JP5746155B2 - 設備に組み込まれた電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置の特性値、特にパラメータを決定する方法 - Google Patents

Description

ポンプ装置の特性値を決定する方法に関する。

遠心ポンプの用途は、現在、ほぼ全ての技術分野において従来技術に属している。一般に、遠心ポンプは、本来のポンプと、これに機械的に結合される電気駆動モータとにより構成される遠心ポンプ装置（遠心ポンプアセンブリ）の形態で用いられる。

遠心ポンプ装置を一方ではエネルギー面から好都合に運転させ、他方ではできる限り最善に利用目的に適合させるために、現在、小型設計の遠心ポンプ装置において、これに速度制御装置（スピードコントローラ）を設けること（一般には電子式周波数変換器を設けること）も、既に従来技術に属している。速度制御装置を有する遠心ポンプ装置については、その一般的な用途として、例えば暖房設備、下水処理設備、排水設備、掘削孔（ボアホール）から地下水をくみ上げる設備などを挙げることができ、設備の種類を問わずに利用されている。

設備で重要なことは様々あるが、特に重要なことは、一方では設備の各構成の機能を監視することであり、他方ではプロセス変量を監視することである。例えば、遠心ポンプ装置については、ポンプにより生成される吸込側と圧力側の間の圧力を検出する（すなわち揚程を検出する）圧力センサ（一般には差圧センサ）を、ポンプハウジングの内部に設けることが知られている。これに加えて、モータの電気的可変量（例えば、モータの消費電力や、速度制御装置がモータに入力する周波数など）が検出される。

しかしながら、ポンプの流体力学的運転点を判定するためには、前述の可変量を検出するだけでは普通は不十分である。なぜなら、これら可変量は、送出量（吐出流量）に関する情報を何も提供しないからである。流量を検出するために流量計をポンプ内部に設置するのは高いコストがかかり、故障も発生し易い。流速を検出し、これに基づいて送出量を検出することが可能な流量センサは、より高いコストがかかり、特に排水技術では実用的ではない。

英国特許出願公開第２２２１０７３号明細書では、シャフト（縦穴）内部の圧力測定を介してその充填度を判定し、特に充填度の時間的変化を判定することによって、ポンプの送出量を間接的に算出しており、これは従来技術に属している。このために、まず、ポンプの運転を停止して（スイッチオフして）平均的に生じる単位時間あたりの流入量を調べ、次いで、ポンプを運転して（スイッチオンして）、単位時間あたりに充填度がどれだけ減っていくかを調べ、次いで、ポンプ運転停止時と同じ流入がポンプ運転時に生じるという前提のもとで、送出量を推定する。この方法は、時間計測が追加的に必要になるだけでなく、ポンプの運転が停止しているときの充填度の変化も検出しなくてはならないので、煩雑である。更に、検出されるポンプ送出量については、その精度が流入の連続性によって左右される。

以上を背景とする本発明の課題は、前述した欠点を可能な限り回避することができ、簡単な技術的手法で、運転時のポンプの流体力学的可変量の検出も可能にする方法を提供することにある。

本発明によると、前述の課題は、請求項１に記載の技術的特徴を有する方法によって解決される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項、以下の説明、及び図面から明らかとなる。従属請求項の技術的特徴も以下の説明の技術的特徴も、それが目的に適う限りにおいて、それ自体としても記載された組み合わせ以外の組み合わせでも適用することができる。

本発明による方法は、設備に組み込まれて速度制御装置を有する電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置の特性値、特にパラメータを決定するためのものである。このような特性値は、一方ではモータ及び／又は速度制御装置の電気的可変量に基づいて、また他方ではポンプで生成される圧力に基づいて、決定される。このために、ポンプの少なくとも２つの異なる運転点を順次生起し、生起した運転点での送出量を設備側で判定し、判定した送出量に基づいて特性値を決定する。

このように特性値、特にパラメータを決定した後は、モータ又は速度制御装置の電気的可変量とポンプで生成される圧力とを用いるだけで、ポンプの流体力学的な運転可変量だけでなくそれ以外の機能も検出及び制御することができる。それゆえ、本発明によると少なくとも２つの運転点を生起して、少なくともその後の運転時に有意義な推定を可能にする精度で、特性値を決定することが意図される。当然ながら、ただ２つの運転点を生起しただけで、特性値を明確に決定できるとは限らない。従って本発明では、少なくとも３つ、４つ、又は９つ、１３個、あるいはそれ以上の運転点を生起することにより、十分な個数の特性値を十分な精度で検出して、その後は設備側でも送出量の検出を大幅に省略できるようにするのが好ましい。当然ながら、運転点の個数が増えるにつれて、判定される特性値、特にパラメータの精度が高まるだけでなく、これに加えて設備側で判定されるべき送出量の精度も高くなる。

本発明における電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置（遠心ポンプアセンブリ）とは、一般に、共通の軸を有する、電動モータ及びこれにより駆動される遠心ポンプを意味している。この装置には、速度制御装置（一般には周波数変換器）が配置される。この速度制御装置は、モータに供給される電気エネルギーを少なくとも周波数に関して、また一般には電圧に関しても、広い範囲で変更することが可能である。このとき特に検出されるべきモータの電気的可変量（詳しくは消費電力及び周波数）は、場合によっては、速度制御装置の対応する電気的可変量で代用することができる。これら可変量は速度制御装置側で通常入手することができ、すなわち別個の測定センサで検出する必要はない。ポンプで生成される圧力は、ポンプの差圧センサによって、あるいはそれ以外の箇所（例えばポンプの圧力出口から間隔をおいた箇所）の適当な別の圧力センサによって、測定することができる。

本発明における設備とは、遠心ポンプ装置を組み込んだあらゆるものを意味しており、例えば、排水処理設備、遠心ポンプ装置が水中ポンプとして掘削孔からの送出を行う設備、遠心ポンプ装置が調整用タンクへの送出を行う設備、複数の遠心ポンプ装置を備える排水設備などを意味している。

本発明による方法の好ましい発展形態では、決定されるべき特性値は、モータ及び／又はポンプのモデル法則に従う１つ以上の関数の一部であるパラメータであり、この関数は好ましくはパラメータ線形形式（一次形式）である。このことにより、踏み込んだ微分法の考察をすることなく、特定の運転点を用いて特性値を簡易な手法で決定することができる。前述の１つ以上の関数はモータ及び／又はポンプのモデル法則に従うので、少ない個数の運転点を生起するだけで、実際に利用可能な結果を得ることができる。

これに関して、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第１の項と、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第２の項と、を少なくとも含んで構成され、第１及び第２の項がそれぞれパラメータのうちの１つと乗法的に組み合わされて、送出量を規定する関数を用いることが好ましい。このような関数を送出量の関数として表すのが特に好都合である理由としては、生起した運転点での送出量を設備側で判定し、この結果を特性値の決定に直接的に利用できる点を挙げることができる。送出量を規定する上で前述したような種類の関数を用いるのが特に好ましいのは、例えば排水設備などで送出量が厳密にではなく、例えば時間的に平均化した形でのみ検出できるような場合である。すなわちその場合には、こうした比較的不確実な値が式の一方の辺にある。そして場合により同一の運転点を複数回生起することで、パラメータを比較的高い精度で決定することができる。なぜなら、生起する運転点及び検出する値の個数が増加するほど、見積もられる送出量の精度も高くなるからである。このことは特に、後述するパラメータ線形形式の式に基づくときに該当する。

本発明の発展形態では、パラメータがポンプモデルの少なくとも一部を形成して次のように組み合わされた関数を用いることが特に好ましい。

この式において、ｑはポンプの送出量であり、ｐはポンプの送出圧（すなわち例えば吸込側と圧力側（吐出側）との間の差圧）であり、ω_ｒはポンプの回転速度（回転数）であり、Ｔはポンプの駆動トルクであり、γ_１〜γ_３は決定されるべき部分ポンプモデルのパラメータである。パラメータγ_１〜γ_３を決定するために、少なくとも２つの運転点を生起して、これらを少なくとも近似的に決定する。当然ながら、それだけではまだ一義的な解は与えられないが、式（ａ）がポンプモデルの一部を表していることに基づき、いくつかの用途にとっては既に十分な情報提供力をもつ場合もある。

式（ａ）に基づく前述の部分ポンプモデルの代替として、式（ｂ）に基づく部分ポンプモデルを用いることができ、これは次式で表される。

この部分ポンプモデルは前述の部分ポンプモデルに比べて以下数３に示す項の分だけ拡張されている。

この項は、ポンプから間隔をおいた位置で圧力ｐを判定する場合、すなわちポンプで実際に生成される圧力より外れた圧力を測定する場合に発生しかねないアフィニティ誤差（affinity error）を補正するためのものである。

前述の代替又は追加として、本発明の好ましい発展形態では、パラメータが次のように組み合わされた部分ポンプモデルを用いる。

ここで、ｐはポンプの送出圧であり、ω_ｒはポンプの回転速度（回転数）であり、Ｔはポンプの駆動トルクであり、θ_０〜θ_８は部分ポンプモデルの決定されるべきパラメータを表している。式（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれがポンプモデルの一部を表しており、すなわち、共同で（（ａ）と（ｃ）とで、又は、（ｂ）と（ｃ）とで）完全なポンプモデルを形成するものであり、従って、両方の式のパラメータを決定するのが特に好ましい。なぜなら、これにより、ポンプの完全な流体力学的な性能曲線（出力曲線）を高い精度で模擬することができるからである。当然ながら、その場合には決定されるべき多数のパラメータを決定できるようにするために、相応に多数の異なる運転点を生起することになる。

ポンプの回転速度ω_ｒの判定を省略し、これを単純にモータの電圧源（電源）の周波数ω_ｅと同等であるとみなすことによって、１つの好ましい発展形態を得ることができ、特に本発明による方法を簡素化することができる。

この周波数値ω_ｅは速度制御装置で入手することができ、それゆえ判定をする必要がない。同様のことは、ポンプの駆動トルクＴの判定についても当てはまる。モータで消費される電力Ｐ_ｅと、モータの電圧源の周波数ω_ｅ又はポンプの回転速度ω_ｒとの商からこれを形成することによってこれを簡易に判定することができる。

モータで消費される電力Ｐ_ｅも速度制御装置側で入手することができる。なぜなら、そこで電圧と電流とを常時検出することができるからである。

本発明による方法は、生起した運転点における特性値を少なくとも見積りとして決定するために、発生するポンプの送出量ｑを必要とする。本発明によるとこれは、圧力補償容器で、一般には井戸の縦穴などで、ポンプ装置を用いる場合に、ポンプが送出をしている縦穴の液面高さの時間的変化を検出し、具体的には流入を検出するために一方ではポンプの運転時に、及び、他方ではポンプの運転停止時に、それぞれの運転点で検出をすることによって、少なくとも近似的に判定することができる。更に、縦穴の形状の知見、特に縦穴の断面積の大きさが必要となる。この縦穴の断面積の大きさは、場合により、例えば縦穴が円錐形に形成されている場合に、液面高さの高低差に応じた液体量を割り当てることができるようにするために、充填度（液面高さ）に依存する。液面高さの検出については圧力測定によって簡単な仕方で行うことができ、すなわち、例えばポンプの運転停止時に静圧を検出するポンプの圧力センサによって行うことができる。別案として、充填度を機械的な手段で検出することもでき、あるいは、これが好ましい場合にはポンプの送出量を直接的に検出することもできる。

掘削孔とその中に配置されるボアホールポンプとによって設備が構成されている場合には、本発明の発展形態によれば、掘削孔の液面高さの時間的変化に基づいて、生起した運転点の各々での送出量を判定することが可能である。このために、一方ではポンプの運転停止時に、他方では１つの運転点でのポンプ運転時に、予め設定された時間にわたって生じる液面高さ変化を比較して、ポンプの送出量を判定する。このような掘削孔では、一般に、流入が線形的に（すなわち一次的に）に行われることはないので、次の式を用いて掘削孔への流入量を決定するのが好ましい。

ここで、
Ｚ_ｍは掘削孔の液面高さであり、
Δｔは時間（時間インターバル）であり、
Δｚ_ｍは時間Δｔにおける液面高さの変化量であり、
ｑ_ｉｎは算出される掘削孔への流入量であり、
Ａ_ｗは掘削孔の断面積であり、
η_０，…，η_ｋは掘削孔への流入を模擬する数学モデルのパラメータである。

これらの式は同様にパラメータ線形形式の形態で存在しているので、掘削孔への流入の算出にあたっては、十分に公知である一般的な方法でパラメータを求めることができる。

本発明による方法は、ポンプ装置が膨張容器へ流体を送出する用途については、ポンプが流体を送出する設備の膨張容器内の圧力の時間的変化に基づいて、生起した運転点での送出量を判定することを更に含み、更に、一方ではポンプの運転時の容器圧力の時間的変化を、他方ではポンプの運転停止時の容器圧力の時間的変化を、それぞれ予め設定された時間にわたって考慮するのが好ましい。

このために本方法の好ましい発展形態では、次式を用いてポンプの送出量を判定する。

ここで、
ｑ_ｏｕｔは設備から送出される送出量であり、
ｑ_ｐｕｍｐはポンプの送出量であり、
ｐ_ｏｕｔは膨張容器の圧力であり、
Δｔは時間（時間インターバル）であり、
Δｐ_ｏｕｔは時間Δｔにおける膨張容器の圧力変化量であり、
Ｋ_ｅは膨張容器の定数である。

ここでは、下記数１０に示す微分商が簡略化されて下記数１１に示す微分商で代用されているが、このことは、一般には、十分な個数の運転点を生起していれば問題はない。

本発明の方法によれば、特に請求項９又は請求項１０に式（ａ）又は式（ｂ）で記載されているような部分ポンプモデルに基づいて、ポンプの後の運転時に、流量計や流量測定用のセンサを用いることなく、送出量を判定することができるという利点がある。すなわち、例えばモータの消費電力や周波数といった電気的特性可変量と圧力測定値とのみに基づいて送出量を判定することができるという利点がある。それゆえ、場合により、設備の他の可変量も判定することができ、例えば井戸に流入する液体量やシステムに流入する液体量などを判定することができる。

本発明による方法の発展形態では、ポンプ装置の機能を監視するために本方法を用いることも可能であり、このために特性値、特にパラメータを時間的間隔を空けて新たに決定し、新たに決定したパラメータと以前に決定したパラメータとを比較する。これらの値が予め設定された所定の許容範囲内に入っている場合には、ポンプ装置の機能は変わらずに保たれていると考えることができる。これに対し、新たに決定された値が以前に決定された値と明らかに、又は著しく相違している場合には、例えばシール材での漏れ（非密閉性）、軸受の不良による摩擦の増大などによって、ポンプの機能に不具合があると判断される。

本発明による方法の発展形態で意図されるように、部分ポンプモデルの特性値、特にパラメータだけでなく、完全なポンプモデルの特性値も、一般には請求項９又は請求項１０及び請求項１１に記載されているような特性値も、時間的間隔を空けて判定されて比較されると、ポンプ装置の効率すなわちその効率性を監視することさえ可能となる。このために、ポンプモデルによって、例えば効率曲線がポンプの送出に依存して模造され、これにより、部分領域だけでも各曲線を比較すれば性能低下を目視で確認することができる。

本発明による方法は、例えば周波数変換器のデジタル制御部の一部であり得る相応の制御装置を用いて、特性値を自動的に決定し、処理することによって、自動的に実行することが好ましい。このために、まず複数の流体力学的運転点を自動的に生起する同定モードでポンプ装置を運転し、特性値、特にパラメータを決定し、次に、運転モードへと移行し、この運転モードでは、設備の運転可変量を判定するために、特にポンプ装置の送出量を判定するために、以前に決定した特性値を用いる。一定の時間後に、ポンプ装置の監視のために特性値を新たに決定しなければならないときには、ポンプ装置が再び同定モードへと移行し、特性値を新たに決定し、そして、新たに決定した値を以前に決定した値又は最初に決定した値と比較する。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。

本発明による方法の適用可能性に関する略図である。 排水技術でポンプ装置を使用する設備を示す概略図である。 図２の設備における液面高さの時間的変化と、これから導き出すことが可能なポンプの送出量（吐出流量）とを示す図である。 図３の関連図であり、各送出インターバルよりも短い時間インターバルを基準としたポンプの送出量の検出を示す図である。 掘削孔とポンプ装置とを備える設備を示す概略図である。 ポンプ装置が補償容器に流体を送出する設備を示す概略図である。 圧力の時間的変化の判定とその評価とを示す図である。 送出量に対する効率を表す曲線を示す図である。

図１に示すように、同定モード１にてポンプ装置を同定する。すなわち、少なくとも２つの、ただし好ましくは多数の運転点を生起し、各運転点でのモータの電力、モータの回転速度（回転数）又は簡略化してモータの供給電圧の周波数、及び、ポンプが提供する送出圧（吐出圧）を判定することによって、ポンプ装置の特性値（特性可変量）を決定する。また、各運転点での送出量（吐出流量）を設備側で判定する。この同定モード１が完了すると、式（ａ）のパラメータγ_１〜γ_３又は式（ｂ）のパラメータγ_０〜γ_３を決定してから、式（ａ）や式（ｂ）を用いて、その後の運転モード２でポンプの送出量（吐出流量）を判定することができる。

一方、ポンプ装置の機能、もしくは出力を監視しようとする場合には、同定モード１と運転モード２とを絶えず切り換えることが必要であり、その様子は図１の左側の部分に示されている。同定モード１ではパラメータを同様に決定し、次いで、ポンプ装置が運転モード２で作動して、予め設定された時間（例えば１時間あるいは１週間）の後、再び同定モード１に戻り、そこでパラメータを再度決定する。この新たに決定したパラメータと以前に決定したパラメータとを比較することにより、最も単純な形態でポンプの機能の評価が可能になり、更には図８を参照して説明するような効率変化の検出が可能になる。後者のためには式（ａ）及び式（ｃ）のパラメータか、又は、式（ｂ）及び式（ｃ）のパラメータの検出が必要であり、これに対して純粋な機能監視のためには式（ａ）もしくは式（ｂ）又は式（ｃ）のパラメータの検出をすれば足りる。

図２には、一例として、縦穴から排水を送出するために設けられた設備が示されている。図２の縦穴３は、この種の設備で普通にあるように、上方に向かって開口する容器の形態で構成されている。液面高さ４は、液体が流入量ｑ_ｉｎで流入すると上方へと移り、ポンプが運転されると（例えばポンプのスイッチが入ると）送出量（吐出流量）ｑ_ｐｕｍｐに応じて下方に移る。ポンプは、吸込側と圧力側（吐出側）との間の差圧である圧力ｐで送出をする。このとき縦穴３への流入は一定ではないが、時間（時間インターバル）Δｔを通して平均化すれば、ほぼ一定であると想定される。ここで、流入量の平均値は以下数１２で表される。

そして、縦穴３の断面積に基づいて液面高さ４の変化から流入量が得られ、また、ポンプが排出をして液面高さ４が下がったときには流出量ｑ_ｏｕｔが得られる。ポンプが排出をしている時間中にも液体が縦穴３へ流れ込み、すなわちｑ_ｉｎはほぼ一定に保たれるので、流出量ｑ_ｏｕｔとｑ_ｉｎとに基づいてポンプの送出量が得られる。

これを具体的にどのように判定するのかについて、図３を参照しながら説明する。この図は、時間ｔに依存する縦穴３の充填高さを示している。図３の第１の測定インターバル６では、ポンプの運転が停止している時間（例えばポンプのスイッチがオフになっている時間）に、変化する充填高さが時間Δｔにて検出されて、縦穴断面積Ａ（ｈ）と乗算される。この結果、単位時間あたりに縦穴３へ流れ込む流入量ｑ_ｉｎが得られる。これに続くインターバル７ではポンプが運転され、液面高さ４が再びインターバル６の開始時に有していた当初の高さになるまで、第１の運転点での運転が継続される。これによりポンプの送出量ｑ_ｐｕｍｐを求めることができる。このことは後続するインターバル８、９でも同様の仕方で行うことができ、これらインターバルでは流入量ｑ_ｉｎが増えており、このためポンプはインターバル９で、当初の液面高さまで再び達するのに長い時間を必要とする。このようにして２つの運転点を生起し、これら運転点にて、部分ポンプモデルを表す式（ａ）を用いて、この式のパラメータを、少なくとも本方法を有意義に適用可能である程度にまで決定することが可能である。しかしながら、ここにおいて、更に別の運転点でも運転するのが好都合であり、これは必ずしも連続的に実行される必要はなく、時間的間隔を空けて同定モード１で実行可能である。

図３に示すように、ここで用いられている方法では、ポンプの運転停止時に、縦穴への流入量が時間全体を通じて判定される。これに関しては、図４に示す方法のほうが好都合である。図４に示す方法では、インターバル１０及び１１が部分時間域Δｔ_１〜Δｔ_９に区分されており、これら時間域Δｔはランダムにもしくは無作為に選択することができ、これによってある程度の統計的な分布が得られる。

図５には設備が示されており、この設備では、掘削孔１３内に配置されたボアホールポンプ１２としてポンプ装置が構成されている。ボアホールポンプ１２は、掘削孔１３内に溜まった水を地上に送出する。図５には、掘削孔１３の現在の水位すなわち液面高さが符号Ｚ_ｗで示されている。符号Ｚ_ｇは地下水の水位を表し、すなわちポンプで排出が行われなければ生じるはずの水位を表し、符号Ｚ_ｆはフィルタ入力圧を表し、すなわち、一般には砂によって井戸縦穴の周囲を囲むように形成されるフィルタを透過するために周囲で必要となる水位を表す。縦穴３を参照して先に説明したポンプの送出液を判定する原理は、この設備では限定的にのみ、すなわち比較的高い不正確さでのみ結果をもたらす。なぜなら、縦穴３の場合と異なり、掘削孔１３への流入量は液面高さＺ_ｗの関数であり、すなわち、掘削孔の液面高さＺ_ｗが高いほど流入量は少なくなるからである。これを考慮に入れるために、この設備では、ｑ_ｉｎすなわち単位時間あたりに流入する液体の流入量を判定するために式（ｆ）及び式（ｇ）が用いられる。前述の線形形式（一次形式）でパラメータ化された式（ｆ）及び式（ｇ）は、パラメータ同定により、通常の手法で解くことができる。尚、パラメータ同定については、この種の設備でそれ自体公知なのでここでは詳細な説明を省略する。

図６に示す設備では、ポンプ１４は膨張容器１５すなわち閉じた容器１５へ流体を送出する。この容器には充填度に応じて程度の差こそあれ圧縮された圧縮可能な気体が少なくとも部分的に充填されており、すなわち膨張容器１５の内部の圧力は可変である。ここで送出量については、流出（ｐ_ｏｕｔ）も流入（ｐ_ｉｎ）も容器１５の内部の圧力に依存して決まるので、ポンプの送出量を判定するために、膨張容器内ないし排出配管の端部における圧力ｐ_ｏｕｔと、圧力変化量Δｐ_ｏｕｔと、膨張容器の定数Ｋ_ｅとに依存して送出量を考慮する式（ｈ）を用いる。ここにおいても、図４を参照して説明したように、ポンプの運転が停止している時間インターバル１６と、ポンプが運転している時間インターバル１７とを、例えば多数の時間インターバルΔｔ_１〜Δｔ_９に区分し、これら時間インターバルで生じる圧力変化量Δｐ_ｏｕｔを検出し、このようにして結果の精度を向上させるのが好都合である。

当然ながら、図３、図４、及び図７を参照して一例として説明するどの測定においても、こうした測定を適宜反復して異なる運転点を検出し、そして、式（ａ）、式（ｂ）、及び（ｃ）により形成される部分ポンプモデルのパラメータを決定する。運転点を多く生起するほど、その後の運転時の、すなわち運転モードでの、ポンプの送出量の判定がより正確になる。これは特にポンプの効率のようなポンプ機能の監視にとって、いっそう重要である。

図８は、部分ポンプモデル（ｂ）及び（ｃ）によって形成され、送出量（吐出流量）に対するポンプの効率ηを表す２つの曲線を一例として示している。曲線１８は運転開始時に取得されたものであり、これに対して曲線１９は相当な運転時間の経過後に、すなわち１回又は複数回だけ運転モードへの切換がなされた後に、例えば５ヶ月後に、取得されたものである。これら曲線が示すように、ポンプ装置の効率はポンプの送出可能範囲のほぼ全域にわたって低下している。このことは、例えば、ポンプ内部での漏れ（リーク）の発生を示唆しているかもしれない。リークが発生すると、送出流の一部が短絡的に流れる。
出願当初の請求項は以下の通りであった。
〔請求項１〕
設備に組み込まれて速度制御装置を有する電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置の特性値、特にパラメータを、前記モータ及び／又は前記速度制御装置の電気的可変量と、前記ポンプで生成される圧力と、に基づいて決定する方法であって、
前記ポンプの少なくとも２つの異なる運転点を順次生起し、
前記生起した運転点での送出量を設備側で判定し、
前記判定した送出量に基づいて前記特性値を決定する、
ポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項２〕
前記パラメータは、前記モータ及び／又は前記ポンプのモデル法則に従う関数の一部であり、好ましくはパラメータ線形形式の関数の一部である、請求項１に記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項３〕
前記送出量を規定する関数は、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第１の項と、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第２の項と、を少なくとも含んで構成され、前記第１及び第２の項がそれぞれ前記パラメータのうちの１つと乗法的に組み合わされる、請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項４〕
前記パラメータは、ポンプモデルの少なくとも一部を構成し、かつ、下記式（ａ）のように組み合わされ、

ここで、
ｑは前記ポンプの送出量であり、
ｐは前記ポンプの送出圧であり、
ω _ｒ は前記ポンプの回転速度であり、
Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
γ _１ 〜γ _３ は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項５〕
前記パラメータは、ポンプモデルの少なくとも一部を構成し、かつ、下記式（ｂ）のように組み合わされ、

ここで、
ｑは前記ポンプの送出量であり、
ｐは前記ポンプの送出圧であり、
ω _ｒ は前記ポンプの回転速度であり、
Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
γ _０ 〜γ _３ は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項６〕
前記パラメータは、ポンプモデルの好ましくは別の一部を構成し、かつ、下記式（ｃ）のように組み合わされ、

ここで、
ｐは前記ポンプの送出圧であり、
ω _ｒ は前記ポンプの回転速度であり、
Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
θ _０ 〜θ _８ は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項７〕

及び、

を適用し、
ここで、ω _ｅ は前記モータの電圧源の周波数であり、Ｐ _ｅ は前記モータで消費される電力である、
請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項８〕
前記ポンプは、前記設備の一部を構成する少なくとも１つの掘削孔より液体を送出し、
前記掘削孔の液面高さの時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定し、この送出量の判定では、前記ポンプの運転時と運転停止時とにおける前記掘削孔の液面高さの変化及びこの変化に基づいて得られる流入量及び流出量を比較する、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項９〕
前記掘削孔への流入量を下記式（ｆ）及び式（ｇ）を用いて判定し、

ここで、
Ｚ _ｍ は前記掘削孔の液面高さであり、
Δｔは時間であり、
Δｚ _ｍ は時間Δｔにおける液面高さの変化量であり、
ｑ _ｉｎ は算出される前記掘削孔への流入量であり、
Ａ _ｗ は前記掘削孔の断面積であり、
η _０ ，…，η _ｋ は前記掘削孔への流入を模擬する数学モデルの前記パラメータである、
請求項８に記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項１０〕
前記ポンプは前記設備の縦穴より液体を送出し、
前記縦穴の液面高さの時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定し、更に、この送出量の判定では、前記ポンプの運転時の前記縦穴の液面高さの変化及び前記ポンプの運転停止時の前記縦穴の液面高さの変化と、前記縦穴の形状とを考慮する、請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項１１〕
前記ポンプは前記設備の膨張容器内に流体を送出し、
前記膨張容器内の圧力の時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定し、更に、この送出量の判定では、前記ポンプの運転時の前記膨張容器内の圧力と、前記ポンプの運転停止時の前記膨張容器内の圧力とを考慮する、請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
〔請求項１２〕
前記ポンプの送出量を下記式（ｈ）を用いて判定し、

ここで、
ｑ _ｏｕｔ は前記設備から送出される送出量であり、
ｑ _ｐｕｍｐ は前記ポンプの送出量であり、
ｐ _ｏｕｔ は前記膨張容器の圧力であり、
Δｔは時間であり、
Δｐ _ｏｕｔ は時間Δｔにおける膨張容器の圧力変化量であり、
Ｋ _ｅ は前記膨張容器の定数である、
請求項１１に記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項１３〕
請求項４又は請求項５に記載のポンプモデルの一部を運転時の前記ポンプの送出量の判定に用いる、請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項１４〕
前記特性値を時間的間隔を空けて新たに決定し、前記ポンプ装置の機能の監視のために、新たに決定した前記特性値と以前に決定した前記特性値とを比較する、請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項１５〕
請求項４又は請求項５に記載のポンプモデルと請求項６に記載のポンプモデルとを用いて前記ポンプの流体力学的出力を判定し、時間的間隔を空けて前記ポンプの流体力学的出力を新たに判定し、前記ポンプ装置の出力性能を監視するために、新たに判定した前記ポンプの流体力学的出力と以前に判定した前記ポンプの流体力学的出力とを比較する、請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
〔請求項１６〕
前記特性値を同定モードにて好ましくは自動的に決定し、次にこの決定した前記特性値を運転モードにて前記設備の運転可変量の判定に用い、特に前記ポンプ装置の運転可変量の判定に用いる、請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。

１ 同定モード
２ 運転モード
３ 縦穴
４ 液面高さ
６、７、８、９ 図３のインターバル
１０、１１ 図４のインターバル
１２ ボアホールポンプ
１３ 掘削孔（ボアホール）
１４ ポンプ
１５ 膨張容器
１６、１７ 図７のインターバル
１８、１９ 図８の曲線
Ｚ_ｇ 地下水位
Ｚ_ｆ フィルタ入力圧
Ｚ_ｗ 井戸の水位

Claims (16)

1. 設備に組み込まれて速度制御装置を有する電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置であって、かつ、前記設備の液体を送出する遠心ポンプを備える前記ポンプ装置の、パラメータである特性値を、前記モータ及び／又は前記速度制御装置の電気的可変量と、前記ポンプで生成される圧力と、に基づいて決定する方法において、
   前記ポンプの少なくとも２つの異なる運転点を順次生起するステップと、
   前記設備の液面高さの時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定するステップと、
   前記判定した送出量に基づいて前記特性値を決定するステップと、
   を含む、
   ポンプ装置の特性値の決定方法。
2. 前記ポンプは、前記設備の一部を構成する少なくとも１つの掘削孔より液体を送出し、
   前記送出量を判定するステップでは、前記ポンプの運転停止時と運転時とにおける前記掘削孔の液面高さの変化及びこの変化に基づいて得られる流入量及び流出量を比較することにより、前記送出量を判定する、請求項１に記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
3. 設備に組み込まれて速度制御装置を有する電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置であって、かつ、前記設備の縦穴より液体を送出する遠心ポンプを備える前記ポンプ装置の、パラメータである特性値を、前記モータ及び／又は前記速度制御装置の電気的可変量と、前記ポンプで生成される圧力と、に基づいて決定する方法において、
   前記ポンプの少なくとも２つの異なる運転点を順次生起するステップと、
   前記縦穴の液面高さの時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定するステップと、
   前記判定した送出量に基づいて前記特性値を決定するステップと、
   を含む、
   ポンプ装置の特性値の決定方法。
4. 前記送出量を判定するステップでは、前記ポンプの運転時の前記縦穴の液面高さの変化及び前記ポンプの運転停止時の前記縦穴の液面高さの変化と、前記縦穴の形状とを考慮して前記送出量を判定する、請求項３に記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
5. 設備に組み込まれて速度制御装置を有する電動モータ駆動式の遠心ポンプ装置であって、かつ、前記設備の膨張容器内に流体を送出する遠心ポンプを備える前記ポンプ装置の、パラメータである特性値を、前記モータ及び／又は前記速度制御装置の電気的可変量と、前記ポンプで生成される圧力と、に基づいて決定する方法において、
   前記ポンプの少なくとも２つの異なる運転点を順次生起するステップと、
   前記膨張容器内の圧力の時間的変化に基づいて、前記生起した運転点での送出量を判定するステップと、
   前記判定した送出量に基づいて前記特性値を決定するステップと、
   を含む、
   ポンプ装置の特性値の決定方法。
6. 前記送出量を判定するステップでは、前記ポンプの運転時の前記膨張容器内の圧力と、前記ポンプの運転停止時の前記膨張容器内の圧力とを考慮して前記送出量を判定する、請求項５に記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
7. 前記パラメータは、前記モータ及び／又は前記ポンプのモデル法則に従う関数の一部である、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
8. 前記送出量を規定する関数は、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第１の項と、流体力学的出力に依存する可変量及び／又は電気的出力に依存する可変量を含む第２の項と、を少なくとも含んで構成され、前記第１及び第２の項がそれぞれ前記パラメータのうちの１つと乗法的に組み合わされる、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
9. 前記パラメータは、ポンプモデルの少なくとも一部を構成し、かつ、下記式（ａ）のように組み合わされ、
   

   

   ここで、
   ｑは前記ポンプの送出量であり、
   ｐは前記ポンプの送出圧であり、
   ω_ｒは前記ポンプの回転速度であり、
   Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
   γ_１〜γ_３は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
   請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
10. 前記パラメータは、ポンプモデルの少なくとも一部を構成し、かつ、下記式（ｂ）のように組み合わされ、
    

    

    ここで、
    ｑは前記ポンプの送出量であり、
    ｐは前記ポンプの送出圧であり、
    ω_ｒは前記ポンプの回転速度であり、
    Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
    γ_０〜γ_３は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
    請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
11. 前記パラメータは、ポンプモデルの別の一部を構成し、かつ、下記式（ｃ）のように組み合わされ、
    

    

    ここで、
    ｐは前記ポンプの送出圧であり、
    ω_ｒは前記ポンプの回転速度であり、
    Ｔは前記ポンプの駆動トルクであり、
    θ_０〜θ_８は部分ポンプモデルの前記パラメータである、
    請求項９又は請求項１０に記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
12. 

    及び、
    

    

    を適用し、
    ここで、ω_ｅは前記モータの電圧源の周波数であり、Ｐ_ｅは前記モータで消費される電力である、
    請求項９〜請求項１１のいずれか１つに記載のポンプ装置の特定値の決定方法。
13. 請求項９又は請求項１０に記載のポンプモデルの一部を運転時の前記ポンプの送出量の判定に用いる、請求項９又は請求項１０に記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
14. 前記特性値を時間的間隔を空けて新たに決定し、前記ポンプ装置の機能の監視のために、新たに決定した前記特性値と以前に決定した前記特性値とを比較する、請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
15. 請求項９又は請求項１０に記載のポンプモデルと請求項１１に記載のポンプモデルとを用いて前記ポンプの流体力学的出力を判定し、時間的間隔を空けて前記ポンプの流体力学的出力を新たに判定し、前記ポンプ装置の出力性能を監視するために、新たに判定した前記ポンプの流体力学的出力と以前に判定した前記ポンプの流体力学的出力とを比較する、請求項１１に記載のポンプ装置の特性値の決定方法。
16. 前記特性値を同定モードにて自動的に決定し、次にこの決定した前記特性値を運転モードにて前記設備の運転可変量の判定に用いる、請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載のポンプ装置の特性値の決定方法。

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