JP2022014827A - 給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常を検出することが可能な給水装置を提供すること。【解決手段】給水装置１０は、軸受３７の振動または音圧を検出する検出器１４０と、異常を判断する為の閾値を記憶する記憶部１５０と、ポンプ３２が設置現場に設置された後に、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、かつ、流量が定格流量範囲内にある初期の駆動時に、検出器１４０の検出値をフーリエ変換して所定周波数帯域の振幅スペクトルのピーク値を初期値として記憶部１５０に記憶し、初期の駆動時以降で、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、かつ、所定の揚程範囲内の最高揚程での定格流量以上で運転している状態で検出器１４０の検出値をフーリエ変換して所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求めてこのピーク値から初期値を減算した値が閾値以上であると、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定する制御部１６０と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプ装置を備える給水装置に関する。

従前から、ビル等の給水先に給水する給水装置として、起動圧力を検出するとポンプを起動し、停止流量を検出するとポンプを停止する構成が知られている。また、ポンプの吸い込み口より下方に配置される受水槽から中水を吸い込んで給水する吸い上げ仕様の給水装置では、流量の増加に応じて増加する、フート弁及び受水槽からポンプまでの配管抵抗により、大流量時に給水全揚程が増加し、ポンプの内にキャビテーションが生じる場合がある。

キャビテーションを検出する技術として、水力機械のケーシングに加速度センサを設け、さらに、水力機械を駆動する電動機の軸受の近傍、または、水力機械により発電する発電機の軸受の近傍に加速度センサを設け、これら加速度センサの検出結果に基づいてキャビテーションを検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１７４１８号公報

給水装置では、キャビテーションを含むポンプ装置の異常を検出できることが求められている。

そこで本発明は、ポンプ装置の異常を検出できる給水装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る給水装置は、ポンプ、並びに、前記ポンプを駆動する軸及び前記軸を回転可能に支持する軸受を備えるモータを具備し、所定の揚程範囲内で吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御により運転可能なポンプ装置と、流量に比例した信号を出力する流量検出器と、前記モータに電力を供給するインバータと、前記軸受の振動または音圧を検出する検出器と、異常を判断する為の閾値を記憶する記憶部と、前記ポンプが設置現場に設置された後に、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、かつ、前記流量が定格流量範囲内にある初期の駆動時に、前記検出器の検出値をフーリエ変換して所定周波数帯域の振幅スペクトルのピーク値を初期値として前記記憶部に記憶し、前記初期の駆動時以降で、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、かつ、前記所定の揚程範囲内の最高揚程及び定格流量以上で運転している状態で前記検出器の検出値をフーリエ変換して前記所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求めてこのピーク値から前記初期値を引いた値が前記閾値以上であると、前記ポンプ装置に異常が生じていると判定する制御部と、を備える。

本発明によれば、ポンプ装置の異常を検出できる給水装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る給水装置の構成を示す正面図。 同給水装置の構成を示す側面図。 同給水装置の構成を示すブロック図。 同給水装置の要部を示す断面図。 同給紙装置に用いられる検出器の構成を示す断面図。 同給水装置の揚水性能を示す線図。 同検出器の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトルを示す説明図。 同検出器の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトルを示す説明図。 同給水装置の変形例に用いられる検出器の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトルを示す説明図。 同検出器の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトルを示す説明図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る給水装置１０を、図１乃至図８を用いて説明する。

図１は、給水装置１０の構成を示す正面図である。図２は、給水装置１０の構成を示す側面図である。図３は、給水装置１０の構成を示すブロック図である。図４は、給水装置１０の要部を示す断面図である。図５は、給水装置１０に用いられる検出器１１０の構成を示す断面図である。図６は、同給水装置１０の揚水性能を示す説明図である。図７は、給水装置１０に異常が生じていない状態での検出器１１０の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトルを示す説明図である。図８は、給水装置１０に異常が生じている状態での検出器１１０の検出結果をフーリエ変換して求められる振動スペクトル示す説明図である。図７及び図８では、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は振動スペクトルの強さ（ｄＢ）を示す。

図１及び図２に示すように、給水装置１０は、ベース２０と、ベース２０上に配置された複数のポンプ装置３０と、複数のポンプ装置３０の二次側にそれぞれ接続される複数の連結管４０と、各連結管４０に設けられる逆止弁５０と、各連結管４０に設けられる開閉弁６０と、複数の連結管４０を連結する合流管７０と、合流管７０に設けられる蓄圧装置９０と、各連結管４０に設けられる流量検出器１００と、合流管７０内の圧力を検出する圧力検出器１１０と、各ポンプ装置３０の動作を制御する制御盤１２０と、を備える。図３に示すように、給水装置１０は、また、給水装置１０の異常を検出する異常検出装置１３０を備える。

給水装置１０は、ポンプ装置３０により水源の水を圧送し、連結管４０及び合流管７０を介して給水先に給水する。本実施形態では、水源は、例えば、ポンプ装置３０のポンプ３２の吸い込み口よりも下方に配置される受水槽である。

ポンプ装置３０は、図１、図２及び図４に示すように、モータ３１と、ポンプ３２と、モータ３１及びポンプ３２を接続する主軸と、軸封装置３４と、を備える。ポンプ装置３０は、一次側が、受水槽等の水源に接続される。ポンプ装置３０は、例えば、主軸が重力方向に沿って延設され、モータ３１がポンプ３２の上部に配置された、所謂立型多段タービンポンプである。ポンプ装置３０は、例えば３台設けられる。３台のポンプ装置３０は、ベース２０上に、例えば一方向に並んで配置される。

モータ３１は、制御盤１２０の後述する制御基板１２２に収納されたインバータ１２４に電気的に接続される。モータ３１は、例えば、モータフレーム３５と、固定子と、回転子と、回転軸３６と、ポンプ３２側の軸受３７と、ポンプ３２とは反対側の軸受と、を備える。

モータフレーム３５は、例えば、内部に固定子及び回転子を収納するフレーム本体３８と、フレーム本体３８のポンプ３２側に固定され、ポンプ３２側の軸受３７が固定され、ポンプ３２の上部に固定されるモータブラケット３９と、を備える。

フレーム本体３８は、ポンプ３２側が開口を有する筒状に構成される。
図４に示すように、モータブラケット３９は、筒状に構成されるブラケット本体３９ａと、ブラケット本体３９ａの一端に設けられる底壁部３９ｂと、を有する。

ブラケット本体３９ａは、例えば、円筒状に構成される。ブラケット本体３９ａの内周面は、例えば嵌め合いにより軸受３７を固定可能に形成される。ブラケット本体３９ａは、例えばフランジ３９ｃを有する。フランジ３９ｃは、図１及び図２に示すように、例えばボルト等の固定部材３９ｄにより、フレーム本体３８に固定される。底壁部３９ｂは、回転軸３６の一部を配置する孔が形成される。
固定子及び回転子は、フレーム本体３８内に収容される。
回転軸３６は、回転子に固定される。回転軸３６は、主軸に連結される。

図４に示すように、軸受３７は、転がり軸受である。軸受３７は、外輪３７ａと、内輪３７ｂと、玉等の複数の転動体３７ｃと、を備える。

外輪３７ａは、例えば嵌め合いによりモータブラケット３９の内周面に固定される。また、外輪３７ａは、例えば、押え板３７ｄにより、モータブラケット３９に固定される。具体的には、外輪３７ａは、押え板３７ｄが回転軸３６の軸方向に当接することで、回転軸３６の軸方向に固定される。押え板３７ｄは、ボルト等の固定部材３７ｅにより、モータブラケット３９に固定される。外輪３７ａの内周面には、転動体３７ｃが移動する軌道面が構成される。

内輪３７ｂは、内側に回転軸３６を挿通し、回転軸３６に固定される。内輪３７ｂの外周面には、転動体３７ｃが移動する軌道面が構成される。複数の転動体３７ｃは、外輪３７ａの軌道面及び内輪３７ｂの軌道面間に設置され、外輪３７ａ及び内輪３７ｂに保持される。

ポンプ３２は、図１及び図２に示すように、例えば、下端側に吸込口３２ａ及び吐出口３２ｂを有する。ポンプ３２は、吸込口３２ａが受水槽に流体的に接続され、吐出口３２ｂが連結管４０に接続される。

ポンプ３２は、図１、図２、及び図４に示すように、例えば、吸込口３２ａ及び吐出口３２ｂを構成するケーシング３２ｃと、ケーシング３２ｃ上に複数配置される中間ケーシングと、中間ケーシング上に配置されるケーシングカバー３２ｄと、複数の中間ケーシング内に配置され、主軸に固定される複数のインペラと、ケーシングカバー３２ｄに設けられ、複数の中間ケーシングを覆う管ケーシング３２ｅと、を備える。

ケーシングカバー３２ｄは、ポンプ３２の上面を覆うとともに、例えば、ボルト等の固定部材３２ｆを介してモータ３１のモータブラケット３９が固定される。具体的には、ケーシングカバー３２ｄは、その上部に、モータブラケット３９が載置される。固定部材３２ｆは、例えば、ケーシングカバー３２ｄの上部とモータ３１の下部を固定する。

管ケーシング３２ｅは、ケーシング３２ｃ及びケーシングカバー３２ｄ間に設けられ、内周面と複数のポンプケーシングの外周面との間に、ケーシングカバー３２ｄからケーシング３２ｃの吐出口３２ｂへの流路を構成する。

主軸は、例えば、軸継手等を介してモータ３１の回転軸３６に連結される。軸封装置３４は、ケーシングカバー３２ｄ及び主軸の間を軸封する。軸封装置３４は、例えば、メカニカルシールである。

図２に示すように、連結管４０は、一端が各ポンプ３２の吐出口３２ｂに、他端が合流管７０に、それぞれ接続される。連結管４０は、例えば、少なくとも一部が重力方向に沿って延設される。

逆止弁５０は、ポンプ３２の二次側であって、且つ、合流管７０の一次側に、例えば、各連結管４０にそれぞれ設けられる。逆止弁５０は、連結管４０内でポンプ３２へ向かう水の流れを防止する。

開閉弁６０は、例えば、連結管４０と合流管７０との接続部に隣接する位置に設けられる。開閉弁６０は、連結管４０から合流管７０に連続する流路を開放または閉止する。
図１及び図２に示すように、合流管７０は、複数の連結管４０の他端を連結する。また、合流管７０は、給水先に連通する配管が接続される。合流管７０は、各連結管４０を通過した水を合流させ、接続された配管に連通する二次側への流路を形成する。
図１に示すように、蓄圧装置９０は、接続管８０に例えば複数設けられる。蓄圧装置９０は、接続管８０を介して合流管７０に流体的に連続する。

流量検出器１００は、各ポンプ３２の二次側の流量を検出可能に、例えば各連結管４０にそれぞれ設けられる。流量検出器１００は、流量に比例した応じた信号を出力可能に構成される。流量検出器１００は、例えば羽根車式の流量検出器である。流量検出器１００は、信号線等を介して制御基板１２２に電気的に接続される。流量検出器１００は、信号を制御基板１２２に送信する。

圧力検出器１１０は、合流管７０内の圧力を検出可能に構成される。圧力検出器１１０は、信号線等を介して制御基板１２２に電気的に接続される。圧力検出器１１０は、検出した圧力を信号に変換し、信号を制御基板１２２に送信する。

制御盤１２０は、ボックス１２１と、ボックス１２１内に収容される記憶部１２３と、ボックス１２１内に収容される制御部の一例である制御基板１２２と、インバータ１２４と、を備える。

記憶部１２３は、停止流量、駆動圧力、及びモータ３１を駆動する為のプログラムが記憶される。

制御基板１２２は、流量検出器１００と、圧力検出器１１０とが、電気的に接続される。制御基板１２２は、流量検出器１００及び圧力検出器１１０の検出結果に基づいて、ポンプ装置３０を制御する。制御基板１２２は、例えば、圧力検出器１１０により駆動圧力を検出すると、記憶部１２３に記憶されたプログラムに従ってインバータ１２４を制御してモータ３１を駆動し、流量検出器１００により停止流量を検出すると、モータ３１の駆動を停止する。

制御基板１２２は、所定の揚程範囲内で、吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御により、複数のポンプ装置３０を制御する。制御基板１２２は、本実施形態では、一例として、図６に示すように、高圧設定側、及び、低圧設定側の間で、推定末端圧一定制御により、複数のポンプ装置３０を制御する。

ここで、高圧設定側は、定格圧力１２０ｍで、定格流量０．９ｍ^３／ｍｉｎとする推定末端圧力一定制御である。低圧設定側は、定格圧力９０ｍで、定格流量１．５ｍ^３／ｍｉｎとなる推定末端圧力一定制御である。

制御基板１２２は、例えば、複数のポンプ装置３０をロータリー運転制御する。ロータリー運転制御は、複数のポンプ装置３０が１台ずつ順番に駆動される制御である。

また、制御基板１２２は、異常検出装置１３０の後述する制御部１６０に、流量検出器１００の結果、及び、インバータ１２４の出力周波数を送信する。また、制御基板１２２は、運転しているポンプ装置３０を示す情報を送信する。運転しているポンプ装置３０を示す情報について説明する。複数のポンプ装置３０のそれぞれは、例えば、番号が付されている。本実施形態では、一例として３台のポンプ装置３０が用いられており、１つのポンプ装置３０は一号機、他の１つのポンプ装置３０は二号機、残りの１つのポンプ装置３０は三号機に設定される。本実施形態では、運転しているポンプ装置３０を示す情報は、運転しているポンプ装置３０に設定された号機である。

インバータ１２４は、例えば制御基板１２２に設けられる。インバータ１２４は、例えば、ポンプ装置３０と同数が設けられる。インバータ１２４は、ポンプ装置３０のモータ３１に電気的に接続される。

図３に示すように、異常検出装置１３０は、各モータ３１のポンプ３２側の軸受３７の振動、もしくは軸受３７の音圧を検出可能に構成される検出器１４０と、ポンプ装置３０の異常の判断に用いるための閾値等を記憶する記憶部１５０と、通信部１５５と、検出器１４０の検出結果に基づいてポンプ装置３０の異常の判定を行う制御部１６０と、を備える。

軸受３７は、異常が生じると、正常な状態に比較して大きく振動する。軸受３７の異常は、例えば、外輪３７ａの軌道面、内輪３７ｂの軌道面、及び転動体３７ｃの少なくとも１つに傷が生じることや、複数の転動体３７ｃの間に塵埃等の異物が浸入することにより発生する。

軸受３７の振動は、軸受３７が固定されるモータブラケット３９に伝わり、モータブラケット３９を振動させる。また、軸受３７は、ポンプ３２内にキャビテーションが発生すると、キャビテーションが生じていない状態に比較して大きく振動する。

なお、軸受３７の振動は、直接的にまたは間接的に検出可能である。軸受３７の振動を直接的に検出するとは、軸受３７の例えば外輪３７ａの振動を検出することである。軸受３７の振動を間接的に検出するとは、軸受３７の振動が伝播して振動する部材例えばモータブラケット３９の振動を検出することである。

軸受３７の音圧を検出することは、軸受３７の振動により生じる空気の振動を直接的または間接的に検出することである。軸受３７の振動により生じる空気の振動を間接的に検出するとは、軸受３７の振動により生じる他の部材の振動により生じる空気の振動を検出することである。

本実施形態では、検出器１４０は、軸受３７の振動が伝播するモータブラケット３９の振動による空気の振動を検出することで、軸受３７の振動による空気の振動を間接的に検出する構成を、一例として用いる。

図４及び図５に示すように、検出器１４０は、マイクロフォン１４１と、基板１４３と、マイクロフォン１４１及び基板１４３を収容するケース１４２と、ケース１４２に設けられる密閉カバー１４８と、を備える。検出器１４０は、検出値を例えばデジタル信号で出力する。

マイクロフォン１４１は、空気の振動を検出可能に構成される。本実施形態では、マイクロフォン１４１は、一例としてチップとして構成されており、基板１４３に実装される。マイクロフォン１４１は、外郭を構成するケース１４１ａの内部に振動板１４１ｂ等を有している。このケース１４１ａには振動板１４１ｂに空気の振動を伝播する為の孔１４１ｃが形成される。孔１４１ｃは、所謂検出孔である。マイクロフォン１４１は、この孔１４１ｃが基板１４３側に向く姿勢で、基板１４３に実装される。マイクロフォン１４１は、振動板１４１ｂの振動により、空気の振動を検出する。マイクロフォン１４１は、検出結果に応じた信号を出力する。

基板１４３は、例えば、電源ノイズ対策の為のコンデンサや、マイクロフォン１４１の検出結果を増幅する増幅回路が設けられる。基板１４３は、信号線１４３ｂが接続される。また、基板１４３は、マイクロフォン１４１の検出結果に応じた信号を、信号線１４３ｂを介して出力する。

また、基板１４３のマイクロフォン１４１と対向する部位には、孔１４３ａが形成される。孔１４３ａは、基板１４３を貫通する。孔１４３ａは、マイクロフォン１４１の孔１４１ｃを介して振動板１４１ｂと対向する。マイクロフォン１４１の孔１４１ｃ及び振動板１４１ｂは、例えば、孔１４３ａの軸線上に配置される。孔１４３ａは、例えば、基板１４３のマイクロフォン１４１が実装される主面と反対側の主面からマイクロフォン１４１が実施される主面に向かって縮径する孔に形成される。孔１４３ａのマイクロフォン１４１側の一端の内径は、例えば、マイクロフォン１４１のケースの、振動板１４１ｂに対向する孔１４１ｃと同径または略同径に形成される。

ケース１４２は、例えば取付金具１４４により、モータブラケット３９の外周面に接触する位置に固定される。

ケース１４２は、内部に、マイクロフォン１４１及び基板１４３を収容する収容スペースＳを有する。ケース１４２は、例えば、ケース本体１４６と、ケースカバー１４７と、を備える。

ケース本体１４６は、ケースカバー１４７との間に収容スペースＳを構成する。ケース本体１４６は、例えば一面が開口する矩形の箱状に形成される。ケース本体１４６の内面には、例えば、リブ１４６ａが形成される。リブ１４６ａは、ケースカバー１４７との間に基板１４３を狭持することで、基板１４３をケース１４２に固定する。

ケースカバー１４７は、ケース本体１４６の開口端面に設けられる。ケースカバー１４７は、ケース本体１４６との間を密閉する。ケースカバー１４７は、例えば、ねじ等の固定部材１４７ａにより、ケースカバー１４７に固定される。ケースカバー１４７には、密閉カバー１４８の一部を配置する孔１４７ｂが形成される。孔１４７ｂは、ケースカバー１４７を貫通しており、収容スペースＳに連通する。また、孔１４７ｂは、その軸方向で、基板１４３の孔１４３ａと並ぶ。

密閉カバー１４８は、ケースカバー１４７に設けられる。密閉カバー１４８は、モータブラケット３９の外周面等の接触対象に密着可能な弾性体から形成される。密閉カバー１４８は、例えばゴムから形成される。

密閉カバー１４８は、例えば、一部がケースカバー１４７の孔１４７ｂに配置される筒状の本体１４８ａと、本体１４８ａの孔１４７ｂからケース１４２外に出る部分に設けられるフランジ部１４８ｂと、を有する。

本体１４８ａは、孔１４７ｂの内面との間を密閉する。本体１４８ａの基板１４３側の端面は、基板１４３の、マイクロフォン１４１が実装される一方の主面に対して他方の主面に当接する。本体１４８ａは、例えば、円筒状に構成される。本体１４８ａの内径は、基板１４３側に向かって漸次縮径する。

本体１４８ａは、基板１４３の孔１４３ａと同軸に配置される。本体１４８ａの基板１４３側の一端の内径は、孔１４３ａの密閉カバー１４８側の内径と同径または略同径に形成される。このように、本体１４８ａの孔１４８ｄ、及び基板１４３の孔１４３ａは、互いに連続する。

フランジ部１４８ｂは、例えば環状に構成される。フランジ部１４８ｂは、ケースカバー１４７との間を密閉する。

本体１４８ａ及びフランジ部１４８ｂのモータブラケット３９側の端面１４８ｃは、軸受３７または軸受３７の振動を受けて振動する部材に密着される面に構成される。本実施形態では、端面１４８ｃは、一例として、モータブラケット３９の外周面に密着する面に構成される。端面１４８ｃは、例えば、モータブラケット３９の外周面に押し付けられることでモータブラケット３９の外周面に倣って変形してモータブラケット３９の外周面に密着する。端面１４８ｃは、例えば、モータブラケット３９の外周面など、接触対象にならう曲面に形成されてもよい。

このように、本実施形態では、孔１４８ｄ及び孔１４３ａにより、密閉カバー１４８のモータブラケット３９の外周面に密着する端面１４８ｃから、ケース１４２内まで延びる孔が構成される。

このように構成される検出器１４０は、密閉カバー１４８の端面１４８ｃがモータブラケット３９の外周面に密着する位置に設置された状態で、モータブラケット３９の外周面からマイクロフォン１４１の振動板１４１ｂまでの距離が、マイクロフォン１４１の最高応答周波数の半波長以下となる長さとなるよう、構成される。

このように構成される検出器１４０は、例えば、モータブラケット３９に、取付金具１４４により固定される。モータブラケット３９は、検出器１４０が固定されるポンプ３２側の軸受３７側の一例である。

取付金具１４４は、図５に示すように、モータ３１側に固定されることで、検出器１４０を、孔１４８ｄ，１４３ａの軸方向が回転軸３６に直交する方向に平行となる姿勢で、密閉カバー１４８の端面１４８ｃをモータブラケット３９の外周面に密着させる。

取付金具１４４は、図４に示すように、例えば、ポンプ３２のケーシングカバー３２ｄをモータ３１に固定する固定部材３２ｆにより、ケーシングカバー３２ｄに固定される。ケーシングカバー３２ｄは、モータ３１側の一例である。モータ３１側は、モータ３１に限定されず、モータ３１の周囲の構成も含む。

取付金具１４４は、例えば、側面視でＬ字形状に構成される。具体的には、取付金具１４４は、第１部分１４４ａと、第２部分１４４ｂと、を有する。

第１部分１４４ａは、固定部材３２ｆが挿通される孔１４４ｃが形成される。第２部分１４４ｂは、検出器１４０が固定される。検出器１４０は、図５に示すように、例えば、ねじ等の固定部材１４４ｄにより、第２部分１４４ｂに固定される。

記憶部１５０は、例えば、制御部１６０と同じ基板に搭載され、ボックス１２１内に収容される。制御部１６０と同じ基板とは、例えば、制御部１６０が搭載される基板である。

記憶部１５０は、ポンプ装置３０の異常の判断に用いられる閾値Ｔを記憶する。閾値Ｔは、一例として、キャビテーションの判断に用いられる閾値である。記憶部１５０は、閾値に加えて、ポンプ装置３０の異常の有無の判定に用いられる値であり、検出器１４０の検出値をフーリエ変換して得られた振幅スペクトルに基づく初期値Ｆを記憶可能に構成される。また、記憶部１５０は、軸受３７の異常を判断する為の情報や値を記憶可能に構成される。

初期値Ｆとは、給水装置１０が設置現場に設置された後の、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、かつポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内である初期の駆動時での検出器１４０の検出値をフーリエ変換してえられる所定周波数帯域の振幅スペクトルに基づいて決定される。本実施形態では、所定周波数帯域の振動スペクトルの最大ピーク値を、初期値とする。

ここで言う初期の駆動とは、例えば、給水装置１０が設置現場に設置された後であって、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる初回の駆動、または、当該初回を含む、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる複数回の駆動である。ここで言う、所定の複数回は、例えば３～１０回であり、任意に決定できる。

例えば、初期の駆動が初回の駆動に設定される場合は、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる最初の駆動時の検出器１４０の検出値に基づく所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値が初期値Ｆとして記憶部１５０に記憶される。

初期の駆動として複数回の駆動が設定されている場合は、初期値Ｆは、例えば、これら複数回のそれぞれで求められる振幅スペクトルの最大ピーク値の平均値である。初期の駆動として複数回の駆動が設定されている場合の、初期値Ｆについて、一例を説明する。

初期の駆動として、３回の駆動が設定されている場合では、まず、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる最初の駆動時の検出器１４０の検出値に基づく所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値が求められる。そして、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる２回目の駆動時の検出器１４０の検出値に基づく所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値が求められる。そして、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる３回目の駆動時の検出器１４０の検出値に基づく所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値が求められる。

そして、初回の駆動時に求められた最大ピーク値、２回目の駆動時に求められた最大ピーク値、及び、３回目の駆動時に求められた最大ピーク値の平均値が、初期値Ｆとして記憶部１５０に記憶される。

所定周波数帯域は、異常の検出に適した周波数帯域である。本実施形態では、所定周波数帯域は、ポンプ装置３０の異常の一例として、ポンプ装置３０のポンプ３２内にキャビテーションが発生したことを検出するのに適した周波数帯域である。本実施形態では、一例として、６０００（Ｈｚ）を含む６０００（Ｈｚ）近傍の周波数帯域である。

図７乃至図８に示すように、ポンプ３２内にキャビテーションが発生すると、検出器１４０の検出値をフーリエ変換して求められる振動スペクトルは、正常な状態に比較して、６０００（Ｈｚ）で大きくなる。

なお、このように構成される記憶部１５０は、例えば、ポンプ装置３０の制御盤１２０が備える記憶部と共通の構成であってもよい。

通信部１５５は、無線または有線により、ポンプ装置３０の制御盤１２０と通信可能に構成される。また、通信部１５５は、外部装置１５６と通信可能に構成される。ここで、外部装置１５６は、ポンプ装置３０以外の装置である。外部装置１５６は、例えば、給水装置１０を管理する給水装置管理サーバである。

制御部１６０は、例えばボックス１２１内に収容される。制御部１６０は、信号線１４３ｂを介して、マイクロフォン１４１の検出値が送信される。また、制御部１６０は、制御基板１２２から通信部１５５を介して、流量、駆動しているポンプ装置３０のインバータ１２４の出力周波数、及び、駆動しているポンプ装置３０に関する情報を受信する。駆動しているポンプ装置３０に関する情報は、駆動しているポンプ装置３０を示す号機ナンバーである。

制御部１６０は、流量の情報から、定格流量の範囲内であるか否かを判断する。また、制御部１６０は、検出器１４０の検出値から初期値Ｆを算出する。制御部１６０は、算出した初期値Ｆを、ポンプ装置３０に紐づけて記憶部１５０に記憶する。

制御部１６０は、具体的には、通信部１５５を介して制御盤１２０から受信する、運転しているポンプ装置３０の号機ナンバーに基づいて、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が定格流量範囲内となる初期の駆動時の検出器１４０の検出値に基づく所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値を求める。そして、この値を、初期値Ｆとして、ポンプ装置３０にひもづけて記憶部１５０に記憶する。

また、制御部１６０は、初期値Ｆを記憶部１５０に記憶した後に、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数で、かつ、ポンプ装置３０の吐出流量が高圧運転側の定格流量以上となる駆動時に、検出器１４０の検出値に基づいて所定の周波数帯域の振幅スペクトルの最大ピーク値を算出する。そして、この最大ピーク値から初期値Ｆを減算した減算値Ｕを算出し、減算値Ｕ及び閾値Ｔを比較する。制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ以上であると、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定する。

また、制御部１６０は、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定すると、インバータ１２４の出力周波数を、所定値減少する。ここで、減少する所定値は、減少後の出力周波数が、異常を生じない周波数となる値である。本実施形態では、一例として、所定値は、減少後の出力周波数が、キャビテーションが生じない周波数となる値である。減少する所定値は、実験等によって得られる。減少する所定値は、例えば６Ｈｚである。

そして、制御部１６０は、インバータ１２４の出力周波数を所定値減少すると、再度、減算値Ｕを算出し、閾値Ｔと比較する。制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ未満であると、ポンプ装置３０の異常は、キャビテーションであると判定する。

また、制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ以上であると、ポンプ装置３０に生じている異常がキャビテーション以外の異常であると判定する。キャビテーション以外の異常は、例えば、軸受３７の異常である。制御部１６０は、キャビテーション以外の異常を判断すると、例えば、駆動しているポンプ装置３０の駆動を停止させる信号を、制御盤１２０に送信する。

また、制御部１６０は、流量が高圧設定側の定格流量範囲内まで減少すると、インバータ１２４の出力周波数を下げる制御を解除する。インバータ１２４の出力周ハウスを下げる制御が解除されることで、制御基板１２２は、記憶部１２３に記憶されたプログラムに従って、ポンプ装置３０を制御する。

次に、異常検出装置１３０の動作の一例を説明する。
モータ３１の駆動により軸受３７が振動すると、軸受３７の振動は、モータブラケット３９に伝わる。モータブラケット３９の振動は、検出器１４０のケース１４２の孔１４８ｄ、及び基板１４３の孔１４３ａ内の空気を振動させる。孔１４８ｄ、１４３ａ内の空気の振動は、マイクロフォン１４１の振動板１４１ｂに伝わる。マイクロフォン１４１は、振動板１４１ｂの振動を検出することで、空気の振動を検出する。検出器１４０は、検出値を、制御部１６０に送信する。

制御部１６０は、制御盤１２０からの受信した情報に基づいて、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であって、かつ、定格流量範囲内での初期の運転時に、検出器１４０の検出値に基づいて初期値Ｆを求めて記憶部１５０に記憶する。

制御部１６０は、初期値Ｆを記憶部１５０に記憶したポンプ装置３０において、その後、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、かつ、高圧設定側の定格流量以上の流量での駆動時に、検出器１４０の検出結果をフーリエ変換することで所定の周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を算出する。

そして、制御部１６０は、このピーク値から初期値Ｆを減算した減算値Ｕを算出する。そして、制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ以上であると、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定して、インバータ１２４の出力周波数を所定値減少するよう、制御盤１２０に信号を送信する。制御盤１２０は、制御部１６０から信号を受信すると、インバータ１２４の出力周波数を、最高周波数から所定値減少する。

制御部１６０は、制御盤１２０から受信した情報に基づいてインバータ１２４の出力周波数が最高周波数から所定値減少されたことを検出すると、再度、減算値Ｕを算出して閾値Ｔと比較する。制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ未満であると、ポンプ装置３０の異常がキャビテーションであると判定する。制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ以上であると、キャビテーション以外の異常であると判定する。

制御部１６０は、キャビテーション以外の異常を判定すると、ポンプ装置３０の駆動を停止する指示を、制御盤１２０に送信する。

また、制御部１６０は、流量が高圧設定側の定格流量範囲内まで減少すると、インバータ１２４の出力周波数を下げる制御を解除する。

このように構成される異常検出装置１３０によれば、ポンプ装置３０のキャビテーションを含む異常を検出できる。

さらに、制御部１６０は、ポンプ装置３０の異常を判定すると、インバータの出力周波数を、最高周波数からあらかじめ定めた所定値減少する。所定値減少された後の出力周波数は、キャビテーションが生じない周波数である。この為、ポンプ装置３０の異常がキャビテーションである場合、キャビテーションの発生を抑制できる。

さらに、制御部１６０は、流量が高圧設定側の定格流量範囲内まで減少すると、インバータ１２４の出力周波数を下げる制御を解除する。この為、給水効率が低下することを抑制できる。

なお、上述の例では、異常検出装置１３０は、検出器１４０を用いて軸受３７の音圧を検出する構成が一例として説明されたが、これに限定されない。他の例では、異常検出装置１３０は、軸受３７の振動に基づいてポンプ装置３０の異常を判定する構成であってもよい。

異常検出装置１３０は、軸受３７の振動に基づいてポンプ装置３０の異常を判定する構成の場合、検出器１４０に代えて、軸受３７の振動を直接または間接的に検出する検出器が用いられる。

図９は、検出器１４０に代えて軸受３７の振動を直接または間接的に検出する検出器を用いた構成において、軸受３７の振動を直接または間接的に検出する検出器が検出した軸受３７の振動をフーリエ変換して求めた振動スペクトルを示す線図である。図９では、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は振動スペクトルの強さ（ｄＢ）を示す。図９は、ポンプ装置３０に異常がない状態を示している。

図１０は、初期の駆動時以降で、ポンプ装置３０にキャビテーションが生じている状態での、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、かつ、高圧設定側の定格流量以上で運転している状態で検出器１４０の検出値をフーリエ変換して求めた、所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を示している。図１０に示すように、４０００（Ｈｚ）及び８０００（Ｈｚ）において、振動スペクトルのピーク値が大きくなっていることがわかる。

このように、軸受３７の振動を検出する構成であっても、検出器１４０を用いた構成と同様に、ポンプ装置３０の異常を検出することが可能となる。

また、上述の例では、給水装置１０の異常の判定は、異常検出装置１３０の制御部１６０が行う構成が一例として説明されたが、これに限定されない。他の例では、制御盤１２０が行ってもよい。ここで、制御盤１２０が行うとは、例えば、制御盤１２０の制御部の一例である制御基板１２２が行うことである。

また、上述の例では、流量検出器１００は、流量に比例した信号を出力可能な構成であり、制御部１６０は、流量検出器１００の検出結果に基づいて、定格流量内の初期での駆動時に初期値を求め、さらに、初期の駆動時以降に、高圧設定側の定格流量以上となると、初期値と比較する、所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求める構成が一例として説明されたが、これに限定されない。

他の例では、流量検出器１００は、例えば、流量に比例した信号を出力可能な構成ではなく、停止流量、及び、停止流量より大きい流量を検出する構成であってもよい。停止流量を検出する構成としては、例えば、パドル式の流量検出器がある。例えば、停止流量を検出するパドル、及び、停止流量より大きい流量を検出するパドルを備える構成であってもよい。または、停止流量を検出可能な流量検出器、及び、停止流量より大きな流量を検出可能な流量検出器を備える構成であってもよい。

この構成の場合では、制御部１６０は、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、流量が停止流量より大きく、かつ、吐出し圧力が定格圧力範囲内の初期の駆動時に、初期値Ｆを求める。なお、吐き出し圧力が定格圧力範囲内とは、高圧設定側の定格圧力以下である。

そして、制御部１６０は、初期の駆動時以降で、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、流量が停止流量より大きく、かつ、吐出し圧力が、高圧設定側の最高揚程以下であるときに、初期値と比較する、所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求める構成であってもよい。制御部１６０は、具体的には、このピーク値から初期値Ｆが減算して減算値Ｕを求める。

なお、インバータ１２４の出力周波数が最高周波数であり、流量が停止流量より大きく、かつ、吐出し圧力が定格圧力範囲内の初期の駆動時に、初期値Ｆを求める構成に用いられる流量検出器１００として、例えば、停止流量を検出するパドル、及び、停止流量より大きい流量を検出するパドルを備える構成、または、停止流量を検出可能な流量検出器、及び、停止流量より大きな流量を検出可能な流量検出器を備える構成を説明したが、これに限定されない。流量検出器１００は、上述した実施形態で説明したように、流量に比例した信号を出力する構成であってもよい。

また、上述の例では、制御部１６０は、減算値Ｕが閾値Ｔ以上であると、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定してインバータ１２４の出力周波数を所定値減少させる構成が一例として説明された。そして、インバータ１２４の出力周波数から減少させる所定値は、減少後の出力周波数が、異常を生じない周波数となる値であり、本実施形態では、一例として、所定値は、減少後の出力周波数が、キャビテーションが生じない周波数となる値である。しかしながら、これに限定されない。

他の例では、制御部１６０は、ポンプ装置３０に異常が生じていると判定すると、インバータ１２４の出力周波数を、予め設定された所定値減少させるのではなく、インバータ１２４の出力周波数を、予め設定された所定値にする構成であってもよい。ここで、予め設定された所定値は、例えばキャビテーションが生じない周波数である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…給水装置、３０…ポンプ装置、３１…モータ、３２…ポンプ、３６…回転軸、３７…軸受、３７ａ…外輪、３７ｂ…内輪、３７ｃ…転動体、１３０…異常検出装置、１４０…検出器、１５０…記憶部、１６０…制御部、１７０…センサ。

Claims (4)

1. ポンプ、並びに、前記ポンプを駆動する軸及び前記軸を回転可能に支持する軸受を備えるモータを具備し、所定の揚程範囲内で吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御により運転可能なポンプ装置と、
   流量に比例した信号を出力する流量検出器と、
   前記モータに電力を供給するインバータと、
   前記軸受の振動または音圧を検出する検出器と、
   異常を判断する為の閾値を記憶する記憶部と、
   前記ポンプが設置現場に設置された後に、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、かつ、前記流量が定格流量範囲内にある初期の駆動時に、前記検出器の検出値をフーリエ変換して所定周波数帯域の振幅スペクトルのピーク値を初期値として前記記憶部に記憶し、前記初期の駆動時以降で、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、かつ、前記所定の揚程範囲内の最高揚程での定格流量以上で運転している状態で前記検出器の検出値をフーリエ変換して前記所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求めて、このピーク値から前記初期値を減算した値が前記閾値以上であると、前記ポンプ装置に異常が生じていると判定する制御部と、
   を備える給水装置。
2. 前記閾値は、キャビテーションの判断する為の閾値であり、
   前記制御部は、前記ポンプ装置の異常を判定すると、前記インバータの出力周波数を所定値に減少させて前記インバータの出力周波数をキャビテーションが生じない周波数にし、前記検出器の検出結果をフーリエ変換して前記所定周波数帯域の振動スペクトル値のピーク値を求め、このピーク値から前記初期値を減算した値が前記閾値未満であると、前記異常をキャビテーションの発生と判定する、請求項１に記載の給水装置。
3. 前記制御部は、前記流量が、前記所定の揚程範囲内の最高揚程の定格流量範囲内に減少すると、前記インバータの出力周波数を前記所定値にする制御を解除する、
   請求項２に記載の給水装置。
4. ポンプ、並びに、前記ポンプを駆動する軸及び前記軸を回転可能に支持する軸受を備えるモータを具備し、所定の揚程範囲内で吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御により運転可能なポンプ装置と、
   前記ポンプ装置の駆動を停止する停止流量、及び、前記停止流量より大きい流量を検出する流量検出器と、
   吐出し圧力を検出する圧力センサと、
   前記モータに電力を供給するインバータと、
   前記軸受の振動または音圧を検出する検出器と、
   異常を判断する為の閾値を記憶する記憶部と、
   前記ポンプが設置現場に設置された後に、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、流量が前記停止流量より大きく、かつ、前記吐出し圧力が定格圧力範囲内にある初期の駆動時に、前記検出器の検出値をフーリエ変換して所定周波数帯域の振幅スペクトルのピーク値を初期値として前記記憶部に記憶し、前記初期の駆動時以降で、前記インバータの出力周波数が最高周波数であり、流量が前記停止流量より大きく、かつ、前記吐出し圧力が前記所定の揚程範囲内の最高揚程以下で運転している状態で前記検出器の検出値をフーリエ変換して前記所定周波数帯域の振動スペクトルのピーク値を求めてこのピーク値から前記初期値を減算した値が前記閾値以上であると、前記ポンプ装置に異常が生じていると判定する制御部と、
   を備える給水装置。

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