JP4750251B2

JP4750251B2 - 排水ポンプ装置

Info

Publication number: JP4750251B2
Application number: JP2000210674A
Authority: JP
Inventors: 豊永江; 実小島; 哲也岩崎; 正二大塚; 至天田; 俊英酒井; 周一郎末永
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2002021765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水ポンプ装置に係り、主に河川等に建設される設備で、信頼性の高い確実な排水を行うための排水ポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排水ポンプ機場の電源系統の一例を図３を参照して説明する。
【０００３】
図３は、従来の排水ポンプ機場の電源系統の一例を示す系統図である。
【０００４】
一般に排水ポンプ機場の主原動機には、主としてディーゼルエンジンやガスタービン等が使用されるが、図３では、ガスタービンを適用した機場の電源系統の一例を示す。
【０００５】
従来の排水ポンプ設備では、商用電源１と自家発電機２を動力源としている。排水機場においては、台風や大雨等による洪水時にも確実に主ポンプを始動させる必要があるため、除塵機や吐出弁などポンプの運転に必要な補機の動力は常に自家発電機２より供給することとなっている。これが図３に示す自家発電機運転機器３である。
【０００６】
また、停電などにより商用電源１がストップしてもポンプの運転維持に即座には影響を与えない天井クレーンや照明等の機器は、平常時は商用電源１から動力を得ている。これが図３に示す商用電源運転機器４である。
【０００７】
商用電源運転機器４の動力系統は、外部からの電源供給がストップした場合には、商用−自家発切換スイッチ５を自家発電機２側に切り換えて全ての機器の電源を自家発電機２から供給する。さらに、自家発電機２が故障した場合、全システムがが停止してしまうため、自家発電機２は常用機１台に加えて予備機１台の合計２台を必要としていた。常用の自家発電機２が故障した場合は、常用−予備自家発切換スイッチ６を予備側に切り換えて予備機から動力を得ていた。
【０００８】
また、一般に本発明に最も近い公知技術として、例えば、実開平２−３５９８８号公報記載の技術が知られている。
【０００９】
この公知技術は、複数台の主ポンプを有し、排水量に応じて主ポンプの運転
台数を制御するポンプ機場において適用されるものであり、以下にその概要に
ついて述べる。
【００１０】
１台の主ポンプを、エンジンの出力軸の回転によって駆動される機付常用発電装置を備えたエンジン駆動とし、残りの主ポンプはモーター駆動とする。
【００１１】
平常時に、排水量が少ない場合は、モーター駆動のポンプから運転させ、排水量がピークに達した時にはエンジン駆動の主ポンプを最後に始動させることにより、全主ポンプをモーター駆動とする場合よりも、電気の契約料金を低減させることを可能とするものである。また、停電時にはエンジンと機付常用発電装置の運転により、外部からの電源の供給なしでも全主ポンプの運転を可能とするものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の排水ポンプ設備には、以下に挙げるような問題点があった。
【００１３】
（１）従来の排水ポンプ設備では、ほぼ全ての運転機器を自家発電機で運転できるように計画されているため、自家発電機の容量が大きくなる。さらに、自家発電機は常用機と予備機の２台が設置されているために、機場スペースが大きくなりコストも高くなっていた。
【００１４】
また、予備機を設けているとはいえ、２台の自家発電機が何らかの理由で始動できないときは、全ての主ポンプが運転できなくなる。主ポンプを多数有する排水ポンプ機場においては、１台も主ポンプを運転することができなくなるため、問題である。
【００１５】
（２）前述の実開平２−３５９８８号公報記載の公知例では、毎月の電気の契約料金を削減するのが目的であるのに対し、本発明は排水ポンプシステムの信頼性の向上を目的としている。
【００１６】
さらに、前述の公知例では、１台のエンジンに全ての負荷を負担させるため、エンジンが故障した場合の信頼性が低くなる、という問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、複数台の主ポンプを有する排水ポンプ設備における停電時あるいは故障時などに、主ポンプ全ての運転停止を防ぐことができ、必要最小限の設備で、かつ信頼性の高い排水ポンプ装置を提供することを、その目的とするものである。
【００１８】
また、本発明の他の目的（第二の目的）は、外部からの電源がなくても、動力伝達装置および主原動機に対する潤滑油の初期供給を行うことができ、主ポンプの始動を可能にする排水ポンプ装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る排水ポンプ装置の第一の構成は、主ポンプと、この主ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、この主原動機を制御する制御装置と、少なくとも潤滑油ポンプを含む補機から構成される排水ポンプ装置において、前記動力伝達装置または主原動機の出力軸に、該出力軸の回転により駆動される機付常用発電装置を連結して、前記制御装置，補機等の電源を前記機付常用発電装置自身で供給しうるように構成し、主原動機および動力伝達装置の始動時に必要とされる潤滑油の供給を、蓄圧した空気を動力源とするエアモータ駆動潤滑油ポンプにより行うものである。
【００２０】
すなわち、動力伝達装置または主原動機の出力軸に、その回転により駆動される機付常用発電装置を設置して、停電時にも主ポンプの運転に最低限必要な吐出弁、除塵機、換気ファン等の補機の電源の確保を行った。
【００２１】
これにより、従来常用機と予備機の２台必要であった自家発電機を予備機１台のみとすることが可能となる。また、予備の自家発電機も、機付常用発電装置が常に発電を行っているため、平常時に商用電源から得ていた容量だけを考慮すればよい。このため、予備の自家発電機の容量を少なくすることが可能となる。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る排水ポンプ装置の第二の構成は、主ポンプと、この主ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、この主原動機を制御する制御装置と、少なくとも潤滑油ポンプを含む補機から構成される排水ポンプ装置において、前記動力伝達装置または主原動機の出力軸に、該出力軸の回転により駆動される機付常用発電装置を連結するものとし、前記機付常用発電装置は、前記主原動機の始動に必要な電源を供給する蓄電池を備え、この蓄電池を商用電源および前記機付常用発電装置で充電し、主原動機および動力伝達装置の始動時に必要とされる潤滑油を、蓄圧した空気を動力源とするエアモータ駆動潤滑油ポンプにより供給する。
【００２５】
これにより、外部からの電源供給なしに主原動機の始動が可能となった。
【００２６】
さらに、上記第二の目的は、主原動機および動力伝達装置の始動時に必要とされる潤滑油を、蓄圧した空気を動力源とするエアモータ駆動潤滑油ポンプにより供給することにより達成される。
【００２７】
すなわち、機付常用発電装置を設けると、停電時には前記動力伝達装置や主原動機の始動時の潤滑油のプライミングに必要な初期潤滑油ポンプの交流電源を確保することが困難となる。そこで、潤滑油の初期供給（プライミング）をエアモータ駆動によるプライミングとした。これらのモータの電源は前述の蓄電池より得ることとした。
【００２８】
これにより、前記動力伝達装置および主原動機の初期プライミングに外部からの電源の供給が不要となった。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を各図を参照して説明する。
【００３０】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の一実施形態を示す排水ポンプ機場の断面図である。
【００３１】
この排水ポンプ機場では、吸込水路７から流れ込む流水は、除塵機８によりポンプの運転に支障を来す大きさの異物が取り除かれ、吸水槽９を通って主ポンプ１０により汲み上げられ、吐出管１１を経て吐出水路１２へ排水される。
【００３２】
吐出管１１には、主ポンプ１０の始動、停止時の流水の変化を緩やかにしてサージを軽減するとともに平常時または主ポンプ１０の分解時に吐出側を止水するための吐出弁１３、主ポンプ１０の急停止時の流水の逆流を防ぐための逆流防止弁１４が取り付けられている。
【００３３】
また、主ポンプ１０の動力は、主原動機１５から動力伝達装置１６を介して主ポンプ１０に伝達される。主原動機１５には、主原動機１５の出力軸の回転により駆動し、他の補機や制御装置等に電力を供給するための機付常用発電装置１７が取り付けられている。この機付常用発電装置１７は動力伝達装置１６の出力軸から駆動させても良い。また、停電時に商用電源１に代わって電源を確保するための非常用自家発電機１８が備わっている。さらに、室内の換気を行うための換気ファン１９が設置されている。
【００３４】
ここで、図２を参照して、本発明の第一の手段に関する詳細な説明を行う。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態を示す排水ポンプ機場の電源系統図である。
【００３６】
図２の実施の形態では、図３の従来例と同じく主原動機１５にガスタービンを適用した排水機場とする。排水ポンプシステムの電源の供給源としては、機付常用発電装置１７と、電力会社から供給される商用電源１の２種類がある。これらの電源より、主ポンプ１０の運転維持のための重要度に応じて運転機器は次の２種類の動力系統に分けられる。
【００３７】
（１）商用電源動力系統２０
商用電源動力系統２０は、商用電源１が使用できる間はこれを電源とし、停電時は非常用自家発電機１８を電源とする動力系統である。この動力系統には、運転が停止してもすぐには主ポンプ１０の運転には影響を与えない運転機器、一例として、天井クレーン、燃料移送ポンプ、照明等が挙げられる。これらの運転機器は非常用自家発電機１８が故障した場合には運転が困難となるが、次に述べる機付常用発電装置動力系統２１には影響を与えない。
【００３８】
（２）機付常用発電装置動力系統２１
主ポンプ１０の運転時には常に機付常用発電装置１７を動力源とする動力系統である。主ポンプ１０の運転維持のために欠かすことのできない運転機器がこの動力系統に属する。一例としては、吐出弁１３、除塵機８、ユニット化直流電源装置、主原動機にガスタービン機関を適用する場合のガスタービン付属パッケージ換気ファン、ガスタービン始動用直流電源装置等が挙げられる。後述するが、ユニット化直流電源装置、ガスタービン始動用直流電源装置等は、主ポンプ１０の休止時に、内蔵されている蓄電池に充電する必要があるために、平常時には商用電源１から電源を取って充電を行っている。
【００３９】
これらの運転機器は、主原動機１５が駆動している限り、その出力軸の回転により発電を行う機付常用発電装置１７から電力を供給される自己完結型となっている。このため、自家発電機は非常用の１台のみで良く、しかも非常用自家発電機１８は商用電源動力系統２０のみの容量を満たすもので良い。このため、自家発電機２のコストを大幅に削減することが可能となる。
【００４０】
〔実施の形態２〕
次に、本発明に係る第二の手段の一実施の形態を図４と図５を参照して説明する。
【００４１】
図４は、従来の排水ポンプ機場の主要機器構成のブロック図、図５は、本発明の第二の実施形態を示す排水ポンプ機場の主要機器構成のブロック図である。図４および図５において、同一機器は同一符号で示している。
【００４２】
ここでは、１号機から４号機までの４台の主ポンプ１０を有する排水機場を一例に挙げる。
【００４３】
図４に示す従来の排水ポンプ機場では、１号機から４号機までの主ポンプ１０（１０−１，１０−２，１０−３，１０−４の総称）は、それぞれ動力伝達装置１６（１６−１，１６−２，１６−３，１６−４の総称）を介して主原動機１５（１５−１，１５−２，１５−３，１５−４の総称）と連結している。さらに、これらの機器は常用機および予備機かになる２台の自家発電機２から電源を供給されている。今、一例として常用機の自家発電機２ａが故障した場合を考える。この場合、予備の自家発電機２ｂが始動するまでの間４台全ての主ポンプ１０は停止してしまう。また、何らかの原因で２台の自家発電機２が始動不能となった場合には、４台全ての主ポンプ１０は始動できなくなってしまう。
【００４４】
このように図４に示す機器構成では自家発電機次第でシステムの信頼性が決定してしまう欠点がある。
【００４５】
それに対して、図５に示す本実施の形態の排水ポンプ機場では、１号機から４号機までの主ポンプ１０、動力伝達装置１６、主原動機１５までは従来と同じ構成であるが、本実施の形態ではそれぞれの主原動機１５に機付常用発電装置１７（１７−１，１７−２，１７−３，１７−４の総称）が連結されている。しかもこの機付常用発電装置１７は主原動機１５の出力軸の回転によって発電を行うもので、各主ポンプ１０の運転維持に必要な機器の電源は各機付常用発電装置１７から得る構成となっている。しかも、この機付常用発電装置１７は主原動機１５の出力軸の回転によって発電を行うので、主原動機１５が運転されている限り外部からの電源の供給はなくとも主ポンプ１０の運転は継続可能な自己完結型のシステムとなっている。
【００４６】
なお、機付常用発電装置１７は動力伝達装置１６の出力軸に連結してもよい。
【００４７】
今、一例として1号主ポンプの機付常用発電装置１７−１が故障した場合を考える。この場合、1号主ポンプ１０−１の運転は停止するが、他の２号機から４号機までの主ポンプ１０（１０−２，１０−３，１０−４）はそれぞれ自己完結型の独立したユニットを構成しているため、運転は継続される。
【００４８】
この設備では、全ての主ポンプ１０の運転が停止するのは４台の機付常用自家発電装置１７が全て故障した場合のみである。以上の説明のように、本実施例では自己完結型の独立した機器構成とすることにより、排水ポンプ機場の信頼性は飛躍的に向上する。
【００４９】
〔実施の形態３〕
次に、本発明に係る第三の手段の一実施の形態を図６を参照して説明する。
【００５０】
図６は、本発明の第三の実施形態を示す排水ポンプ機場のユニット化電源装置の系統図である。
【００５１】
一般に、前記動力伝達装置１６，主原動機１５には、主ポンプ１０の運転時にこれら動力伝達装置１６，主原動機１５の軸受部等の摺動する部分に必要な潤滑油を供給するための潤滑油ポンプ２３が内蔵されている。この潤滑油ポンプ２３は、動力伝達装置１６，主原動機１５の駆動時の回転を動力として運転されるため、外部からの電源の供給の必要はない。
【００５２】
しかし、一般に排水ポンプ機場は平常時は休止しており、休止期間が長くなると、前記動力伝達装置１６，主原動機１５の摺動部等に必要な潤滑油が枯渇してしまう。そこで、主ポンプ１０の始動時には、まず最初に潤滑油のプライミング（初期供給）が必要となる。このため一般には、前記動力伝達装置１６，主原動機１５等には潤滑油プライミング装置２９が備えられている。しかし、本発明のように機付常用発電装置１７を適用する場合、始動時に外部からの電源供給がないために潤滑油のプライミングを行うことが不可能となる恐れがある。また、設備の始動時には制御電源を確保する必要がある。
【００５３】
そこで、図６に示す実施の形態においては、設備の始動に必要な電源としてユニット化電源装置２４を設けている。このユニット化電源装置２４は、充電器２５および蓄電池２６より構成されている。
【００５４】
平常時は、排水ポンプ機場は休止しているため、機付常用自家発電装置１７は運転されないので、機器の始動に必要な電源は、商用電源１から電線２７を通ってユニット化電源装置２４内の充電器２５を介して蓄電池２６に蓄積される。そして主ポンプ１０の始動時には商用電源１の供給は電線２７途中にあるスイッチ２８により断ち切られ、蓄電池２６より潤滑油プライミング装置２９および設備機器の始動に必要な制御電源３０へと電力が供給することが可能となる。
【００５５】
前述した蓄電池２６に蓄積される電気は直流電源であるため、潤滑油プライミングポンプ２３の駆動装置には交流電源を使うことは困難である。また、蓄電池２６の容量を小さくするために使用電力が極力少ない始動方式を採用する必要がある。
【００５６】
そこで、以下に、本発明に係る第四の手段の実施の形態を図７ないし図９を参照して説明する。
【００５７】
〔実施の形態４〕図７は、エアモータ駆動による潤滑油プライミングポンプの系統図である。
【００５８】
図７において、３１は空気圧縮機、破線矢印で示す３２は空気配管、３３は空気槽、３４は、空気槽３３の出口側の空気配管３２に具備された電磁弁、３５はエアモータ、３６は潤滑油プライミングポンプ、３７は、潤滑油貯溜部から潤滑油プライミングポンプ３６に接続し、主原動機，動力伝達装置の軸受部へ潤滑油を送給するための潤滑油配管である。
【００５９】
平常時は、商用電源１から空気圧縮機３１を動作させ、空気配管３２を通し、空気槽３３に圧縮された空気を蓄積しておく。そして、潤滑油のプライミングが必要な場合には、電磁弁３４を開け、圧縮された空気をエアモータ３５に送り込み、その空気圧により潤滑油プライミングポンプ３６を始動させる。これにより、潤滑油は潤滑油配管３７を通って動力伝達装置１６および主原動機１５の軸受部に送油される。
【００６０】
なお、空気槽３３の容量は、始動に失敗した場合を考慮して、数回の始動ができるだけの容量とする。この方式によるとエアモータ３５の始動時に必要な電力は電磁弁３４の開閉に必要な電力のみで良い。
【００６１】
〔参考例１〕次に、図８は、直流モータ駆動による潤滑油プライミングポンプの系統図である。
【００６２】
図８において、図６，７と同一符号のものは同一機能の機器を示す。
【００６３】
平常時は、商用電源１によりユニット化電源装置２４に電力を蓄えておく。そして、潤滑油のプライミングが必要な場合には、ユニット化電源装置２４内の蓄電池２６（図６参照）から電線２７を介して直流モータ３８に電力を送り、潤滑油プライミングポンプ３６を始動させる。これにより、潤滑油は潤滑油配管３７を通って動力伝達装置１６および主原動機１５の軸受部に送油される。
【００６４】
〔参考例２〕次に、図９は、潤滑油供給器の系統図である。図中、図７と同一符号のものは同一機能の機器を示す。
【００６５】
図９において、３９は貯油槽、４０は潤滑油槽、４１は、貯油槽３９から潤滑油槽４０へ潤滑油を送る送油ポンプ、４２は動力伝達装置軸受部、４３は主原動機軸受部である。また、破線矢印に示す３７は潤滑油配管である。
【００６６】
図９に示す潤滑油供給器は、動力伝達装置１６および主原動機１５の軸受部へ潤滑油を送る装置で、貯油槽３９と潤滑油を送油するために十分な圧力を得ることが出来る高さに設けられた潤滑油槽４０、および貯油槽３９の潤滑油を潤滑油槽４０へと汲み上げる送油ポンプ４１から成り立っている。
【００６７】
平常時には、貯油槽３９の潤滑油を送油ポンプ４１を使って潤滑油槽４０まで汲み上げておく。そして主ポンプ１０の始動時には電磁弁３４を開け、潤滑油槽４０の油圧により潤滑油配管３７を通して潤滑油を動力伝達装置軸受部４２および主原動機軸受部４３に送る。
【００６８】
この方式によると潤滑油のプライミングにモーターを駆動させる必要がないため、潤滑油供給の始動に必要な電力は電磁弁３４の開閉に必要な電力のみで良
い。
【００６９】
以上のような潤滑油のプライミング方式を採用することにより、設備機器の始動時に外部からの電源なしに潤滑油のプライミングを行うことが可能となる。
【００７０】
上記の各実施形態によれば、主ポンプ１台毎に機付常用発電装置を設け、ユニット化を図った排水ポンプ機場とすることにより、商用電源が停電したときも、あるいは主ポンプ運転中にいずれかの機付常用自家発電装置が故障した場合でも、故障したユニットの主ポンプのみの停止で済み、全部の主ポンプの運転停止を防ぐことができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、複数台の主ポンプを有する排水ポンプ設備における停電時あるいは故障時などに、主ポンプ全ての運転停止を防ぐことができ、必要最小限の設備で、かつ信頼性の高い排水ポンプ装置を提供することができる。
【００７２】
また、本発明によれば、外部からの電源がなくても、動力伝達装置および主原動機に対する潤滑油の初期供給を行うことができ、主ポンプの始動を可能にする排水ポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す排水ポンプ機場の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す排水ポンプ機場の電源系統図である。
【図３】従来の排水ポンプ機場の電源系統の一例を示す系統図である。
【図４】従来の排水ポンプ機場の主要機器構成のブロック図である。
【図５】本発明の第二の実施形態を示す排水ポンプ機場の主要機器構成のブロック図である。
【図６】本発明の第三の実施形態を示す排水ポンプ機場のユニット化電源装置の系統図である。
【図７】エアモータ駆動による潤滑油プライミングポンプの系統図である。
【図８】直流モータ駆動による潤滑油プライミングポンプの系統図である。
【図９】潤滑油供給装置の系統図である。
【符号の説明】
１…商用電源、９…吸込槽、１０…主ポンプ、１１…吐出管、１３…吐出弁、１４…逆流防止弁、１５…主原動機、１６…動力伝達装置、１７…機付常用発電装置、１８…非常用自家発電機、２０…商用電源動力系統、２１…機付常用発電装置動力系統、２３…潤滑油ポンプ、２４…ユニット化電源装置、２５…充電器、２６…蓄電池、２７…電線、２９…潤滑油プライミング装置、３０…制御電源、３１…空気圧縮機、３２…空気配管、３３…空気槽、３４…電磁弁、３５…エアモータ、３６…潤滑油プライミングポンプ、３７…潤滑油配管、３８…直流モータ、３９…貯油槽、４０…潤滑油槽、４１…送油ポンプ、４２…動力伝達装置軸受部、４３…主原動機軸受部。

Claims

主ポンプと、この主ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、この主原動機を制御する制御装置と、少なくとも潤滑油ポンプを含む補機から構成される排水ポンプ装置において、前記動力伝達装置または主原動機の出力軸に、該出力軸の回転により駆動される機付常用発電装置を連結して、前記制御装置，補機等の電源を前記機付常用発電装置自身で供給しうるように構成し、主原動機および動力伝達装置の始動時に必要とされる潤滑油の供給を、蓄圧した空気を動力源とするエアモータ駆動潤滑油ポンプにより行うことを特徴とする排水ポンプ装置。
主ポンプと、この主ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、この主原動機を制御する制御装置と、少なくとも潤滑油ポンプを含む補機から構成される排水ポンプ装置において、前記動力伝達装置または主原動機の出力軸に、該出力軸の回転により駆動される機付常用発電装置を連結するものとし、前記機付常用発電装置は、前記主原動機の始動に必要な電源を供給する蓄電池を備え、この蓄電池を商用電源および前記機付常用発電装置で充電し、主原動機および動力伝達装置の始動時に必要とされる潤滑油を、蓄圧した空気を動力源とするエアモータ駆動潤滑油ポンプにより供給することを特徴とする排水ポンプ装置。