JP5209330B2

JP5209330B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP5209330B2
Application number: JP2008013334A
Authority: JP
Inventors: 義弘内田; 哲男高部; 博之大澤; 進二鈴木; 弘一石原; 栄司菅井; 耕藤野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: JP2009174409A

Description

本発明は、ポンプ装置に係り、特にポンプ装置の始動時に必要な過渡電流を小さくすることができる電動機駆動型のポンプ装置に関する。

電動機を駆動源とするポンプ装置は、一般に、電力会社（電力系統）または自家発電機から電力の供給を受けて運転される。電力会社から電力が供給される場合、過大な負荷が瞬間的に投入されると、瞬時電圧降下により停電を引き起こすことがあり、電力系統を利用している他の需要家に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、電力会社では、突入電流や電圧降下量に制限を設ける場合がある。

このような状況の下でポンプ装置を始動する場合、電力系統からの電力を直接電動機に加えて始動する、いわゆる直入れ始動方法では、始動電流（過渡電流）が制限電流を超えてしまうことがある。したがって、ポンプを始動させるのに十分な高トルクを電動機に発生させつつ、始動電流を抑えることができる、減電圧始動、インバータ始動、二次抵抗始動などの始動方法が採用されている。しかしながら、このような始動方法は、高価な始動装置や電動機を必要とし、コストの上昇を招くことになる。また、始動装置の構造が複雑であるため、ポンプ装置の信頼性も低下する。

ガスタービン発電機やディーゼルエンジン発電機などの自家発電機により電力の供給を行う場合でも、ポンプ装置の始動時に大きな負荷が発電機に掛かると、瞬時電圧降下により発電機の停止を招いてしまう。このため、ポンプ装置の始動電流に対して十分な容量を有する発電機を用いるのが一般的である。しかしながら、大容量の発電機はコストが高く、しかもポンプ装置の定格運転時に必要な容量よりも大きな容量の発電機を設けなければならないため、費用効率が悪かった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプ始動時の過渡電流を抑制し、かつ確実にポンプを始動することができるポンプ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記電動機の回転速度を変える変速装置とを備えており、前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、前記変速装置を介して、運転中のポンプの前記電動機の回転速度を下げることを特徴とする。

本発明の他の態様は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記羽根車の翼角度を変える翼角度可変機構とを備えており、前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、前記翼角度可変機構を介して、運転中のポンプの前記翼角度を小さくすることを特徴とする。

本発明の一参考例は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部と、前記吸込水槽の水位を検出する水位検出器とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機とを備えており、前記制御部は、前記水位検出器からの信号に基づき、前記吸込水槽の水位の上昇に従って前記複数のポンプを順次始動させ、前記複数のポンプのうち少なくとも最後に始動されるポンプは、比速度が９００より大きいポンプであることを特徴とする。

本発明の他の態様は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記ポンプの吐出し量を調整する吐出弁とを備えており、前記複数のポンプは、いずれも比速度９００以下のポンプであり、前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、運転中のポンプの前記吐出弁を閉じて該ポンプを定格吐出量未満で運転させることを特徴とする。

本発明の他の参考例は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機とを備えており、前記複数のポンプのうちの１つは、その他のポンプよりも電動機出力の小さいポンプであり、前記制御部は、前記電動機出力の小さいポンプを最後に始動させることを特徴とする。

本発明の他の態様は、吸込水槽に配置される複数のポンプと、前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記複数のポンプは、それぞれ、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングの吐出口に連結されたサイホン形成配管と、前記サイホン形成配管の頂部に設けられたサイホンブレーカとを備えており、前記複数のポンプは、いずれも比速度９００以下のポンプであり、前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、運転中のポンプの前記サイホンブレーカを操作して前記サイホン形成配管内に形成されているサイホンを破壊することを特徴とする。

本発明の他の参考例は、吸込水槽に配置されるポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、前記ポンプは、水を移送する羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記電動機と電源との間に配置された、リアクトルを有する始動装置と、前記電動機の駆動軸に連結された補助電動機とを備えており、前記制御部は、前記リアクトルを介して前記電源から前記電動機に電流を供給して該電動機を始動させるよう前記始動装置を作動させ、その後補助電動機を始動させ、その後前記リアクトルを介さずに前記電源から前記電動機に直接電流を供給するよう前記始動装置を作動させ、その後前記補助電動機を停止させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ポンプ装置は、前記補助電動機に直流電流を供給する蓄電池をさらに備え、前記補助電動機は、直流電動機であることを特徴とする。

本発明によれば、低い始動電流で確実にポンプ装置を始動することができる。したがって、電力系統から供給される電流に制限が設けられている場合であっても、その制限電流を始動電流が超えることなく、ポンプ装置を始動することができる。また、ガスタービン発電機やディーゼルエンジン発電機などの自家発電機の容量を小さくすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置を示す側面図であり、図２は図１のポンプ装置の平面図である。

図１および図２に示すように、このポンプ装置は２台のポンプ１，１と、ポンプ１，１の運転を制御する制御部１０とを備えている。これらポンプ１，１は吸込水槽２０内で並列に配置されている。なお、図２に示す例では、２台のポンプ１，１を備えたポンプ装置が示されているが、本発明はこの構成に限らず、３台以上のポンプを備えてもよい。

図１に示すように、それぞれのポンプ１は、水を移送する羽根車２と、羽根車２を回転させる電動機３と、電動機３の回転速度を変えるインバータ装置（変速装置）７と、電動機３と羽根車２とを連結する回転軸１２と、羽根車２を収容するケーシング４と、ケーシング４の吐出口に設けられた吐出弁５とを有している。ポンプ１の吸込口は吸込水槽２０内の水中に没している。吸込水槽２０は、図示しない河川や水路などに連結されており、吸込水槽２０に水が流入するようになっている。吸込水槽２０には、水位を検出する水位検出器６が配置されている。制御部１０は、水位検出器６、吐出弁５のアクチュエータ（図示せず）、およびインバータ装置７に接続されている。

電動機３によって羽根車２を回転させると、吸込水槽２０内の水は吸込口から吸い上げられ、ケーシング４および吐出管１１を通って吐出側へ移送される。ケーシング４の吐出口と吐出管１１との間には上述の吐出弁５が設けられており、吐出管１１の開閉または水の流量（吐出し量）の調整が吐出弁５によって行われるようになっている。制御部１０は、吐出弁５、電動機３の回転速度などを制御するように構成されている。ポンプ１の型式としては、立軸型に限らず、横軸型、斜軸型、渦巻き型、水中型などのポンプを用いることができる。

インバータ装置７は、制御部１０からの指令信号に基づき、電動機３の回転速度を変速させるように構成されている。したがって、電動機３の回転速度を変えることにより、吐出し量を変化させることができる。また、上述した吐出弁５を操作することによっても、吐出し量を変化させることができる。

図３（ａ）は、電動機３の回転速度を変化させたときの特性曲線を示す図である。曲線Ｎ１，Ｎ２は、それぞれ回転速度ｎ１，ｎ２（ｎ１＞ｎ２）におけるポンプ１の特性曲線を示している。また、曲線Ｒは、ポンプ１から吐出管１１の末端出口（吐出口）までの水の流量に応じた管路損失を示す抵抗曲線である。また、曲線Ｅ１は電動機３の回転速度がｎ１のときの、電動機３の消費電力と吐出し量との関係を示す特性曲線である。同様に、曲線Ｅ２は電動機３の回転速度がｎ２のときの、電動機３の消費電力と吐出し量との関係を示す特性曲線である。

図３（ａ）において、回転速度ｎ１におけるポンプ１の運転点は点Ａ１である。電動機３の回転速度をｎ１からｎ２に下げると、運転点は抵抗曲線Ｒ上を点Ａ１から点Ａ２に移動する。このとき、電動機３の消費電力もＢ１からＢ２に低下する。このことは、電動機３に掛かる負荷が小さくなることを意味し、電動機３に供給すべき電流は小さくて済む。

図３（ａ）に示すグラフでは、電動機３の回転速度を下げることで電動機３への負荷が下がることが示されているが、電動機３の回転速度に代えて、羽根車２の翼角度を変えることによっても負荷を下げることができる。羽根車２の翼角度を変えたときの特性曲線を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）中の曲線Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ翼角度ｃ１，ｃ２（ｃ１＞ｃ２）におけるポンプ１の特性曲線を示し、曲線Ｆ１，Ｆ２は翼角度ｃ１，ｃ２のときの吐出し量と消費電力との関係を示している。図３（ｂ）から分かるように、翼角度を変更することによって運転点を下げ、これによって電動機３に必要な電流を下げることができる。なお、この場合は、羽根車２の翼は図示しないアクチュエータ（翼角度可変機構）によって操作され、制御部１０からの指令信号に基づき、翼角度が変化される。

次に、ポンプ装置の始動方法について詳細に説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。
図４に示すように、ポンプの始動指令を受けると、制御部１０は次に始動すべきポンプが最後のポンプであるか否かを判断する。次に始動すべきポンプが最後のポンプでない場合には、そのポンプを通常とおりに始動させる。一方、次に始動すべきポンプが最後のポンプである場合には、運転中のポンプの電動機３への負荷を低減させるべく、そのポンプを駆動する電動機３の回転速度を下げるか、またはそのポンプの羽根車２の翼角度を小さくする。なお、低負荷で運転させるポンプは１台でもよく、または複数台でもよく、そのポンプ装置の仕様によって適宜決定される。

このような負荷低減操作が完了した後、次のポンプ（すなわち最後のポンプ）を始動させる。最後のポンプの始動が完了すると、低負荷で運転しているポンプを、通常の運転に復帰させる。すなわち、低負荷で運転している電動機３の回転速度または羽根車の翼角度を通常状態に復帰させる。その後、全てのポンプは定格運転される。

次に、ポンプ装置の始動時における電流の変化について、従来の始動方法と対比して説明する。図５は従来の始動方法に従ってポンプ装置を始動したときの電流の変化を示すグラフであり、図６は本実施形態に係る始動方法に従ってポンプ装置を始動したときの電流の変化を示すグラフである。なお、図５および図６は、３台のポンプを備えたポンプ装置の例を示している。

図５に示すように、第１のポンプ、第２のポンプ、第３のポンプ（最後のポンプ）を始動するとき、始動電流（過渡電流）が電動機に流れる。電源に掛かる負荷（電流）はポンプが始動されるたびに増えていき、最後のポンプの始動時に最も大きくなる。このような電流の変化は、図６に示す本実施形態でも同じである。

本実施形態では、図６に示すように、第３のポンプ（最後のポンプ）が始動される前に、運転中のポンプ（第１のポンプおよび／または第２のポンプ）の負荷を低減させる動作が行なわれ、これにより電流が定格運転時の電流よりも下げられる（時間Ｔ１参照）。この状態で第３のポンプ（最後のポンプ）が始動されるので、第３のポンプが始動するときのポンプ装置全体に供給される電流は、図５に示す従来例の場合に比べて低くなる。第３のポンプの始動動作が完了した後は、低負荷で運転されていたポンプ（第１のポンプおよび／または第２のポンプ）を定格運転に復帰させ（時間Ｔ２参照）、これによりポンプ装置全体が定格運転される。

このように、本実施形態によれば、最後のポンプを始動する前に、運転中のポンプの負荷が下げられるので、最後のポンプの始動時においてポンプ装置全体に必要な電流（ポンプの運転および始動に必要な電流）を下げることができる。したがって、電力系統からの供給電力に制限が設けられている場合であっても、その制限値を超えることなく、確実にポンプ装置を始動することができ、電力系統および発電機などの電力供給源に瞬時電圧降下を引き起こすことを防止できる。

また、ポンプ装置の電源としてガスタービン発電機やディーゼルエンジン発電機などの自家発電機を用いる場合には、この自家発電機の容量を小さくすることができる。自家発電機の容量は、一般に、（１）ポンプ装置の定常運転時に必要な電力、（２）ポンプ装置の始動時の最大電圧降下に対して十分に大きい電源容量、（３）ポンプ装置の始動時における最大短時間耐量、の３項目のうち、最大となる値から決定される。

このうち、項目（３）は、最後のポンプの始動時に必要な容量（始動電流）に、運転中のポンプの定常負荷を加えることで求められる。したがって、運転中のポンプの定常負荷（定常運転時の電流）を抑えることが、自家発電機の容量の低減につながる。本実施形態によれば、自家発電機の小容量化が可能となり、ポンプ装置および発電機を含む排水機場のコストを下げることができる。

ここで、少なくとも最後に始動されるポンプには、比速度が９００より大きいポンプを採用することが好ましい。この理由は次の通りである。複数のポンプを有するポンプ装置においては、図７に示すように、吸込水槽の水位の上昇に従って、ポンプを順次始動させるように構成されている。一方、吐出側の河川は大容量の河川である場合が多く、吐出側水位は変化が少なくほぼ一定である。したがって、１台目のポンプの始動時の実揚程（Ｈ１）よりも、２台目のポンプの始動時の実揚程（Ｈ２）のほうが小さく、最後のポンプの始動時の実揚程（Ｈｍ）が最も小さい。

一般に、比速度が９００より大きいポンプは、実揚程が小さくなるにしたがって軸動力も小さくなるという運転特性を持っている。つまり、実揚程が小さくなり、ポンプの運転点が過大流量側に変わると、ポンプの軸動力が小さくなる。したがって、最後のポンプに、好ましくは全てのポンプに、比速度が９００より大きいポンプを用いると、始動時の軸動力を小さくすることができる。この場合は、上述したような電動機３の回転速度または翼角度の制御を行わなくてもよい。

なお、本実施形態は、最後のポンプの始動時における過渡電流を下げる例を示すものであるが、ポンプ装置の仕様及び電力系統の条件により最終号機の１台前のポンプにおける過渡電流が問題になる場合は、制御部１０にて、次に始動するポンプが最終号機の１台前のポンプであるか否かを判断して、同様の負荷低減制御を行うようにしてもよい。さらに、最後のポンプを含む複数台のポンプを始動させるときに、同様の負荷低減制御を行うようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態は、電動機３の回転速度または羽根車２の翼角度を変える代わりに、吐出弁５を操作して吐出し量を変えることによってポンプ１への負荷を低減させる点で、第１の実施形態と異なっている。また、本実施形態では、それぞれのポンプ１に、比速度が９００以下のポンプが用いられている。比速度が９００以下のポンプは、吐出し量が増えるに従って、軸動力が大きくなるという特性曲線を示す。

図８は、比速度が９００以下のポンプの一例として、比速度が４００程度のポンプの特性曲線を示す図である。電動機（羽根車）の回転速度が一定の条件下では、図８に示すように、吐出し量が増えるに従って、全揚程が低くなる。また、吐出し量が増えるにつれて、軸動力が大きくなる。したがって、図８から、吐出し量の低下、つまり全揚程の増加に伴って、軸動力が小さくなることが分かる。なお、軸動力とは、羽根車の回転軸を回転させるのに必要な動力をいう。

図９は、吐出弁５の開閉動作によって変化する抵抗曲線を示すグラフである。図９において、曲線Ｎ１は、回転速度ｎ１におけるポンプ１の特性曲線を示している。曲線Ｒ１は、吐出弁５を開いているときの、ポンプ１から吐出管１１の末端出口までの水の流量に応じた管路損失を示す抵抗曲線である。曲線Ｒ２は、吐出弁５を閉じて吐出し量を下げたときの抵抗曲線である。曲線Ｓ１は、電動機３の回転速度がｎ１のときの軸動力と吐出し量との関係を示す特性曲線である。

吐出弁５を全開にしているときのポンプ１の運転点は点Ａ１である。吐出弁５を閉じて吐出し量を下げると、運転点は特性曲線Ｎ１上を点Ａ１から点Ａ２に移動する。このとき、軸動力もＣ１からＣ２に低下する。したがって、電動機３の回転速度を下げた場合と同様に、電動機３に掛かる負荷が低下し、電動機３に供給すべき電流も小さくて済む。なお、図９に示すグラフでは、吐出弁５を閉じて吐出し量を少なくする例を示しているが、吐出弁５を完全に閉じて（すなわち、締め切り状態にして）、吐出し量を０としてもよい。

次に、本実施形態に係る始動方法について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る、ポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。
図１０に示すように、ポンプの始動指令を受けると、制御部１０は次に始動すべきポンプが最後のポンプであるか否かを判断する。次に始動すべきポンプが最後のポンプでない場合には、そのポンプを通常どおりに始動させる。

一方、次に始動すべきポンプが最後のポンプである場合には、運転中のポンプの吐出弁５を閉じてそのポンプの吐出し量を低下させる。この場合、吐出弁５を完全に閉じて吐出し量を０としてもよい。なお、閉じる吐出弁５は１台でもよく、または複数台でもよい。吐出弁５の操作が完了した後、次のポンプ（すなわち最後のポンプ）を始動させる。最後のポンプの始動が完了すると、吐出弁５を開き、全てのポンプを定格運転させる。このように、比速度が９００以下のポンプを小水量運転または締め切り運転させることにより、運転中のポンプに流れる電流を下げることができる。

次に、本発明の一参考例について説明する。なお、上述した第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図１１は、本発明の一参考例に係るポンプ装置を示す平面図である。図１２は図１１に示すポンプ装置の一側面図であり、図１３は図１１に示すポンプ装置の他方の側面図である。本参考例では、ガスタービン発電機やディーゼルエンジン発電機などの自家発電機が、ポンプ装置の電源として用いられる。

図１１乃至図１３に示すように、このポンプ装置は、大きさ（容量、すなわち電動機３の出力）の異なる２つのポンプ（大容量ポンプ１Ａおよび小容量ポンプ１Ｂ）を備えている。これらポンプ１Ａ，１Ｂの基本的構成は互いに同一であり、それぞれ羽根車（図示せず）と、電動機（水中モータ）３と、ケーシング４と、吐出弁５とを備えている。この参考例では、２台のポンプ１Ａ，１Ｂが配置されているが、３台以上のポンプを設けてもよい。この場合は、複数のポンプのうちの少なくとも１台が小容量ポンプとなる。

本参考例では、小容量ポンプ１Ｂが最後に始動される。図１４は本参考例のポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。図１４に示すように、ポンプの始動指令を受けると、制御部１０は次に始動すべきポンプが最後のポンプであるか否かを判断する。次に始動すべきポンプが最後のポンプでない場合には、そのポンプを通常とおりに始動させる。

一方、次に始動すべきポンプが最後のポンプである場合には、制御部１０は、次に始動すべきポンプが小容量ポンプ１Ｂであるか否かを判断する。最後のポンプが小容量ポンプ１Ｂである場合は、その小容量ポンプ１Ｂを始動させる。一方、最後のポンプが小容量ポンプ１Ｂでない場合には、運転中の小容量ポンプ１Ｂを停止させる。小容量ポンプ１Ｂの停止動作が完了した後、次に始動すべきポンプ（大容量ポンプ１Ａ）を始動させる。そして、大容量ポンプ１Ａの始動が完了した後、小容量ポンプ１Ｂを始動させる。なお、ポンプが３台以上の場合は、容量が最大でないポンプ（好ましくは最小容量のポンプ）が最後に始動されるポンプとなる。

上述したように、発電機の容量を決定する要素の１つである、ポンプ装置の始動時における最大短時間耐量は、最後のポンプの始動時に必要な容量（始動電流）に、運転中のポンプの定常負荷を加えることで求められる。したがって、運転中のポンプの定常負荷（定常運転時の電流）を抑えることが、自家発電機の容量の低減につながる。本参考例に係る始動方法によれば、始動電流の小さい小容量ポンプを最後に始動させることにより、自家発電機の小容量化が可能となり、安価な排水機場とすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。本実施形態に係るポンプ装置は、図１５に示すポンプ１を複数台備えている。それぞれのポンプ１は、羽根車２と、羽根車２を回転させる電動機３と、羽根車２と電動機３とを連結する回転軸１２と、羽根車２および回転軸１２を収容するケーシング４と、ケーシング４の吐出口に接続された、吐出側の最高水位よりも高い点を通って延びるサイホン形成配管１４とを備えている。ポンプ１の吸込口は吸込水槽内に位置している。

サイホン形成配管１４は、サイホンの原理を利用して水を吸込側から吐出側に移送するためのものであり、サイホン形成配管１４の頂部には、サイホンブレーカ１５が設けられている。なお、本実施形態では、ポンプ１として立軸ポンプが採用されているが、本発明はこれに限らず、横軸型、斜軸型、渦巻き型、水中型などの種々のポンプを用いることができる。

本実施形態に係るポンプ１は、いずれも比速度が９００以下のポンプが用いられている。図８を用いて説明したように、比速度が９００以下のポンプは、吐出し量の低下または全揚程の増加に伴って、軸動力が小さくなる特性を有している。本実施形態では、この運転特性を利用して、電動機３に掛かる負荷を低減させる。具体的には、最後のポンプを始動させる前に、運転中のポンプのサイホンブレーカ１５を操作して、サイホン形成配管１４に形成されているサイホンを破壊する。これにより、図１５に示すように、実揚程を一時的に大きくして、軸動力を下げる。

サイホンブレーカ１５としては、弁、およびこの弁を操作するアクチュエータを備えた機構が採用される。サイホンブレーカ１５を開くと、サイホンブレーカ１５を通じてサイホン形成配管１４内に空気が入り込み、これによりサイホン形成配管１４内に形成されているサイホンが破壊される。サイホンを形成するときは、サイホンブレーカ１５を閉じ、サイホン形成配管１４への空気の流入を遮断し、ポンプ１の吐出水流による自己サイホンによりサイホンを形成させる。なお、サイホンブレーカ１５は、制御部１０からの指令信号によって動作するようになっている。

本実施形態に係るポンプ装置の始動方法について図１６を参照して詳細に説明する。図１６に示すように、ポンプの始動指令を受けると、制御部１０は次に始動すべきポンプが最後のポンプであるか否かを判断する。次に始動すべきポンプが最後のポンプでない場合には、そのポンプを通常とおりに始動させる。一方、次に始動すべきポンプが最後のポンプである場合には、運転中のポンプの電動機３への負荷を低減させるべく、そのポンプのサイホンブレーカ１５を操作して（開いて）、サイホン形成配管１４に形成されているサイホンを破壊する。なお、サイホンが破壊されるポンプは１台でもよく、または複数台でもよく、そのポンプ装置の仕様によって適宜決定することができる。

サイホンの破壊が完了した後、次のポンプ（すなわち最後のポンプ）を始動させる。最後のポンプの始動が完了すると、サイホンブレーカ１５を操作して（閉じて）、サイホンをサイホン形成配管１４内に再び形成する。その後、全てのポンプは定格運転される。

図１５に示すように、サイホン形成配管１４に形成されているサイホンが破壊されると、実揚程が上昇する。したがって、比速度９００以下のポンプでは、ポンプの運転に必要とされる軸動力が低下し、結果として電動機３に供給すべき電流も低下する。したがって、上述の実施形態と同様に、最後のポンプの始動時に必要となる過渡電流を下げることができる。

次に、本発明の他の参考例について説明する。
図１７は、本発明の他の参考例に係るポンプ装置を示す断面図である。本参考例に係るポンプ装置は１台のポンプ１と、制御部１０とを備えている。ただし、上述した実施形態および参考例のように複数台のポンプを備えてもよい。図１７に示すように、ポンプ１は、羽根車２と、羽根車２を回転させる電動機３と、羽根車２と電動機３とを連結する回転軸１２と、羽根車２および回転軸１２を収容するケーシング４と、リアクトル（図示せず）を有する始動装置１７と、電動機３の駆動軸に連結される補助電動機１８とを備えている。ポンプ１の吸込口は吸込水槽内に位置し、ポンプ１の吐出口は吐出側水槽内に位置している。

始動装置１７は、電源（電力系統または自家発電機）と電動機３との間に配置されており、電源からの電流は始動装置１７を通って電動機３に供給されるようになっている。始動装置１７は、電動機３と直列に配置されたリアクトル（図示せず）を有し、ポンプ始動後にリアクトルをバイパスするように電流の経路を切り替えて、電源からの電流を直接電動機３に供給するように動作する。このような始動装置１７によれば、より小さな電流で大きな始動トルクを得ることができる。

しかしながら、ポンプの仕様によっては、リアクトル型の始動装置ではポンプを始動することができない場合がある。このような場合、従来では、コンドルファ型の始動装置が用いられていた。このコンドルファ型始動装置は、Ｖ結線の単巻変圧器であり、リアクトル型始動装置よりも大きな始動トルクを発生することができるという特徴を有する。

図１８は、電動機の回転速度とトルクとの関係を示すグラフであり、従来の始動方法を示す。図１８において、縦に延びる点線の左側領域は、電源と電動機を直接接続すると始動電流が許容範囲外となる領域（すなわち、電力会社からの制限値を超える領域）であり、点線の右側領域は、電源と電動機を直接接続しても始動電流が許容範囲内となる領域である。

従来の始動方法では、まず、コンドルファ型の始動装置（単巻変圧器）を用いて電動機の始動を開始する。電動機の回転速度が上昇して始動電流が許容範囲内に入ると、電流の経路を切り替えて単巻変圧器を短絡し、電源を直接電動機に接続する。図１８では、電流の経路の切り替え点ＳＷは、単巻変圧器を通じて電流が供給される電動機のトルクと、ポンプの駆動に必要なトルクとがほぼ一致した点となっている。切り替え後は、単巻変圧器を介さずに、電源から直接電流が電動機に供給された状態でポンプが運転される。

一方、リアクトル起動法では、ポンプの仕様によっては、図１８に示すように、電動機の始動電流が小さくなる回転速度まで電動機を増速させることができないことがある。このような場合、従来のポンプ装置では、コンドルファ型始動装置（単巻変圧器）を用いたコンドルファ起動法が採用されていた。しかしながら、コンドルファ型始動装置は、少ない始動電流で大きな始動トルクを発生させることができるという利点を有する一方で、リアクトル型始動装置よりも高価であるという欠点がある。

そこで、本参考例では、安価なリアクトル型の始動装置１７を採用しつつ、始動トルクを上げるために、電動機３をアシストする補助電動機１８が設けられている。図１９は、本参考例に係るポンプ装置における、電動機３の回転速度とトルクとの関係を示すグラフである。図１９に示すように、リアクトル型の始動装置１７を介して電動機３を起動した後、補助電動機１８を駆動させる。電動機３の回転速度が上昇して始動電流が許容範囲内に入った後、補助電動機１８と電動機３とのトルクの合計値がポンプ１の駆動に必要なトルクを上回っている状態で、始動装置１７のリアクトルを短絡させる。これにより、電源からの電流がリアクトルを介さずに電動機３に直接供給される。その後、補助電動機１８を停止させ、電動機３は電源からの電流を直接受けてポンプ１を駆動する。このような始動シーケンスは、制御部１０により制御される。

この補助電動機１８は、始動時のみに使用されるため、高価な連続定格の電動機を補助電動機１８として用いる必要はなく、安価な短時間定格の電動機を用いることができる。また、補助電動機１８は、電動機３に比べて小容量のものでよい。したがって、本参考例によれば、始動時に必要とされる過渡電流を小さくすることができるポンプ装置を安価に提供することができる。

なお、複数のポンプ１を備える場合は、図２０に示すように、隣接する電動機３同士をクラッチ機構２４で連結し、運転中のポンプ１の電動機３を補助電動機として用いてもよい。また、図２１に示すように、電動機３と補助電動機１８にそれぞれ水車２５と小ポンプ２６とを連結し、水車２５と小ポンプ２６とを水を媒体として連結してもよい。

図２２は、本参考例の他の構成例を示す図である。この例では、補助電動機として直流電動機２７が使用されており、この直流電動機２７には直流電源としての蓄電池２８が接続されている。このような構成によれば、電動機３の駆動用の電源（電力系統または発電機）への負荷が少なくなり、瞬時電圧降下などのトラブルを確実に回避することができる。また、補助電動機として、起動時のトルクの大きい直流電動機２７を採用したことにより、より安全にポンプ装置を始動することができる。

上述した実施形態は、当業者にとって本発明を実施可能とするために説明されたものである。したがって、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の最も広い範囲によって定義されるべきである。

ポンプ装置を示す側面図である。図１のポンプ装置の平面図である。図３（ａ）は電動機の回転速度を変化させたときの特性曲線を示す図であり、図３（ｂ）は羽根車の翼角度を変化させたときの特性曲線を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。従来の始動方法に従ってポンプ装置を始動したときの電流の変化を示すグラフである。第１の実施形態に係る始動方法に従ってポンプ装置を始動したときの電流の変化を示すグラフである。吸込水槽の水位と実揚程との関係を説明するための図である。比速度が４００程度のポンプの特性曲線を示す図である。吐出弁の開閉動作によって変化する抵抗曲線を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。本発明の一参考例に係るポンプ装置を示す平面図である。図１１に示すポンプ装置の一側面図である。図１１に示すポンプ装置の他方の側面図である。本発明の一参考例に係るポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置の始動方法を示す制御ダイヤグラムである。本発明の他の参考例に係るポンプ装置を示す断面図である。電動機の回転速度とトルクとの関係を示すグラフであり、従来の始動方法を示す。本発明の他の参考例に係るポンプ装置における、電動機の回転速度とトルクとの関係を示すグラフである。本発明の他の参考例に係るポンプ装置の変形例の一部を示す図である。本発明の他の参考例に係るポンプ装置の他の変形例の一部を示す図である。本発明の他の参考例に係るポンプ装置のさらに他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂポンプ
２羽根車
３電動機
４ケーシング
５吐出弁
６水位検出器
７インバータ装置（変速装置）
１０制御部
１１吐出管
１２回転軸
１４サイホン形成配管
１５サイホンブレーカ
１７始動装置
１８補助電動機
２０給水水槽
２４クラッチ機構
２５水車
２６小ポンプ
２７直流電動機（補助電動機）
２８蓄電池

Claims

吸込水槽に配置される複数のポンプと、
前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、
前記複数のポンプは、それぞれ、
水を移送する羽根車と、
前記羽根車を回転させる電動機と、
前記電動機の回転速度を変える変速装置とを備えており、
前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、前記変速装置を介して、運転中のポンプの前記電動機の回転速度を下げることを特徴とするポンプ装置。
吸込水槽に配置される複数のポンプと、
前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、
前記複数のポンプは、それぞれ、
水を移送する羽根車と、
前記羽根車を回転させる電動機と、
前記羽根車の翼角度を変える翼角度可変機構とを備えており、
前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、前記翼角度可変機構を介して、運転中のポンプの前記翼角度を小さくすることを特徴とするポンプ装置。
吸込水槽に配置される複数のポンプと、
前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、
前記複数のポンプは、それぞれ、
水を移送する羽根車と、
前記羽根車を回転させる電動機と、
前記ポンプの吐出し量を調整する吐出弁とを備えており、
前記複数のポンプは、いずれも比速度９００以下のポンプであり、
前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、運転中のポンプの前記吐出弁を閉じて該ポンプを定格吐出量未満で運転させることを特徴とするポンプ装置。
吸込水槽に配置される複数のポンプと、
前記複数のポンプの運転を制御する制御部とを備えたポンプ装置であって、
前記複数のポンプは、それぞれ、
水を移送する羽根車と、
前記羽根車を回転させる電動機と、
前記羽根車を収容するケーシングと、
前記ケーシングの吐出口に連結されたサイホン形成配管と、
前記サイホン形成配管の頂部に設けられたサイホンブレーカとを備えており、
前記複数のポンプは、いずれも比速度９００以下のポンプであり、
前記制御部は、前記複数のポンプのうち少なくとも最後の１台を始動する前に、運転中のポンプの前記サイホンブレーカを操作して前記サイホン形成配管内に形成されているサイホンを破壊することを特徴とするポンプ装置。