JP3814635B2 - 水中モータポンプ及びその自動発停方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水中モータポンプ及びその自動発停方法に係り、特に各種の工事現場で雨水などの排水に使用される工事排水用等の水中モータポンプ及びその自動発停装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路工事の工事現場などでは、雨中に工事を行う場合や、例えば夜間などの工事休止中などに、雨水などが工事現場に溜まらないよう排水するため、工事排水用の水中モータポンプが適宜使用される。この種の水中モータポンプで最も数多く使用されるタイプは、モータ出力４００Ｗクラスで、単相交流電源で使用でき、質量が１０ｋｇ前後の可搬式のものである。
【０００３】
図９は、この種の水中モータポンプの従来の一般的な構成を示すもので、図９に示すように、この水中モータポンプには、主軸１を駆動するモータ部２と該主軸１の回転によって排水を行うポンプ部３とが一体に備えられているとともに、ポンプ部３の取扱液がモータ部２側へ漏洩しないように、ポンプ部３とモータ部２の間はメカニカルシール４で軸封されている。
【０００４】
モータ部２には、主軸１と一体に回転するロータ５と、ステータ巻線６を巻回したステータ７とがモータ室８内に収納されて備えられ、このモータ室８の上部には、水中ケーブル１０の引込口を有し、過電流や欠相運転等によるモータ部２の焼損を防止するプロテクタ（過熱保護装置）１１やコンデンサ１２等の機器を収納するモータ上部室１３が配置されている。ここで、モータ室８及びモータ上部室１３は、上方に開口した略円筒状のモータフレーム１４と該モータフレーム１４の上端に連結したモータカバー１５で水密的に包囲されているとともに、ブラケット１６で上下に区画されている。
【０００５】
そして、主軸１は、ブラケット１６の下面に取付けた上部軸受１７とモータフレーム１４の内周面に取付けた下部軸受１８で回転自在に支承され、更に、モータカバー１５の上面には、湧水現場への吊下げや移動を行なう把手２０が設けられている。
ロータ５のモータ上部室１３側のエンドリングには、空気攪拌用のロータフィン２１がロータ５に固着されており、これにより、ロータ５の回転に伴って、ステータ巻線６を冷却するための風を送るように構成されている。
【０００６】
一方、ポンプ部３には、主軸１の先端に連結したボルテックス形羽根車２５が備えられ、この羽根車２５は、吐出口２６ａと吸込口２６ｂを有するポンプケーシング２６によって取り囲まれ、下部から工事現場に於ける湧水等を吸い込んで側面から吐出すようになっている。ここに、吐出口２６ａには、吐出ホース接続用ニップル２７が連結されている。
【０００７】
羽根車２５の翼とポンプケーシング２６の底面の間には、ボルテックスポンプの特徴である広い空隙が設けられており、比較的大きな異物でも容易に排出することができるようになっている。また、ポンプケーシング２６には、ポンプを自立させると同時に、一定サイズ以上の異物がポンプ内部に吸い込まれないように、ストレーナと脚を兼用したポンプ台２８が取付けられている。
【０００８】
メカニカルシール４は、モータフレーム１４とポンプケーシング２６とを接続する中間ケーシング３０と、モータフレーム１４とで区画されたメカニカルシール室３１内に配置され、この軸封部には、メカニカルシール摺動面の潤滑と冷却を行う油が封入されている。また、メカニカルシール４の寿命を長くするため、メカニカルシール４と羽根車２５との間にオイルシールが組み込まれており、砂等の異物がメカニカルシール摺動面に接近するのを防いでいる。
【０００９】
この種の水中モータポンプは、例えば工事現場での湧水等の排水に使用され、一般にはポンプを湧水等の発生場所に設置し、水位検知器なしで使用される場合が多い。このような場合には、ポンプは常に運転状態にある。
【００１０】
しかし、無人の現場で雨水排水を行う際など、排水すべき水の有無にかかわらず、ポンプを連続運転すると、以下のような問題がある。
▲１▼ 電力を無駄に消費し、エンジン発電機を電源に使用する場合は、燃料が無駄となる。
▲２▼ 排水完了後は、空気が入り込んで「ガバッ、ガバッ」という騒音を伴う息継ぎ運転になり、このため、この騒音がかなり煩わしく近所迷惑になる。
▲３▼ ポンプの運転時間が長くなるため、メカニカルシールなどの消耗部品の消耗が進み易い。
【００１１】
このため、例えば水位検出用のフロートスイッチや電極を備え、これらの信号を基にポンプの自動発停制御を行う制御装置を内蔵した、いわゆる自動発停機能内蔵タイプの水中モータポンプが使用されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の水中モータポンプは、設備排水用の水中モータポンプと異なり、一般に仮設用・可搬式であり、このため、現場への移動に使用するトラックの振動などを受ける輸送中や、現場での作業中にフロートスイッチなどの部品が痛む場合があるばかりでなく、現場への設置状態などによっては誤動作を生じる場合があるといった問題があった。
【００１３】
本発明は上記に鑑み、簡便で信頼性の高い自動発停機能を有する水中モータポンプ及びその自動発停方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、モータ部の温度を検出する温度センサと、運転モード別のモータ部の温度変化傾向を予め設定して記憶した記憶装置と、前記温度センサで検出されたモータ部の温度変化と前記記憶装置に記憶した運転モード別のモータ部の温度変化傾向を基に運転モードを識別し、モータ部への電力の供給を制御する演算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプである。
【００１５】
水中モータポンプが水没している運転状態（完全水没運転モード）では、空気の巻込みなどがないため、一般にモータ部の発熱量が大きいものの、モータ部は取扱液によって効果的に冷却されるため、モータ部の温度は、急勾配の温度上昇曲線を描いてやがて飽和温度に達する。一方、排水完了後の「ガバッ、ガバッ」という騒音を伴った息継ぎ運転状態（気中露出運転モード）では、空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さくなるため、モータ部の発熱量は小さいものの、モータ部が気中に露出するためにモータ部の冷却効果は水没時に比べて劣り、その結果、モータ部の温度は、緩やかな勾配の温度上昇曲線を描いてやがて飽和温度に達する。従って、モータ部の温度変化傾向を把握することで、現在の運転モードを識別し、気中露出運転モードの時にポンプの運転を停止することができる。
【００１６】
ここで、温度センサにはサーミスタなどの小型のものが使用できるため、フロートスイッチなどの大きな部品が不要となり、輸送中に部品が痛む可能性も低く、信頼性が高い。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、ポンプ運転停止中に前記モータ部の温度が規定値以下になった時に運転を再開させることを特徴とする請求項１記載の水中モータポンプである。これにより、モータ部の温度が規定値以下となった時に、水中モータポンプが水中に没したと判断して、排水を再開することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、ポンプ運転時におけるモータ部の負荷を検出する負荷センサと、運転モード別のモータ部の負荷変化傾向を予め設定して記憶した記憶装置と、前記負荷センサで検出されたモータ部の負荷変化と前記記憶装置に記憶した運転モード別のモータ部の負荷変化傾向を基に運転モードを識別し、モータ部への電力の供給を制御する演算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプである。
【００１９】
水中モータポンプが水没している運転状態（完全水没運転モード）では、空気の巻込みなどがないため、一般にモータ部の負荷は安定している。一方、排水完了後の息継ぎ運転（気中露出運転モード）では、空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さく、且つ、不安定になるため、モータ部の負荷も小さく、且つ、不安定となる。従って、モータ部の負荷変化傾向を把握することで、現在の運転モードを識別し、気中露出運転モードの時にポンプの運転を停止することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、モータ部の温度を検出し、この温度変化と予め運転モード別に設定したモータ部の温度変化傾向とを比較してモータ部への電力の供給を制御することを特徴とする水中モータポンプの自動発停方法である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、ポンプ運転時のモータ部の負荷を検出し、この負荷変化と予め運転モード別に設定したモータ部の負荷変化傾向とを比較してモータ部への電力の供給を制御することを特徴とする水中モータポンプの自動発停方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の水中モータポンプを示すもので、これは、図９に示す従来の水中モータポンプに以下の構成を付加したものである。
【００２３】
すなわち、モータカバー１５とモータフレーム１４で囲まれたモータ上部室１３には、単相モータの場合に一般に使用される運転用コンデンサ１２や過熱保護装置（プロテクタ）１１が配置され、更に、記憶装置４０と演算装置４２とを有し、水中ケーブル１０から供給される電力を動力用リード線４４を介してステータ巻線６に供給する制御キット４６が配置されている。また、モータカバー１５内の上面には、温度センサとしてのサーミスタ４８が取付けられ、このサーミスタ４８は、信号用リード線５０を介して制御キット４６に接続されている。これによって、サーミスタ４８からの信号に基づき、モータカバー１５の上部の時々刻々の温度が制御キット４６内へ情報として取込まれるようになっている。
【００２４】
また、動力用リード線４４または制御キット４６内には、負荷センサとしての電流検出素子（図示せず）が設けられ、この電流検出素子により時々刻々のモータ部２の負荷に関する情報が制御キット４６内に取込まれるようになっている。記憶装置４０には、運転モード別のモータ部２の温度変化傾向とポンプ運転時におけるモータ部２の負荷変化傾向が予め記憶されている。
なお、温度検出と負荷検出の双方を行う場合には、前述の過熱保護装置（プロテクタ）１１の機能を兼用することもできる。
【００２５】
次に、この実施の形態の第１の制御例について、図２乃至図４を参照して説明する。なお、図２は、水中モータポンプを完全に水没させて運転を開始した運転パターンを示し、図３及び図４は、その時の制御ブロック図を示す。
【００２６】
図２に示すように、水中モータポンプが完全に水没した状態では、モータカバー１５の上部の温度は運転負荷に拘わらず低い値を示し、その温度上昇傾向はポンプ始動から短時間の間に飽和温度に至る。即ち、横軸に時間、縦軸に温度上昇値を採ったグラフ上では、やや急勾配の温度上昇曲線を描く。また、この運転状態では、空気の巻込みなどがないため、一般にモータ部２の負荷は安定している。このような温度上昇傾向を描き、かつモータ部２の負荷が安定している状態を「完全水没運転モード」として記憶装置４０に記憶しておく。次に、水中モータポンプが半水没状態になると、負荷が維持されたまま水中モータカバー部が気中に露出するため、モータカバー１５の上部の温度は、更に急勾配で上昇を始める。このような温度上昇傾向を描き、かつモータ部２の負荷が安定している状態を「半水没運転モード」として記憶装置４０に記憶しておく。
【００２７】
この半水没状態での運転は、一般には短時間で終了し、息継ぎ運転状態に移行する。この状態は、空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さくなるため、モータ部の負荷・発熱量は小さいものの、モータ部２が気中に露出するためにモータ部２の冷却効果は水没時に比べて劣り、その結果、モータカバー１５の上部の温度は、緩やかな勾配の温度上昇曲線を描いてやがて飽和温度に達する。また、この運転状態では、空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さく、且つ、不安定になるため、モータ部２の負荷も小さく、且つ、不安定となる。このような温度上昇傾向を描くか、またはモータ部２の負荷が小さく、且つ、不安定な状態を「気中露出運転モード」として記憶装置４０に記憶しておく。
【００２８】
この気中露出運転モードで水中モータポンプが停止すると、モータカバー１５の上部の温度は、自然対流空冷にて緩やかに低下し、最終的には周囲温度と同一になる。自然対流空冷の途中で水位が上昇して水中モータポンプが完全水没になった場合は、モータカバー１５の上部の温度は急激に低下する。
【００２９】
そこで、図３に示すように、記憶装置４０に記憶していた各運転モードにおけるモータ部２の温度変化傾向とサーミスタ４８から取り込まれる時々刻々のモータカバー１５（モータ部２）の温度、及び各運転モードにおけるモータ部２の負荷変化傾向と電流検出素子から取り込まれる時々刻々のモータ部２の負荷とを演算装置４２に入力して両者をそれぞれ比較し、「完全水没運転モード」と判別した時には、ポンプの運転を継続する。「半水没運転モード」と判別した時には、モータ部２の温度が所定温度以上に達しない限り運転を継続し、所定の温度に達した時にポンプの運転を停止する。そして、「気中露出運転モード」と判別した時は、予め設定した時間運転を継続した後、ポンプの運転を停止する。
【００３０】
そして、図４に示すように、モータカバー１５（モータ部２）の温度が所定の温度以下に達した時に、水中モータポンプが水没したと判断してポンプの運転を再開し、以下、前記と同様の制御を行う。
なお、この例では、モータ部２の温度と負荷の双方をセンサで把握して、２つの物理量の変化傾向を関連付けることで、より精度高く運転モードを識別するようにしているが、一方のみで運転モードを識別してモータ部２への電力の供給を制御しても良いことは勿論である。
【００３１】
図５及び図６は、この実施の形態の第２の制御例を示すもので、制御用ソフトにタイマー機能を持たせて、ポンプ運転停止後、例えば１０分経過した時点でポンプの再始動を掛けるようにしたものである。つまり、「気中露出運転モード」と判別して、ポンプの運転を停止した後、１０分経過後にポンプを再始動して、この時のモータ部２の負荷が比較的小さい場合には、息継ぎ運転あるいは排水すべき水が存在しないものとしてポンプ運転を停止し、モータ部２の負荷が比較的大きい場合には、排水すべき水が存在するものとしてポンプ運転を継続するようにしたものである。
【００３２】
なお、サーミスタ４８の取付け位置は、モータカバー１５の上部内面が好ましいが、個々のモータポンプの設計の事情等に応じて他の位置に設けるようにしてもよい。また、この例は、正確さを必要とする水位制御には適用できないが、工事排水用の水中モータポンプの多くの用途で効果を発揮する実用性と信頼性の高い機器を提供することができる。
【００３３】
また、水中モータポンプの試運転の際は、ポンプの据付け場所を変更して排水性を調整したりするため、ポンプの運転条件が安定しないことが考えられる。このような場合には、誤動作を防止するため、電源投入後（即ち、電源ケーブル先端に電力が供給された瞬間から）、例えば１０分間は無条件で水中モータポンプの運転を継続するように制御することが望ましい。
【００３４】
図７は、本発明の第２の実施の形態の水中モータポンプを示すもので、これは、図９に示す既存の水中モータポンプに下記の構成を後付けで付加したものである。つまり、水中モータポンプの水中ケーブル１０の取付け部に、モータ部２の温度変化に追従性高く対応するため、例えばアルミ合金で形成したケース６０を配置して、このケース６０をモータカバー１５と水中ケーブル１０の間にボルトによって三枚締めで固定し、このケース６０に記憶装置４０と演算装置４２とを有する制御キット４６を内蔵するとともに、温度センサとしてのサーミスタ４８をケース６０内に取付け、信号用リード線５０を介して制御キット４６へ接続したものである。なお、電流検出素子（負荷センサ）が、動力用リード線４４または制御キット４６内に設けられることは第１の実施の形態と同様である。ここで、ケース６０は２つ割りで構成され、両者の当接部にガスケット６２を介在させることで、またケース６０と水中ケーブル１０の取付け部との間にＯリング６３を介在させることで水密性を確保している。
この実施の形態によれば、既存の水中モータポンプに簡易に適用して、自動発停機能を付加することができる。
【００３５】
図８は、本発明の第３の実施の形態の水中モータポンプを示すもので、これも、図９に示す既存の水中モータポンプに下記の構成を後付けで付加したものである。つまり、記憶装置４０と演算装置４２とを有する制御キット４６を内蔵し、雄端子６４と雌端子６６を備えた樹脂製ケース６８を別途用意し、制御キット４６から延びるサーミスタ用ケーブル７０の先端にクリップ状のサーミスタ７２を連結したものである。この樹脂製ケース６８も２つ割りで構成され、両者の当接部にガスケット７４を介在させることで水密性を確保している。
【００３６】
この実施の形態によれば、雄端子６４を電源コンセントに固定し、雌端子６６に水中モータポンプの水中ケーブル１０の先端の雄端子（プラグ）７６を挿入し、更に、クリップ状のサーミスタ７２をモータカバー１５の把手２０等に固定することで、既存の水中モータポンプに簡易に適用して、自動発停機能を付加することができる。
これらの各実施の形態は、顧客の事情等に応じて適宜使い分けられる。また、汚水排水用の水中モータポンプや池水排水用の水中モータポンプにも適用できることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フロートスイッチなどの大きな部品を用いることなく、従って、輸送中に痛む可能性も低く、信頼性が高いサーミスタ等からなるセンサによって、簡易で信頼性の高い自動発停機能を付与することができ、これによって、省エネルギーを図るとともに、騒音対策を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の水中モータポンプを示す断面図である。
【図２】図１に示す水中モータポンプの第１の運転パターンを示すグラフである。
【図３】図２におけるポンプ運転時の制御ブロック図である。
【図４】図２におけるポンプ運転再開時の制御ブロック図である。
【図５】図１に示す水中モータポンプの第２の運転パターンを示すグラフである。
【図６】図６におけるポンプ運転再開時の制御ブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の水中モータポンプを示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の水中モータポンプを示す断面図である。
【図９】従来の水中モータポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
２ モータ部
３ ポンプ部
４ メカニカルシール
１０ 水中ケーブル
１３ モータ上部室
１４ モータフレーム
１５ モータカバー
２５ 羽根車
２６ ポンプケーシング
４０ 記憶装置
４２ 演算装置
４４ 動力用リード線
４６ 制御キット
４８ サーミスタ（温度センサ）
５０ 信号用リード線
６０ ケース
６４ 雄端子
６６ 雌端子
６８ 樹脂製ケース
７０ サーミスタ用ケーブル
７２ サーミスタ

Claims (5)

1. モータ部の温度を検出する温度センサと、
   運転モード別のモータ部の温度変化傾向を予め設定して記憶した記憶装置と、
   前記温度センサで検出されたモータ部の温度変化と前記記憶装置に記憶した運転モード別のモータ部の温度変化傾向を基に運転モードを識別し、モータ部への電力の供給を制御する演算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプ。
2. ポンプ運転停止中に前記モータ部の温度が規定値以下になった時に運転を再開させることを特徴とする請求項１記載の水中モータポンプ。
3. ポンプ運転時におけるモータ部の負荷を検出する負荷センサと、
   運転モード別のモータ部の負荷変化傾向を予め設定して記憶した記憶装置と、
   前記負荷センサで検出されたモータ部の負荷変化と前記記憶装置に記憶した運転モード別のモータ部の負荷変化傾向を基に運転モードを識別し、モータ部への電力の供給を制御する演算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプ。
4. モータ部の温度を検出し、この温度変化と予め運転モード別に設定したモータ部の温度変化傾向とを比較してモータ部への電力の供給を制御することを特徴とする水中モータポンプの自動発停方法。
5. ポンプ運転時のモータ部の負荷を検出し、この負荷変化と予め運転モード別に設定したモータ部の負荷変化傾向とを比較してモータ部への電力の供給を制御することを特徴とする水中モータポンプの自動発停方法。

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