JP4014000B2 - 給水方法および給水装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電を可能にした給水方法および給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水道管から直接給水する給水装置の場合、給水設定圧力よりも押し込み圧力が高く、ポンプを運転する必要がないときは、ポンプを停止させ、ポンプと並列に設けられたバイパス管を介して押し込み圧力を給水設定圧力として給水する方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法で給水すると、ポンプを停止させることによって電力を節減することができるが、押し込み圧力を給水設定圧力としているので、給水側に過大な圧力が掛かることになる。
このように給水側に過大な圧力が掛かると、給水配管を継いだ部分の水漏れの要因になる恐れがある。
また、給水配管系統中の実揚程が低い給水要求点に配設された減圧弁に過大な圧力を与えることになるので、減圧弁の故障の要因になる恐れがある。
【０００４】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、給水設定圧力で給水することにより、余剰な水動力で発電することのできる給水方法および給水装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ポンプの回転速度を制御して給水設定圧力で給水する給水方法において、ポンプの下流に配設されたタービンの吐出圧力が給水設定圧力となるようにポンプの回転速度を正の揚程に制御するとともに、タービンの回転速度を負の揚程に制御して給水することにより、水動力でタービンを回転させて発電する方法である。
また、他の発明は、ポンプの回転速度を制御部で制御して給水設定圧力で給水する給水装置において、ポンプの下流にタービンを配設し、このタービンに発電機を連結するとともに、タービンの吐出側に圧力検出手段を配設し、制御部が、圧力検出手段の検出圧力が給水設定圧力となるようにポンプの回転速度を正の揚程に制御するとともに、タービンの回転速度を負の揚程に制御するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は水道管、２は水道管１の端部に配設された第１圧力検出器を示し、この第１圧力検出器２は、後述するポンプ６への押し込み圧力ｈ_SUを検出するものである。
３は給水配管を示し、水道管１の端部に逆止め弁４を介して接続されている。
【０００７】
５は逆止め弁４よりも下流の給水配管３に配設された吸い込み側締め切り弁、６は吸い込み側締め切り弁５よりも下流の給水配管３に配設されたポンプ、７はポンプ６よりも下流の給水配管３に配設された逆止め弁、８は逆止め弁７よりも下流の給水配管３に配設された締め切り弁、９は締め切り弁８よりも下流の給水配管３に配設された第２圧力検出器を示し、この第２圧力検出器９は、ポンプ６の吐出圧力（またはポンプ吐出圧力）ｈ_P1を検出するものである。
【０００８】
１０は第２圧力検出器９よりも下流の給水配管３に配設されたタービン、１１はタービン１０と並列に給水配管３に接続されたバイパス管、１２はバイパス管１１に配設された電動開閉弁、１３はタービン１０よりも下流の給水配管３に配設された第３圧力検出器を示し、この第３圧力検出器１３は、タービン１０の吐出圧力（またはタービン吐出圧力）ｈ_T1を検出するものである。
なお、このタービン１０として、通常の渦巻きポンプを逆転、逆流にして使用することにより、低コスト化が図れる。
【０００９】
１４はバイパス管１１の下流側との接続点よりも下流の給水配管３に配設された給水側締め切り弁を示す。
１５は制御部を示し、各部の出力に基づき、インバータ１６およびポンプ用電動機１７を介してポンプ６の回転を制御し、インバータ１８およびタービン用電動機１９を介してタービン１０の回転を制御するとともに、電動開閉弁１２の開閉を制御するものである。
【００１０】
通常、ポンプ用に使用されるインバータの交流−直流変換を行うコンバータは、三相全波整流ダイオードで構成されているので、このままでは電源回生機能を有しない。
そこで、三相全波整流ダイオードの部分を、トランジスタまたはサイリスタを使用して電源回生可能な整流回路に変更したインバータは、公知であり、荷役機械などの巻き上げ、巻き下げに利用されている。
【００１１】
このような電源回生機能を有するインバータを使用することにより、水動力で発電して電力を回生することができる。
また、タービン１０を可能な限り電力回生状態で利用するため、インバータ１８にタービン用電動機１９のトルクＴＭを検出するトルク検出器（手段）を設ける。
この形式のインバータは、例えばベクトル制御インバータとして公知であり、トルクＴＭをトルク指令、トルク検出信号として取り出せる。
【００１２】
図２は図１に示した制御部１５の一例を示すブロック図である。
なお、以下の説明および図面において、圧力を揚程、揚程を圧力と記載することもある。
図２において、１５−１は給水圧力設定器を示し、吐出圧力一定制御で給水する場合は実揚程と、管端圧力と、管路損失揚程との和を給水設定圧力ｈ_S として設定し、推定末端圧力一定制御で給水する場合は実揚程と、管端圧力との和を設定するものである。
【００１３】
１５−２は加算器を示し、給水圧力設定器１５−１の設定値と、後述する管路損失揚程設定器１５−３９が出力する管路損失揚程とを加算して給水設定圧力ｈ_S を出力するものである。
１５−３は減算器を示し、加算器１５−２が出力する給水設定圧力ｈ_S から第３圧力検出器１３が検出した押し込み圧力ｈ_T1を差し引いたものを出力するものである。
【００１４】
１５−４は減算器１５−３の出力を処理する比例積分制御器、１５−５は比例積分制御器１５−４の出力を変換した出力ｆ_1Sをインバータ１６へ出力するディジタル・アナログ変換器を示す。
１５−６は直線指令器を示し、インバータ１６，１８に内蔵させた直線指令器と同じ特性を有し、比例積分制御器１５−４の出力を入力とし、指令推定周波数ｆ^* を出力するものである。
【００１５】
１５−７は一次遅れ要素を示し、各電動機１７，１９におけるその速度（回転数または周波数）までの伝達遅れに近似させて直線指令器１５−６の出力をポンプ推定速度ｎ^* として出力するものである。
１５−８は二乗演算器を示し、一次遅れ要素１５−７のポンプ推定速度ｎ^* を入力としてｎ^*2を出力するものである。
１５−９は定数乗算器を示し、二乗演算器１５−８の出力ｎ^*2にポンプ６の特性であるポンプ定数ａを掛けたものを出力するものである。
【００１６】
１５−１０は押し込み固定損失設定器を示し、逆止め弁４の固定損失揚程ｈ_SUC を設定するものである。
１５−１１は減算器を示し、第１圧力検出器２が出力する押し込み圧力ｈ_SUから押し込み固定損失設定器１５−１０が出力する固定損失揚程ｈ_SUC を差し引いた有効押し込み圧力ｈ_SUA を出力するものである。
１５−１２は切換スイッチを示し、水道管１から直接給水する場合の減算器１５−１１の有効押し込み圧力ｈ_SUA 、または受水槽から給水する場合のゼロを選択するものである。
【００１７】
１５−１３は減算器を示し、第２圧力検出器９が出力するポンプ吐出圧力ｈ_P1から切換スイッチ１５−１２の出力を差し引いたものを出力するものである。
１５−１４は減算器を示し、定数乗算器１５−９の出力から減算器１５−１３の出力を差し引いたものを出力するものである。
１５−１５は演算器を示し、ポンプ６の締め切り圧力と、減算器１５−１４の出力とから二乗推定流量ｑ^*2を演算して出力するものである。
【００１８】
１５−１６は平方根演算器を示し、演算器１５−１５の二乗推定流量ｑ^*2から推定流量ｑ^* を演算して出力するものである。
１５−１７は最小設定流量ｑ_min を設定する最小流量設定器、１５−１８は減算器を示し、この減算器１５−１８は、最小流量設定器１５−１７が出力する最小設定流量_min から平方根演算器１５−１６が出力する推定流量ｑ^* を差し引いたものを出力するものである。
【００１９】
１５−１９は比較器を示し、減算器１５−１８の出力がゼロよりも大きければ、オン信号（ハイ信号）を出力し、減算器１５−１８の出力がゼロ以下であれば、オフ信号（ロー信号）を出力するものである。
１５−２０は減算器を示し、第２圧力検出器９が出力するポンプ吐出圧力ｈ_P1から第３圧力検出器１３が出力するタービン吐出圧力ｈ_T1を差し引いたものをタービン発生圧力ｈ_T として出力するものである。
【００２０】
１５−２１は減算器を示し、第１圧力検出器２が出力する押し込み圧力ｈ_SUから加算器１５−２が出力する給水設定圧力ｈ_S を差し引いた要求有効回生圧力ｈ_ARを出力するものである。
１５−２２は減算器を示し、減算器１５−２０が出力するタービン発生圧力ｈ_T から減算器１５−２１が出力する要求有効回生圧力ｈ_ARを差し引いたものを出力するものである。
【００２１】
１５−２３は比較器を示し、減算器１５−２２の出力がゼロ未満であれば、すなわち要求有効回生圧力ｈ_ARがタービン発生圧力ｈ_T よりも大きくなると、オン信号（ハイ信号）を出力し、減算器１５−２２の出力がゼロ以上であれば、オフ信号（ロー信号）を出力するものである。
１５−２４はポンプ速度設定器を示し、ポンプ６の速度ｎ_P2を設定するものである。
【００２２】
１５−２５は減算器を示し、ポンプ速度設定器１５−２４が出力する速度ｎ_P2から一次遅れ要素１５−７の出力ｎ^*2を差し引いたものを出力するものである。１５−２６は比較器を示し、減算器１５−２５の出力がゼロ以下であれば、オン信号（ハイ信号）を出力するとともに記憶し、減算器１５−２３のオン信号（ハイ信号）がリセット端子Ｒに供給されることにより、リセットする。
１５−２７はＮＡＮＤ回路を示し、比較器１５−２３の出力がそのまま入力され、比較器１５−２６の出力は反転されて入力される。
【００２３】
１５−２８の第１タービン速度設定器を示し、タービン１０の速度ｎ₁ を設定するものである。
１５−２９の第２タービン速度設定器を示し、タービン１０の速度ｎ₂ を設定するものである。
１５−３０はタービン速度切換器を示し、ＮＡＮＤ回路１５−２７の出力が供給されるコイル１５−３０ａと、このコイル１５−３０ａが消磁されると、第１タービン速度設定器１５−２８が出力する速度ｎ₁ を選択し、コイル１５−３０ａが励磁されると、第２タービン速度設定器１５−２９が出力する回転速度ｎ₂ を選択する接片１５−３０ｂとで構成されている。
【００２４】
１５−３１は比較器を示し、減算器１５−２１からの要求有効回生圧力ｈ_ARがゼロ以下であれば、オン信号（ハイ信号）を出力し、減算器１５−２１からの要求有効回生圧力ｈ_ARがゼロよりも大きければ、オフ信号（ロー信号）を出力するものである。
１５−３２は比較器を示し、インバータ１８からのトルクＴＭがゼロ以上であれば、オン信号（ハイ信号）を出力し、インバータ１８からのトルクＴＭがゼロ未満であれば、オフ信号（ロー信号）を出力するものである。
【００２５】
１５−３３は比較器１５−１９，１５−３１，５１−３２の出力を入力とするＯＲ回路、１５−３４はタイマを示し、このタイマ１５−３４は、ＯＲ回路１５−３３からのオン信号（ハイ信号）が一定時間継続すると、すなわち要求有効回生圧力ｈ_ARがゼロ以下になり、またはタービン１０のトルクがゼロ以上になり、または流量が最小設定流量ｑ_min 以下になって一定時間継続すると、オン信号（ハイ信号）を出力する。
【００２６】
１５−３５はタイマ１５−３４の出力を増幅する増幅器、１５−３６は停止速度指令器を示す。
１５−３７はタービンおよび電動開閉弁制御用リレーを示し、増幅器１５−３５の出力が供給されるコイル１５−３７ａと、このコイル１５−３７ａが消磁されると、接片１５−３０ｂの出力を選択し、コイル１５−３７ａが励磁されると、停止速度指令器１５−３６の出力を選択する第１接片１５−３７ｂと、コイル１５−３７ａが消磁されると、バイパス管１１の管路を閉成させる信号ＢＣを電磁開閉弁１２へ出力し、コイル１５−３７ａが励磁されると、バイパス管１１の管路を開放させる信号ＢＣを電磁開閉弁１２へ出力する第２接片１５−３７ｃとで構成されている。
【００２７】
このようにタービン１０を停止させ、電磁開閉弁１２を開放させると、タービン１０の摩擦損出はバイパス管１１の摩擦損出よりも大きいので、水は殆どバイパス管１１を流れる。
また、タービン１０を停止させる場合、インバータ１８に備えられた直線指令器に設定された減速度にしたがって緩やかにゼロ速度になるため、タービン１０の停止に伴う圧力変動は緩和される。
【００２８】
１５−３８は第１接片１５−３０ｂの選択した出力を変換した出力ｆ_2Sをインバータ１８へ出力するディジタル・アナログ変換器を示す。
１５−３９は管路損失揚程設定器を示し、演算器１５−１５の出力である二乗推定流量ｑ^*2に管路損失係数ｋを掛けたものを出力する係数乗算器１５−３９ａと、この係数乗算器１５−３９ａの出力を加算器１５−２へ出力するかを選択する選択スイッチ１５−３９ｂとで構成されている。
【００２９】
したがって、給水圧力設定器１５−１に実揚程と、管端圧力と、管路損失揚程との和を給水設定圧力ｈ_S として設定し、スイッチ１５−３９ｂを開放させることにより、吐出圧力一定制御で給水することができる。
なお、以下においては、吐出圧力一定制御で給水するものとして説明する。
【００３０】
図３はポンプおよびタービンの動作説明図である。
図３において、ｈ_P11 は、押し込み圧力ｈ_SUがゼロのとき、定格揚程、定格流量でポンプ６を運転している場合の揚程−流量を示すポンプ特性である。
いま、押し込み圧力が図示のｈ_SUで、給水設定圧力が図示のｈ_S である場合の吐出圧力一定制御、すなわち選択スイッチ１５−３９ｂがオフの状態について説明する。
【００３１】
前述したように、要求有効回生圧力ｈ_ARは、第（１）式のように表すことができる。
【００３２】
【数１】

【００３３】
しかし、要求有効回生圧力ｈ_ARが正の場合（ｈ_AR≧０）、従来の構成ではポンプ６の動作点が負の揚程になるため、制御できなかった。
そこで、本発明では、要求有効回生圧力ｈ_ARに対向する負の揚程を、ポンプ６に対して直列に配設したタービン１０で発生させ、その値を、例えば図３に示すように、定格流量においてＰ₁ −Ｅの揚程をタービン１０の速度ｎ₁ で発生させようにする。
【００３４】
つまり、Ｐ₁ −Ｅの揚程は、要求有効回生圧力ｈ_AR以上となる。
このとき、タービン特性をｈ_T11 とすると、ポンプ６の動作点は、揚程が正の領域の点Ｅとなり、圧力制御が可能となる。
そして、給水量が減少し、例えば点Ｄまで減少すると、タービン吐出圧力（揚程）ｈ_T1が要求有効回生圧力ｈ_ARに等しくなるので、タービン特性ｈ_T12 となる速度ｎ₂ にタービン１０の速度を切り換える。
【００３５】
このようにタービン１０を制御することにより、流量が減少してもポンプ６の動作点を常に正の揚程の領域におくことが可能になり、ポンプ６による吐出圧力一定制御が可能になる。
ところで、逆に流量が増加した場合、例えば点Ｄ以上に増加した場合、ポンプ６によって加圧する揚程が大きくなり過ぎるため、タービン特性ｈ_T12 をタービン特性ｈ_T11 とするためにタービン１０の速度をｎ₂ からｎ₁ に切り換える必要がある。
【００３６】
このタービン１０の速度の切り換えは、有効回生全圧力または有効回生全揚程を監視することによって可能であり、図２において、ポンプ６の速度をポンプ推定速度ｎ^* で検出し、ポンプ特性ｈ_P12 を与える速度ｎ₂ をポンプ速度設定器１５−２４に設定し、両者を比較器１５−２６で比較することにより、ＮＡＮＤ回路１５−２７を介してタービン速度切換器１５−３０のコイル１５−３０ａを消磁させ、タービン１０の速度をｎ₁ に切り換えている。
もちろん、図３において、ポンプ６の速度の検出に代えて推定流量ｑ^* が点Ｄの流量以上になったことを検出し、切り換えることも可能である。
【００３７】
以上の制御によって給水設定圧力ｈ_S は一定に制御され、その動作点は、図３の流量が点Ｄ″−Ｄ−Ｄ′と変化するのに対応してＰ₁ −Ｐ₂ −Ｐ₃ 線上を移動することになる。
他方、ポンプ６の吐出圧力ｈ_P1の軌跡は、タービン１０が存在するため、図３のＥ−Ｄ−Ｅ′−Ｄ′の曲線となり、一定圧力とならない。
【００３８】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、押し込み圧力ｈ_SUが給水設定圧力ｈ_S よりも大きい場合、従来では不可能であったポンプ６の速度制御による圧力制御が可能になる。
【００３９】
次に、水動力による回生動作について説明する。
図３においてタービン１０に与えられる理論水動力は、流量１００％の場合、面積ＢＨＥＰ₁ に比例した大きさとなる。
しかし、面積Ｂ０Ｄ″Ｐ₁ に比例した理論水動力は、押し込み側から与えられる余剰の水動力相当分である。
また、面積０ＨＥＤ″の理論水動力は、圧力制御のために追加されたポンプ６によって与えられた理論水動力である。
つまり、この発明では、定圧力制御を行いながら、押し込み側から与えられた余剰の水動力、圧力制御を行うために追加されたポンプ６の水動力を一緒に回生できる点に特徴がある。
【００４０】
このように制御する場合、タービン１０の特性とその効率特性が重要である。
そこで、前述したように、汎用の渦巻きポンプを逆転、逆流状態でタービン動作を行わせている。
このタービン１０の特性を図４に示すが、図４はタービン１０の速度ｎをパラメータとした場合の揚程と流量との関係を単位法で示したものである。
図４において、●印はインバータ１８のトルクＴＭがゼロになる点であり、この点よりも大流量側において、タービン用電動機１９は回生制動領域、つまり電力回生領域で動作する。
【００４１】
つまり、トルクＴＭが負の状態で、タービン１０は水動力を回生運転できることになり、実際、トルクＴＭの負の値と、そのときのタービン１０の速度の積に相当した動力を電源に回生する。
しかし、トルクＴＭがゼロ点よりも小流量側では、タービン用電動機１９は電動領域で動作し、タービン１０はポンプ６として動作していることになり、トルクＴＭの正の値と、そのときのタービン１０の速度の積に相当する動力を消費する。
つまり、この場合には、電力を消費している。
【００４２】
そこで、省エネルギーのためには、トルクＴＭが負になる領域でのみタービンを使用することが望ましい。
したがって、この発明では、前述したように、トルクＴＭがゼロか、正の値になる場合、タービン１０をバイパスさせ、タービン１０を停止させている。
【００４３】
図５はこの発明の一実施態様におけるタービン１０の代表的効率特性を示す図で、速度が一定の場合、流量低下に対応してタービン１０の効率が低下することが分かる。
したがって、流量低下に伴ってタービン１０の速度を切り換える前述の説明は、圧力制御可能な条件を得る手段の他、タービン１０の効率低下の改善対策にもなっている。
また、図５に示したように、選定された定格のポンプは、ある流量点以下で流量低下に伴う効率の低下が著しくなる。
【００４４】
そこで、図５の特性からタービン１０の定格流量の選定、特に、最小流量の決定が重要であり、必要以上の低流量での使用は、効率の点からも好ましくない。
この問題の対策として、図２に示すように、最小設定流量ｑ_min の設定を行う最小流設定器１５−１７と、推定流量ｑ^* と最小設定流量ｑ_min とを比較する比較器１５−１９とを設け、推定流量ｑ^* が最小設定流量ｑ_min よりも小さくなる場合は、電動弁１２を開放してタービン１０をバイパスさせるとともに、タービン１０を停止させる。
【００４５】
次に、推定流量の演算を図２を参照して説明する。
前述したように、直線指令器１５−６はインバータ１６に内蔵された直線指令器と同じ特性で、比例積分制御器１５−４の出力信号をインバータ１６の指令周波数推定値ｆ^* として出力する。
この指令周波数推定値ｆ^* は一次遅れ要素１５−７によってポンプ６の速度のポンプ推定速度ｎ^* となり、二乗演算器１５−８によって出力ｎ^*2になる。
【００４６】
この出力ｎ^*2にポンプ６の締め切り揚程を決定するポンプ定数ａを定数乗算器１５−９で掛ければ、ａｎ^*2、すなわちポンプ６の推定締め切り揚程を得ることができる。
このポンプ６の推定締め切り揚程（ａｎ^*2）を利用する第（３）式によって二乗推定流量ｑ^*2を得ることができ、第（４）式によって推定流量ｑ^* を得ることができる。
【００４７】
【数２】

【００４８】
【数３】

【００４９】
【数４】

【００５０】
ただし、ｎ^* ：ポンプ推定速度（ｐ．ｕ．）＝Ｎ^* ／Ｎ_N （ｐ．ｕ．）
Ｎ^* ：ポンプ推定速度（ｒｐｍ）
Ｎ_N ：ポンプ定格速度（ｒｐｍ）
ｈ_SU ：押し込み揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈ_SU ／Ｈ_N （ｐ．ｕ．）
Ｈ_SU ：押し込み揚程（逆止め弁４の入り側）（ｍ）
Ｈ_N ：ポンプ６の定格揚程（ｍ）
ｈ_SUC ：固定損失揚程（逆止め弁４）（ｐ．ｕ．）＝Ｈ_SUC ／Ｈ_N （ｐ．ｕ．）
Ｈ_SUC ：固定損失揚程（逆止め弁４）（ｍ）
ａ ：ポンプ定数
ｂ ：ポンプ定数
ｈ_SUL ：定数
ｈ_P ^* ：ポンプ推定揚程＝（ａｎ^*2−ｂｑ^*2）（ｐ．ｕ．）
ｈ_P1 ：ポンプ吐出揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈ_P ／Ｈ_N （ｐ．ｕ．）
Ｈ_P ：ポンプ吐出揚程（ｍ）
【００５１】
次に、推定末端圧力一定制御の場合について説明する。
図２の演算器１５−１５の出力側に、第（３）式に示した二乗推定流量ｑ^*2が得られるので、この値に管路損失係数ｋ（ただし、ｋ＜１．０）を掛けた値、ｋｑ^*2を加えた値を給水設定圧力ｈ_S とするように変更することにより、実現できる。
すなわち、給水圧力設定器１５−１の設定値ｈ_S1を第（５）式のように設定すればよい。
【００５２】
【数５】

【００５３】
ただし、ｈ_a ：給水負荷の実揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈ_a ／Ｈ_N （ｐ．ｕ．）
Ｈ_a ：給水負荷の実揚程（ｍ）
Ｈ_N ：ポンプ６の定格揚程（ｍ）
ｈ_k ：給水管端揚程（ｐ．ｕ．）＝Ｈ_K ／Ｈ_N （ｐ．ｕ．）
Ｈ_k ：給水管端揚程（ｍ）
ｋ ：管路損失係数（ｋ＜１．０）
【００５４】
このように変更することにより、タービン１０の吐出側の圧力は、第（５）式の設定値ｈ_S1、つまり推定末端圧力一定に制御されることになり、図２の管路損出揚程設定器１５−３９は第（５）式のｋｑ^*2を演算する。
また、設定値ｈ_S1と有効押し込み圧力ｈ_SUA との差により、要求有効回生圧力ｈ_ARが演算され、タービン１０の速度の切り換えや、要求有効回生圧力ｈ_ARが負の場合のタービン１０の停止、電動開閉弁１２の開放などの制御は、前述した吐出圧力一定の場合と同様である。
【００５５】
上記した実施形態は、水道管１から直接給水する例を示したが、受水槽から給水する場合、切換スイッチ１５−１１を受水槽側であるゼロ側へ切り換え、第（３）式の定数ｈ_SUL をゼロにすればよい。
このように受水槽から給水する場合、逆止め弁４が省略できる。
また、電動開閉弁１２を開放させてバイパス管１１を介して給水する場合、タービン１０を停止させたが、タービン１０を極低速、例えば定格の５％〜１０％位の速度で回転させておくと、錆の発生を防止でき、軸受け、メカニカルシールの長寿命化を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、従来、可変速でポンプを制御する給水装置では給水設定圧力よりも押し込み圧力が大きい場合、圧力制御が不可能であったが、この発明によって圧力制御が可能となり、押し込み圧力が過大な場合においても、調整された給水設定圧力で質のよい給水ができる。
また、余剰な水動力を電力として回生できるので、また、タービンのトルクを監視し、タービンがタービン動作を外れた場合、タービンを停止させ、開閉弁を開放させてバイパス管側から給水するので、省エネルギー効果の大きな給水装置を提供できる。
また、タービンの速度を切り換えることにより、安価で効率よく電力を回生する給水装置を提供できる。
なお、タービンとして汎用のポンプを利用することにより、さらに安価な給水装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である給水装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した制御部の一例を示すブロック図である。
【図３】ポンプおよびタービンの動作説明図である。
【図４】タービンの速度をパラメータとした揚程−流量特性図である。
【図５】タービンの流量−効率特性図である。
【符号の説明】
１ 水道管
２ 第１圧力検出器
３ 給水配管
４ 逆止め弁
５ 吸い込み側締め切り弁
６ ポンプ
７ 逆止め弁
８ 締め切り弁
９ 第２圧力検出器
１０ タービン
１１ バイパス管
１２ 電動開閉弁
１３ 第３圧力検出器
１４ 給水側締め切り弁
１５ 制御部
１５−１ 給水圧力設定器
１５−２ 加算器
１５−３ 減算器
１５−４ 比例積分制御器
１５−５ ディジタル・アナログ変換器
１５−６ 直線指令器
１５−７ 一次遅れ要素
１５−８ 二乗演算器
１５−９ 定数乗算器
１５−１０ 押し込み固定損失設定器
１５−１１ 減算器
１５−１２ 切換スイッチ
１５−１３ 減算器
１５−１４ 減算器
１５−１５ 演算器
１５−１６ 平方根演算器
１５−１７ 最小流量設定器
１５−１８ 減算器
１５−１９ 比較器
１５−２１ 減算器
１５−２２ 減算器
１５−２３ 比較器
１５−２４ ポンプ速度設定器
１５−２５ 減算器
１５−２６ 比較器
１５−２７ ＮＡＮＤ回路
１５−２８ 第１タービン速度設定器
１５−２９ 第２タービン速度設定器
１５−３０ タービン速度切換器
１５−３１ 比較器
１５−３３ ＯＲ回路
１５−３４ タイマ
１５−３５ 増幅器
１５−３６ 停止速度指令器
１５−３７ タービンおよび電動開閉弁制御用リレー
１５−３８ ディジタル・アナログ変換器
１５−３９ 管路損失揚程設定器
１６，１８ インバータ
１７ ポンプ用電動機
１９ タービン用電動機

Claims (12)

1. ポンプの回転速度を制御して給水設定圧力で給水する給水方法において、
   前記ポンプの下流に配設されたタービンの吐出圧力が前記給水設定圧力となるように前記ポンプの回転速度を正の揚程に制御するとともに、前記タービンの回転速度を負の揚程に制御して給水することにより、水動力で前記タービンを回転させて発電する、
   ことを特徴とする給水方法。
2. 請求項１に記載の給水方法において、
   前記タービンの発生圧力が、前記ポンプへの押し込み圧力と前記給水設定圧力との差である要求有効回生圧力よりも大きくなるように前記タービンの速度を制御している状態で、
   前記タービンの発生圧力が前記要求有効回生圧力以下のときは、前記タービンの発生圧力を大きくなるように前記タービンの回転速度を制御し、
   前記タービンの発生圧力が前記要求有効回生圧力よりも大きいときは、前記タービンの発生圧力を小さくなるように前記タービンの回転速度を制御する、
   ことを特徴とする給水方法。
3. 請求項１に記載の給水方法において、
   前記ポンプへの押し込み圧力が前記給水設定圧力以下のときは、前記ポンプの吐出側と前記タービンの吐出側とを接続するバイパス管に配設された開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
   ことを特徴とする給水方法。
4. 請求項３に記載の給水方法において、
   前記タービンのトルクがゼロ以上になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
   ことを特徴とする給水方法。
5. 請求項３に記載の給水方法において、
   演算して求めた推定流量が最小設定流量以下になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
   ことを特徴とする給水方法。
6. 請求項３に記載の給水方法において、
   前記ポンプへの押し込み圧力と前記給水設定圧力との差である要求有効回生圧力がゼロ以下になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
   ことを特徴とする給水方法。
7. ポンプの回転速度を制御部で制御して給水設定圧力で給水する給水装置において、
   前記ポンプの下流にタービンを配設し、
   このタービンに発電機を連結するとともに、
   前記タービンの吐出側に圧力検出手段を配設し、
   前記制御部は、前記圧力検出手段の検出圧力が前記給水設定圧力となるように前記ポンプの回転速度を正の揚程に制御するとともに、前記タービンの回転速度を負の揚程に制御する、
   ことを特徴とする給水装置。
8. 請求項７に記載の給水装置において、
   前記制御部は、前記タービンの発生圧力が前記ポンプへの押し込み圧力と前記給水設定圧力との差である要求有効回生圧力よりも大きくなるように前記タービンの速度を制御している状態で、
   前記タービンの発生圧力が前記要求有効回生圧力以下になると、前記タービンの発生圧力を大きくなるように前記タービンの回転速度を制御し、
   前記タービンの発生圧力が前記要求有効回生圧力よりも大きくなると、前記タービンの発生圧力を小さくなるように前記タービンの回転速度を制御する、
   ことを特徴とする給水装置。
9. 請求項７に記載の給水装置において、
   前記ポンプの吐出側と前記タービンの吐出側とをバイパス管で連結し、
   このバイパス管に開閉弁を配設し、
   前記制御部は、前記ポンプへの押し込み圧力が前記給水設定圧力以下のときに前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
   ことを特徴とする給水装置。
10. 請求項９に記載の給水装置において、
    前記タービンのトルクを検出するトルク検出手段を設け、
    前記制御部は、前記トルク検出手段のトルクがゼロ以上になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
    ことを特徴とする給水装置。
11. 請求項９に記載の給水装置において、
    前記制御部は、演算して求めた推定流量が最小設定流量以下になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
    ことを特徴とする給水装置。
12. 請求項９に記載の給水装置において、
    前記制御部は、前記ポンプへの押し込み圧力と前記給水設定圧力との差である要求有効回生圧力がゼロ以下になる状態が一定時間継続すると、前記開閉弁を開放させ、前記タービンを停止または極低速で回転させる、
    ことを特徴とする給水装置。

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