JP2010084697A - Pump cavitation-free control device and pump cavitation-free control method - Google Patents

Pump cavitation-free control device and pump cavitation-free control method Download PDF

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Kiminori Sayama
公則 佐山
Moriyuki Sato
盛行 佐藤
Tetsuo Kono
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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device and method for a direct feed water supplying system of large rate of flow structured so that a parallel operation is conducted with variable speed pumps, capable of controlling the rate of flow of each pump so that the rate is no higher than the cavitation limit. <P>SOLUTION: A means is provided to compute the in-service pump suction head NPSH<SB>av</SB>from an approximating expression to give a synthesized loss head with respect to the rate of flow of a plurality of counterflow preventing check valves in parallel connection and the sensing value of a pressure sensor for sensing the service water main pipe pressure placed upstream of the check valves. The approximating expression of the requisite pump suction head NPSH<SB>re</SB>given by the pump maker is determined, followed by computing the condition that the in-service NPSH<SB>av</SB>-requisite NPSH<SB>re</SB>>margin head, from the obtained NPSH<SB>av</SB>and NPSH<SB>re</SB>, and if this condition is not met, the frequency of an inverter is held at the value at this time, and the pump speed is controlled at or below the cavitation limit rate of flow by inhibiting the pump(s) from being accelerated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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が並列運転を行うように構成され、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大流量の直送給水システムにおいて、本管圧力が規定最低値、あるいは、最低値に近い圧力に低下した場合の大流量給水運転においても、ポンプの流量をキャビテーション限界以下になるように制御して、安全な給水運転ができるように制御した、ポンプキャビテーションレス制御装置およびポンプキャビテーションレス制御方法に関するものである。   The present invention is a large-flow direct feed water system configured such that a variable speed pump driven by a variable voltage, variable frequency power supply performs parallel operation, and is controlled by constant discharge pressure control or estimated terminal pressure constant control. In this case, even in a large flow rate water supply operation when the main pipe pressure drops to the specified minimum value or a pressure close to the minimum value, the pump flow rate can be controlled to be less than the cavitation limit, and a safe water supply operation can be performed. The pump cavitationless control apparatus and the pump cavitationless control method are controlled as described above.

直送給水システムにおけるポンプは、並列運転して、大流量給水を行っている場合、何等かの理由で、水道本管圧力が低下すると、前記ポンプにキャビテーションが発生することがあった。前記キャビテーションの発生は、前記ポンプの吸込み側に置かれた逆流防止用逆止弁の圧力損失が大流量運転で、非常に大きくなるためである。また、前記キャビテーションの発生による弊害の保護は、ポンプ吸込み圧力で、ポンプ運転のインターロックを行うようにしている。しかし、従来方式のキャビテーション保護は、圧力センサが逆流防止用逆止弁の上流側に設置されているために困難であった。   When the pumps in the direct feed water supply system are operated in parallel and supplying a large amount of water, cavitation may occur in the pump when the water mains pressure decreases for some reason. The generation of the cavitation is because the pressure loss of the check valve for backflow prevention placed on the suction side of the pump becomes very large in a large flow rate operation. Further, to prevent the harmful effects caused by the cavitation, the pump operation is interlocked with the pump suction pressure. However, conventional cavitation protection is difficult because the pressure sensor is installed upstream of the check valve for preventing backflow.

以上の課題を解決するために、本発明は、ポンプが並列運転によって大流量給水を行っている場合、水道本管圧力が規定最小値近くに低下した場合においても、前記ポンプの速度をキャビテーション限界流量以下になるように自動的に制御するポンプキャビテーションレス制御装置およびポンプキャビテーションレス制御方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, the present invention reduces the pump speed to the cavitation limit even when the pump is supplying a large amount of water by parallel operation and the water mains pressure is reduced to a specified minimum value. An object of the present invention is to provide a pump cavitationless control device and a pump cavitationless control method that automatically control the flow rate to be equal to or lower than the flow rate.

本発明は、単独、または、複数台並列に接続された逆流防止用逆止弁の流量に対する合成損失揚程を表す近似式を求め、これを設定する。また、本発明は、前記近似式と逆流防止用逆止弁の上流側に置かれた水道本管圧力検出用圧力センサの検出値から、利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)を利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)演算手段を設ける。他方、本発明は、ポンプメーカから与えられた必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)の近似式を求め、これを設定する。本発明は、前記求められた利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)および必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)から、利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)−必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)>余裕揚程を演算し、この条件が満足されない場合、インバータの周波数をその時点の値に保持し、前記ポンプの加速を阻止することによって、ポンプ速度をキャビテーション限界流量以下に制御される。 In the present invention, an approximate expression representing the combined loss head with respect to the flow rate of a check valve for backflow prevention that is connected singly or in parallel is obtained and set. Further, according to the present invention, the utilization pump suction lift (NPSH av ) is used as the utilization pump suction lift (NPSH av ) from the approximate expression and the detected value of the water main pressure detection pressure sensor placed upstream of the check valve for preventing the backflow. NPSH av ) calculating means is provided. On the other hand, the present invention obtains an approximate expression of the necessary pump suction head (NPSH re ) given by the pump manufacturer and sets it. The present invention is, from the determined utilization pump suction heads (NPSH av) and required pump suction heads (NPSH re), utilizing the pump suction heads (NPSH av) - required pump suction heads (NPSH re)> margin lift calculated If this condition is not satisfied, the pump speed is controlled below the cavitation limit flow rate by holding the inverter frequency at the current value and preventing acceleration of the pump.

本発明によれば、押込み揚程が低い時、直送給水システムの大流量運転で問題とされている、逆流防止用逆止弁の損失揚程に起因する、キャビテーション問題を解決できる。特に、本発明は、逆流防止用逆止弁の損失揚程を流量の二次近似式で表し、ポンプの押込み揚程に対応した利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)を計算し、また、必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)を流量の二次近似式によって表すことにより、実際の押込み揚程に対するキャビテーション限界流量を連続的に演算しているので、従来の規定最低揚程で設定されたキャビテーション限界流量より、押込み揚程の回復に対応してキャビテーション限界流量が自動的に大きくなるために、給水流量を自動的に増加することができる効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a pushing head is low, the cavitation problem resulting from the loss head of the check valve for backflow prevention which is a problem in the large flow rate operation of the direct feed water supply system can be solved. In particular, according to the present invention, the loss head of the check valve for backflow prevention is represented by a quadratic approximate expression of the flow rate, the used pump suction lift (NPSH av ) corresponding to the pump lift is calculated, and the necessary pump suction lift is calculated. By expressing (NPSH re ) by a quadratic approximation formula of the flow rate, the cavitation limit flow rate for the actual indentation head is calculated continuously, so that the indentation lift is calculated from the cavitation limit flow rate set at the conventional specified minimum head. Since the cavitation limit flow rate automatically increases in response to the recovery of water, there is an effect that the feed water flow rate can be automatically increased.

本発明によれば、逆流防止用逆止弁を保守する場合において、逆流防止用逆止弁の選択スイッチが逆流防止用逆止弁毎に設けられているため、従来方式のように、全断水になることがない。   According to the present invention, when the check valve for backflow prevention is maintained, the selection switch for the check valve for backflow prevention is provided for each check valve for backflow prevention. Never become.

本発明によれば、逆流防止用逆止弁が保守のために取り外されている場合、残された逆流防止用逆止弁の合成損失特性で利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)が演算され、必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)と比較することによりポンプをキャビテーション限界流量以下の速度で運転するように制御しているので、キャビテーションの発生に対して安全となっている。 According to the present invention, when the check valve for backflow prevention is removed for maintenance, the used pump suction lift (NPSH av ) is calculated from the combined loss characteristics of the remaining check valve for backflow prevention. Since the pump is controlled to operate at a speed equal to or lower than the cavitation limit flow rate by comparing with the pump suction lift (NPSH re ), it is safe against the occurrence of cavitation.

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は本発明の直送給水システム用ポンプのキャビテーションレス制御方法を適用した、可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ3台の並列運転を行うように構成された、推定末端圧力一定制御を行う直送給水システムの全体構成が示されている。図1において、本発明の実施例は、直接関係しない、たとえば、ポンプ交互運転シーケンス制御あるいは、ポンプ保圧運転シーケンス制御等は省略されている。図1における推定末端圧力一定制御回路31は、公知のものであり、本発明のキャビテーションレス制御回路41のブロック線図が付加されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a constant estimated end pressure configured to perform parallel operation of three variable speed pumps driven by a variable voltage and variable frequency power supply, to which the cavitationless control method for a direct feed water system pump of the present invention is applied. The overall configuration of a direct water supply system that performs control is shown. In FIG. 1, the embodiment of the present invention does not directly relate to, for example, pump alternate operation sequence control or pump pressure holding operation sequence control. The estimated terminal pressure constant control circuit 31 in FIG. 1 is a known one, and a block diagram of the cavitationless control circuit 41 of the present invention is added thereto.

図1において、推定末端圧力一定制御回路31の動作を説明する。圧力設定器31〜4 は、推定末端圧力一定制御の最小揚程h0(p. u. )を設定する最小揚程設定器で、管路摩擦損失揚程演算器31〜6 (HEAD)の出力Δh(p. u. )を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(p. u. )を生成する。   The operation of the estimated terminal pressure constant control circuit 31 will be described with reference to FIG. The pressure setters 31 to 4 are the minimum lift setters for setting the minimum lift h0 (p.u.) of the estimated terminal pressure constant control, and the output Δh (p) of the pipe friction loss lift calculators 31 to 6 (HEAD). u.) is added to generate a target head hS (p.u.) for constant terminal pressure constant control.

前記目標揚程hSは、吐出圧力検出器11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、後述のコントロールリミッタ31〜8 を介して、出力fS *をD/A 変換器31〜2 、31〜3 、31〜4 に与える。各D/ A変換器31〜2 、31〜3 、31〜4 は、インバータ21、22、23に周波数指令f1S
、f2S 、f3S を与え、ポンプ1、ポンプ2、ポンプ3の速度を調整する。つまり、前記推定末端圧力一定制御回路31は、一つの系を構成している。
The target head hS is compared with the output hI of the discharge pressure detector 11, the deviation is amplified by the PID or PI controllers 31 to 1, and the output fS * is converted to D / via the control limiters 31 to 8 described later. A is given to converters 31-2, 31-3, 31-4. Each D / A converter 31-2, 31-3, 31-4 has a frequency command f1S to inverters 21, 22, 23.
, F2S and f3S are given, and the speeds of pump 1, pump 2 and pump 3 are adjusted. That is, the estimated terminal pressure constant control circuit 31 constitutes one system.

前記管路摩擦損失揚程演算器31〜6 (HEAD)は、流量演算回路31〜5 (FLOW)から推定流量の自乗q*2 を受け取り、摩擦損失揚程Δhを、Δh=(1 −h0
)q*2 で演算する。前記流量演算回路31〜5 (FLOW)は、ポンプの吐出圧力hI から正味押込み圧力hSUN を減算して得られる正味のポンプ揚程hP とインバータ指令周波数fS*を入力として、揚程−流量近似二次式によって、流量の自乗q*2 とその平方根q*を演算する。ここに、ポンプ正味押込み圧力hSUN は、押込み圧力hSU から逆流防止用逆止弁損失揚程hSU0を減算したものである。
The pipe friction loss lift calculators 31 to 6 (HEAD) receive the square q * 2 of the estimated flow rate from the flow calculation circuits 31 to 5 (FLOW), and set the friction loss lift Δh to Δh = (1−h0).
) Calculate with q * 2 . The flow rate calculation circuits 31 to 5 (FLOW) receive the net pumping pressure hP obtained by subtracting the net pushing pressure hSUN from the pump discharge pressure hI and the inverter command frequency fS * as input, and a lift-flow rate approximate quadratic equation To calculate the square of flow rate q * 2 and its square root q *. Here, the pump net pushing pressure hSUN is obtained by subtracting the check valve loss lift hSU0 for backflow prevention from the pushing pressure hSU.

シーケンス回路31〜7 (SEQ )は、その詳細は図示されていないが、直送給水システムの自動運転に必要なポンプの並列、解列制御あるいは、ポンプ保圧制御、ポンプ停止制御等のシーケンス制御を遂行する制御ブロックである。前記シーケンス回路31〜7 (SEQ )は、RUN1、RUN2 RUN3 がインバータ21、22、23を運転する信号で、ZEROがフロースイッチ10のFLS の信号で、給水流量が規定値以下になったことを検知する信号を示している。   Although the details of the sequence circuits 31 to 7 (SEQ) are not shown in the figure, the sequence control such as the parallel and disconnection control of the pump or the pump holding pressure control and the pump stop control necessary for the automatic operation of the direct feed water supply system is performed. A control block to be executed. The sequence circuits 31 to 7 (SEQ) indicate that RUN1, RUN2 and RUN3 are signals for operating the inverters 21, 22, and 23, ZERO is the FLS signal for the flow switch 10, and the water supply flow rate has fallen below the specified value. A signal to be detected is shown.

ポンプ1、2、3は、図示のように、それぞれインバータ21、22、23によって制御される電動機14、15、16で駆動される。前記ポンプ1、2、3は、図示のように、その吐出し側に、逆止弁4、6、8と締め切り弁5、7、9、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。圧力タンク13は、ポンプ停止時に給水圧力を保持するために置かれている。   The pumps 1, 2, 3 are driven by electric motors 14, 15, 16 controlled by inverters 21, 22, 23, respectively, as shown. As shown in the figure, the pumps 1, 2, and 3 are connected to the discharge side via check valves 4, 6, and 8 and shut-off valves 5, 7, and 9, and the suction side is a suction common pipe. Are connected in parallel. The pressure tank 13 is placed to hold the feed water pressure when the pump is stopped.

逆流防止用逆止弁24〜1 、25〜1 、26〜1 は、ポンプ停止時等に給水システムから水道本管への逆流を防止する逆流防止弁で、3台が並列に構成された例が示されている。前記逆流防止用逆止弁24〜1 、25〜1 、26〜1 は、両側に保守用締切り弁、24〜2 、24〜3 、25〜2 、25〜3 、26〜2 、26〜3 が設けられ、これ等の締切弁を閉塞することにより、逆流防止用逆止弁24〜1 、25〜1 、26〜1 の保守ができるように構成されている。   Check valves 24-1, 25-1, 26-1 for backflow prevention are backflow prevention valves that prevent backflow from the water supply system to the water main when the pump is stopped. It is shown. The check valves 24-1, 25-1, 26-1 for backflow prevention are maintenance cutoff valves on both sides, 24-2, 24-3, 25-2, 25-3, 26-2, 26-3. Are provided so that the check valves 24 to 1, 25 to 1, and 26 to 1 for backflow prevention can be maintained by closing these shut-off valves.

水道本管圧力検出器12は、逆流防止用逆止弁24〜1 、25〜1 、26〜1 より上流側に置かれている。また、逆流防止弁27は、水道本管圧力が、規定圧力以上の場合、ポンプを停止して、水道本管圧力のみで、給水できるように配置されたバイパス配管を示している。PID またはPIコントローラ31〜1 の出力側に置かれた、周波数リミッタ31〜8 (LIM )は、本発明のキャビテーションレス制御回路41の制御信号fLIMで制御される。後述のように通常運転において、前記制御信号fLIMは“0”であり、周波数リミッタ31〜8 (LIM )のリミット動作が行なわれない。以上の説明によって、図1の構成によれば、ポンプの並列運転方式、推定末端圧力制御の直送給水運転が遂行できる。   The water main pressure detector 12 is placed upstream of the check valves 24-1, 25-1, 26-1 for backflow prevention. In addition, the backflow prevention valve 27 is a bypass pipe arranged so that when the water main pressure is equal to or higher than the specified pressure, the pump is stopped and water can be supplied only by the water main pressure. The frequency limiters 31 to 8 (LIM) placed on the output side of the PID or PI controllers 31 to 1 are controlled by the control signal fLIM of the cavitationless control circuit 41 of the present invention. As described later, in normal operation, the control signal fLIM is “0”, and the limit operation of the frequency limiters 31 to 8 (LIM) is not performed. According to the above description, according to the configuration of FIG. 1, it is possible to carry out the parallel operation system of the pump and the direct feed water operation of the estimated terminal pressure control.

図2は本発明の実施例で、キャビテーションレス制御の動作を説明するブロック構成図である。流量の二次式で表した逆止弁損失揚程の近似式を設定するブロック41〜1 は、逆流防止用逆止弁選択スイッチ41〜2 、41〜3 、41〜4 の選択状態に対応して、逆流防止用逆止弁の合成損失揚程hL(p.u.) を(1)式のように設定する。
hL =C1・q *2 +C2・q *+C3 ----(1)
ここに、C1、C2、C3=定数
q*=Q */QN =推定流量(m3/min )/ポンプの定格流量(m3/min) (p.u.)
hL=HL/HN =逆止弁の合成損失揚程(m) /ポンプの定格揚程(m) (p.u.)
FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation of cavitationless control according to an embodiment of the present invention. Blocks 41 to 1 that set an approximate expression for the check valve loss head expressed by the secondary expression of the flow rate correspond to the selected state of the check valve selection switches 41 to 2, 41 to 3, and 41 to 4 for preventing backflow. Thus, the combined loss lift hL (pu) of the check valve for backflow prevention is set as shown in equation (1).
hL = C1 · q * 2 + C2 · q * + C3 ---- (1)
Where C1, C2, C3 = constant q * = Q * / QN = estimated flow rate (m 3 / min) / rated flow rate of pump (m 3 / min) (pu)
hL = HL / HN = Check valve combined loss lift (m) / Pump rated lift (m) (pu)

たとえば、本発明の逆流防止用逆止弁3台を並列に配置した場合、実測データから、C1=0.0128 、C2=0.0198 、C3=0.0619 が得られた。前記逆流防止用逆止弁を3台並列に配置した以外、たとえば、2台並列の場合、選択した逆流防止用逆止弁は、それぞれに対応して定数C1、C2、C3を測定データから決定できる。たとえば、前記逆流防止用逆止弁の2台構成では、C1=0.0248 、C2=0.0330 、C3=0.0652 と云うデータが得られた。   For example, when three check valves for backflow prevention according to the present invention are arranged in parallel, C1 = 0.0128, C2 = 0.0198, and C3 = 0.0619 are obtained from the measured data. For example, when two check valves are arranged in parallel, other than the three check valves for preventing the reverse flow are arranged in parallel, the selected check valves for preventing the reverse flow determine constants C1, C2, and C3 from the measured data. it can. For example, in the configuration of the two check valves for preventing the backflow, data such as C1 = 0.0248, C2 = 0.0330, and C3 = 0.0652 were obtained.

図3は本発明の実施例における逆流防止用逆止弁を選択した場合の設定定数の例を示すテーブルである。前記流量の二次式で表した逆止弁損失揚程の近似式を設定するブロック41〜1 は、逆流防止用逆止弁の選択構成によって、図3に示すように、定数C1、C2、C3が設定されたテーブルが作製されている。たとえば、逆流防止用逆止弁選択スイッチ41〜2 、41〜3 、41〜4 が全て“ON”、つまり、3
台の逆流防止用逆止弁が並列に接続されている場合には、C1にd31、C2にd32、C3にd33が設定される。ここに、dは21個のメモリに予め設定しておく、設定定数である。
FIG. 3 is a table showing examples of set constants when the check valve for backflow prevention in the embodiment of the present invention is selected. As shown in FIG. 3, the blocks 41 to 1 for setting the approximate expression of the check valve loss head represented by the secondary expression of the flow rate are constants C1, C2, C3 as shown in FIG. A table set with is created. For example, the check valve selection switches 41-2, 41-3, 41-4 for backflow prevention are all “ON”, that is, 3
When the check valves for the backflow prevention of the base are connected in parallel, d31 is set for C1, d32 for C2, and d33 for C3. Here, d is a setting constant set in advance in 21 memories.

図3に示されたテーブルは、並列接続された逆流防止用逆止弁の損失特性がそれぞれ異なる場合として作成しているので、全ての組み合わせに対してC1、C2、C3データを与えるために、計21個のメモリーが必要な場合を示している。ただし、並列に接続される逆流防止用逆止弁の損失特性にばらつきが少ない場合、前記テーブルは、3台並列の場合、2台並列の場合、1台の場合、の3つの場合に絞り、合計9個のメモリーで済ますように簡単化することができる。   The table shown in FIG. 3 is created when the loss characteristics of the check valves for preventing backflow connected in parallel are different from each other. In order to provide C1, C2, and C3 data for all combinations, It shows the case where a total of 21 memories are required. However, when there is little variation in the loss characteristics of the check valve for backflow prevention connected in parallel, the table is throttled in three cases: three in parallel, two in parallel, one in case, It can be simplified to use a total of nine memories.

本発明は、逆止弁の合成損失揚程を近似する二次式の定数を予めテーブルにして設定して置くことにより、保守のために、逆流防止用逆止弁が一時的に取り外されている場合においても、前記逆流防止用逆止弁選択スイッチを手動で“OFF
”にして置くだけで、逆流防止用逆止弁の合成損失揚程の演算回路を実際使用状態に一致するように、自動的に修正できる。前記設定された二次式に図示の流量の推定値q *(p.u.)が与えられると、前記ブロック41〜1 の出力に、その流量における逆流防止用逆止弁の合成損失hL(p.u.)が出力される。
In the present invention, the check valve for preventing the backflow is temporarily removed for maintenance by setting a constant of a quadratic expression approximating the combined loss head of the check valve in advance as a table. Even in this case, manually turn off the check valve selection switch for backflow prevention.
The calculation circuit for the combined loss lift of the check valve for backflow prevention can be automatically corrected so as to match the actual use state. The estimated value of the flow rate shown in the above set secondary equation When q * (pu) is given, the combined loss hL (pu) of the check valve for backflow prevention at the flow rate is outputted to the outputs of the blocks 41 to 1.

よって、押込み揚程hSU(p.u.) から、前記ブロック41〜1 の出力hL(p.u.)を減算することにより、正味押込み揚程hSNET(p.u.) が計算される。前記正味押込み揚程hSNET(p.u.) は、大気圧ha(p.u.) =大気圧HA(m)/ポンプ定格揚程HN(m) を加算することにより、NPSHav(p.u.)が求められる。他方、必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)は、ポンプメーカから示される。これを、ポンプ定格揚程と定格流量をベースにして(2)式のように、p.u.表示の二次式が近似される。 Therefore, the net pushing head hSNET (pu) is calculated by subtracting the output hL (pu) of the blocks 41 to 1 from the pushing head hSU (pu). The net pushing head hSNET (pu) is obtained by adding NPSH av (pu) by adding atmospheric pressure ha (pu) = atmospheric pressure HA (m) / pump rated head HN (m). On the other hand, the required pump suction lift (NPSH re ) is indicated by the pump manufacturer. Based on this, based on the pump rated head and the rated flow rate, the secondary expression of pu display is approximated as shown in the expression (2).

NPSHre=D1・q *2 +D2・q *+D3 ----(2)
ここに NPSHre=必要ポンプ吸込揚程(p.u.)=必要ポンプ吸込揚程(m)/ポンプの定格揚程HN(m)(p.u.)
D1、D2、D3=定数
必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)演算ブロック41〜5 (REH)は、(2)式の演算を行うものであり、使用ポンプに対応してポンプメーカから与えれれた必要NPSHre(m)から、そのp.u.値を計算し、その曲線を近似する定数D1、D2、D3が予め計算され、設定される。よって、前記演算ブロック41〜5 (REH)は、流量の推定値q *(p.n.)が与えられると、その出力として、必要ポンプ吸込揚程NPSHre(p.u.)が得られる。ポンプ吸込み側配管の摩擦損失揚程推定値h00(p.u.)は、キャビテーションレス制御を実行するための揚程裕度(p.u.)を加えた値が設定される。そして、コンパレータ41〜6 は、次の(3)式の演算を行う。
NPSH re = D1 ・ q * 2 + D2 ・ q * + D3 ---- (2)
NPSH re = Necessary pump suction head (pu) = Necessary pump suction head (m) / Pump rated head HN (m) (pu)
D1, D2, D3 = Constant Necessary pump suction lift (NPSH re ) calculation blocks 41 to 5 (REH) perform the calculation of equation (2), and are given by the pump manufacturer corresponding to the pump used. The pu value is calculated from NPSH re (m), and constants D1, D2, and D3 that approximate the curve are calculated and set in advance. Therefore, when the estimated value q * (pn) of the flow rate is given to the calculation blocks 41 to 5 (REH), a necessary pump suction lift NPSH re (pu) is obtained as an output thereof. The estimated value h00 (pu) of the friction loss head of the pump suction side pipe is set to a value obtained by adding a head tolerance (pu) for executing cavitationless control. Then, the comparators 41 to 6 perform the calculation of the following equation (3).

NPSHav(p.u.)−NPSHre(p.u.)−h00(p.u.) ≦0 ----(3)
前記(3)式が成立すると、コンパレータ41〜6 は、その出力、fLIM を“1”にする。前記信号は、リミッタ31〜8 (LIM)に伝達され、インバータ周波数がその時点の値に保持される。つまり、利用ポンプ吸込揚程NPSHavは、必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)+余裕揚程以下になる場合、fLIM を“1”にすることにより、ポンプの速度を保持し、ポンプの流量増加を阻止する。よって、前記ポンプは、キャビテーション限界流量以下で、安全に運転されることになる。
NPSH av (pu) −NPSH re (pu) −h00 (pu) ≦ 0 ---- (3)
When the expression (3) is established, the comparators 41 to 6 set their outputs, fLIM, to “1”. The signal is transmitted to the limiters 31 to 8 (LIM), and the inverter frequency is held at the current value. In other words, when the pump suction head NPSH av used is less than the necessary pump suction head (NPSH re ) + the margin head, fLIM is set to “1” to maintain the pump speed and prevent the pump flow rate from increasing. . Therefore, the pump is safely operated at a cavitation limit flow rate or less.

図4は本発明の異なる実施例で、逆流防止用逆止弁が2台の場合における利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)(m)と必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)(m)の関係を説明するための図である。前記逆流防止用逆止弁が2台の押込み揚程10m、15m、18.14 mの場合について計算したものである。図示のように、この例では、押込み揚程10mで、キャビテーション限界流量が、殆ど、ゼロになっており、押込み揚程10mで、運転できないことを示している。しかし、押込み揚程が15mでの場合、約190l/min、押込み揚程18.14 mの場合、約260l/minと増加している。この例のように、押込み揚程の低下は、キャビテーション限界流量に大きく影響することが分かる。 FIG. 4 is a different embodiment of the present invention and explains the relationship between the used pump suction lift (NPSH av ) (m) and the necessary pump suction lift (NPSH re ) (m) when there are two check valves for preventing backflow. It is a figure for doing. The calculation is made for the case where the check valve for preventing backflow has two pushing heads of 10 m, 15 m and 18.14 m. As shown in the drawing, in this example, the cavitation limit flow rate is almost zero at the pushing lift 10 m, indicating that the operation cannot be performed at the pushing lift 10 m. However, when the indentation head is 15m, it increases to about 190l / min, and when the indentation head is 18.14m, it increases to about 260l / min. As shown in this example, it can be seen that the decrease in the indentation head greatly affects the cavitation limit flow rate.

本発明では、このような逆止弁合成損失揚程が大きい場合においても、前述の方法によって、この大きな合成損失揚程がキャビテーションレス制御回路に設定され、実際の押込み揚程を検出して利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)を計算しているために、キャビテーションのない安全な運転ができる。 In the present invention, even when such a check valve combined loss lift is large, the large combined loss lift is set in the cavitation-less control circuit by the above-described method, and the actual pumping lift is detected to use the pump suction lift. Since (NPSH av ) is calculated, safe operation without cavitation can be performed.

本発明の直送給水システム用ポンプのキャビテーションレス制御方法を適用した、可変電圧、可変周波数電源で駆動される可変速ポンプ3台の並列運転を行うように構成された、推定末端圧力一定制御を行う直送給水システムの全体構成が示されている。(実施例1)Applying the cavitation-less control method for a direct feed water system pump according to the present invention, the control of the estimated end pressure is performed to perform parallel operation of three variable speed pumps driven by a variable voltage and variable frequency power source. The overall configuration of the direct water supply system is shown. (Example 1) 本発明の実施例で、キャビテーションレス制御の動作を説明するブロック構成図である。It is a block block diagram explaining the operation | movement of cavitationless control in the Example of this invention. 本発明の実施例における逆流防止用逆止弁を選択した場合の設定定数の例を示すテーブルである。It is a table which shows the example of the setting constant at the time of selecting the check valve for backflow prevention in the example of the present invention. 本発明の異なる実施例で、逆流防止用逆止弁が2台の場合における利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)(m)と必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)(m)の関係を説明するための図である。In different embodiments of the present invention, the relationship between the used pump suction lift (NPSH av ) (m) and the necessary pump suction lift (NPSH re ) (m) when there are two check valves for preventing backflow is described. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3・・・ポンプ
4、6、8・・・逆止弁
5、7、8・・・締切弁
11・・・吐出圧力検出器
12・・・水道本管圧力検出器
13・・・圧力タンク
14、15、16・・・モータ
21、22、23・・・インバータ
31・・・推定末端圧力一定制御回路
41・・・キャビテーションレス制御回路
1, 2, 3 ... Pump 4, 6, 8 ... Check valve 5, 7, 8 ... Shut-off valve 11 ... Discharge pressure detector 12 ... Main water pressure detector 13. .... Pressure tanks 14, 15, 16 ... Motors 21, 22, 23 ... Inverter 31 ... Constant terminal pressure constant control circuit 41 ... Cavitationless control circuit

Claims (4)

可変電圧・可変周波数電源によって制御される電動機を用いて駆動する可変速ポンプが2台以上並列に運転され、前記可変速ポンプ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によって制御するとともに、インバータの周波数によって制御されるポンプの吸込み側に逆流防止用逆止弁が2つ以上並列に設置されているポンプキャビテーションレス制御装置において、
前記逆流防止用逆止弁の上流側に設置され、前記上流側の押込み圧力を検出する圧力センサと、
前記逆流防止用逆止弁の合成損失揚程を近似する流量に関する二次方程式を求める揚程近似式演算手段と、
前記圧力センサによって検出された押込み圧力および前記揚程近似式演算手段によって演算された逆流防止用逆止弁の合成損失揚程から利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)を演算する利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)演算手段と、
ポンプに与えられているポンプ固有の必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)の二次近似式を演算する必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)演算手段と、
前記利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)演算手段の演算結果から前記必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)演算手段の演算結果を減算した結果とポンプ固有の余裕揚程とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果が前記ポンプ固有の余裕揚程と同じ、または小さい場合、インバータの周波数を保持してポンプ流量の増加を阻止する制御手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするポンプキャビテーションレス制御装置。
Two or more variable speed pumps driven by an electric motor controlled by a variable voltage / variable frequency power source are operated in parallel, and the pressure of the variable speed pump is controlled by a constant discharge pressure control or an estimated terminal pressure constant control, In a pump cavitationless control device in which two or more check valves for backflow prevention are installed in parallel on the suction side of the pump controlled by the frequency of the inverter,
A pressure sensor that is installed on the upstream side of the check valve for preventing backflow and detects the indentation pressure on the upstream side;
A head approximation formula computing means for obtaining a quadratic equation relating to a flow rate approximating the combined loss lift of the check valve for backflow prevention;
Utilization pump suction lift (NPSH av ) for computing the utilization pump suction lift (NPSH av ) from the indentation pressure detected by the pressure sensor and the combined loss lift of the check valve for backflow prevention calculated by the lift approximate expression calculation means Computing means;
Necessary pump suction lift (NPSH re ) calculating means for calculating a quadratic approximate expression of the pump-specific required pump suction lift (NPSH re ) given to the pump;
A comparison means for comparing a result obtained by subtracting a calculation result of the necessary pump suction lift (NPSH re ) calculation means from a calculation result of the used pump suction lift (NPSH av ) calculation means, and a pump-specific margin lift;
When the comparison result by the comparison means is the same as or smaller than the pump-specific margin, control means for holding the inverter frequency and preventing the pump flow rate from increasing;
A pump cavitationless control device comprising at least
前記それぞれ逆流防止用逆止弁は、選択スイッチが設けられ、前記選択スイッチの選択によって個別に切り離し、ポンプの稼働中に、保守または交換ができることを特徴とする請求項1に記載されたポンプキャビテーションレス制御装置。   2. The pump cavitation according to claim 1, wherein each of the check valves for preventing backflow is provided with a selection switch, and can be individually separated by selection of the selection switch and can be maintained or replaced while the pump is in operation. Less control device. 前記選択スイッチによる逆流防止用逆止弁の切り離し中に、利用ポンプ吸込揚程NPSHav−必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)≦余裕揚程の演算を行い、インバータの周波数を保持してポンプ流量の増加を阻止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたポンプキャビテーションレス制御装置。 While the check valve for backflow prevention is disconnected by the selection switch, the calculation of the pump suction lift NPSH av -Necessary pump suction lift (NPSH re ) ≤ Margin lift is performed, and the pump flow rate is increased by maintaining the inverter frequency. 3. The pump cavitationless control device according to claim 1, wherein the pump cavitationless control device prevents the pump cavitation. 可変電圧・可変周波数電源によって制御される電動機を用いて駆動する可変速ポンプが2台以上並列に運転され、前記可変速ポンプ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によって制御するとともに、インバータの周波数によって制御されるポンプの吸込み側に逆流防止用逆止弁が2つ以上並列に設置されているポンプキャビテーションレス制御方法において、
前記逆流防止用逆止弁の上流側に設置され圧力センサにより上流側の押込み圧力を検出し、
前記逆流防止用逆止弁の合成損失揚程を近似する流量に関する二次方程式を求め、
前記圧力センサによって検出された押込み圧力および前記揚程近似式演算手段によって演算された逆流防止用逆止弁の合成損失揚程から利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)を演算し、
ポンプに与えられているポンプ固有の必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)の二次近似式を演算し、
利用ポンプ吸込揚程(NPSHav)−必要ポンプ吸込揚程(NPSHre)≦余裕揚程を演算し、
前記式が成立するように、インバータの周波数を保持してポンプ流量の増加を阻止することを特徴とするポンプキャビテーションレス制御方法。
Two or more variable speed pumps driven by an electric motor controlled by a variable voltage / variable frequency power source are operated in parallel, and the pressure of the variable speed pump is controlled by a constant discharge pressure control or an estimated terminal pressure constant control, In the pump cavitationless control method in which two or more check valves for backflow prevention are installed in parallel on the suction side of the pump controlled by the frequency of the inverter,
The upstream pressure is detected by a pressure sensor installed upstream of the check valve for backflow prevention,
Obtain a quadratic equation for the flow rate that approximates the combined loss lift of the check valve for backflow prevention,
Calculating a pump suction lift (NPSH av ) from the indentation pressure detected by the pressure sensor and the combined loss lift of the check valve for backflow prevention calculated by the lift approximate expression calculation means;
Calculate a quadratic approximate expression of the necessary pump suction lift (NPSH re ) specific to the pump given to the pump,
Use pump suction lift (NPSH av )-Necessary pump suction lift (NPSH re ) ≤ margin lift,
A pump cavitationless control method characterized in that an increase in pump flow rate is prevented by maintaining the frequency of the inverter so that the above equation is satisfied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115655701A (en) * 2022-10-24 2023-01-31 国检测试控股集团上海有限公司 Method and system for testing functions of flow-limiting check valve

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