JPH0434139A - 高架水槽を有する給水設備の揚水ポンプ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高架水槽を有する給水設備の揚水ポンプ駆動制
御方法に係り、詳しくは、複数台の揚水ポンプから高架
水槽等のバッファータンクを有する給水設備に給水する
と共にこの給水設備から給水量の変動する設備に給水す
る際に、従来実施されている高架＊槽水位による変速運
転の不能な定速揚水ポンプの台数制御方式に加えて、変
動水量と同等以上の給水能力を有する変速運転の可能な
可変速揚水ポンプの回転速度を高架水槽の水位に応じて
制御Ｉすることを組み合せて運転し、水槽内水位変化を
少なくし、揚水ポンプの電動機運転回数を減少させるよ
うにした高架水槽を有する給水設備の揚水ポンプ駆動制
御方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 従来から、製鉄所をはじめ各種用本型産業では大量の工
業用冷却＊を循環使用しており、使用先給水条件が圧カ
一定で水量変動が多い場合には高架水槽を設置し、高架
水槽の水位や圧力を検出して定速揚水ポンプを始動停止
制御することが一般的であり、この方法は省エネルギー
面からの効果も大きい。

高架水槽は所望の給水圧力を得る為に通常地上３０〜４
０ｍ程度の高所に設置されるのが普通でその容量は大き
い程運用に便利であるが、投資費用が莫大となる為、そ
の容量を小容量例えば１００〜５００ｍＪに選定される
のが一般的である。

その為、高架水槽の容ｌに比較して給水量使用量の変動
が多い場合や揚水ポンプの単機容量が大きい場合は揚水
するポンプの始動’？！止）頻度が多くなることは避け
られない。

第１図の実線部分は従来技術の説明用フロを示すもので
あって、ｌｌ１１１〜＆９の複数台の各定速揚水ポンプ
１０で高架水槽１へ揚水しこの高架水槽がら給、水先工
場１５の必要とする冷却水を吐出弁（バルブ）１４を開
閉選択により供給する。各揚水ポンプ１０は高架水槽１
の水位と連動して始動（停止）制御されるのが一般的で
水位が下がれば第１水位検出装Ｍ２の信号０〜＋により
各揚水ポンプ１０を始動させて高架水槽１の水位を上昇
させ、水位が十分上昇すれば第１水位検出装置２の信号
ＯＦＦ、により揚水ポンプ１０を停止するように運転さ
れる。揚水ポンプの始動（停止１頻度は第１図に示す高
架水槽容＠　Ｑ　Ｉ’、揚水Ｉ　Ｑ　、　ｍ’　、’　
ｔ＋、給水量０２ｍ’＋’ｈの相関により大巾に増減す
るが、例えば第３図（ａｌの従来技術の運転パターンに
示される高架水槽水位変化の実積では始動が８〜９分、
１回となっており、これを単純年間換算すると６万回と
なるが、揚水ポンプの自動制御は一般にサイクリック運
転指令を出すように組まれているので実際の始動回数は
年間３０００〜２００００回程度となる。従来技術はこ
の始動頻度の多さが給水設備のトラブル多発の主要な原
因となっており、信頼度を下げる大きな欠点となってい
る。

高架水槽１を有する給水設備は給水量に一定圧力の給水
ができ、給水ＩＱ２に応じた各揚水ボン７の運転が可能
で省エネルギー型であり、かつ非常時の保安水を確保で
きると言う大きな牟り点がある。

しかしながら、変動する給水＠０２に対して容量的に制
約された小容量の高架水槽を使用する場合、揚水ポンプ
駆動用電１ｌＩＲの高頻度始動は原理上避けられない。

一般に定速揚水ポンプの駆動電動機としてかご形層導電
動機が使用されるため、電動機の始動時に定格運転時の
５〜８倍の大きな始動電流が流入する。このため、高頻
度始動ではその大きな始動電流に起因する電気的、機械
的ストレスが電動機に対し頻繁に繰返され、その結果、
電動機固定子巻線の過熱、回転子のバー切れならびに電
気回路開閉器の接点の損耗溶着等々のトラブルを惹起し
、これが従来技術の大きな欠点となっている。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題の解決を目的とし、興体的には、従来
技術の運転パターン例では揚水ポンプの年間換算始動頻
度が３０００〜２００００回と多く、この始動頻度の数
値は電動機および開閉器の設計能力がら見て非常に過酷
な使用条件で運転されるため、トラブル頻発の原因とな
っているが、このように始動頻度の多い揚水ポンプの始
！！ｌＩ頻度を低減させる揚水ポンプの運転方法を提案
することを目的とする。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 すなわら、本発明は、複数台の１＠水ポンプから高架水
槽を有する給水設備に給水すると共に高架水槽から使装
置の変動する設備に給水する際に、高架水槽内に下限な
らびに上限の水位を検出する第１水位検出装置と口の第
１水位検出装置の下限ならびに上限の水位よりそれぞれ
上部の水位を検出する第２水位検出装置とを設け、第１
水位検出装置により検出された下限水位信号に基づいて
少なくとも１台の変速運転の不能な定速ｉ水ポンプの運
転を開始し、上限水位信号により運転を停止するととも
に、第２水位検出装置により検出された下限水位信号に
基づいて他の少なくとも１台の変速運転の可能な可変速
揚水ポンプを高速で運転し、上限水位信号により低速運
転に切換えることにより、使用量の変動する設備の給水
量に応じて揚水歯を制御することを特徴とする。

以下、本発明の手段たる構成ならびにその作用について
説明すると、次の通りである。

本発明者等は高架水槽の水位の変動に応じて揚水ポンプ
を始動するように構成した従来技術の給水パターンでは
その始動頻度を低下させることが困難であることから、
始動頻度を低下させる方法について検討したところ、高
架水槽１から給水光工場１５に給水される給水□□□０
□は第２図に示すように時間経過に従ってベース量に変
動量を規則的に加えた変動を示すことがら、口の変動量
に応するように回転速度制御を行なうポンプを最適に選
び（数台および変速範囲等）、従来技術方式に組み入れ
ることにより水量変化の大部分を回転速度制御対象ポン
プで吸収することが可能となり、他の速度を制御しない
定速運転のポンプ群の始動頻度を著しく低下させること
がわがった。

更に進んで研究を行い、この研究に基づいて本発明は成
立したものである。

本発明者等の研究によれば、揚水ポンプは２乗ｉｇトル
ク負荷で始動トルクは定格トルクの１０％以下であるの
に対し、可変電圧可変周波数電力変換＋ＶＶＶＦｌ装置
により誘導電動機を駆動するようにすれば、始動トルク
は、ＶＶＶＦｉ置の方式によって異なるものの３０〜１
００％で、かつ始動電流は１２０％以下に抑制可能で問
題ないこと、また、電動機の熱（電気）的ならびに機械
的ストレスは、流入電流の２乗に影響されるのでＶＶＶ
Ｆ装置で始動すれば従来技術の商用用ン皮数電源で減さ
れる。

従って、始動時の過酷な条件が除去され設備の信頼度を
著しく向上させることが可能となるという結果が得られ
た。

以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

なお、第１図は本発明の実施に用いられる装置のフロー
を示す説明図であり、第２図は時間経過と給水量との関
係を示すグラフであり、第３図ｔａ＋ならびに（旧はそ
れぞれ高架水槽の水位変化を示し、＋ａｌは従来技術な
らびに（旧は実施例の各運転パターンのグラフである。

第１図に従って説明する。

まず、本発明法は第１図の従来技術で使用されている方
式（第１図実線部分）に新しく回転数制御方式（第１図
破線部分）を組入れて従来技術方式の欠点を解決するよ
うにしたものである。

高架水１＋に従来ＶＬ術の下限＋ＯＮ＋　＋ならびに上
限１ＯＦＦ、　ｌの水位レベルを検出し発信する第１水
位検出装Ｗ１２とは、別に前記ＯＮ、　、ＯＦＦ、より
それぞれの上部に設定された下限１ＯＮ２１ならびに上
限ｔＯＦＦ２＋の水位レベルを検出発信する第２水位検
出装Ｍ３を設け、まず第１水位検出装置２のＯＮ、　、
　ＯＦＦ、の信号により高架＊？ｗにベース口の給水を
行なうとともに、第２水位検出ＨＭ３の信号ＯＮ２〜Ｏ
Ｆト２の水位変動を制御ケーブル１６を介して水位演算
装置４ならびに運転ポンプ演算装Ｍ６（コンピューター
又はシーケンサｇ装置）に与えて演算させ、その結果を
回転速度制御！ｌ！ＩＪ力盤＋ＶＶＶＦＨ置）８装出力
し、ＮＯ，１０、）１．１１の揚水ポンプ１０の回転速
度の制御を実施する。

揚水ボン７１０′の回転速度制御の範囲は０％（停止）
から１００％（定格出力）まで可能であり、ＶＶＶＦ装
置を使用すれば０％〜１００％の応答が１０秒程度で得
られることがら運用上全く問題とはならない。

運転ポンプ回転速度演算装置６は通常マイクロコンピュ
ータ−又はシーケンサ８Ｍを用いることになるが、高架
水槽容量Ｏ，揚水量Ｏ１および給水量０２のバランスに
よっては水位条件を直接ＶＶＶＦ装Ｗ１８に入れて制御
することも可能である。

本発明は全ての揚水ポンプの回転速度制御するのでは無
く、必要最小限のポンプを回転速度１１１１１１の対象
とするものである。第１水位検出装置２による揚水ポン
プ１０の運転は非常時のみに使用されることになり、通
常は第２水位検出装Ｍ３によって運転する。従って、第
２水位検出装Ｍ３によって運転される揚水ポンプ１０゛
　は少なくとも１台以上の揚水ポンプは回転速度制御可
能なものとし、他の固定容量の定速揚水ボン７１０と組
合せることとなる。

以上本発明を実施する際に用いられる装置について説明
したが、次に、その運転方法について説明する。

まず、第１水位検出装置２の下限水位レベルの信号によ
り定速揚水ポンプの運転を開始し、上限水位で揚水ポン
プの運転を停止する。次いで、第１水位検出装置２と同
様に第２水位検出装置３の下限水位レベルで可変速揚水
ポンプを始動し、高速運転を行ない、上限水位レベルで
運転速度を低下させ、低速運転にｌ、ＩＪ換え、揚水量
を制御するようにする。

実施例 第１図は従来技術部分（寅線）に本発明部分（破線）を
組み込んだ実施例の一例を小すフローであって、従来技
術部分は高架水槽１内に上下水位の検出信号を発信する
水位レベル計を設けた第１水位検出器２から制御ケーブ
ル１６を介して水位演算装置４、運転台数自動選択装置
５ならびに動力盤７に接続し、この動力盤７は動カケー
プル１７を介して９個の定速で運転される電動機９を具
えた歯１〜翫９の各揚水ポンプ１０に接続され、このポ
ンプから冷却水が吐出弁１１と揚７Ｆ、管１２を通り、
高架水槽１に接続するように構成し、更にこれに本発明
部分は高架水槽１内の第１水位検出器２の上下限水位検
出位置よりそれぞれ上部の位置において検出信号を発信
するように設けた水位レベル計を具えた第２検出器３を
制御ケーブル１６を介して水位演算装置４、運転ポンプ
回転速度演算装Ｍ６ならびにＶνＶＦ装置を内蔵した回
転速度制御動力盤８に接続し、この回転速度制御ｌｌｌ
盤８はそれぞれ２個の電動ｌｌｌＮ９′　を具えたＩ＋
６．ｉｏ、ｌｌ＠、１１の揚水ボン１１０′　に接続し
、このボン７１０から勅カケープル１７を介して冷却水
が吐出弁１１と揚水管１２を通り、高架水槽に接続する
よう構成し、この高架水槽から使用量の変動する設備に
給水量に応じて揚水量を制御するようにしたものである
。

なお、運転ポンプ回転速度制御可能６は動力盤８のＶＶ
ＶＦ菰置内蔵置内蔵シーケンサするようにし、また、実
施例では１１台のポンプで構成される設備において１ｉ
１１１０、Ｎｏ、１１の２台のポンプを駆動する電動機
９′をνＶＶＦ装置で回転速度制御して、揚水量の制御
を行なうようにしたものである。

主要機器は第３図（ｂｌに示すように高架水槽容量５０
０ｍ’、揚水ポンプ２０００　ｍ’　１）ｘ　１１台、
給水量＋２７００ｍ”　ｈ＋　１８００ｍコ１１とし、
揚水ボン７１７）稼動形態はベース運転用２台、自動■
運転用１ベースポン７で不足するＦＲ始動）３台、目１
１１１１運転用（自ｔｌｌｌｌで不足する時始動）１台
、自ａｌｌ　ＩＩＩ運転用ＬＪＩ急時始動１２台、ＶＶ
ＶＦ装置（回転速度側面）運転用２台、予備用１台で構
成した。

本発明部分の揚水ボン７１０゛　はＶＶＶＦ装置内蔵シ
ーケンサがら構成された運転ボン７回転速度潰譚装置６
による回転速原料・御をする方式を採用し、給水バラン
ス上から判断して第２木位検出装置３がらの信号ＯＮ２
で１０００ｉ；を定格運転２０００ｍ３ｔ＋−台）、０
ＦＦ２で９０％ｔ　１０００　Ｎｏ３．’　ｈ−台１と
なるよう設定した。

上記のように構成した装置を用い、まず、動力盤１を介
して第１７Ｆ、位検出装置２による揚水ポンプ１０の運
転を行ない高架水槽に揚水した後、回転速度制御動力盤
ＩＶＶＶＦ装置）８を介して第２ボ位検出装置３による
Ｎｏ、１０、ｌ、Ｈの２台の可変速揚水ポンプ１０゛　
の水槽の貯水色レベルに応じた可変速運転をしながら揚
水を行なった。

比較のために従来技術により高架本ｌ！に給水した結果
と本発明による結果をそれぞれ第３図ｉａｌならびに＋
１））に示す。

第３図（ａｌの従来技術運転パターンの天績チャトによ
ると、自動ＩＩに設定した揚水ホンプ２台は８〜９分に
１回の間隔で始動しているが、方、第３図＋１）ｌの実
施例のνＶＶＦ装置運転パターンでは約６分の間隔でν
ＶＶＦ運転ポンプが１００〜９０％間の運転を繰返して
いるのみで、他のポンプの始動は全く無いことが示され
ている。

このことより給水量変動は全てＶＶＶＦ装置により駆動
される可変速１水ポンプが９０−１００％の回転速度制
御で吸収したことになる。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明は、複数台の揚水ポ
ンプから高架水槽を有する給水設備に給水すると共に高
架水槽から使用量の変動する設備に袷ホする際に、高架
水槽内に下限ならびに上限の水位を検出する第１水位検
出ＨＭとこの第１水位検出装置の下限ならびに上限の水
位よりそれぞれ上部の水位を検出する第２水位検出装置
とを設け、第１水位検出装置により検出された下限水位
信号に基づいて少なくとも１台の変速運転の不能な揚水
ポンプの運転を開始し、上限水位信号により運転を停止
するとともに、第２水位検出装置により検出された下限
水位信号に基づいて他の少なくとも１台の変速運転の可
能な揚水ポンプを高速で運転し、上限水位信号により低
速の運転に切換えることにより、使用量の変動する設備
の給水−に応じて揚水量を制御することを特徴とする。

本来、省エネルギーを目的として開発された回転速度制
御ｌｌｌ装置の特性に着目してこれを従来技術に組み込
むことにより木口変化の大部分を回転速度制御対象ポン
プに吸収させるようにしたため、電動機の始動回数を著
しく減少させ、信頼度を向上させることができ、その効
果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いられる装置のフローを示す
説明図、第２図は時間経過と給水量との関係を示すグラ
フ、第３図（ａｌならびに（ｂｌはそれぞれ高架水槽の
水位変化を小し、ｆａｔは従来技術ならびに（旧は実施
例の各運転パタンのグラフである。 符号１・・・・・・高架水槽 ２・・・・・・第１水位検出ｇ置 ３・・・・・・第２水位検出装置（回転速度制御用）４
・・・・・・水位演算装置 ５・・・・・・運転台数自動選択装置 ６・・・・・・運転ポンプ回転速度制御装＝７・・・・
・・動力盤 ８・・・・・・回転速度制御動力盤 ９・・・・・・電動機 ９゛・・・・・・回転速度制御電動機 １０・・・・・・揚水ポンプ １０′・・・・・・回転速度制ｍｍ水ボン７１１・・・
・・・吐出弁 １２・・・・・・揚水管 １３・・・・・・給水管 １４・・・・・・バルブ １５・・・・・・給水光工場 １６・・・・・・制御ケーブル １７・・・・・・勤カケープル 第２図 □時間捺犬

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数台の揚水ポンプから高架水槽を有する給水設備
   に給水すると共に前記高架水槽がら使用量の変動する設
   備に給水する際に、前記高架水槽内に下限ならびに上限
   の水位を検出する第１水位検出装置とこの第１水位検出
   装置の下限ならびに上限の水位よりそれぞれ上部の水位
   を検出する第２水位検出装置とを設け、前記第１水位検
   出装置により検出された下限水位信号に基づいて少なく
   とも１台の変速運転の不能な揚水ポンプの運転を開始し
   、上限水位信号により運転を停止するとともに、前記第
   ２水位検出装置により検出された下限水位信号に基づい
   て他の少なくとも１台の変速運転の可能な揚水ポンプを
   高速で運転し、上限水位信号により低速の運転に切換え
   ることにより前記使用量の変動する設備の給水量に応じ
   て揚水量を制御することを特徴とする高架水槽を有する
   給水設備の揚水ポンプ駆動制御方法。