能曲线图。

图5是表示直接连结型供水装置的示意图。

图6是表示具备了两组泵、马达以及变频器的供水装置的实施方式的图。

图7是表示现有的供水装置的示意图。

图8是现有的供水装置的性能曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明所涉及的供水装置的一个实施方式的图。对与图7所示的构成要素相同的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。

本实施方式的供水装置的基本结构虽然与图7所示的供水装置相同，但在不具备流量开关这一点上与图7所示的供水装置不同。本实施方式的供水装置具备控制部10，其基于由压力传感器16测定的排出侧压力，经由马达2以及变频器3控制泵1的旋转速度。更具体而言，控制部10基于由压力传感器16测定的排出侧压力，以泵1的排出侧压力成为预先设定的目标压力的方式进行控制泵1的旋转速度的反馈控制。

作为反馈控制的例子，可举出以不论水的排出流量如何都将排出侧压力维持为恒定的目标压力的方式控制泵1的运转速度的排出压力恒定控制、以及通过使目标压力根据管道阻力进行变化而将末端的供水栓中的供给水压维持为恒定的推断末端压力恒定控制等。

控制部10将用于消除由压力传感器16测定到的当前的排出侧压力与预先设定的目标压力之差的泵1的旋转速度的指令值发送至变频器3。变频器3根据旋转速度的指令值对马达2进行驱动，由此泵1以指令的旋转速度进行旋转。控制部10还具有基于上述反馈控制，检测从泵1排出的水的流量到达规定的下限值的状态(即，少水量状态)的功能。

图2是表示本发明所涉及的供水装置的泵性能曲线的图。图2表示目标压力不论流量如何都为恒定的排出压力恒定控制的例子。在控制部10存储有作为泵1的旋转速度的下限值的第1下限值L1与第2下限值L2。第1下限值L1被设定为高于与断流运转时的目标压力PA对应的泵1的旋转速度N0(以下，称为断流旋转速度N0)的值，第2下限值L2被设定为低于断流旋转速度N0的值。具体而言，第1下限值L1是断流旋转速度N0的105％的值(N0×1.05)，是稍高于断流旋转速度N0的值。第2下限值L2是断流旋转速度N0的95％的值(N0×0.95)，是稍低于断流旋转速度N0的值。上述这些系数105％、95％是例示，本发明并不限定于上述这些数值，能够在不出现少水量状态的判定时间过长的现象等的不存在运转上的障碍的范围内进行变更。断流旋转速度N0是在泵1断流运转时、即流量为0时，为了泵1实现规定的目标压力PA所需的泵1的旋转速度。该断流旋转速度N0预先存储于控制部10。

控制部10具备在泵1的运转中使泵1的旋转速度的下限值在第1下限值L1与第2下限值L2之间切换的功能。在通常的泵运转中，泵1的旋转速度的下限值被设定为第1下限值L1，从而泵1在该第1下限值L1以上的速度范围内被反馈控制。即，以将泵1的排出侧压力维持为预先设定的目标压力PA的方式，通过控制部10控制泵1的旋转速度。

泵1以在图2中用黑圆点表示的运转点进行运转。若流量降低，则泵1的旋转速度也降低，并最终达到第1下限值L1。如图2所示，若流量进一步降低，则泵1的运转点附着在表示第1下限值L1的泵性能曲线上。在少水量状态特别是断流状态(流量为0)下，由压力传感器16测定的当前的排出侧压力一定高于目标压力PA。控制部10为了消除当前的排出侧压力与目标压力PA之差而将断流旋转速度N0以下的旋转速度指令值发送至变频器3。因此，若将泵1的旋转速度的下限值从第1下限值L1切换至第2下限值L2，则泵1的旋转速度迅速降低而成为断流旋转速度N0以下。这样的泵1的旋转速度的降低作为泵1的旋转速度的指令值的降低表现出来。控制部10能够根据自身生成的旋转速度的指令值检测泵1的旋转速度的降低。

这样，若在少水量状态(以及断流状态)时将泵1的旋转速度的下限值从第1下限值L1切换至第2下限值L2，则泵1的旋转速度基于想要维持目标压力PA的反馈控制而迅速降低。因此，控制部10能够根据这种泵1的旋转速度的降低检测少水量状态。

在现有的少水量检测方法中，将控制模式从反馈控制切换至固定旋转速度控制。与此相对，本发明的控制部10在少水量检测时也进行用于保持目标压力PA的反馈控制。即，在供水装置的运转从通常的供水动作切换至少水量检测动作时、以及从少水量检测动作恢复至通常的供水动作时，都根据反馈控制来控制泵1的旋转速度。因此，泵1的旋转速度不发生骤变，能够实现顺畅的供水运转。

接下来，参照图3对少水量检测动作的详细情况进行说明。图3是少水量检测动作的流程图。如图3所示，控制部10决定泵1的旋转速度的指令值是否是第1下限值L1以下的值(步骤1)。在泵1的旋转速度的指令值是第1下限值L1以下的值的情况下，控制部10将从压力传感器16取得的当前的排出侧压力与规定的管理值进行比较，并决定当前的排出侧压力是否是高于该管理值的值(步骤2)。该管理值是与断流运转时的目标压力PA相同的值。

在泵1的旋转速度的指令值是第1下限值L1以下的值、且当前的排出侧压力是高于规定的管理值的值的情况下，控制部10在经过预先设定的确认时间(例如10秒)之前反复进行步骤1以及步骤2的工序(步骤3)。在泵1的旋转速度的指令值是第1下限值L1以下的值、且当前的排出侧压力是高于规定的管理值的值的状态持续了上述确认时间的期间的情况下，控制部10将泵1的旋转速度的下限值从第1下限值L1切换至第2下限值L2(步骤4)。然后，控制部10决定泵1的旋转速度的指令值是否是断流旋转速度N0以下的值(步骤5)。控制部10进一步决定泵1的旋转速度的指令值是否在预先决定的检测时间(例如2秒)以内降低至断流旋转速度N0以下的值(步骤6)。即使在从第1下限值L1切换至第2下限值L2之后，在水被某种程度地排出的情况下，泵1的旋转速度也缓慢地(例如花费比2秒更长的时间)降低。因此，在这种情况下，不能判断为少水量状态。

在泵1的旋转速度的指令值在检测时间内降低至断流旋转速度N0以下的值的情况下，控制部10在经过预先设定的监视时间(例如2秒)之前反复进行上述步骤5以及步骤6(步骤7)。在泵1处于少水量状态或者断流状态的情况下，因为排出侧压力由单向阀15保持，所以无法消除当前的排出侧压力与目标压力PA之差。控制部10生成用于将当前的排出侧压力降低至目标压力PA的泵1的旋转速度的指令值。其结果是，泵1的旋转速度成为断流旋转速度N0以下的值。而且，在泵1的旋转速度的指令值是断流旋转速度N0以下的值的状态持续了规定的监视时间的情况下，控制部10决定少水量状态(步骤8)。在决定少水量状态之后，控制部10进行使泵1暂时增速而使压力箱18内的压力增加的蓄压运转(步骤9)，之后，使泵1停止(步骤10)。

以上说明的控制部10的少水量检测动作不仅能够应用于排出压力恒定控制，还能够应用于推断末端压力恒定控制。图4是表示推断末端压力恒定控制的泵性能曲线图。推断末端压力恒定控制是通过使目标压力根据管道阻力进行变化而将末端的供水栓中的供给水压控制为恒定的控制方法。图4所示的曲线R表示根据管道阻力而变化的目标压力。管道阻力根据流量而增加。泵1的最高旋转速度N3处的目标压力为PA，断流运转时的目标压力为PB。目标压力根据流量从PB向PA缓缓增加。

在本例中，也将泵1的旋转速度的第1下限值L1设定为稍高于为了实现断流运转时的目标压力PB所需的断流旋转速度N0的值，将第2下限值L2设定为稍低于断流旋转速度N0的值。例如，第1下限值L1被设定为断流旋转速度N0的105％，第2下限值L2被设定为断流旋转速度N0的95％。

若流量降低，则泵1的旋转速度也降低，并最终达到第1下限值L1。如图4所示，若流量进一步降低，则泵1的运转点附着在表示第1下限值L1的泵性能曲线上。在少水量状态，特别是断流状态(流量为0)下，由压力传感器16测定的当前的排出侧压力一定高于与流量对应的目标压力。控制部10为了消除当前的排出侧压力与目标压力之差而将断流旋转速度N0以下的旋转速度指令值发送至变频器3。因此，若将泵1的旋转速度的下限值从第1下限值L1切换至第2下限值L2，则泵1的旋转速度迅速降低而成为断流旋转速度N0以下。控制部10根据这种泵1的旋转速度的降低检测少水量状态。

图1所示的供水装置虽然是对储水槽内的水进行吸引的供水装置，但本发明还能够应用于直接连结于自来水总管的、所谓的直接连结型供水装置。图5是表示直接连结型供水装置的示意图。直接连结型供水装置的基本结构虽然与图1所示的供水装置相同，但在泵1的吸入侧具备测定吸入侧压力的吸入侧压力传感器20这一点、以及具备用于防止水从供水装置向自来水总管倒流的倒流防止装置21这一点上不同。吸入侧压力传感器20连接于控制部10，从而吸入侧压力的测定值被送至控制部10。控制部10根据上述方法检测少水量状态。

本发明还能够应用于具备了多个泵的供水装置。图6是表示具备了多个泵、马达以及变频器的供水装置的实施方式的图。该供水装置具备相互并联连接的两个泵1、1、使上述泵1、1旋转的马达2、2、以及对上述马达2、2施加可变频率的电压的变频器3、3。变频器3、3连接于控制部10。在泵1、1的排出侧分别设置有单向阀15、15，在单向阀15、15的排出侧设置有压力传感器16以及压力箱18。控制部10根据上述方法对各泵的少水量状态进行检测。

图6是对储水槽内的水进行吸引的供水装置，但本发明还能够应用于具备了多个泵的直接连结型供水装置。在这种情况下，图5所示的吸入侧压力传感器20以及倒流防止装置21设置于泵1、1的上游侧。

此外，本发明除除了能够应用于不具备流量开关的、所谓的无流量开关的供水装置之外，还能够在具备流量开关的供水装置中应用于流量开关发生动作不良的情况。在这种情况下，也可以通过本发明进行少水量状态的检测，而不将发生了动作不良的流量开关取下且不依据来自该流量开关的检测信号。之后，即使在流量开关通过修理更换等而变为正常的情况下，也能够适当地选择流量开关或者基于本发明进行的少水量状态的检测来运转供水装置。

上述实施方式是以具有本发明所属技术领域中的常识的人能够实施本发明作为目的而记载的。本领域技术人员当然能够实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想也能够应用于其他实施方式。因此，本发明不限定于所记载的实施方式，而以按照权利要求所定义的技术思想的最广范围进行解释。

产业上的利用可能性

本发明能够用于对来自供水总管的水进行加压而后向集体住宅、商业建筑等建筑物进行供水的供水装置。

附图标记说明：

1：泵；2：马达；3：变频器；5、10：控制部；15：单向阀；16：排出侧压力传感器；18：压力箱；19：流量开关；20：吸入侧压力传感器；21：倒流防止装置。

Claims (7)

1.一种供水装置，

所述供水装置具备：

泵；

马达，其使所述泵旋转；

变频器，其对所述马达施加可变频率的电压；

排出侧压力传感器，其测定所述泵的排出侧压力；以及

控制部，其基于所述排出侧压力的测定值，以将所述泵的排出侧压力维持为预先决定的目标压力的方式，经由所述马达以及所述变频器对所述泵的旋转速度进行反馈控制，

所述供水装置的特征在于，

所述控制部存储比为了在断流状态下达成所述目标压力所需的断流旋转速度高的旋转速度的第1下限值、以及比所述断流旋转速度低的旋转速度的第2下限值，

所述控制部将所述泵的旋转速度的指令值的下限值从所述第1下限值切换至所述第2下限值，

在所述泵的旋转速度的指令值在规定的检测时间内成为所述断流旋转速度以下的情况下，所述控制部判断为所述泵处于少水量状态。

2.根据权利要求1所述的供水装置，其特征在于，

在所述泵的旋转速度的指令值在所述第1下限值以下的状态持续了规定的确认时间时，所述控制部将所述泵的旋转速度的指令值的下限值从所述第1下限值切换至所述第2下限值。

3.根据权利要求2所述的供水装置，其特征在于，

在所述泵的旋转速度的指令值在所述第1下限值以下、且所述排出侧压力高于规定的管理值的状态持续了所述规定的确认时间时，所述控制部将所述泵的旋转速度的指令值的下限值从所述第1下限值切换至所述第2下限值。

4.根据权利要求3所述的供水装置，其特征在于，

所述管理值与断流运转时的所述目标压力相同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的供水装置，其特征在于，

在所述泵的旋转速度的指令值在所述规定的检测时间内成为所述断流旋转速度以下、且所述泵的旋转速度的指令值成为所述断流旋转速度以下的状态持续了规定的监视时间的期间的情况下，所述控制部判断为所述泵处于少水量状态。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的供水装置，其特征在于，

所述目标压力不论从所述泵排出的水的流量如何都是恒定的。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的供水装置，其特征在于，

所述目标压力根据从所述泵排出的水的流量而变化。