JP2003003986A

JP2003003986A - 排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算方法および装置

Info

Publication number: JP2003003986A
Application number: JP2001190387A
Authority: JP
Inventors: Shunji Asahina; 俊二朝比奈
Original assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ポンプ運転中の流入量の変動にも対応できて
積算流入量の信頼性を高め、ポンプ吐出量の異常低下に
対する早期判定とその信頼性を向上させ得る、排水ポン
プ運転中の水槽内への流入量予測演算方法および装置を
提供する。【構成】排水ポンプ停止中の水槽内への流入量と、運
転直後の水位変動から演算される数式により、水槽内の
任意水位に対する排水ポンプの吐出量を求め、水位計の
計測水位に対する排水ポンプの算出吐出量と、水槽内の
水位変化により、排水ポンプ運転中の水槽内への流入量
が予測演算できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、地下道の排水設備や雨水
調整池の排水施設などの水槽内へ流入する水の流入量を
適確に予測するための、排水ポンプ運転中の水槽内への
流入量予測演算方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】従来は、上限水位で排水を開
始し下限水位で排水を完了する排水ポンプ施設で、ポン
プ停止中の下限水位から上限水位へ到達する時間より演
算した単位時間当りの水槽内への流入量が、ポンプ運転
中も継続するものと仮定して積算流入量を演算する。ま
た、水槽内への上記流入量と、水槽内における上限・下
限水位間の容積と、ポンプ定格吐出量（設定値）、の三
要素に基づいてポンプ運転開始からの下限水位到達時刻
を予測し、該到達予想時刻時における実際の水位状態に
より、エアロックや吸込閉塞によるポンプ吐出量の減少
を判定している。

【０００３】

【解決しようとする問題点】しかし上記従来技術は、ポ
ンプ停止時間に比しポンプ運転時間が少ない施設を想定
して、水槽内へのポンプ停止中の流入量がポンプ運転中
も継続するものと仮定しているが、実際の排水ポンプ施
設ではポンプ運転中も水槽内への流入量が変動すること
があり、従ってポンプ運転時間が長い施設ほど予測と実
際との乖離が大きくなる。

【０００４】また従来技術では、ポンプ吐出量の変動は
考慮されていないが、実際の排水ポンプ施設ではポンプ
運転により水槽内の水位が低下することで、ポンプ排水
に要する実揚程が大きくなり、ポンプ吐出量自体も減少
する。つまり、ポンプ運転中にポンプ吐出量と流入量の
二要素が変動することとなり、ポンプ運転中の水槽内へ
の流入量の変動を知るためには、ポンプ運転中のポンプ
吐出量の変動を知る必要がある。

【０００５】更にまた従来技術では、ポンプ定格吐出量
（設定値）を用いているが、複数台の異なる仕様のポン
プ組合せで排水する場合に、ポンプ定格吐出量の和とポ
ンプ正常運転時の実吐出量の和に差異が生じる。これは
並列運転を基本とするポンプの仕様は並列運転時の吐出
量を定格吐出量とし、単独運転を基本とするポンプはポ
ンプ単独運転時の吐出量を定格吐出量とするため、基本
と異なる運転状態では定格吐出量と実吐出量に差異が生
じるもので、この差異を事前に把握することは困難であ
る。

【０００６】そして従来技術では、排水完了となる下限
水位到達時刻を予想し、該予想時刻における水位状態に
よってポンプ実吐出量の減少（エアロックや吸込閉塞）
を判定するため、予想時刻に達するまでは判定不能であ
り、ポンプ実吐出量の減少を判定するのに時間が掛ると
いう欠点がある。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を
払拭し、ポンプ運転中の流入量の変動にも適正に対応し
得て積算流入量の信頼性を高め、ポンプ吐出量の異常低
下に対する早期判定とその信頼性を向上させ得る、排水
ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算方法および装
置を提供することにある。

【０００８】

【問題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
め請求項１に記載の発明では、水位変化量から容積を算
出できる水槽と、１台または複数台の排水ポンプと、信
号出力機能を有する水位計と、該水位計の信号を単位時
間毎に計測・保存するデータ保存機能に有する演算装置
を用いる、排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演
算方法において、前記排水ポンプ停止中の水槽内への流
入量と、同排水ポンプ運転直後の水位変化から演算され
る数式により、水槽内の任意水位に対する排水ポンプの
吐出量を求め、前記水位計の計測水位に対する排水ポン
プの算出吐出量と、水槽内の水位変化量により、排水ポ
ンプ運転中の水槽内への流入量を予測演算することを特
徴とする。また、請求項２に記載の発明では、水位変化
量から容積を算出できる水槽と、１台または複数台の排
水ポンプと、信号出力機能を有する水位計と、該水位計
の単位時間毎に計測・保存するデータ保存機能に有する
演算装置を備えた、排水ポンプ運転中の水槽内への流入
量予測演算装置において、前記排水ポンプ停止中の水槽
内への流入量と、同排水ポンプ運転直後の水位変化から
演算される数式により、水槽内の任意水位に対する排水
ポンプの吐出量を求め、前記水位計の計測水位に対する
排水ポンプの算出吐出量と、水槽内の水位変化量によ
り、排水ポンプ運転中の水中内への流入量が予想演算で
きるよう構成したことを特徴とする。また、請求項３に
記載の発明では、排水ポンプ運転中の水槽内への流入量
予測演算方法において、排水ポンプの運転台数増加時に
は、増加前の演算流入量と、増加直後の水位変化によ
り、水槽内の任意水位に対する運転台数増加後の吐出量
演算式を求め、水位計の計測水位に対するポンプ運転台
数増加後の吐出量を演算することを特徴する。また、請
求項４記載の発明では、請求項１記載の排水ポンプ運転
中の水槽内への流入量予測演算方法において、水位計に
よる水槽の測定水位に対する排水ポンプの正常運転時の
演算吐出量を学習保存し、該排水ポンプ運転直後の吐出
量演算結果に対して該排水ポンプの吐出量の異常低下を
判定することを特徴とする。また、請求項５に記載の発
明では、請求項１記載の排水ポンプ運転中の水槽内への
流入量予測演算方法において、用いられる水位計はアナ
ログ信号出力機能を有するものであって、該水位計のア
ナログ信号の計測タイミングを単位時間毎に変え、単位
水位幅として計測・保存することを特徴とする。また、
請求項６に記載の発明では、請求項２記載の排水ポンプ
運転中の水槽内への流入量予測演算装置において、用い
られる水位計がアナログ信号出力機能を有するものであ
ることを特徴とする。また、請求項７に記載の発明で
は、請求項２記載の排水ポンプ運転中の水槽内への流入
量予測演算方法において、請求項６に記載の水位計に代
え、単位水位幅毎にデジタル信号出力機能およびデジタ
ルデータ保存機能を有する水位計を使用し、またはデジ
タル信号出力機能を有する水位計を単位水位ごとに組合
せて使用したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】ポンプ停止中の流入量がポンプ運転初期も継続
するものと仮定することで、ポンプ運転初期の水位変動
から任意水位におけるポンプ吐出量を求めることが可能
となる。また、水位変動に対するポンプ吐出量を演算す
ることで、ポンプ運転中の流入量の変動を求めることが
可能となる。更にまた、各ポンプ組合せに対する直近の
ポンプ吐出量を記録することで、最新のポンプ実吐出量
を知ることが可能となる。

【００１０】

【実施例】本発明により水位変動に対するポンプ吐出量
を演算するについて、ポンプ停止中の流入量がポンプ運
転の初期においても継続するものと仮定することでポン
プ運転初期の流入量を一定とし、ポンプ運転初期の水位
変動から任意水位におけるポンプ吐出量演算式を確定す
ることでポンプ吐出量を求めようとする点については従
来と同様である。しかし上記吐出量演算式の確定以降
は、水位変動に要した計測時間と、その水位差分の水槽
容積と、当該ポンプ吐出量演算式より求めたポンプ吐出
量から、計測時間帯の流入量を求める。

【００１１】追従運転など、ポンプ運転台数の増加が生
じたときも、ポンプ運転台数増加前の流入量が、ポンプ
運転台数増加直後も継続するものと仮定し、ポンプ運転
台数増加初期の流出量を一定とし、ポンプ運転台数増加
初期の水位変動から任意水位においけるポンプ吐出量演
算式を再度確定することで、ポンプ運転台数増加後の吐
出量を求めることにより、任意のポンプ運転組合せの吐
出量演算式を確定できる。即ち、ポンプ運転初期の等
間隔の計測時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，における水槽内水位
ｙ１，ｙ２，ｙ３を測定し、水位ｙ１，ｙ２，より求
めた排水容積と、流入量ｑｉｎ０より、ポンプ吐出量Ｑ
ｐ１を求め、水位ｙ２，ｙ３より求めた排水容積と、
流入量ｑｉｎ０より、ポンプと吐出量Ｑｐ２を求め、
ポンプ吐出量Ｑｐ１，Ｑｐ２より、ポンプ吐出量演算式
Ｑｐｍ＝ｆ（ｙｍ）を求め、計測時刻ｔ４以降は、水
位より求めた排水容積と、演算したポンプ吐出量より、
流入量を求める。このように、測定間隔毎の流入量を演
算することで、ポンプ運転初期以降の流入量の変動が生
じても、その変動に応じた積算流入量を求めることがで
きる。

【００１２】ポンプ運転組合せによる実吐出量（ポンプ
性能特性）を補正するについては、当該吐出量演算式の
確定に際し各ポンプ運転組合せに対するポンプ性能特性
を学習することで、エアロックや吸込閉塞に基因するポ
ンプ実吐出量の減少を当該吐出量演算式の確定時に判定
することができる。下記の表１にポンプ２台時の組合せ
パターンの事例を示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】本発明演算法では、水位計アナログ値Ｘよ
り、水位工業単位値Ｙに変換する下記の数式１を用意す
る。

【００１５】

【数１】

【００１６】ポンプ停止中および運転初期の流入量に関
しては、従来と同様にポンプ停止中の流入量を計測・演
算し、ポンプ運転初期も継続するものと仮定する。ポン
プ始動からポンプ加速中は排水量が安定しないため、ポ
ンプ始動時間ｔｐ＊ｓ（設定値）中は、流入量ｑｉｎｏ
＝ｑｉｎｓと仮定する。この関係を座標で示せば図１の
ようになる。

【００１７】演算間隔０回目の処理として、ポンプ始動
時刻ｔｐｓ：（ｓｅｃ）での水位ｙｐｓ：（ｍ）の演算
を下記の数式２により行なう。

【００１８】

【数２】

【００１９】演算間隔１回目の処理として、ポンプ加速
完了時刻ｔ１＝ｔｐｓ＋Ｔｐ＊ｓ：（ｓｅｃ）での水位
ｙ１：（ｍ）の演算を下記の数式３より行なう。

【００２０】

【数３】

【００２１】演算間隔１回目の処理として次に、流入容
量ΔＶｉｎ：（ｍ３）の演算を下記の数式４により行な
う。

【００２２】

【数４】

【００２３】演算間隔１回目の処理として次に、ポンプ
排水容量ΔＶｏｕｔ：（ｍ３）及びポンプ吐出量Ｑｐ：
（ｍ３／ｍｉｎ）の演算を下記の数式５により行なう。

【００２４】

【数５】

【００２５】演算間隔１回目の処理として次に、流入容
積ΔＶｉｎ（１）を下記の数式６により計測時間帯の積
算流入量（流入時刻基準）Ｖｉｎに加算する。

【００２６】

【数６】

【００２７】ポンプ運転中においては、ポンプの運転が
安定して水位低下と共にポンプ吐出量は減少する。この
ときポンプ吐出量は水位低下に対して直線的に減少する
ものと仮定する。また、ポンプ運転初期も流入量ｑｉｎ
１＝ｑｉｎ０と仮定する。ポンプ運転初期のｔ１，ｔ
２，ｔ３の演算から任意水位ｙｎにおけるポンプ吐出量
Ｑｐｎの換算式を作成し、以降の流入量の補正に使用す
る。この関係を座標で示せば図２のようになる。

【００２８】演算間隔２回目の処理として、サンプリン
グ時刻［ｔ２：（ｓｅｃ）］での水位［ｙ２：（ｍ）］
の演算を下記の数式７により行う。

【００２９】

【数７】

【００３０】演算間隔２回目の処理として次に、流入容
量［ΔＶｉｎ（ｍ３）］の演算を下記の数式８により行
う。

【００３１】

【数８】

【００３２】演算間隔２回目の処理として次に、ポンプ
排水容量［ΔＶｏｕｔ：（ｍ３）］及びポンプ吐出量
［Ｑｐ：（ｍ３／ｍｉｎ）］の演算を下記の数式９によ
り行う。

【００３３】

【数９】

【００３４】演算間隔２回目の処理として次に、流入容
積［ΔＶｉｎ］を下記の数式１０により計測時間帯の積
算流入量（流入時刻基準）［Ｖｉｎ］に加算する。

【００３５】

【数１０】

【００３６】演算間隔２回目の処理として次に、学習デ
ータより、平均水位［ｙ（１−２）］における平均吐出
量［Ｑｐｍ］を確認し、下記の数式１１によりＱｐ
（２）と比較する。

【００３７】

【数１１】

【００３８】演算間隔３回目の処理として、サンプリン
グ時刻［ｔ３：（ｓｅｃ）］での水位［ｙ３：（ｍ）］
の演算を下記の数式１２により行う。

【００３９】

【数１２】

【００４０】演算間隔３回目の処理として次に、流入容
量［ΔＶｉｎ（ｍ３）］の演算を下記の数式１３により
行う。

【００４１】

【数１３】

【００４２】隔算間隔３回目の処理として次に、ポンプ
排水容量［ΔＶｏｕｔ（ｍ３）］及びポンプ吐出量［Ｑ
ｐ（ｍ３／ｍｉｎ）］の演算を下記の数式１４により行
う。

【００４３】

【数１４】

【００４４】演算間隔３回目の処理として次に、流入容
積［ΔＶｉｎ］を下記の数式１５により計測時間帯の積
算流入量（流入時刻基準）［Ｖｉｎ］に加算する。

【００４５】

【数１５】

【００４６】演算間隔３回目の処理として次に、学習デ
ータより、平均水位［ｙ（２−３）］に於ける平均吐出
量［Ｑｐｍ］を確認し、下記の数式１６によりＱｐ
（３）と比較する。

【００４７】

【数１６】

【００４８】下記の数式１７により、水位の変化［ｙ
（１−２）→ｙ（２−３）］に対するポンプ吐出量の変
化［Ｑｐ（２）→Ｑｐ（３）］から、任意の水位［ｙ
（ｍ−ｎ）］に対するポンプ吐出量［Ｑｐｍ］の変化式
を演算する。この関係を座標で示せば図３のようにな
る。

【００４９】

【数１７】

【００５０】上記数式１７において、任意水位に於ける
ポンプ吐出量演算式は、水位変化に対してポンプ吐出量
が直線的に変化するものとした変化式となる。即ち、ポ
ンプ特性曲線（３次式）に対して、実際の運転範囲で特
性曲線の全域を利用するケーズは少なくその一部で運転
される為、直線的に変化すると仮定しても演算上は問題
ないと判断するのである。また、上記数式１７をポンプ
運転の組合せパターンに対して記録・学習する。但し、
演算結果（Ｑｐ１，Ｑｐ２）より、各注意報のカウント
アップされたデータは記録しない。

【００５１】演算間隔４回目の処理として、サンプリン
グ時刻［ｔ４：（ｓｅｃ）］での水位［ｙ４：（ｍ）］
の演算を下記の数式１８により行う。

【００５２】

【数１８】

【００５３】演算間隔４回目の処理として次に、ポンプ
吐出量［Ｑｐ：（ｍ／３ｍｉｎ）］及び排水容量［ΔＶ
ｏｕｔ：（ｍ３）］の演算を下記の数式１９により行
う。

【００５４】

【数１９】

【００５５】演算間隔４回目の処理として次に、流入容
量［ΔＶｉｎ：（ｍ３）］及び瞬間流入量［ｑｉｎ：
（ｍ３／ｍｉｎ）］の演算を下記の数式２０により行
う。

【００５６】

【数２０】

【００５７】演算間隔４回目の処理として次に、流入容
積［ΔＶｉｎ］を下記の数式２１により計測時間帯の積
算流入量（流入時刻基準）［Ｖｉｎ］に加算する。

【００５８】

【数２１】

【００５９】演算間隔５回目以降の処理については、演
算間隔毎にポンプ停止までポンプ吐出量・流入量を補正
しながら演算していく。

【００６０】ポンプ２台目以降の運転に関し、２台目始
動時の１台目ポンプの演算処理については、２台目ポン
プの始動時刻は予測できないため、１台目ポンプの流入
量の補正は中断し直前の流入量（補正値）を採用して、
排水量を演算する。サンプリング時刻［ｔ１ｎ：（ｓｅ
ｃ）］の演算が確定し、サンプリング時刻［ｔ１ｎ＋
１：（ｓｅｃ）］迄に２台目ポンプが運転した（サンプ
リング時刻［ｔ２ｐｓ：（ｓｅｃ）］場合、下記の数式
２２による。

【００６１】

【数２２】

【００６２】２台目始動時の演算処理について、１台目
と同様にポンプ始動時間中は、直前の流入量［ｑｉｎ１
ｎ＋１］をそのまま採用する。

【００６３】２台運転中の演算処理について、１台目と
同様にポンプ吐出量水位低下に対して直線的に減少する
ものと仮定し、又、ポンプ運転加速中は流入量［ｑｉｎ
１ｎ＋１］が変化しないと仮定して、２台運転時のポン
プ吐出量演算式を求め、演算間隔毎の流入容量［ΔＶｉ
ｎ（ｍ３）］を演算し積算流入量に加算していく。

【００６４】次に学習機能について、ポンプ始動時の測
定ポイントとして、ポンプ始動から加速時間経過後の
ポイントｔ１、上記ｔ１から吐出流量演算間隔（時間
または水位）経過後のポイントｔ２、上記ｔ２から吐
出流量演算間隔（時間または水位）経過後のポイントｔ
３、の３点の運転データよりポンプ運転の組合せパター
ンに対する特性式を学習し、ポンプ運転中の流入量変動
の基礎式とする。上記関係を座標で示せば図４のように
なる。

【００６５】測定ポイントｔ１，ｔ２およびｔ２，ｔ３
の運転データをもとに下記の数式２３および２４により
演算を行う。

【００６６】

【数２３】

【００６７】

【数２４】

【００６８】上記数式２３，２４により、各平均水位に
おけるポンプ吐出量を演算して座標で示せば図３のよう
になる。

【００６９】任意水位に対するポンプ吐出量の変換式
は、下記数式２５のごとくである。

【００７０】

【数２５】

【００７１】上記したＱｐ（ｍａｘ），Ｑｐ（ｍｉｎ）
をポンプ運転組合せパターンとして記録する。但し、記
録件数は５件程度とし、古いデータから逐次更新する。
初期値は、各組合せの水位上限値における想定吐出量Ｑ
ｐ（ｍｉｎ）と、水位下限値における想定吐出量Ｑｐ
（ｍａｘ）を登録する。下記の表２にポンプ２台時の組
合せパターンの事例を示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】今回測定値が、下記の判定を満足するとき
に最新値として記録に加える。判定１：水位変動と流入
変動に矛盾がない。判定２：水位差が過少でない。判定
３：流入量が過大でない。判定４：流量が過少でない。
判定５：流量が過少でない。下記の表３にその事例を示
す。

【００７４】

【表３】

【００７５】記録データを平均化するために、例えばデ
ータ５件（上限５点、下限５点）から、任意水に対する
ポンプ吐出量を下記の数式２６により算出する。

【００７６】

【数２６】

【００７７】本発明方法を実施するについては、例えば
図５に略示するような装置が用いられる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプ運転中の流入量
の変動に対しても、それを予測演算することが可能とな
り、帳票集計上の積算流入量が実際の流入量の変動に、
より近い帳票を集計することができるという利点があ
る。また、学習機能により直近のポンプ正常時の実吐出
量を知ることができ、エアロックや吸込閉塞によるポン
プ吐出量の異常低下が、ポンプ運転初期の吐出量演算時
点で判定可能となり、更にその派生的効果として、エア
ロックや吸込閉塞などによるポンプ吐出量の異常低下
と、経年変化による吐出量の低下とが明確に判別できる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポンプ始動から加速中の時間帯における流入
量の測定を示す線図である。

【図２】流入量の補正を示す線図である。

【図３】任意の水位に対するポンプ吐出量の変化を示
す線図である。

【図４】ポンプ運転中の流入量変動を示す線図であ
る。

【図５】本発明の一実施例のブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水位変化量から容積を算出できる水槽
と、１台または複数台の排水ポンプと、信号出力機能を
有する水位計と、該水位計の信号を単位時間毎に計測・
保存するデータ保存機能を有する演算装置を用いる、排
水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算方法であっ
て、前記排水ポンプ停止中の水槽内への流入量と、同排
水ポンプ運転直後の水位変化から演算される数式によ
り、水槽内の任意水位に対する排水ポンプの吐出量を求
め、前記水位計の計測水位に対する排水ポンプの算出吐
出量と、水槽内の水位変化量により、排水ポンプ運転中
の水槽内への流入量を予測演算することを特徴とする方
法。
【請求項２】水位変化量から容積を算出できる水槽
と、１台または複数台の排水ポンプと、信号出力機能を
有する水位計と、該水位計の信号を単位時間毎に計測・
保存するデータ保存機能に有する演算装置を備えた、排
水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算装置であっ
て、前記排水ポンプ停止中の水槽内への流入量と、同排
水ポンプ運転直後の水位変化から演算される数式によ
り、水槽内の任意水位に対する排水ポンプの吐出量を求
め、前記水位計の計測水位に対する排水ポンプの算出吐
出量と、水槽内の水位変化量により、排水ポンプ運転中
の水中内への流入量が予測演算できるよう構成したこと
を特徴とする装置。
【請求項３】排水ポンプの運転台数増加時には、増加
前の演算流入量と、増加直後の水位変化により、水槽内
の任意水位に対する運転台数増加後の吐出量演算式を求
め、水位計の計測水位に対するポンプ運転台数増加後の
吐出量を演算することを特徴する、請求項１記載の排水
ポンプ排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算方
法。
【請求項４】水位計による水槽の測定水位に対する排
水ポンプの正常運転時の演算吐出量を学習保存し、該排
水ポンプ運転直後の吐出量演算結果に対して該排水ポン
プの吐出量の異常低下を判定することを特徴とする、請
求項１記載の排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測
演算方法。
【請求項５】用いられる水位計はアナログ信号出力機
能を有するものであって、該水位計のアナログ信号の計
測タイミングを単位時間毎に変え、単位水位幅として計
測・保存することを特徴とする、請求項１記載の排水ポ
ンプ運転中の水槽内への流入量予測演算方法。
【請求項６】用いられる水位計がアナログ信号出力機
能を有するものであることを特徴とする、請求項２記載
の排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算装置。
【請求項７】請求項６に記載の水位計に代え、単位水位
幅毎にデジタル信号出力機能を有する水位計を使用し、
またはデジタル信号出力機能を有する水位計を単位水位
ごとに組合せて使用したことを特徴とする、請求項２記
載の排水ポンプ運転中の水槽内への流入量予測演算装
置。