JP2000227093A - 給水装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストの上昇を招くことなく、又システムの
変更にも容易に対応可能なポンプの追加解列動作を行う
ことができる給水装置の運転制御方法を提供する。 【解決手段】 複数のポンプを負荷水量に応じて並列又
は単独で運転し、少なくとも１台のポンプＰ１，Ｐ２を
所要の目標圧力となるように可変速運転を行う給水装置
の運転制御方法において、複数のポンプの１台Ｐ１を固
定速度で運転し、他の１台Ｐ２を可変速運転中に、該可
変速運転中の１台のポンプＰ２を解列するに際して、可
変速運転中のポンプの回転速度における締切圧力ＰＦ
と、実際の吐出圧力Ｐとを参照して、解列を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のポンプを用
いて給水を行う可変速給水装置に係り、特に複数のポン
プを負荷水量の変動に応じて追加解列するポンプの運転
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば集合住宅等に水道水を供給する場
合には、水道本管から供給される水を一旦受水槽に受
け、これをポンプを用いて加圧して集合住宅の各戸の末
端給水栓に供給する。このような用途の給水装置とし
て、図５に示すものが知られている。この給水装置は、
水道本管（図示しない）に接続された受水槽１０に水を
一旦貯え、２台のポンプＰ１，Ｐ２を用いて吐出集合管
１２から末端の需要家の給水栓（図示しない）に給水を
行うものである。ここでポンプは、少なくとも１台を可
変速運転により回転速度を変化させ、ポンプ吐出側の圧
力を一定、又は末端の需要家までの管路損失を含めて、
需要家側で圧力が一定となるように可変速運転をしてい
る。そして、ポンプを２台並列に配置したのは、負荷水
量が少ない場合にはポンプ１台で供給し、負荷水量が増
大してポンプ１台では不十分な場合には２台のポンプを
並列して運転する必要があるためである。このため、負
荷水量に対応させてポンプの追加解列制御が採用されて
いる。

【０００３】図５に示す給水装置においては、多少の締
切運転を行っても故障しない複数のポンプＰ１，Ｐ２
と、ポンプの吐出側の吐出集合管１２内の圧力を検出す
る圧力センサ１４と、ポンプの運転制御を行う制御盤１
５とを備える。そして圧力センサ１４でポンプの吐出圧
力を検出して、このポンプの吐出圧力を目標圧力となる
ようにポンプの回転速度を変化させる可変速運転制御を
行っている。この可変速運転は、負荷水量が少なくポン
プが１台運転である場合には、そのポンプにより可変速
運転が行われる。負荷水量が増大してポンプが２台運転
となる場合には、１台のポンプは定速運転を行い、他の
１台のポンプが可変速運転で負荷水量の増減に係わらず
ポンプ吐出圧力を目標値となるように運転制御してい
る。従って、係る給水装置においては負荷水量の増加に
対応してポンプ１台運転からポンプをもう１台追加する
追加動作、及びポンプ２台運転時に負荷水量が減少した
場合に１台を停止させる解列動作が必要となってくる。

【０００４】この追加解列動作を適切に行う方法とし
て、吐出集合管１２にフローリレー１６を設け、ポンプ
１台の定格供給水量等の所定水量以上の場合にはポンプ
の追加動作を行い、水量が所定水量以下の場合にはフロ
ーリレー１６がこれを検出して解列動作を行う方法であ
る。このフローリレー１６は、例えばマグネット付きフ
ロートによりリードスイッチを動作させ信号を出力する
もので、この信号を制御盤１２に伝達する。そして、制
御盤１２においては、タイマ等で一定時間水量の状態を
検出し、これにより負荷水量が所定値以上であることが
確認された場合には、ポンプの追加運転を行い、又２台
運転から負荷水量が所定値以下であると確認された場合
には、１台のポンプを解列させる。

【０００５】又、フローリレーを使用しない方法とし
て、１台目のポンプの回転速度が最高速度になった時
に、次のポンプを追加運転し、１台を定速運転とし、他
の一台を可変速運転とする。そして、可変速運転のポン
プの回転速度が予め定めた速度以下になった場合には、
他の一台の固定速度のポンプで十分な給水能力があると
判断されるので、そのような状態を一定時間の経過によ
り確認した後に、ポンプを解列させる方法が知られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記フローリレーを用
いる方法では、所定の水量でオン・オフするフローリレ
ーを管路に装着する必要があり、このフローリレーは高
価である。従って、フローリレーを用いた追加解列制御
方法では、給水装置全体としてのコストを高くするとい
う問題がある。又、このような方法では、設置現場の状
況に応じて追加解列点の設定が異なるため、各種のフロ
ーリレーを準備する必要があり、又同一システムにおい
ても吐出目標圧力等が変更される毎に、追加解列点の流
量値が異なってきて、このフローリレーの交換等が必要
となってくる。このため、フローリレーを用いた方法で
は、給水装置としてのコストが上昇すると共に、システ
ムの変更等に対応が難しくなるという問題がある。

【０００７】又、ポンプの回転速度から追加・解列を行
う場合には、ポンプを追加する場合には１台運転のポン
プの回転速度が最高速度に達した場合に行えばよいので
簡単である。しかしながら、２台運転のポンプの内の１
台を解列する際の解列速度を設定するのは、特に推定末
端圧力一定制御のように、ポンプ吐出圧力の目標値が負
荷水量に応じて変化する場合には、複雑な技術計算が必
要となり簡単ではない。そして、システム毎に、又同一
システムでも吐出目標圧力が変更される場合には、その
都度、解列回転速度を設定変更する必要があり、システ
ムの変更に対しても柔軟な対応が難しかった。

【０００８】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、コストの上昇を招くことなく、又システムの変更
にも容易に対応可能なポンプの追加解列動作を行うこと
ができる給水装置の運転制御方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の給水装置の運転
制御方法は、複数のポンプを負荷水量に応じて並列又は
単独で運転し、少なくとも１台のポンプを所要の目標圧
力となるように可変速運転を行う給水装置の運転制御方
法において、複数のポンプの１台を固定速度で運転し、
他の１台を可変速運転中に、該可変速運転中の１台のポ
ンプを解列するに際して、前記可変速運転中のポンプの
回転速度における締切圧力と、実際の吐出圧力とを参照
して、解列を決定することを特徴とする。

【００１０】上記本発明によれば、ポンプ回転速度と該
回転速度における締切圧力との関係、及び実際の吐出圧
力とを参照してポンプの解列を決定することができるの
で、特に高価なフローリレー等の流量計を用いる必要も
なく、又複雑な計算を行うこともなく、容易に且つ確実
に適切なポンプの解列動作を行うことができる。

【００１１】又、前記ポンプの解列は、実際のポンプ吐
出圧力を、その時の可変速運転中のポンプの回転速度に
対応したポンプ締切圧力と比較して、実際のポンプ吐出
圧力が対応するポンプ締切圧力よりも高くなった場合
に、実行することが好ましい。これにより、適切な解列
点を容易に判断することができる。

【００１２】又、前記ポンプの解列は、ポンプ吐出口か
ら離れた末端需要家への供給圧力を一定とする推定末端
圧力一定制御を実行中の給水装置に対して適用するもの
であることが好ましい。これにより、推定末端圧力一定
制御において、適切な給水ポンプの解列動作を行うこと
ができる。

【００１３】又、本発明の給水装置は、複数のポンプ
と、該ポンプを可変速運転する制御装置と、前記複数の
ポンプの吐出集合管に設けられた圧力センサと、前記ポ
ンプの回転速度に対応した締切圧力のテーブルとを備
え、実際吐出圧力とその時のポンプ回転速度に対応した
前記テーブルの締切圧力とから、複数運転中のポンプの
一台を解列することを特徴とする。これにより、コスト
の上昇を招くことなく、適切な解列動作を行え、システ
ムの変更にも柔軟に対応することのできる給水装置を提
供できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１乃至図４を参照しながら説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施の形態の給水装置を
示す。２台のポンプＰ１，Ｐ２があり、それぞれの吸い
込み側の配管が受水槽１０に接続されている。ポンプの
吐出側配管は、チェッキ弁１１を介して吐出集合管１２
に接続され、図示しないが末端の需要家の給水栓に配管
を介して接続されている。吐出集合管１２には圧力タン
ク１３及び圧力センサ１４が接続され、圧力タンク１３
はポンプによる加圧水を蓄圧して、例えば少水量時には
ポンプの運転を停止し、省エネルギー運転ができるよう
になっている。又、圧力センサ１４は、吐出集合管１２
におけるポンプの吐出圧力を検出し、これを制御盤１５
に入力することで、ポンプの吐出圧力が所定の目標値と
なるようにポンプの回転速度を変化させる。即ち、制御
盤１５には、ポンプの回転速度を変化させるインバータ
装置が備えられ、圧力センサ１４からの信号を入力し、
ポンプ吐出圧が目標圧力になるようにポンプをＰＩ（比
例積分）制御する。ポンプの目標吐出圧力は、負荷水量
の大小により需要家末端までの配管抵抗を考慮して、流
量に対応して概略抵抗曲線に沿ってポンプの回転速度を
変化させる推定末端圧力一定制御により制御される。

【００１６】図２は、本発明の２台運転中のポンプから
１台を解列する解列動作点についてのものである。横軸
は水量Ｑであり、縦軸は圧力（揚程）Ｈである。曲線Ｎ
_１，Ｎ_２，Ｎ_３は、それぞれポンプＰ１，Ｐ２の２台運
転時の１台を固定速度で運転し、他方を可変速の回転速
度Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３で運転するＱＨ特性を示す。そして
曲線ｎ_１は、回転速度ｎ_１に対応する固定速度ポンプの
ＱＨ特性である。そして、目標圧力曲線Ｓは、抵抗曲線
とも呼ばれるもので、推定末端圧力一定制御方式をとる
場合に、末端の需要家の圧力を一定に保つためにポンプ
吐出側での水量に対応した所要吐出圧力の関係を示して
いる。即ち水量が多い場合には、配管の抵抗があるた
め、ポンプ吐出側ではその配管抵抗損失分を見込んで吐
出圧力を高く設定する必要があり、逆に水量が少ない場
合には、配管抵抗による損失が小さいためポンプ吐出圧
力を低く設定する必要がある。従って、点Ａ以下ではポ
ンプ１台運転であり、この目標圧力曲線Ｓに沿って１台
運転のポンプの回転速度ｎが制御される。点Ａ以上に水
量が必要となる場合にはもう一台のポンプを追加運転
し、１台を定格速度で固定速度の運転を行うと共に、も
う一台のポンプを目標圧力曲線Ｓに沿うように回転速度
を制御する。即ち、追加したポンプＰ２は、推定末端圧
力制御の目標圧力曲線Ｓに沿って移動する。

【００１７】ここでポンプ２台運転を必要とする水量Ｑ
１においては、動作点がＢであり、この時の可変速運転
のポンプ回転速度はＮ_２であり、圧力センサで検出され
る実際吐出圧力は、Ｐ１である。そして、この回転速度
Ｎ_２のポンプの締切運転時の締切圧力ＰＦ１は、実際吐
出圧力Ｐ１よりも大きい。即ち、このことは未だ解列す
べき状態でないことを示している。一方で動作点Ａ以下
でポンプ１台が固定速度ｎ_１で運転されている水量Ｑ２
では、ポンプ運転点Ｃは固定速度の１台のポンプの速度
ｎ_１のＱＨ特性曲線上にある。この時の実際のポンプ吐
出圧力Ｐ２は、その時の水量Ｑ２に対応した目標圧力曲
線Ｓの圧力よりも高いため、可変速運転中のポンプはＰ
Ｉ（比例積分）制御に従って回転速度を下げる。この
時、最低回転速度Ｎ_３を設けておけば、可変速運転中の
ポンプの回転速度はＮ_３で下げ止まる。この時のポンプ
の締切圧力がＰＦ２であり、実際の吐出圧力Ｐ２を下回
る。従って、圧力センサから得られる実際の吐出圧力Ｐ
と、その時の可変速ポンプの回転速度Ｎにおけるポンプ
の締切圧力ＰＦとを比較することで、締切圧力ＰＦが実
際の吐出圧力Ｐより下回った時に固定速度のポンプのみ
で十分な吐出圧力を供給できることが判断され、可変速
ポンプは直ちに解列するという判断が可能である。この
ため、この比較を行うことにより適切な解列点を自動的
に判断することができる。

【００１８】尚、最低回転速度Ｎ_３を設けることによ
り、再び負荷水量が増大したような場合には、直ちに２
台運転の状態に復帰することができる。又、最低速度Ｎ
_３を設けないとすると、可変速ポンプが回転速度０にな
るまで動き続けることになり、その間に負荷水量が更に
減量したような場合には、１台の固定速度のポンプの運
転では吐出圧力が高すぎ、末端需要家に所要の圧力の給
水を行うことができなくなる。このため、解列動作は２
台運転中の１台のポンプに最低運転速度を設け、この速
度で所定の時間運転が継続したならば、直ちに可変速ポ
ンプの解列を行い、１台目のポンプを可変速運転に切り
換えることが好ましい。

【００１９】図３は、本発明の実施の形態の給水装置の
運転制御装置の概略を示すブロック図である。この運転
制御装置（制御盤）１５には、ポンプ回転速度とその締
切圧力との関係のデータテーブル２１を備える。これ
は、マイクロコンピュ−タを利用した給水ポンプの運転
制御装置においては、例えば設定モードにしておき、ポ
ンプ吐出側のバルブを閉じて締切状態として、ポンプの
回転速度を徐々に上げていき、その時の回転速度と圧力
センサで検出される締切吐出圧力とを計測し、これをマ
イクロコンピュータに付属したＥ^２ＰＲＯＭ等の記憶装
置に記憶することにより行える。又、予め使用するポン
プの特性曲線は判明している場合が多い。この場合には
既知の特性データから、ポンプ回転速度とその締切圧力
とのデータテーブルの作成を行い、これを運転制御装置
１５のマイクロコンピュータの記憶装置に記憶するよう
にしてもよい。又、給水装置においては、他の制御項
目、例えば推定末端圧力一定制御においては、別途ポン
プ回転速度とその締切圧力とのデータが必要となる。こ
のため、別途準備されたデータテーブルを利用してもよ
い。

【００２０】この運転制御装置１５においては、給水装
置の運転制御プログラム２２に従って、ＣＰＵ２３が全
体的な演算制御動作を行う。即ち、ＣＰＵ２３はこのプ
ログラム２２に従って、圧力センサ１４の吐出圧力信号
Ｐに従い推定末端圧力一定制御方式によるポンプの可変
速運転を行うべく、インバータ装置に速度指令を与え
る。そして、ポンプの解列時には、圧力センサからのポ
ンプ吐出圧力Ｐとその時のポンプ回転速度Ｎにおける締
切圧力ＰＦとをテーブル２１から読み出し、ＣＰＵ２３
によりこの大小の比較を行う。

【００２１】図４は、本発明の実施の形態の運転制御方
法のフローを示す図である。２台のポンプが並列運転中
であり、一方のポンプが固定速度で運転され、他方のポ
ンプが所要の目標圧力となるように回転速度が制御され
る可変速運転中であることを「並列運転」のステップで
確認する。このような運転状態であるとすれば、「Ye
s」であり、次に現在の実際吐出圧力Ｐとその回転速度
Ｎにおけるポンプ締切圧力ＰＦとが比較される。そし
て、実際の吐出圧力Ｐがその回転速度Ｎに対応したポン
プ締切圧力ＰＦより大である場合には、「Yes」であ
り、ポンプの解列動作を行う。ポンプの解列動作は、そ
のような状態が検出されてから、例えば数秒間の時間同
じ状態が継続することを確認して可変速運転中のポンプ
を停止して、他の一台の固定速度で運転しているポンプ
を可変速運転に切り換えることにより行われる。実際の
吐出圧力Ｐがその回転速度に対応するポンプ締切圧力Ｐ
Ｆよりも小である場合には、水量Ｑが切換点Ａよりも大
であると判断され、解列動作は実行されない。フローに
は図示されないが、追加解列が頻繁に繰り返される現象
を緩和するため、必要に応じて解列判断を遅延させるタ
イマーを設けてもよい。

【００２２】尚、上記実施の形態においては、推定末端
圧力一定制御方式について本発明の解列制御方法を適用
する例について説明したが、推定末端圧力一定制御方式
以外にも、通常の目標圧力を一定にするポンプの可変速
運転制御方式にも、同様に本発明の趣旨を適用できるこ
とは勿論である。又、上述の実施の形態においては、ポ
ンプが２台であり１台を固定速度で運転し、他の１台を
可変速度で運転する例について説明したが、３台以上の
ポンプがあるシステムにおいても、本発明の趣旨を同様
に適用可能である。また、ポンプ流入側が水道管につな
がっている直結給水装置の場合には、流入側に圧力セン
サを設け、流入圧力値により、ポンプ回転速度パラメー
タを補正する補正制御を付加すれば、本発明の趣旨を同
様に適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
高価なフローリレー、或いは複雑で且つ必ずしも精度の
よくない複雑な計算式による解列回転速度の設定が不要
となるので、低コストで且つ使い易い給水装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の給水装置の概要を示す図
である。

【図２】本発明の解列動作の説明のためのポンプのＱＨ
特性図である。

【図３】本発明の実施の形態の制御系の概略構成を示す
ブロック図である。

【図４】本発明の解列動作のフロー図である。

【図５】従来の給水装置の概要を示す図である。

【符号の説明】

１０ 受水槽 １１ チェッキ弁 １２ 吐出集合管 １３ 圧力タンク １４ 圧力センサ １５ 制御盤（運転制御装置） ２１ ポンプ回転速度と締切圧力とのテーブル Ｐ１，Ｐ２ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 博和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 木下 昇 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１−１ 株式 会社荏原電産内 Ｆターム(参考） 3H020 AA05 AA09 BA00 BA05 CA01 CA05 DA22 EA12 3H045 AA05 AA09 AA16 AA23 BA00 CA03 CA09 DA34 EA13 EA38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のポンプを負荷水量に応じて並列又
   は単独で運転し、少なくとも１台のポンプを所要の目標
   圧力となるように可変速運転を行う給水装置の運転制御
   方法において、 複数のポンプの１台を固定速度で運転し、他の１台を可
   変速運転中に、該可変速運転中の１台のポンプを解列す
   るに際して、前記可変速運転中のポンプの回転速度にお
   ける締切圧力と、実際の吐出圧力とを参照して、解列を
   決定することを特徴とする給水装置の運転制御方法。
2. 【請求項２】 前記ポンプの解列は、実際のポンプ吐出
   圧力を、その時の可変速運転中のポンプの回転速度に対
   応したポンプ締切圧力と比較して、実際のポンプ吐出圧
   力が対応するポンプ締切圧力よりも高くなった場合に、
   実行するものであることを特徴とする請求項１に記載の
   給水装置の運転制御方法。
3. 【請求項３】 前記ポンプの解列は、ポンプ吐出口から
   離れた末端需要家への供給圧力を一定とする推定末端圧
   力一定制御を実行中の給水装置に対して適用するもので
   あることを特徴とする請求項１又は２に記載の給水装置
   の運転制御方法。
4. 【請求項４】 複数のポンプと、該ポンプを可変速運転
   する制御装置と、前記複数のポンプの吐出集合管に設け
   られた圧力センサと、前記ポンプの回転速度に対応した
   締切圧力のテーブルとを備え、実際吐出圧力とその時の
   ポンプ回転速度に対応した前記テーブルの締切圧力とか
   ら、複数運転中のポンプの一台を解列することを特徴と
   する給水装置。