JP4050642B2 - ポンプ装置及びポンプの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は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及びポンプの制御措置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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が不要となり、ポンプの吐出し圧力が使用される負荷、即ちシステムカーブに合致させて運転することができるポンプ装置及びポンプの制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、ポンプと、該ポンプを駆動する電動機と、電動機を可変速運転する可変速手段と、ポンプ吐出側に接続される揚水管と、ポンプ吐出側に設けられた逆止弁と、ポンプの吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、ポンプの吐出し圧力を検出する吐出圧力検出手段と、吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力及びポンプの一定流量における回転数と全揚程の関係に基づいて、ポンプの流量が一定流量になるように可変速手段に回転数指令を送る制御手段とを備えたことを特徴とするポンプ装置にある。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のポンプ装置において、ポンプは水道本管に接続された給水管に接続されていることを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、送水するポンプの制御装置であって、ポンプの吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、ポンプの吐出し圧力を検出する吐出圧力検出手段と、ポンプを駆動する電動機を可変速運転する可変速手段とを備え、吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力に基づいて、吐出圧力と吸込圧力との差が一定流量になるのに必要な全揚程と一致するように可変速手段に回転数指令を送り電動機を可変速運転することを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のポンプの制御装置において、ポンプの一定流量における回転数と全揚程の関係をあらわすテーブルデータを備えていることを特徴とする。
【0012】
各請求項に記載の発明によれば、吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力及びポンプの一定流量における回転数と全揚程の関係に基づいて、ポンプの流量が一定流量になるように可変速手段に回転数指令を送るか、又は吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力に基づいて、吐出圧力と吸込圧力との差が一定流量になるのに必要な全揚程と一致するように可変速手段に回転数指令を送りポンプ回転数を制御するから、定流量弁を使用しないで、ポンプの吐出し圧力が使用される負荷、即ちシステムカーブに合致させて流量を制御することができ、定流量弁の圧力損失がなく、ポンプ運転動力費が低減できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
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。
【0014】
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より低い所定の水位)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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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PS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PBとなる。この圧力PB=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PDと吸込圧力検出手段14で検出した吸い込み圧力PS=0の差ΔPを比較して、圧力PB=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PS=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PB=ΔP’が一致するようにポンプ1の回転数を制御する。
【0018】
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。
【0019】
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HzOUTを0にセットする(ステップST1)。出力周波数HzOUT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PD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PSを読み込む(ステップST4)。
【0020】
吐出し圧力PDから吸い込み圧力PSを減算し、この減算値=PD−PS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HzOUT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HzOUTから周波数増加分DIGHzを減算した値HzOUT−DIGHzを出力周波数HzOUT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HzOUTに周波数増加分DIGHzを加算した値HzOUT+DIGHzを出力周波数HzOUT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)。
【0021】
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PDと吸込圧力検出手段14で検出した吸込圧力PS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。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0023】
吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力及びポンプの一定流量における回転数と全揚程の関係に基づいて、ポンプの流量が一定流量になるように可変速手段に回転数指令を送るか、又は吸込圧力検出手段の検出圧力、吐出圧力検出手段の検出圧力に基づいて、吐出圧力と吸込圧力との差が一定流量になるのに必要な全揚程と一致するように可変速手段に回転数指令を送りポンプ回転数を制御するから、定流量弁を使用しないで、ポンプの吐出し圧力が使用される負荷、即ちシステムカーブに合致させて流量を制御することができ、定流量弁の圧力損失がなく、ポンプ運転動力費が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポンプ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】定流量弁の圧力損失を示す図である。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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 (4)
- ポンプと、該ポンプを駆動する電動機と、電動機を可変速運転する可変速手段と、前記ポンプ吐出側に接続される揚水管と、前記ポンプ吐出側に設けられた逆止弁と、前記ポンプの吸込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、前記吸込圧力検出手段の検出圧力、前記吐出圧力検出手段の検出圧力及び前記ポンプの一定流量における回転数と全揚程の関係に基づいて、前記ポンプの流量が前記一定流量になるように前記可変速手段に回転数指令を送る制御手段とを備えたことを特徴とするポンプ装置。
- 請求項1に記載のポンプ装置において、
前記ポンプは水道本管に接続された給水管に接続されていることを特徴とするポンプ装置。 - 送水するポンプの制御装置であって、
前記ポンプの吸込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、前記ポンプを駆動する電動機を可変速運転する可変速手段とを備え、前記吸込圧力検出手段の検出圧力、前記吐出圧力検出手段の検出圧力に基づいて、吐出圧力と吸込圧力との差が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可変速手段に回転数指令を送り前記電動機を可変速運転することを特徴とするポンプの制御装置。 - 請求項3に記載のポンプの制御装置において、
前記ポンプの前記一定流量における回転数と全揚程の関係をあらわすテーブルデータを備えていることを特徴とするポンプの制御装置。
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