JP5715487B2 - 給水装置 - Google Patents
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Description
ポンプ性能データと、限界電流データと、給水ユニット要求仕様データを入力する入力手段と、入力された上記のデータに基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する制御装置と、自動生成された演算式を記憶する記憶部を備え、
前記制御装置は、末端圧力一定制御の演算式を生成する際にポンプ性能データを用いるか限界電流データを用いるかを判定する判定仕様点(水量、全揚程)と、ポンプ性能データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段と、限界電流データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段とを有しており、
前記入力された給水ユニット要求仕様データと前記判定仕様点との比較判定に基づいて、ポンプ性能データと限界電流データのいずれか一方を用いて、末端圧力一定制御の演算式を自動生成することを特徴とする。
ポンプ性能曲線図上に最高周波数時のQ−H性能曲線と電流曲線と定格電流線を引き、前記最高周波数時のQ−H性能曲線上に前記定格電流を超えないポイントをプロットし、前記選定図の下限値を与える周波数時のQ−H性能曲線と電流曲線とを引き、前記選定図の下限値を与える周波数時のQ−H性能曲線上に前記定格電流を超えないポイントをプロットし、前記2点間を結んで限界電流線を求め、この限界電流線を含んだ領域で選定図を作成し、これを適用したことを特徴とする。
本発明の給水装置の実施例について、図面を用いて説明する。
PL=Ha+Hp=((PM−10)/1.2)+10
ここで、Haは実揚程、Hpは所要末端圧力ヘッドで約10m、PMは上限座標の圧力目標値(曲線AとQの交点)である。
H00(仕様点で全揚程に相当)=Ha(実揚程)+配管抵抗(Hf)+Hp(所要末端圧力ヘッド)
H00=Ha+0.2Ha+10 (配管抵抗(Hf)=0.2Ha)
PL=Ha+Hp=H00−Hfとして求めることができる。
Ha=(H00−10)/1.2
PL=Ha+Hp=((H00−10)/1.2)+10
尚、上記簡易計算例を使用する代わりに、傾きtan(例えばPM/PLの比率)を用いても良い。例えば、tan=80%、PL=0.8*H00である。
Hx=f(Q)=((H00−PL)*Qx/Q00)+PL------------------------------(1)
Q00、H00は、要求仕様の水量と揚程であり、後述の設定手段から入力するパラメータで、PLは前述のようにH00から算出される。Qxは変数である。
内容は、特許文献1に示されているのでここでは要点のみを記載する。即ち、前述したポンプ性能データ5点より例えばニュートン補間法を用いて補間方程式を求める。この補間方程式と上記(1)式とで連立方程式を解き、求めた揚程HXがPMであり、上限座標の圧力目標値となる。この時の周波数目標値は前述のf0である。下限座標の周波数目標値f10は、下限圧力目標値PLと、ポンプ性能データ5点の締め切り圧力ヘッドHS0と、この時の周波数f0から次のようにして求められる。
f10=f0√(PL/HS0)----------------------(4)
(配管抵抗曲線が限界電流線と交わる場合)
前記配管抵抗曲線Qを延長し、限界電流線Fとの交点が上限座標の圧力目標値PM´となる。
Hx=f(Q)=((H0−H3)/(Q3−Q0))*(QX−Q0)+Q0--------(2)
Q0、Q3、H3、H0は限界電流線上のデータであり、後述の設定手段から入力するパラメータ、Qxは変数である。
fx=f(H)=((f0−f3)/(H0−H3))*(H0−Hx)+f3--------(3)
f0、f3は限界電流線上のデータであり、後述の設定手段から入力するパラメータ、fxは変数である。
周波数fxに対応する締め切り圧力Hsを
Hs=((HX−H3)/(H2−H3))*(HS2−HS3)+HS3-----------(5)
によって求める。結果を前述と同様(4)式に代入するとf10は求まる。
(直線近似の場合)
Hy=((PM−PL)/(f0−f10))×(f0−Nx)+PL----------------(6)
(2次曲線の場合)
Hy=((PM−PL)/(f0−f10)2)×(f0−Nx)2+PL----------------(7)
ここで、f0は、配管抵抗曲線がポンプ性能曲線と交わる場合はf0、配管抵抗曲線が限界電流線と交わる場合はfxである。Nxは変数で、現在運転している周波数を(6)又は(7)式に代入すると目標圧力Hyが求まる。即ち、給水圧力がこの目標圧力Hyと等しくなるよう運転周波数を制御するのである。
図2の説明から明らかであるから結果の演算式のみを記載する。
(Qの方程式)
Hx=f(Q)=((H00´−PL)*Qx/Q00´)+PL----------------------(8)
Q00´、H00´は要求仕様であり後で述べる設定手段から入力するパラメータ、 PLは前述のようにH00´から算出される。Qxは変数である。ここで、要求仕様のQ00´、H00´は(1)式で示した要求仕様のQ00、H00と区別して表示している。
内容は、特許文献1に示されているのでここでは要点のみを記載する。即ち、前述のポンプ1台の例で示したポンプ性能データ5点より水量を2倍して例えば補間方程式を求める。これと上記(8)式とで連立方程式を解き、求めた揚程HXがPHであり、上限座標の圧力目標値であとなる。又、この時の周波数目標値は前述のf0である。又、下限座標の周波数目標値f20は下限圧力目標値PMとポンプ性能データ5点の締め切り圧力ヘッドHS0とこの時の周波数f0から次のようにして求められる。
f20=f0√(PM/HS0)----------------------(9)
(配管抵抗曲線が限界電流線と交わる場合)
(限界電流線F´を表す方程式)
Hx=f(Q)=((H0−H3)/(2Q3−Q0))*(QX−2Q0)+2Q0
…(10)
2Q0、2Q3、H3、H0は、限界電流線上のデータであり、あと後で述べる設定手段から入力するパラメータ、Qxは変数である。
fx=f(H)=((f0−f3)/(H0−H3))*(H0−Hx)+f3---(11)
f0、f3は限界電流線上のデータであり、あと後で述べる設定手段から入力するパラメータ、fxは変数である。
別な方法の求め方を前述の(5)式と同様に求めることができる。
(直線近似の場合)
Hy=((PH−PM)/(fx又f0−f20))×(fx又はf0−Nx)+PM----
(12)
(2次曲線の場合)
Hy=((PH−PM)/(fx又f0−f20)2)×(fx又fx−Nx)2+PM----
(13)
ここで、Nxは変数であり、現在運転している周波数を(12)、(13)式に代入すると目標圧力Hyが求まる。
(a)ポンプ性能データを与える締め切り圧力ヘッドを含む5点の性能データとこの性能データを与える周波数、限界電流線を表すデータ少なくても2種類、2座標(水量、揚程)、(揚程、周波数)、配管抵抗曲線の傾き等を設定手段で設定して記憶部に記憶しておく。これらのデータをパラメータ称する。
(b)要求仕様(水量、揚程)を入力する。入力手段は(A)の設定手段と同じもの。
(c)入力した要求仕様に基づいて、配管抵抗曲線の方程式を生成するのに必要な2座標(水量、揚程)を求める。この2座標を通る方程式を生成する。限界電流線を表す2座標よりこれを通る方程式を2種類生成する。ポンプ性能データからこれの方程式を生成する。
(d)入力した要求仕様より目標圧力を求める演算式を生成する2座標(周波数、目標圧力値)を求める。先ず、要求仕様により上限座標の圧力目標値を次のどちらの方法を用いて求めるかを選択する。
2)配管抵抗曲線の方程式と限界電流線の方程式を連立方程式にして解く。
要求仕様がポンプ性能曲線と限界電流線との交点より、水量判定では小、揚程判定では高のとき1)を選択する。そうでなければ2)を選択する。
次に、下限座標の周波数を求める。1)を選択した場合は、ポンプ性能曲線の締め切り圧力と周波数(上限周波数である。)及び下限目標圧力から下限座標の周波数を演算して求める。2)を選択した場合、上限目標圧力とこのときの周波数を求める。この周波数に対応した締め切り圧力を求め、これらと、下限目標圧力から下限座標の周波数を演算して求める。
(e)(d)で求まった2座標より目標圧力求める演算式を生成する。
(f)〜(e)で求めたパラメータに基づいて、1台以上のポンプの始動、停止の運転パ
ラメータを設定する。
1−1,1−2は吸込み管、2−1〜2−4は仕切り弁である。3−1,3−2はそれぞれモータ4−1,4−2によって駆動され、吸込み管1−1、1−2を介して吸込み側の水を需要側へ送水するポンプ(それぞれ1号ポンプ、2号ポンプと呼ぶ)である。5−1、5−2はそれぞれ逆止め弁、6は給水管、7は圧力タンク、8は給水管6に備わり、ここの圧力を検出し、これに応じて圧力信号を発する圧力センサ(圧力検出手段)である。9−1,9−2は前記逆止め弁5の上流側に位置し給水管6の途中に設置したフロースイッチであり、過少水量使用状態となると信号を発する。PWは電源、ELB1、ELB2はそれぞれ1号ポンプ系及び2号ポンプ系の漏電遮断器であり、これ以降の系統の漏電保護を行う。
処理A:要求仕様Q00、H00から下限目標圧力PLを求め、前述した方程式(1)を
生成する。
処理B:Q−H性能データ5点(固定データ)をメモリより読み出して、前述したQ−H
性能方程式を生成する。
処理C:限界電流線データ4点(最低2点)をメモリより読み出して、前述した限界電流
線方程式(2)、(3)を生成する。
処理D:締め切り圧力を設定する。
処理E:ここの処理では、前述したとおり末端圧力一定制御の演算式を生成するための
パラメータ(PL、f10)、(PM又はHX、f0又はfX)又は(PM、
f20)、(PH又はHX、f0又はfx)等、及びポンプ運転に必要なパラメ
ータHon、Hoff、Hton、Htoff等を求める。
周波数目標値f10(f0√(PL/HS0))を求める。
ポンプ始動圧力Hon:Hon=PL+α(0〜5m程度に選ぶ)
ポンプ停止圧力Hoff:Hoff=PL+β(Hon+0〜5m程度に選ぶ)
このようにして、末端圧力一定制御の演算式の生成、運転に必要なパラメータが全て設定される。
Hton:Hton=PM−γ(γは0〜2m)
Htoff:Htoff=PM+γ(γは0〜2m)
並列運転中に使用水量が減少すると変速ポンプは最低周波数f20に到達し、目標圧力はPMとなる。更に減少すると給水圧力がPMを超えHtoffとなる。そして、所定時間経過すると2台運転中の1台を停止する。停止すると前述した1台運転の処理に戻る。
Claims (4)
- 可変速駆動手段によって駆動される1台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する圧力設定手段と、該圧力設定手段によって設定した圧力目標値に従い前記複数のポンプが予め定めた関係となるように前記複数のポンプを可変速運転する可変速制御手段とを備えた給水装置において、
ポンプ性能データと、限界電流データと、給水ユニット要求仕様データを入力する入力手段と、入力された上記のデータに基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する制御装置と、入力された上記のデータおよび自動生成された演算式を記憶する記憶部を備え、
前記制御装置は、末端圧力一定制御の演算式を生成する際にポンプ性能データを用いるか限界電流データを用いるかを判定する判定仕様点(水量、全揚程)と、ポンプ性能データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段と、限界電流データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段を有しており、
前記入力された給水ユニット要求仕様データと前記判定仕様点との比較判定に基づいて、ポンプ性能データと限界電流データのいずれか一方を用いて、末端圧力一定制御の演算式を自動生成することを特徴とする給水装置。 - 請求項1に記載の給水装置において、
前記制御装置は、前記給水ユニット要求仕様データの水量が前記判定仕様点の水量より少ないとき、または、前記給水ユニット要求仕様データの揚程が前記判定仕様点の揚程より高いとき、ポンプ性能データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成することを特徴とする給水装置。 - 請求項1または2に記載の給水装置において、
前記制御装置は、前記給水ユニット要求仕様データの水量が前記判定仕様点の水量より多く、前記給水ユニット要求仕様データの揚程が前記判定仕様点の揚程より低いとき、限界電流データを用いて末端圧力一定制御の演算式を自動生成することを特徴とする給水装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の給水装置において、
前記制御装置は、前記入力された給水ユニット要求仕様データと前記判定仕様点との比較判定に基づいて、ポンプ性能データと限界電流データのいずれか一方を用いて、末端圧力一定制御の演算式を生成するためのパラメータ、および、運転に必要なパラメータを求めることを特徴とする給水装置。
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