JP6995668B2 - ポンプ設備及びポンプ設備の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ設備及びポンプ設備の運転方法に関するものである。

下記特許文献１には、液体を揚水する複数台のポンプを備えるポンプ設備として、大雨等に湛水防除の目的で稼働するポンプ機場が開示されている。このようなポンプ機場では、洪水時においてポンプの確実な起動と運転が要求されており、ポンプが揚水不能となるような故障を防止することが重要な課題となっている。従来では、ポンプの故障率を下げるため、ポンプの累積運転時間を計測し、当該累積運転時間の少ないポンプから順に起動させる台数制御を行うことで、ポンプの累積運転時間の平準化を行っていた（例えば下記特許文献２参照）。

特開２０１７－３６６６９号公報 特開２００３－２９８０２号公報

しかしながら、ポンプの故障の発生の要因は、ポンプの累積運転時間の偏りだけではないため、上記従来技術では、設備全体としての実効的なポンプの故障率の平準化対策には至っていなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、揚水不能となるようなポンプの故障の発生を極力防ぐことができる信頼性の高いポンプ設備及びポンプ設備の運転方法の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係るポンプ設備は、液体を揚水する複数台のポンプを備えるポンプ設備であって、前記複数台のポンプのそれぞれの累積運転時間を計測すると共に、前記複数台のポンプのそれぞれの異常の予兆を検知し、前記累積運転時間及び前記異常の予兆の検知数に基づいて、前記複数台のポンプのそれぞれの健全度を算出し、前記健全度に基づいて、前記複数台のポンプの台数制御を行う、制御装置を備える。

（２）上記（１）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、前記ポンプの所定の状態量が所定の閾値以上の場合に前記異常を検知すると共に、前記閾値未満の前記状態量の変化の傾向に基づいて、前記異常の予兆を検知してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、前記異常の予兆を検知した部位の補修の有無に基づいて、前記異常の予兆の検知数を補正してもよい。
（４）上記（１）～（３）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、さらに、前記ポンプの部品の在庫数に基づいて、前記健全度を算出してもよい。
（５）上記（１）～（４）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、さらに、前記ポンプが揚水を継続することができる程度の軽故障の検知数に基づいて、前記健全度を算出してもよい。
（６）上記（１）～（５）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、さらに、前記ポンプの部品のうち、時間によって計画的に交換タイミングが設定されている時間計画保全部品の時間超過の有無に基づいて、前記健全度を算出してもよい。
（７）上記（１）～（６）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、前記ポンプの運転中に、当該運転している前記ポンプの健全度が、停止している前記ポンプの健全度よりも低下した場合に、当該停止している前記ポンプを起動させ、当該健全度が低下した前記ポンプを停止させる切替制御を行ってもよい。
（８）上記（７）に記載されたポンプ設備であって、前記制御装置は、前記運転している前記ポンプの健全度が、停止している前記ポンプの健全度よりも低下した後、所定の時間が経過した場合に、前記切替制御を行ってもよい。

（９）本発明の一態様に係るポンプ設備の運転方法は、液体を揚水する複数台のポンプを備えるポンプ設備の運転方法であって、前記複数台のポンプのそれぞれの累積運転時間を計測すると共に、前記複数台のポンプのそれぞれの異常の予兆を検知し、前記累積運転時間及び前記異常の予兆の検知数に基づいて、前記複数台のポンプのそれぞれの健全度を算出し、前記健全度に基づいて、前記複数台のポンプの台数制御を行う。

上記本発明の態様によれば、揚水不能となるようなポンプの故障の発生を極力防ぐことができる信頼性の高いポンプ設備及びポンプ設備の運転方法を提供できる。

第１実施形態に係るポンプ機場の全体構成図である。 第１実施形態に係る主ポンプの概略構成図である。 第１実施形態に係るポンプ機場の台数制御を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る異常の予兆を検知する手法の一例を示す図である。 第１実施形態に係る制御装置による制御フローである。 第２実施形態に係る制御装置による制御フローである。 第３実施形態に係る制御装置による制御フローである。 第３実施形態に係る制御装置による制御フローである。 第４実施形態に係る制御装置による制御フローである。

以下、本発明の実施形態のポンプ設備及びポンプ設備の運転方法について図面を参照して説明する。以下の説明では、本発明の適用例として、大雨等に湛水防除の目的で稼働するポンプ機場を例示する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るポンプ機場１の全体構成図である。
図１に示すポンプ機場１（ポンプ設備）は、複数台の主ポンプ１０（ポンプ）と、主ポンプ１０を稼働させる複数台の補機２０と、を備える。ポンプ機場１は、主ポンプ１０として、４台の横軸ポンプを備える。なお、主ポンプ１０は、立軸ポンプであってもよい。また、ポンプ機場１は、補機２０として、真空ポンプ２１、ギヤポンプ２２、コンプレッサ２３、冷却水ポンプ２４などを備える。

図２は、第１実施形態に係る主ポンプ１０の概略構成図である。
主ポンプ１０は、図２に示すように、吸込水槽２に開口する吸込口１１ａと、吐出水槽３に開口する吐出口１１ｂと、を有するケーシング１１を備える。吸込水槽２、吐出水槽３には、水位レベルを検知する水面検知器２ａ，３ａが設けられている。ケーシング１１には、横方向（水平方向）に延びるポンプ軸１２が挿入されている。このポンプ軸１２には、図示しないインペラ（羽根車）が接続されている。また、当該インペラの下流側かつ吐出口１１ｂの上流側には、吐出弁１３が設けられている。

主ポンプ１０は、駆動機４によって駆動する。駆動機４は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関である。なお、駆動機４は、電動機であってもよい。駆動機４の駆動軸４ａには減速機５が連結され、減速機５には主ポンプ１０のポンプ軸１２が連結されている。駆動機４を駆動することによって、減速機５を介してポンプ軸１２が回転し、主ポンプ１０によって吸込水槽２内の水が揚水されて、その水が吐出水槽３に吐出されるようになっている。

真空ポンプ２１は、主ポンプ１０の起動時にケーシング１１内の空気を吸引し、ケーシング１１内を呼び水で満たす。真空ポンプ２１は、ケーシング１１に吸気ライン３０（吸気配管）を介して接続されている。吸気ライン３０には、ケーシング１１内の呼び水の満水を検知するための満水検知器１４と、吸気ライン３０を開閉するための吸気弁３１（電動弁又は電磁弁）と、が設けられている。

真空ポンプ２１は、電動機２１ａによって駆動する。この真空ポンプ２１は、例えば水封式真空ポンプであって、図１に示すように、その吸気側には補給水を給水する給水管３２が接続され、排気側には給水された水及び吸い込んだ空気を排出する排出管３３が接続されている。給水管３２は、補水槽３４と接続され、給水管３２の開閉するための給水弁３５（電動弁又は電磁弁）が設けられている。

図１に示すギヤポンプ２２は、駆動機４の燃料を汲み上げるものである。このギヤポンプ２２は、電動機２２ａによって駆動する。ギヤポンプ２２は、燃料供給ライン４０（燃料供給配管）に設けられている。燃料供給ライン４０においては、ギヤポンプ２２の駆動によって、燃料を貯蔵する地下貯油槽６から地上の所定高さに設置された燃料小出槽７に燃料が汲み上げられ、この燃料小出槽７から駆動機４に燃料が供給される。燃料小出槽７に燃料を蓄えておくことで、ギヤポンプ２２が駆動していない間でも、必要な供給圧で燃料を駆動機４に供給することができる。

コンプレッサ２３は、駆動機４に供給する圧縮空気を生成するものである。このコンプレッサ２３は、電動機２３ａによって駆動する。コンプレッサ２３は、空気供給ライン５０（空気供給配管）に設けられている。空気供給ライン５０においては、コンプレッサ２３の駆動によって生成された圧縮空気が空気槽８に貯留され、この空気槽８から駆動機４に圧縮空気が供給される。空気槽８に圧縮空気を蓄えておくことで、コンプレッサ２３が駆動していない間でも圧縮空気を内燃機関などの駆動機４に供給して、始動することができる。

冷却水ポンプ２４は、駆動機４を冷却する冷却水を組み上げるものである。この冷却水ポンプ２４は、電動機２４ａによって駆動する。冷却水ポンプ２４は、冷却水供給ライン６０（冷却水供給配管）に設けられている。冷却水供給ライン６０においては、冷却水ポンプ２４の駆動によって冷却水槽６１から冷却水が汲み上げられ、各駆動機４を冷却する熱交換器４ｂに冷却水が供給される。なお、減速機５にも図示しない熱交換器を設置する場合、冷却水供給ライン６０において、駆動機４の熱交換器４ｂと減速機５の熱交換器とを直列に接続してもよい。

図３は、第１実施形態に係るポンプ機場１の台数制御を説明するための説明図である。なお、図３においては、４台の主ポンプ１０を区別するために、Ｐ１～Ｐ４の記号を用いている。
ポンプ機場１は、上述した各構成機器の動作を統括的に制御する制御装置１００を備える。制御装置１００は、図示しないＣＰＵ等の演算部、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクドライブ（ＨＤＤ），ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の記憶部、各構成機器とデータのやり取りする出入力インターフェース等が、図示しないバスで接続されたものである。出入力インターフェースには、上述した各構成機器以外にも、図示しないディスプレイ等の表示装置、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。

記憶部には、演算部が読み出して実行するためのプログラムが格納されており、制御装置１００はそのプログラムに従って、以下説明する台数制御を行う。台数制御は、基本的には、吸込水槽２の水位レベルの上昇（ＳＷＬ０→ＳＷＬ４）に応じて、主ポンプ１０の運転台数を増やしていく制御である。制御装置１００は、この台数制御において、各主ポンプ１０の健全度Ａに基づいて、主ポンプ１０を起動する優先度を決定する。すなわち、制御装置１００は、健全度Ａが高い主ポンプ１０を先発機に、健全度Ａが低い主ポンプ１０を後発機になるように、起動順序を並び替える。

制御装置１００は、主ポンプ１０のそれぞれの累積運転時間を計測し、また、主ポンプ１０のそれぞれの異常の予兆を検知し、累積運転時間ｘ及び異常の予兆の検知数ｙに基づいて、主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する。累積運転時間ｘは、例えば、制御装置１００に組み込まれたタイマーなどによって主ポンプ１０の運転時間を計測し、その運転時間を記憶部に記憶すると共に、当該主ポンプ１０が運転するごとにその運転時間を加算していくことで計測することができる。

この制御装置１００は、主ポンプ１０の所定の状態量が所定の閾値以上の場合に「異常」を検知すると共に、当該閾値未満の状態量の変化の傾向に基づいて、「異常の予兆」を検知するようになっている。ここで、「異常」とは、それによって、主ポンプ１０が起動できない、若しくは、主ポンプ１０を停止しなければならない、揚水不能な故障状態のことを言う。そして、「異常の予兆」とは、上記故障状態となる以前の状態、すなわち、現時点では揚水可能な状態であるが、近い将来、揚水不能な故障状態になる可能性がある状態のことを言う。

図４は、第１実施形態に係る異常の予兆を検知する手法の一例を示す図である。
制御装置１００は、図４に示すように、主ポンプ１０の所定の状態量を蓄積し、その変化の傾向に基づいて異常の予兆を検知する。この状態量の計測は、定期的に行われるとよい。制御装置１００は、例えば、状態量の計測が月１回の頻度で行われる場合、その月の計測値と前月の計測値とを結ぶ直線と、前月の計測値と前々月の計測値とを結ぶ直線との角度の差θが、所定の角度以上であれば、異常の予兆を検知したと判定する。この判定は、当該状態量が、主ポンプ１０の故障（異常）を検知する故障レベルＭ（所定の閾値）未満で行うとよい。

この「異常」には、様々な種類がある。
（１）例えば、特開２０１２－２４６８６５号公報には、起動する主ポンプ１０を呼び水で満水させる真空ポンプ２１の運転時間（状態量）を計測し、その運転時間が所定の閾値以上の場合に、起動不能などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、主ポンプ１０を呼び水で満水させる真空ポンプ２１の運転時間の増加である。

（２）また、特開２０１２－２４６８６５号公報には、主ポンプ１０の停止時のポンプ軸１２の軸受温度の低下時間（状態量）を計測し、その軸受温度の低下時間が所定の閾値以上の場合に、軸受のグリースの劣化などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、ポンプ軸１２の軸受温度の低下時間の増加である。

（３）また、特開２０１２－２４６８６５号公報には、駆動機４を冷却する熱交換器４ｂの入口温度と出口温度の温度差（状態量）を計測し、その温度差の減少値が所定の閾値以上の場合（すなわち温度差が小さくなった場合）に、熱交換器４ｂの詰まりなどの駆動機４（結果的に主ポンプ１０）の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、熱交換器４ｂの入口温度と出口温度の温度差の減少値の増加である。

（４）また、例えば、特開２０１１－５８４４７号公報には、主ポンプ１０が立軸ポンプの場合であって、水中軸受に回転自在に支持されたポンプ軸１２の径方向の変位（状態量）を計測し、その径方向の変位が所定の変位（閾値）以上の場合に、水中軸受の摩耗などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、水中軸受に回転自在に支持されたポンプ軸１２の径方向の変位の増加である。

（５）また、例えば、特開２０１７－３６６６９号公報には、複数台の主ポンプ１０のそれぞれに設けられた吸込側の水位が変わっても同じ値を示すべき三つ以上の計測器（例えば、ポンプ保護の電極式水位計）の計測値（水位：状態量）に基づいて、特定の計測器の故障などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、特定の計測器の他の計測器の計測値からの乖離の増加である。

（６）また、例えば、特開２０１６－１９４２８７号公報には、主ポンプ１０の停止時におけるポンプ軸１２の回転停止時間（状態量）を計測し、その回転停止時間の減少値が所定の閾値以上の場合（すなわち回転停止時間（慣性回転時間）が短くなった場合）に、軸受の劣化・故障などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、主ポンプ１０の停止時におけるポンプ軸１２の回転停止時間の減少値の増加である。

（７）また、特開２０１６－１９４２８７号公報には、主ポンプ１０の停止時におけるポンプ軸１２の軸受の振動（振幅：状態量）を計測し、その軸受の振動が閾値以上の場合に、軸受の劣化・故障などの主ポンプ１０の「異常」を検知する技術が開示されている。この場合の「異常の予兆」とは、主ポンプ１０の停止時におけるポンプ軸１２の軸受の振動の増加である。

制御装置１００は、上記のような「異常」の前段階である「異常の予兆」を図４に示すような手法を用いて検知する。なお、上述した「異常」及び「異常の予兆」は、一例であって上記の内容だけに限定されるものではない。
次に、上記のように構成されたポンプ機場１の運転方法（ポンプ設備の運転方法）、具体的には、主ポンプ１０のそれぞれの累積運転時間ｘ及び異常の予兆の検知数ｙから算出した健全度Ａに基づく台数制御を行う制御装置１００の制御フローについて説明する。

図５は、第１実施形態に係る制御装置１００による制御フローである。
先ず、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位を取得し、吸込水位がどの水位レベル（図３に示す例では水位レベルＳＷＬ０～ＳＷＬ４）に到達したかを検知する（ステップＳ１）。次に、制御装置１００は、各主ポンプ１０（本実施形態では４台（Ｎｏ．１～Ｎｏ．４））の累積運転時間ｘ、及び、各主ポンプ１０の異常の予兆の有無（検知数ｙ）を記憶部から読み出す（ステップＳ２，Ｓ３）。

次に、制御装置１００は、累積運転時間ｘ及び異常の予兆の検知数ｙに基づいて、各主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する（ステップＳ４）。本実施形態における健全度Ａは、例えば、以下のような式（１）で算出する。
Ａ＝{α／[ｃ１・ｘ＋ｃ２・ｙ＋ｄ]}×β …（１）
ここでｃ１，ｃ２は、ポンプ機場１の設備構成や仕様で決まる定数であり、ｄは任意の設定値で初期値は１である。また、αは、ポンプ設計運転時間（耐用運転時間）などにより決まる定数であり、２０００時間でオーバーホールを想定している主ポンプ１０では、α＝２０００などの値が用いられる。さらに、βは、０又は１の係数であり、主ポンプ１０が運転できない重大な故障（重故障）状態にあるかどうか示すものである。

健全度Ａへの影響は、累積運転時間ｘよりも異常の予兆の検知数ｙの方が大きいため、ｃ１＜ｃ２とすることが好ましい。例えば、ポンプ機場１においては、運転時間が過少（例えば、５０～１００時間／年）であるため、仮にｃ１＝１と設定した場合、ｃ２＝１００程度に設定するとよい。なお、ｄは、例えば、設備の整備・修繕後に健全度Ａを補正するため、また、日常の設備操作員の感覚（例えば、異常検知までいかない異音など）を健全度Ａに反映させるために、入力可能な任意の設定値にするとよい。

式（１）によれば、例えば、２０００時間の耐用運転時間で、２０００時間運転した主ポンプ１０は、異常予兆が発見されなくても、健全度Ａは１（ｃ１＝１の場合）になり、異常の予兆が見られた場合は１未満となる。また、重故障を発生していなければ、β＝１であり、重故障を発生していて運転が出来ない状態であれば、β＝０であるので、重故障発生機の健全度Ａは、健全度の最低値となるＡ＝０が与えられる。

次に、制御装置１００は、ステップＳ４で算出した健全度Ａに基づいて主ポンプ１０の残存機（停止機）の起動順序を決定する（ステップＳ５）。そして、制御装置１００は、残存機の中で健全度Ａが最も高い主ポンプ１０（先発機）を起動させる（ステップＳ６）。その後、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位が設定停止水位（例えば、図３に示す水位レベルＳＷＬ２からＳＷＬ１）に到達したかどうかを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１００は、該当する主ポンプ１０（上述の例では、図３においてＰ２の符号が付された主ポンプ１０）を停止させる（ステップＳ８）。一方、ステップＳ７が「ＮＯ」の場合、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位を取得し、現在の吸込水位がステップＳ１における吸込水位＋１（上述の例では、水位レベルＳＷＬ２からＳＷＬ３）に到達したか否かを検知する（ステップＳ９）。

ステップＳ９が「ＮＯ」の場合、制御装置１００は、ステップＳ７に戻り、吸込水位を監視し続ける一方で、ステップＳ９が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１００は、再びステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４を経て健全度Ａを算出し、現在の健全度Ａに基づいて主ポンプ１０の残存機（停止機）の起動順序を決定する（ステップＳ５）。そして、以下同じようなステップを繰り返し、吸込水位が例えば水位レベルＳＷＬ０になるまで、ポンプ機場１は運転を継続することとなる。

以上説明したように、本実施形態のポンプ機場１は、複数台の主ポンプ１０のそれぞれの累積運転時間を計測し、複数台の主ポンプ１０のそれぞれの異常の予兆を検知し、累積運転時間ｘ及び異常の予兆の検知数ｙに基づいて、複数台の主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出し、当該健全度Ａに基づいて、複数台の主ポンプ１０の台数制御を行う。この構成によれば、累積運転時間だけでなく主ポンプ１０の個体差による異常の予兆が健全度Ａに反映されるため、設備全体としての実効的なポンプの故障率の平準化、及び、揚水不能となるようなポンプの故障の発生を極力防ぐことができる信頼性の高いポンプ機場１となる。

なお、本実施形態では、次のような変形例を採用してもよい。
例えば、ステップＳ４の健全度Ａの算出において、異常の予兆の内容により重みを変えてもよい。この場合、健全度Ａは、例えば、以下のような式（２）で算出する。
Ａ＝{α／[ｃ１・ｘ＋ｃ２・(ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋…＋ｙｎ)＋ｄ]}×β …（２）
ここでｙｎは、各異常の予兆の内容で設定する数値であり、通常は１で、異常の予兆の重み（重要度）に応じて０．８～１．２の範囲で設定するとよい。

また、例えば、上述したポンプ機場１は、数十年確率の降雨で設計されているため、実際に主ポンプ１０の全台が運転するケースが少ない。したがって、健全度Ａが最も低い主ポンプ１０は、運転しない号機となってしまう場合がある。主ポンプ１０のような回転機は、定期的な運転が重要であるため、例えば、小降雨時のように数台が運転する場合（負荷の少ない場合）には、健全度Ａの低い主ポンプ１０を運転するようにしてもよい。具体的には、吸込水槽２の水位レベルの上昇率が一定の値以上の時に健全度Ａの高い主ポンプ１０を運転させ（通常の台数制御を実行させ）、当該水位レベルの上昇率が一定の値未満の場合に健全度Ａの低い主ポンプ１０を運転させてもよい。

なお、健全度Ａの低い主ポンプ１０に加わる負担を軽減し故障率を下げる方法としては、実揚程を考慮するとよい。例えば、流量が増加すると軸動力が下がる軸流ポンプ（比速度Ｎｓの大きいポンプ）においては、実揚程の低い場合（≒吐出水位が低い状態）での起動とし、流量が増加すると軸動力が上がる遠心ポンプ（比速度Ｎｓの小さいポンプ）においては、実揚程が高い状態（≒吸込水位が低い状態）で運転するよう制御するとよい。また、主ポンプ１０の回転数を制御する水量制御方法により、定格の負荷より低い状態で運転させることにより、健全度Ａの低い主ポンプ１０に加わる負担を低減させてもよい。

また、例えば、累積運転時間ｘ（又は、最終的な健全度Ａ）が同一または同程度の場合は、各主ポンプ１０の納入年（＝経過年）を指標として健全度Ａに反映させてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６は、第２実施形態に係る制御装置１００による制御フローである。
第２実施形態は、図６に示すステップＳ１４，Ｓ１３－１，Ｓ１３－２が追加されている点で、上記第１実施形態と異なる。
なお、図６に示すステップＳ１１～Ｓ１３は、図５に示すステップＳ１～Ｓ３に対応し、図６に示すステップＳ１５～Ｓ２０は、図５に示すステップＳ４～Ｓ９に対応している。

先ず、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位を取得し、吸込水位がどの水位レベルに到達したかを検知する（ステップＳ１１）。次に、制御装置１００は、各主ポンプ１０の累積運転時間ｘ、各主ポンプ１０の異常の予兆の有無（検知数ｙ）、及び各主ポンプ１０の予備品の残数（部品在庫数ｚ）を記憶部から読み出す（ステップＳ１２～Ｓ１４）。ここで、制御装置１００は、ポンプ機場１内の図示しない倉庫設備との間で、主ポンプ１０の部品在庫数ｚに係る情報を共有するとよい。

制御装置１００は、ステップＳ１３の後に、異常の予兆を検知した部位の補修・修繕の有無を判定する（ステップＳ１３－１）。ステップＳ１３－１が「無（ＮＯ）」の場合、制御装置１００は、累積運転時間ｘ、異常の予兆の検知数ｙ、及び部品在庫数ｚに基づいて、各主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１３－１が「有（ＹＥＳ）」の場合、制御装置１００は、異常の予兆の検知数ｙを補正する（ステップＳ１３－２）。

異常の予兆の検知数ｙの補正は、例えば、以下のような式（３）を用いるとよい。
ｙ＝ｋｙ´＋ｙ´´ …（３）
ここで、ｙ´は補修前の異常の予兆の検知数であり、ｋは補修係数である。また、ｙ´´は、補修後の異常の予兆の検知数である。異常の予兆を検知した部位を補修・修繕したとしても、何らかの痕が残るケースがあり、過去の異常の予兆の検知数を完全にゼロとすることは好ましくないケースがある。このため、第２実施形態では、補修係数ｋ＝０～１と設定して、過去の検知数ｙ´の何分の１かを現在の検知数ｙ´´に反映（加算）するようにしている。

次のステップＳ１５において、制御装置１００は、累積運転時間ｘ、補正した異常の予兆の検知数ｙ、及び部品在庫数ｚに基づいて、各主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する。第２実施形態における健全度Ａは、例えば、以下のような式（４）で算出する。
Ａ＝{α／[ｃ１・ｘ＋ｃ２・ｙ＋ｃ３・ｚ＋ｄ]}×β …（４）
ここでｃ１～ｃ３は定数であり、ｄは任意の設定値で初期値は１である。

部品在庫数ｚは、主ポンプ１０の運転に関連する各種部品（例えば、軸受や軸封装置（シール類）、関連機器の検知器類、バッテリーなど）の在庫の有り無し（１かゼロか）の合計値である。健全度Ａへの影響は、「異常の予兆の検知数ｙ」＞「累積運転時間ｘ」＞「部品在庫数ｚ」であるため、ｃ２＞ｃ１＞ｃ３とすることが好ましい。仮に部品の種類が１００種類ある場合、ｃ３＝０．１程度に設定するとよい。なお、当該部品が、異常の予兆に関わる部品である場合には、その内容に応じて重みを付けてもよい。

次に、制御装置１００は、算出した健全度Ａに基づいて主ポンプ１０の残存機（停止機）の起動順序を決定する（ステップＳ１６）。そして、制御装置１００は、残存機の中で健全度Ａが最も高い主ポンプ１０（先発機）を起動させる（ステップＳ１７）。その後、制御装置１００は、上記実施形態と同様に、吸込水位を監視しながら（ステップＳ１８，Ｓ２０）、該当号機を停止させるか（ステップＳ１９）、起動台数を増やすか（ステップＳ２０が「ＹＥＳ」の場合）を決定する。

以上説明したように、第２実施形態では、第１実施形態の作用効果に加え、さらに、主ポンプ１０の部品の在庫数ｚに基づいて、健全度Ａを算出するため、より信頼性の高いポンプ機場１の運転が可能となる。すなわち、ポンプ機場１においては、通常、主ポンプ１０の運転による消耗品や、緊急で手配ができない（即納できない）部品が場内に保管される。仮に、この部品の在庫が無い状態では、万が一故障が発生したときに、早期の機能復旧が行えず、排水機場としての機能（排水量）不足による浸水被害を生じさせてしまう可能性がある。したがって、その可能性を健全度Ａに反映することによって、より信頼性の高いポンプ機場１の運転が可能となる。

また、第２実施形態では、異常の予兆を検知した部位の補修の有無に基づいて、異常の予兆の検知数ｙを補正するため、補修後の状態を考慮した健全度Ａを算出できるようになりより精度の良い（信頼性の高い）台数制御が可能となる。したがって、ポンプ機場１の信頼性をより向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７，図８は、第３実施形態に係る制御装置１００による制御フローである。なお、図７，図８に示す制御フローは、符号Ａ、Ｂで繋がっている。
第３実施形態は、図７に示すステップＳ２５、及び図８に示す切替制御（後述）が追加されている点で、上記実施形態と異なる。
なお、図７に示すステップＳ２１～Ｓ２４は、図６に示すステップＳ１１～Ｓ１４に対応し、図７に示すステップＳ２６，Ｓ２７は、図６に示すステップＳ１５，Ｓ１６に対応している。

先ず、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位を取得し、吸込水位がどの水位レベルに到達したかを検知する（ステップＳ２１）。次に、制御装置１００は、各主ポンプ１０の累積運転時間ｘ、各主ポンプ１０の異常の予兆の有無（検知数ｙ）、各主ポンプ１０の予備品の残数（部品在庫数ｚ）、及び各主ポンプ１０の軽故障の有無（軽故障の検知数ｗ）を記憶部から読み出す（ステップＳ２２～Ｓ２５）。

また、制御装置１００は、ステップＳ２３の後に、異常の予兆を検知した部位の補修・修繕の有無を判定し（ステップＳ２３－１）、ステップＳ２３－１が「有（ＹＥＳ）」の場合、異常の予兆の検知数ｙを補正する（ステップＳ２３－２）。

次のステップＳ２６において、制御装置１００は、累積運転時間ｘ、補正した異常の予兆の検知数ｙ、部品在庫数ｚ、軽故障の検知数ｗに基づいて、各主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する。第３実施形態における健全度Ａは、例えば、以下のような式（５）で算出する。
Ａ＝{α／[ｃ１・ｘ＋ｃ２・ｙ＋ｃ３・ｚ＋ｃ４・ｗ＋ｄ]}×β …（５）
ここでｃ１～ｃ４は定数であり、ｄは任意の設定値で初期値は１である。

「軽故障」とは、主ポンプ１０が揚水を継続することができる程度の故障具合のことを言う。例えば、図２に示す吐出弁１３の開閉動作が止まってしまったりするケースが該当する。一方、主ポンプ１０が揚水を継続することができない故障具合（重故障）とは、主ポンプ１０の心臓部であるポンプ軸１２、ポンプ軸１２に接続されたインペラ、ポンプ軸１２を支持する軸受などに故障・破損が発生したケースが該当する。なお、「軽故障」には、主ポンプ１０を駆動させる専属の系統機器の故障も含まれる。

健全度Ａへの影響は、「軽故障の検知数ｗ」≧「異常の予兆の検知数ｙ」＞「累積運転時間ｘ」＞「部品在庫数ｚ」であるため、ｃ４≧ｃ２＞ｃ１＞ｃ３とすることが好ましい。例えば、上述したようにｃ２＝１００程度の場合、ｃ４＝１５０程度に設定するとよい。なお、ｗには、軽故障の内容に応じて重みを付けてもよい。
次に、制御装置１００は、算出した健全度Ａに基づいて主ポンプ１０の残存機（停止機）の起動順序を決定する（ステップＳ２７）。そして、図８に示すステップＳ３０に移行する。

ステップＳ３０において、制御装置１００は、運転中の主ポンプ１０の健全度Ａと、停止中の主ポンプ１０の健全度Ａとを比較する。運転中の主ポンプ１０の健全度Ａが停止中の主ポンプ１０の健全度Ａよりも低い場合（ステップＳ３０が「ＹＥＳ」の場合）には、制御装置１００は、健全度Ａの低下を知らせる警報を出す（ステップＳ３１）。この警報は、例えば、制御装置１００に接続された表示装置に表示させるとよい。一方、ステップＳ３０が「ＮＯ」の場合には、フロー“Ｂ”で戻り、上述した通常の台数制御を行う。

ステップＳ３０が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１００は、運転している主ポンプ１０の健全度Ａが、停止している主ポンプ１０の健全度Ａよりも低下したときから、所定の時間（１～３０ｍｉｎ程度）待機する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の待機時間において、健全度Ａが低下した運転中の主ポンプ１０の健全度Ａが、操作員の応急復旧作業などで復帰した場合（ステップＳ３３が「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ３４において、健全度Ａの低下を知らせる警報を停止（解除）する（ステップＳ３４）。また、フロー“Ｂ”で通常の台数制御に戻る。

一方、ステップＳ３３が「ＮＯ」の場合、制御装置１００は、停止中の主ポンプ１０の中で、健全度Ａが最も高い先発機に起動指令を出す（ステップＳ３５）。次に、制御装置１００は、ステップＳ３６において、当該始動機を駆動させる駆動機４の規定回転速度への到達を確認する。その後、制御装置１００は、吐出弁１３を開き（ステップＳ３７）、吐出弁１３が全開で始動機が定格運転状態になったことを確認する（ステップＳ３８）。

なお、ステップＳ３６の後、制御装置１００は、運転中の健全度Ａが低下した主ポンプ１０の流量低下制御を並行して実行しており（ステップＳ３９）、ステップＳ３８において定格運転状態を確認したら、次のステップＳ４０において、運転中の健全度Ａが低下した主ポンプ１０に停止指令を出す。そして、ステップＳ４１において、停止指令を出した主ポンプ１０の停止を確認したら、主ポンプ１０の切替が完了する（ステップＳ４２）。

以上説明したように、第３実施形態では、第２実施形態の作用効果に加え、さらに、主ポンプ１０が揚水を継続することができる程度の軽故障の検知数ｗに基づいて、健全度Ａを算出するため、より信頼性の高いポンプ機場１の運転が可能となる。また、第３実施形態では、主ポンプ１０の運転中に、当該運転している主ポンプ１０の健全度Ａが、停止している主ポンプ１０の健全度Ａよりも低下した場合に、当該停止している主ポンプ１０を起動させ、当該健全度Ａが低下した主ポンプ１０を停止させる切替制御を行っている。近年は、ゲリラ豪雨などの影響で急激な河川水位の上昇が発生する場合がある。運転中に軽故障が発生し、それが原因で重故障が発生し緊急停止してしまうと、故障発生箇所の復旧を含め、次号機が始動・運転するまでに１０分～３０分程度の時間を要してしまう場合も有り、河川水位の上昇が止められず、浸水被害を起こしてしまう可能性がある。これに対し、本手法によれば、故障を未然に防ぎ、排水量を確保できるので、安定した河川水位の制御が可能となる。

また、第３実施形態では、運転している主ポンプ１０の健全度Ａが、停止している主ポンプ１０の健全度Ａよりも低下した後、所定の時間が経過した場合（ステップＳ３２）に、切替制御を行っているため、計測器のミスアラームなど、実際には主ポンプ１０を駆動させる専属の系統機器に故障が発生していないケースを人為的に判断し排除することができる。また、地震等で一時的に計測値がふらついてしまうようなケースも排除することができる。なお、制御装置１００の操作盤等に「健全度復帰（異常予兆・軽故障復帰）」の確認スイッチを設け、警報発報時の操作員の状況確認で、当該確認スイッチを押すことで、健全度復帰の判断としても良い。このようなミスアラームの回避手段として、確認時間を設け、また、健全度Ａの復帰処置を自動または（操作員の状況判断による）手動で行える制御とすることで、より信頼性の高い設備とすることができる。

なお、第３実施形態では、次のような変形例を採用してもよい。
例えば、制御装置１００は、ステップＳ４２において切替制御を行った後の運転中の主ポンプ１０の排水流量が、切替制御を行う前の運転中の主ポンプ１０の排水流量以上になるよう制御してもよい。このように、切替時の排水流量を健全度Ａの低下前の排水量以上とすることで、排水設備の信頼性を確保できる。また、切替時の急激な排水流量の上昇を抑えるように、健全度Ａの低下した主ポンプ１０の流量低下速度及び吐出弁１３の開閉速度を調整することで、吸込水槽２の急激な水位の低下を抑え、運転中の主ポンプ１０の異常検知（吸込水槽２の水位異常低下）による運転停止を防止するとよい。また、目標流量Ｑを設定し、別途設ける流量計の計測値から、切替時における停止する主ポンプ１０と起動する主ポンプ１０の排水流量の合計を当該目標流量Ｑに近づけるようにフィードバック制御してもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図９は、第４実施形態に係る制御装置１００による制御フローである。なお、図９に示す制御フローは、符号Ａ、Ｂで、上述した図８に示す制御フローと繋がっている。
第４実施形態は、図９に示すステップＳ５６が追加されている点で、上記実施形態と異なる。なお、図９に示すステップＳ５６以外は、図７に示すステップと同じである。また、ステップＳ６０以下の切替制御も、図８に示す切替制御と同じであるため、当該切替制御の説明は割愛する。

先ず、制御装置１００は、吸込水槽２に設けられた水面検知器２ａから吸込水位を取得し、吸込水位がどの水位レベルに到達したかを検知する（ステップＳ５１）。次に、制御装置１００は、各主ポンプ１０の累積運転時間ｘ、各主ポンプ１０の異常の予兆の有無（検知数ｙ）、各主ポンプ１０の予備品の残数（部品在庫数ｚ）、各主ポンプ１０の軽故障の有無（軽故障の検知数ｗ）、及び時間計画保全超過部品の有無ｔを記憶部から読み出す（ステップＳ５２～Ｓ５６）。

また、制御装置１００は、ステップＳ５３の後に、異常の予兆を検知した部位の補修・修繕の有無を判定し（ステップＳ５７）、ステップＳ５７が「有（ＹＥＳ）」の場合、異常の予兆の検知数ｙを補正する（ステップＳ５８）。

次のステップＳ５９において、制御装置１００は、累積運転時間ｘ、補正した異常の予兆の検知数ｙ、部品在庫数ｚ、軽故障の検知数ｗ、及び時間計画保全超過部品の有無ｔに基づいて、各主ポンプ１０のそれぞれの健全度Ａを算出する。第４実施形態における健全度Ａは、例えば、以下のような式（６）で算出する。
Ａ＝{α／[ｃ１・ｘ＋ｃ２・ｙ＋ｃ３・ｚ＋ｃ４・ｗ＋ｃ５・ｔ＋ｄ]}×β …（６）
ここでｃ１～ｃ５は定数であり、ｄは任意の設定値で初期値は１である。

主ポンプ１０には、時間によって計画的に交換タイミングが設定されている時間計画保全部品が存在する。この時間計画保全部品には、例えば、電子部品ではコンデンサ等、機械部品では軸受等が該当する。健全度Ａへの影響は、「軽故障の検知数ｗ」≧「異常の予兆の検知数ｙ」＞「時間計画保全超過部品の有無ｔ」＞「累積運転時間ｘ」＞「部品在庫数ｚ」であるため、ｃ４≧ｃ２＞ｃ５＞ｃ１＞ｃ３とすることが好ましい。例えば、ｃ２＝１００程度の場合、ｃ５＝５０程度に設定するとよい。なお、ｔには、時間計画保全部品の内容に応じて重みを付けてもよい。

次に、制御装置１００は、算出した健全度Ａに基づいて主ポンプ１０の残存機（停止機）の起動順序を決定する（ステップＳ６０）。そして、図８に示すステップＳ３０に移行し同様の切替制御を行う。

以上説明したように、第４実施形態では、第３実施形態の作用効果に加え、さらに、主ポンプ１０の部品のうち、時間によって計画的に交換タイミングが設定されている時間計画保全超過部品の有無ｔに基づいて、健全度Ａを算出するため、より信頼性の高いポンプ機場１の運転が可能となる。すなわち、主ポンプ１０の状態監視保全を行う機器でも、内部には、時間劣化による取替を行わなければならない部品が存在する場合がある。そのような時間計画保全を行う部品については、突発的な故障が発生する危険性があるため時間計画による予防保全を行っている。しかし、この時間計画のタイミングを逸していると、急に異常が発生してしまう場合があるので、時間計画保全の部品とその計画時間（運転時間や設置年数他）をデータ化し、それを制御装置１００に入力して、その超過の有無を判定させて健全度Ａに反映させることで、健全度Ａの評価の信頼度を更に向上させることができる。

なお、第４実施形態では、次のような変形例を採用してもよい。
例えば、制御装置１００は、各主ポンプ１０の健全度Ａと、当該健全度Ａの演算の因子となる各要素（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ，ｔ）の現状値と、その履歴を表示装置に表示するようにしてもよい。これにより、各主ポンプ１０の健全度Ａの状態、変遷を設備操作員が確認できるため、計画的な保全計画を講じることができ（保全順位の決定と実施予算の確保など）、また、設備操作員の負担軽減と維持管理性の向上を図ることができる。

また、例えば、制御装置１００は、主ポンプ１０の故障に関する故障木（フォルトツリー）を記憶し、検知した異常の予兆に基づいて、当該フォルトツリーから想定される異常内容を、表示装置などに表示または警報を出すようにしてもよい。当該フォルトツリーとしては、例えば、予兆検知項目「冷却水ポンプ２４の性能劣化」があり、その「冷却水ポンプ２４の性能劣化」が想定異常「冷却水温度上昇」に繋がり、その「冷却水温度上昇」が想定異常の最終故障である「主ポンプ軸受温度上昇（重故障）」に繋がるようなものを例示できる。このように、想定される異常内容を表示・警告することで、設備操作員に、最終的な故障状態をイメージさせることができ、緊迫感（現実感）を出し、適切な保全処置を促すことが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

１…ポンプ機場（ポンプ設備）、２…吸込水槽、２ａ…水面検知器、２ｂ…水面検知器、３…吐出水槽、３ａ…水面検知器、４…駆動機、４ａ…駆動軸、４ｂ…熱交換器、５…減速機、６…地下貯油槽、７…燃料小出槽、８…空気槽、１０…主ポンプ、１１…ケーシング、１１ａ…吸込口、１１ｂ…吐出口、１２…ポンプ軸、１３…吐出弁、１４…満水検知器、２０…補機、２１…真空ポンプ、２１ａ…電動機、２２…ギヤポンプ、２２ａ…電動機、２３…コンプレッサ、２３ａ…電動機、２４…冷却水ポンプ、２４ａ…電動機、３０…吸気ライン、３１…吸気弁、３２…給水管、３３…排出管、３４…補水槽、３５…給水弁、４０…燃料供給ライン、５０…空気供給ライン、６０…冷却水供給ライン、６１…冷却水槽、１００…制御装置、Ａ…健全度、ｋ…補修係数、Ｍ…故障レベル、ＳＷＬ０…水位レベル、ＳＷＬ１…水位レベル、ＳＷＬ２…水位レベル、ＳＷＬ３…水位レベル、ＳＷＬ４…水位レベル、ｔ…時間計画保全超過部品の有無、ｗ…軽故障の検知数、ｘ…累積運転時間ｘ、ｙ…異常の予兆の検知数ｙ、ｚ…部品在庫数、θ…差

Claims (8)

1. 液体を揚水する複数台のポンプを備えるポンプ設備であって、
   前記複数台のポンプのそれぞれの累積運転時間を計測すると共に、前記複数台のポンプのそれぞれの異常の予兆を検知し、
   前記累積運転時間及び前記異常の予兆を検知した前記異常の予兆の種類の数に基づいて、前記複数台のポンプのそれぞれの健全度を算出し、
   前記健全度に基づいて、前記複数台のポンプの起動順序を並び替えて台数制御を行う、制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記ポンプの所定の状態量が所定の閾値以上の場合に前記異常を検知すると共に、
   前記閾値未満の前記状態量の変化の傾向に基づいて、前記異常の予兆を検知する、ことを特徴とするポンプ設備。
2. 前記制御装置は、前記異常の予兆を検知した部位の補修の有無に基づいて、前記異常の予兆の種類の数に補正値を加算する、ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ設備。
3. 前記制御装置は、さらに、前記ポンプの部品の在庫数に基づいて、前記健全度を算出する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ設備。
4. 前記制御装置は、さらに、前記ポンプが揚水を継続することができる程度の軽故障の検知数に基づいて、前記健全度を算出する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のポンプ設備。
5. 前記制御装置は、さらに、前記ポンプの部品のうち、時間によって計画的に交換タイミングが設定されている時間計画保全部品の時間超過の有無に基づいて、前記健全度を算出する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のポンプ設備。
6. 前記制御装置は、前記ポンプの運転中に、当該運転している前記ポンプの健全度が、停止している前記ポンプの健全度よりも低下した場合に、当該停止している前記ポンプを起動させ、当該健全度が低下した前記ポンプを停止させる切替制御を行う、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のポンプ設備。
7. 前記制御装置は、前記運転している前記ポンプの健全度が、停止している前記ポンプの健全度よりも低下した後、所定の時間が経過した場合に、前記切替制御を行う、ことを特徴とする請求項６に記載のポンプ設備。
8. 液体を揚水する複数台のポンプを備えるポンプ設備の運転方法であって、
   前記複数台のポンプのそれぞれの累積運転時間を計測すると共に、前記複数台のポンプのそれぞれの異常の予兆を検知し、
   前記累積運転時間及び前記異常の予兆を検知した前記異常の予兆の種類の数に基づいて、前記複数台のポンプのそれぞれの健全度を算出し、
   前記健全度に基づいて、前記複数台のポンプの起動順序を並び替えて台数制御を行い、
   前記ポンプの所定の状態量が所定の閾値以上の場合に前記異常を検知すると共に、
   前記閾値未満の前記状態量の変化の傾向に基づいて、前記異常の予兆を検知する、ことを特徴とするポンプ設備の運転方法。

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