JP4006186B2 - ポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小河川等の水路と大河川の境界部などに設置して用いられるポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法に関する。詳しくは、小河川等の水路に構築したゲートに、大河川等の排出水域に向けて排水する少なくとも２台のポンプを備えた止水ゲート扉体が昇降開閉自在に支持されてなるポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法として、従来一般には、少なくとも２台のポンプそれぞれの起動水位及び停止水位を細かく設定して、水路の取水側水位（以下、取水水位という）の上昇、下降に応じてポンプの運転台数を制御することによって、取水水位を一定に保持するような運転制御方法が採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポンプゲートが設置される箇所は通常一般的なポンプ場と異なり、形態や容積等が予め特定された吸込水槽を備えておらず、多種多様な形態、容積を持つ水路自体を吸込水槽とするものであるために、小河川等の水路の容積とポンプの排水容量とがバランスのとれている場合は、上述したとおり取水水位を一定に保持するような運転制御方法でも何ら問題を発生することがないけれども、水路の形態や容積等によってはポンプの排水容量と水路の容積とがアンバランスになるケースが発生する場合がある。
【０００４】
このようにポンプの排水容量と水路の容積とにアンバランスが発生する可能性のある箇所にポンプゲートを設置して用いる場合は、多種多様な形態、容積を持つ水路のうち、想定される最大容積以上で、かつ、洪水の発生時にも十分に対応しうる排水能力を確保できるように大きな安全率を見込んで排水容量の非常に大きいポンプを使用することが望まれる。
【０００５】
ところで、上述したように、多種多様な形態、容積を持つ水路への適用性及び洪水発生時の排水能力の確保のために、排水容量の非常に大きいポンプを使用すると、設置水路によってはポンプの排水容量が水路の容積に比べて過剰に大きくなってしまうケースがある。このような過剰な排水容量のポンプを使用して、台数制御による運転制御方法を実行すると、ポンプの起動、停止が非常に激しいものとなり、ポンプ及びその運転装置自体の耐久寿命等に悪影響を及ぼしやすいだけでなく、ハンチング現象によってポンプが空気を吸い込んで振動や騒音が大きくなるという問題がある。また、水路の形態によっては、水深が非常に浅い場合があり、そのために、各ポンプの起動水位及び停止水位の設定が非常に難しいものとなるといった問題もあった。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたもので、あらゆる形態、容積等を持つ水路に適用でき、かつ、洪水発生時にも十分に対応できるような非常に排水容量の大きいポンプを使用する場合であっても、常に適正な排水量での運転を可能にして、ポンプの起動、停止回数を減少し耐久寿命の向上及び振動や騒音等による周辺環境への悪影響を抑制することができるポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法は、水路に構築したゲートに、排出水域に向けて排水する少なくとも２台のポンプを備えた止水ゲート扉体が昇降開閉自在に支持されてなるポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法であって、
上記水路の取水側水位が、１台目のポンプ起動水位を越えて２台目のポンプ起動水位に達するまで上昇する時は１台目のポンプを全速運転し、かつ、２台目のポンプ起動水位を越えてさらに上昇する時は１台目及び２台目の両ポンプを共に全速運転する一方、
上記水路の取水側水位が、２台目のポンプ起動水位から１台目のポンプ起動水位に達するまで下降する時は２台目のポンプの全速運転を保持したまま１台目のポンプの回転を取水側水位が一定に保たれるように漸次減速制御するインバータ運転し、かつ、１台目のポンプ起動水位を越えてさらに下降する時は２台目のポンプを停止して１台目のポンプのみをそれの停止水位に達するまで所定の低速度で運転することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、取水側水位の上昇時には、各ポンプ起動水位に対応して、もともと排水容量が大きく設定されている１台目のポンプまたは１台目と２台目の両ポンプを共に全速運転することによって、排水量を可能な限り大きく確保して洪水発生時にも水路が浸水することを防止しつつ、取水側水位の下降時で２台目のポンプ起動水位から１台目のポンプ起動水位に達するまでの下降時には、２台目のポンプの全速運転と１台目のポンプを漸次減速制御するインバータ運転とによって、取水側水位を一定に保つような適正な排水量を確保し、かつ、１台目のポンプ起動水位を越えてさらに取水側水位が下降する時には、１台目のポンプのみを所定の低速度で運転させて徐々に排水することが可能である。これによって、各種形態、容積の水路への適用性及び洪水発生時の排水能力の確保のために、排水容量の非常に大きいポンプを設置使用する場合でも、取水側水位の変動に合わせた適正な排水能力を発揮させて各ポンプの停止、起動回数を減少しポンプ及びそれらの運転装置の耐久寿命の向上が図れるとともに、ハンチング現象に伴う空気の吸い込みに起因する振動や騒音等といった周辺環境への悪影響も抑制することが可能である。
【０００９】
特に、請求項２のように、取水側水位が１台目のポンプ起動水位を越えてさらにそれの停止水位に達するまで下降する時の１台目のポンプの所定の低速度を、インバータ運転時における回転速度制御範囲の最低速度に設定することによって、１台目のポンプ起動水位から停止水位までの間のポンプ運転による振動、騒音を一層低減することができるとともに、排出水域への排水量を最少限度に止めて取水側水位の変動を抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るポンプゲートの構成を示す縦断側面図、図２及び図３は図１のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ矢視図である。このポンプケートは、小河川等の水路１Ａに立設した水門柱２と水路１Ａの床に横設した床部材３とによりコンクリート製ゲート４が構築され、水門柱２に設けられている戸当たり２ａに止水ゲート扉体５の左右両側部の前面を当接させるとともに、止水ゲート扉体５の左右両端部をゲート４に設けた案内溝４Ａ，４Ａにしゅう動可能に嵌め込むことで、ゲート４に対して止水ゲート扉体５を昇降自在に支持させている。
【００１１】
上記止水ゲート扉体５には、例えば横軸ポンプによってなる２台のゲートポンプ６Ａ，６Ｂ（以下、第１ゲートポンプ６Ａ、第２ゲートポンプ６Ｂという）を収容したポンプケーシング１１Ａ，１１Ｂが固着されている。また、止水ゲート扉体５に一体結合されたスピンドル８の上端側にはギャボックス１０Ａや操作ハンドル１０Ｂ及びモータ（図示省略）などが備えられ、これらが水門柱２の頂部フロアー２Ａに設置した開閉手段１０に組み込まれている。上記ポンプケーシング１１Ａ，１１Ｂの外側、つまり、大河川などの下流側水路１Ｂの開口部には、第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの運転時には開放して上流側水路１Ａから下流側水路１Ｂへの水の流れを許容し、第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの運転停止時には閉じられて下流側水路１Ｂから上流側水路１Ａへの逆流を防止するフラップ弁９Ａ，９Ｂが取付けられている。
【００１２】
上記した構成のポンプゲートにおいては、ゲート４の放流用開口部７を止水ゲート扉体５で閉じた状態で、第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂを運転することによって、上流側水路１Ａの水を各ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの吸込口６ａ１，６ｂ１から吸い込み、吐出口６ａ２，６ｂ２から下流側水路１Ｂに排水する。また、開閉手段１０により止水ゲート扉体５を上昇させて放流用開口部７を開放することによって、上流側水路１Ａの水を下流側水路１Ｂに自然流下させることができる。
【００１３】
上記のように構成されたポンプゲートにおける第１ゲートポンプ６Ａは、図４に示すように、インバータ回路１３及びドライバー回路１４Ａを介してその駆動用モータ１２Ａの回転速度を制御することにより１００％運転（全速運転）乃至７０％運転（低速運転）の範囲で運転調整可能に構成されている。一方、第２ゲートポンプ６Ｂは、ドライバー回路１４Ｂを介してその駆動モータ１２Ｂの回転速度を１００％運転（全速運転）のみ可能に構成されている。
【００１４】
第１ゲートポンプ６Ａの起動水位（以下、第１起動水位という）ＤＷＬ１及び停止水位（以下、第１停止水位という）ＳＷＬ１、第２ゲートポンプ６Ｂの起動水位（以下、第２起動水位という）ＤＷＬ２及び停止水位（以下、第２停止水位という）ＳＷ２並びにポンプ非常停止水位ＥＷＬはそれぞれ、図５に示すように設定されており、これら各設定水位を上流側水路１Ａに設置した水位センサー１５により検出し、その検出水位信号がコントローラ１６に入力されることによって、止水ゲート扉体５の閉状態での第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの運転制御が行われる。また、止水ゲート扉体５を上昇開放するゲート開水位ＧＯＷＬ及び止水ゲート扉体５を下降閉鎖するゲート閉水位ＧＣＷＬもそれぞれ、図５に示すように設定されており、これら各設定水位を河川等の下流側水路１Ｂに設置した水位センサー１７により検出し、その検出水位信号がコントローラ１６に入力されることによって、開閉手段１０による止水ゲート扉体５の昇降開閉が行われる。
【００１５】
このうち、止水ゲート扉体５が下降閉鎖された状態での第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの運転制御方法について以下に詳述する。
水路１Ａの取水側水位ＷＬが、図５中の矢線ｕで示すように、第１起動水位ＤＷＬ１を越えて第２起動水位ＤＷＬ２に達するまで上昇する時は、センサー１５による水位検出信号が入力されたコントローラ１６からの出力によりインバータ回路１３、ドライバー回路１４Ａ及び駆動用モータ１２Ａを介して第１ゲートポンプ６Ａが１００％運転（全速運転）され、かつ、内水位ＷＬが第２起動水位ＤＷＬ２を越えてさらに上昇する時は、コントローラ１６からの出力によりドライバー回路１４Ｂを介して第２ゲートポンプ６Ｂが起動されて両ケートポンプ６Ａ，６Ｂが共に全速運転される。これによって、排水量を可能な限り大きく確保して洪水発生時にも水路１Ａの取水側水位ＷＬが浸水水位（ＯＦＷＬ）以上になることを防止できる。
【００１６】
一方、水路１Ａの取水側水位ＷＬが、図５中の矢線ｄで示すように、第２起動水位ＤＷＬ２から第１起動水位ＤＷＬ１に向けて下降する時は、センサー１５による水位検出信号が入力されたコントローラ１６からの出力によりドライバー回路１４Ｂ及び駆動モータ１２Ｂを介して第２ゲートポンプ６Ｂの全速運転が保持されたままインバータ回路１３、ドライバー回路１４Ａ及び駆動用モータ１２Ａを介して第１ゲートポンプ６Ａの回転が水路１Ａの取水側水位ＷＬを一定に保持するように全速運転から７０％運転に向けて漸次減速制御するインバータ運転が行われ、かつ、図５中の点矢線ｄ１で示すように、取水側水位ＷＬが第１起動水位ＤＷＬ１を越えてさらに下降する時は、第２ゲートポンプ６Ｂの運転が停止され第１ゲートポンプ６Ａのみが第１停止水位ＳＷＬ１に達するまで７０％運転の低い回転速度で運転される。
【００１７】
これによって、第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂとして、各種形態、容積の水路１Ａに適用でき、かつ、洪水発生時にも対応できる排水能力を確保しうる安全率を見込んで非常に排水容量の大きいポンプを設置使用し、これに起因して吸込水槽となる上流側水路１Ａの容積と両ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの排水容量とがアンバランス、すなわち、上流側水路１Ａの容積＜＜ホンプ排水容量の関係となった場合でも、取水側水位ＷＬの変動に合わせて常に適正な排水能力を発揮させることが可能となり、両ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの停止、起動回数を減少しポンプ及びそれらの運転装置の耐久寿命の向上が図れるとともに、ハンチング現象に伴う空気の吸い込み及び常時全速運転に起因する振動や騒音等といった周辺環境への悪影響も抑制することができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態では、止水ゲート扉体５に２台のゲートポンプ６Ａ，６Ｂを取付けた場合の両ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの運転制御方法について説明したが、３台以上のゲートポンプを取付けた場合でも、第１ゲートポンプ６Ａと第２ゲートポンプ６Ｂの運転に際して、上述の運転制御方法を採用することによってほぼ同等な排水機能を発揮させることができる。
【００１９】
また、ゲートポンプ６Ａ，６Ｂとしては、横軸ポンプからなるものを使用するのが好ましいが、縦軸ポンプを使用してもよい。
【００２０】
また、上記実施の形態では、水位上昇時に第１ゲートポンプ６Ａを先行起動させ、第２ゲートポンプ６Ｂを後続起動させるもので説明したが、両ゲートポンプ６Ａ，６Ｂの動作頻度を等しくしてそれらの耐久性をほぼ均等化させるために、先行起動される側のポンプを交互に切替えるようにすることが望ましい。
【００２１】
上記のように第１ゲートポンプ６Ａと第２ゲートポンプ６Ｂの耐久性をほぼ均等化するために先行起動される側のポンプを交互に切替え可能とするためには、第２ゲートポンプ６Ｂ側にもインバータ回路を設けてその駆動用モータ１２Ｂの回転速度を制御し１００％運転（全速運転）乃至７０％運転（低速運転）の範囲で運転調整可能に構成することが必要であり、これによって、いずれのゲートポンプを先行起動する場合も上述したと同様な運転制御を実現することができる。また、第１及び第２ゲートポンプ６Ａ，６Ｂを共にインバータ運転可能に構成しておくことによって、取水側水位ＷＬの下降時、つまり、図５の矢線ｄ及び／又は矢線ｄ１で示す水位下降時において両ゲートポンプ６Ａ，６Ｂ双方のインバータ運転により所定の運転制御を行うことも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水路の取水側水位の変動に応じて、少なくとも２台のポンプの運転台数を制御することと、一方のポンプを所定の範囲でインバータ運転することとを組み合わせることによって、あらゆる形態、容積等を持つ水路への適用性拡大と洪水発生時にもそれに対応するに十分な排水能力を確保するための大きな安全率を見込んだ排水容量の非常に大きいポンプを設置使用するものでありながらも、取水側水位の変動に合わせて常に適正な排水能力を発揮させて各ポンプの停止、起動回数を減少することができる。したがって、ポンプ及びそれらの運転装置の耐久寿命の向上を図ることができるとともに、振動や騒音等の発生もできるだけ抑えて周辺環境への悪影響を抑制することができるという効果を奏する。
【００２３】
特に、請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、１台目のポンプ起動水位から停止水位までの間のポンプ運転による振動、騒音を一層小さくするとともに、排出水域への排水量を最少限度に止めて取水側水位の変動を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るポンプゲートの構成を示す縦断側面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】 本発明に係るポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法を実現するための概略構成ブロック図である。
【図５】 同方法におけるポンプ起動、停止及びゲート開閉のための設定水位の説明図である。
【符号の説明】
１Ａ 上流側水路
１Ｂ 河川等の下流側水路
５ 止水ゲート扉体
６Ａ 第１ゲートポンプ（１台目のポンプ）
６Ｂ 第２ゲートポンプ（２台目のポンプ）
１３ インバータ回路
ＤＷＬ１ 第１起動水位
ＤＷＬ２ 第２起動水位
ＳＷＬ１ 第１停止水位
ＳＷＬ２ 第２停止水位

Claims (2)

1. 水路に構築したゲートに、排出水域に向けて排水する少なくとも２台のポンプを備えた止水ゲート扉体が昇降開閉自在に支持されてなるポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法であって、
   上記水路の取水側水位が、１台目のポンプ起動水位を越えて２台目のポンプ起動水位に達するまで上昇する時は１台目のポンプを全速運転し、かつ、２台目のポンプ起動水位を越えてさらに上昇する時は１台目及び２台目の両ポンプを共に全速運転する一方、
   上記水路の取水側水位が、２台目のポンプ起動水位から１台目のポンプ起動水位に達するまで下降する時は２台目のポンプの全速運転を保持したまま１台目のポンプの回転を取水側水位が一定に保たれるように漸次減速制御するインバータ運転し、かつ、１台目のポンプ起動水位を越えてさらに下降する時は２台目のポンプを停止して１台目のポンプのみをそれの停止水位に達するまで所定の低速度で運転することを特徴とするポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法。
2. 上記水路の取水側水位が１台目のポンプ起動水位を越えてさらにそれの停止水位に達するまで下降する時の１台目のポンプの所定の低速度は、インバータ運転時における回転速度制御範囲の最低速度に設定されている請求項１に記載のポンプゲートにおけるポンプの運転制御方法。

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