JPH01113812A - 排水機場におけるポンプ運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は急激な流入量変化を生じる雨水排水機場に好適
な排水機場におけるポンプ運転制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、排水ポンプ運転は効率を重視し、目標吐出量に対
して吐出弁開度は全開とした台数制御、回転数制御が行
なわれている。ところが、ポンプ＃の水位変動が大きい
場合には、ポンプの起動−停止頻度が大きくなるという
欠点がある。このため、例えば特開昭５７−２０７９１
１号公報に記載のように、ポンプの吐出弁を水位の急激
な変化に対応して中間位置、及び全開とすることにより
、水位変動を少なくし、ポンプの起動−停止頻度を極力
少なくする方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、急激な流入量の変化の点について配慮
がされておらず、ポンプの回転数制御や台数制御の組み
合わせだけでは、確実にポンプ運転が困難である。急激
な流入量増加に対し、゛ポンプ起動が間に合わず、設備
の浸水被害が発生するという問題があった。

本発明の目的は、急激な流入量の変化に対し、応答性の
速い吐出量の調節を行い、かつ、ポンプの起動頻度を減
少させた排水機場におけるポンプ運転制御方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は降雨量よる流入量予測に基づいたポンプの同特
起動台数によってポンプを起動し、流入量の変化を水位
の変化として、起動した総てのポンプに対して、流入量
と同一の量を吐出する水位偏差比例制御を行い、流入量
にポンプの吐出量をバランスするようにする。

〔作用〕

流入量の変化を水位変化として流入量と同一の量を吐出
するように吐出弁開度とポンプ回転数を調節する。この
ため、降雨量から流入量を予測し、ポンプを群単位に起
動し、吐出能力に余裕を持つ゛　　たポンプの待機運転
が可能となるので、予測した急激な流入量の変化に迅速
に、確実に対応で“きる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図に示す一実施例により説明する。

第１図において、１はポンプ運転制御装置、２は演算装
置である。実施例の雨水排水機場１１では、降雨による
雨水流入量Ｑ、は導水管渠１２を通り雨水ポンプ＃１３
に流れ込み貯留され、雨水ポンプ１４を運転することに
より河川へ放出される。また、ポンプの運転状態、降雨
量、ポンプ＃水位、河川水位、ポンプ回転数、吐出弁開
度等の計測データは、プロセス入力装置９を介してポン
プ運転制御装置１内に取込まれプラントデータファイル
８に格納される６演算装置２内の流入量予測処理部３は
プロセスデータファイル８に格納された降雨量に基づい
て流入量を予測する。ポンプ台数決定処理部４は流入量
予測処理部３の予測流入量によりポンプ１４の起動台数
を決定する。ポンプ群起動制御部６はポンプ台数決定処
理部４の起動台数によりポンプの群単位起動を制御する
。

水位偏差比例制御部５は流入量の変化を水位変化として
、流入量と同一吐出量となる吐出弁開度、ポンプ回転数
を求め吐出量を調節する。また、吐出弁開度、ポンプ回
転数を求めるために、ポンプの揚程と回転数に対する吐
出量の特性、ポンプの揚程と吐出弁開度に対する吐出量
の特性及び吐出弁のバルブ損失に対する吐出弁の開度特
性等をポンプ１４．吐出弁１５の特性データとして格納
したプロセス特性データファイル７がある。これらによ
り、演算装置２からのポンプ起動指令、吐出弁開−閉指
令、ポンプ回転数昇速−降速指令はプロセス出力装置１
０を介して、雨水排水機場１１へ出力される。

次に動作を説明する前に本発明の理解を容易にするため
に本発明方式と従来方式の違いを第２図。

第３図を参照して説明する。

第２図（ａ）は、従来のポンプ回転数制御と台数制御の
組み合わせた従来方式を示し、第２図（ｂ）は流入量予
測によるポンプ群単位起動と水位偏差比例制御を組み合
わせた本発明方式の流入量に対するポンプ運転の関係を
示す。従来方式では流入量（水位）によりポンプ運転の
台数が決まっており、規定水位を越えた時にその規定水
位に対応するポンプ台数を起動する。しかし、ポンプ起
動には３〜４分程度の時間がかかり、特にエン　（ジン
掛けのポンプは迅速な始動が困難であるため、急激な流
入量変化時にはポンプ起動が間に合わない。第２図（ｂ
）に示す本発明方式は、流入量を予測して前もってポン
プを起動しておき、ポンプの吐出量を調節することによ
り、吐出能力に余裕を持たせた待機運転が可能である。

第３図は、待機運転時における吐出弁の調節範囲を示し
たものであり、揚程（水位）と吐出量の関係に吐出弁開
度を加えたものである。特性■はポンプ１台運転時のＱ
−Ｈカーブ（揚程と吐出量の関係であり、ポンプの特性
により決まる）、■はポンプ２台運転時のＱ−Ｈカーブ
、■はポンプ３台運転時のＱ−Ｈカーブであり、ａｏは
ポンプ運転時に最低限必要な吐出弁開度、ａｌは吐出弁
開度１００％である。従来方式では、０点から０点へ、
０点から０点へ吐出量を変化させるには、それぞれポン
プの起動時間が必要となる。本発明方式では、前もって
３台のポンプを起動しておくため、吐出弁開度をａｏか
らａｌへ調節することにより０点から０点の間で運転が
可能であり、０点における吐出量Ｑ１を達成することが
できる。また、流入量が吐出Ｆｆｋ　Ｑ　ｏからＱｌの
範囲で変化した場合、従来方式では、■点、■点、◎点
において、ポンプの起動−停止を行なわなければならな
い。本発明方式では、ポンプの起動−停止ではなく、吐
出弁の調節により対応可能であり、安定したポンプの運
転が可能となる。

以下、本発明方式を実現する流入量予測によるポンプ群
単位起動、水位偏差比例制御について説明する。

第４図は、第１図の流入量予測処理３部に係る降雨量と
流入量の関係を示したものである。基本的には降雨量が
ある時間遅れＴＱで流入量となり、これに、流入する地
域の流出係数を加味したものであり、次式で求めること
ができる。

Ｑｉ　（ｔ）　＝Ｒ（ｔ　　Ｔｏ）　　・Ｋ　　　　・
・・（１）ここで、Ｑｌ：流入量〔ボ／Ｓ） Ｒ：降雨量　〔膿〕 ＴＱ：流入遅れ時間〔Ｓ〕 Ｋ　：流出係数 また、流入量予測に基づくポンプの運転台数Ｎは、 Ｎ　＝　Ｑｔ　（ｔ　＋　Ｔｐ）　／　Ｑｐ　　　　　
　　・・・（２）ここで、Ｎ：ポンプ起動台数 Ｑｌ：予測流入量［ｒｎ’／５） ＴＰ：ポンプ起動時間〔Ｓ〕 ＱＰ：ポンプ最大吐出量［ｔｒｒ；／Ｓ）にて求るめる
ことかできる。

第５図は、第１図の水位偏差比例制御部５における水位
と吐出量の関係を示すものである。水位偏差比例制御部
５は流入量の変化を水位の変化として、水位変化分に対
応する流入量をポンプ１４の吐出弁１５を調節して吐出
することであり、ポンプの吐出能力であるＱ　ｓ　ｔ　
ｎからＱ、□に対応する水位ＨＬからＨＨまでの範囲で
水位を一定にするように働く。水位がＨｏからＨｌに変
化した場合の流入量ΔＱは、 ΔＱ＝Ｓ　・（Ｈｔ−Ｈｏ）　　　　　　　　　−（３
）ここで、ΔＱ：流入量〔イ〕 Ｓ：ポンプ＃面積〔ｍ２〕 で求めことができる。（３）式のポンプ＃面積ＳがＨＬ
−ＨＨ間の傾きになる。これにより、流入量と同一の目
標吐出量Ｑｏを求ることができ、目標吐出量Ｑｏとなる
吐出弁開度、ポンプ回転数を求め。

吐出弁開度、ポンプ向転数を調節することにより、流入
した量を吐出し、水位を一定に保つことが可能となる。

次に、目標吐出量Ｑｏとなる吐出弁開度、ポンプ回転数
の求め方について説明する。第６図は吐出弁開度と吐出
量の関係を示すものである。横軸は吐出量Ｑ、縦軸は揚
程り、ａｏ、ａｌは吐出弁開度におけるバルブの損失特
性、■はＱ−Ｈカーブである。揚程りは、 ｈ；ＨＲＨｐ　　　　　　　　　　　　・・・（４）こ
こで、ｈ：揚程Ｃｍ） ＨＲ：吐出側水位（河川水位）〔ｍ〕 ＨＰ：ポンプ＃水位（ｍ〕 である。水位Ｈｏにおける揚程をｈｏ、水位Ｈ１におけ
る揚程をｈｌとすると水位変化が揚程の変化であり、揚
程ｈｏにおける吐出量がＱＱ　（＠点）であれば水位が
上昇しＨｌになった時の揚程はｈｌとなり、また吐出量
はＱｏ’　（［株］琥）となる。したがって、吐出量を
目標吐出量Ｑｏ（０点）とするためには、吐出弁開度を
ａｌにしなければならない。揚程ｈ１における吐出量は
本来Ｑｚ（０点）であるが、０点で運転するということ
は、０点における揚程ｈｖから実際の揚程ｈ１を引いた
ものがバルブの損失Ｈｖになる。

Ｈｖ　＝　ｈｖ　−ｈ　ｔ　　　　　　　　　　　　　
・＝（５）バルブ損失Ｈｖは、 ζ：パルブ損失係数 Ｖ：流速（ｍ／ｓ） ｇ：重力加速度　９．８（ｍ／ｓ”） で表わすことができ、この（６）式を展開するとＨｖ：
バルブ損失（ｍ） ＱＤ：流量　　　（ｒｎ’／ｓ） ｄ：バルブ呼び径（ｍ） ｇ：重力加速度　９．８（ｍ／ｓ２） となり、目標吐出量Ｑｏによりバルブ損失係数ζを求め
ることができる。バルブ損失係数ζは、バルブ自体の特
性であり、バルブの開度により一義的に決まるものであ
る。したがって、あらかじめバルブ損失係数ζに対する
バルブ開度の特性を折れ線近似し、そのデータをプロセ
ス特性データとして第１図のプロセス特性データファイ
ル７に入力しておくことにより、目標吐出量ＱＤとなる
バルブ開度を求めることができる。

第７図はポンプ回転数と吐出量の関係を示したものであ
る。横軸吐出量Ｑ、縦軸は揚程ｈ、■はポンプ回転数Ｎ
１におけるＱ−Ｈカーブ、■はポンプ回転数Ｎ２におけ
るＱ−Ｈカーブ、■はポンプ回転数Ｎ３におけるＱ−Ｈ
カーブ、ａは吐出弁開度によるバルブの損失特性である
。水位Ｈｏにおける揚程ｈｏ、水位Ｈ１における揚程を
ｈｌとすると、水位の変化が揚程の変化であり、揚程り
。

における吐出ｆＬ　Ｑ　ｏ　（０点）であれば、水位が
上昇し水位がＨｌになった時の揚程はｈｌとなり、吐出
量はＱｏ’（０点）となる。したがって吐出量を目標吐
出量Ｑｏ（０点）にするためには、ポンプ回転数をＮＯ
にしなければならない。回転数Ｎｏを求めるには、あら
かじめ、代表的な回転数のＱ　−Ｈカーブを折れ線近似
し、そのデータをプロセス特性データとして第１図のプ
ロセス特性データファイル７に入力しておく必要がある
。以下、回転数Ｎｌ、Ｎ２．Ｎａの特性データが入力さ
れているとして、回転数Ｎｏを求める。初めに、揚程ｈ
！における回転数Ｎｔ、Ｎｚ、Ｎｓの吐出量Ｑｌ、Ｑ２
（Ｑ’ｏ）　、　Ｑａを求める。これらの値と目標吐出
量Ｑｏを比較し、目標吐出量Ｑｏが含まれるＱ２゜Ｑａ
を求め、Ｑ２．Ｑａとその回転数Ｎｌ、Ｎ２より求める
回転数は、 により求めることができる。

これにより、流入量の変化を水位変化として。

流入量と同一の量を吐出することが可能であり、流入量
予測によるポンプ群単位起動との組み合わせにより、ポ
ンプの待機運転が可能となり急激な流入量変化に迅速に
、確実に対応でき、ポンプの起動−停止頻度を減らすこ
とが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、降雨量から流入水量を予測でき、前も
ってポンプを起動することができ、起動当初は吐出量を
抑えた運転で効率は悪いが、吐出量の調節範囲を広く持
つことができるので、予測した急激な流入水量の変化に
対し、極めて高い応答性向上を実現可能とし、また、ポ
ンプの起動−停止頻度を減らす効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は流入
量とポンプ運転の関係を示す特性図、第３図は待機運転
時における吐出弁の調節範囲を示す図、第４図は降雨量
−流入量特性図、第５図は水位−吐出量特性図、第６図
は吐出弁開度−吐出量特性図、第７図はポンプ回転数−
吐出量特性図である。 １・・・ポンプ運転制御装置、２・・・演算装置、３・
・・流入量予測処理、４・・・ポンプ台数決定処理、５
・・・水位偏差比例制御、６・・・ポンプ群起動制御、
７・・・プロセス特性データファイル、８・・・プロセ
スデータファイル、９・・・プロセス入力装置、１０・
・・プロセス出力装置、１１・・・雨水排水機場。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排水機場に流入する流入量を降雨量により予測し、
   この流入量予測値に基づいてポンプの同特起動台数を決
   定してポンプを起動すると共に流入量の変化を水位変化
   として流入量と同一吐出量となる吐出弁開度を求め、起
   動した総ての固定速ポンプに対する吐出量を調節する水
   位比例制御を行い、流入量とポンプの吐出量をバランス
   させるようにしたことを特徴とする排水機場におけるポ
   ンプ運転制御方法。