JPH0157806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単数又は複数台の、ポンプ又はブロワ
の如き流体機械による圧送源から、集合管を経て
２系列の、曝気槽などの如き処理プロセス装置へ
流体を分岐送入する流体配管系の流量制御方法に
関するものである。

従来のものの例として、流体機械としてブロワ
を用い、処理プロセス装置として曝気槽を用いた
ものを第１図に示す。

ここに１Ａ，１Ｂは曝気槽であり、被処理水と
しての下水は下水入口２Ａ，２Ｂから供給され
る。この曝気槽１Ａ，１Ｂに曝気用気体（酸素又
は空気）を送入するため、複数（図では２個）の
ブロワ３Ａ，３Ｂが、その吐出側を一本の集合管
４に接続されている。ブロワ３Ａ，３Ｂの吸込側
にはブロワ吐出圧一定制御のための吸込弁５Ａ，
５Ｂが設けられている。集合管４からは複数本
（２本）の分岐管６Ａ，６Ｂが分岐し、曝気槽１
Ａ，１Ｂに接続している。分岐管６Ａ，６Ｂに
は、送入気体の流量を制御する送入流量制御機構
としての流量制御弁７Ａ，７Ｂ及び風量計８Ａ，
８Ｂが設けられている。

制御関係としては、ブロワ流量制御機構とし
て、集合管４の圧力を検出する圧力計９、圧力設
定器１０からの設定値と、圧力計９からの検出値
とを比較し、その偏差によりブロワ流量制御要素
である吸込弁５Ａ，５Ｂの開度を調節してブロワ
流量を制御し集合管４の圧力を一定に保つように
する圧力調節計１１が設けられている。送入流量
制御機構に関しては、風量計８Ａ，８Ｂの検出値
と設定値とを比較し、その偏差により送入流量制
御要素である流量制御弁７Ａ，７Ｂの開度を調節
して送入流量を設定値に保つ流量調節計１２Ａ，
１２Ｂが設けられ、さらに曝気槽１Ａ，１Ｂ中の
下水の溶存酸素量を検出する溶存酸素計１３Ａ，
１３Ｂ、溶存酸素量設定器１４Ａ，１４Ｂからの
設定値と溶存酸素計１３Ａ，１３Ｂからの検出値
とを比較し、その偏差により、流量調節計１２
Ａ，１２Ｂに与える流量設定値を変更調節し、カ
スケード制御をする溶存酸素量調節計１５Ａ，１
５Ｂが備えられている。

このように各曝気槽１Ａ，１Ｂの分岐管６Ａ，
６Ｂごとに単独に送入流量制御ループが設けられ
ており、各曝気槽１Ａ，１Ｂごとに必要風量が得
られるようにこれら制御ループにより制御が行な
われる。一方集合管４内の圧力は各、送入流量制
御グループがそれぞれ相互干渉がなく独立して流
量制御ができるように、少し高目の圧力に保つよ
うに一定圧力制御が行なわれている。

この一定圧力制御を行なわない場合には、分岐
管６Ａ系の流量制御弁７Ａに開度操作により集合
管４内の圧力が変化するため、流量制御弁７Ｂの
開度が同じならば分岐管６Ｂ系の送入流量は変化
してしまう。そこで流量制御弁７Ｂを調節すると
同様な現象により分岐管６Ａ系の送入流量が変つ
てしまう。このように相互干渉により送入流量制
御ループは安定せず、各々の流量制御弁７Ａ，７
Ｂは開度操作を繰り返し、不安定となる欠点があ
る。

従つて制御を安定させるためには集合管４の内
圧を高い圧力に一定に保つて運転せねばならな
い。その結果必要風量を得るためには流量制御弁
７Ａ，７Ｂで流量を絞らねばならない。この絞り
はブロワ３Ａ，３Ｂ側から見れば吐出側絞りとな
り余分なブロワ動力を無駄に消費する欠点を有す
る。

本発明は従来の方法の上記の欠点を除き、各分
岐管系相互の干渉を除き安定した制御を行ない、
しかも動力の損失の少ない曝気用気体流入量制御
方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、単数又は複数台並列運転される流体
機械の吐出側が一本の集合管に接続され、該集合
管から分岐した分岐管に接続された２系列の処理
プロセス装置へ流体を送入するよう構成され、前
記分岐管には送入流体の流量を制御する送入流量
制御機構が設けられ、前記流体機械には流体機械
流量制御機構が設けられている流体配管系の流量
制御方法において、該流体配管系の流量制御を司
る集約制御機構を備え、前記各処理プロセス装置
においてプロセスの状態を検出し、その検出値に
基づいて該処理プロセス装置に必要な流体送入量
Qa^**，Qb^**を演算して求め、該必要流体送入量
Qa^**及びQb^**に応じて、予め段階的数値により
定められた送入流量設定値Qa^*及びQb^*を選択し
て、前記集約制御機構に入力せしめ、前記各分岐
管において実際の送入流量を検出し送入流量検出
値Qa，Qbとして前記集約制御機構に入力せし
め、該集約制御機構においては送入流量全体の総
和流量の制御を行なう全体流量制御と、２系列の
処理プロセス装置への流量配分の制御を行なう流
量配分制御とが行なわれ、前記全体流量制御は、
前記送入流量設定値Qa^*及びQb^*の和に基づい
て、前記流体機構流量制御機構を制御して行なわ
れ、前記流量配分制御は、前記送入流量制御機構
と前記流体機械流量制御機構とを、 △Ri／△Rj＝−〔Qj／Qi〕³ ここに、ｉ，ｊ：二つの処理プロセス装置系列
及び流体機械系列の三つの系列のうち何れ
か二つの系列を示す記号 △Ｒ：或る系列の配管系の抵抗修正量 Ｑ：或る系列の風量 なる関係にて調節して行なうことを特徴とする流
体配管系の流量制御方法である。

本発明の実施例を下水曝気装置を例にとつて図
面を用いて説明する。

第２図は流体機械として２台のブロワ３Ａ，３
Ｂが用いられ、流体機械流量制御機構として吸込
弁５Ａ，５Ｂが用いられ、送入流量制御機構とし
て流量制御弁７Ａ，７Ｂが用いられている。

２５は後述の如く、流入流量設定値Qa^*，Qb^*
を入力し、演算を行なつてこの流体配管系を全体
的に把握して流量制御を司る集約制御機構であ
り、送入流量全体の総和流量の制御を行なう全体
流量調節部２６と、二系列の処理プロセス装置２
７Ａ，２７Ｂへの送入流量配分の制御を行なう流
量配分調節部２８が備えられている。

２９Ａ，２９Ｂは処理プロセス装置におけるプ
ロセス状態量、例えば溶存酸素量や下水流入量な
ど、を検出するプロセス検出器、３０Ａ，３０Ｂ
はプロセス状態量の設定値を定めるプロセス設定
器であり、プロセス調節計３１Ａ，３１Ｂによ
り、プロセス状態量の検出値と設定値とを比較
し、プロセス状態量がプロセス設定値となるのに
必要な流体の送入流量Qa^**及びQb^**を演算す
る。４３は設定風量選択機構であり予め段階的な
数値によつて定められた複数個の送入流量設定値
Qa^*，Qb^*が記憶されており、必要送入流量
Qa^**，Qb^**が入力されると、それに対応する送
入流量設定値Qa^*，Qb^*を選択し、これを、集約
制御機構２５に送るようになつている。

この段階的な送入流量設定値Qa^*，Qb^*として
は、例えば、 ０，10，30，50，70，90，100％ の如き段階が選ばれる。この段階の数値は条件に
応じて任意に選ぶことができ、例えばラウンドナ
ンバーでなくともよく、また等間隔でなくともよ
い。即ち、使用頻度の大きな範囲では細かい段階
で、使用頻度が小さい範囲では粗い段階にするこ
とができる。また、Qa^*とQb^*とに対して異なる
数列の段階を用いてもよい。

風量計８Ａ，８Ｂにて検出された実際の送入流
量検出値Qa，Qbも集約制御機構２５に送られ
る。Qa，Qbを測定せずに、制御時点での送入流
量設定値Qa^*，Qb^*を集約制御機構２５に送る場
合もある。

これは、例えば、風量計が故障した場合、風量
計を省略した設備の場合、風量が検出しにくい場
合（例えば変動が激しい、偏流が著しい、などに
よる）、などのような場合に有効である。

分岐管６Ａに関する系統をＡ系統、６Ｂに関す
る系統をＢ系統、ブロワ３Ａ，３Ｂに関する圧送
源の系統をＣ系統と称す。

必要送入流量Qa^**，Qb^**の演算は、適当なサ
ンプリング周期毎に行なうものとする。サンプリ
ング周期は流量制御が動作し安定するまでの時間
以上をとるのを原則とし、必要に応じてサンプリ
ング周期は可変とする。また、プロセス用制御器
の動作は装置の特質に合せたものとする。

全体流量調節部２６においては、上述のQa^*，
Qb^*から合計Qc^*（Qc^*＝Qa^*＋Qb^*）を演算し、
実際の合計QcがQc^*なるように全体風量制御を
行なう。一方、風量配分制御はＡ系の風量がQa^*
となるよう、Ｂ系の風量がQb^*となるように風量
制御する。両者の制御はどちらか一方を先行して
行ない、制御が安定（整定）した後他方の制御を
行なうのが望ましいが、両者同時制御でもよい。

第３図は、全体風量制御を先行し、この制御が
整定した後に、全体風量は一定に保つて、風量配
分のみを設定風量配分となるよう制御する方式の
例を示す。この場合の全体風量制御は流量制御弁
７Ａ，７Ｂおよび吸込弁５Ａのうち、全体風量を
増大する場合はどの弁を操作してもよいが、３個
の内複数を操作する場合には開閉方向は全て同一
方向とするのが望ましい。一方全体風量を減少す
る場合は吸込弁５Ａを操作する方が望ましい。流
量制御弁７Ａ，７Ｂを絞るとブロワ３Ａ側から見
ると吐出絞りとなりブロワ３Ａは余分な動力を要
することとなる。

流体機械流量制御機構としては、吸込弁５Ａ，
５Ｂの代りに、ブロワインレツトベーン、デイフ
ユーザーベーン或いはブロワ３Ａ，３Ｂの回転数
制御機構、台数制御機構などを用いることができ
る。

流量調節計３２の動作は、第４図に示す如く、
送入流量設定値Qa^*（又はQb^*或いはQb^*／Qa^*）
と送入流量検出値Qa（又はQb或いはQb／Qa）と
の偏差Erを求め、通常の比例＋積分動作、或い
は必要であればさらに高級な演算を行なうなどの
動作を行ない操作量△Mvを出力する。

第４図に示す装置の作用を説明すれば、上述の
如く、送入流量設定値Qa^*などにより必要とする
操作量△Mvを演算して出力し、この操作量△
Mvに基づいて、流量制御弁７Ａ，７Ｂの何れか
一方と、吸込弁５Ａとを、流量制御弁７Ａと７Ｂ
との相互干渉を消去するように、次の如く組み合
わせて調節する。

分岐管６Ａ，６Ｂの流量制御弁７Ａ，７Ｂの
内、どちらを調節するかを選択器３３により選択
する。選択は以下の如くとする。すなわち、７
Ａ，７Ｂの内で開度を開方向に調節する側の弁を
選択する。２者の内どちらか一方が全開（あるい
は最大設定開度）であれば、他方の弁を選択し、
両者とも全開（あるいは最大設定開度）であれ
ば、どちらか一方とする。

７Ａ，７Ｂの内どちらが開方向になるかは、ど
ちらの分岐管の風量を増大するかによつて決ま
る。すなわち例えばＡ系の風量を増大するときは
Ａ系の流量調節弁を開方向に調節する。このとき
Ｂ系の７Ｂを閉方向に調節しても風量配分を調整
することも出来るが、絞るとブロワ側から見て吐
出側絞りの状態となるので７Ａを開くようにす
る。

上記、選択器３３の実施例を第５図、第６図に
示す。

同図中、Ｘは流量制御弁７Ａ，７Ｂの開度、
Xmaxはその最大設定開度である。

このように調節すべき弁が決定された後に、以
下の方式で７Ａと５Ａ（あるいは７Ｂと５Ａ）を
組合せて調節する。すなわち例えば７Ａと５Ａを
調節する場合には、第７図の如く圧送源抵抗の修
正量とＡ系分岐管路抵抗の修正量の比（△Rc／
△Ra）を風量比（Qa／Qc）の三乗に比例するよ
うにする。但し、符号は反対となる。７Ａが開方
向であれば５Ａ，５Ｂは閉方向、７Ａが閉方向で
あれば５Ａ，５Ｂは開方向となる。

即ち、 △Rc／△Ra＝−１／〔Qc／Qa〕³＝−〔Qa／Qc〕³……
(1) となる。これは次の如き根拠による。

即ち、一般に配管中の流れが乱流であるときに
は配管中の圧力損失R_Lは配管内流量Ｑの二乗に
比例する。即ち Ｐ＝RQ² ……(2) この場合、全体流量を変えないという条件下に
おいて、抵抗Ｒの変化分△Ｒと流量比Qa／Qcと
は(1)式の如き関係となる。

７Ｂと５Ａを調節する場合には同様にて △Rc／△Rb＝−１／〔Qc／Qb〕³＝−〔Qb／Qc〕³……
(3) の関係で各抵抗の修正量を決定する。

第３図の演算器３４Ａは△Rc／△Raの関係を、演算 器３４Ｂは△Rc／△Rbの関係を演算することを示す。

演算器３４Ａ，３４Ｂにおいて△Ra＝△Rb＝△
MvでありQaとQbのちがいだけである場合には
両者は共通とすることもできる。

次に換算器３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを用いて上
述の方式で得られた各々の抵抗の修正量から調節
すべき開度変更量を求める。

一般に弁を含む配管系の抵抗は第８図の如く非
線形性を有している。

換算器３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃはそれぞれの配
管系の第８図の関係を補償するものである。例え
ば同図で当初Ｐの状態であり抵抗の修正量が△Ｒ
であるときは弁の開度変更量は△ＸでありＱの開
度に調節する。

なお、設定風量の変化巾が小さく、流量制御弁
７Ａ，７Ｂの開度変更量が小で抵抗と弁開度の非
線形性が無視しえる場合は換算器３５Ａ，３５
Ｂ，３５Ｃは不用となる。弁の形状を工夫するこ
とにより上述の非線形性を補償する方法もある。

また、抵抗と弁開度の関係がほとんど同一であ
るときは換算器３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは共通と
することができる。

第９図は別の実施例の集約制御機構２５を示
し、先に選択器３３により選択を行なつた後に信
号をＡ回路３６Ａ、又はＢ回路３６Ｂに入れるよ
うにしたものである。

前述までの実施例は全体風量制御を先行し、そ
の制御が整定した後に風量配分制御を行なう例で
あるがこれは逆に、風量配分制御先行するように
してもよい。この場合の風量配分制御において、
全体風量を一定に保つて風量配分制御するときは
前述の方式で風量配分制御すればよい。

前述までの実施例においては、風量配分制御に
おいて流量制御弁と吸込弁、即ち７Ａと５Ａ或い
は７Ｂと５Ａを組合せて制御していたが、第１０
図の如く二つの流量制御弁７Ａと７Ｂとを組み合
わせてもよい。

流量調節計３２は前述の例と同一である。

選択器３３は流量制御弁７Ａ，７Ｂの内、開度
小の弁が開方向に調節する選択器である。

風量配分を変化させるとき、例えばＡ系分岐管
風量を増大させるときは７Ａを開方向操作する
か、７Ｂを閉方向操作すればよい。

本実施例では両者の弁が出来るだけ開度大とな
るようにするために、開度小の方の弁を開方向に
調節する方式とする。

具体的には△Mvの符号（正、負）を切換える
方式が考えられる。

演算器３４Ｃの特性は △Ra／△Rb＝−〔Qb／Qa〕³ ……(4) とする。

換算器３５Ａ，３５Ｂは前述の例と同様であ
る。

流量制御弁７Ａ，７Ｂは制御性あるいは制御弁
の構造を簡単にするために複数台の並列あるい
は、直列配置としてもよい。

本発明は下水の曝気方法に限らず圧送源から複
数の装置に各々の装置が必要とする流量をあらか
じめ装置全体が持つ固有の常数の関係を演算し記
憶させ、流量制御を行なう方法に適用できる。例
えば加熱炉燃焼用空気、工場換気、ビル空調など
にも適用できる。

本発明により、各分岐系統が互に干渉せず、安
定して必要風量を送入する制御を行なうことがで
き、また、動力の損失を防ぐことができ、特に、
集約制御機構への入力を段階的にしたことによ
り、必要流体送入量の演算値の僅かな変化には対
応せず、徒らに対応して不安定となることを防
ぎ、安定した制御を行なうことができ、かつ、吸
込弁及び流量制御弁の操作頻度が少なくて済むた
め可動部の寿命が延び、また、高い制御精度を必
要としないので簡単な構造の弁を用いることを可
能とする流体配管系の流量制御方法を提供するこ
とができ、実用上極めて大なる効果を奏すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のフロー図、第２〜１０図は本
発明の実施例に関するもので、第２図及び第３図
は本発明の実施例のフロー図、第４図は流量調節
計の作用説明図、第５図及び第６図は選択器の作
用を示すフローシート、第７図は△Rc／△Raと 〔Qa／Qc〕³との関係を示すグラフ、第８図は換算器 の作用を示すグラフ、第９図、第１０図は集約制
御機構の異なる実施例のフロー図である。 １Ａ，１Ｂ……曝気槽、２Ａ，２Ｂ……下水入
口、３Ａ，３Ｂ……ブロワ、４……集合管、５
Ａ，５Ｂ……吸込弁、６Ａ，６Ｂ……分岐管、７
Ａ，７Ｂ……流量制御弁、８Ａ，８Ｂ……風量
計、９……圧力計、１０……圧力設定器、１１…
…圧力調節計、１２Ａ，１２Ｂ………流量調節
計、１３Ａ，１３Ｂ……溶存酸素計、１４Ａ，１
４Ｂ……溶存酸素量設定器、１５Ａ，１５Ｂ……
溶存酸素量調節計、２５……集約制御機構、２６
……全体流量調節部、２７Ａ，２７Ｂ……処理プ
ロセス装置、２８……流量配分調節部、２９Ａ，
２９Ｂ……プロセス検出器、３０Ａ，３０Ｂ……
プロセス設定器、３１Ａ，３１Ｂ……プロセス調
節計、３２，３２Ａ，３２Ｂ……流量調節計、３
３……選択器、３４Ａ，３４Ｂ……演算器、３５
Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ……換算器、３６Ａ……Ａ回
路、３６Ｂ……Ｂ回路、４３……設定風量選択機
構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単数又は複数台並列運転される流体機械の吐
   出側が集合管に接続され、該集合管から分岐した
   分岐管に接続された２系列の処理プロセス装置へ
   流体を送入するよう構成され、前記分岐管には送
   入流体の流量を制御する送入流量制御機構が設け
   られ、前記流体機械には流体機械流量制御機構が
   設けられている流体配管系の流量制御方法におい
   て、 該流体配管系の流量制御を司る集約制御機構を
   備え、 前記処理プロセス装置においてプロセスの状態
   を検出し、その検出値に基づいて該処理プロセス
   装置に必要な流体送入量Qa^**，Qb^**を演算して
   求め、該必要流体送入量Qa^**及びQb^**に応じ
   て、予め段階的数値により定められた送入流量設
   定値Qa^*及びQb^*を選択して、前記集約制御機構
   に入力せしめ、 前記各分岐管において実際の送入流量を検出し
   送入流量検出値Qa，Qbとして前記集約制御機構
   に入力せしめ、 該集約制御機構においては送入流量全体の総和
   流量の制御を行なう全体流量制御と、２系列の処
   理プロセス装置への流量配分の制御を行なう流量
   配分制御とが行なわれ、 前記全体流量制御は、前記送入流量設定値Qa^*
   及びQb^*の和に基づいて、前記流体機構流量制御
   機構を制御して行なわれ、 前記流量配分制御は、前記送入流量制御機構と
   前記流体機械流量制御機構とを、 △Ri／△Rj＝−〔Qj／Qi〕³ ここに、ｉ，ｊ：二つの処理プロセス装置系列
   及び流体機械系列の三つの系列のうち何れ
   か二つの系列を示す記号 △Ｒ：或る系列の配管系の抵抗修正量 Ｑ：或る系列の風量 なる関係にて調節して行なう ことを特徴とする流体配管系の流量制御方法。