JP2008014230A

JP2008014230A - 給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム

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Publication number: JP2008014230A
Application number: JP2006186567A
Authority: JP
Inventors: Kiminori Sayama; 公則佐山; Hiroshi Ogawa; 広志小川; Tetsuo Kono; 哲雄河野
Original assignee: Sayama Seisakusho KK
Current assignee: Sayama Seisakusho KK
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】本発明は、可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ複数台を並列運転するように構成した給水システムの合計流量を推定する給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および装置に関する。
【解決手段】本発明の高揚程運転制御方法は、並列運転される各ポンプの定格揚程における流量を、揚程−流量の二次近似式から計算する。次に、並列されるポンプの中から、基準とするポンプを任意に選定する。この基準ポンプの定格揚程と締切揚程の中間揚程を決定する。次に、この中間揚程に対する、各ポンプの流量を同様に、揚程−流量の二次近似式から計算する。最後に、この計算結果をそれぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立して解くことにより、複数台の可変速ポンプ並列運転の時の総合揚程−流量特性を示すポンプ定数aN+1とポンプ定数bN+1を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、吐出圧力一定制御、あるいは、推定末端圧力一定制御によって制御されている可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ複数台を並列運転するように構成した給水システムの合計流量を推定する給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定装置、並びに推定した合計流量によって、推定末端圧力一定制御系を構成する給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムに関するものである。

図５は従来例を説明するための給水制御システムを示すブロック構成図である。図５において、給水制御システムは、水道管５１１１から図示されていない各部に給水するためのポンプ、配管、弁等から構成された給水部５１１と、給水するためのポンプ等を駆動する駆動制御部５２１と、前記駆動制御部５２１を制御する制御部５３１とから構成されている。

水道管５１１１は、給水管５１１２、２本の給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４、バイパス管５１１５にそれぞれ接続され、さらに、下流の前記給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４に設置されたポンプ５１およびポンプ５２を介して、前記２本の給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４とバイパス管５１１５が一緒になって給水本管５１１６に接続されている。前記水道管５１１１を通る水は、給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４と給水本管５１１６との間に設置されているポンプ５１およびポンプ５２によって前記各部に汲み上げられる。

ポンプ吸込側圧力検出器５１２は、水道管５１１１に配設され、前記ポンプ５１およびポンプ５２への押込圧力ｈｓｕを検出して、後述する給水制御用シーケンス回路５３１６へ出力するものである。ポンプ吸込側逆流防止器５７は、水道管５１１１と給水管５１１２との間に配設され、給水管５１１２側から水道管５１１１側へ水が逆流するのを防止するものである。ポンプ５１は、給水分岐管５１１３に配設され、ポンプ５２は、給水分岐管５１１４に配設されている。

ポンプ吐出側逆止弁５３およびポンプ吐出側逆止弁５５は、ポンプ５１およびポンプ５２よりも下流の給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４に配設され、自身よりも下流からポンプ５１およびポンプ５２へ水が逆流するのを防止するものである。ポンプ吐出側止水弁５４およびポンプ吐出側止水弁５６は、ポンプ５１およびポンプ５２よりも下流の給水分岐管５１１３および給水分岐管５１１４に配設され、自身よりも下流からポンプ５１およびポンプ５２へ水が逆流するのを止水するものである。

保圧用圧力タンク５９は、ポンプ吐出側止水弁５４およびポンプ吐出側止水弁５６よりも下流の給水本管５１１６に配設され、給水量が殆どゼロとなる深夜などの時間帯にポンプ５１およびポンプ５２が始動して停止する頻度、すなわち、始動頻度を少なくさせるため、所定量の加圧水を貯留するものである。

バイパス用逆止弁５８は、前記給水管５１１２と前記バイパス管５１１５との間に配設され、押込圧力ｈｓｕがポンプ５１およびポンプ５２の運転が不要なくらい高圧であれば、ポンプ５１およびポンプ５２よりも上流の給水管５１１２側からポンプ５１およびポンプ５２よりも下流の給水本管５１１６側へ水を流すためのものである。また、バイパス用逆止弁５８は、押込圧力ｈｓｕがポンプ５１およびポンプ５２の運転を必要とする圧力であれば、ポンプ吐出側止水弁５４およびポンプ吐出側止水弁５６よりも下流の給水本管５１１６側からポンプ５１およびポンプ５２よりも上流の給水管５１１２側へ水が逆流するのを防止するためのものである。

流量検出用フロースイッチ５１０は、保圧用圧力タンク５９よりも下流の給水本管５１１６に配設され、前記給水本管５１１６の流量（ポンプ吐出側流量）Ｆｌを検出して給水制御用シーケンス回路５３１６へ出力するものである。ポンプ吐出側圧力検出器５１０１は、流量検出用フロースイッチ５１０よりも下流の給水本管５１１６に配設され、ポンプ吐出側圧力（給水圧力、吐出圧力）ｈｉを検出して後述する制御部５３１へ出力するものである。

制御部５３１は、ポンプ５１およびポンプ５２からの吐出圧力を一定に制御するものであり、設定変更可能な目標圧力ｈｓを出力する目標圧力設定器５３１１と、この目標圧力設定器５３１１が出力する目標圧力ｈｓからポンプ吐出側圧力検出器５１０１が出力するポンプ吐出側圧力ｈｉを減算して出力する演算器５３１２と、前記演算器５３１２の出力に基づくディジタル信号の周波数ｆを出力するＰＩＤコントローラ５３１３と、前記ＰＩＤコントローラ５３１３から出力するディジタル信号の周波数ｆをアナログ信号のインバータ運転周波数指令ｆ1Sに変換して後述するインバータ５２１１へ出力するＤ／Ａ（ディジタル・アナログ）変換器５３１４と、前記ＰＩＤコントローラ５３１３が出力するディジタル信号の周波数ｆをアナログ信号のインバータ運転周波数指令ｆ2Sに変換して後述するインバータ５２１２へ出力するＤ／Ａ変換器５３１５と、後述する給水制御用シーケンス回路５３１６とから構成される。

前記給水制御用シーケンス回路５３１６は、前記ポンプ吸込側圧力検出器５１２によって検出された前記ポンプ５１およびポンプ５２への押込圧力ｈｓｕ、および前記流量検出用フロースイッチ５１０により検出された前記給水本管５１１６の流量（ポンプ吐出側流量）Ｆｌを得る。前記給水制御用シーケンス回路５３１６は、前記押込圧力ｈｓｕおよびポンプ吐出側流量Ｆ１を基にしてインバータ５２１１および／またはインバータ５２１２（インバータ５２１１およびインバータ５２１２の少なくとも一方）へインバータ運転指令１ｓ、２ｓを出す。

前記給水制御用シーケンス回路５３１６は、少流量検出から保圧、ポンプ５１およびポンプ５２を停止させるシーケンス制御機能の他、ポンプ５１および／またはポンプ５２（ポンプ５１、５２の少なくとも一方）の始動、ポンプ５１およびポンプ５２の自動交互運転シーケンス制御機能を内蔵するとともに、ポンプ吸込側圧力検出器５１２からの押込圧力ｈｓｕが規定値以上であるときのみポンプ５１およびポンプ５２を運転できるようにインターロックする機能を内蔵している。

駆動制御部５２１は、インバータ５２１１およびインバータ５２１２と、前記インバータ５２１１の信号により駆動するポンプモータ５２１３と、前記インバータ５２１２の信号によって駆動されるポンプモータ５２１４とから構成される。前記給水制御用シーケンス回路５３１６は、インバータ運転周波数指令ｆ1Sおよびインバータ運転指令１ｓに基づいてポンプモータ５２１３を介してポンプ５１を制御し、また、インバータ運転周波数指令ｆ2Sおよびインバータ運転指令２ｓに基づいてポンプモータ５２１４を介してポンプ５２を制御する。

前記給水制御システムは、たとえば、本出願人が提案した特開２００４−１５６５９３号公報に記載されている。
特開２００４−１５６５９３号公報

一般に、可変電圧、可変周波数電源で駆動されるポンプを並列運転する場合には、ポンプの揚程−流量特性がほぼ、同一のポンプが選定されている。そして、前記並列運転時の合計流量の推定は、ポンプの揚程−流量特性が全く等しいと仮定して、比較的簡単に求めていた。しかも、従来のポンプ並列台数は、多くても３台程度であり、ポンプの揚程−流量特性に若干のばらつきがあったとしても、実用上問題にならなかった。しかしながら、ポンプの並列台数が４台以上、たとえば、１０台の可変速ポンプを並列運転する場合、揚程−流量特性を同一と仮定した従来の方法による並列運転の合計流量の推定は、各ポンプの揚程−流量特性のばらつきにより、流量推定誤差が大きくなるので、適用できないという問題があった。

本発明は、揚程−流量特性にばらつきのある複数台の可変速ポンプを並列運転する給水システムの合計流量を、流量センサなしで、精度良く推定する給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムを提供することを目的とする。また、本発明は、検出した合計流量を用いて、推定末端圧力一定制御を行う給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムを提供することを目的とする。

本発明の原理は、最初に、並列運転される各ポンプの定格揚程における流量を、揚程−流量の二次近似式から計算する。次に、並列されるポンプの中から、基準とするポンプを任意に選定する。この基準ポンプの定格揚程と締切揚程の中間揚程を決定する。たとえば、定格揚程と締切揚程の平均揚程を求め、この値を中間揚程に選定する。次に、この中間揚程に対する、各ポンプの流量を同様に、揚程−流量の二次近似式から計算する。最後に、この計算結果をそれぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立して解くことにより、複数台の可変速ポンプ並列運転の時の総合揚程−流量特性を示すポンプ定数aN+1とポンプ定数bN+1を求める。（Nは並列ポンプの台数）

この結果、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1f²−bN+1ｑ²（ｐ.ｕ.）表すことが出来る。よって、実際のポンプの吐出揚程hi（ｐ.ｕ.）を検出することにより、hpN+1＝hiと置くことにより、並列運転時のポンプの合計流量を演算推定出来る。また、並列運転時の合計流量に、摩擦損失揚程係数を乗じて摩擦損失揚程が演算され、この値に最小設定揚程を加えることにより、推定末端圧力一定制御の目標揚程曲線を生成出来る。

（第１発明）
第１発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法は、可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成されており、吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）と、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を求め、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算できるように構成したことを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法は、第１発明の給水システムに設けられた並列ポンプの並列運転時に、前記並列ポンプの合計流量qN+1（ｐ.ｕ.）を用い、管路の摩擦損失揚程hl（ｐ.ｕ.）をhl＝ｋqN+1 ²、但しｋ：定数、として推定し、前記推定摩擦損失揚程hlを最小設定揚程hS0（ｐ.ｕ.）に加算するように構成し、可変速ポンプN台を並列にして推定末端圧力一定制御を行うように構成したことを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法は、第１発明または第２発明において、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力が両者の平均圧力hav（ｐ.ｕ.）であることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムは、可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成されており、ポンプ圧力検出器の出力、およびＰＩＤコントローラからの周波数指令を基にして、吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）と、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を求め、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算する演算回路と、前記演算回路によって演算した前記合計流量と、圧力設定値とを基にしてＰＩＤコントローラの出力を周波数指令とする制御回路とから少なくとも構成したことを特徴とする。

（第５発明）
第５発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムは、可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成されており、ポンプ圧力検出器の出力、およびＰＩＤコントローラからの周波数指令を基にして、吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）を得る第１の演算手段と、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を得る第２の演算手段と、前記それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を計算する第３の演算手段と、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算する第４の演算手段と、前記第１の演算手段から第４の演算手段によって演算された合計流量と、圧力設定値とを基にしてＰＩＤコントローラの出力を周波数指令とする制御回路とから少なくとも構成したことを特徴とする。

（第６発明）
第６発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムは、第４発明または第５発明の給水システムに設けられた並列ポンプの並列運転時において、前記並列ポンプの合計流量qN+1（ｐ.ｕ.）を掛けて管路の摩擦損失揚程hl（ｐ.ｕ.）をhl＝ｋqN+1 ²、但しｋ：定数、として推定する係数器と、前記推定摩擦損失揚程hlを最小設定揚程hS0（ｐ.ｕ.）に加算する加算手段と、から構成され、可変速ポンプN台を並列にして推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、揚程−流量特性に、ばらつきのある複数台の可変速ポンプの並列運転において、合計流量を従来方式より正確に推定できるので、従来方式より精度の良い推定末端圧力一定制御の目標曲線を得ることができるのみならず、流量センサを使用しないので、推定末端圧力一定制御を安価に構成できるという効果がある。

本発明によれば、揚程−流量特性に、ばらつきのある複数台の可変速ポンプを並列運転しても、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間または平均の圧力における並列ポンプの流量を求め、その結果を使用するため、流量センサを使用せずに、前記可変速ポンプによる誤差を無くすことができる。

本発明によれば、前記給水システムに設けられた並列ポンプの並列運転時において、前記並列ポンプの合計流量を用い、管路の摩擦損失揚程を推定し、前記推定摩擦損失揚程を最小設定揚程に加算することにより、推定末端圧力一定制御を正確に行うことができる。

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は本発明の流量推定の方法を応用した、可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ２台（つまり、N=２）が並列運転される直結給水システムの推定末端圧力一定制御を行う全体の概略構成図である。図１において、本発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定装置は、並列に接続された２台のポンプ１Ｐおよび２Ｐと、前記ポンプ１Ｐおよび２Ｐを駆動するモータ１Ｍおよび２Ｍと、前記モータ１Ｍおよび２Ｍを駆動するインバータ２１および２２と、前記インバータ２１および２２に周波数指令を与える制御回路３１と、前記並列運転ポンプの合計流量を演算する演算回路４１とから少なくとも構成されている。

また、本発明の給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定装置は、たとえば、逆流防止用逆止弁３、５、締切弁４、６、圧力検出器７の他に、フロースイッチ、圧力タンク、ポンプバイパス配管等が省略されている。前記制御回路３１は、圧力設定器31〜3により、推定末端圧力一定制御の最小揚程hS0（ｐ.ｕ.）が設定される。後述する演算回路４１は、流量推定の方法で流量qN+1 ²=q3 ²を生成する。

前記制御回路３１は、前記演算回路４１によって生成された流量qN+1 ²=q3 ²に係数器３１〜４により係数ｋを乗算し、管路摩擦損失揚程ΔｈS（ｐ.ｕ.）を生成する。前記制御回路３１において、圧力設定器３１〜３により設定された前記最小揚程hS0（ｐ.ｕ.）は、前記管路摩擦損失揚程ΔｈS（ｐ.ｕ.）が加算されて、圧力設定hS（ｐ.ｕ.）が生成される。前記圧力設定hSは、圧力検出器７の出力hiと比較され、その偏差がPIDまたは、PIコントローラ31〜1によって増幅され、D/A変換器31〜2を通して、インバータ21とインバータ22に周波数指令fSを与え、ポンプ速度を調整する。つまり、推定末端圧力一定制御を行う。

図１において、ポンプ１Ｐおよびポンプ２Ｐは、インバータ21とインバータ22によって、駆動されるモータ１Ｍと２Ｍで駆動される可変速ポンプで、図示のように、その吐出側は、逆止弁３、５、締切弁４、６を介して、また、吸い込み側は、吸込共通配管によって、それぞれ並列に接続されている。

図２は本発明の実施例で、並列２台のポンプがインバータに同一周波数指令、fSを与えて運転する場合を説明するための演算回路を示すブロック構成図である。演算回路４１は、本発明の並列運転ポンプの合計流量を演算する回路の詳細を示したものである。最初に、可変速ポンプのポンプ定数a3、b3を検出する原理を説明する。今、並列ポンプの定格揚程、定格流量が同じであるとする。然し、それぞれのポンプの揚程−流量特性に、ばらつきがあるとする。ここで、ポンプ１Ｐを基準ポンプに選定すると、その定格揚程に対するそれぞれの流量は、次式で計算できる。

q10＝（(a1f1²−ｈ1N)／b1）^1/2 ----（１）
q20＝（(a2f2²−ｈ1N)／b2）^1/2 ----（２）
前記２式は、ポンプ揚程二次近似式から導かれる。
HP=C0N²+C3NQ−C1Q²で表す。
ここで、
HP：ポンプの吐出揚程（ｍ）
N ：ポンプの回転数（rpm ）
C0、C3、C1：羽根車の大きさ、形状によって定まる係数
Q ：ポンプの流量
しかしながら、給水システムに適用されるポンプは、低流量域から大流量域迄なだらかな垂下特性を持つように設計されている。
よって、ポンプの揚程は、HP≒C0N²−C1Q²で近似できる。
ポンプの回転数N は、インバータ周波数で表すこともできるから、前記式を
h P ≒a f²−b q²
前記式から式（１）および（２）が導かれる。

前記式（１）および（２）において、
ｈ1N：可変速ポンプ１Ｐの定格揚程（ｐ.ｕ.）＝1.0 （ｐ.ｕ.）
a1、ｂ1：可変速ポンプ１Ｐのポンプ定数
a2、ｂ2：可変速ポンプ２Ｐのポンプ定数
q10：可変速ポンプ１Ｐの揚程ｈ1Nに対する流量（ｐ.ｕ.）
q20：可変速ポンプ２Ｐの揚程ｈ1Nに対する流量（ｐ.ｕ.）
q10＝Q10/Q1N＝可変速ポンプ１Ｐの流量(m³/min)／可変速ポンプ１Ｐの定格流量（ｍ³/min）
q20＝Q20/Q2N＝可変速ポンプ２Ｐの流量(m³/min)／可変速ポンプ２Ｐの定格流量（ｍ³/min）
但し、ここに、Q1N＝Q2Nである。
f1、f2：可変速ポンプ１Ｐ、可変速ポンプ２Ｐの運転周波数（ｐ.ｕ.） f1＝F1/FN1＝可変速ポンプ１Ｐの運転周波数（Hz）／可変速ポンプ１Ｐの定格周波数（Hz）
f2＝F2/FN2＝可変速ポンプ２Ｐの運転周波数（Hz）／可変速ポンプ２Ｐの定格周波数（Hz）
但し、ここに、FN1＝FN2である。
ここで、中間揚程として、基準ポンプに選定した可変速ポンプ１Ｐの定格揚程と締切揚程の平均揚程havを選ぶと、
hav＝（a1＋1.0）／2＝（a1/2）＋0.5 ----（３）
この平均揚程havに対する流量は、
q11＝（(a1f1²−ｈav)／b1）^1/2 ----（４）
q21＝（(a2f2²−ｈav)／b2）^1/2 ----（５）

したがって、並列運転時の合計の揚程−流量特性を表すポンプ定数a3、b3は、次の連立方程式を解くことにより求めることができる。
a3 f²−b3（q10＋q20）²＝1.0 ----（６）
a3 f²−b3（q11＋q21）²＝hav ----（７）
前記（６）式は、並列運転の時のポンプ定数をa3、b3とすれば、（１）式、（２）式で求めた流量がそれぞれのポンプに流れた時、ポンプ揚程は1.0 ｐ. ｕ. （100 ％揚程）にならねばならないことを表している。同様に、（７）式は、（４）、（５）で求めた流量の時、平均揚程にならねばならない。（６）−（７）で、ａ3 ・f2の項を消去出来るので、（８）式でb3が求まる。
よって、（９）式でa3が求まる。

∴
b3＝〔（1.0−hav）〕／〔−（q10＋q20）²＋（q11＋q21）²〕
----（８）
a3＝〔（1.0＋b3（q10＋q20）²）／f² ----（９）
たとえば、a1＝1.46、b1＝0.46、a2＝1.50、ｂ2＝0.50の場合には、
（１）、（２）式より、ｑ10＝1.0、ｑ20＝1.0、（４）（５）式よりq11＝0.707、q21＝0.7348が求まる。
したがって、この結果を（６）、（７）式に代入することにより、b3＝0.11997が計算できる。ここで、f=1.0とすれば、a3＝1.4788が求まる。

本発明では、以上の原理で求めたa3、b3定数を使用して、ポンプの並列運転特性を、hp3＝a3・f1²−b3・q3²で表し、この揚程がポンプの吐出揚程検出値hiと等しいと置くことにより、q3²または、q3を演算推定する。図２において、可変速ポンプの定格周波数を設定する定数器41〜1は、通常、fN（ｐ.ｕ.）＝1.0（ｐ.ｕ.）に設定されている。この値は、二乗演算器41〜2によって、fN ²となり、可変速ポンプ１Ｐの定数a1を与える係数器41〜3を掛けて、可変速ポンプ１Ｐの締切揚程a1・fN ²が演算される。

同様にして、前記二乗演算器41〜2には、可変速ポンプ２Ｐの定数a2を与える係数器係数器41〜4を掛けて可変速ポンプ２Ｐの締切揚程a2・fN ²が演算される。それぞれの締切揚程a1・fN ²とa2・fN ²の値は、基準ポンプの定格揚程h1N＝1.0（ｐ.ｕ.）を設定する定数器41〜5の値が引き算され、その結果をそれぞれのポンプのb定数の逆数、1/b1、1/b2を与える係数器41〜6、41〜7を掛算することにより、q10²、q20²が演算される。

前記演算された結果は、根演算器41〜8、41〜9によってq10、q20が演算される。このことは、（１）、（２）式に示した通りである。次に、可変速ポンプ１Ｐの平均揚程に対するそれぞれの流量q11、q21を演算する方法を説明する。平均揚程havを設定する設定器41〜10は、選定された基準ポンプのポンプ定数を用いて、（３）式によって初期設定されている。この値は、先に、演算したa1・fN²または、a2・fN²から引き算され、それぞれｂ定数の逆数を与える係数器41〜11で1/b1、係数器41〜12の1/b2を乗ずることによって、q11²、q21²が演算される。根演算器41〜13、41〜14は、可変速ポンプ１Ｐの流量q11、可変速ポンプ２Ｐの流量q21を演算する。この関係は、（４）、（５）式に示した通りである。

以上の結果を使用して、並列ポンプの総合特性を示す、揚程−流量の二次近似式の係数a3、b3を求める方法を説明する。可変速ポンプ１Ｐおよび２Ｐの揚程に対する流量q10とq20を加算し、乗算器41〜15で二乗して、（q10＋q20）²を求め、他方、流量q11とq21を加算し、乗算器41〜16で二乗して、（q11＋q21）²を求める。（q11＋q21）²から、（q10＋q20）²の値を引き算した値は、割算器41〜17によって、（1.0−hav）で割算することによってポンプ定数b3が計算できる。この関係は、（８）式に示す通りである。求まったポンプ定数b3は、乗算器41〜18によって、（q10＋q20）²の値を掛算し、b3（q10＋q20）²の値が求められる。この値に、1.0を加え、この結果を割算器41〜19によって、fN ²で割算すれば、ポンプ定数a3が求まる。このことは、（９）式で示されている。

次に、推定末端圧力一定制御を行うための流量q3²を演算する方法を説明する。インバータ周波数は、図１のPIDコントローラ31〜1の出力fS1（ｐ.ｕ.）で検出する。定常状態では、インバータ周波数ｆ（ｐ.ｕ.）とfS1は等しくなるので、前記出力fS1によって、インバータ周波数ｆ（ｐ.ｕ.）を検出できる。よって、図２ではfS1＝fと表している。インバータ周波数ｆは、二乗演算器41〜20によって演算され、以上の演算で求まったポンプ定数a3を与える係数器41〜21と掛算することにより並列運転時の総合特性における締切揚程a3・f ²を求めることができる。よって、実際のポンプの吐出圧力を示すhi（ｐ.ｕ.）を引き算し、その結果に、先に求めた並列ポンプの1/b3を設定した係数器41〜22を掛算することによって、q3²を求めることができる。

前記検出された流量q3 ²に、図１に示した制御回路31の係数器31〜4の係数ｋを乗じて、管路摩擦損失揚程ΔｈSを推定し、これをhS0に加算することにより、推定末端圧力一定制御の目標揚程hSを生成している。かくして、揚程−流量特性に、ばらつきがある可変速ポンプ複数台並列運転の推定末端圧力一定制御が構成できる。

以上、図２において、アナログ制御回路での実施例を示したが、当然のことながら、上記に述べた処理をマイクロコンピュータのソフトウエア処理にて実現できることは明らかである。なお、以上の構成例では、推定末端圧力一定制御の場合について述べたが、hS0をhSに再設定し係数器31〜4におけるｋをｋ＝0とすれば、吐出圧力一定制御の構成が可能である。

また、本発明は、実施例として、可変速ポンプ２台の並列運転の場合を示したが、３台以上の可変速ポンプの並列運転に於ける流量検出にも適用可能である。たとえば、並列可変速ポンプが３台の場合には、総合運転特性を示すポンプ定数、a4、b4は、
b4＝〔（1.0−hav）〕／〔−（q10＋q20＋q30）²＋（q11＋q21＋q31）² ----（10）
a4＝〔（1.0＋b4（q10＋q20＋q30）²）／fN ²
----（11）
によって求めることができる。

並列ポンプ台数がN台の場合には、
bN+1＝〔（1.0−hav）〕／〔−（q10＋q20＋q30＋---＋qN0）²＋
（q11＋q21＋q31＋---＋ｑN1）²〕 ----（12）
aN+1＝〔（1.0＋bN+1（q10＋q20＋q30＋---＋qN0）²）／f N ²
----（13）
にて、同様に、総合運転特性を示すポンプ定数bN+1、aN+1を計算することができる。前記演算により求まった、ポンプ定数bN+1、aN+1は、係数器41〜22、41〜21に設定されることにより、ポンプN台並列運転する場合の推定末端圧力一定制御が構成できる。

本発明における演算回路４１は、定格揚程と、定格揚程と締切揚程の平均揚程の２点における分担流量を揚程−流量の二次近似式から計算し、その結果を連立して解くことにより並列運転総合特性を与えるポンプ定数a、bを解くことを原理としている。よって、本発明は、たとえば、実際の使用状態に近い揚程として、基準ポンプの105％流量の揚程と、50％流量の揚程を選定し、この揚程を以上に述べた定格揚程と、定格揚程と締切揚程の平均揚程の代わりの中間揚程として選定することにより、実使用状態において、より、精度の高い流量検出を行う方法を構成することも可能である。

図３は可変速ポンプ３台が並列運転で、ポンプ運転周波数ｆ＝１．０（ｐ．ｕ）の場合、本発明の方法を適用した揚程−流量特性例を示す。図４は可変速ポンプ３台が並列運転で、ポンプ運転周波数ｆ＝０．８５（ｐ．ｕ）の場合、本発明の方法を適用した揚程−流量特性例を示す。図３および図４において、可変速ポンプ１Ｐのポンプ定数a1=1.46、b1=0.46、可変速ポンプ２Ｐのポンプ定数a2=1.60、b2=0.46、可変速ポンプ３Ｐのポンプ定数a3＝1.35、b3=0.35の場合で、f＝1.00（ｐ.ｕ.）とf＝0.85（ｐ.ｕ.）で並列運転している場合の各ポンプの揚程−流量特性と本発明の方法によって求めたポンプ定数a4、b4によって計算した並列ポンプの総合揚程−流量特性を示したものである。なお、図３において、本発明の方法で検出したq4²に係数器ｋを掛算して生成せしめたΔｈ（ｐ.ｕ.）に、最小設定揚程0.7（ｐ.ｕ.）を加算した推定末端圧力一定制御の目標揚程曲線をも示している。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記本実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明のＰＩＤコントローラ、Ｄ／Ａ変換器、インバータ、モータ、ポンプは、周知または公知のものを使用することができる。また、本発明の演算回路における乗算器、割算器等は、周知または公知のものを使用することができる。

本発明の流量推定の方法を応用した、可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ２台（つまり、N=２）が並列運転される直結給水システムの推定末端圧力一定制御を行う全体の概略構成図である。（実施例１）本発明の実施例で、並列２台のポンプがインバータに同一周波数指令、fSを与えて運転する場合を説明するための演算回路を示すブロック構成図である。可変速ポンプ３台が並列運転で、ポンプ運転周波数ｆ＝１．０（ｐ．ｕ）の場合、本発明の方法を適用した揚程−流量特性例を示す。可変速ポンプ３台が並列運転で、ポンプ運転周波数ｆ＝０．８５（ｐ．ｕ）の場合、本発明の方法を適用した揚程−流量特性例を示す。従来例を説明するための給水制御システムを示すブロック構成図である。

符号の説明

１Ｐ、２Ｐ・・・ポンプ
１Ｍ、２Ｍ・・・電動機（モータ）
３、５・・・逆止弁
４、６・・・締切弁
７・・・圧力検出器
２１、２２・・・インバータ
３１〜１・・・ＰＩＤコントローラ
３１〜２・・・Ｄ／Ａ変換器
３１〜３・・・圧力設定器
３１〜４・・・係数器
３１・・・制御回路
４１・・・演算回路

Claims

可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成した給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法において、
吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）と、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、
前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、
前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、
可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を求め、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、
前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算できるように構成したことを特徴とする給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法。
前記給水システムに設けられた並列ポンプの並列運転時において、
前記並列ポンプの合計流量qN+1（ｐ.ｕ.）を用い、管路の摩擦損失揚程hl（ｐ.ｕ.）をhl＝ｋqN+1 ²、但しｋ：定数、として推定し、
前記推定摩擦損失揚程hlを最小設定揚程hS0（ｐ.ｕ.）に加算するように構成し、
可変速ポンプN台を並列にして推定末端圧力一定制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載された給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法。
前記任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力は、両者の平均圧力hav（ｐ.ｕ.）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法。
可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成した給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムにおいて、
ポンプ圧力検出器の出力、およびＰＩＤコントローラからの周波数指令を基にして、吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）と、任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を求め、並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算する演算回路と、
前記演算回路によって演算した前記合計流量と、圧力設定値とを基にしてＰＩＤコントローラの出力を周波数指令とする制御回路と、
から少なくとも構成したことを特徴とする給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム。
可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプを複数台並列に運転し、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御するように構成した給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システムにおいて、
ポンプ圧力検出器の出力、およびＰＩＤコントローラからの周波数指令を基にして、吐出圧力が可変速ポンプの定格圧力に等しくなる流量q10、q20、ｑ30、---qn0（ｐ.ｕ.）を得る第１の演算手段と、
任意に選定した基準ポンプの定格圧力と締切圧力の中間値の圧力を計算し、前記圧力における並列ポンプの流量ｑ11、ｑ21、ｑ31、---ｑn1（ｐ.ｕ.）を得る第２の演算手段と、
前記それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式により計算し、前記計算の結果を、それぞれのポンプ揚程−流量の二次近似式に代入して、これら二式を連立方程式として解くことにより、可変速ポンプN台が並列運転する時の総合流量（ｑ）−揚程（ｈ）特性を示す、定数（ａN+1、ｂN+1）を計算する第３の演算手段と、
並列運転時の総合特性式をhpN+1＝aN+1 ｎ²−bN+1 ｑ²と表し、前記並列運転中の吐出圧力を検出することにより、前記並列運転時のポンプの合計流量を演算する第４の演算手段と、
前記第１の演算手段から第４の演算手段によって演算された合計流量と、圧力設定値とを基にしてＰＩＤコントローラの出力を周波数指令とする制御回路と、
から少なくとも構成したことを特徴とする給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム。
前記給水システムに設けられた並列ポンプの並列運転時において、
前記並列ポンプの合計流量qN+1（ｐ.ｕ.）を掛けて管路の摩擦損失揚程hl（ｐ.ｕ.）をhl＝ｋqN+1 ²、但しｋ：定数、として推定する係数器と、
前記推定摩擦損失揚程hlを最小設定揚程hS0（ｐ.ｕ.）に加算する加算手段と、
から構成され、可変速ポンプN台を並列にして推定末端圧力一定制御を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム。