JP4001573B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は水道本管に接続したポンプにより水を吸い込み高位置にある高置水槽に送水するポンプ装置に関するものである。

図７は従来のこの種のポンプ装置の構成を示す図である。図７において、１はポンプであり、該ポンプ１は電動機２により駆動される。３は該電動機２の回転数を制御することによりポンプ１の回転数を制御するインバータを具備する可変速手段、４は高い位置に設置された高置水槽である。

水位検出器５は高置水槽４の水位Ｌがポンプ運転水位Ｌ₂にある場合は、可変速手段３にポンプ運転信号ＰＳを出力し、ポンプ１を運転させて水道本管６より給水管７を経由してポンプ１により水を吸い込み、ポンプ１により吐出し圧力が与えられて逆止弁８と定流量弁９を経由して揚水管１０より高置水槽４に送水される。高置水槽４の水位がポンプ停止水位Ｌ₁に達すると、水位検出器５は可変速手段３にポンプ停止信号を送りポンプ１を停止する。

上記のようにポンプ１を始動し、高置水槽４に送水する場合、ポンプ１を一般のポンプの様に急激に始動させると給水管７の水が急激にポンプに吸い込まれて、水撃作用と同じになりポンプ１の始動と同時にポンプ１の吸込側で圧力が急激に低下し、その低下した水圧が水道本管６に伝播し、水道本管６に衝撃や振動等の悪影響を与えるという問題がある。

上記のような問題を発生させないようにするため、可変速手段３にてポンプ１の運転回転数をゆっくり増速させたり、またポンプ１の吐出し側に設けた定流量弁９により必要以上の流量を水道本管６より吸い込まないようにしている。

一般に定流量弁の圧力損失と流量との関係は図２に示すように、設定値Ｓを流すためには大きな圧力損失が発生する。従って、ポンプ１に必要な吐出し圧力が正確に計算できないという問題がある。そのため一般的にはポンプを高めの吐出し圧力で運転している。また、図２から明らかなように、吐出し圧力がいくら高すぎても、定流量弁で制限してしまうので、一般的にはポンプ吐き出し圧力を高く維持する必要がある。その結果、定流量弁を設けた場合も、次のような問題がある。
・定流量弁の圧力損失が大きい。
・ポンプの吐出し圧力の調整が難しい。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、ポンプ吐出し側に定流量弁を不要とし、水道本管から吸込んだ水を高置水槽に送水するポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、吸込口が給水管を通して水道本管に接続されたポンプと、該ポンプの吐出口に接続され、高置水槽に送水する揚水管とを備えたポンプ装置であって、前記ポンプを駆動する電動機と、前記電動機を可変速運転する可変速手段と、前記ポンプの吸込み圧力を検出する吸込圧力検出手段と、前記ポンプの吐出し圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記ポンプの回転数を測定するポンプ回転数測定手段と、前記高置水槽への送水流量が一定流量になるように、前記ポンプの吸込み圧力、吐出し圧力、回転数に基づいて前記可変速手段にポンプ回転数を指令する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記吐出し圧力と前記吸込み圧力との差が前記一定流量になるのに必要な全揚程と一致するように前記ポンプ回転数を制御することを特徴とするものである。

本発明の１態様によれば、前記ポンプは、前記高置水槽の水位がポンプ運転水位にある場合には運転され、前記高置水槽の水位が停止水位に達すると停止される。
本発明の１態様によれば、前記制御手段はマイクロコンピュータで構成されている。

本発明によれば、定流量弁を使用しないで流量を制御することができ、定流量弁の圧力損失なく、ポンプ運転動力費が低減できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のポンプ装置の構成を示すブロック図である。図１において、図７と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示す。１１は減算器、１２はポンプ１の決められた流量における運転回転数と全揚程のテーブルデータ、１３はＰＩ（比例・積分）制御部、１４はポンプ１の吸い込み圧力を検出する吸込圧力検出手段、１５はポンプ１の吐出し圧力を検出する吐出圧力検出手段である。

水位検出器５は高置水槽４の水位が所定のポンプ運転水位Ｌ₂にある場合は、可変速手段３にポンプ運転信号ＰＳを出力し、ポンプ１を運転させて水道本管６より給水管７を経由してポンプ１により水を吸い込み、ポンプ１により吐出し圧力が与えられて逆止弁８を経由して揚水管１０を通して高置水槽４に送水される。高置水槽４の水位がポンプ停止水位Ｌ₁（図２から明らかなように、ポンプ運転水位Ｌ₂より高い所定の水位）に達すると、水位検出器５は可変速手段３にポンプ停止信号を送りポンプ１を停止する。

吐出圧力検出手段１５及び吸込圧力検出手段１４で検出してポンプ１の吐出し圧力から吸込圧力を減算器１１にて減算し、該減算結果ΔＰ（測定全揚程）を指令値としてＰＩ制御部１３に入力すると同時に、フィードバック信号としてポンプ回転数測定手段（可変速手段３の出力周波数）で現在のポンプ回転数を測定し、該測定回転数でテーブルデータ１２より全揚程ΔＰ’（テーブル揚程）を読み込みその値をＰＩ制御部１３に入力し、該ＰＩ制御部１３の出力で可変速手段３にこの測定揚程ΔＰとテーブル揚程ΔＰ’が一致するようにポンプ回転数を指令し、ポンプ１を決められた流量に制御する。

上記テーブルデータ１２の求め方について説明する。図３はポンプ１の回転数Ｎ₀，Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄，Ｎ₅，Ｎ₆における全揚程Ｐと吐出し流量Ｑの関係を示す図である。図３において、吐出し流量の設定値Ｑ₁のポンプ１の回転数Ｎ₀，Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄，Ｎ₅，Ｎ₆（実際はもっと細かく回転数を決める）毎に回転数と全揚程Ｐを測定して、その回転数と全揚程の関係を図４に示すようにグラフ化して、このグラフがテーブルデータ化され、テーブルデータ１２となる。

いま、ポンプ１の運転点が図５において、点Ａ、即ちポンプ回転数がＮ₂でシステムカーブＳＣとの交点Ａが圧力になる。実際図５の圧力は吐出し圧力であるが、解りやすくするため、吸い込み圧力が零（吸込圧力検出手段１４で検出した吸い込み圧力Ｐ_Sが零）、即ちポンプ１の全揚程を読み込む。この場合は、図４により回転数（可変速手段３の出力周波数）Ｎ₂の場合は、Ｂ点、即ち圧力はＰ_Bとなる。この圧力Ｐ_B＝ΔＰ’とポンプ１の全揚程、即ち吐出圧力検出手段１５で検出した吐出し圧力Ｐ_Dと吸込圧力検出手段１４で検出した吸い込み圧力Ｐ_S＝０の差ΔＰを比較して、圧力Ｐ_B＝ΔＰ’がΔＰより小さい場合はＰＩ制御部１３によりポンプの回転数を上昇させていき、ポンプ１の吐出圧力検出手段１５で検出した全揚程（吐出し圧力）ΔＰ（吸い込み圧力Ｐ_S＝０）と回転数（可変速手段３の出力周波数）でテーブルデータから読み出した全揚程圧力Ｐ_B＝ΔＰ’が一致するようにポンプ１の回転数を制御する。

ポンプ１を上記のように制御することにより、ポンプ１の吐出し側に図７に示すように定流量弁９が不要になり、またポンプ１の吐出し圧力が使用される負荷、即ちシステムカーブＳＣに合致してポンプ１を運転できるから、定流量弁を用いる場合のように、定流量弁の圧力損失が大きく、ポンプの吐出し圧力の調整が難しいという問題が解決でき、最適な運転が可能となる。例えば、システムカーブが図５の点線ＳＣ’の場合はポンプ１は交点イで運転されることになる。

図６は図１の加算器１１及びＰＩ制御部１３からなる制御部をマイクロコンピュータで構成した場合のプログラムの処理手順を示す図である。制御部をマイクロコンピュータで構成した場合の処理手順を説明すると、先ず出力周波数Ｈｚ_OUTを０にセットする（ステップＳＴ１）。出力周波数Ｈｚ_OUTを可変速手段３のインバータに指令する（ステップＳＴ２）。吐出圧力検出手段１５で検出したポンプ１の吐出し圧力Ｐ_Dを読み込み（ステップＳＴ３）、続いて吸込圧力検出手段１４で検出した吸い込み圧力Ｐ_Sを読み込む（ステップＳＴ４）。

吐出し圧力Ｐ_Dから吸い込み圧力Ｐ_Sを減算し、この減算値＝Ｐ_D−Ｐ_Sをポンプの全揚程ΔＰとする（ステップＳＴ５）。続いて出力周波数Ｈｚ_OUTによりテーブルデータ１２から全揚程ΔＰ’を読み込む（ステップＳＴ６）。続いて測定した全揚程ΔＰとテーブルデータ１２から読み込んだ全揚程ΔＰ’を比較し（ステップＳＴ７）、ΔＰ＜ΔＰ’であったら出力周波数Ｈｚ_OUTから周波数増加分ＤＩＧＨｚを減算した値Ｈｚ_OUT−ＤＩＧＨｚを出力周波数Ｈｚ_OUTとして可変速手段３のインバータに出力する（ステップＳＴ８）。ΔＰ＞ΔＰ’であったら出力周波数Ｈｚ_OUTに周波数増加分ＤＩＧＨｚを加算した値Ｈｚ_OUT＋ＤＩＧＨｚを出力周波数Ｈｚ_OUTとして可変速手段３のインバータに出力する（ステップＳＴ９）。

なお、テーブルデータ１２には、ポンプ１の性能を数値化して該ポンプ１の性能を記憶しておき、該ポンプの回転数別にポンプの性能を換算し、流量を決めて、その流量に従いポンプ全揚程を求めてそれらの結果をテーブル化したものでも良いし、またポンプ１の吐出し側に定流量弁を設け、ポンプ１を自動的に低速より最高回転数までゆっくり増速させていき、ポンプの回転数（可変速手段３の出力周波数）と吐出圧力検出手段１５で検出した吐出し圧力Ｐ_Dと吸込圧力検出手段１４で検出した吸込圧力Ｐ_Sとを減算し、その減算値を全揚程としてポンプの回転数と同時にテーブル化したものであってもよい。

本発明のポンプ装置の構成を示すブロック図である。 定流量弁の圧力損失を示す図である。 ポンプの回転数毎の全揚程と吐出し流量の関係を示す図である。 ポンプの決められた流量におけるポンプ回転数と全揚程の関係のテーブルデータを示す図である。 本発明のポンプ装置の動作点を説明するための図である。 本発明のポンプ装置の制御部をマイクロコンピュータで構成した場合のプログラムの処理手順を示す図である。 従来のポンプ装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ 電動機
３ 可変速手段
４ 高置水槽
５ 水位検出器
６ 水道本管
７ 給水管
８ 逆止弁
９ 定流量弁
１０ 揚水管
１１ 減算器
１２ テーブルデータ
１３ ＰＩ制御部
１４ 吸込圧力検出手段
１５ 吐出圧力検出手段

Claims (3)

1. 吸込口が給水管を通して水道本管に接続されたポンプと、該ポンプの吐出口に接続され、高置水槽に送水する揚水管とを備えたポンプ装置であって、
   前記ポンプを駆動する電動機と、
   前記電動機を可変速運転する可変速手段と、
   前記ポンプの吸込み圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
   前記ポンプの吐出し圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
   前記ポンプの回転数を測定するポンプ回転数測定手段と、
   前記高置水槽への送水流量が一定流量になるように、前記ポンプの吸込み圧力、吐出し圧力、回転数に基づいて前記可変速手段にポンプ回転数を指令する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記吐出し圧力と前記吸込み圧力との差が前記一定流量になるのに必要な全揚程と一致するように前記ポンプ回転数を制御することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ポンプは、前記高置水槽の水位がポンプ運転水位にある場合には運転され、前記高置水槽の水位が停止水位に達すると停止されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記制御手段はマイクロコンピュータで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。

Images