JP4676721B2 - ポンプ装置 - Google Patents
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Description
前記典型的な期間に設定した場合、例えば毎日必ず1回は発停を行うポンプであれば、13日〜14日毎にNmaxの初期化を行う。毎日ではなく例えば5日前後の日程で発停を行うポンプであっても、最長で17日毎に初期化を行うということになる。
または締め切り圧力と回転速度の関係式(典型的には2次方程式)の係数を記憶しておき、抵抗曲線算出に必要な値(例えばNb)をその方程式から計算してもよい。
なお、N−H座標(不図示)上で運転カーブSV=f(N)(SVは目標圧力)を規定するためには2点が定まればよいので、そのうちの1点が締め切り時である必要はない。要は運転カーブ上にあるべき点の中から2点を選べばよい。ただし、運転カーブが定まっていない段階で運転カーブ上にあるべき点を規定することができるのは、一般に最大必要流量の点と締め切り点だけである。それ以外の点では、運転カーブが未定義の段階では、流量と回転速度と吐出圧力の関係は未知だからである。逆にいえば、流量と回転速度と吐出圧力の関係を定めているのが運転カーブである。但し、末端に圧力計を設置して、その実測圧力がPbとなるように回転速度を調整することにより、中間の点でも運転カーブを規定するための点として採用することができる。
(1)回転数指令値≦定格回転数(誘導電動機ポンプにおける50Hzもしくは60Hzに相当する値)
(2)圧力と回転数の関係が平衡状態もしくはそれに近い状態になっている。具体的には、プログラム内で次の式により状態識別する。(目標圧力(圧力コントローラ部のSV値)と吐出し圧力(圧力コントローラ部のPV値))の差の絶対値≦0.3m)
図6のフロー図を参照して、第1の実施の形態をさらに詳しく説明する。
S1:まずポンプを始動する。
S2:ポンプをある初期回転速度Nで運転する。
S3:ポンプの運転回転速度Nに基づき推定末端圧力一定制御用演算部15で演算をして目標吐出圧力を求める。
目標吐出圧力を圧力コントローラ部14(図3参照)に設定圧力として入力する。
S4:一方圧力センサ323が、運転回転速度Nで運転されているポンプの吐出圧力を検出する。検出された圧力は圧力コントローラ部14に入力される。
S5:圧力コントローラ部14は、S3で求めた目標吐出圧力とS4で検出された実際の吐出圧力とを比較する。
S6:圧力コントローラ部14は、本実施の形態では比例積分(PI)制御調節器である。したがって、S5による比較に基づき、両者の差がゼロになる方向にポンプの回転速度の設定値を決めて速度コントローラ部13に出力する。例えば回転速度Nで運転されているポンプ吐出圧力が抵抗曲線R1で定まる目標圧力よりも低いときは、回転速度の設定値を上げる。このようにして、目標吐出圧力と検出された実際の吐出圧とが等しくなったところで安定した運転が継続される。
S7:先に説明したように、ポンプを現場へ据え付け後の初期状態では、推定末端圧力一定制御用演算部15は、目標圧力=Paとして運転させ、その間の最大回転速度をNmaxとして、速度データが得られるようになったところで抵抗曲線R1を決定する。
S8:本実施の形態のポンプ装置では、装置を据え付けて運転開始後、又は前回の初期化後、第1の所定期間としての13日間(約2週間)経過した後4日以内にポンプが停止したときに抵抗曲線R2の再設定、すなわち初期化を行う。また前記4日以内にポンプが停止しないときは、強制的に初期化を行うように構成されている。
前回の初期化から13日以内の停止であれば初期化はしない。したがって頻繁すぎる初期化を避けることができる。また13日経過後はポンプ停止時に初期化するので、運転中の初期化をさけることができ、需要者が水の使用中に水の流れ方が急変することを回避できる。また4日の間にポンプが停止しないときは、強制的に初期化するので、抵抗曲線が不自然なR2になっていたとしても、そこで本来の抵抗曲線R1に戻すことができる。
ステップS8では、ポンプ装置が運転継続中に初期化時期に至っているか否かを、上記のように判断する。
S9:初期化時期でなければ、ポンプ最大流量が過去の最大流量を越えたか否かを判断し、越えていなければ(S9がNo)、そのままの状態でポンプの運転を継続する(S2)。
S7:越えていれば(S9がYes)、新しい最大流量に基づき演算カーブ(例えばR2)を設定する。最大流量に基づき設定するとは、具体的には、その最大流量で配管損失を見込んだポンプ吐出圧力Paになるポンプ回転速度Nmax2に基づいてカーブR2を定めるということである。
例えば浅井戸ポンプでは、吸込み水位がかなりの幅、例えば12m幅(−8mから+4m)で変化しても運転が可能に設計されている。井戸の水位には季節変動があるからである。一般に春には水位が高く、秋口には水位が低くなる。
このように構成すると、吸込み水位は低下するしかないので、図中性能曲線は下方に移動する。その結果、抵抗曲線Rは図中左方向、同一水量について言えば上方に移動する。このような移動の結果、吸込み水位が下降するにつれて、推定末端圧力一定制御の結果、ポンプの吐出圧力は欲しい圧力よりも高めになり、ポンプの能力があるにもかかわらず吐出圧力が低く運転されることがなく、また言い換えれば、本来欲しい吐出水量が得られないということがなくなる。吸込み圧力検出手段を用いずとも、上記のような制御が可能となる。
(2)次に、(b)に示すように、吸込み圧力がPsからPs’へ上昇したとする。ここでPs<Ps’とする。前述のように、運転カーブは、Nmax(Ps’)のポンプ特性曲線とH=Paの直線(Q軸に平行)が交差した点1’とNb(Ps’)のポンプ特性曲線とH=Pbの直線(Q軸に平行)が交差した点2’を結ぶ曲線すなわち運転カーブ(Ps’)へシフトする。ここでは運転カーブ(Ps)を破線で、新しい運転カーブ(Ps’)を実線で表している。
(3)Nmax(Ps)のポンプ特性曲線とH=Paの直線(Q軸に平行)が交差した点が建物のバルブ最大開放時だったとすると、建物のバルブ最大開放のままであるにもかかわらず、運転カーブ(Ps)から運転カーブ(Ps’)へ運転カーブがシフトした結果圧力流量とも不足することになる。
(4)(3)で述べた問題を軽減するために、(c)(d)に示すように、Nmaxを初期化し、運転カーブの再設定を行う。Nmax(Ps)のポンプ特性曲線とH=Paの直線(Q軸に平行)が交差した点が建物のバルブ最大開放時だったとすると、Nmaxを初期化し運転カーブの再設定を行っている時もこの点以上右側へ動作点を持っていくことはできない。その時の回転数をNmax’とすると、Nmaxを初期化し運転カーブの再設定を行った結果得られる運転カーブ(再設定した運転カーブ(Ps’)の右端の点は、Nmax’(Ps’)のポンプ特性曲線とH=Paの直線(Q軸に平行)が交差した点3(=1)となる。なお、Nmax’(Ps’)のポンプ特性曲線とNmax(Ps)のポンプ特性曲線を同じQ−H座標上に描くと概ね重なり合う(Nmax’<Nmax)。一方、再設定した運転カーブ(Ps’)の左端の点は、Nb(Ps’)のポンプ特性曲線とH=Pbの直線(Q軸に平行)が交差した点のままである。これは初期化および運転カーブの再設定はNmaxに関しての作業であり、Nbに関しては再設定しない。すなわち、吸込み圧力Ps’時の締切り圧力がPbとなるような回転速度Nb’を求める作業を行わない。こうすることにより、吸込み圧力Ps’で締切り時の回転速度Nb’を求める必要がなくなり、したがって前回の初期化以来一度も締切り状態すなわちポンプ停止していない場合においても、運転カーブの再設定を行うことが可能となる。前回の初期化以来今回の初期化までの間に締切り状態すなわちポンプ停止があった場合は、その時の回転速度と吐出し圧力を用いて、その時の吸込み圧力(ほぼPs’であると考えて良い)において締切り圧力がPbとなるような回転速度Nb’を求め、そのNb’と前述のNmax’を用いて運転カーブを再設定しても良い。Nb’を求めるか求めないかに拘わらずすなわち上述のどちらの方法によっても、吸込み側に圧力センサを設置すること無しに、吸込み圧力の変動に起因する運転カーブのシフトを補正でき、使用者に不便を強いることのない運転カーブを再設定できるようになる。
給水設備毎に個別に実測して制御を行うような労力と時間のかかる方法を必要としないで、配管末端圧力をほぼ一定に保つことができる。
また、必要以上に高い流量に基づいた抵抗曲線が設定されてしまった場合でも、スケジュールに従って初期化するので、適切な時期に正常な推定末端圧力制御に戻すことができる。
また、吸込み水位の変化に対応して、ポンプの性能をフルに発揮できる状態で推定末端圧力一定制御をすることができる。
12 CPU
13 速度コントローラ部
14 圧力コントローラ部
15 推定末端圧力一定制御用演算部
16 自動発停制御部
17 メモリー
18 I/O
19 A/D
20 D/A
201 給水装置
210 電動機
211 電動機本体
230 インバータ装置
232 IPM素子
309 吸込管
310 ポンプ
311 羽根車
312 ポンプケーシング
313 ポンプケーシングカバー
321 チェッキ弁
322 圧力タンク
323 圧力センサ
324 フロースイッチ
325 吐出管
326 吸込口
327 吐出口
328 呼水栓
331 ユニットカバー
L レベル
S 地上
W 水
Well 井戸
Claims (2)
- 流体を昇圧し吐出するポンプと;
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と;
前記ポンプを駆動する電動機と;
前記昇圧された流体の供給先の末端圧力を前記ポンプの吐出流量に拘わらずほぼ一定に調節するための推定末端圧力一定制御用演算部であって、前記末端圧力をほぼ一定に調節するための前記ポンプの吐出流量に対応する吐出圧力の関係を、最低必要流量に対応する前記ポンプの最低回転速度と最大必要流量に対応する前記ポンプの最高回転速度との間について演算して求める推定末端圧力一定制御用演算部と;
実際の必要流量に対応して、前記検出される吐出圧力が前記演算で求められた関係に従った吐出圧力になるように、前記電動機の回転速度を制御する回転速度制御手段とを備え;
前記推定末端圧力一定制御用演算部は、前記最高回転速度を前記供給先で必要とする最大必要流量が前記ポンプの運転中に大きい方向に変化したときは該大きくなった最大流量に応じて再演算するように構成され、前記最高回転速度は予め設定されたスケジュールに従って初期化されるように構成され;
前記スケジュールは、運転開始後又は前回の初期化から第1の所定の期間経過後第2の所定期間の間に前記ポンプが停止したときに初期化を行い、前記第2の所定期間の経過までに前記ポンプが停止しないときは、前記ポンプが運転中であっても強制的に初期化を行うものである、ポンプ装置。 - 前記スケジュールは、前記ポンプの始動スイッチを運転に切り替えてから直ちに初期化を行った後第3の所定期間経過の後に初期化を行うものである、請求項1に記載のポンプ装置。
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