JPH0436080A - 揚水ポンプの運転方法 - 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〉 本発明は高架水槽に揚水するために、複数の揚水ポンプ
を並列に接続して使用する際の揚水ポンプの運転方法に
関するものである。

〈従来の技術〉 水を使用する各種の設備において、給水用の高架水槽が
使用されている。この高架水槽は、用水の使用先での圧
力がほぼ一定になることや、使用水量（以下給水ｆｆ１
）の変動幅が大きくても槽内水量で吸収できる等の利点
がある。

従来、高架水槽に揚水するために用いられる揚水ポンプ
は、通常複数台を並列に接続して運転するが、この場合
、高架水槽内の水位や圧力を検出して必要とする台数の
みを始動、停止させる台数自動制御を行うことが一般的
であり、この方法は省エネルギの面からの効果が大きい
。

この高架水槽は一定給水圧力を得るために、給水圧力に
応した高さの架台上に設置された開放型高架水槽、また
は水槽を圧力容器型にして高さを低く設置した圧力型高
架水槽が用いられるが、これら水槽の容量は大きい程運
用に便利である反面、投資が真人となることから一般的
には小容量のものが設置される。

そのため、高架水槽の容量に比較し、給水量の変動が大
きい場合や、揚水ポンプの単機容量が大きい場合は、運
転する揚水ポンプの始動、停止回数が多くなることは避
けられない。

また、並列に接続された揚水ポンプを運転する際に、必
要給水量に応じてその運転台数および特定の１台のポン
プの回転数を変化させる如き並列運転方法が特開昭５４
−１１２００１号公報により開示されている。

この方法は、高架水槽に設けた水位計のレベル信号によ
り、特定の１台のポンプの回転数を制御するとともに他
のポンプを適宜始動、停止させるものである。

〈発明が解決しようとするｔｉａ＞ 上記従来の技術のうち、台数自動制御を行う場合は高架
水槽内の水位に応じて揚水ポンプの始動停止を繰り返す
ものであり、高架水槽はその使用目的から当然、常時高
水位で水位変動幅も狭く維持されることが望まれるため
、高架水槽の容量に比較し、給水量の変動が大きい場合
や、揚水ポンプの単機容量が大きい場合、必然的に前記
始動停止の回数も多くなる。

例えば、高架水槽の容量が５００ｍ’　、揚水ポンプ２
０００ｍ　／ｌｌｒ　Ｘ　１１台（内予備１台）、給水
量１２，７００ｍ″／Ｈｒ　　±１　＋　８００　ｍ　
３／　ｌｌｒの設備で台数自動制御を行った場合、揚水
ポンプの始動間隔は８〜９分／回であり、計算上の始動
（停止）回数は年間約６０．０００回となるが、この制
御には各揚水ポンプを平均化して使用する回路が組み込
まれていることが多いため、１台当たりの年間始動（停
止）回数は約１２．０００回となる。

さらに、第４図に示すように使用先工場等の操業停止中
と操業中では、給水量はＨＩ、！　＋　　Ｈ３＋　４の
如く２段階で変化するため、実際の始動（停止）回数は
約１２．０００〜２０，０００回にもなる。

従って、この方法においては揚水ポンプ駆動用電動機を
高頻度で始動、＃止させなければならない。

通常、電動機が始動する場合、定格運転時の５〜８倍の
大電流が流入するため、高頻度の始動を行うとこの大電
流に起因する電気的１機械的ストレスが頻繁に繰り返え
され、その結果、電動機固定子巻線の過熱、回転子のバ
ー切れ、電気回路開閉２３の接点損耗、溶着等のトラブ
ルを惹起する。

前述の如く、揚水ポンプは年間１台当たり１２，０００
〜２０，０００回の始動（停止）を繰り返すが、この回
数は電動機および開閉器の設計条件から考えると、非常
に過酷な使用条件であり、従来から大きな問題となって
いた。

また前場特開昭５４−１１２００１号公報により開示さ
れた方法は、高架水槽に設けた水位計のレベル信号によ
り特定の１台の揚水ポンプの回転数を制御するものであ
るが、単に水位計のレベル信号のみではポンプの回転数
制御を正確に行うことが困難である。

すなわち、高架水槽内の水位は高架水槽の容量Ｑｏ、揚
水量ＱＰ、給水ＩＱ、の相関により大幅に昇降する。そ
のため、高架水槽内の水位が上限に達した場合は他の運
転中の揚水ポンプを停止し、逆に下限に達した場合は停
止中の揚水ポンプを始動する必要がある。従って、揚水
ポンプの始動停止回数を少なくするためには、高架水槽
の水位が前記上限と下限の間で特定の１台の揚水ポンプ
の回転数を制御する必要があるが、この場合、制御を指
令する水位において現在水位が上昇中か、あるいは上陸
中かを知る必要がある。例えば、他の運転中の揚水ポン
プの停止を指令する上限水位より若干下方の水位で特定
の１台の揚水ポンプの回転数を減少させる指令を出力す
るようにした場合、もしもその時点で水位が下降中であ
ったとすれば、前記回転数の減少指令は逆効果となる。

また、給水量の変動幅が揚水ポン１ｌ台当たりの能力よ
り大きい場合には高架水槽の水位変動が激しくなり、特
定の１台の揚水ポンプの回転敵側？ｉｌ　６ｉ域水位を
越えることがしばしば発生するが、上述の如くこの運転
方法では対処できないものである。

本発明は上記従来の技術の課題を解決し、高架水槽にお
ける揚水ポンプの始動、停止回数を減少させ、電動機な
らびにその他の電気部品の寿命を延長し、さらに揚水ポ
ンプの回転数制御が滑らかに行える運転方法を提供する
ことを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、高架水槽に揚水するために、複数のポンプを
並列に接続して使用する際の揚水ポンプの運転方法であ
って、高架水槽内の所定の位置における用水の有無を検
出してＯＮ、ＯＦＦ信号を発信する信号発信器と、高架
水槽内の水位の昇降状況を検出するための水位計とを設
けるとともに、前記揚水ポンプの少くとも１台を回転数
制御可能とし、前記信号発信器のＯＮ、ＯＦＦ信号と、
前記水位計により検出した高架水槽内水値の昇降状況と
に基づき前記回転数制御可能なポンプの回転数を制御し
、かつ、水位計の上限設定水位検出信号で他の稼動中の
揚水ポンプの所定台数を停止させ、水位計の下限設定水
位検出信号で停止中の揚水ポンプの所定台数を始動させ
るようにして前記従来の技術の課題を解決した。

く作用〉 本発明による揚水ポンプの運転方法は、高架水槽内の所
定の位置における用水の有無を検出してＯＮ、ＯＦＦ信
号を発信する信号発信器により該位置における用水の有
無をｉ！認する。一方水位計により、その時点の高架水
槽内水値の昇降状況を検出する。この昇降状況は、所定
の間隔で２回水位を測定し、両側定水位を比較して上昇
中か、または下降中かを判断する。

一方、並列に接続された揚水ポンプのうち少なくとも１
台を回転数制御が可能なものとしておく。

そして、前記信号発信器のＯＮ、ＯＦＦ信号と高架水槽
内の水位の昇降状況とに基づき通常は前記回転数制御が
可能な揚水ポンプのみを制御し、他の揚水ポンプは現状
を維持させる。

このように、回転数制御可能とした揚水ポンプの回転数
を制御することにより、揚水ポンプを度々始動、停止さ
せることなく、高架水槽内水値を確実に制御することが
可能となる。

しかし、このように揚水ポンプのうちの少なくとも１台
の揚水ポンプの回転数（揚水量）を制御しても、給水量
の大幅な変動には追従できない場合がある。

この場合は従来と同様に、水位計に設定された上限水位
の検出信号により一定回転数で稼動中の揚水ポンプの所
定台数を停止させる。また水位計に設定された下限水位
の検出信号で停止中の揚水ポンプの所定台数を始動させ
る。

従って、使用先工場等の操業開始とか、操業中断とかの
ように大きく給水量が変動するとき以外は、揚水ポンプ
を始動させたり停止させたりすることがほとんどなくな
る。

〈実施例〉 第１図に本発明方法を実施するための設備の例を示す、
第１図において、１は複数の揚水ポンプのうちの回転数
制御が可能な揚水ポンプ（以下回転数制御対象揚水ポン
プ）であり、２は一定回転数（定格回転数）で運転され
る揚水ポンプ（以下回転数制御対象外揚水ポンプ）であ
る、そして揚水ポンプ１．２はそれぞれの電動機３．４
で駆動される。また５、６は吐出電動弁であり、揚水ポ
ンプ１．２により加圧された用水は管路７を介して高架
水槽８に補給される。

そして、高架水槽８に貯留された用水は給水管９により
使用先である工場１１に送給され、分岐開閉弁１２を介
して分岐管１３により各使用先膜ａ（図示せず）に給水
される。なお、１０は給水流量計でありこれ等の構成は
、揚水ポンプｌが回転数制御可能なこと以外は従来と変
ることはない。

この回転数制御対象揚水ポンプ１の台数決定は、第４図
に示した給水パターンのイメージにおいて、給水量変動
幅Ｈ１，，とＨｌ、４とのうちの大きい変動幅（この例
ではＨ，１，）と同等またはそれ以上の揚水能力となる
最適揚水ポンプ台数を決定する。

１４は所定位置に設置した高架水槽８内の用水の有無を
検出してＯＮ、ＯＦＦ信号を発信する信号発信器であり
、１５は高架水槽内の水位を測定し、その水位の昇降状
況を検出するための水位計である。この水位計は高架水
槽８内の上限水位ＨＬ下限ＬＬを検出するための水位計
も兼用させであるが、これらは別個の水位計でも差支え
ない。

このように構成された回転数制御対象揚水ポンプ１と、
信号発信器１４および水位計１５との関係について説明
する。

信号発信器１４はあらかじめ設定されている間隔のタイ
ミング（例えば２分間隔・・・以下ＯＮ、ＯＦＦ検出間
隔）で該信号発信器１４の設置位置における用水の有無
を検出し、ＯＮ（用水あり）、またはＯＦＦ　（用水な
し）信号を演算装置２０の選定機能２２に伝達する。

同時に前記タイミングにより水位計１５は高架水槽８内
の初の水位ＷＬ、を測定し、続いて所定の間隔（例えば
１０秒後・・・以下水位測定間隔）で後の水位ＷＬ、の
測定を行う。この両側定水位信号ＷＬ、、ＷＬｚを演算
装置１Ｚ２０の演算機能２１に入力して両者を比較し、
初の水位に対し後の水位が高ければ高架水槽８内の水位
は上昇中と判断、後の水位が低ければ水位は下降中と判
断し、この水位の昇降状況信号ＷＬを選定機能２２に渡
す。

さらに選定機能２２では、信号発信８１４の０ＮＯＦＦ
信号と前記演算機能２１より得られた高架水槽８内水位
の昇降状況信号ＷＬから以下の選定を行う。

（１）信号発信器の信号がＯＮ（用水あり）の場合、ａ
、水位が上昇中であれば回転数制御対象揚水ポンプの回
転数を下げる。

ｂ、水位が下降中であれば回転数制御対象揚水ポンプの
回転数をそのまま維持する。

（２）信号発信器の信号がＯＦＦ　（用水なし）の場合
、 ａ、水位が上昇中であれば回転数制御対象揚水ポンプの
回転数をそのまま維持する。

ｂ、水位が下降中であれば回転数制御対象揚水ポンプの
回転数を上げる。

以上の如く選定された制御指令信号Ｗは、後述の回転数
制御値信号Ｎ　ｐｖとともに回転数制御対象揚水ポンプ
１，１の電動機３．３を制御するための動力盤２３に出
力し、その指令に沿って電動機３３の回転数を制御する
。

なお、前記信号発信器１４のＯＮ、ＯＦＦ検出間隔と、
水位計１５の水位測定間隔は、高架水槽８の内径や給水
量の変動幅等により決定され、図示外のタイマにあらか
じめ設定しである。

また、信号発信器１４の設置位置は該信号発信器１４の
ＯＮ、　　○ＦＦ検出間隔と、高架水槽８内水位の変動
速度等により決まるが、あまり低い位置では高架水槽と
しての機能が損なわれるので、水槽の上部位置になるよ
う前記信号発信器のＯＮ、ＯＦＦ検出間隔との双方を考
慮して決定するがよい。

さらにまた、回転数制御対象揚水ポンプ１．１の回転数
制御は、簡単に行う場合、例えば電動機３．３の定格１
００％回転数と、定格９０％回転数の２値で制御する。

この回転数の設定値は回転数制御対象揚水ポンプ１の締
切り運転を防止するために第２図のポンプ全揚程Ｈの変
動幅で決めればよい。

さらに、高架水槽８の水位変化の速さ（前記水位ＷＬ、
とＷＬ、の差）から回転数制御対象揚水ポンプ１．１の
回転数を制御することもできる。

例えば信号発信器１４の信号がＯＮ（用水あり）でかつ
、水位が上昇中の場合、回転数制御対象揚水ポンプ１．
１の回転数を下げるａ・要があるが、この下げ幅を前記
水位変化の速さと高架水槽８の内面積から求めて回転数
の制ｉＩｌ値とすれば水位変動の比較的少ない管理が行
える。

次に回転数制御対象揚水ポンプ１．　　Ｉの回転数をき
め細かく制御する場合の制？１１　（Ｉ　Ｎ□の決定方
法について述べる。

まず、給水管９に設けた給水流量計１０から給水流量信
号Ｑ、と、それぞれの動力盤２３．２４から回転数制御
対象揚水ポンプ１，１の運転中の台数信号Ｐｖと、回転
数制御対象外揚水ポンプ２．２の運転中の台数信号Ｐ、
とを演算装置２０の演！機能２１に送信し、次の演算式
で回転数制御対象揚水ポンプ１台当りの必要揚水量Ｑ　
ｒｖを演算させる。

ここではＱＰ、は回転数制御対象揚水ポンプ１台当りの
揚水量であり、第２図に示すように全揚程Ｈの平均（ａ
ＨＡｖｖにより求めて定数値として使用するが、さらに
きめ細かな制御を望むときは、高架水槽８および貯水池
３０のそれぞれの水位を水位計１５．３１で測定し、そ
の測定値を演算機能２１に取込んで全揚程Ｈを求め、そ
の時点におけるＱＰｓを選定して演算するがよい、なお
、揚水ポンプ個々の特性が異なる場合はこれを考慮しな
ければならない。

このようにして求めた必要揚水量信号ＱＰｖを演算装置
２０のの選定機能２２に送信し、次の選定式により回転
数制御対象揚水ポンプ１．１の回転数制御値Ｎｐｖを選
定させる。

Ｎｒｖ＝　　Ｑ　ｐ　ｖ ただし、Ｋは回転数の変動に対する揚水量の変化率で全
揚程Ｈに依存するが、ここでは上述の如く全揚程Ｈをそ
の平均値ＨＡ□として定数値を使用している。しかし、
さらにきめ細かく制御したいときは、その時点における
実際の全揚程Ｈを測定してＫを補正するがよい。

こうして求めた回転数制御値信号Ｎ　ｐ　ｖは前述のよ
うに回転数詞ｊｎ対象揚水ポンプ１，１の動力盤２３に
送られる。

なお、以上のように回転数制御対象揚水ポンプの回転数
を制御しても、給水量の急激な変動等により高架水槽８
における水位が上限水位ＨＬ、または下限水位ＬＬに達
することがある。このときは水位計１５の上限水位到達
信号ＨＩｌにより、稼動中の回転数制御対象外揚水ポン
プのうち所定台数を停止させ、逆に水位計１５の下限水
位到達信号Ｌｌにより、停止中の回転数制御対象外揚水
ポンプのうち所定台数を始動させる。

第３ｒｉ！Ｊ（Ａ）に本発明を実施した場合の高架水槽
容量位の変動状態を示す、なお、高さとあるのは地上か
らの高さである。この場合は回転数制御対象揚水ポンプ
は定格１００％の回転数と定格９０％の回転数の２値の
回転数を選定するようにし、この制御はＶ　Ｖ　Ｖ　Ｆ
　（Ｖａｒｉａｖｌｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ＋　Ｖａｒｉａ
ｖｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）により行った。そして
信号発信器１４は３８．７５ｍの位置に設置した。

第３図（Ｂ）は、比較のために従来の下限水位（３８，
２５ｍ）と上限水位（３９，２５ｍ）で揚水ポンプの始
動、停止を行う台数自動制御を実施した際の水位変動状
態を示した。

上記実施の条件はいずれも高架水槽容量が５００ｍ”、
揚水ポンプ２０００　ｍ　’／Ｉｌｒ　Ｘ　１１台、給
水量１２，７００ｍ１／Ｉｌｒ　　±１＋８００　ｍ”
／Ｈｒでである。そして揚水ポンプの運転条件は第１表
に示すとおりである。

第１表　ポンプの運転条件 第３１１ｉＩＵ（Ａ）、　（１１）を比較すると、従来
方法では自動■が頻繁に始動しその始動間隔も約８分毎
であることがわかる。一方、本発ザでは単にＶＶＶＦに
より回転数制御対象揚水ボンフ２台を定格回転数１００
％から同９０％と２値制御を行ったのみであるにもかか
わらず、水位の変動はわずか０．５ｍ程度であり、非常
に滑らかに水位が維持されており自動■が始動すること
は皆無であった。

なお、本発明において使用する信号発信器１４゜水位計
１５については、その種類に特に制限を設けるものでは
なく、例えば圧力により測定するもの等種々のものが使
用でき、また、信号発信器１４に代えて水位計１５に用
水の有無を検出するための仮想位置を設定し、この仮想
値Ｗ（高さ）と水位計１５の測定水位とを比較して用水
の有無を検出することもできる。

さらに回転数制御対象揚水ポンプの回転数制御について
もＶＶＶＦにこだわるものではない。

また、工場が休日や工事等で給水量０になったときの回
転数制御対象揚水ポンプの始動・停止は、高架水槽８に
おける水位が回転数制御対象外揚水ポンプの始動水位お
よび停止水位よりやや上に設けたそれぞれの水位で行う
とよい。

〈発明の効果〉 本発明は上述の如く、高架水槽内の水位変動を至極小さ
く抑制することができるため、高架水槽の揚水ポンプが
頻繁に始動、停止することがなくなり、電動機や電気回
路用開閉器等の故障が極端に減少する。また、高架水槽
の水位変動が小さいことから水槽容積を最大限有効に活
用できる利点もある。

さらに本発明は、従来の揚水ポンプのうち所要台数のみ
を回転数制御可能に改造することで簡単に実施できるた
め、従来設備にも容易に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための高架水槽の揚水設備の
例であり、第２図は揚水ポンプの全揚程の説明図、第３
図は高架水槽の水位の変動を示す実施例で（八）は本発
明の場合、（Ｂ）は従来例の場合である。第４図は使用
先工場における給水バクンのイメージを表わした図面を
示す。 ２・・・回転数制御対象外揚水ポンプ ３゜４・・・電動機、　　　８・・・高架水槽、１０・
・・給水液量計、　　１４・・・信号発信器、１５・・
・水位側、　　　　２１・・・演算機能、２２・・・選
定機能、　　　２３．２４・・・動力盤。 Ｉ・・・回転数制御対象揚水ポンプ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高架水槽に揚水するために、複数のポンプを並列に接
   続して使用する際の揚水ポンプの運転方法であって、高
   架水槽内の所定の位置における用水の有無を検出してＯ
   Ｎ、ＯＦＦ信号を発信する信号発信器と、高架水槽内の
   水位の昇降状況を検出するための水位計とを設けるとと
   もに、前記揚水ポンプの少くとも１台を回転数制御可能
   とし、前記信号発信器のＯＮ、ＯＦＦ信号と、前記水位
   計により検出した高架水槽内水位の昇降状況とに基づき
   前記回転数制御可能なポンプの回転数を制御し、かつ、
   水位計の上限設定水位検出信号で他の稼動中の揚水ポン
   プの所定台数を停止させ、水位計の下限設定水位検出信
   号で停止中の揚水ポンプの所定台数を始動させることを
   特徴とする揚水ポンプの運転方法。