JP6185284B2 - ポンプ設備 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ設備に関するものである。

河川水の排出などを行うポンプ設備で使用されるポンプは、空気吸込渦が発生しない水位レベル（ＬＷＬ）以上で運転を行い、ＬＷＬ以下に水位が下がると停止するように制御される。

このようなポンプの場合、ゲリラ豪雨のような突発的な降雨による水位上昇に対し、特に始動失敗などがある場合に、ポンプの始動遅れによる浸水被害を起こすおそれがある。この課題を解決するために、吸込水位に関係なくポンプの始動が可能な先行待機型ポンプがある。

先行待機型ポンプは、吸込水位に応じて気中運転と排水運転が切り替わる運転方式をとる。同じ仕様の先行待機型ポンプが複数台設置されているポンプ設備では、水位があるレベルまで上昇したらポンプ全台が同時に排水運転を行い、水位があるレベルより下降したら全台が同時に気中運転を行う。このため、吸込水位が急激な低下と上昇を繰り返すハンチングを起こすおそれがある。また、全台が一斉に排水運転を行うことによる急激な負荷変動が、自家発電設備の異常を起こすおそれもある。

これに対して、複数台の先行待機型ポンプを、羽根車の高さ方向の位置を異ならせて配置することが知られている（特許文献１の第４図）。これによれば、各先行待機型ポンプは、水位が上昇した場合に、羽根車の配置位置が低いポンプから順に排水運転を行うことになる。その結果、先行待機型ポンプの全台が同時に排水運転及び気中運転を行うことによる水位のハンチングの発生を抑制できる。

特開平２−７８７９１号公報

しかしながら、上記従来技術は、複数台のポンプの累積運転時間を平滑化することについては何らの考慮もされていない。

すなわち、複数台のポンプの羽根車とベルマウスが高さ方向に位置を異ならせて配置されているため、水位が上昇した場合には羽根車の位置が低いポンプから順番に排水運転を行い、かつ、水位が下降した場合には羽根車の配置位置が低いポンプが最後まで排水運転を行うことになる。したがって、複数台のポンプのそれぞれの累積運転時間は、羽根車の配置位置が低いポンプほど長くなり、その結果、ポンプの累積運転時間に偏りが生じ得る。

そこで、本発明は、複数台のポンプを用いて液体を排出するポンプ設備において、液位のハンチングが発生するのを抑制し、かつ、複数台のポンプの累積運転時間を平滑化することを課題とする。

本願発明のポンプ設備の一態様は、上記課題に鑑みなされたもので、液体を排出するポンプを複数台備え、前記複数台のポンプはそれぞれ、前記液体の吸込口（ベルマウス）、及び該吸込口から前記液体を揚水する羽根車を含み、前記複数台のポンプの前記羽根車はそれぞれ、高さ方向の異なる位置に配置され、前記複数台のポンプの前記吸込口はそれぞれ、同一の高さ方向の位置に配置される、ことを特徴とする。

また、前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台のポンプ内の気体を吸引する吸気装置を備えることができる。

また、前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台に気体を圧入する圧気装置を備えることができる。

また、前記複数台のポンプは、前記羽根車の配置位置が低い側の第１の系統と前記羽根車の配置位置が高い側の第２の系統に分けられ、前記第１の系統に属するポンプと前記圧気装置とを接続する第１の配管と、前記第２の系統に属するポンプと前記吸気装置とを接続する第２の配管と、を備え、前記圧気装置は、前記第１の配管を介して前記第１の系統に属するポンプに気体を圧入し、前記吸気装置は、前記第２の配管を介して前記第２の系統に属するポンプのポンプ内の気体を吸引する、ことができる。

また、前記第１の配管と前記第２の配管とを連通する連通配管と、前記連通配管を開閉する切り替え弁と、を備えることができる。

また、前記第１の配管における、前記第１の系統に属する複数台のポンプ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁と、前記第２の配管における、前記第２の系統に属する複数台のポンプ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁と、を備えることができる。

また、前記複数台のポンプはそれぞれ、前記圧気装置、及び前記吸気装置と別々の配管で接続されていてもよい。

また、前記複数台のポンプを前記羽根車の配置位置が低い側から順番に始動させる運転と、前記複数台のポンプの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転と、を切り替える制御装置を備え、前記制御装置は、前記平滑化運転において、前記複数台のポンプのうち累積運転時間の短いポンプから順番に運転されるように、又は入力インターフェースを介して設定された順番に運転されるように、前記圧気装置による圧気又は前記吸気装置による吸気を制御する、ことができる。

また、前記複数台のポンプそれぞれに対して設けられた、前記液体を排出する排出配管を開閉する吐出弁、前記液体の吸込口に空気を流入させる空気流入配管を開閉する空気流入弁、前記圧気装置と前記ポンプとを接続する配管を開閉する開閉弁、及び前記ポンプ内と大気とを連通する連通配管を開閉する空気弁と、前記複数台のポンプを前記羽根車の配置位置が低い側から順番に始動させる運転と、前記複数台のポンプの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転と、を切り替える制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記平滑化運転において、前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台のポンプに対応する前記吐出弁、前記空気流入弁、前記開閉弁、及び前記空気弁を閉止することによって、圧気装置を使用することなく該ポンプ内の水位の上昇を抑制する、ことができる。

かかる本願発明によれば、複数台のポンプを用いて液体を排出するポンプ設備において、液位のハンチングが発生するのを抑制し、かつ、複数台のポンプの累積運転時間の平滑
化を図ることができる。これによりポンプ設備の運転を安定化するとともに、特定のポンプに負荷がかかることを防ぐことが出来る。

図１は、本実施形態のポンプ設備が設置される治水設備の概略構成を示す説明図である。 図２は、第１実施形態、第２実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。 図３は、立軸渦巻斜流ポンプの概略を示す図である。 図４は、ポンプの詳細構成を示す図である。 図５は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理のフローを示す図である。 図６は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理の一例を示す図である。 図７は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理の一例を示す図である。 図８は、平滑運転モードにおける運転処理のフローを示す図である。 図９は、複数台のポンプの累積運転時間と運転順序について説明するための図である。 図１０は、複数台のポンプの運転順序設定のための入力インターフェースの一例を示す図である。 図１１は、第３実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。 図１２は、第４実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。

以下、本願発明の一実施形態に係るポンプ設備を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のポンプ設備が設置される治水設備の概略構成を示す説明図である。なお、以下では、ポンプ設備が治水設備に設けられる一例を挙げて説明するが、これには限定されない。

治水設備１００は、堤内地の内水を状況に応じて、堤外地に強制的に排出する排水機場の設備である。治水設備１００は、無人で運転管理されてもよいし、運転管理員が配置されてもよい。図示するように、本実施形態では、治水設備１００は、支川２０が本川５０に合流する場所に設けられる。支川２０は、途中で分岐している。分岐後の支川を、支川３０および支川４０と呼ぶ。

治水設備１００は、吸込水槽１２０、吐出水槽１３０、排水樋門（ゲート）１４０、自然流下樋門（ゲート）１５０、通信装置１７０、及びポンプ設備３００を備えている。ポンプ設備３００は、ポンプ２００ａ〜ポンプ２００ｄ（以下、単に、ポンプ２００とも呼ぶ）、及び制御装置１６０などを含む。図１の例では、ポンプ２００は便宜上４系列で構成されるが、この系列数は、任意の数で設定可能である。ポンプ設備３００の詳細は、図２以降で説明する。

吸込水槽１２０は、ポンプ２００、制御装置１６０、及び通信装置１７０が設置される敷地７０の地下に設置されている。敷地７０へは、道路６０から進入することができる。ポンプ２００、制御装置１６０、及び通信装置１７０は、建屋内に収容されている。

吸込水槽１２０には、支川３０から水（内水）が流入する。吸込水槽１２０に収容された水は、ポンプ２００によって汲み上げられ、吐出水槽１３０に排出される。

排水ゲート１４０は、吐出水槽１３０と本川５０との間に構築された堤防に設けられる。排水ゲート１４０を開けることにより、吐出水槽１３０内の水は本川５０に排出される。自然流下ゲート１５０は、支川４０と本川５０との境に設けられる。自然流下ゲート１５０を開けることにより、支川４０の水は本川５０に自然流下によって流入する。本実施形態では、排水ゲート１４０及び自然流下ゲート１５０は、いずれも、複数のゲートで構成される。本実施形態では、排水ゲート１４０及び自然流下ゲート１５０は、電動機を動力源として開閉される。

制御装置１６０は、治水設備１００及びポンプ設備３００の動作全般を制御する。例えば、制御装置１６０は、治水設備１００内の機器の計装データを計測し、記憶媒体に記録する。制御装置１６０には、通信装置１７０が接続されている。本実施形態では、通信装置１７０は、無線通信を行って、所定のサーバから災害警報を受信する。

また、通信装置１７０は、管理所（図示せず）と無線通信を行う。管理所は、複数の排水機場を管理する施設であり、管理者が配置されている。

一方、本川５０の水位が所定値以上になると、つまり、本川５０から支川２０に外水が逆流するおそれがある場合には、自然流下ゲート１５０は閉鎖される。そして、ポンプ設備３００が運転されるとともに、排水ゲート１４０が開かれる。これによって、支川３０の内水は、本川５０に強制排水されるので、堤内地に内水が滞留することにより浸水被害などが生じることを抑制できる。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態のポンプ設備３００の全体の概略構成について説明する。図２は、第１実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。図３は、立軸渦巻斜流ポンプの概略を示す図である。また、図４は、ポンプの詳細構成を示す図である。なお、図４は、図２における複数台のポンプのうちの１台を代表的に示した図である。

図２に示すように、第１実施形態のポンプ設備３００は、液体（河川水）を排出するためのポンプ２００を複数台（この実施形態では６台）備えている。以下、複数台のポンプを、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆ、又はポンプａ機〜ポンプｆ機とも呼ぶ。ポンプ設備３００におけるポンプ２００の台数は任意であるが、例えば６台〜８台とすることができる。また、本実施形態では、一例として先行待機型の立軸ポンプを挙げて説明するが、これには限られない。ベルマウス位置を変更することが難しい立軸渦巻斜流ポンプのような横吸込配管を備えるポンプ設備の対策としても本発明は有効である。すなわち、図３に示すように、吸込水槽６５０内に水を流入する流入水路６１０が地下放水路であり、立軸渦巻斜流ポンプ６００のような横吸込配管６２０を備える場合、ＬＷＬ（排水運転時に空気吸込渦が発生しない水位）が高くなることと地下放水路の水位に応じて複数台（例えば６〜８台）のポンプが排水するため、水位制御幅が狭くなる。このようなポンプ設備で先行待機運転を行うには、前記の理由より複数台のポンプの羽根車位置を変えるが、ベルマウス位置を変えるとＬＷＬが変わり、更に水位制御幅が狭くなるため、ベルマウス位置を同一高さに揃えることができる本発明は有効となる。

図２に示すように、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆは、吸込水槽１２０内に設置されている。吸込水槽１２０の深さは任意であるが、例えば、１０ｍ〜１５ｍの深さとすることができる。

また、図２に示すように、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆはそれぞれ、河川水（液体）の吸込口となるベルマウス２１２−ａ〜ベルマウス２１２−ｆを有するケーシング２１０−ａ〜ケーシング２１０−ｆと、ベルマウス２１２−ａ〜ベルマウス２１２−ｆか
ら河川水を揚水する羽根車（インペラ）２０２−ａ〜羽根車（インペラ）２０２−ｆと、を備える。

ここで、ポンプ２００−ａを代表的に用いてポンプ設備３００について説明する。図４に示すように、ポンプ２００−ａは、吊り下げ管２２０−ａによって吸込水槽１２０内に吊り下げられている。また、羽根車２０２−ａは、駆動機台３１０−ａの上に設置された駆動機３２０−ａによって、駆動軸３３０−ａを介して回転可能になっている。駆動軸３３０−ａは、軸貫通部から揚水した液体の漏洩を防ぐ軸封装置３３２−ａを備えている。また、吊り下げ管２２０−ａには、河川水を吐出水槽１３０へ吐出するための吐出配管２３０−ａが接続されている。

ポンプ設備３００は、吐出配管２３０−ａに設けられた吐出弁３４０−ａを備えている。吐出弁３４０−ａは、制御装置１６０から送信される開閉信号に基づいて吐出配管２３０−ａを開閉する。また、ポンプ設備３００は、河川水の吸込口（ベルマウス２１２−ａ）に空気を流入させる空気流入配管３５２−ａに設けられた空気流入弁３５０−ａを備える。空気流入弁３５０−ａは、制御装置１６０から送信される開閉信号に基づいて空気流入配管３５２−ａを開閉する。

また、ポンプ設備３００は、ポンプ２００−ａ内に気体（空気）を圧入する圧気装置３８０とポンプ２００−ａとを接続する第１の配管３６２に設けられた開閉弁３６０−ａを備える。開閉弁３６０−ａは、制御装置１６０から送信される開閉信号に基づいて第１の配管３６２を開閉する。なお、ポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆについては、ポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆの内気を吸引する吸気装置３９０とポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆとを接続する第２の配管３６４に開閉弁３６０−ｄ〜開閉弁３６０−ｆが設けられる。開閉弁３６０−ｄ〜開閉弁３６０−ｆは、制御装置１６０から送信される開閉信号に基づいて第２の配管３６４を開閉する。

また、ポンプ設備３００は、ポンプ２００−ａ内と大気とを連通する連通配管３７２−ａに設けられた空気弁３７０−ａを備える。空気弁３７０−ａは、制御装置１６０から送信される開閉信号に基づいて連通配管３７２−ａを開閉する。なお、本実施形態では、吐出弁３４０、空気流入弁３５０、開閉弁３６０、及び空気弁３７０を、電動弁で構成する例を示しているが、これに限らず電磁弁とすることもできる。

また、ポンプ設備３００は、吸込水槽１２０内の河川水の水位を計測する水位計３２２−ａと、吐出配管２３０−ａ内の圧力を計測する圧力計３２４−ａとを備える。水位計３２２−ａによって計測された水位、及び圧力計３２４−ａによって計測された圧力は、制御装置１６０へ送信される。制御装置１６０は、水位計３２２−ａによって計測された水位、及び圧力計３２４−ａによって計測された圧力等に基づいて、吐出弁３４０−ａ、空気流入弁３５０−ａ、開閉弁３６０−ａ、空気弁３７０−ａの開閉を制御する。この点についての詳細は、後述する。

ここで、図２に戻ってポンプ設備３００の説明を続ける。図２に示すように、本実施形態のポンプ設備３００では、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの羽根車２０２−ａ〜羽根車２０２−ｆはそれぞれ、高さ方向の異なる位置に配置されている。具体的には、羽根車２０２−ａから羽根車２０２−ｆに向かって配置位置が高くなっている。羽根車２０２−ａから羽根車２０２−ｆの配置高さの異ならせ方は任意であるが、例えば、羽根車２０２−ａから羽根車２０２−ｆに向かって配置位置を０．５ｍ〜１．０ｍずつ高くすることができる。

一方、本実施形態のポンプ設備３００では、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの河
川水の吸込口となるベルマウス２１２−ａ〜ベルマウス２１２−ｆはそれぞれ、高さ方向の揃えた位置に配置されている。

本実施形態によれば、水位のハンチングが発生するのを抑制し、かつ、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの運転時間の平滑化を図ることができる。すなわち、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆは、羽根車２０２−ａ〜羽根車２０２−ｆが高さ方向の異なる位置に配置されているので、水位が上昇した場合に、配置位置が低いポンプ２００−ａから順番に排水運転を行うことになる。したがって、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの全台が同時に排水運転を行うことに起因する水位のハンチングが発生するのを抑制することができる。また、負荷変動により自家発電設備に異常が起きることも抑制することができる。

これに加えて、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆは、ベルマウス２１２−ａ〜ベルマウス２１２−ｆが高さ方向の揃えた位置（高さ方向の略同一の位置）に配置されている。したがって、例えば、羽根車２０２が比較的高い位置に配置されているポンプ（例えばポンプ２００−ｄ，ｅ，ｆ）であっても、いったん排水運転を開始した後は、空気流入弁３５０を「閉」に制御すれば水位がある程度下がっても排水運転を継続して行うことができる。例えば、羽根車２０２が比較的高い位置に配置されているポンプ（例えばポンプ２００−ｄ，ｅ，ｆ）は、羽根車２０２が比較的低い位置に配置されているポンプ（例えばポンプ２００−ａ，ｂ，ｃ）と同様のベルマウス２１２の位置より低い水位になるまで排水運転を継続して行うことができる。その結果、例えば、水位の上昇にともなってポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆが順次排水運転を開始した後、ポンプ２００−ａ，ｂ，ｃの累積運転時間が長い場合には、ポンプ２００−ａ，ｂ，ｃの運転を停止させ、ポンプ２００−ｄ，ｅ，ｆのみで排水運転を継続することによって、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの累積運転時間の平滑化を図ることができる。なお、以下の実施形態の説明では、吸気装置３９０及び圧気装置３８０等について説明するが、これらを用いなくても、水位のハンチングが発生するのを抑制し、かつ、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの運転時間の平滑化を図ることができる。

（第２実施形態）
図２に示すように、本実施形態のポンプ設備３００は、ポンプ内気（ポンプ内の気体）を吸引するための吸気装置３９０と、ポンプに気体を圧入するための圧気装置３８０をさらに備えている。

本実施形態のポンプ設備３００では、便宜上、複数台のポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆは、羽根車２０２の配置位置が低い側の第１の系統Ａと、羽根車２０２の配置位置が高い側の第２の系統Ｂに分けられる。第１の系統Ａにはポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃが属し、第２の系統Ｂにはポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆが属する。なお、本実施形態の第１の系統Ａと第２の系統Ｂとの分類の仕方は一例であって、羽根車２０２の配置位置が高い側と低い側という観点で任意に分けることができる。

第１の系統Ａに属するポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃは、第１の配管３６２を介して圧気装置３８０と接続されている。圧気装置３８０は、第１の配管３６２を介して第１の系統Ａに属するポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃに気体を圧入する。また、第２の系統Ｂに属するポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆは、第２の配管３６４を介して吸気装置３９０と接続されている。吸気装置３９０は、第２の配管３６４を介して第２の系統Ｂに属するポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆのポンプ内気を吸引する。このため、ポンプ内の気密を保つ必要があり、図４に示す軸封装置３３２−ａに注水を行うことが好ましい。

次に、第２実施形態のポンプ設備３００における運転処理について説明する。図５は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理のフローを示す図である。

まず、制御装置１６０は、ポンプ設備３００の運転モードが自動モードであるか、又は手動モードであるかを判定する（ステップＳ１０１）。

制御装置１６０は、ポンプ設備３００の運転モードが手動モードである場合には、運転管理員などによって行われる手動操作に応じて、弁の開閉等の運転を行う（ステップＳ１０２）。

一方、制御装置１６０は、ポンプ設備３００の運転モードが自動モードである場合には、ポンプ設備３００の運転モードが通常運転モードであるか、又は平滑運転モードであるかを判定する（ステップＳ１０３）。なお、通常運転モードとは、複数台のポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆを羽根車２０２−ａ〜羽根車２０２−ｆの配置位置が低い側から順番に始動させる運転モードのことである。また、平滑運転モードとは、複数台のポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転を行うモードのことである。

制御装置１６０は、ポンプ設備３００の運転モードが通常運転モードである場合には、吐出弁３４０，空気流入弁３５０、及び空気弁３７０を「開」に制御し、開閉弁３６０を「閉」に制御する（ステップＳ１０４）。続いて、制御装置１６０は、ポンプの先行待機運転を行う（ステップＳ１０５）。なお、この先行待機運転は、従来の先行待機運転と同様の運用を行う。ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆは、羽根車の高さ方向の位置が異なった配置となっているため、水位の上昇に合わせ、順次、排水が可能である。

一方、制御装置１６０は、ポンプ設備３００の運転モードが平滑運転モードである場合には、次運転号機はＡ系であるか、又はＢ系であるかを判定する（ステップＳ１０６）。つまり、制御装置１６０は、次に排水運転を行うポンプが、第１の系統Ａに属するポンプであるのか、又は、第２の系統Ｂに属するポンプであるのかを判定する。

制御装置１６０は、次運転号機がＡ系である場合には、Ａ系のポンプのうち、最も累積運転時間が短い過少機については通常運転を行い、Ｂ系のポンプについても通常運転を行い、Ａ系のポンプのうち過少機以外のポンプについては圧気封入運転（気中待機運転）を行う（ステップＳ１０７）。

例えば、制御装置１６０は、Ａ系のポンプのうち過少機以外のポンプについては、吐出弁３４０を「閉」、空気流入弁３５０を「閉」、開閉弁３６０を「開」、空気弁３７０を「閉」に制御し、吸込水槽１２０の水位がベルマウスの下端以上であることを条件として、圧気装置３８０を起動させ、ポンプ内圧を上げ、規定の内圧になったら開閉弁３６０を閉め、圧気装置３８０を停止する。これにより、吸込水槽１２０の水位が上昇しても排水運転しないよう制御する。なお、吸込水槽１２０の水位が規定値（当該ポンプが始動しても良いタイミング）になったら、空気流入弁３５０と空気弁３７０と吐出弁３４０を開操作し、ポンプ内水位を戻して、排水運転を開始させる。

ステップＳ１０７の処理について、図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理の一例を示す図である。図６は、Ａ系（低水位用）のポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃの中に運転時間過少機（例えばポンプ２００−ｃ）がある場合の運転処理の一例を示している。

この場合、制御装置１６０は、図６に示すように、開閉弁３６０−ａ，開閉弁３６０−
ｂを「開」にし、開閉弁３６０−ｃを「閉」に制御する。ここで、図中の塗りつぶしていないバルブは「開」であることを、塗りつぶしたバルブは「閉」であることを表わす。これによって、制御装置１６０は、ポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂに対して圧気装置３８０から圧縮空気を供給する。したがって、ポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂについては、吸込水槽１２０の水位が上昇しても、ポンプ内水位は上昇しない。その結果、ポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂは、排水運転を行わず、ポンプ内に水が無い状態で運転する気中待機運転を行うことになる。なお、制御装置１６０は、圧気装置３８０にて圧縮空気を供給した後、開閉弁３６０−ａ，開閉弁３６０−ｂを「閉」に制御する。

一方、制御装置１６０は、ポンプ２００−ｃについては、通常の運転である先行待機運転を行わせる。その結果、ポンプ２００−ｃは、吸込水槽１２０の水位に連動して排水運転（負荷運転）を行うように制御される。なお、制御装置１６０は、ポンプ２００−ｃの排水運転後、吸込水槽１２０の水位が低下し、エアロック水位になった場合、空気流入弁３５０−ｃを閉める制御を行うことにより排水運転を継続することもできる。

また、Ｂ系のポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆについては、ポンプ２００−ｃより、羽根車が高い位置にあるため、ポンプ２００−ｃより早く負荷運転を行うことはない。したがって、制御装置１６０は、ポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆについては、通常の運転制御として、水位に追従した先行待機運転を行わせる。

以上のように、本実施形態は、ポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂに対して空気を圧入することによってポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂに気中待機運転を行わせる。したがって、本実施形態によれば、累積運転時間が最も短いポンプ２００−ｃを、羽根車の配置位置がより低いポンプ２００−ａ，ポンプ２００−ｂよりも先に排水運転をさせることができる。その結果、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの累積運転時間の平滑化を図ることができる。また、本実施形態によれば、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの全台が同時に排水運転を行うことに起因する水位のハンチングが発生するのを抑制することができる。また、これにより、全台が一斉に排水運転を行うことによる急激な負荷変動が自家発電設備に異常を起こすことも抑制することができる。

一方、図５の説明に戻ると、制御装置１６０は、次運転号機がＢ系である場合には、Ａ系のポンプについては圧気封入運転（気中待機運転）を行い、Ｂ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機以外については通常運転を行い、Ｂ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機については、吸気運転（羽根車まで水位を上げての負荷運転）を行う（ステップＳ１０８）。

制御装置１６０は、Ｂ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機については、吐出弁３４０を「開」、空気流入弁３５０を「閉」、開閉弁３６０を「開」、空気弁３７０を「閉」に制御し、吸込水槽１２０の水位がベルマウス２１２の下端以上であることを条件として、吸気装置３９０を起動させ、ポンプ内圧を下げ、ポンプ内水位を上昇させる。ポンプ内水位が羽根車の位置に達すると、ポンプが排水運転を開始する。なお、吸気装置３９０及び開閉弁３６０は、ポンプの排水運転が開始したことを圧力センサにより確認した後に、停止・閉止操作（制御）を行う。なお、本実施形態では、圧力センサによりポンプの実排水運転を検知するようにしているが、圧力センサに代えて、電動機の電流値で負荷運転（実排水運転）をしているかどうかを判定するようにしても良い。また、音叉式等のレベルスイッチで判定しても良い。

ステップＳ１０８の処理について、図７を用いて説明する。図７は、第２実施形態のポンプ設備における運転処理の一例を示す図である。図７は、Ｂ系（高水位用）のポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆの中に運転時間過少機（例えばポンプ２００−ｅ）がある場
合の運転処理の一例を示している。

この場合、制御装置１６０は、図７に示すように、開閉弁３６０−ａ〜開閉弁３６０−ｃを「開」にする。これによって、制御装置１６０は、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃに対して圧気装置３８０から圧縮空気を供給する。したがって、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃについては、吸込水槽１２０の水位が上昇しても、ポンプ内水位は上昇しない。その結果、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃは、排水運転を行わず、気中待機運転を行うことになる。

一方、制御装置１６０は、図７に示すように、開閉弁３６０−ｅを「開」にし、開閉弁３６０−ｄ，開閉弁３６０−ｆを「閉」に制御する。これによって、ポンプ２００−ｅについては、吸気装置３９０（真空ポンプ）による吸気が行われ、ポンプ２００−ｅ内水位を上昇させた後に、排水運転（負荷運転）が行われる。なお、制御装置１６０は、その他のＢ系ポンプ２００−ｄ，ポンプ２００−ｆについては、通常の運転制御として、水位に追従した先行待機運転を行わせる。また、制御装置１６０は、吸気装置３９０にて吸気し、ポンプ内水位を羽根車位置まで上げ、排水運転が開始したら、開閉弁３６０−ｅを「閉」に制御する。

以上のように、本実施形態では、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃに空気を圧入してポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃを気中待機運転させ、かつ、ポンプ２００−ｅの内気を吸気してポンプ２００−ｅ内の水位を上昇させる。したがって、本実施形態によれば、累積運転時間が最も短いポンプ２００−ｅを、羽根車の配置位置がより低いポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｄより先に排水運転させることができる。その結果、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの累積運転時間の平滑化を図ることができる。また、本実施形態によれば、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの全台が同時に排水運転を行うことに起因する水位のハンチングが発生するのを抑制することができる。また、これにより、全台が一斉に排水運転を行うことによる急激な負荷変動が自家発電設備に異常を起こすことも抑制することができる。

また、本実施形態によれば、ゲリラ豪雨のように急激に吸込水槽の水位が上昇する場合には、通常運転モードとし、小降雨のような水槽水位の急上昇が見込まれない場合には、平滑化モードを用いて運転時間の平滑化を図ることができる。したがって、天候に応じた適切な運転及び運用が可能となり、運用及び維持管理性の良い設備となる。なお、モードの切り替えは、天候を観て操作員が任意に切り替えても良く、降雨量やポンプ場への流入水路上流の水位データを制御装置に入れ、自動でモードを切り替えるようにしても良い。例えば、降雨量が多いときや、上流側での水位の上昇率が高いときは、通常運転モードにするなどの自動切り替え制御を行うことができる。

次に、平滑運転モードにおける運転処理について説明する。図８は、平滑運転モードにおける運転処理のフローを示す図である。

図８に示すように、平滑運転モードが開始されると、制御装置１６０は、運転順序が自動選択であるか、又は任意選択であるかを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、運転順序の自動選択とは、制御装置１６０が、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆをどのような順序で運転するかを演算するモードである。任意選択とは、運転管理員が入力インターフェースを介して設定した順序でポンプの運転を行うモードである。

制御装置１６０は、運転順序が自動選択である場合には、各ポンプの累積運転時間に応じて運転順序を演算する（ステップＳ２０２）。この点について、図９を用いて説明する。図９は、複数台のポンプの累積運転時間と運転順序について説明するための図である。

図９に示すように、例えば、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆの累積運転時間がそれぞれ、「２０００」，「１８００」，「１８５０」，「１５００」，「１６００」，「１０００」であるとする。この場合、制御装置１６０は、累積運転時間が短い順に運転が行われるよう、各ポンプの運転順序を演算する。図９の例では、ポンプ２００−ｆ，ポンプ２００−ｄ，ポンプ２００−ｅ，ポンプ２００−ｂ，ポンプ２００−ｃ，ポンプ２００−ａ，の順序で運転されるように運転順序が決められる。

一方、図８の説明に戻って、制御装置１６０は、運転順序が任意選択である場合には、入力インターフェースを介して入力された運転順序を読み出す（ステップＳ２０３）。この点について、図１０を用いて説明する。図１０は、複数台のポンプの運転順序を設定するための入力インターフェースの一例を示す図である。

図１０に示すように、管理員は、入力インターフェースを介して、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆに対して任意の順序で運転を行うよう設定することができる。例えば図１０の例では、管理員の入力によって、運転順序の１台目にポンプ２００−ａ，２台目にポンプ２００−ｆ，３台目にポンプ２００−ｃ，４台目にポンプ２００−ｄ，５台目にポンプ２００−ｂ，６台目にポンプ２００−ｅを設定することができる。なお、始動順序の任意設定画面では、制御盤等の盤面に、押し釦スイッチ（照光スイッチ）等により、運転順序を設定することができる。また、図１０に示すように、運転順序を設定するためのデータとして、同画面上に当該ポンプの運転時間や運転開始水位を表示することもできる。また、運転開始水位を任意に設定できるようにすることもできる。また、押し釦スイッチではなく、タッチパネル等により構成することもできる。

図８の説明に戻って、制御装置１６０は、ステップＳ２０２又はステップＳ２０３の後に、次運転号機が運転開始水位に到達したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

制御装置１６０は、次運転号機が運転開始水位に到達するまでステップＳ２０４の処理を繰り返す（ステップＳ２０４，Ｎｏ）。一方、制御装置１６０は、次運転号機が運転開始水位に到達したら（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、次運転号機はＡ系であるか、又はＢ系であるかを判定する（ステップＳ２０５）。

制御装置１６０は、次運転号機がＡ系である場合には、Ａ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機については通常運転を行い、Ｂ系のポンプについても通常運転を行い、Ａ系のポンプのうち過少機以外のポンプについては圧気封入運転（気中待機運転）を行う（ステップＳ２０６）。この点は、図５と同様であるので説明を省略する。

また、制御装置１６０は、次運転号機がＢ系である場合には、Ａ系のポンプについては圧気封入運転（気中待機運転）を行い、Ｂ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機以外については通常運転を行い、Ｂ系のポンプのうち最も累積運転時間が短い過少機については、吸気運転（羽根車まで水位を上げて負荷運転）を行う（ステップＳ２０７）。この点は、図５と同様であるので説明を省略する。

本実施形態によれば、平滑運転モードにおいて、累積運転時間が少ない方から運転を開始するよう運転順序を決める制御機能と、盤面等に設けた選択釦等により任意に始動順序が設定できる設定画面とを設けているので、運用に応じ、管理員がいずれかを選択することができる。また、本実施形態によれば、運転開始順序を任意に設定できるように構成したことにより、調子の悪い号機（故障が頻発する老朽機）などを後発機に設定することができ、信頼性が高い運用を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のポンプ設備について説明する。図１１は、第３実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。

第３実施形態のポンプ設備４００は、第２実施形態と比べて、第１の配管３６２と第２の配管３６４とを連通する連通配管４１０を設ける点、及び連通配管４１０に切り替え弁４２０を設ける点が異なる。第２実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図１１に示すように、第１の配管３６２と第２の配管３６４は、連通配管４１０によって連通されている。また、連通配管４１０には、連通配管４１０を開閉する切り替え弁４２０が設けられている。

本実施形態によれば、切り替え弁４２０を「開」に制御することによって、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆのいずれに対しても、圧気装置３８０による圧気、及び吸気装置３９０による吸気を行うことができる。例えば、ポンプの設置台数が多く、ポンプ２００−ｃ，ポンプ２００−ｄのように、水位に対し中間位置にあるポンプがある場合、圧気（給気）と吸気が、どちらもできる構成とすることにより、ポンプ設備３００の運用性及び操作性を向上することができる。

また、排水ポンプでは、非常時において確実に始動及び運転ができるよう、実際の運転状態（実負荷状態）で管理運転を行い、始動や運転状態に異常が無いことを確認する必要がある。この点、本実施形態によれば、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆのいずれでも吸気を行うことができるので、降雨が少なく、吸込水槽１２０の水位が低い場合（管理運転時）でも、実負荷運転を行うことが可能となり、ポンプ設備としての信頼性を向上することが可能である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態のポンプ設備について説明する。図１２は、第４実施形態のポンプ設備の全体の概略構成を示す図である。

第４実施形態のポンプ設備５００は、第２，第３実施形態と比べて、第１の配管３６２における、第１の系統Ａに属する複数台のポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｃ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁５１０，５２０と、第２の配管３６４における、第２の系統Ｂに属する複数台のポンプ２００−ｄ〜ポンプ２００−ｆ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁５３０，５４０とを設ける点が異なる。第２，第３実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図１２に示すように、第１の配管３６２の、ポンプ２００−ａとポンプ２００−ｂとの間には、第１の配管３６２を開閉する切り替え弁５１０が設けられる。また、第１の配管３６２の、ポンプ２００−ｂとポンプ２００−ｃとの間には、第１の配管３６２を開閉する切り替え弁５２０が設けられる。

さらに、第２の配管３６４の、ポンプ２００−ｄとポンプ２００−ｅとの間には、第２の配管３６４を開閉する切り替え弁５３０が設けられる。また、第２の配管３６４の、ポンプ２００−ｅとポンプ２００−ｆとの間には、第２の配管３６４を開閉する切り替え弁５４０が設けられる。

本実施形態によれば、切り替え弁４２０，５１０，５２０，５３０，５４０の開閉を制御することによって、ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆのいずれに対しても、圧気装置３８０による圧気、及び吸気装置３９０による吸気を同時に行うことができる。また、
ポンプ２００−ａ〜ポンプ２００−ｆのそれぞれを、圧気装置３８０、及び吸気装置３９０と別々の配管で接続することもできる。本実施形態によれば、例えば、ポンプの設置台数が多い場合、圧気（給気）と吸気が同時にできるので、任意のポンプ台数及び号機で気中待機運転と排水運転とを同時に行わせることができ、その結果、ポンプ設備５００の運用性及び操作性を向上させることができる。

なお、上記の各実施形態では、圧気装置３８０を設け、圧気装置３８０を用いてポンプに圧気を行うことによって強制的にポンプに気中待機運転させる例を示したが、これには限られない。例えば、制御装置１６０は、平滑化運転において、強制的に気中待機運転をさせるべきポンプに対応する吐出弁３４０、空気流入弁３５０、開閉弁３６０、及び空気弁３７０を閉止することによって、このポンプ内の水位の上昇を抑制することができる。これによれば、圧気装置３８０を使用せずに制御を行うことが可能であり、信頼性の向上につながる。また、通常時の吸込水槽１２０の水位がベルマウスより下の場合（水槽をドライ状態で運用する排水ポンプ場、すなわち水槽に残留する水を水質悪化や悪臭の発生を防止するために抜き、空にして運用する排水ポンプ場の場合）、流入前に始動順序を決め、圧気運用するポンプの各弁を閉めるだけで、始動順序の制御ができるため、圧気装置が不要となり、設備の簡素化を図ることができる。

１６０ 制御装置
２００−ａ〜２００−ｆ ポンプ
２０２−ａ〜２０２−ｆ 羽根車
２１０−ａ〜２１０−ｆ ケーシング
２１２−ａ〜２１２−ｆ ベルマウス
３００，４００，５００ ポンプ設備
３３２ 軸封装置
３４０ 吐出弁
３５０ 空気流入弁
３６０ 開閉弁
３６２ 第１の配管
３６４ 第２の配管
３７０ 空気弁
３７２ 連通配管
３８０ 圧気装置
３９０ 吸気装置
４１０ 連通配管
４２０，５１０，５２０，５３０，５４０ 切り替え弁
Ａ 第１の系統
Ｂ 第２の系統

Claims (5)

1. 液体を排出するポンプを複数台備えたポンプ設備であって、
   前記複数台のポンプはそれぞれ、前記液体の吸込口、及び該吸込口から前記液体を揚水する羽根車を含み、
   前記複数台のポンプの前記羽根車はそれぞれ、高さ方向の異なる位置に配置され、
   前記複数台のポンプの前記吸込口はそれぞれ、同一の高さ方向の位置に配置され、
   前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台のポンプ内の気体を吸引する吸気装置と、
   前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台に気体を圧入する圧気装置と、を備え、
   前記複数台のポンプは、前記羽根車の配置位置が低い側の第１の系統と前記羽根車の配置位置が高い側の第２の系統に分けられ、
   前記第１の系統に属するポンプと前記圧気装置とを接続する第１の配管と、
   前記第２の系統に属するポンプと前記吸気装置とを接続する第２の配管と、を備え、
   前記圧気装置は、前記第１の配管を介して前記第１の系統に属するポンプに気体を圧入し、
   前記吸気装置は、前記第２の配管を介して前記第２の系統に属するポンプのポンプ内の気体を吸引し、
   前記第１の配管と前記第２の配管とを連通する連通配管と、
   前記連通配管を開閉する切り替え弁と、
   を備えたことを特徴とする、ポンプ設備。
2. 請求項１のポンプ設備において、
   前記第１の配管における、前記第１の系統に属する複数台のポンプ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁と、
   前記第２の配管における、前記第２の系統に属する複数台のポンプ間の配管をそれぞれ開閉する切り替え弁と、
   を備えたことを特徴とする、ポンプ設備。
3. 請求項１または２のポンプ設備において、
   前記複数台のポンプを前記羽根車の配置位置が低い側から順番に始動させる運転と、前記複数台のポンプの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転と、を切り替える制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記平滑化運転において、前記複数台のポンプのうち累積運転時間の短いポンプから順番に運転されるように、又は入力インターフェースを介して設定された順番に運転されるように、前記圧気装置による圧気又は前記吸気装置による吸気を制御する、
   ことを特徴とする、ポンプ設備。
4. 請求項１または２のポンプ設備において、
   前記複数台のポンプそれぞれに対して設けられた、前記液体を排出する排出配管を開閉する吐出弁、前記液体のベルマウスに空気を流入させる空気流入配管を開閉する空気流入弁、前記圧気装置と前記ポンプとを接続する配管を開閉する開閉弁、及び前記ポンプ内と大気とを連通する連通配管を開閉する空気弁と、
   前記複数台のポンプを前記羽根車の配置位置が低い側から順番に始動させる運転と、前記複数台のポンプの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転と、を切り替える制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記平滑化運転において、前記複数台のポンプのうちの少なくとも１台のポンプに対応する前記吐出弁、前記空気流入弁、前記開閉弁、及び前記空気弁を閉止することによって、圧気装置を使用することなく該ポンプ内の水位の上昇を抑制する、
   ことを特徴とする、ポンプ設備。
5. 水槽内の液体を排出するポンプを複数台備えたポンプ設備であって、
   前記複数台のポンプはそれぞれ、前記液体の吸込口、及び該吸込口から前記液体を揚水する羽根車を含み、
   前記複数台のポンプの前記羽根車はそれぞれ、高さ方向の異なる位置に配置され、
   前記複数台のポンプの前記吸込口はそれぞれ、同一の高さ方向の位置に配置され、
   前記複数台のポンプはそれぞれ、前記羽根車と前記吸込口との間に、空気を流入させる空気流入管が接続されており、
   前記空気流入管には、該空気流入管をそれぞれに開閉する空気流入弁が設けられており、
   前記複数台のポンプの累積運転時間の平滑化を図る平滑化運転を行うことができる制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記平滑化運転において、前記複数台のポンプのうち前記液体を揚水している少なくとも１台のポンプに対応する前記空気流入弁を閉止することによって、前記水槽の水位が該ポンプの前記羽根車より低くなっても該ポンプによる前記液体の揚水を継続させる、
   ことを特徴とする、ポンプ設備。

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