JP2016133035A

JP2016133035A - ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2016133035A
Application number: JP2015007724A
Authority: JP
Inventors: 哲則坂谷; Tetsunori Sakatani; 修平山崎; Shuhei Yamazaki; 順平小川; Jumpei Ogawa; 早川　義則; Yoshinori Hayakawa; 義則早川
Original assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Current assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-25

Abstract

【課題】モータの過負荷を防止することで故障を未然に防ぐと共に、様々な粘度の流体を圧送させること。
【解決手段】ポンプ本体４０を駆動するモータ２０を所定の出力周波数にて駆動するインバータ１２１と、ポンプ本体４０の吸込側に真空圧力を検出する圧力検出器４４と、インバータ１２１の運転周波数を検出し、検出された運転周波数及び真空圧力に基づいて、キャビテーションが発生する許容吸込圧力を上回るようにインバータ１２１の出力周波数を制御する制御回路１２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品等の高粘性流体の圧送に使用される容積ポンプ等のポンプの制御装置に関する。

食品等の高粘性流体の圧送には、ベーンポンプ、ロータリーポンプ、スクリューポンプ等の容積ポンプが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、ベーンポンプは、偏心したステンレス製ロータ、潤滑性に優れたＰＴＦＥ製ベーン等で構成され、ステンレス製ケーシングには、吸込口と吐出口、それらに続く流路が鋳造により形成されている。さらにベーンによるケーシング内周面の摩耗を防止するために、ステンレス製ケーシングにアルミナ等の高硬度材料を嵌め込んだものもある。

また、同様の用途に使用されるロータリポンプは、片側に吸込口を設け、反対側に吐出口を設けたケーシングを備えている。ケーシング内部には、回転軸との嵌合が９０度ずれ回転方向が逆の一対のロータを備え、これら一対のロータを同期回転させる駆動軸と従動軸を有する駆動部を備えている。この駆動部には、駆動軸と従動軸を支承する軸受と、駆動軸と従動軸を同期回転させる歯車が、それぞれの軸に締結されており、モータのモータ軸と直結される駆動軸は、上部側に配置されている。

そして、駆動軸及び従動軸とケーシングとの間に軸シール部を備え、吸込口からロータとケーシング内壁との間の膨張空間に流体を吸込み、ロータとケーシング内壁との間の圧縮空間で吸い込んだ流体を圧縮し、吐出口から吐き出すように構成されている。

特開２００９−０３０５３６号公報

上述した容積ポンプでは、次のような諸問題があった。すなわち、容積ポンプでは高粘度液を大流量で移送する際に、激しいキャビテーションが発生し、キャビテーションに起因する異常振動により、配管等が破損する恐れがあった。

さらに、容積ポンプでは、粘性流体の粘度により所要軸動力が変化しており、流体力学的には、ポンプ内部の流体摩擦、流体自体のせん断応力によるものと説明されるが、実際にはロータ部の周速やケーシング内壁面の表面積や平滑度等、様々な要因が関連し、上記の２種類の形式のポンプにおいても、口径・出力により粘度に対する軸動力係数は異なっており、定式化することは困難で有る。また、運転時の液温も重要なパラメータとなるため、設置以前にユーザにより示された流体粘度から最適なポンプ運転回転数を算出することは困難であった。

このため、製造メーカとしては、清水（粘度１ｍＰａ・Ｓ）の場合と、低粘度液（粘度１０００ｍＰａ・ｓ程度）の場合の運転回転数に応じたポンプ特性（圧力×流量）を示していた。

このため、容積ポンプでは、さらに高粘度の流体を使用する場合や、使用圧力が高いほど、軸動力が高くなる特性を有するため、流体粘度と使用圧力により変動する軸動力補正には、回転数の低減により調整すべく、インバータ制御盤の設置を推奨すると共に、使用現場ごとに、回転数（インバータ出力周波数）の調整により対応させなくてはならないという問題があった。

そこで本発明は、モータの過負荷を防止することで故障を未然に防ぐと共に、様々な粘度の流体を圧送させることができるポンプの制御装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のポンプの制御装置は次のように構成されている。

高粘性流体用の容積ポンプを可変速運転するポンプの制御装置において、前記容積ポンプを駆動するモータを所定の出力周波数にて駆動するインバータと、前記容積ポンプの吸込側に真空圧力を検出する圧力検出器と、前記インバータの運転周波数を検出し、検出された運転周波数及び前記真空圧力に基づいて、キャビテーションが発生する許容吸込圧力を上回るように前記インバータの出力周波数を制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、モータの過負荷を防止することで故障を未然に防ぐと共に、様々な粘度の流体を圧送させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るロータリーポンプを示す斜視図。同ロータリーポンプに組み込まれた制御部の構成を示す説明図。清水の場合における運転回転数に応じたポンプ特性を示す説明図。低粘性流体の場合における運転回転数に応じたポンプ特性を示す説明図。

図１は本発明の一実施形態に係るポンプの制御装置１００を備えた高粘性流体用のロータリーポンプ（容積ポンプ）１を示す斜視図、図２はロータリーポンプ１の制御部１００の構成を示す説明図、図３は清水の場合における運転回転数に応じたポンプ特性を示す説明図、図４は低粘性流体の場合における運転回転数に応じたポンプ特性を示す説明図である。

ロータリーポンプ１は、図１に示すように、例えば床面等の固定構造物Ｋに取り付けられたベース部１０と、ベース部１０に取り付けられたモータ２０と、ベース部１０に取り付けられたフランジ３０と、フランジ３０に取り付けられ、モータ２０の回転により駆動するポンプ本体４０と、制御装置１００とを備えている。

モータ２０は、ベース部１０に平行に、モータ２０の先端側に突出する回転軸２１を有している。回転軸２１は、後述する駆動軸８０に接続されている。モータ２０は、回転軸２１を介して駆動軸８０を回転駆動させる機能を有している。モータ２０には、運転周波数を検知する運転周波数検知器２２とが設けられている。

ポンプ本体４０には、ポンプ機構を収容するケーシング４１が設けられ、ケーシング４１には吸込口４２及び吐出口４３が設けられている。吸込口４２には、真空圧力を検出する圧力検出器４４が設けられている。

制御装置１００は、モータ２０を所定の出力周波数で駆動制御するインバータ１２１と、予め組み込まれたプログラムに基づいて制御が行われる制御回路１２２とを備えている。さらに、インバータ１２１には、運転電流を計測する運転電流検出器１２３が設けられている。

制御回路１２２からインバータ１２１へは出力周波数の指令信号が送られる。また、制御回路１２２へは、運転周波数検知器２２、運転電流検出器１２３、圧力検出器４４からの出力が入力されている。

制御回路１２２においては、運転周波数検知器２２、運転電流検出器１２３、圧力検出器４４からの出力に基づいて後述するようにインバータ１２１への出力周波数が決定される。また、制御回路１２２には、予めキャビテーションが発生する許容吸込圧力（例えば、−６ｍ）が設定されている。

例えば、真空圧力が運転流量の増大により低下し、許容吸込圧力以下となった場合、インバータ１２１への出力周波数を低減させ、運転流量を低下して、真空圧力が低下しないように制御する。

また、制御回路１２２は、同時にインバータ１２１の運転電流を検出し、検出された運転電流に基づき、モータ２０の最大定格電流を下回るようにインバータ１２１の出力周波数を制御する。

なお、制御回路１２２は、出力周波数を手動にて設定可能に構成され、前記インバータを設定された出力周波数で駆動するようにしてもよい。

制御部１００は、運転電流がモータ２１の無負荷電流値の１１０〜１２０％以下になった場合に、モータ２０の駆動を停止させる。

このように構成されたロータリーポンプ１では、次のようにして、食品原料等の高粘度の流体を圧送する。吸込口４２に食品原料タンク等に接続された配管を接続し、吐出口４３に圧送先に接続された配管を接続する。次に、電源を入れて、インバータ１２１からの出力周波数を徐々に上げていき、モータ２０を回転させる。

この時、圧力検出器４４における真空圧力が低下し、許容吸込圧力より低下する場合には、キャビテーションの発生を抑えるため、出力周波数を低下させる。したがって、キャビテーションに起因する異常振動により、配管等が破損することがない。

また、食品が高粘度の場合、モータ２０に負担がかかるが、運転電流検出器１２３によりモータ２０に流れる電流を測定し、最大定格電流を超えないように制御しているため、過負荷によりモータ２０が故障する等の障害を起こすことがない。なお、液温によって粘度が変化した場合でも、運転電流を監視しているため、温度変化にも対応可能である。

また、作業者がポンプ運転周波数（または回転数）を制御回路１２２に手動設定した場合には、最大定格電流を超えない範囲で、手動設定周波数でモータ２０を駆動する。これにより、過負荷による故障停止を回避しつつ、作業者が選択した一定回転数で運転できるため、現場の使用状況に応じて、ロータリーポンプ１が圧送する食品原料の流量を管理することができる。また、使用圧力の上昇等、負荷の変動により、手動設定値での運転中に、運転電流がモータ２０の最大定格電流を超えた場合は、前述した場合と同様に出力周波数を低減するようにしているため、過負荷により故障停止することはない。

さらに、運転中に、運転電流がモータ２０の無負荷電流値の１１０〜１２０％以下となった場合は、食品原料の圧送が完了し、気体を巻き込み、無負荷運転に移行したと見なして、運転を停止する。したがって、吸込側の食品容器に投入された容量が零になった時点でロータリーポンプ１を自動停止することが可能である。

このように本実施の形態に係るポンプの制御装置１００を備えたロータリーポンプ１によれば、運転電流をモータ２０の最大定格電流以下に制御しているため、高粘度流体を圧送する場合であっても、過負荷により故障停止することがない。このため、様々な粘度の食品原料を圧送することが可能となる。

また、液温によって粘度が変化しても、常に運転電流を監視しているため、冬期の寒冷時に粘度が増加した場合であっても、特別な調整は不要である。

さらに、一定量を圧送するために手動運転を行った場合でも、運転電流や真空圧力を監視することで、キャビテーションの発生や過負荷を防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ロータリーポンプについて説明したが、その他の容積ポンプや通常のポンプに同様に適用できるのは勿論である。また、各種の設定値は状況に応じて適宜変更可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１…ロータリーポンプ、１０…ベース部、２０…モータ、２２…運転周波数検知器、４０…ポンプ本体、４４…圧力検出器、１００…制御装置、１２１…インバータ、１２２…制御回路、１２３…運転電流検出器。

Claims

高粘性流体用の容積ポンプを可変速運転するポンプの制御装置において、
前記容積ポンプを駆動するモータを所定の出力周波数にて駆動するインバータと、
前記容積ポンプの吸込側に真空圧力を検出する圧力検出器と、
前記インバータの運転周波数を検出し、検出された運転周波数及び前記真空圧力に基づいて、キャビテーションが発生する許容吸込圧力を上回るように前記インバータの出力周波数を制御する制御部とを備えていることを特徴とするポンプの制御装置。
前記制御部は、前記インバータの出力周波数を低減して運転流量を低下することを特徴とする請求項１に記載のポンプの制御装置。
前記制御部は、前記インバータの運転電流を検出し、検出された運転電流に基づき、前記モータの最大定格電流を下回るように前記インバータの出力周波数を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプの制御装置。
前記制御部は、出力周波数を手動にて設定可能に構成され、前記インバータを設定された出力周波数で駆動すること特徴とする請求項３に記載のポンプの制御装置。
前記制御部は、前記運転電流が前記モータの無負荷電流値の１１０〜１２０％以下になった場合に、前記モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項３または４に記載のポンプの制御装置。