JP5047747B2 - 横軸ポンプの運転制御装置、及び運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる横軸ポンプの運転制御装置、及び運転制御方法に関するものである。

ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる横軸ポンプでは、サイホンによる運転開始後、軸封部や吸込水槽部に発生する渦等により、ポンプケーシング内に空気が入り、ポンプ及びポンプ配管で形成していたサイホンが破壊（サイホンブレーク）され、ポンプケーシング内の水が落水してしまう恐れがある。ポンプケーシング内の水が落水してポンプケーシング内が気中状態となるとポンプが気中（空）運転となり、軸受や羽根車の損傷など容易に復旧が行なえない重大な事故を引き起こすことがある。

また、上記横軸ポンプにおいて、始動時ポンプケーシング内の水が満水であることを検知する満水検知器の誤検知により、満水でないのに満水と誤判断し、ポンプを始動して空運転により事故を引き起こしたり、排水設備の場合では満水となっているのに未満水と判断し、ポンプが運転できず、排水遅れにより吸込側水位が上昇して、最悪の場合は浸水被害を引き起こす場合がある。

上記のように横軸ポンプの運転時の落水による故障を防止するため、従来、ポンプ部に静電容量式等のセンサからなる落水検知器を設け、落水（サイホンブレーク状態）を検知する方法が行われていた。また、電動機で横軸ポンプを駆動し、サイホン運転を行う設備においては、電動機の電流値により落水状態（空運転による低負荷運転状態）を検知する方法が行われていた。

特許文献１に開示された落水検知方法は、ポンプ電源の周波数をポンプのトルクカーブを設定した関数発生器に入力してポンプ落水時の負荷側電流信号に変換し、この信号にバイアス信号を加えて駆動用モータのトルクによる落水時の負荷電流信号を設定し、この設定された落水時の負荷電流信号とＣＴで検出し電圧信号に変換した実際の負荷電流信号を比較し、実際の負荷電流信号が設定された落水時の負荷電流信号より小さくなったことを検出することで落水を検出している。

また、満水検知器のゴミ詰まりや検知器内の水位変動過多による誤検知防止策としては、満水検知器の構造を大きく（容量を大きく）し、始動満水動作時における検知器内の水位変動量を小さくするなどの方策をとる場合がある。
特開平１０−６１５８５号公報

上記の従来技術においては、下記のような問題があった。
（１）落水検知器による検知は、落水検知器の異常や誤動作が発生する場合が多く、信頼性が低い。横軸ポンプが設置される多くの排水機場では、多少のゴミやシルト（泥等）が流れ込んでくるのが避けられない為、これらの影響により落水検知器の検知部に異常が発生し誤動作・故障を起こしやすい。

（２）電動機電流値による低負荷を検知し、落水を判断する方法では、電流値が測定できるのは電動機だけであり、ガスタービンやディーゼルエンジンのような内燃機関で横軸ポンプを駆動する設備では採用できない。停電時でも運転を行う必要がある治水を目的とした排水機場においては、ポンプ用の駆動機に内燃機関が多く用いられている。

（３）満水検知器の誤検知防止策としての検知器容量を増加させる方法では、満水検知器が過大となり、経済性が悪くなるとともに、スペース上の配置に難があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題を解決し、落水状態でのポンプ運転による事故を防ぎ、より経済的で、信頼性、安全性の高い横軸ポンプの運転制御装置、及び運転制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる内燃機関で駆動される横軸ポンプの運転制御装置において、内燃機関の負荷特性により、該内燃機関の運転負荷状態を判断する負荷状態判断手段と、横軸ポンプを運転制御する運転制御手段とを備え、負荷状態判断手段で低負荷運転を判断したとき、運転制御手段は横軸ポンプを停止させることを特徴とする。

上記のように負荷状態判断手段で、低負荷運転を判断したときは、横軸ポンプは落水状態で空運転している蓋然性は極めて高いから、前記運転制御手段によりこの低負荷運転状態で横軸ポンプを停止させることにより、横軸ポンプの落水状態での運転を防止できる。

また、本発明は、上記横軸ポンプの運転制御装置において、内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段を設け、負荷状態判断手段は、排気温度検出手段が検出した排気温度から内燃機関の低負荷状態を判断することを特徴とする。

内燃機関の排気温度は高負荷であれば高く、低負荷であれば低いから、上記のように排気温度検出手段が検出する排気温度を監視することにより内燃機関の低負荷状態を判断することができる。

また、本発明は、上記横軸ポンプの運転制御装置において、内燃機関の燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段を設け、負荷状態判断手段は、燃料消費量検出手段で検出した燃料消費量から内燃機関の低負荷状態を判断することを特徴とする。

内燃機関の燃料消費量は高い負荷であれば多く、低負荷であれば少ないから、上記のように燃料消費量検出手段が検出する燃料消費量を監視することにより内燃機関の低負荷状態を判断することができる。

また、本発明は、上記横軸ポンプの運転制御装置において、横軸ポンプのポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出手段を設け、運転制御手段は、負荷状態判断手段による低負荷状態と落水検出手段の落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させることを特徴とする。

上記のように負荷状態判断手段による低負荷状態と落水検出手段の落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させることで、落水の誤検出により落水状態でないのに横軸ポンプを運転停止させることを防止し、信頼性の高い横軸ポンプの運転制御装置を構築できる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転を行う横軸ポンプの運転制御装置において、横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態を検出する空気混入状態検出手段と、該空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断する落水判断手段と、前記横軸ポンプを運転制御する運転制御手段とを備え、運転制御手段は、落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、横軸ポンプの流量を増量させ落水を回避することを特徴とする。

流量制御を行う横軸ポンプにおいては、流量制御によりポンプの吐出量が下がると、ケーシング内の流速が下がるため、軸封部等から混入した空気が吐出側に連行されず、ポンプケーシング内に残り、時間の経過とともに空気量が増大し、落水に至ってしまう。上記のように落水判断手段で空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断したとき、横軸ポンプの流量を増量させることにより、流速が速くなりポンプケーシング内に滞留する空気が水流により吐出側に連行されるため、落水が回避される。これにより落水状態、つまり気中状態で横軸ポンプが運転することによる重大な故障を未然に防止し、ポンプ運転不能に伴い発生する浸水事故を防ぐことが可能となり、信頼性の高い設備を構築することができる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転を行う横軸ポンプの運転制御装置において、横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態を検出する空気混入状態検出手段と、該空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断する落水判断手段と、ポンプケーシング内の空気を排気する真空ポンプと、横軸ポンプを運転制御する運転制御手段とを備え、運転制御手段は、落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、真空ポンプを運転してポンプケーシング内の空気を排気して落水を回避することを特徴とする。

上記のように流量制御を行う横軸ポンプにおいては、流量制御によりポンプの吐出量が下がると、ケーシング内の流速が下がるため、軸封部等から混入した空気が吐出側に連行されず、ポンプケーシング内に残り、時間の経過とともに空気量が増大し、落水に至ってしまう。上記落水判断手段が空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断したとき、真空ポンプを運転してポンプケーシング内の空気を排気するので、落水が回避されポンプの故障を未然に防止できる。なお、前記流量制御は、回転数、翼角又は弁制御のいずれでもかまわない。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ始動時に真空ポンプによる呼び水運転を行う横軸ポンプの運転制御装置において、真空ポンプを駆動する電動機の電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出された電流値からポンプケーシング内の満水状態を判断する満水状態判断手段と、横軸ポンプを運転制御する運転制御手段とを備え、運転制御手段は、満水状態判断手段で満水と判断したときに横軸ポンプを始動することを特徴とする。

従来の満水検知は、ポンプ頂部に設けた満水検知器により、満水時の水位を検出していたが、この方法では水質が悪い場合、満水検知器の電極などのセンサ部にゴミやシルトが固着し、誤検知を起こす危険性があり、信頼性に難があった。上記のようにポンプ始動時に真空ポンプによる呼び水運転を行う横軸ポンプにおいては、ポンプが満水になると最終的に真空ポンプ内が水で満たされ、真空ポンプが水ポンプのような運転となり、真空引きをしている運転状態に比べ、真空ポンプに加わる負荷が増え電動機の電流値が増加する。上記のように電流検出手段で検出された電流値から満水を検知することにより、水質に左右されることなく、信頼性の高い満水検出が可能となる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる内燃機関で駆動される横軸ポンプの運転制御方法において、内燃機関の負荷特性により、該内燃機関の運転負荷状態を判断し、該内燃機関の運転状態が低負荷運転状態のとき、横軸ポンプを停止させることを特徴とする。

上記のように内燃機関が低負荷運転と判断したときは、横軸ポンプは落水状態で空運転している蓋然性は極めて高いから、この状態で横軸ポンプを停止させることにより、横軸ポンプの落水状態での運転を防止できる。

また、本発明は、上記横軸ポンプの運転制御方法において、内燃機関の低負荷運転状態から落水を検出する落水検出と、ポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させることを特徴とする。

上記のように内燃機関の低負荷状態による落水検出とポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させることで、落水の誤検出により落水状態でないのに横軸ポンプを運転停止したり、及び落水を検出しないことで落水状態であるのに横軸ポンプを運転継続することによる事故発生を防止し、信頼性の高い横軸ポンプの運転制御方法を構築できる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転を行う横軸ポンプの運転制御方法において、横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態から落水の危険性があるとき横軸ポンプの流量を増量させ落水を回避することを特徴とする。

上記のように空気の混入状態から落水の危険性を判断したとき、横軸ポンプの流量を増量させることにより、流速が速くなりポンプケーシング内に滞留する空気が水流により吐出側に連行されるため、落水が回避され横軸ポンプの落水状態での運転による故障を未然に防止できる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転を行う横軸ポンプの運転制御方法において、横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態から落水の危険性があるとき、真空ポンプを運転し、ポンプケーシング内の空気を排気して落水を回避することを特徴とする。

上記のように空気の混入状態から落水の危険性を判断したとき、真空ポンプを運転してポンプケーシング内の空気を排気するので、落水が回避されポンプの故障を未然に防止できる。

また、本発明は、ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ始動時に真空ポンプによる呼び水運転を行う横軸ポンプの運転制御方法において、真空ポンプを駆動する電動機の電流値を検出し、該電流値からポンプケーシング内が満水状態と判断したとき横軸ポンプを始動することを特徴とする。

上記のように電流検出手段で検出された電流値から満水を検知することにより、水質に左右されることなく、信頼性の高い満水検出が可能となる。

本発明に係る横軸ポンプの運転制御装置によれば、下記の効果が得られる。
・負荷状態判断手段が、低負荷運転を判断したとき、横軸ポンプを停止させることにより、落水検出器を設けることなく、落水時の横軸ポンプ運転を防止できるから、装置が簡素化できる。また、水質（ゴミやシルト）によって落水の誤検出、即ち横軸ポンプの誤停止がないから、信頼性が向上する。

・排気温度検出手段で検出した排気温度から内燃機関の低負荷状態を判断するので、内燃機関においては排気温度は通常の監視項目の一つであるから、なんらの計測器の追加設置を必要とすることなく、落水を検知し、横軸ポンプを安全に停止させることができる運転制御装置を安価に構築できる。

・燃料消費量検出手段で検出した燃料消費量から内燃機関の低負荷状態を判断するので、落水状態を速やかに検出し、適切に横軸ポンプを停止でき、信頼性の高い運転制御装置を安価に構築できる。

・負荷状態判断手段による低負荷状態と落水検出手段の落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させるので、誤検知による落水でない状態でのポンプ停止を回避でき、信頼性の高い横軸ポンプの運転制御装置を構築できる。

・落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、横軸ポンプの流量を増量させ落水を回避するので、落水状態での横軸ポンプの気中（空）運転による故障を未然に防止できる運転制御装置を安価に構築できる。

・落水判断手段が落水の危険性があると判断したとき、真空ポンプを運転してポンプケーシング内の空気を排気して落水を回避するので、落水状態での横軸ポンプの気中（空）運転による故障を未然に防止できる信頼性の高い運転制御装置を構築できる。

・満水状態判断手段が真空ポンプを駆動する電動機の電流値から満水と判断したときに横軸ポンプを始動するので、水質に左右されることなく、信頼性の高い満水検出が可能となり、満水でない状態（気中状態）で横軸ポンプが始動されるのを確実に防止できる信頼性の高い運転制御装置を構築できる。

本発明に係る横軸ポンプの運転制御方法によれば、下記の効果が得られる。
・内燃機関の負荷特性により、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態のとき、横軸ポンプを停止させるので、落水状態での横軸ポンプの気中（空）運転による故障を防止できる。

・内燃機関の低負荷状態による落水検出とポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出の論理積条件により、横軸ポンプを停止させることで、落水の誤検出により横軸ポンプを運転停止させることを防止し、信頼性の高い横軸ポンプの運転制御方法を構築できる。

・横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態から落水の危険性があるとき横軸ポンプの流量を増量させ落水を回避するので、横軸ポンプの落水状態での気中（空）運転による故障を未然に防止できる。

・横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態から落水の危険性があるとき、真空ポンプを運転し、ポンプケーシング内の空気を排気して落水を回避するので、横軸ポンプの落水状態での気中（空）運転による故障を未然に防止できる。

・真空ポンプを駆動する電動機の電流値を検出し、該電流値からポンプケーシング内が満水状態と判断したとき横軸ポンプを始動するので、横軸ポンプの落水状態での気中（空）運転による故障を未然に防止できる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は横軸ポンプを備えた排水機場の概略構成を示す図で、図２は横軸ポンプ部の内部構成を示す断面である。図示するように、排水機場は吸込水槽１と吐出水槽２を備えている。１０は吸込水槽１の上部の機器設置床１１に設置された横軸ポンプである。機器設置床１１には、更に減速機１２、駆動機（電動機、ガスタービンやディーゼルエンジン等の内燃機関）１３が設置されており、横軸ポンプ１０は、減速機１２を介して駆動機１３で駆動されるようになっている。

横軸ポンプ１０の吸込み側には吸込配管１４が接続され、該吸込配管１４の下端には吸込ベルマウス１５が接続され、吸込配管１４は吸込水槽１の水面（吸込み水位）Ｗ１より下方に開口している。また、横軸ポンプ１０の吐出し側には仕切り弁１６を介して吐出配管１７が接続され、該吐出配管１７の吐出し口は吐出水槽２内に開口している。また、吐出配管１７の吐出し口には吐出弁１８が設けられている。

横軸ポンプ１０は図２に示すように、吐出ボウル２０を備え、該吐出ボウル２０の吸込み側に吸込ケーシング２１が接続されている。吐出ボウル２０内にはポンプインペラ２２やガイドベーン２３が配置され、ポンプインペラ２２は吐出ボウル２０内に配置された水中軸受（図示せず）に回転自在に支持された主軸２４に取り付けられている。また、主軸２４は軸封機構２５を介して吸込ケーシング２１の外側に延伸している。また、２７は電動機２８で駆動される真空ポンプであり、真空ポンプ２７の吸込配管２９の吸込口は横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０内に開口している。

横軸ポンプ１０のポンプインペラ２２は吸込み水位（吸込水槽１の水面Ｗ１位置）より上方に位置しており、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる。横軸ポンプ１０の始動時は、真空ポンプ２７を起動し、吸気弁３２を開いて、吐出ボウル２０内の空気を排気する。これにより、吸込水槽１内の水が吸込ベルマウス１５、吸込配管１４を通して吸い込まれ、水位が吐出ボウル２０の上面に達し、更に満水検知器３０に達したところで満水が検知される。満水検知器３０が満水を検知したら、吸気弁３２を閉じて図示しない運転制御装置により、横軸ポンプ１０を起動運転することにより、ポンプインペラ２２が回転し、吸込ベルマウス１５に吸い込まれた吸込水槽１内の水は、吸込配管１４、吸込ケーシング２１、吐出ボウル２０、吐出配管１７を通って、吐出水槽２内に吐出される。なお、Ｗ２は吐出水槽２内の水面を示す。

図５は満水検知器３０の概略構成を示す断面図である。図示するように満水検知器３０はケーシング４１と水位センサ４２を備えている。ケーシング４１の吸込口４１ａは横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０内に連通し、吐出口４１ｂは吸込配管２９を介して真空ポンプ２７に接続されている。水位センサ４２は長さ寸法の異なる電極棒４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有し、該電極棒４２ａ、４２ｂ、４２ｃはそれぞれケーシング４１内に延伸している。真空ポンプ２７によりケーシング４１を介して吐出ボウル２０の空気を排気することにより、吸込水槽１内の水が吐出ボウル２０内に吸い込まれ、該吐出ボウル２０内が満杯になると更にケーシング４１に吸い込まれる。ケーシング４１内の水位が電極棒４２ａ、４２ｂ、４２ｃに達することで、水位センサ４２は吐出ボウル２０内が満水になったことを検出できる。

上記横軸ポンプ１０を備えた排水機場において、横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０内に水が無い状態で横軸ポンプ１０を運転すると軸受や羽根車の損傷など容易に復旧が行なえない重大な事故が発生する。そこで吐出ボウル２０内の水位から落水を検知する落水検知器（静電容量式、又は音叉式等）３１や種々の落水検出手段を設け、該落水検出手段で落水を検出したら、上記運転制御装置により横軸ポンプ１０の運転を停止している。しかしながら、上記従来の落水検出手段は上記（１）乃至（３）に示すような問題があった。本実施形態例では、この問題を解決し、より経済的で、信頼性、安全性の高い落水検出手段を設けた横軸ポンプの運転制御装置、及び運転制御方法を提供する。

〔実施形態１〕
ここでは駆動機１３としてディーゼルエンジンやガスタービン等の内燃機関を用いている。横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０内の水が落水により無くなった場合、横軸ポンプ１０は気中（空）運転となり、仕事量が減るため、駆動機１３である内燃機関の負荷は小さくなり低負荷運転状態となる。ここでは内燃機関の負荷特性により、内燃機関の低負荷運転を判断する負荷状態判断手段（後に詳述）を設け、該負荷状態判断手段で低負荷運転と判断した場合は、上記運転制御装置は横軸ポンプ１０の運転を停止する。

内燃機関の低負荷状態は内燃機関に設けられている計測機器の計測値から容易に検知できるから、このように内燃機関の低負荷運転から横軸ポンプ１０の落水運転状態を検知することにより、新たに落水検知手段を設けることなく、横軸ポンプ１０の落水運転状態を検知できる。また、このように内燃機関の低負荷運転から横軸ポンプ１０の落水を検知することにより、従来の落水検知器のように水質（ゴミやシルト）による誤検出や故障を回避でき、落水検出の信頼性が向上する。

内燃機関の負荷特性である負荷と排気温度との関係は図３に示すように、負荷に対して増減する相関関係があり、内燃機関の排気温度から負荷状態を知ることができる。上記負荷状態判断手段として、内燃機関の排気温度を監視し、該排気温度が所定温度以下となったら、低負荷状態、即ち横軸ポンプ１０は落水運転状態にあると判断する負荷状態判断手段を設ける。そして上記運転制御装置はこの負荷状態判断手段で内燃機関が低負荷状態（落水運転状態）にあると判断したら、横軸ポンプ１０の運転を停止する。これにより、横軸ポンプ１０が落水状態で運転することを回避することができ、重大な事故が発生するのを防止できる。

また、内燃機関においては、排気温度は通常監視する項目の一つであるため、本実施形態のように排気温度を監視し、内燃機関が低負荷状態にあるか否かを判断することにより、格別に計測機器の追加設置を必要とすることなく、従来から内燃機関に装備されている機器を用いて落水を検知し、横軸ポンプ１０の運転を停止させることが可能となる。

内燃機関の負荷特性である負荷と燃料消費量との関係は図４に示すように、負荷に対して、増減する相関関係があり、内燃機関の燃料消費量から負荷状態を知ることができる。上記負荷状態判断手段として、内燃機関の燃料消費量を監視し、該燃料消費が所定量以下となったら、低負荷状態、即ち横軸ポンプ１０は落水運転状態にあると判断する負荷状態判断手段を設ける。そして上記運転制御装置はこの負荷状態判断手段で内燃機関が低負荷状態にあると判断したら横軸ポンプの運転を停止する。これにより、横軸ポンプ１０の落水運転状態での運転することを回避することができ、重大な事故が発生するのを防止できる。

上記内燃機関の排気温度の検出は、残熱があるため、負荷が下がっても、排気温度は急激に下がることはなく、徐々に下がる傾向となる。これに対して燃料消費量は内燃機関の負荷低下に連動してタイムリーに燃料消費量も低下するから、燃料消費量を監視し、負荷状態を判断する方法は、排気温度を監視し負荷状態を判断するのに比べて負荷状態をタイムリーに検出することが可能である。よって燃料消費量を監視し、燃料消費量が任意に設定した設定値以下となった場合、低負荷運転として横軸ポンプ１０の運転を停止することは、横軸ポンプ１０が落水運転状態に陥ったことを迅速に検出し、その運転を停止することになる。

また、上記のように横軸ポンプ１０には吐出ボウル２０内の水位から落水を検知する静電容量式、又は音叉式等の落水検知器３１が設けられている。そこで運転制御装置に、落水検知器３１による落水検知と、内燃機関の排気温度を監視し低負荷状態検知（落水状態検知）又は内燃機関の燃料消費量を監視し低負荷状態検知（落水状態検知）の論理積（ＡＮＤ）条件により、横軸ポンプ１０の運転を停止させる機能を持たせることにより、誤検知による落水でない状態での横軸ポンプ１０の運転停止を回避することができる。

上記のように駆動機１３である内燃機関の負荷状態判断手段による低負荷状態検知（落水状態検知）と落水検知器３１による落水検知の論理積条件により、横軸ポンプ１０を停止させることで、落水の誤検出により落水状態でないのに横軸ポンプ１０を運転停止させることを防止し、より信頼性の高い横軸ポンプの運転制御装置、運転制御方法を構築できる。なお、対象となるポンプ場の用途や運用方法によっては、これら落水検知手段を論理和（ＯＲ）条件として構成してもよく、ポンプ停止制御ではなく、警報による構成としてもよい。

〔実施形態２〕
また、上記排水機場で、横軸ポンプ１０で流量制御を行うようにしている場合、流量制御により横軸ポンプ１０の吐出流量が下がると、吐出ボウル２０の流速が低下するため、軸封部（軸封機構２５）等から混入した空気が水流により吐出し側に連行されず吐出ボウル２０内に混入する。この混入空気量が時間の経過と共に増大し、落水に至ってしまう。そこで本実施形態では、横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０内の空気の混入状態を検出する空気混入状態検出器手段と、該空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断する落水判断手段を設け、上記運転制御装置は、落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、横軸ポンプ１０の流量を増量させる。

上記のように吐出ボウル２０内の混入空気の状態が落水の危険がある場合に、横軸ポンプ１０の流量を増量させることにより、吐出ボウル２０内の流速が速くなり、吐出ボウル２０内に滞留する空気が水流により吐出側に連行され、除去され落水が回避される。これにより落水状態で横軸ポンプ１０が運転され、これにより発生する事故を未然に防止できる。通常、横軸ポンプ１０の定格水量は、ケーシングや配管内の空気が水流に連行されて排出されるように設計されているから、流量を減少させ落水危険に達する混入空気量になったら、定格水量に戻すことにより、落水は回避できる。

落水危険検知方法は、横軸ポンプ１０の満水起動用に設置されている満水検知器３０を用いても良く、従来から使用されている落水検知器３１を用いてもよい。但し、従来の落水検知器３１を使用する場合は、落水前に落水の危険を検知する必要があるため、設置位置を吐出ボウル２０又は吐出配管１７の頂部付近に設置し、吐出ボウル２０又は吐出配管１７の頂部の空気溜を量を検知することにより、落水前の落水の危険を検知するようにする必要がある。

図６は上記落水を回避するための基本処理フローを示す図である。横軸ポンプ１０を運転中に（ステップＳＴ１）、手動指令又は別途制御回路よりポンプ流量減指令があると（ステップＳＴ２）、流量を減らす流量減制御を行う（ステップＳＴ３）。次に吐出ボウル２０又は吐出配管１７内の混入空気により落水危険があるか否かを判断し（ステップＳＴ４）、未検知（落水の危険無し）の場合はステップＳＴ１に戻り処理を繰り返し、落水危険検知（落水の危険有り）の場合、横軸ポンプ１０の流量を増加させる流量増制御を行う（ステップＳＴ５）。続いて落水危険があるか否かを判断し（ステップＳＴ６）、落水危険がある場合は前記ステップＳＴ５に戻り、更に流量を増加する流量増制御を行い、未検知の場合は流量を増加する流量増制御を停止し（ステップＳＴ７）、前記ステップＳＴ１に戻る。

〔実施形態３〕
横軸ポンプ１０で流量制御を行う場合、横軸ポンプ１０の吐出流量が下がると流速が低下するため、軸封部等から混入した空気が吐出し側に連行されず吐出ボウル２０内に混入する。この混入空気量が時間の経過とともに増大し、落水に至ってしまう。本実施形態では、ボウル２０又は吐出配管１７内の混入空気が増え落水になる危険性があると判断したときに、横軸ポンプ１０の始動時にボウル２０及び吐出配管１７内を満水にするために設置されている真空ポンプ２７を強制的に運転する。これにより、ボウル２０又は吐出配管１７内に混入し残留した空気を排除し、落水を回避し、落水状態での横軸ポンプ１０の運転を未然に回避する。

図７は上記落水を回避するための基本処理フローを示す図である。横軸ポンプ１０を運転中（ステップＳＴ１１）、吐出ボウル２０及び吐出配管１７内の残留空気状態（量）により落水危険があるか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、未検知（落水の危険無し）の場合はステップＳＴ１に戻り、落水危険を継続して自動監視する。落水危険検知（落水の危険有り）の場合、真空ポンプ２７を運転し（ステップＳＴ１３）、吸気弁３２を開く（ステップＳＴ１４）。続いて吐出ボウル２０及び吐出配管１７内の混入空気により落水危険があるか否かを判断し（ステップＳＴ１５）、危険検知の場合は前記ステップＳＴ１３に戻り処理を繰り返し、落水危険の未検知の場合、吸気弁３２を閉じ（ステップＳＴ１６）、真空ポンプ２７を停止する（ステップＳＴ１７）。

〔実施形態４〕
別の実施形態において、ポンプインペラ２２が吸込水位（吸込水槽１の水面Ｗ１）より上方に位置し、横軸ポンプ始動時に真空ポンプ２７による呼び水運転を行う排水機場においては、従来は横軸ポンプ１０の吐出ボウル２０の頂部に設けた満水検知器３０により満水を検知し、その後横軸ポンプ１０を運転している。このような満水検知器３０による満水検知は、水質が悪い場合、誤検知を起こす危険性があり信頼性に難があった。本実施形態では、真空ポンプ２７により吐出ボウル２０及び吐出配管１７内の空気を真空引きにより排気し、吐出ボウル２０内が水で満たされ、最終的には真空ポンプ２７内も水で満たされる。真空ポンプ２７内が水で満たされると水ポンプのような運転となる。

真空ポンプ２７が水ポンプのような運転となると、真空ポンプ２７の負荷は真空引きしている場合に比較し、増大する。この真空ポンプ２７の負荷の増大を該真空ポンプ２７を駆動する電動機２８の電流値で監視し、この電流値が所定値以上となったら吐出ボウル２０内が満水になったものとし満水を検出している。このように電動機２８の電流値で満水を検出するようにしているため、水質に左右されないで満水を検出することが可能となり、水質が悪い排水機場での満水検出の信頼性が向上させることが可能となる。

上記電動機２８の電流値による満水検出と従来の満水検知器３０による満水検出を併設し、ＯＲ（論理和）条件やＡＮＤ（論理積）条件で満水を確認することにより、誤検出（満水となっているのに未満水を検出し、運転（排水）遅れが生じる等）を確実に防止できる。

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、上記実施形態においては、横軸ポンプに限定しているが、立軸や斜軸ポンプで羽根車が吸込側運転水位以上にあるサイホン運転を行う設備に適用してもよい。

横軸ポンプを備えた排水機場の概略構成を示す図である。 横軸ポンプ部の構成を示す断面である。 内燃機関の負荷特性である負荷と排気温度との関係を示す図である。 内燃機関の負荷特性である負荷と燃料消費量との関係を示す図である。 満水検出器の構成を示す断面図である。 本発明に係る横軸ポンプの運転制御装置の落水を回避するための基本処理フローを示す図である。 本発明に係る横軸ポンプの運転制御装置の落水を回避するための基本処理フローを示す図である。

符号の説明

１ 吸込水槽
２ 吐出水槽
１０ 横軸ポンプ
１１ 機器設置床
１２ 減速機
１３ 駆動機
１４ 吸込配管
１５ 吸込ベルマウス
１６ 仕切り弁
１７ 吐出配管
１８ 吐出弁
２０ 吐出ボウル
２１ 吸込ケーシング
２２ ポンプインペラ
２３ ガイドベーン
２４ 主軸
２５ 軸封機構
２７ 真空ポンプ
２８ 電動機
２９ 吸込配管
３０ 満水検知器
３１ 落水検知器
３２ 吸気弁
４１ ケーシング
４２ 水位センサ

Claims (6)

1. ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる内燃機関で駆動される横軸ポンプの運転制御装置において、
   前記内燃機関の負荷特性により、該内燃機関の運転負荷状態を判断する負荷状態判断手段と、
   前記横軸ポンプを運転制御する運転制御手段と、
   前記横軸ポンプのポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記負荷状態判断手段による低負荷状態と前記落水検出手段の落水検出の論理積条件により、前記横軸ポンプを停止させることを特徴とする横軸ポンプの運転制御装置。
2. 請求項１に記載の横軸ポンプの運転制御装置において、
   前記内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段を設け、
   前記負荷状態判断手段は、前記排気温度検出手段が検出した排気温度から前記内燃機関の低負荷状態を判断することを特徴とする横軸ポンプの運転制御装置。
3. 請求項１に記載の横軸ポンプの運転制御装置において、
   前記内燃機関の燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段を設け、
   前記負荷状態判断手段は、前記燃料消費量検出手段で検出した燃料消費量から前記内燃機関の低負荷状態を判断することを特徴とする横軸ポンプの運転制御装置。
4. ポンプインペラが吸込水位より上方に位置し、ポンプ運転時には吸い上げ運転となる内燃機関で駆動される横軸ポンプの運転制御方法において、
   前記内燃機関の低負荷運転状態から落水を検出する落水検出と、
   前記横軸ポンプのポンプケーシング内の水位状態から落水を検出する落水検出と、の論理積条件により、
   前記横軸ポンプを停止させることを特徴とする横軸ポンプの運転制御方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の横軸ポンプの運転制御装置において、
   前記横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態を検出する空気混入状態検出手段と、
   前記空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断する落水判断手段と、
   前記横軸ポンプを運転制御する運転制御手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、前記横軸ポンプの流量を増量させ落水を回避することを特徴とする横軸ポンプの運転制御装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の横軸ポンプの運転制御装置において、
   前記横軸ポンプのポンプケーシング内の空気の混入状態を検出する空気混入状態検出手段と、
   前記空気混入状態検出手段で検出した空気の混入状態から落水の危険性を判断する落水判断手段と、
   前記横軸ポンプのポンプケーシング内の空気を排気する真空ポンプと、
   前記横軸ポンプを運転制御する運転制御手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記落水判断手段で落水の危険性があると判断したとき、前記真空ポンプを運転して前記横軸ポンプのポンプケーシング内の空気を排気して落水を回避することを特徴とする横軸ポンプの運転制御装置。

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