JP5222203B2 - Pump device - Google Patents
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Description
本発明は、ポンプ装置に係り、特に、ポンプ装置の運転制御に関するものである。 The present invention relates to a pump device, and more particularly to operation control of the pump device.
従来のポンプ装置においては、吸上げ高さが大きい場合や、ポンプ羽根車入口で局部的に高い圧力が生じたことによりキャビテーションが発生した場合、極端に揚水量が低下する。
キャビテーションは自然現象であり、発生しても検知や抑制することが困難でありポンプ性能を向上させる妨げとなっていた。
特許文献1には、キャビテーション発生を、モータ電流値により判定する方法が開示されているが、開閉弁や遠心ポンプなどの付帯設備によりキャビテーション状態を収束させる方法としており、特許文献1に記載のものは、設備的に大掛りとなるポンプ装置である。
In the conventional pump device, when the suction height is large, or when cavitation occurs due to high local pressure generated at the pump impeller inlet, the pumped water amount is extremely reduced.
Cavitation is a natural phenomenon, and even if it occurs, it is difficult to detect and suppress it, which hinders improvement in pump performance.
ところで、特許文献1に記載されたポンプ装置では、キャビテーション発生による極端な揚水量低下が問題であった。例えば、吸上げ高さ能力を重視したポンプ装置とすると揚水量が犠牲となり、また、反対に揚水量能力を重視したポンプ装置とすると吸上げ高さが犠牲となる。このような二律背反の制約が出来てしまい、キャビテーション発生はポンプ吸上げ高さと揚水量を両立させたポンプ開発の支障となっていた。
キャビテーション発生を抑制する前記特許文献1の装置は、工業用設備への適用や、特定されている水源に適用可能な状態である。
不特定多数の井戸や受水槽を水源とする家庭用等のポンプ装置の場合、井戸や受水槽はそれぞれ水位や水質、ポンプ装置の据付け状態が異なり、これらを水源とするポンプ装置として特許文献1に記載のポンプ装置は汎用的に適用不可能である。
By the way, in the pump apparatus described in
The device of
In the case of a pump device for home use that uses an unspecified number of wells and water receiving tanks as water sources, the wells and water receiving tanks have different water levels, water quality, and installation conditions of the pump devices. The pump device described in 1 is not applicable to general purposes.
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、汎用のポンプ装置において、簡易にキャビテーション発生による極端な揚水量低下を防止できるポンプ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a pump device that can easily prevent an extreme decrease in pumping amount due to the occurrence of cavitation in a general-purpose pump device.
前記課題を解決するために、本発明は、前記モータの回転速度を制御する制御手段と、ポンプ部、または、ポンプ部から水栓までの任意の位置の圧力を検出する圧力検知手段と、モータの運転電流を検出する電流検出手段と、ポンプ部で加圧した水を蓄水する圧力タンクを備えたポンプ装置において、制御手段は、電流検出手段で検出する運転電流値と圧力検知手段で検出する圧力値から、揚水時に発生するキャビテーションを検知しモータの回転速度を制御することとした。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a control unit that controls the rotation speed of the motor, a pressure detection unit that detects pressure at any position from the pump unit or the pump unit to the water tap, and a motor. In the pump device having a current detecting means for detecting the operating current of the pump and a pressure tank for storing the water pressurized by the pump unit, the control means detects the operating current value detected by the current detecting means and the pressure detecting means. The cavitation that occurs during pumping is detected from the pressure value to control the motor rotation speed.
本発明によれば、ポンプ装置運転時の電流値と圧力値を検出し、キャビテーション発生による電流値と圧力値の特有の変化を捉えることにより、キャビテーションが発生したと判断することができる。そして、キャビテーション発生と判断した場合は、モータ回転速度を変速させてキャビテーション発生を抑制する運転として極端な揚水量低下を防ぐことができ、水源や、据付け状態に影響されず、ポンプ性能向上が可能となる。 According to the present invention, it is possible to determine that cavitation has occurred by detecting the current value and pressure value during operation of the pump device and capturing the specific changes in the current value and pressure value due to the occurrence of cavitation. And if it is determined that cavitation has occurred, the pump speed can be improved without being affected by the water source or installation state, as it can prevent drastic reduction in pumping volume as an operation that suppresses the occurrence of cavitation by shifting the motor rotation speed. It becomes.
以下に、本発明の実施形態に係るポンプ装置について図を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態のポンプ装置について図1から図4を参照しながら説明する。
図1は、本施形態に係るポンプ装置の部分縦断面図であり、図2は、図1の右側面図であり、図3は、図1のポンプカバーを外した状態の平面図である。
図1に示すようにポンプ装置100は、そのベース部上に配置された圧力タンク1と、この圧力タンク1の上側に配置されたモータ(図2参照)2と、モータ2の回転軸に直結されたポンプ15、モータ2の回転速度を制御するマイクロコンピュータ36、マイクロコンピュータ36(図4参照)に制御されてモータ2へ電力を供給する駆動回路37(図4参照等)を含む制御部(制御手段)35(図4参照)が搭載された制御基板3(図2参照)と、モータ2の上側に配置され、ポンプの吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切り替え操作できる操作基板4(図3参照)と、それらを覆うポンプカバー10等を含んでいる。
Hereinafter, a pump device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The pump device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
1 is a partial longitudinal sectional view of a pump device according to the present embodiment, FIG. 2 is a right side view of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of a state in which the pump cover of FIG. 1 is removed. .
As shown in FIG. 1, a
図1に示すようにポンプ(ポンプ部)15は、羽根車16と、この羽根車16を内置するモータ2側に配置されたケーシング17と、ケーシング17の前面(モータ2と反対方向の側)を閉じるケーシングカバー18を有する。このポンプ15は、ウェスコポンプと称するタイプのもので、ケーシング17に吸込み口17aと吐出口17bを有する。
なお、本実施形態では、代表的ポンプであるウェスコポンプを用いて説明しているが、本発明はウェスコポンプに限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, a pump (pump unit) 15 includes an impeller 16, a
Although the present embodiment has been described using a Wesco pump that is a representative pump, the present invention is not limited to a Wesco pump.
ポンプ15の吐出口17bには分離板19aが設けられ、上部に連なる気水分離室19に連なっている。気水分離室19は、吐出配管24に接続し、圧力タンク1の流入口1aに連通し、ねじ等でポンプ15に固定される。吐出配管24の途中から枝分かれした管に圧力センサ(圧力検知手段)5が設けられている。
A
また、吸込み配管25(図2参照)に連通する吸込み室20には逆止弁21が設けられている。この逆止弁21は吸込みフランジ7側からケーシング17側への水の流れを許すが、逆向きの流れを阻止するよう作動する。矢印Zで吸込みフランジ7側からケーシング17側への吸込み流路を示す。圧力タンク1の上部からは、吸込み継手22が立ち上がり、吸込み配管25と接続するための吸込みフランジ7を支持している。
A check valve 21 is provided in the suction chamber 20 communicating with the suction pipe 25 (see FIG. 2). The check valve 21 allows water to flow from the
図2に示す吸込み配管25、つまり、揚水管は、通常塩ビ管が用いられ、吸込みフランジ7に接続され、水源かポンプ装置100に水を供給する。
図1に戻って、気水分離室19の上部にはねじ込み式の呼び水給水用栓23が設けられている。この呼び水給水用栓23を外して呼び水を給水することにより、ポンプ装置100を設置後の初めてポンプ15を回転させる前に、ポンプ15を格納するケーシング17内に水を充満させ、ポンプ15が吸込み可能な状態にする。
一方、圧力タンク1の側面には、揚水されて加圧された水を、例えば、家庭内の蛇口等の水栓へ送水するために設けられる配管27と接続するために、吐出口6a(図2参照)に吐出フランジ6が接続されている。
A
Returning to FIG. 1, a screw-type priming
On the other hand, on the side surface of the
図3に示すように、ポンプカバー10を取り外すと、操作基板4が最上部に露出するように設けられ、LED等で構成された表示部4aと、複数の操作ボタンを備えた操作部4bが一体化した形態となっている。
操作基板4は、制御基板3と、通信線および電力供給線で接続され、操作部4bの操作によってマイクロコンピュータ36の動作を設定したり、制御基板3に搭載されたマイクロコンピュータ36を介して表示部4aの表示を切替えたり、設定値を変更したりすることができる。制御基板3およびモータ2に電力を供給する電源コード29がポンプカバー10の外に伸びている。
As shown in FIG. 3, when the
The operation board 4 is connected to the control board 3 through a communication line and a power supply line, and the operation of the
(ポンプ装置の運転の概要)
ポンプ装置100の運転はモータ2を作動させることにより行われる。先ず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行する。自吸運転では、ケーシング17の吐出口17bから気水分離室19内に貯留されている水が呼び水として羽根車16を還流して、吸込み室20内に溜まっていた空気が排出され、ポンプ15のケーシング17の吸込み口17aから上流側の空気が徐々に抜けて水が満たされて行く。そして、水が全部に満たされると、自吸運転が終了し、揚水運転に移行する。
(Outline of operation of the pump device)
The
揚水運転では、吸い上げられた水が吐出フランジ6を介して配管27から送り出される。揚水運転で、配管27につながる流路が閉じられると、配管27から下流側の圧力が上がる。通常は、この圧力を圧力センサ5が検知してモータ2の運転が止まる。
In the pumping operation, the sucked-up water is sent out from the pipe 27 through the
(制御部の構成)
次に、図4を参照しながら、適宜、図3を参照してポンプ装置100の制御部の構成について説明する。図4は、ポンプ装置のモータの回転速度の制御をする制御装置のブロック図である。
制御基板3(図3参照)に搭載される制御部35は、マイクロコンピュータ36、不揮発メモリ、モータ2を駆動する駆動回路37、モータ2に給電される電流を検出する電流センサ38、電流センサ38の検出信号をマイクロコンピュータ36に入力する電流検出回路32、およびマイクロコンピュータ36に信号を入出力するための周辺回路(図示省略)、カレンダ機能および時計機能を有するクロック部(図示省略)を含んで構成されている。
ポンプ装置100の制御プログラムは、マイクロコンピュータ36のROM(図示省略)に格納されている。
(Configuration of control unit)
Next, the configuration of the control unit of the
The
A control program for the
マイクロコンピュータ36には、圧力センサ5からの圧力タンク1の圧力Pを示す信号と、前記した電流検出回路32からのモータ電流値(運転電流値)Im(以下、「ポンプ運転電流値Im」と称する)を示す信号、モータ2に取り付けられたホールIC33からの信号が入力される。
The
ホールIC33は、モータ2の回転子の位置検出に用いられ、マイクロコンピュータ36が単位時間当たりの出力信号のエッジをカウントすることにより、モータ2の回転速度Nm(以下、「モータ回転速度Nm」と称する)が得られる。
マイクロコンピュータ36は、モータ回転速度Nmが最適な回転速度となるよう駆動回路37を介し、モータ2を制御する。
ちなみに、マイクロコンピュータ36は、圧力(圧力値)Pの変化に応じて自動的に駆動回路37を介してモータ2の回転速度を変化させ、圧力Pを所定の目標圧力Pmax一定になるように制御することを基本とする。
The
The
Incidentally, the
電流検出回路32は、電流センサ38で検出したポンプ運転電流値Imを検知し、マイクロコンピュータ36は、このポンプ運転電流値Imを監視し、所定の電流値以上となるとモータ2を保護する為、モータ回転速度Nmを抑えたり、後記するキャビテーションの検出を行ったり、キャビテーションの検出後のキャビテーション速度NCRの登録や、キャビテーション速度NCRの登録がなされている場合に、モータ回転速度Nmをキャビテーション速度NCR以下に抑制する運転制御を行う。
ちなみに、モータ回転速度Nmの制御は、マイクロコンピュータ36が駆動回路37をインバータ制御により、予め設定された目標圧力Pmaxと、圧力センサ5で検出された圧力Pとの偏差が大きいほどモータ回転速度Nmを、後記するモータ回転速度上限NLim内で増加させて目標圧力Pmax一定に保つように制御する。
The
Incidentally, the motor rotation speed Nm is controlled by the
(操作部および表示部)
次に、操作基板4の機能について説明する。マイクロコンピュータ36からの信号に応じて、表示部4aへポンプ装置100の状態を表示したり、操作部4bに設けられた各種操作ボタンを操作者が操作することにより、マイクロコンピュータ36が、操作ボタンの状態を検知し、運転状態の設定や変更、キャビテンション速度登録有効期間の設定変更等を、行ったりすることができる。
操作部4bに設けられた操作ボタンとしては、例えば、ポンプ装置100の自動運転/停止をON/OFFで切替える「自動運転/停止ボタン」、圧力センサ5が検出する圧力Pの値に基づき、予め操作ボタンを操作して表示部4aに表示させて設定した圧力を目標圧力として、圧力一定にポンプ装置100の運転を制御する「圧力一定モード設定ボタン」、後記するキャビテンション速度登録有効期間を設定する「効期間設定ボタン」、圧力値等の設定値をリセットするための「リセットボタン」等が用意されている。
(Operation section and display section)
Next, functions of the operation board 4 will be described. In response to a signal from the
As the operation button provided in the
ここで、キャビテーションの発生について説明する。水源から吸込み配管25(図2参照)を通して吸い上げられた水は吸込みフランジ7を経て、吸込み室20を通過しケーシング17の吸込み口17aに入る。そして、高速回転する羽根車16により局部的に圧力が高められケーシング17の吸込み口17aを通過時にキャビテーションが発生する場合がある。
これは、例えば、家庭用井戸ポンプとして、ポンプ装置100を用いる場合を想定すると、井戸の水位は、年間を通して一定ではなく、雨の多い季節には水位が高くなり、雨の少ない季節には水位が低くなる。その結果、井戸の水位が低い季節に、モータ回転速度Nmが、モータ2の定格容量から許容されているモータ最大速度Nmaxに達する以前に、キャビテーションが発生する場合がある。
Here, the occurrence of cavitation will be described. The water sucked up from the water source through the suction pipe 25 (see FIG. 2) passes through the
For example, assuming that the
そのため、ポンプ装置100では、操作部4bを操作して、自動的にキャビテーション速度NCRを求めて、自動的に操作者が設定した有効期間の間、キャビテーション速度NCRを登録有効状態とし、有効期間内でのポンプ装置100の運転時には、モータ回転速度Nmを、登録されたキャビテーション速度NCRに制限する機能を有している。
操作部4bで選択設定できる有効期間としては、例えば、「1日」、「7日」、「30日」の設定切替が可能となっており、普通は、ポンプ装置100を据えつけるときに、据付業者がユーザと相談して、推奨する有効期間を設定する。
Therefore, the
As the effective period that can be selected and set by the
次に、図5から図10を参照しながら、キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度NCRの登録の制御について説明する。これらの制御は、マイクロコンピュータ36においてプログラムを実行することによって行われる。
Next, with reference to FIGS. 5 to 10, the detection of the occurrence of cavitation, the control of the registration of the cavitation speed N CR after cavitation will be described. These controls are performed by executing a program in the
(ポンプ運転電流値Im、モータ回転速度Nmおよび圧力Pの監視)
先ず、マイクロコンピュータ36におけるポンプ運転電流値Im、モータ回転速度Nmおよび圧力Pの監視について説明する。
図5は、モータの回転速度の制御における、ポンプ運転電流値Im、モータ回転速度Nm、圧力タンクの圧力Pのデータの最寄りの所定時間内の推移を記憶する制御の流れを示すフローチャートである。
(Monitoring of pump operation current value Im, motor rotation speed Nm and pressure P)
First, monitoring of the pump operation current value Im, the motor rotation speed Nm, and the pressure P in the
FIG. 5 is a flowchart showing a control flow for storing the transition of the data of the pump operation current value Im, the motor rotation speed Nm, and the pressure P of the pressure tank within the nearest predetermined time in the control of the rotation speed of the motor.
マイクロコンピュータ36は、自動運転モードでは、配管27に接続する蛇口等の水栓が開かれて圧力タンク1の圧力Pの低下を検知すると、モータ2を起動させる。そして、タイマtを起動させて(ステップS01)、タイマtが所定の起動時間ΔTST以上になったか否かを判定し(ステップS02)、起動時間ΔTST以上の場合(Yes)は、ステップ03へ進み、起動時間ΔTST未満の場合(No)は、ステップS02を繰り返す。
ステップS03では、タイマtを停止し、その後、モータ2の運転中、一定の周期でポンプ運転電流値Im、モータ回転速度Nm、圧力Pを読み込み、最寄りの所定個数のポンプ運転電流値Imを一時記憶し、更新する(ステップS04)とともに、最寄りの所定個数のモータ回転速度Nmを一時記憶し、更新する(ステップS05)とともに、最寄りの所定個数の圧力Pを一時記憶し、更新する(ステップS06)。
このように、モータ2の運転中のポンプ運転電流値Im、モータ回転速度Nm、圧力Pの時間推移を常に監視する。
In the automatic operation mode, the
In step S03, the timer t is stopped, and thereafter, during operation of the
In this way, the time transition of the pump operation current value Im, the motor rotation speed Nm, and the pressure P during operation of the
(キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度NCRの登録)
次に、図6から図8を参照しながら、適宜、図9、図10を参照して、キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度NCRの登録の制御について説明する。
図6から図8は、キャビテーションの発生を検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度の登録の制御の流れを示すフローチャートである。
マイクロコンピュータ36は、自動運転モードでは、配管27に接続する蛇口等の水栓が開かれて圧力タンク1の圧力Pの低下を検知する(ステップS10→Yes)と、モータ2を起動させるとともに、タイマtを起動させる(ステップS11)。そして、タイマtが所定の起動時間ΔTST以上になったか否かを判定し(ステップS12)、起動時間ΔTST以上の場合(Yes)は、ステップS13へ進み、起動時間ΔTST未満の場合(No)は、ステップS12を繰り返す。
ステップS10においてNoの場合は、ステップS10を繰り返す。
(Detection of the cavitation generation, registration of cavitation speed N CR after cavitation)
Next, with reference to FIGS. 6-8, as appropriate, with reference to FIGS. 9 and 10, the detection of the occurrence of cavitation, the control of the registration of the cavitation speed N CR after cavitation will be described.
6 to 8 are flowcharts showing the flow of control for detecting the occurrence of cavitation and registering the cavitation speed after the occurrence of cavitation.
In the automatic operation mode, the
If No in step S10, step S10 is repeated.
ステップS13では、有効期間としては、「1日」、「7日」、「30日」のいずれが選択設定されているかチェックして、さらに、不揮発メモリに記憶されているキャビテーション速度NCRとその登録された日時を読み出し、現在の時点が不揮発メモリに記憶されているキャビテーション速度NCRが記憶されてから有効期間に含まれているか否かをチェックする(「有効期間中のNCR有?」)。有効期間中のNCRが有る場合(Yes)は、ステップS14へ進み、有効期間中のNCRが無い場合(No)は、ステップS15へ進む。 In step S13, as the validity period, "1 day", "7 days", and check either "30" is selected and set, further includes a cavitation speed N CR stored in the nonvolatile memory thereof read the registered date and time, the present time is to check whether or not the cavitation speed N CR, which is stored in non-volatile memory has been included in the effective period from the stored ( "N CR Yu during the effective period?" ). If N CR of the lifetime there is (Yes), the process proceeds to step S14, if N CR of the lifetime is not (No), the process proceeds to step S15.
ステップS14では、モータ回転速度上限NLimをステップS13において読み出したキャビテーション速度NCRとし(「モータ回転速度上限NLim=NCR」)、ステップS16へ進む。ステップS15では、モータ回転速度上限NLimを予めポンプ装置100の仕様値としてとして決められてプログラム中に書き込まれているモータ回転最大速度Nmaxとし(「モータ回転速度上限NLim=Nmax」)、ステップS16へ進む。
In step S14, the motor rotation speed upper limit N Lim is set to the cavitation speed N CR read in step S13 (“motor rotation speed upper limit N Lim = N CR ”), and the process proceeds to step S16. In step S15, the motor rotation speed upper limit N Lim is determined in advance as the specification value of the
ステップS16では、圧力Pに応じてモータ回転速度Nmを制御する(Nm≦NLim)。ステップS17では、圧力Pが予め設定された目標圧力Pmax未満か否かをチェックする(「圧力P<Pmax?」)。圧力Pが予め設定された目標圧力Pmax未満の場合(Yes)は、ステップS19へ進み、目標圧力Pmax以上の場合(No)は、ステップS18へ進む。ステップS18では、圧力一定制御の運転を行う。例えば、目標圧力Pmax以上になってからは、モータ2の回転を停止して、圧力Pが目標圧力Pmaxを予め設定された所定値以上下回ったとき、モータ2を起動し、圧力Pを目標圧力Pmaxと前記所定値との間の圧力値に保つ運転を維持する。
ちなみに、予め設定された所定時間以上経過しても、圧力Pが目標圧力Pmaxを予め設定された所定値以上下回らない場合は、または、圧力Pが目標圧力Pmaxを超える運転停止圧力に達したときは、モータ2を停止し、ステップS10に戻る(図6では、ステップS15からステップS10へ戻る制御の流れは、省略してある)。
In step S16, the motor rotation speed Nm is controlled according to the pressure P (Nm ≦ N Lim ). In step S17, it is checked whether or not the pressure P is lower than a preset target pressure Pmax (“pressure P <Pmax?”). If the pressure P is less than the preset target pressure Pmax (Yes), the process proceeds to step S19. If the pressure P is greater than or equal to the target pressure Pmax (No), the process proceeds to step S18. In step S18, a constant pressure control operation is performed. For example, after the pressure exceeds the target pressure Pmax, the rotation of the
By the way, if the pressure P does not fall below the target pressure Pmax by a predetermined value or more after a predetermined time has elapsed, or when the pressure P reaches an operation stop pressure that exceeds the target pressure Pmax Stops the
ステップS19では、前記図5で説明したモータ回転速度Nmとポンプ運転電流値Imの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Nmとポンプ運転電流値Imをチェックし、モータ回転速度Nmが減少時、ポンプ運転電流値Imが増加しているか否かをチェックする。モータ回転速度Nmが減少時、ポンプ運転電流値Imが増加している場合(Yes)は、ステップS20へ進み、そうでない場合(No)は、ステップS16へ戻る。 In step S19, the time-series motor rotation speed Nm and the pump operation current value Im stored by the monitoring function of the motor rotation speed Nm and the pump operation current value Im described in FIG. 5 are checked. When decreasing, it is checked whether or not the pump operation current value Im is increasing. When the motor rotation speed Nm is decreasing, if the pump operation current value Im is increasing (Yes), the process proceeds to step S20, and if not (No), the process returns to step S16.
ステップS20では、圧力Pに応じてモータ回転速度Nmを制御する(Nm≦NLim)。そして、結合子(A)に従って、ステップS21へ進む。ステップS21では、前記図5で説明したモータ回転速度Nmと圧力Pの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Nmと圧力Pをチェックし、モータ回転速度Nmが増加時、圧力Pが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Nmが増加時、圧力Pが上昇している場合(Yes)は、結合子(B)に従って、ステップS16へ戻り、そうでない場合(No)は、ステップS22へ進む。 In step S20, the motor rotation speed Nm is controlled according to the pressure P (Nm ≦ N Lim ). Then, the process proceeds to step S21 according to the connector (A). In step S21, the time-series motor rotation speed Nm and pressure P stored by the motor rotation speed Nm and pressure P monitoring function described in FIG. 5 are checked. When the motor rotation speed Nm increases, the pressure P increases. Check if it is rising. When the motor rotation speed Nm is increased, if the pressure P is increasing (Yes), the process returns to step S16 according to the connector (B). If not (No), the process proceeds to step S22.
ステップS22では、キャビテーションが発生していると判定して、キャビテーションを回避するためにモータ回転速度を減少動作する回数をカウントとするカウンタを0にリセットする(n=0)。ステップS23では、モータ回転速度Nmを所定量ΔNm0減少して維持し、カウンタを1カウントアップする(ステップS24:「n=n+1」)。
ステップS25では、前記図5で説明したモータ回転速度Nmと圧力Pの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Nmと圧力Pをチェックし、モータ回転速度Nmが減少時、圧力Pが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Nmが減少時、圧力Pが上昇している場合(Yes)は、ステップS26へ進み、そうでない場合(No)は、ステップS27へ進む。
ステップS27では、キャビテーション速度NCRをそのときのモータ回転速度Nmとする(NCR=Nm)。そして、ΔNm1=ΔNm1×0.75とする(ステップS28)。ここで、ΔNm1に乗じている定数は、例示の値であり、1より小さい正値を適宜設定するものである。
In step S22, it is determined that cavitation has occurred, and a counter that counts the number of times that the motor rotation speed is decreased in order to avoid cavitation is reset to 0 (n = 0). In step S23, the motor rotation speed Nm is maintained by decreasing by a predetermined amount ΔN m0 and the counter is incremented by 1 (step S24: “n = n + 1”).
In step S25, the time-series motor rotational speed Nm and pressure P stored by the motor rotational speed Nm and pressure P monitoring function described in FIG. 5 are checked. When the motor rotational speed Nm decreases, the pressure P Check if it is rising. When the motor rotation speed Nm is decreasing, if the pressure P is increasing (Yes), the process proceeds to step S26, and if not (No), the process proceeds to step S27.
In step S27, the cavitation speed N CR is set to the motor rotation speed Nm at that time (N CR = Nm). Then, ΔN m1 = ΔN m1 × 0.75 is set (step S28). Here, the constant multiplied by ΔN m1 is an example value, and a positive value smaller than 1 is appropriately set.
ステップS29では、モータ回転速度Nmを所定量ΔNm1増加して維持し、次いで、ステップS30では、前記図5で説明したモータ回転速度Nmと圧力Pの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Nmと圧力Pをチェックし、モータ回転速度Nmが増加時、圧力Pが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Nmが増加時、圧力Pが上昇している場合(Yes)は、ステップS31へ進み、そうでない場合(No)は、結合子(E)に従って、ステップS35へ進む。 In step S29, the motor rotational speed Nm is increased and maintained by a predetermined amount ΔN m1 , and then in step S30, the time-series motor stored by the motor rotational speed Nm and pressure P monitoring function described in FIG. The rotational speed Nm and the pressure P are checked. When the motor rotational speed Nm increases, it is checked whether or not the pressure P has increased. When the motor rotation speed Nm is increased, if the pressure P is increasing (Yes), the process proceeds to step S31. If not (No), the process proceeds to step S35 according to the connector (E).
ステップS31では、キャビテーション速度NCRをそのときのモータ回転速度Nmとする(NCR=Nm)。そして、ステップS32では、ΔNm1がΔNmin以下か否かをチェックする(「ΔNm1≦ΔNmin?」)。ΔNm1がΔNmin以下の場合(Yes)は、結合子(C)に従って、ステップS34へ進み、そうでない場合は、ステップS33へ進む。
ステップS33では、ΔNm1=ΔNm1×0.75として、ステップS29へ戻る。
ステップS32がYesでステップS34へ進むと、NCRをキャビテーション速度として、不揮発メモリに、前記した制御部35のクロック部の出力する日時データとともに、記憶させ、登録する(「NCRをキャビテーション速度として、日時データとともに、登録」)。その後、結合子(F)に従って、ステップS13に戻る。
In step S31, the cavitation speed N CR is set to the motor rotation speed Nm at that time (N CR = Nm). In step S32, it is checked whether or not ΔN m1 is equal to or smaller than ΔN min (“ΔN m1 ≦ ΔN min ?”). When ΔN m1 is equal to or smaller than ΔN min (Yes), the process proceeds to step S34 according to the connector (C), and otherwise, the process proceeds to step S33.
In step S33, ΔN m1 = ΔN m1 × 0.75 is set, and the process returns to step S29.
When step S32 proceeds to step S34 in Yes, the cavitation speed N CR, in the non-volatile memory, along with the date and time data output from the clock of the
ステップS30において、Noで結合子(E)に従って、ステップS35に進んだ場合、ΔNm1=ΔNm1×0.75とし、モータ回転速度Nmを所定量ΔNm1減少して維持する(ステップS36)。次いで、ステップS37では、前記図5で説明したモータ回転速度Nmと圧力Pの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Nmと圧力Pをチェックし、モータ回転速度Nmが減少時、圧力Pが低下しているか否かをチェックする。モータ回転速度Nmが減少時、圧力Pが低下している場合(Yes)は、結合子(D)に従って、ステップS31へ進み、そうでない場合(No)は、ステップS35へ戻り、ステップS35〜S37を繰り返す。 In step S30, if the process proceeds to step S35 in accordance with the connector (E) in No, ΔN m1 = ΔN m1 × 0.75 is set, and the motor rotational speed Nm is decreased and maintained by a predetermined amount ΔN m1 (step S36). Next, in step S37, the time-series motor rotation speed Nm and pressure P stored by the motor rotation speed Nm and pressure P monitoring function described in FIG. 5 are checked, and when the motor rotation speed Nm decreases, Check if P is decreasing. When the motor rotation speed Nm is decreasing, if the pressure P is decreasing (Yes), the process proceeds to step S31 according to the connector (D). If not (No), the process returns to step S35, and steps S35 to S37 are performed. repeat.
ステップS26において、Yesで、結合子(G)に従って、ステップS38へ進んだ場合は、警報表示、例えば、「ポンプ異常」のメッセージを表示部4aに表示させて、モータ2を停止(ステップS39)し、一連の処理を停止する。
In step S26, if the process proceeds to step S38 in accordance with the connector (G), an alarm display, for example, a message “pump abnormality” is displayed on the
以上のフローチャートにおいて、ステップS19は、キャビテーションの発生の第1段階のチェック判定であり、キャビテーションの発生の第1段階のチェック判定において、キャビテーション発生の可能性ありと判定されたとき、ステップS20,S21へと進み、モータ回転速度Nmが増加時、圧力Pが上昇していないことを確認して、キャビテーションの発生を確定する。
そして、ステップS22〜S37では、キャビテーション速度NCRをより精度良く検出するため、モータ回転速度Nmの増減量ΔNm1を徐々に小さく絞りながら、キャビテーション速度NCRを検出し、増減量ΔNm1がΔNminより小さくなったときに、ステップS34でキャビテーション速度NCRを登録する。このようにすることで、キャビテーション発生確認時に、比較的大きなモータ回転速度の減少量ΔNm0を設定して、キャビテーションをしないモータ回転速度まで、比較的小さいカウンタの最大値nmaxで減少させても、より精度の良いキャビテーション速度NCRを効率的に検出することができる。
ちなみに、フローチャートにおけるステップS34は,特許請求の範囲に記載の「キャビテーション速度記憶手段」に対応する。
In the above flowchart, step S19 is the first stage check determination of the occurrence of cavitation, and when it is determined in the first stage check determination of the occurrence of cavitation that there is a possibility of the occurrence of cavitation, steps S20 and S21. When the motor rotation speed Nm increases, it is confirmed that the pressure P has not increased, and the occurrence of cavitation is determined.
In step S22~S37, to more accurately detect the cavitation speed N CR, while squeezing gradually reduced to increase or decrease the amount .DELTA.N m1 of the motor rotation speed Nm, detected cavitation speed N CR, decrease amount .DELTA.N m1 is .DELTA.N When it becomes smaller than min , the cavitation speed NCR is registered in step S34. In this way, even when the occurrence of cavitation is confirmed, a relatively large motor rotation speed decrease amount ΔN m0 is set, and the motor rotation speed without cavitation is reduced by a relatively small counter maximum value n max. , it is possible to detect the more accurate cavitation speed N CR efficiently.
Incidentally, step S34 in the flowchart corresponds to the “cavitation speed storage means” recited in the claims.
次に、図9、図10を参照しながら、本実施形態のポンプ装置100における作用を説明する。図9は、本実施形態におけるキャビテーション発生がない場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Nm、ポンプ運転電流値Im、吐出水量、圧力Pポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。図10は、本実施形態におけるキャビテーション発生がした場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Nm、ポンプ運転電流値Im、吐出水量、圧力Pポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。
運転待機状態から、時点T1で水栓を開き、水を使い始めると、圧力タンク1に蓄水された水は曲線X3に示す吐出水量のように流出し、ポンプ装置100に設けられた圧力センサ5の検出する圧力Pが、曲線X4のように徐々に低下する。この結果、ポンプ装置100のON/OFFの運転状態(図中、「ポンプの運転状態」と表示)を示すチャートX5に示すように、運転開始圧力に到達した時点T2でポンプの運転を開始する。吐出し水量は水栓の開度に相当し、また、圧力センサ5の検出する圧力Pと吐出水量は、ほぼ反比例となる。
Next, the effect | action in the
When the faucet is opened at the time T1 from the standby state and the water is started to be used, the water stored in the
圧力センサ5により検出された圧力Pに応じ曲線X1に示すようにモータ回転速度Nmは増減し、かつ、曲線X2で示すポンプ運転電流値Imも同時に増減する。モータ回転速度Nmとポンプ運転電流値Imは、ほぼ比例の関係となる。
従って、時点T3から時点T5に示すように吐出し水量の増減に応じそれぞれが連動して増減、または、時点T5から時点T6に示すように一定を保つ動作をする。
例えば、ポンプ装置100の利用者が、時点T6から水栓を閉じ水量を減じて行き、時点T7で水の使用を終了すると、時点T8で圧力Pはポンプ装置100の運転停止圧力に到達し、モータ回転速度Nmは0rpmとなり、ポンプ装置100は停止する。すなわち、キャビテーションの発生がなければ吐出水量の増減に応じてそれぞれが正規の比例、反比例の動作をすることとなる。
Depending on the pressure P detected by the
Accordingly, as shown in the time T3 to the time T5, the respective operations increase or decrease in conjunction with the increase or decrease of the discharged water amount, or the operation of keeping constant as shown from the time T5 to the time T6.
For example, when the user of the
次に、キャビテーションが発生した場合の動作について図10を用いて説明する。
運転待機状態から、時点T4まではキャビテーションが発生していない場合と同じく、吐出水量の増減に応じてモータ回転速度Nmとポンプ運転電流値Imは、正常なほぼ比例の推移を示し、圧力センサ5の検出する圧力Pと吐出水量は、ほぼ反比例の推移を示す。しかし、時点T5においてモータ回転速度Nmは、時点T4と同一回転速度を保っているが、ポンプ運転電流値Im、吐出水量、圧力Pは、キャビテーションの発生により負荷が低下する為それぞれ減じている。そして、モータ回転速度Nmとポンプ運転電流値Imの関係が比例関係にないことを判定し、時点T5’にてモータ回転速度Nmを減じる制御を開始する。すると、キャビテーション発生は抑制され、適正な負荷が加わり、時点T6ではポンプ運転電流値Im、吐出し水量、圧力Pは増加してくる。従って、ポンプ運転電流値Imの変化と、圧力Pの変化をモータ回転速度とともに時系列的に検知して、組合せることにより、時点T4から時点T6の動作のごとくキャビテーション発生の判定と、キャビテーションの発生を抑制する運転が精度良く確実に実現される。
時点T7から時点T9の動作はキャビテーションの発生がない場合と同一である。
Next, the operation when cavitation occurs will be described with reference to FIG.
As in the case where cavitation is not generated from the standby state until time point T4, the motor rotational speed Nm and the pump operating current value Im show a normal, almost proportional transition according to the increase or decrease in the discharge water amount, and the
The operation from time T7 to time T9 is the same as when no cavitation occurs.
以上の本実施形態によれば、キャビテーション発生による極端な揚水量低下を防ぐことができ、さらには、水源や、据付け状態に影響されず、ポンプ性能向上が可能となる。
また、大掛りな付帯設備や、リレーにより一時的にポンプ装置を停止させる必要はなく、安価で高信頼性、かつ、高性能なポンプ装置を提供する事ができる。
また、キャビテーション発生の判定後に、モータ回転速度Nmを増減させて、キャビテーション速度NCRをより正確に検出して、自動的に登録設定するので、例えば、井戸水の水位が低下する季節には、モータ回転速度Nmを自動的にキャビテーション速度NCR以下に抑制でき、羽根車16の壊食による性能劣化を抑制することができる。
According to the embodiment described above, it is possible to prevent an extreme decrease in the pumping amount due to the occurrence of cavitation, and further, it is possible to improve the pump performance without being affected by the water source or the installation state.
In addition, it is not necessary to temporarily stop the pump device by a large incidental facility or a relay, and it is possible to provide an inexpensive, highly reliable, and high-performance pump device.
Further, after the determination of cavitation, increase or decrease the motor rotation speed Nm, and more accurately detect the cavitation speed N CR, since the automatic registration setting, for example, the season the water level of the well water is lowered, the motor the rotational speed Nm can be automatically suppressed below cavitation speed N CR, it is possible to suppress performance deterioration due to erosion of the impeller 16.
1 圧力タンク
2 モータ
3 制御基板
4 操作基板
4a 表示部
4b 操作部
5 圧力センサ(圧力検知手段)
15 ポンプ(ポンプ部)
16 羽根車
17a 吸込み口
17b 吐出口
18 ケーシングカバー
19 気水分離室
19a 分離板
20 吸込み室
21 逆止弁
22 継手
23 水給水用栓
24 吐出配管
25 吸込み配管
27 配管
32 電流検出回路
33 ホールIC
35 制御部(制御手段、キャビテーション速度記憶手段)
36 マイクロコンピュータ
37 駆動回路
38 電流センサ(電流検出手段)
100 ポンプ装置
DESCRIPTION OF
15 Pump (pump part)
16 Impeller 17a Suction port 17b Discharge port 18 Casing cover 19 Air /
35 Control unit (control means, cavitation speed storage means)
36
100 Pumping device
Claims (5)
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した運転電流値の変化と、前記圧力検知手段で検出した圧力値の変化と、を前記回転速度検出手段が検出する前記モータの回転速度とともに時系列的に検知して揚水時に発生するキャビテーションを検知し、前記モータを制御することを特徴とするポンプ装置。 A pump unit that rotates the impeller provided in the casing with a rotation shaft of the motor to perform a pump action, a control unit that controls the rotation speed of the motor, the pump unit, or from the pump unit to the faucet Pressure detecting means for detecting the pressure at any position, current detecting means for detecting the operating current of the motor, rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the motor, and water pressurized by the pump unit. In a pump device having a pressure tank for storing water,
Wherein said control means includes a change in the operating current value detected by said current detecting means, time series and change of pressure values detected by the pressure detecting means, with the rotational speed of the motor to the rotational speed detecting means for detecting pump device according to claim detects detects the cavitation generated during pumping, controlling the motor that the.
前記制御手段は、
前記キャビテーションを検知した場合、前記モータの回転速度を予め決められた回転速度だけ減少させて、前記圧力の低下をする回転速度を検出し、それをキャビテーション速度として、その日時ともに前記キャビテーション速度記憶手段に登録させ、
その後の前記ポンプの運転開始時に、前記操作者が設定した所定期間内のキャビテーション速度が、前記キャビテーション速度記憶手段に登録されている場合、その登録された前記キャビテーション速度を、モータの運転上限値として使用し運転することを特徴とする請求項3に記載のポンプ装置。 The control means has a cavitation speed storage means for storing a cavitation speed and its registration date and time as an upper limit rotation speed of the motor at which the pump does not cause cavitation for a predetermined period set by an operator.
The control means includes
When the cavitation is detected, the rotational speed of the motor is decreased by a predetermined rotational speed to detect the rotational speed at which the pressure is reduced, and the cavitation speed is used as the cavitation speed. Register
Thereafter, when the cavitation speed within a predetermined period set by the operator is registered in the cavitation speed storage means at the start of the operation of the pump, the registered cavitation speed is used as the motor operation upper limit value. The pump device according to claim 3, wherein the pump device is used and operated.
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