JP4553664B2 - ポンプ機場のポンプ運転方法、ポンプ運転装置及びポンプ機場 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ吸込水槽に連通する閉断面水路にポンプ設置孔の下端開口を連通し、該ポンプ設置孔にポンプを設置してあるポンプ機場のポンプ運転方法、ポンプ運転装置及びポンプ機場に関するものである。

図１はこの種のポンプ機場の構成例を示す図である。図示するように吸込み水路１に連通してポンプ吸込水槽２が設けられ、ポンプ吸込水槽２に連通する閉断面水路３が設置され、更に該閉断面水路３に連通してポンプ設置孔４が設けられている。そしてこのポンプ設置孔４にポンプ（立軸ポンプ）５が設置され、該ポンプ５が駆動機であるガスタービン６により減速機７を介して駆動されるようになっている。吸込み水路１とポンプ吸込水槽２の境には、スクリーン８が配置されている。また、９はポンプ吸込水槽２内の水位を検出する水位計である。

上記構成のポンプ機場において、駆動機６を起動し、減速機７を介してポンプ５を駆動すると、ポンプ吸込口５ａから吸込まれた水は、吐出弁１０を通して吐出されるようになっている。

特開２００３−２９３９９９号公報

上記構成のポンプ機場において、吸込み水路の高流速化が進み、且つ駆動機６に始動・停止時間が短いガスタービンを採用することが多くなってきている。これにより、従来のポンプ機場では問題とならなかった吸込み水路やポンプ吸込み水槽でもサージングの問題が生じやすくなっている。サージングが発生すると、例えば始動時においては、始動と同時に急激にポンプ吸込水槽２の水位１０１が図２に示すように非常停止設定水位１０２以下に下がり、ポンプ吸込水槽に設置してある水位計９がその水位１０３を検知し、ポンプ５が非常停止してしまい、始動できなくなるという問題が生じる。

上記問題を解決するため、吐出弁１０をゆっくり開閉する方法もあるが、大型のポンプ機場では、吐出弁１０の代りにゲートを用いることがあり、長い時間ゲートを中間開度で操作することになり好ましくない。また、ポンプ５に軸流ポンプを用いる場合は、ポンプの締め切り運転はできないため、弁全開で始動する。弁による流量制御ができないと、急激にポンプ吐出し量が増加してサージングが発生してしまう。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、吐出弁の代りにゲートを用いても、ポンプに軸流ポンプを用いた場合でもサージングを抑制できるポンプ機場のポンプ運転方法、ポンプ運転装置及びポンプ機場を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため請求項１に記載の発明は、ポンプ吸込水槽に連通する水路にポンプ設置孔の下端開口を連通し、ポンプ設置孔にポンプを設置し、ポンプの吐出管には吐出弁を有し、ポンプは駆動機により駆動され、該駆動機の回転速度を調節可能な制御装置を有する構成のポンプ機場のポンプ運転方法であって、ポンプの始動は先ず吐出弁を全開とし、次いで駆動機をポンプの回転速度がポンプ吸込水槽の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度となる駆動機自立回転速度まで連続的に増速させ、次いで水路特性に合わせたサージングが発生しない予め設定した回転数毎の最適増速率で駆動機をポンプが定格回転数に達するまで増速させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、ポンプ吸込水槽に連通する水路にポンプ設置孔の下端開口を連通し、ポンプ設置孔にポンプを設置し、ポンプの吐出管には吐出弁を有し、ポンプは駆動機により駆動され、該駆動機の回転速度を調節可能な制御装置を有する構成のポンプ機場のポンプ運転装置であって、
制御装置は、ポンプの始動は先ず吐出弁を全開とし、次いで駆動機をポンプの回転速度がポンプ吸込水槽の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度となる駆動機自立回転速度まで連続的に増速させ、次いで水路特性に合わせたサージングが発生しない予め設定した回転数毎の最適増速率で駆動機をポンプが定格回転数に達するまで増速させる機能を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、ポンプ吸込水槽に連通する水路に下端開口が連通する複数のポンプ設置孔を設置し、ポンプ設置孔のそれぞれにポンプを設置した構成のポンプ機場において、ポンプの少なくとも一つは他のポンプよりその羽根車の高さ位置を異にし、各ポンプの運転装置のうち１つ乃至２つ以上に請求項２のポンプ運転装置を用いたことを特徴とする。

請求項１及び２に記載の発明によれば、ポンプの始動は先ず吐出弁を全開とし、次いで駆動機をポンプの回転速度がポンプ吸込水槽の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度となる駆動機自立回転速度まで連続的に増速させ、次いで水路特性に合わせたサージングが発生しない予め設定した回転数毎の最適増速率で駆動機をポンプが定格回転数に達するまで増速させるので、サージングを抑制でき、サージングによる問題、例えば始動時において、急激にポンプ吸込水槽の水位が非常停止設定水位以下に下がり、ポンプが非常停止してしまうという問題を回避できる。

請求項３に記載の発明によれば、ポンプの少なくとも一つは他のポンプよりその羽根車の位置を異にし、各ポンプの運転装置のうち１つ乃至２つ以上に請求項２のポンプ運転装置を用いるので、揚水開始がポンプにより異なり、更に１つ乃至２つ以上ポンプは請求項２のポンプ運転装置で運転されるから、サージングを抑制でき、サージングによる問題を回避できるポンプ機場を提供できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。なお、本発明に係るポンプの運転方法及び運転装置を適用するポンプ機場の構成は、図１に示すポンプ機場と同じであるので、その図示は省略する。駆動機には本実施形態では、ガスタービン６を用いた例を説明する。図３は本発明に係るポンプ運転方法のポンプ始動時の制御フローを示す図である。本制御フローは、図示を省略する制御装置で実行するようになっている。本ポンプ始動制御には、ガスタービンの回転速度をポンプ５が定格回転速度（１００％回転速度）に達するまで連続的に増速させて運転する連動運転選択（ＳＴ１）と、ポンプ５をガスタービン自立回転速度（一般に定格回転速度の６０％）で運転する管理運転選択（ＳＴ２）とがある。

先ず吐出弁１０を全開とし（ＳＴ３）、ガスタービン６の始動指令を発する（ＳＴ４）。連動運転選択（ＳＴ１）及び管理運転選択（ＳＴ２）のいずれかが選択されていれば、６０％回転速度モードに設定し（ＳＴ５）、ポンプ５を非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度までガスタービン６を増速する。ガスタービン６の回転速度が定格回転速度の６０％に達したら（ＳＴ６）、ガスタービン６の始動完了とする（ＳＴ７）。続いて管理運転選択（ＳＴ２）であった場合は、そのままポンプの始動を完了する（ＳＴ８）。連動運転選択（ＳＴ１）の場合は、増速指令を出し（ＳＴ９）、ガスタービン６を増速し（ＳＴ１０）、１００％回転速度、即ち定格回転速度に到達したら（ＳＴ１１）、始動を完了する（ＳＴ１２）。

上記ＳＴ１０におけるガスタービンの増速について図４を用いて説明する。図４において、ガスタービン６が自立回転速度（一般に定格回転速度の６０％）であるＤ点、即ちポンプ５をポンプ吸込水槽２の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度になるまで通常に始動している。そして、Ａはその後定格回転速度までサージングの問題が発生しない範囲の増速率で速度を増速し、１００％回転速度Ｅ、即ち定格回転速度に達するまで増速する場合を示している。ＢはＤ点に達した後、１００％回転速度Ｅ、即ち後定格回転速度に達するまで水路特性に合わせて、サージングの問題が発生しない予め設定したある回転速度毎の最適増速率で増速する場合を示している。また、ＣはＤ点に達した後、１００％回転速度Ｅ、即ち後定格回転速度まで、回転速度を所定量増速しその回転速度で過渡現象が収まるまで待ち、該過渡現象が収まったら回転速度を再び所定量増速し、この操作を繰り返す場合を示している。

図４のＡ、Ｂ、Ｃに示すタービン増速制御は、上記図示しない制御装置が具備する機能を実行することが達成できるようになっている。

自立回転速度Ｄに達した後、定格回転速度Ｅに達するまで、図４の増速制御にＡ、Ｂ、Ｃの何れの方法を通っても、サージングの発生を抑制でき、サージングにより発生する問題を回避できる。

なお、上記例ではポンプ吸込水槽２に連通する閉断面水路３に下端開口が連通する１つのポンプ設置孔４が設けられ、該ポンプ設置孔４にポンプ（立軸ポンプ）５が設置された構成のポンプ機場のポンプ運転方法及び運転装置を説明したが、ポンプ機場の構成はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、ポンプ吸込水槽２に連通する閉断面水路３に下端開口が連通する複数（図では３つ）のポンプ設置孔４−１、４−２、４−３を設け、各ポンプ設置孔４−１、４−２、４−３にそれぞれポンプ５−１、５−２、５−３を設置した構成のポンプ機場でもよい。

図５に示す構成のポンプ機場において、各ポンプ設置孔４−１、４−２、４−３に設置されたポンプ５−１、５−２、５−３の羽根車（図示せず）の高さ位置を段階的に異にし、｛図では（ポンプ５−１の羽根車高さ位置）＜（ポンプ５−２の羽根車高さ位置）＜（ポンプ５−３の羽根車高さ位置）｝、各ポンプ５−１、５−２、５−３の運転に、上記ポンプの運転方法及び運転装置を採用してもよい。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記例では駆動機にガスタービンを用いる例を示したが、駆動機としてはこれに限定されるものではなく、ディーゼルエンジンでも、またインバータや液体抵抗器等を用いた電動機でもよい。また、吐出管の先端に、吐出水槽を有するポンプ機場において、吐出水槽で発生するサージングが問題となる場合があるが、このような場合においても、本発明に係るポンプ運転方法及びポンプ運転装置で、始動時のサージングによる問題を回避できる。

ポンプ機場の構成例を示す図である。 ポンプ機場の吸込水槽の水位が異常低下した場合を示す図である。 本発明に係るポンプ機場のポンプ運転装置のポンプ始動時の制御フローを示す図である。 本発明に係るポンプ機場のポンプ運転装置のポンプ回転速度と時間の関係を示す図である。 本発明に係るポンプ機場の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 吸込み水路
２ ポンプ吸込水槽
３ 閉断面水路
４ ポンプ設置孔
５ ポンプ
６ ガスタービン
７ 減速機械
８ スクリーン
９ 水位計
１０ 吐出弁

Claims (3)

1. ポンプ吸込水槽に連通する水路にポンプ設置孔の下端開口を連通し、前記ポンプ設置孔にポンプを設置し、前記ポンプの吐出管には吐出弁を有し、前記ポンプは駆動機により駆動され、該駆動機の回転速度を調節可能な制御装置を有する構成のポンプ機場のポンプ運転方法であって、
   前記ポンプの始動は先ず前記吐出弁を全開とし、次いで前記駆動機を前記ポンプの回転速度が前記ポンプ吸込水槽の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度となる駆動機自立回転速度まで連続的に増速させ、次いで前記水路特性に合わせたサージングが発生しない予め設定した回転数毎の最適増速率で前記駆動機を前記ポンプが定格回転数に達するまで増速させることを特徴とするポンプ機場のポンプ運転方法。
2. ポンプ吸込水槽に連通する水路にポンプ設置孔の下端開口を連通し、前記ポンプ設置孔にポンプを設置し、前記ポンプの吐出管には吐出弁を有し、前記ポンプは駆動機により駆動され、該駆動機の回転速度を調節可能な制御装置を有する構成のポンプ機場のポンプ運転装置であって、
   前記制御装置は、前記ポンプの始動は先ず前記吐出弁を全開とし、次いで前記駆動機を前記ポンプの回転速度が前記ポンプ吸込水槽の水位が非常ポンプ停止設定水位以下にならない所定の回転速度となる駆動機自立回転速度まで連続的に増速させ、次いで前記水路特性に合わせたサージングが発生しない予め設定した回転数毎の最適増速率で前記駆動機を前記ポンプが定格回転数に達するまで増速させる機能を備えたことを特徴とするポンプ機場のポンプ運転装置。
3. ポンプ吸込水槽に連通する水路に下端開口が連通する複数のポンプ設置孔を設置し、前記ポンプ設置孔のそれぞれにポンプを設置した構成のポンプ機場において、
   前記ポンプの少なくとも一つは他のポンプよりその羽根車の高さ位置を異にし、前記各ポンプの運転装置のうち１つ乃至２つ以上に請求項２のポンプ運転装置を用いたことを特徴とするポンプ機場。

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