JP6721714B2 - スノーリングを確認する方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、水中下水／廃水ポンプまたは水中排水ポンプなどの液体を圧送するのに適したポンプの動作を制御する方法の分野に関する。本発明は、より具体的には、ポンプがスノーリング（ｓｎｏｒｉｎｇ）していること（換言すれば、ポンプの吸込み音）が確認されたとき、すなわち、ポンプが部分的には液体を吸い込み部分的には空気を吸い込むときに、そのようなポンプを停止させる方法の分野に関する。したがって、本発明は、制御ユニットに動作的に接続される水中ポンプであって、動作時に制御ユニットによって駆動されるポンプを対象とする。

水中ポンプの動作中、ポンプが液体を圧送することができる限りは、すなわち、ポンプの吸入口が液面より下に配置されている限りは、問題は起こらない。しかし、液面がポンプの吸入口よりも下がると、ポンプは、動作中に部分的には液体を吸い込み部分的には空気を吸い込み始める。この現象は、そのような状態の間ポンプによりいびき（ｓｎｏｒｉｎｇ）のような音が生じるので、スノーリングと呼ばれる。

水中下水／廃水ポンプを備えるポンプ場などのいくつかの用途では、ポンプは、通常、液面がポンプ吸入口よりも下がる前に、液面センサからの停止信号に基づいて、制御ユニットによって停止させられる。しかし、安全機能として、ポンプはまた、ポンプがスノーリングしていることが確認されたときに停止させられる場合もあり、例えば、液面センサの機能不全の場合に、そのようなことになり得る。ポンプがスノーリングしている場合、ポンプの動作はもはや成果を上げるものではなく、それと同時に、ポンプはエネルギーを使用し続け、すなわち、液体出力を生成することなく大量のエネルギーを消費する。さらに、ポンプが長時間にわたってスノーリングしたままにされると、ポンプの電気モータおよび他の構成要素は、過熱／摩耗が原因で損傷する可能性がある。

ポンプ停止液面センサ（ｐｕｍｐ ｓｔｏｐ ｌｅｖｅｌ ｓｅｎｓｏｒ）を有さない水中排水／脱水ポンプなどのいくつかの用途の場合、ポンプは通常、また、スノーリングしているときも、手動でオフにされるまで、作動状態になる。ポンプのオペレータが注意深くなく、かつ、ポンプが過度に長くスノーリング状態で駆動された場合、羽根車、吸込カバー、シール、電気モータ、などのようなポンプの構成要素の摩耗および高度の機械的応力が生じることになる。

スノーリングを検出する知られている方法が存在するが、それらの方法は、時間がかかり、また、必ずしも信頼性があるとは限らない。

本発明は、水中ポンプがスノーリングしていることが確認されたときにそのポンプを停止させる改善された方法を提供することを目的とする。本発明の主目的は、ポンプがスノーリングしているかどうかを確実かつ迅速な方法で検出する、最初に定義されたタイプの改善された方法を提供することである。本発明の別の目的は、運転中にスノーリングを検出等するようにポンプを駆動するよう構成された制御ユニットを使用する方法を提供することである。

本発明によれば、少なくとも、主目的は、独立請求項に記載された特徴を有する最初に定義された方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項においてさらに定められる。

本発明によれば、最初に定義されたタイプの方法が提供され、この方法は、ポンプの平均出力を所定の設定値に近づけるように、制御ユニットによりポンプの動作速度を調整するステップと、出力［Ｐ］、電流［Ｉ］、および力率［ｃｏｓφ］のパラメータのうちの少なくとも１つを監視することにより、ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあるかどうかを判定するステップと、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップと、ポンプの動作速度が増大していると判定されると同時にポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあると判定されたときに、スノーリングを原因として制御ユニットによりポンプを停止させるステップと、を特徴とする。

したがって、本発明は、ポンプの平均出力が所定の設定値に近づけられるように制御ユニットにより駆動されるポンプの場合、すなわち、ポンプの動作速度を調整することにより出力を一定水準に維持するように努めるポンプの場合、通常動作中、すなわちポンプが液体を圧送している限りは、ポンプの出力およびポンプの動作速度の両方が、極めて安定なパラメータであるという理解に基づく。しかし、ポンプの動作速度が増大しているのと同時にポンプの瞬時出力が所定の範囲外で変動するのが判定／確認された場合、ポンプはスノーリングしている。したがって、スノーリングは、動作速度および出力を監視／制御する制御ユニットにより、効率的かつ容易な形で早期に検出され得る。

本発明の好ましい一実施形態では、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップは、ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあることが判定された後で行われる。
好ましい一実施形態によれば、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップは、ポンプの動作速度の変化の傾向を監視することによって行われる。ポンプの動作速度は、通常動作またはスノーリングに関係なく、制御ユニットにより絶えず調整され、すなわち変動し、また、ポンプが空気を圧送し始めると、制御ユニットは、ポンプの動作速度を増大させることによって補償する。

より好ましい一実施形態によれば、ポンプの動作速度の変化の傾向を監視することは、所定の期間［ｔ］中にポンプの複数の瞬時動作速度［ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、…］を測定するステップと、隣り合った瞬時動作速度の各対［ｎ１；ｎ２、ｎ２；ｎ３、ｎ３；ｎ４、…］の相互関係を比較するステップと、隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２］）のうちの後者の瞬時動作速度［ｎ２］が隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２］のうちの前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る回数［ｍ］を監視するステップと、後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る回数［ｍ］が所定の期間［ｔ］中に所定の閾値を上回るときにポンプの動作速度が増大していることを確認するステップと、によって行われる。

本発明のさらなる利点および特徴は、他の従属請求項、および好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明は、水中下水／廃水ポンプまたは水中排水／脱水ポンプなどの、液体を圧送するのに適したポンプの動作を制御する方法に関する。本発明は、ポンプがスノーリングしていることが認識されたときにポンプを停止させる方法に関する。第１の実施形態によれば、ポンプは、ポンプがスノーリングしていることが確認された直後に停止され、また、第２の実施形態によれば、ポンプは、ポンプがスノーリングしていることが確認されてから、所定の期間が経過した後に停止される。第１の実施形態は、排水／脱水ポンプの制御に特に有用であり、第２の実施形態は、ポンプ場内に配置された下水／廃水ポンプに特に有用である。ポンプ場内のポンプがスノーリング時に所定の期間動作させられると、液面にたまった油脂および他の物質がポンプに吸い込まれて、ポンプ場の外へ運ばれることになる。

ポンプは、制御ユニットに動作的に接続され、また、好ましい一実施形態によれば、制御ユニットは、ポンプに組み込まれる。ポンプは、動作時には制御ユニットによって駆動される。好ましい一実施形態では、制御ユニットは、例えばポンプの電気モータに供給される交流電流の周波数Ｈｚを調整することによりポンプの動作速度を調整するように構成された可変周波数駆動装置（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｒｉｖｅ）｛ＶＦＤ］によって構成される。したがって、制御ユニットは、ポンプの動作速度を監視／調整／制御するように構成され、制御ユニットはまた、ポンプの出力または平均出力を監視するように構成される。ポンプの出力を監視するために、制御ユニットは、出力［Ｐ］、電流［Ｉ］、および力率［ｃｏｓφ］の動作パラメータのうちの少なくとも１つを監視する。

本発明によれば、制御ユニットは、ポンプの動作速度を調整してポンプの平均出力を所定の設定値に近づけるように構成され、言い換えれば、ポンプおよび制御ユニットは、ポンプの動作速度を調節することによりポンプの出力を一定水準に維持するように努める。したがって、ポンプの通常動作中、平均出力は、ほぼ一定である。ポンプの動作速度を調節する頻度を最小限に抑えるために、ポンプの平均出力を監視／評価するときに適切なフィルタが使用されることが好ましい。

ポンプのスノーリングを検出するために、制御ユニットは、ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあるかどうかを判定するように構成される。これは、出力［Ｐ］、電流［Ｉ］、および力率［ｃｏｓφ］のパラメータのうちの少なくとも１つを監視することによって行われる。したがって、瞬時出力が所定の範囲外にあるかどうかを判定するステップは、出力［Ｐ］を監視することによって直接行われるか、または、電流［Ｉ］もしくは力率［ｃｏｓφ］を監視することによって間接的に行われ得る。監視は、継続的にまたは断続的に行われ得る。

さらに、制御ユニットは、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するように構成される。ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップは、ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあることを肯定する判定の後で行われることが好ましい。最後に、制御ユニットは、ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあると判定されると同時にポンプの動作速度が増大していると判定されたときにスノーリングを原因としてポンプを停止させるように構成される。

したがって、ポンプが部分的には空気を吸い込み部分的には液体を吸い込むときに、ポンプの瞬時出力の変動幅は大きくなり、それと同時に、ポンプが液体の代わりに空気を吸い込むときには所与の動作速度に対して瞬時出力が減少することになるので、ポンプは、平均出力を所定の設定値に維持するために、動作速度を増大させる必要がある。

好ましい一実施形態によれば、ポンプの瞬時出力の所定の範囲の上限は、ポンプの平均出力の所定の設定値の１．０２倍以上であり、ポンプの瞬時出力の所定の範囲の下限は、ポンプの平均出力の所定の設定値の０．９８倍以下である。したがって、平均出力の２％以上の偏差が、スノーリングが起こり得る兆候と見なされる。したがって、スノーリングの極めて早い検出が行われ得る。スノーリングのより確実な確認を得るためには、上限の係数は、１．０３に等しく、好ましくは１．０４に等しい。スノーリングのより確実な確認を得るためには、下限の係数は、１．０３に等しく、好ましくは１．０４に等しい。電流［Ｉ］または力率［ｃｏｓφ］が監視される場合には対応する係数が使用されることを指摘しなければならない。

第１の実施形態によれば、スノーリングが原因でポンプが停止させられた後、ポンプは、所定の中断時間にわたって非作動状態に維持される。第２の実施形態によれば、スノーリングが原因でポンプが停止させられた後、ポンプは、制御ユニットが液面センサから始動信号を受け取るまで、非作動状態に維持される。その後、ポンプは、手動で、スノーリングを原因として、液面センサからの停止信号により、などによって停止させられるまで、再び作動状態になる。

好ましい一実施形態によれば、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップは、ポンプの動作速度の変化の傾向を監視することによって行われる。
ポンプの動作速度の変化の傾向を監視することは、所定の期間［ｔ］中にポンプの複数の瞬時動作速度［ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、…］を測定するステップと、隣り合った瞬時動作速度の各対［ｎ１；ｎ２、ｎ２；ｎ３、ｎ３；ｎ４、…］の相互関係を比較するステップと、隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２」）のうちの後者の瞬時動作速度［ｎ２］が隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２］のうちの前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る回数［ｍ］を監視するステップと、後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る回数［ｍ］が所定の期間［ｔ］中に所定の閾値を上回るときにポンプの動作速度が増大していることを確認するステップと、によって行われることが、好ましい。

一例として、測定される複数の瞬時ポンプ速度［ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、…］は、１０以上、好ましくは２０以上である。後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回ることが監視される回数［ｍ］の所定の閾値は、それぞれ、４以上、好ましくは８以上である。

一例として、所定の期間［ｔ］は、２秒間以上かつ５秒間以下である。
別の好ましい実施形態によれば、ポンプの動作速度が増大しているかどうかを判定するステップは、いつポンプの瞬時動作速度が所定の閾値を上回るかを監視することによって行われる。一例として、瞬時動作速度の閾値は、ポンプの平均動作速度の１．０３倍以上である。したがって、スノーリングの極めて早い検出が行われ得る。スノーリングのより確実な確認を得るためには、閾値の係数は、１．０５に等しい。

本発明の実行可能な修正
本発明は、説明に役立つことおよび例証することを主に目的とする上記の実施形態のみに限定されるものではない。本特許出願は、本明細書で説明された好ましい実施形態のあらゆる調整および変形をカバーするように意図されており、したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載の文言によって定められ、機材は、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内でありとあらゆる方法で修正され得る。

また、特定の実施形態に由来する特徴が別の実施形態に由来する特徴と組み合わされ得ることが明確に述べられていなくとも、その組合せが可能であるならば、その組合せは明白と見なされるものとすることを、指摘しなければならなない。

Claims (13)

1. 水中ポンプがスノーリングしているときに前記ポンプを停止させる方法であって、前記ポンプが、制御ユニットに動作的に接続され、前記方法が、
   − 前記ポンプの平均出力を所定の設定値に近づけるように、前記制御ユニットにより前記ポンプの動作速度を調整するステップと、
   − 出力［Ｐ］、電流［Ｉ］、および力率［ｃｏｓφ］のパラメータのうちの少なくとも１つを監視することにより、前記ポンプの瞬時出力が所定の範囲外にあるかどうかを判定するステップと、
   − 前記ポンプの前記動作速度が増大しているかどうかを判定するステップと、
   − 前記ポンプの前記動作速度が増大していると判定されると同時に前記ポンプの前記瞬時出力が前記所定の範囲外にあると判定されたときに、スノーリングを原因として前記制御ユニットにより前記ポンプを停止させるステップと、
   を特徴とする、方法。
2. 前記ポンプの前記動作速度が増大しているかどうかを判定する前記ステップが、前記ポンプの前記瞬時出力が前記所定の範囲外にあることを肯定する判定の後で行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポンプの前記動作速度が増大しているかどうかを判定する前記ステップが、前記ポンプの前記動作速度の変化の傾向を監視することによって行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ポンプの前記動作速度の変化の傾向を監視することが、
   − 所定の期間［ｔ］中に前記ポンプの複数の瞬時動作速度［ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、…］を測定するステップと、
   − 隣り合った瞬時動作速度の各対［ｎ１；ｎ２、ｎ２；ｎ３、ｎ３；ｎ４、…］の相互関係を比較するステップと、
   − 隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２］）のうちの後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前記隣り合った瞬時動作速度の対［ｎ１；ｎ２］のうちの前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る回数［ｍ］を監視するステップと、
   − 前記後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前記前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回る前記回数［ｍ］が前記所定の期間［ｔ］中に所定の閾値を上回るときに前記ポンプの前記動作速度が増大していることを確認するステップと、
   によって行われる、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の瞬時動作速度［ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、…］が、１０以上である、請求項４に記載の方法。
6. 前記後者の瞬時動作速度［ｎ２］が前記前者の瞬時動作速度［ｎ１］を上回ることが監視される回数［ｍ］の前記所定の閾値が、４以上である、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記所定の期間［ｔ］が、２秒間以上かつ５秒間以下である、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ポンプの前記動作速度が増大しているかどうかを判定する前記ステップが、いつ前記ポンプの瞬時動作速度が所定の閾値を上回るかを監視することによって行われる、請求項１または２に記載の方法。
   
9. 前記ポンプの前記瞬時出力の前記所定の範囲の上限が、前記ポンプの前記平均出力の前記所定の設定値の１．０２倍以上である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ポンプの前記瞬時出力の前記所定の範囲の下限が、前記ポンプの前記平均出力の前記所定の設定値の０．９８倍以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ポンプが、スノーリングを原因として停止させられた後、所定の中断時間にわたって非作動状態に維持される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ポンプが、スノーリングを原因として停止させられた後、前記制御ユニットが液面センサから始動信号を受け取るまで、非作動状態に維持される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記制御ユニットが、可変周波数駆動装置［ＶＦＤ］によって構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。