JP5075390B2 - pump - Google Patents
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Description
本発明は、家庭用の井戸ポンプに関するものである。 The present invention relates to a household well pump.
従来の井戸ポンプは回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機が直結され羽根車を内蔵したポンプ部を具備している。ポンプ部で揚水、加圧された水は圧力タンクに送られ、圧力タンクに配管された管を通って水栓よりでる。この時ポンプ装置は水栓の開度及び使用数に応じて増減する圧力を圧力検出器からの信号により検知し制御装置に定められた一定の圧力になるように電動機の回転数を制御する。電動機の回転数にはさまざまな据付条件にも正常に運転・停止できるように上限が定められ水量が一定量を超えた時点で、電動機回転数上限となり一定圧力は保てなく圧力は低下する。また水栓を閉じていくと圧力の上昇を検知し電動機の回転数を低下させ圧力を一定に保つ。この時水栓を完全に閉じた時は圧力を保つ為の最低の回転数であり、ある一定の回転数以下の場合はポンプ装置を停止させていた。 A conventional well pump includes a control device that can control the rotational speed, and includes a pump unit that is directly connected to an electric motor that can change the rotational speed by the control device and incorporates an impeller. The water pumped and pressurized by the pump is sent to the pressure tank and comes out of the faucet through the pipe connected to the pressure tank. At this time, the pump device detects the pressure increasing / decreasing according to the opening degree and the number of uses of the faucet from the signal from the pressure detector, and controls the rotation speed of the electric motor so as to be a constant pressure determined by the control device. An upper limit is set for the rotation speed of the motor so that it can be operated and stopped normally under various installation conditions. When the amount of water exceeds a certain amount, the upper limit of the motor rotation speed is reached and a constant pressure cannot be maintained and the pressure decreases. When the faucet is closed, an increase in pressure is detected and the rotation speed of the motor is reduced to keep the pressure constant. At this time, when the faucet was completely closed, the rotation speed was the minimum for maintaining the pressure, and when the rotation speed was below a certain rotation speed, the pump device was stopped.
従来のポンプ装置において、水栓を開いていくと圧力の低下を検出し、電動機の回転数を上昇させ目標の回転数となるように制御する。電動機回転数の上限は、ポンプ装置のさまざまな据付条件を考慮し、最大負荷になる据付条件下で電動機及び制御装置に加わる電気的負荷が許容範囲内になるように定めている。 In the conventional pump device, when the faucet is opened, a decrease in pressure is detected, and the number of revolutions of the electric motor is increased to control the target number of revolutions. The upper limit of the motor rotational speed is determined in consideration of various installation conditions of the pump device so that the electrical load applied to the electric motor and the control device is within an allowable range under the installation conditions where the maximum load is reached.
この為、最大負荷にならない据付条件下においては、電動機及び制御装置に加わる電気的負荷が低い状態で電動機の設定された回転数に達してしまう為、ポンプ装置自身の性能を最大限に引き出せない状態にある。また、据付条件に合わせポンプ装置の制御を変更した場合においても、季節によって変化する井戸の水位等により据付条件が異なる為、定期的に制御を変更するといった課題が有った。 For this reason, under the installation conditions where the maximum load is not reached, the set speed of the motor is reached with a low electrical load applied to the motor and the control device, so that the performance of the pump device itself cannot be maximized. Is in a state. Further, even when the control of the pump device is changed in accordance with the installation conditions, there is a problem that the control is periodically changed because the installation conditions are different depending on the water level of the well that changes depending on the season.
次に井戸水位が深い場合において、水栓を開いていくと圧力の低下を検出し、電動機の回転数を上昇させ目標の回転数となるように制御する。この時、更に水栓を開いていくと電動機の回転数を上昇させるわけだが、電動機の回転数が定められた上限に達する前にキャビテーションが発生すると急激に圧力と揚水量が低下する。しかしポンプ装置の制御部は圧力の低下と判断し電動機回転数をさらに上昇させる為、それに伴いキャビテーションも増加し圧力、揚水量が非常に低下した状態で運転してしまう問題があった。 Next, when the well level is deep, when the faucet is opened, a pressure drop is detected, and control is performed so that the rotational speed of the electric motor is increased to the target rotational speed. At this time, if the faucet is further opened, the rotational speed of the electric motor is increased. However, if cavitation occurs before the rotational speed of the electric motor reaches the predetermined upper limit, the pressure and the amount of pumped water are drastically decreased. However, since the control unit of the pump device determines that the pressure is reduced and further increases the motor rotation speed, the cavitation increases accordingly and there is a problem that the operation is performed in a state where the pressure and the pumped water amount are extremely reduced.
ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備えたポンプ装置にて、電動機の軸出力を検知する機能にて電気的負荷が許容範囲で且つ、電動機の軸出力が最大となる様に電動機の回転数を制御させる。また、吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に電動機軸出力が定められた上限に達するまで回転数を上昇させる事を可能とする。また、吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に増加する回転数と共に増加する電動機軸出力において、回転数の増加に電動機軸出力が追従しなくなって、電動機軸出力が逆に低下した場合に電動機回転数を下げる制御を行う。 Electric load is allowed by the function of detecting the shaft output of the motor in a pump device equipped with a pressure tank that stores pumped water and pressurized water and a pressure detector that detects the discharge pressure of the pump The rotation speed of the motor is controlled so that the shaft output of the motor is maximized within the range. Further, the discharge pressure is controlled to be constant, and when the pumping amount is increased, the rotation speed can be increased until the motor shaft output reaches a predetermined upper limit. In addition, when the discharge pressure is controlled to a constant level and the pumping amount is increased, the motor shaft output that increases with the number of rotations increases, the motor shaft output does not follow the increase in the number of rotations, and the motor shaft output decreases. If this happens, control is performed to reduce the motor speed.
本発明によれば、ポンプ装置に回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、前記電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設ける。制御装置内部に電動機の軸出力の大小を判定する部品を設ける。ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、電動機の軸出力の大小を判定する部品にて、定められた回転数の中で軸出力が最大となる様に電動機を回転数制御することで
第一に
井戸水位が深い場合(吸上げ高さ8m)においては、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機の回転数を上昇させ軸出力の上限値まで上昇させる。この時の回転数をN1とし水量をQ1とする。
According to the present invention, the pump device is provided with a control device capable of controlling the rotational speed, the electric motor capable of changing the rotational speed by the control device is provided, and the pump unit directly connected to the electric motor and incorporating the impeller is provided. A component for determining the magnitude of the shaft output of the motor is provided inside the control device. It is equipped with a pressure tank that stores pumped and pressurized water and a pressure detector that detects the pump discharge pressure, and is a component that determines the magnitude of the shaft output of the motor. By controlling the rotation speed of the motor so that the shaft output is maximized, first, when the well water level is deep (8m suction height), the rotation speed of the motor is increased to maintain the set discharge pressure. And increase it to the upper limit of the shaft output. The number of rotations at this time is N1, and the amount of water is Q1.
また、水位が深い場合の方がポンプ装置の消費電力量が高いことから、従来のポンプ装置は水位が深い場合を基準に回転数の上限等を定めていた。 In addition, since the power consumption of the pump device is higher when the water level is deeper, the conventional pump device sets the upper limit of the rotational speed based on the case where the water level is deep.
次に井戸の水位が浅い場合(吸上げ高さ0m)において、電動機の回転数をN1として運転した時の水量はQ2となり、Q2-Q1=ΔQ(2-1)が井戸の水位差によって変動する水量の差となる。 Next, in the case the water level in the well is shallow (wicking height 0 m), the amount of water when the driving rotation speed of the motor as N1 is Q2 becomes, Q2-Q1 = ΔQ (2-1 ) is the level difference of the well It becomes the difference in the amount of water that fluctuates.
次に井戸の水位が浅い場合においては、設定された吐き出し圧力を保つ為に、電動機の回転数を上昇させ軸出力の上限値まで回転数を上昇させる。この時の回転数はN2となり、N1<N2となり、その時の水量はQ3となる。Q3-Q2=ΔQ(3-2)が回転数を上昇させて増加した水量になる。
Next, in the case the water level in the well is shallow, in order to maintain the discharge pressure that has been set, increases the rotational speed to the upper limit value of the shaft output increases the rotational speed of the motor. The rotation speed at this time is N2, N1 <N2, and the water volume at that time is Q3. Q3-Q2 = ΔQ (3-2) is the amount of water increased by increasing the rotation speed.
この為、従来のポンプ装置に対して、ΔQ(3-2)水量をアップすることが出来る。 For this reason, the amount of ΔQ (3-2) water can be increased compared to the conventional pump device.
第二に、設定された吐き出し圧力以上の圧力を必要とする場合で水量が比較的少ない場合は、設定を変更し電動機軸出力の上限値で運転するようにする。 Secondly, when a pressure higher than the set discharge pressure is required and the amount of water is relatively small, the setting is changed and operation is performed at the upper limit value of the motor shaft output.
次に、回転数を制御できる制御装置を備え、制御装置により回転数が変更できる電動機を設け、電動機に直結され羽根車を内蔵したポンプ部を設ける。制御装置内部に電動機の軸出力の大小を判定する部品を設ける。ポンプ部で揚水、加圧した水を蓄水する圧力タンク及び、ポンプの吐き出し圧力を検出する圧力検出器を備え、制御装置にてポンプの吐き出し圧力を一定に制御するポンプ装置にて吐き出し圧力を一定に制御させ、揚水量を増加させた時に増加する回転数と共に増加する電動機軸出力において、回転数の増加に追従せず、電動機軸出力が低下した場合に回転数をΔN下げることで
井戸水位が深い場合(吸上げ高さ8m)の配管条件において、地理的条件等にて配管径を細くした場合や、井戸からポンプ装置までの横引距離が長くなった場合に、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機の回転数を上昇させると、ポンプ装置の吸い込み側にキャビテーションが発生する場合がある。その時、電動機軸出力は極端に低下するので電動機回転数が上昇中に電動機軸出力が低下した場合は、キャビテーションや井戸の水量不足と判断させ回転数をΔN低下させる。それにより、電動機軸出力の増加し揚水量を確保することが出来る。
Next, a control device that can control the rotation speed is provided, an electric motor that can change the rotation speed by the control device is provided, and a pump unit that is directly connected to the motor and incorporates the impeller is provided. A component for determining the magnitude of the shaft output of the motor is provided inside the control device. The pump unit is equipped with a pressure tank that stores water that has been pumped and pressurized, and a pressure detector that detects the pump discharge pressure, and the control device controls the pump discharge pressure to a constant level. In the motor shaft output that increases with the rotational speed that increases when the pumping amount is increased by keeping the pump constant, the well water level can be reduced by following the increase in the rotational speed and lowering the rotational speed by ΔN when the motor shaft output decreases. The set discharge pressure when the pipe diameter is narrow due to geographical conditions, etc., or when the horizontal pulling distance from the well to the pump device becomes long in the piping conditions when the depth is deep (suction height 8m) If the rotational speed of the electric motor is increased to maintain the pressure, cavitation may occur on the suction side of the pump device. At this time, the motor shaft output is extremely reduced. Therefore, if the motor shaft output decreases while the motor rotation speed is increasing, it is determined that the amount of water in the cavitation or well is insufficient, and the rotation speed is decreased by ΔN. As a result, the motor shaft output is increased, and the amount of pumped water can be secured.
以下本発明の一実施例を図面に基づき詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1はポンプ装置を示す。 FIG. 1 shows a pump device.
電動機2に直結された羽根車(図示せず)をケーシング7およびケーシングカバー6に水密に内蔵しポンプ部13が構成される。前記ポンプ部13の上部には前記ケーシング7に構成された吸込み口(図示せず)と吐き出し口(図示せず)が水封材(図示せず)を介して内部に逆止弁(図示せず)を有する分離室3がボルト14により取り付けられる。
An impeller (not shown) directly connected to the
前記ポンプ部13により加圧された圧力を検出する圧力センサ4が前記分離室3と蓄圧を目的とした圧力タンク5をつなぐ吐き出し管15に取り付けられている。
A
電動機2近傍には、ポンプ装置1の運転を制御するインバータ機能を有する制御装置20が構成されている。前記制御装置20は電源ケーブル11により電気を供給される。
A
図2はポンプ装置1のフローを表す。
FIG. 2 shows the flow of the
ポンプ部13に接続させた電動機2のポンプ部13の反対側には電動機2の回転数を検出する回転数センサ18が取り付けられている。電動機2の回転数は回転数センサ18より電気信号として制御装置20へ送信される。
A rotation speed sensor 18 for detecting the rotation speed of the
ポンプ部13により揚水され加圧させた圧力を、圧力センサ4で検出し制御装置20へ電気信号として送信される。送信された信号をもとに制御装置20は、あらかじめ設定されていた吐き出し圧力になるように、電動機2の回転数を制御する。この際電動機2に流れる電流を検出する電流センサ19が設けられている。
The pressure pumped and pressurized by the
また制御装置20には、ポンプ装置1の状態を表示できる表示部20a及び外部から入力が可能なように入力スイッチ20bが設けられている。
Further, the
図3はポンプ装置1の施工状態を表す。
FIG. 3 shows a construction state of the
ポンプ装置1は吸込みフランジ9に管を配管し井戸90まで水密に接続する。また吐き出しフランジ16にも同様に管を用いて水栓89まで配管する。
The
次にポンプ装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
水栓89を開くと圧力タンク5内の圧力により水栓89より水が出る。この際、圧力タンク5内部の圧力が低下するのを圧力センサ4が検出して電動機2が起動する。
When the
電動機2が起動することによりポンプ装置1内部の圧力が上昇する為、制御装置20は圧力が設定された吐き出し圧力となるように圧力センサ4からの信号より電動機2の回転数を加減する。
Since the internal pressure of the
水栓89を閉めていくとポンプ装置1内部の圧力が上昇しそれに伴い電動機2の回転数も低下し最終的にポンプ装置1は停止する。
As the
次に本発明の動作について説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
制御装置20にはあらかじめ電動機2の電流値と軸出力、回転数のデータが入力されており、運転する電動機の回転数及び電流センサ19が電流値を検出、制御装置20に入力することで電動機の軸出力を推定することが出来る。
The current value, shaft output, and rotation speed data of the
制御装置20には電動機回転数の上限を特に定めず、電動機軸出力の上限値を設定する。
図4に示すように井戸水位が深い場合(吸上げ高さ8m)の特性を
Curve1-1:軸出力-揚水量
Curve1-2:回転数-揚水量
Curve1-3:圧力-揚水量と表す。
The
As shown in Fig. 4, the characteristics when the well water level is deep (sucking height 8m)
Curve1-1: Shaft output-Pumped amount
Curve1-2: Rotation speed-Pumped amount
Curve1-3: Expressed as pressure-pumped amount.
水栓89を開きポンプ装置1内部の圧力が低下し、電動機2が起動すると、制御装置20は設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機2の回転数を上昇させる。軸出力は上限W1まで達しその後、X1点で圧力が低下するのと同じく低下する。この時の回転数をN1とし水量をQ1とする。
When the
また、水位が深い場合の方がポンプ装置1の消費電力量が高いことから、従来のポンプ装置1は水位が深い場合を基準に回転数の上限等を定めているのが一般的である。
Further, since the power consumption of the
次に井戸の水位が浅い場合(吸上げ高さ0m)の特性を
Curve2-1:軸出力-揚水量
Curve2-2:回転数-揚水量
Curve1-3:圧力-揚水量と表す。
Next, the characteristics when the well level is shallow (the suction height is 0m)
Curve2-1: Shaft output-Pumped amount
Curve2-2: Rotation speed-Pumped amount
Curve1-3: Expressed as pressure-pumped amount.
水栓89を開きポンプ装置1内部の圧力が低下し、電動機2が起動すると、制御装置20は設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機2の回転数を上昇させる。軸出力は上限W1まで達しその後、X2点で圧力が低下するのと同じく低下する。この時の回転数をN1とし水量をQ2とする。
When the
電動機の回転数をN1として運転した時の水量はQ2となり、Q2-Q1=ΔQ(2-1)が井戸の水位差によって変動する水量の差となる。 The amount of water when the motor speed is N1 is Q2, and Q2−Q1 = ΔQ (2-1) is the difference in the amount of water that fluctuates due to the water level difference in the well.
次に井戸の水位が浅い場合において、本発明の特性を
Curve3-1:軸出力-揚水量
Curve3-2:回転数-揚水量
Curve3-3:圧力-揚水量と表す。
Next, when the well level is shallow, the characteristics of the present invention are
Curve3-1: Shaft output-Pumped amount
Curve3-2: Rotational speed-Pumped amount
Curve3-3: Expressed as pressure-pumped amount.
水栓89を開きポンプ装置1内部の圧力が低下し、電動機2が起動すると、制御装置20は設定された吐き出し圧力を保つ為に、電動機2の回転数を上昇させる。さらに水栓89を開き水量を増加させると、軸出力の上限値W1まで上昇し維持させた状態で回転数を増加させるとX3点で圧力は低下し始める。この時の回転数N2はN1+ΔNとなり、N1<N2となり、その時の水量はQ3となる。Q3-Q2=ΔQ(3-2)が軸出力の上限まで回転数を上昇させて増加した水量になる。
When the
この為、従来のポンプ装置に対して、ΔQ(3-2)水量をアップすることが出来る。 For this reason, the amount of ΔQ (3-2) water can be increased compared to the conventional pump device.
次に井戸水位が深い場合(吸上げ高さ8m)の配管条件において、地理的条件等にて配管径を細くした場合や、井戸からポンプ装置1までの横引距離が長くなった場合に、設定された吐き出し圧力を保つ為に電動機2の回転数を上昇させると、ポンプ装置1の吸い込み側にキャビテーションが発生する場合がある。その時、電動機2の軸出力は極端に低下するので電動機2の回転数が上昇中に電動2の軸出力が低下した場合は、キャビテーションや井戸の水量不足と判断させ回転数をΔN低下させる。それにより、電動機2の軸出力が増加し揚水量を確保することが出来る。
Next, in the piping conditions when the well water level is deep (8m suction height), when the pipe diameter is narrowed due to geographical conditions, etc., or when the horizontal pulling distance from the well to the
また、設定された吐き出し圧力以上の圧力を必要とする場合で、水量が比較的少ない場合は、設定を変更し常に電動機2の軸出力の上限値で運転するようにする。
Further, when a pressure higher than the set discharge pressure is required and the amount of water is relatively small, the setting is changed to always operate at the upper limit value of the shaft output of the
ポンプ装置1の仕事量は係数×水量Q×圧力Pにて表すことが出来ることから、水量が少ない場合は圧力を上げて電動機軸出力の上限値で運転することで電気的な負荷を与えすぎず高い圧力を得ることができる。
Since the work volume of the
1…ポンプ装置、2…電動機、3…分離室、4…圧力センサ、5…圧力タンク、6…ケーシングカバー、7…ケーシング、8…吸込み管、9…吸込みフランジ、10…ベース、11…電源ケーブル、12…ポンプカバー、13…ポンプ部、14…ボルト、15…吐出し管、16…吐き出しフランジ、18…回転数センサ、19…電流センサ、20…制御部、89…水栓、90…井戸。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ポンプ装置は、吸込フランジに管を配管し井戸まで水密に接続し、吐き出しフランジにも管を用いて水栓まで配管され、
前記制御装置は、電動機の電流値と軸出力、回転数のデータが入力されており、前記電動機の回転数及び電流センサが検出した電流値を前記制御装置に入力することで前記電動機の軸出力を推定し、
前記制御装置には、前記回転数の上限でなく前記軸出力の上限値が設定され、
前記ポンプの汲上げ高さが小さい場合、水栓を開き前記ポンプ内部の圧力の低下を前記圧力検出器で検知すると、前記電動機が起動し、前記制御装置は、前記吐き出し圧力を保つために前記電動機の回転数を上昇させ、さらに水栓を開くと前記軸出力の上限まで回転数を上昇し、前記電動機の軸出力を維持させた状態で回転数を増加させ、
前記ポンプの汲上げ高さが大きい場合、前記電動機の回転数が上昇中に前記電動機の軸出力が低下した場合は、回転数を低下させることを特徴とするポンプ装置。 Provided with a control device capable of controlling the rotation speed, provided with an electric motor capable of changing the rotation speed by the control device, provided with a pump unit directly connected to the electric motor and incorporating an impeller, and detecting the shaft output of the electric motor inside the control device Or a pressure tank for storing the water pumped and pressurized by the pump unit, and a pressure detector for detecting the pump discharge pressure, and the controller discharges the pump discharge pressure. In the pump device that is controlled to be constant,
The pump device is piped to the suction flange and connected to the well in a watertight manner, and the discharge flange is also piped to the faucet using the pipe,
The control device receives the motor current value, shaft output, and rotation speed data, and inputs the motor rotation speed and the current value detected by the current sensor to the control device to thereby output the motor shaft output. Estimate
In the control device, not the upper limit of the rotation speed but the upper limit value of the shaft output is set,
When the pumping height of the pump is small , opening the faucet and detecting the pressure drop inside the pump with the pressure detector, the electric motor is activated, and the control device is configured to maintain the discharge pressure. Increasing the rotational speed of the electric motor, further opening the faucet increases the rotational speed to the upper limit of the shaft output , increasing the rotational speed while maintaining the shaft output of the electric motor ,
When the pumping height of the pump is large , the pump speed is reduced when the shaft output of the motor decreases while the rotation speed of the motor increases.
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