JPS5849713B2 - ポンプジドウウンテンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は並列設置された可変速ポンプ及び固定速ポンプ
を自動制御するためのポンプ自動運転装置に関するもの
である。

上下水道の送配水設備に於いては送配水流量が常に一定
でないため１台のポンプで全容量をまかなおうとすると
、低流量域に於ける効率が著しく低下するので一般には
その規模に対応して２〜１０台のポンプを並列設置し、
その時々の送配水流量に応じて運転台数を選択して運転
を行なっている。

ところで、近年に於いては１台数百ｋＷもの出力の大形
ポンプを備えたポンプ所も無人化が進み、更に送配水の
質を向上させるために固定速ポンプの他に送水圧に対応
した圧力信号に応じて速度が変る可変速電動機を用いた
可変速ポンプを組み合せて制御するものがある。

例えば常に吐出力を一定制御する吐出圧の一定化制御、
時刻における需要量のパターンをプログラム化し、その
プログラムに沿って制御するプログラム制御、需要端に
おける圧力を所定値になるように制御する一定制御等を
自動的に行なわせるようにした例が多くなっており、ま
た、既設のポンプ所を改造して無人化を計り、ポンプの
自動運転を行なわせるようにした例も多くなっている。

この場合、総てのポンプが可変速形であれば問題は無い
が、可変速ポンプが１台で他をこれと同程度の容量の固
定速ポンプとし、これらを自動運転制御する場合には、
（１）運転台数追加時に可変速ポンプが極めて低流量の
領域で運転され流体がポンプの熱により温められる。

（１１）固定速ポンプの運転台数を減少させるときに可
変速ポンプは無送状態となり加熱されると共に圧力制御
ができなくなる等の問題が生ずる。

これは次のような理由によるものである。

固定速および可変速ポンプの定格運転時に於ける吐出圧
Ｐと流量との関係は第１図ａにＡ１で示す曲線の如き特
性を有し、流量Ｆを増大させると吐出圧Ｐはそれに伴っ
て減少する。

また、Ｂ曲線で示す如く送配水に於ける配水抵抗は流量
の増大と共に増加する。

これらは各設備毎に異なるが、これら特性を考慮して設
定された吐出圧設定値Ｐｓに保ちながら送配水を行なう
。

この送配水を例えば等容量の固定速ポンプ１台と可変速
ポンプ１台とを並列運転させて行なう場合には、流量が
零から前記吐出圧設定値Ｐｓと配水抵抗曲線Ｂとの交点
の流量（これをｆとする）までの範囲は可変速ポンプの
みを用いその回転数を調整することにより行ない流量ｆ
以上の範囲では固定速ポンプを運転する。

この固定速ポンプの運転後、可変速ポンプは無送水運転
に入り、流量の増加と共に増加分を補なうように回転数
を増加してゆく。

その際、消費流量がｆ近傍であると可変速ポンプは無送
水運転または超低流量運転となり、ポンプが加熱するこ
とになる。

消費量がｆ以上に増加してゆくと固定速ポンプに可変速
ポンプが加わり、吐出圧を目標圧Ｐｓに維持させる必要
があり、可変速ポンプの回転数が増大し、ポンプの並列
運転特性曲線はＡ１からＡ２？Ａ３・・・Ａ６と変化し
てゆく。

逆に消費量が低下して来ると、ポンプ特性曲線はＡ６か
らＡ， ， Ａ，・・・Ａ２と変化してゆき遂には可変
速ポンプの吐出流量が零になっても流量は固定速の特性
曲線以下、即ちｆ以下には低下しないので可変速ポンプ
は低流量から超低流量、無送水状態となり圧力制御も行
なえなくなる。

また、ｆ以下の流量になったとき直ちに固定速ポンプを
停止しても運転台数切換点にヒステリシス特性を持たせ
ることができないから消費流量がｆ近傍にあって細かく
変動する場合等ではポンプの運転台数の切換頻度が犬と
なり、特に大容量の設備の場合には問題となる。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、可変速ポン
プの吐出側にポンプ井に向うバイパスを設け消費流量が
ｆ以上の範囲に於いてその流量の増減に対応させながら
バイパス内の帰還流量を制御することにより可変速ポン
プの加熱を防止し、送配水圧力の制御及びポンプ運転台
数の切換頻度等に於ける問題点を除去したポンプ自動運
転装置を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例について第２図を参照しながら
説明する。

第２図は本装置の概略的な構戊を示す図であり、図中２
１はポンプ井、２２は印加される信号に応じて回転数が
変わる可変速電動機Ｍ１にてポンプＰ１を駆動させるよ
うにした可変速ポンプ、２３は回転数の一定な固定速電
動機Ｍ２にてポンプＰ２を駆動させるようにした固定速
ポンプ、２４ａは前記可変速ポンプ２２の吸水側に接続
されポンプ井２１内の水を導入する第１の吸水管、２４
ｂはこの可変速ポンプ２２の吐出側に接続された第１の
導出管、２５ａは前記固定速ポンプ２３の吸水側に接続
され前記ポンプ井２１内の水を導く第２の吸水管、２５
ｂはこの固定速ポンプ２３の吐出側に接続された第２の
導出管、２６は前記第１及び第２の導出管２４ｂ，２５
ｂの他端側に接続され前記ポンプ２２ ，２３により汲
み上げられたポンプ井２１内の水を送配水する本管、２
７は前記第１の導出管２４ｂに取付られた逆流防止用の
第１の吐出弁、２８は前記第２の導出管２５ｂに取付ら
れた逆流防止用の第２の吐出弁、２９は前記可変速ポン
プ２２と第１の吐出弁２７との間の第１の導出管２４ｂ
から前記ポンプ井２１との間に配管された吐出流体帰還
用のバイパス管、３０はこのバイパス管２９に取付けら
れた流体帰還量制御用のバイパス弁、３１は前記本管２
６に取付られこの本管２６内を流れる流体の流量に比例
した流量信号を発生する流量発信器、３２は本管２６に
取付られ本管２６内の流体圧力を検出しこの圧力に比例
した圧力信号を発生する圧力発信器、３３は本管２６か
ら吐出される流体の吐出圧を設定するための設定信号を
発生させる第１の設定器、３４はこの第１の設定器３３
から与えられる設定信号を基に前記圧力発信器３２から
出力される圧力信号を比較しその差に応じた信号を出力
する調整器、３５はこの調整器３４の出力信号により動
作し可変速ポンプ２２の可変速電動機Ｍ１を制御する速
度制御信号を発生する速度制御装置、３６は前記流量発
信器３１から出力される流量信号を受けその信号レベル
が予め設定された種々の値に達すると信号を出力する第
２の設定器、３７はこの第２の設定器３６から出力され
る信号により動作し前記バイパス弁３０の開閉制御を行
なうバイパス弁制御回路、３８は前記第２の設定器３６
からの信号により動作しポンプ２２，２３のうち運転さ
せるポンプを選定するポンプ運転台数切換回路、３９は
このポンプ運転台数切換回路３８の出力信号により動作
し電動機Ｍ１，Ｍ２に与える電源を開閉制御する動力開
閉器である。

次に上記構戊の本装置の動作について説明する。

前述した如くポンプの吐出圧と流量及び管路の配水抵抗
特性から定めた吐出圧設定値Ｐｓと可変速ポンプ２２の
最大出力時の特性（第１図ａのＡ１）との交点に当る流
量ｆの時点を境に流量Ｆが零からｆまでは可変速ポンプ
２２のみを運転し、ｆ以上では可変速ポンプに固定速ポ
ンプ２３の運転を行なう。

しかしながらこれでは従来の欠点を補なうことはできな
いから更に流量ｆを中心として所定の幅の緩衝帯ｆ１，
ｆ２を設けておき、この緩衝帯の流量ｆ ， ｆ１，
ｆ２を第２の設定器３６に、また吐出圧Ｐｓを第１の設
定器３３に予め設定しておく。

消費量が零のときは本管２６内の水は流れないから本管
２６の内圧はＰｓに保たれる。

消費量が増えると本管２６の内圧は減少するから圧力発
信器３２はその内圧に対応する圧力信号を発生しこの信
号は調整器３４に加えられる。

この調整器３４には第１の設定器３３より基準となる吐
出圧設定信号が加えられており、この第１の設定器３３
はこれらを比較してその差に相当する信号を出力する。

この信号は速度制御装置３５に加えられ、この速度制御
装置３５は入力信号に応じた制御信号を発生して動力開
閉器３９を動作させ可変速ポンプ用の電源を投入させる
と共に可変速ポンプ２２に加えられ、可変速電動機Ｍ１
を回転させる。

これにより本管２６の内圧は上昇し消費量に見合う流量
の水が需要端側に送り出される。

そして、本管２６の内圧は圧力発振器３２からの信号に
より調整器３４から出力される信号に応じて動作する速
度制御装置３５により可変速される可変速ポンプ２２に
より設定圧Ｐｓに保たれる。

そして本管２６内の流量がｆに達するまで可変速ポンプ
２２の回転速度制御で水圧の調整が行なわれる。

流量がｆに達すると流量発信器３１からの信号で第２の
設定器３６が働き流量に対応する信号を発生する。

この第２の設定器３６からの信号はバイパス弁制御回路
３７及びポンプ運転台数切換回路３８に加えられ、ポン
プ運転台数切換回路３８は動力開閉器３９の固定速ポン
プ２３に可変速ポンプを含めた台数を決定し、その台数
指令信号を出力する。

この動力開閉器３９はポンプ台数切換回路３８の台数指
令信号および速度制御装置３５の制御信号を入力して、
対応するモータに動力を供給する。

これにより、固定速電動機Ｍ２は定速回転を始め、固定
速ポンプ２３は所定容量の送水を開始する。

また前記第２の設定器３６からの信号を受けたバイパス
弁制御回路３７は第１図ｂの■に示すように流量がｆか
らｆ２に達するまでバイパス弁３０を開放し可変速ポン
プ２２の吐出水をバイパス管２９へ導きポンプ井２１内
に帰還させる。

固定速ポンプ２３の起動と共に調整器３４からの信号に
より速度制御装置３５は可変速ポンプ２２の吐出量を減
ずるよう可変速電動機Ｍ１の回転速度を低速運転制御す
る。

従って消費流量が長時間に亘ってｆ近傍にあったとして
も可変速ポンプ２２の吐出水をバイパス管２９を通して
ポンプ井２１内に帰還させているから可変速ポンプ２２
の運転を超低流量状態、或いは無送水状態にすることを
避けることができるからポンプの加熱を防止できる。

更に消費流量が増加して流量がｆ２を突破すると流量発
信器３１からの信号を受けた第２の設定器３６からの信
号によりバイパス弁制御回路３７は動作し、バイパス弁
３０を閉止する。

その後は消費流量の増加に伴って減少しようとする水圧
をＰｓに保つよう調整器３４からの信号に応じて速度制
御装置３５が働き可変速電動機Ｍ１の回転速度を匍１御
する。

消費流量が減少して来ると、それに伴って町変速ポンプ
２２の可変速電動機Ｍ１の回転速度を落す。

消費流量がｆ２を割ると流量発信器３１の信号を受けた
第２の設定器３６はバイパス弁制御回路３７に信号を与
え、これによりバイパス弁制御回路３７は動作してバイ
パス弁３０を開放して可変速ポンプ２２の吐出水をポン
プ井２１内に帰還させる。

更に消費流量が減少して流量がｆ１を割ると流速発信器
３１からの信号を受けた第２の設定器３６からの信号に
よりポンプ運転台数切換回路３８とバイパス弁制御回路
３７は動作する。

これにより動作開閉器３９は固定速ポンプ用の電源を遮
断し固定速ポンプ２３の運転を停止させる。

また、バイパス弁制御回路３７の動作によりバイパス弁
３０は閉止さ札可変速ポンプ２２の吐出水は全て本管２
６に送られる。

同時に調整器３４からの信号により速度制御装置３５は
可変速ポンプ２２を消費流量を補うように制御する。

後は消費流量零からｆの範囲を可変速ポンプ２２の回転
速度制御で行ない、ｆ以上の範囲では前述同様の動作を
繰り返えすことにより運転を行なう。

流量が零となり水圧がＰ’ｓになれば調整器３４からの
信号は零となり速度制御装置３５により動力開閉器３９
の可変速ポンプ用電源が遮断される。

このように可変速ポンプの吐出水をポンプ井に帰還させ
るバイパス管を設けると共にポンプの運転台数切換点の
前後に緩衝帯を設けて第１図ｂのＩに示す如くポンプの
運転台数を切換える時点を変え、更にこの切換時に可変
速ポンプの吐出水をバイパス管に帰還させるようにして
運転台数切換点近傍に於ける可変速ポンプの無送水運転
、或いは超低流量運転を防止するようにしたので可変速
ポンプの加熱が防止でき、更にバイパス路の開閉操作に
より、従来運転台数切換時に生じた配水圧の制御不能も
確実に防止できる。

また緩衝帯を設けて消費量の増減による運転台数の切換
時点を往時と復時により変えるようにしたことにより運
転台数の切換頻度が少なくなるなど種々の利点が得られ
、装置の信頼性と高寿命化が期待できる等、優れた性能
を有するポンプ自動運転装置を提供することができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実
施し得ることは勿論であり、例えば上記実施例では２台
のポンプによる装置についてのみ説明したが同様な考え
方で更に多数台のポンプを制御することもでき同様な効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはポンプ運転時に於ける吐出圧と流量及び配水
抵抗との関係を示す特性図、第１図ｂのＩは本発明によ
る装置のポンプ運転台数の切換運転動作を説明するため
の図、第１図ｂの■はバイパス弁の開閉動作を説明する
ための図、第２図は本発明の一実施例を示す概略構成図
である。 ２１・・・・・・ポンプ井、２２・・・・・・可変速ポ
ンプ、２３・・・・・・固定速ポンプ、２６・・・・・
・本管、３１・・・・・・流量発信器、３２・・・・・
・圧力発信器、３３・・・・・・第１の設定器、３４・
・・・・・調整器、３５・・・・・・速度制御装置、３
６・・・・・・第２の設定器、３７・・・・・・バイパ
ス弁制御回路、３８・・・・・・ポンプ運転台数切換回
路、３９・・・・・・動力開閉器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１台の固定速ポンプの吐出側およびこの
   ポンプの容量とほぼ同容量の一台の可変速ポンプの吐出
   側を本管に配管接続し、本管内の流体の吐出圧力一定制
   御、吐出圧プログラム制御、需要端一定制御などのいず
   れかを行なうものにおいて、本管の流体の流速・圧力を
   それぞれ測定する流量発信器および圧力発信器と、前記
   可変速ポンプの吸入側と吐出圧との間を配管し、吐出側
   の流体を吸入側に帰還を施すバイパス管と、このバイパ
   ス管に設けられて帰還量を調節するバイパス弁と、吐出
   圧を設定する圧力設定器と、流量増加時に前記固定速ポ
   ンプを追加し、かつ前記バイパス弁を開にするための第
   １の流量値、この第１の流量値より小さい値で流量下降
   時に、運転中の前記固定速ポンプを停止し、かつ開状態
   の前記バイパス弁を閉にするための第２の流量値および
   前記第１の流量値より大きい値で流量増加時の第１の流
   量値以上で流量値で開いた前記バイパス弁を閉じ、流量
   下降時に前記バイパス弁を開にさせるための第３の流量
   値をそれぞれ設定する設定回路と、前記流量発信器の出
   力および前記設定回路の第１・第２・第３流量設定値か
   ら前記バイパス弁を開閉制御するバイパス弁制御回路と
   、前記第１の流量設定値、第２の流量設定値および流量
   発信器の出力を入力し、流量増加時に第１の流量設定値
   で可変速ポンプに固定速ポンプを追加し、流量下降時に
   第２流量設定値で固定速ポンプを停止し、かつ可変速ポ
   ンプのみ運転制御するポンプ運転台数切換回路と、前記
   圧力設定器の出力と圧力発信器の出力との偏差を零にな
   るよう可変速ポンプの回転数を制御する速度制御装置と
   からなることを特徴とするポンプ自動運転装置。