JP3720011B2 - 可変速給水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は配水管から加圧ポンプを介して直接末端給水機器へと連結された、いわゆる直結型の可変速給水装置に係り、特に給水水量の多い時にも少ない時にも常に末端給水機器に供給される水圧を一定とする、いわゆる推定末端圧力一定制御の可変速給水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、直結型可変速給水装置のシステム概要を示す。例えば、水道の本管である配水管11には流入管12が接続され、加圧ポンプ13がこの流入管に接続されている。流入管12には、量水器15と流入側圧力タンク16とが接続されている。加圧ポンプ13の吐出側には、末端給水機器17へと連結された吐出管18が接続されている。吐出管18には、吐出側圧力タンク20等が接続されている。
【0003】
加圧ポンプ13の流入側には流入圧力検出器21が接続されており、加圧ポンプ13の流入側の圧力を検出し、その信号を制御部22に送る。同様に、加圧ポンプ13の吐出側には吐出圧力検出器23が備えられ、吐出側の圧力信号を制御部22に送る。
【0004】
ポンプ13は、三相200Vの商用電源に接続された周波数・電圧変換装置(インバータ)を備えた電動機25(可変速手段)により可変速で駆動される。
制御部22は、流入圧力検出器21及び吐出圧力検出器23の信号に基づき、可変速手段25に信号を送り、ポンプ13の回転数を任意の速度に加速又は減速制御する。
【0005】
特公平6−121165号公報、特公平5−418405号公報、特開平5−118280号公報等によれば、推定末端圧力一定制御の方法が開示されている。推定末端圧力一定制御とは、上述した可変速給水装置において、ポンプ吐出側の圧力をポンプ回転速度の調整で制御することにより、流量の変動の如何に係わらず常に末端給水機器側における給水水圧を一定に制御しようとするものである。即ち、給水水量が大きい時には管路抵抗を見込んで加圧ポンプの吐出圧力を末端で必要とする圧力よりも高くすることにより末端での必要給水水圧を確保する。給水がほとんど停止してポンプが締切運転に近い状態では、加圧ポンプの吐出圧力を末端で必要とする最低限の圧力に制御することにより、末端での必要給水水圧を確保する。
【0006】
高価な流量計を用いることなく、推定末端圧力一定制御を行う従来の可変速給水装置の一例を図4に示す。給水ポンプ3と、該ポンプ3を駆動するインバータとモータからなる可変速電動機2と、該可変速電動機2の回転速度を検出して、該回転速度Hzxの信号を出力する回転速度検出手段5と、給水ポンプ3の吐出管8に設けられ該吐出管8の吐出水圧を検出して該吐出水圧Pd の信号を出力する圧力検出手段9と、使用水量最大時の必要吐出圧力PA を設定する圧力設定手段101と、締切運転時の必要最低吐出圧力PB を設定する圧力設定手段102と、ポンプ締切圧力P0 と回転速度Hzの関係を設定するデータテーブル103と、目標圧力演算手段6と、回転制御手段7を具備する構成である。
【0007】
上記構成の可変速給水装置において、目標圧力演算手段6は回転速度Hzxに対応する目標吐出圧力PV を、回転速度Hzxの関数(PV =f(Hzx))により算出し、該目標吐出圧力PV と実際の吐出圧力Pd とに応答して、該吐出圧力Pd が目標圧力PV に一致するように、可変速電動機2を速度制御する。
【0008】
しかしながら、上記構成の可変速給水装置においては、給水ポンプ3の流入側(一次側)に受水槽等を持つ流入圧力Ps があまり変化しない配管系では有効である。しかし、配管途中に給水ポンプ3を直結して加圧するような配管系、言い換えればポンプ一次側の圧力が水の使用状態によって著しく変化するような配管系ではポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御することが困難であった。
【0009】
係る問題点を回避するため、特開平5−118280号公報に開示された発明によれば、水道の本管である配水管に直結されるポンプ一次側(流入側)に設けた圧力センサよりの流入水圧を検出し、この検出値により逐一制御演算式を修正することにより、水の使用状態によってポンプ一次側圧力が変化してもポンプ二次側の圧力を末端圧力一定に制御することができる可変速給水装置が開示されている。
【0010】
図5に示すように、給水ポンプ3に連結され、該ポンプ3を駆動する可変速電動機2と、可変速電動機2の回転速度Hzxを検出する回転速度検出手段5と、給水ポンプ3の吐出圧力Pd を検出する吐出圧力検出手段9と、使用水量最大時の設定圧力PA を設定する圧力設定手段101と、締切運転時の設定圧力PB を設定する圧力設定手段102と、ポンプ締切圧力P0 と回転速度Hzとの関係を設定するデータテーブル103とを備える。そして、回転速度Hzxに対応する目標圧力PV を、回転速度信号Hzxの関数(PV =f(Hzx))により算出する目標圧力演算手段6と、目標圧力信号PV と吐出圧力Pd とに応答して、吐出圧力Pd が目標圧力信号PV に一致するように、可変速度電動機2を速度制御する回転速度制御手段7とを具備する。給水ポンプ3の流入側に設けられ流入側の水圧Ps を検出する圧力制御手段9Xを設け、目標圧力演算手段6の目標圧力PV 算出関数(PV =f(Hzx))を流入水圧Ps によって逐一変化させ、それによって得られた関数(PV =f′(Hzx))によって、目標圧力PV に演算するようにしたことを特徴とする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
推定末端圧力一定制御に用いる「ポンプ締切運転時の圧力とポンプ回転速度の関係を記憶したデータテーブル」の圧力はポンプの実揚程すなわち、流入側圧力がゼロにおけるポンプの吐出圧力である必要がある。従来の受水槽がある場合には流入側の圧力はゼロであり、ポンプの吐出圧力がそのままポンプの特性となっていたため、現場に据付調整後の設定運転モードで正しいデータテーブルを作成できた。しかしながら、直結となりポンプ流入側に圧力がかかるため、従来の現場据付け時の設定運転モードではポンプの特性に流入圧力が加えられた特性が取り込まれるため、データテーブルを検索して得られた係数を用いて導かれる関数が正しくない。したがって、推定末端圧力一定制御が正しくできない。また、現場で流入側の圧力をゼロにして設定運転することができないという不具合を生じていた。
【0012】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、直結型可変速給水装置において、ポンプの現場据付け時の設定が容易であり、流入圧力が変動しても安定な推定末端圧力一定制御動作を行うことができる可変速給水装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変速給水装置は、水道の本管に接続され、ポンプ流入側の水圧を出力する流入圧力検出器と、加圧ポンプと、この加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定末端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、該給水装置の制御部は、前記流入圧力検出器と吐出圧力検出器とポンプの回転速度の設定手段とから、ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、前記データテーブル又は関数を参照して推定末端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする。
【0014】
【作用】
本発明によれば、現場据付け時の設定運転モードにおいて、設置現場のデータを取り込むようにしてデータテーブルを作成することから、流入側に圧力がかかっていても正しいデータテーブルの作成が可能である。そして、データテーブルの自動作成機能を備えたことから、現場で据付調整時に流入側に圧力がかかっていても容易にデータテーブルの作成ができる。それ故、現場で据付調整後、自動設定モードでデータテーブルを作成することにより、直ちに正しいデータを用いて推定末端圧力一定制御が行える。
【0015】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0016】
本実施例においても、配水管11に加圧ポンプ13が直結され、末端給水機器17に配水管11から貯水槽を介することなく直結給水するシステム構成は図1に示すとおりである。そして、加圧ポンプ13は吐出圧力検出器23の信号により、末端給水機器17への供給水圧が一定となるようにインバータ等の可変速手段25でポンプ回転速度を増減する吐出圧力制御が行われる。また、流入圧力が低下した場合に、配水管に悪影響を及ぼさないように、一定の流入設定圧力以下にならないように、可変速手段25でポンプ回転速度を減少する、又は停止する等の流入圧力制御が行われる。そして、吐出圧力制御は流入圧力Ps が選択設定圧力以下になった時に流入圧力制御に切り換えられる。
【0017】
図2は、本発明の一実施例の可変速給水装置の制御部分22の推定末端圧力一定制御に関する構成を示す。流入圧力検出器21から加圧ポンプ13の流入側の圧力Ps が入力され、吐出圧力検出器23から加圧ポンプ13の吐出側の圧力Pd が入力される。末端給水機器の制御目標圧力は、通常1〜2kg/cm2 に設定される。圧力設定手段1で設定される最大水量時の吐出圧力PA は、末端給水機器に最大の水量を供給した時に、管路抵抗による損失を見込んで設定した吐出圧力であり、通常ポンプの定格回転速度(東日本では50Hz、西日本では60Hz)で想定した最大流量における吐出圧力である。圧力設定手段2で設定される締切運転時の吐出圧力PB は、ほとんど給水が無い締切状態では管路抵抗による損失がほとんど無いため、末端給水機器側で必要とされる最低圧力がそのままこの圧力となる。
【0018】
本実施例においては、最大流量時の設定吐出圧力PA と締切運転時の設定吐出圧力PB が与えられると、ポンプの回転速度Hzxに対応した目標吐出圧力PV′の演算が可能である。この目標吐出圧力PV′ の演算は、目標圧力演算手段6により行われ、ポンプの回転速度Hzと締切圧力Pとの関係を記憶したデータテーブル103を参照して行われる。目標吐出圧力PV′ が求められると、回転速度制御手段7で実際の吐出圧力Pd と比較され、圧力PV′ と圧力Pd とが一致するように可変速手段25に速度を増速又は減速する指令が出される。尚、回転速度検出手段5は、可変速手段25のインバータのPWM信号から、ポンプの回転速度Hzxを算出する。
【0019】
本実施例においては、吐出圧力Pd と流入圧力Ps の差圧ΔPを算定する差圧検出手段、ポンプの回転速度を所定の間隔で徐々に上昇させる回転速度設定手段、回転速度と差圧の関係を記憶部に書込む書込手段等から構成される自動設定運転モード104を備える。
【0020】
図3は、自動設定運転モードのフローを示す。設置現場へポンプを据付け後、差圧ΔPと回転速度Hzとのデータテーブルを作成する。このフローは、まずポンプの回転速度Hzをゼロに設定し、例えば0.25Hzの所定間隔で徐々に上昇させる。そして、その回転速度Hzにおける流入圧力Ps 、吐出圧力Pd を読込み、その差圧ΔPを差圧検出手段により求めてNVRAM等で構成される記憶部(データテーブル103)に書込む。この作業を回転速度が定格速度に達する迄繰返す。
【0021】
目標圧力演算の手順は次の通りである。まず、任意の回転速度Hzxに対する目標吐出圧力PV は、流入圧力がゼロであるとすると、(1)式のようになる。
【数1】
但し、PA : 定格運転(最大流量)時設定吐出圧力(流入圧力はゼロ)
PB : 締切運転(最低流量)時設定吐出圧力(流入圧力はゼロ)
HzO : 定格運転時の回転速度
HzB : 締切運転時に対応する回転速度(流入圧力はゼロ)
【0022】
ところで、データテーブル103には、任意の回転速度Hzに対する締切圧力Pの関係のデータが記憶されている。これは、例えば東日本地区では0Hzから50Hz迄、例えば0.25Hzの間隔で、これらの回転数に対応した締切圧力がNVRAM等の記憶装置によって記憶されている。尚、式(1)においては、この締切圧力は流入圧力がゼロであることを前提としている。本実施例では設置現場での据付調整時に、各回転速度に対応した吐出圧力Pd と流入圧力Ps の差圧ΔPが取り込まれる。この差圧ΔPは、とりもなおさず、流入圧力がゼロである場合の締切圧力に相当する。即ち、自動設定運転モード104によれば、ポンプの設置現場への据付け後に作成したデータテーブルが、必要な流入圧力がゼロである場合の締切圧力となる。そして、与えられた締切時の目標吐出圧力PB から、流入圧力がゼロの時の回転速度HzB がデータテーブルから与えられる。
【0023】
流入圧力Ps が存在する時には、任意の回転速度Hzxに対応した目標吐出圧力PV′ は、(2)(3)(4)式に示す補正演算が行われる。
【0024】
【数2】
【0025】
従って目標圧力演算手段6から出力された補正された目標圧力PV′と実際の吐出圧力Pd とが回転速度制御手段7で比較される。比較の結果、吐出圧力が目標圧力に近づくように回転速度が増減され、吐出圧力が末端圧力を一定とするような目標圧力に調整される。
【0026】
尚、上述したデータテーブル103は、回転速度Hzと締切圧力の差圧ΔPとの実測データを収納したテーブルであるが、必ずしもテーブルである必要は無く、関数を用いてもよいのは勿論のことである。
【0027】
又、推定末端圧力一定制御の目標圧力演算手段についても、一例を述べたのにすぎないもので、各種の変形演算式が利用可能であるのも勿論のことである。
【0028】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、末端圧力一定制御方式の可変速給水装置で、設置現場のデータを自動設定運転モードで取込むようにしたものである。従って、ポンプ据付後に、自動設定運転モードで目標吐出圧力演算に必要な正しいデータテーブルを作成することができる。それ故、可変速給水装置において、末端圧力一定制御を設置現場で容易に、且つ正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】直結型の可変速給水装置のシステム構成の説明図。
【図2】本発明の一実施例の制御系の説明図。
【図3】自動設定運転モードのフロー図。
【図4】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明図。
【図5】従来の末端圧力一定制御のシステム構成の説明図。
【符号の説明】
5 回転速度検出手段
6 目標圧力演算手段
7 回転速度制御手段
3,13 ポンプ
21,23 圧力検出器
25 可変速手段
101 圧力(PA )設定手段
102 圧力(PB )設定手段
103 データテーブル
104 自動設定運転モード
Ps 流入側圧力
Pd 吐出側圧力
Claims (4)
- 水道の本管に接続され、ポンプ流入側の水圧を出力する流入圧力検出器と、加圧ポンプと、この加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定末端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、
該給水装置の制御部は、
前記流入圧力検出器と吐出圧力検出器とポンプの回転速度の設定手段とから、ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、
前記データテーブル又は関数を参照して推定末端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする可変速給水装置。 - 前記設定モードは、前記ポンプの回転速度を所定の間隔で上昇させて該回転速度に対応した該ポンプ締切運転時の前記差圧を求めることで前記データテーブル又は関数を作成することを特徴とする請求項1記載の可変速給水装置。
- 流入側圧力が著しく変化する配管系に接続され、加圧ポンプとこの加圧ポンプの吐出側に連結した吐出管と、ポンプ吐出側の水圧を出力する吐出圧力検出器と、このポンプに連結しこれを駆動するモータと、モータを変速させる可変速手段と、推定未端圧力一定制御を行う制御部とを備えた可変速給水装置であって、
該給水装置の制御部は、
ポンプ締切運転時の吐出圧力と流入圧力との差圧と、ポンプの回転速度とを対応させたデータテーブル又は関数を作成する設定モードと、
前記データテーブル又は関数を参照して推定未端圧力一定制御を行う手段とを備えたことを特徴とする可変速給水装置。 - 前記推定未端圧力一定制御を行う手段は、前記データテーブル又は関数を参照して目標吐出圧力を演算する手段と、前記ポンプの吐出圧力が前記吐出目標圧力となるように前記ポンプの回転速度を制御する手段とを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の可変速給水装置。
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