JP3720011B2

JP3720011B2 - 可変速給水装置

Info

Publication number: JP3720011B2
Application number: JP2002305837A
Authority: JP
Inventors: 薫中島
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2003120580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配水管から加圧ポンプを介して直接末端給水機器へと連結された、いわゆる直結型の可変速給水装置に係り、特に給水水量の多い時にも少ない時にも常に末端給水機器に供給される水圧を一定とする、いわゆる推定末端圧力一定制御の可変速給水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、直結型可変速給水装置のシステム概要を示す。例えば、水道の本管である配水管１１には流入管１２が接続され、加圧ポンプ１３がこの流入管に接続されている。流入管１２には、量水器１５と流入側圧力タンク１６とが接続されている。加圧ポンプ１３の吐出側には、末端給水機器１７へと連結された吐出管１８が接続されている。吐出管１８には、吐出側圧力タンク２０等が接続されている。
【０００３】
加圧ポンプ１３の流入側には流入圧力検出器２１が接続されており、加圧ポンプ１３の流入側の圧力を検出し、その信号を制御部２２に送る。同様に、加圧ポンプ１３の吐出側には吐出圧力検出器２３が備えられ、吐出側の圧力信号を制御部２２に送る。
【０００４】
ポンプ１３は、三相２００Ｖの商用電源に接続された周波数・電圧変換装置（インバータ）を備えた電動機２５（可変速手段）により可変速で駆動される。
制御部２２は、流入圧力検出器２１及び吐出圧力検出器２３の信号に基づき、可変速手段２５に信号を送り、ポンプ１３の回転数を任意の速度に加速又は減速制御する。
【０００５】
特公平６−１２１１６５号公報、特公平５−４１８４０５号公報、特開平５−１１８２８０号公報等によれば、推定末端圧力一定制御の方法が開示されている。推定末端圧力一定制御とは、上述した可変速給水装置において、ポンプ吐出側の圧力をポンプ回転速度の調整で制御することにより、流量の変動の如何に係わらず常に末端給水機器側における給水水圧を一定に制御しようとするものである。即ち、給水水量が大きい時には管路抵抗を見込んで加圧ポンプの吐出圧力を末端で必要とする圧力よりも高くすることにより末端での必要給水水圧を確保する。給水がほとんど停止してポンプが締切運転に近い状態では、加圧ポンプの吐出圧力を末端で必要とする最低限の圧力に制御することにより、末端での必要給水水圧を確保する。
【０００６】
高価な流量計を用いることなく、推定末端圧力一定制御を行う従来の可変速給水装置の一例を図４に示す。給水ポンプ３と、該ポンプ３を駆動するインバータとモータからなる可変速電動機２と、該可変速電動機２の回転速度を検出して、該回転速度Ｈｚｘの信号を出力する回転速度検出手段５と、給水ポンプ３の吐出管８に設けられ該吐出管８の吐出水圧を検出して該吐出水圧Ｐd の信号を出力する圧力検出手段９と、使用水量最大時の必要吐出圧力ＰA を設定する圧力設定手段１０１と、締切運転時の必要最低吐出圧力ＰB を設定する圧力設定手段１０２と、ポンプ締切圧力Ｐ0 と回転速度Ｈｚの関係を設定するデータテーブル１０３と、目標圧力演算手段６と、回転制御手段７を具備する構成である。
【０００７】
上記構成の可変速給水装置において、目標圧力演算手段６は回転速度Ｈｚｘに対応する目標吐出圧力ＰV を、回転速度Ｈｚｘの関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚｘ））により算出し、該目標吐出圧力ＰV と実際の吐出圧力Ｐd とに応答して、該吐出圧力Ｐd が目標圧力ＰV に一致するように、可変速電動機２を速度制御する。
【０００８】
しかしながら、上記構成の可変速給水装置においては、給水ポンプ３の流入側（一次側）に受水槽等を持つ流入圧力Ｐs があまり変化しない配管系では有効である。しかし、配管途中に給水ポンプ３を直結して加圧するような配管系、言い換えればポンプ一次側の圧力が水の使用状態によって著しく変化するような配管系ではポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御することが困難であった。
【０００９】
係る問題点を回避するため、特開平５−１１８２８０号公報に開示された発明によれば、水道の本管である配水管に直結されるポンプ一次側（流入側）に設けた圧力センサよりの流入水圧を検出し、この検出値により逐一制御演算式を修正することにより、水の使用状態によってポンプ一次側圧力が変化してもポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御することができる可変速給水装置が開示されている。
【００１０】
図５に示すように、給水ポンプ３に連結され、該ポンプ３を駆動する可変速電動機２と、可変速電動機２の回転速度Ｈｚｘを検出する回転速度検出手段５と、給水ポンプ３の吐出圧力Ｐd を検出する吐出圧力検出手段９と、使用水量最大時の設定圧力ＰA を設定する圧力設定手段１０１と、締切運転時の設定圧力ＰB を設定する圧力設定手段１０２と、ポンプ締切圧力Ｐ0 と回転速度Ｈｚとの関係を設定するデータテーブル１０３とを備える。そして、回転速度Ｈｚｘに対応する目標圧力ＰV を、回転速度信号Ｈｚｘの関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚｘ））により算出する目標圧力演算手段６と、目標圧力信号ＰV と吐出圧力Ｐd とに応答して、吐出圧力Ｐd が目標圧力信号ＰV に一致するように、可変速度電動機２を速度制御する回転速度制御手段７とを具備する。給水ポンプ３の流入側に設けられ流入側の水圧Ｐs を検出する圧力制御手段９Ｘを設け、目標圧力演算手段６の目標圧力ＰV 算出関数（ＰV ＝ｆ（Ｈｚｘ））を流入水圧Ｐs によって逐一変化させ、それによって得られた関数（ＰV ＝ｆ′（Ｈｚｘ））によって、目標圧力ＰV に演算するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
推定末端圧力一定制御に用いる「ポンプ締切運転時の圧力とポンプ回転速度の関係を記憶したデータテーブル」の圧力はポンプの実揚程すなわち、流入側圧力がゼロにおけるポンプの吐出圧力である必要がある。従来の受水槽がある場合には流入側の圧力はゼロであり、ポンプの吐出圧力がそのままポンプの特性となっていたため、現場に据付調整後の設定運転モードで正しいデータテーブルを作成できた。しかしながら、直結となりポンプ流入側に圧力がかかるため、従来の現場据付け時の設定運転モードではポンプの特性に流入圧力が加えられた特性が取り込まれるため、データテーブルを検索して得られた係数を用いて導かれる関数が正しくない。したがって、推定末端圧力一定制御が正しくできない。また、現場で流入側の圧力をゼロにして設定運転することができないという不具合を生じていた。
【００１２】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、直結型可変速給水装置において、ポンプの現場据付け時の設定が容易であり、流入圧力が変動しても安定な推定末端圧力一定制御動作を行うことができる可変速給水装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変速給水装置は、水道の本管に接続され、ポンプ流入側の水圧を出力する流入圧力検出器と、加圧ポンプと、この加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定末端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、該給水装置の制御部は、前記流入圧力検出器と吐出圧力検出器とポンプの回転速度の設定手段とから、ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、前記データテーブル又は関数を参照して推定末端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、現場据付け時の設定運転モードにおいて、設置現場のデータを取り込むようにしてデータテーブルを作成することから、流入側に圧力がかかっていても正しいデータテーブルの作成が可能である。そして、データテーブルの自動作成機能を備えたことから、現場で据付調整時に流入側に圧力がかかっていても容易にデータテーブルの作成ができる。それ故、現場で据付調整後、自動設定モードでデータテーブルを作成することにより、直ちに正しいデータを用いて推定末端圧力一定制御が行える。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１６】
本実施例においても、配水管１１に加圧ポンプ１３が直結され、末端給水機器１７に配水管１１から貯水槽を介することなく直結給水するシステム構成は図１に示すとおりである。そして、加圧ポンプ１３は吐出圧力検出器２３の信号により、末端給水機器１７への供給水圧が一定となるようにインバータ等の可変速手段２５でポンプ回転速度を増減する吐出圧力制御が行われる。また、流入圧力が低下した場合に、配水管に悪影響を及ぼさないように、一定の流入設定圧力以下にならないように、可変速手段２５でポンプ回転速度を減少する、又は停止する等の流入圧力制御が行われる。そして、吐出圧力制御は流入圧力Ｐs が選択設定圧力以下になった時に流入圧力制御に切り換えられる。
【００１７】
図２は、本発明の一実施例の可変速給水装置の制御部分２２の推定末端圧力一定制御に関する構成を示す。流入圧力検出器２１から加圧ポンプ１３の流入側の圧力Ｐs が入力され、吐出圧力検出器２３から加圧ポンプ１３の吐出側の圧力Ｐd が入力される。末端給水機器の制御目標圧力は、通常１〜２ｋｇ／ｃｍ^２に設定される。圧力設定手段１で設定される最大水量時の吐出圧力ＰA は、末端給水機器に最大の水量を供給した時に、管路抵抗による損失を見込んで設定した吐出圧力であり、通常ポンプの定格回転速度（東日本では５０Ｈｚ、西日本では６０Ｈｚ）で想定した最大流量における吐出圧力である。圧力設定手段２で設定される締切運転時の吐出圧力ＰB は、ほとんど給水が無い締切状態では管路抵抗による損失がほとんど無いため、末端給水機器側で必要とされる最低圧力がそのままこの圧力となる。
【００１８】
本実施例においては、最大流量時の設定吐出圧力ＰA と締切運転時の設定吐出圧力ＰB が与えられると、ポンプの回転速度Ｈｚｘに対応した目標吐出圧力ＰV′の演算が可能である。この目標吐出圧力ＰV′ の演算は、目標圧力演算手段６により行われ、ポンプの回転速度Ｈｚと締切圧力Ｐとの関係を記憶したデータテーブル１０３を参照して行われる。目標吐出圧力ＰV′ が求められると、回転速度制御手段７で実際の吐出圧力Ｐd と比較され、圧力ＰV′ と圧力Ｐd とが一致するように可変速手段２５に速度を増速又は減速する指令が出される。尚、回転速度検出手段５は、可変速手段２５のインバータのＰＷＭ信号から、ポンプの回転速度Ｈｚｘを算出する。
【００１９】
本実施例においては、吐出圧力Ｐd と流入圧力Ｐs の差圧ΔＰを算定する差圧検出手段、ポンプの回転速度を所定の間隔で徐々に上昇させる回転速度設定手段、回転速度と差圧の関係を記憶部に書込む書込手段等から構成される自動設定運転モード１０４を備える。
【００２０】
図３は、自動設定運転モードのフローを示す。設置現場へポンプを据付け後、差圧ΔＰと回転速度Ｈｚとのデータテーブルを作成する。このフローは、まずポンプの回転速度Ｈｚをゼロに設定し、例えば０．２５Ｈｚの所定間隔で徐々に上昇させる。そして、その回転速度Ｈｚにおける流入圧力Ｐs 、吐出圧力Ｐd を読込み、その差圧ΔＰを差圧検出手段により求めてＮＶＲＡＭ等で構成される記憶部（データテーブル１０３）に書込む。この作業を回転速度が定格速度に達する迄繰返す。
【００２１】
目標圧力演算の手順は次の通りである。まず、任意の回転速度Ｈｚｘに対する目標吐出圧力ＰV は、流入圧力がゼロであるとすると、（１）式のようになる。
【数１】

但し、ＰA ：定格運転（最大流量）時設定吐出圧力（流入圧力はゼロ）
ＰB ：締切運転（最低流量）時設定吐出圧力（流入圧力はゼロ）
ＨｚO ：定格運転時の回転速度
ＨｚB ：締切運転時に対応する回転速度（流入圧力はゼロ）
【００２２】
ところで、データテーブル１０３には、任意の回転速度Ｈｚに対する締切圧力Ｐの関係のデータが記憶されている。これは、例えば東日本地区では０Ｈｚから５０Ｈｚ迄、例えば０．２５Ｈｚの間隔で、これらの回転数に対応した締切圧力がＮＶＲＡＭ等の記憶装置によって記憶されている。尚、式（１）においては、この締切圧力は流入圧力がゼロであることを前提としている。本実施例では設置現場での据付調整時に、各回転速度に対応した吐出圧力Ｐd と流入圧力Ｐs の差圧ΔＰが取り込まれる。この差圧ΔＰは、とりもなおさず、流入圧力がゼロである場合の締切圧力に相当する。即ち、自動設定運転モード１０４によれば、ポンプの設置現場への据付け後に作成したデータテーブルが、必要な流入圧力がゼロである場合の締切圧力となる。そして、与えられた締切時の目標吐出圧力ＰB から、流入圧力がゼロの時の回転速度ＨｚB がデータテーブルから与えられる。
【００２３】
流入圧力Ｐs が存在する時には、任意の回転速度Ｈｚｘに対応した目標吐出圧力ＰV′ は、（２）（３）（４）式に示す補正演算が行われる。
【００２４】
【数２】

【００２５】
従って目標圧力演算手段６から出力された補正された目標圧力ＰV′と実際の吐出圧力Ｐd とが回転速度制御手段７で比較される。比較の結果、吐出圧力が目標圧力に近づくように回転速度が増減され、吐出圧力が末端圧力を一定とするような目標圧力に調整される。
【００２６】
尚、上述したデータテーブル１０３は、回転速度Ｈｚと締切圧力の差圧ΔＰとの実測データを収納したテーブルであるが、必ずしもテーブルである必要は無く、関数を用いてもよいのは勿論のことである。
【００２７】
又、推定末端圧力一定制御の目標圧力演算手段についても、一例を述べたのにすぎないもので、各種の変形演算式が利用可能であるのも勿論のことである。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、末端圧力一定制御方式の可変速給水装置で、設置現場のデータを自動設定運転モードで取込むようにしたものである。従って、ポンプ据付後に、自動設定運転モードで目標吐出圧力演算に必要な正しいデータテーブルを作成することができる。それ故、可変速給水装置において、末端圧力一定制御を設置現場で容易に、且つ正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直結型の可変速給水装置のシステム構成の説明図。
【図２】本発明の一実施例の制御系の説明図。
【図３】自動設定運転モードのフロー図。
【図４】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明図。
【図５】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明図。
【符号の説明】
５回転速度検出手段
６目標圧力演算手段
７回転速度制御手段
３，１３ポンプ
２１，２３圧力検出器
２５可変速手段
１０１圧力（ＰA ）設定手段
１０２圧力（ＰB ）設定手段
１０３データテーブル
１０４自動設定運転モード
Ｐs 流入側圧力
Ｐd 吐出側圧力

Claims

水道の本管に接続され、ポンプ流入側の水圧を出力する流入圧力検出器と、加圧ポンプと、この加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定末端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、
該給水装置の制御部は、
前記流入圧力検出器と吐出圧力検出器とポンプの回転速度の設定手段とから、ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、
前記データテーブル又は関数を参照して推定末端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする可変速給水装置。
前記設定モードは、前記ポンプの回転速度を所定の間隔で上昇させて該回転速度に対応した該ポンプ締切運転時の前記差圧を求めることで前記データテーブル又は関数を作成することを特徴とする請求項１記載の可変速給水装置。
流入側圧力が著しく変化する配管系に接続され、加圧ポンプとこの加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定未端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、
該給水装置の制御部は、
ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、
前記データテーブル又は関数を参照して推定未端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする可変速給水装置。
前記推定未端圧力一定制御を行う手段は、前記データテーブル又は関数を参照して目標吐出圧力を演算する手段と、前記ポンプの吐出圧力が前記吐出目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御する手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変速給水装置。