JPH06230830A - ポンプ自動切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポンプの切換を自動化して運転員の負担を軽
減すると共に、ポンプ切換時の給水流量の変動幅を低減
し、更にポンプ切換に要する時間を短縮する。 【構成】 初期ヘッダ圧力記憶部２１は、ポンプ切換開
始信号１１が与えられると、ポンプ切換前のヘッダ圧力
を初期ヘッダ圧力１２としてヘッダ圧力偏差フィードバ
ック部２２へ出力する。このヘッダ圧力偏差フィードバ
ック部２２は、上記ヘッダ圧力記憶部２１から出力され
る初期ヘッダ圧力１２と実際のヘッダ圧力１０との偏差
を計算し、開閉信号出力部２３へ出力する。一方、バイ
アス信号出力部２４は、ポンプ吸込流量に応じたバイア
ス信号１４を関数発生器により発生し、開閉信号出力部
２３へ出力する。この開閉信号出力部２３は、ヘッダ圧
力偏差の大きさに比例した速度のポンプ出口弁開信号８
及びポンプ出口弁閉信号９を出力してポンプ出口弁６，
４の開閉を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの給水系等に
用いられる複数のポンプを自動的に切換えるポンプ自動
切換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大量の水を使用するプラントの多
くは、水を供給するための給水系にコストの高い大容量
のポンプを使用する代りに、コストの低い小容量のポン
プを複数使用して大量の水を供給している。これらの小
容量の複数のポンプには、通常起動している常用ポンプ
と、常用ポンプの故障時に代りに使用する待機ポンプと
がある。この待機ポンプを備えることにより、プラント
の信頼性、及び稼働率を向上させている。これらの複数
のポンプの稼働率を平均化するために、定期的に切換が
行なわれている。現状ではこの切換操作は、手動により
ポンプ出口弁の開閉により行なわれている。

【０００３】図５に示すように、例として３台のポンプ
１〜３を有する給水系について説明する。３台のポンプ
１〜３のうち常時２台が運転されている。各ポンプ１〜
３の出口側には、ポンプ出口弁４，５，６が設けられて
いる。今、２台のポンプ例えばポンプ１，２が運転中で
あるとすると、運転中のポンプ１，２の出口弁４，５は
全開状態にあり、待機中のポンプ３のポンプ出口弁６は
全閉状態にある。２台のポンプ１，２により昇圧された
水は、ポンプ出口弁４，５を通り、給水制御弁７に導か
れる。この給水制御弁７の開閉により流量が一定に保た
れる。

【０００４】次にポンプの切換について説明する。３台
のポンプ１〜３のうち常時運転しているのは２台であ
る。３台のポンプの稼働率を平均化するために、定期的
に切換が行なわれている。例えばポンプ１，２が運転さ
れている状態からポンプ１をポンプ３に切換える場合に
ついて説明する。

【０００５】運転員は手動操作により、ポンプ出口弁開
信号８を発信する。ポンプ出口弁６はポンプ出口弁開信
号８が発せられている時間だけ開く。ポンプ出口弁６を
開くことで、それまで２台で昇圧されていたものが３台
で昇圧されるので、給水制御弁７に加わるヘッダ圧力１
０が上昇し、給水流量は増加する。そこで運転員は、給
水流量の変動に注意しながら、給水流量が増加すればポ
ンプ出口弁６を開くのを休止し、給水流量が安定してく
ると再びポンプ出口弁６を開ける。この操作を繰り返し
てポンプ出口弁６を全開する。

【０００６】ポンプ出口弁６が全開した後、ポンプ出口
弁閉信号９を発信し、ポンプ出口弁４を閉じる。ポンプ
出口弁４はポンプ出口弁６と同様にポンプ出口弁閉信号
９が発信されている時間だけ閉じる。運転員は給水流量
が減少すれば、ポンプ出口弁４を閉じるのを休止し、給
水流量が安定すると再びポンプ出口弁４を閉じる。この
操作を繰り返してポンプ出口弁４を全閉する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】給水流量は定常運転時
に比較し、ポンプ切換時には大きく変動する。この変動
がプラント運営上での信頼性、稼働率等に影響を及ぼす
場合、手動による切換を行なう運転員への負担はとても
大きい。この負担を軽減するためにも自動化が望まれて
いる。更にはヒューマンエラー防止の観点からもポンプ
の切換を自動化することが望ましい。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、ポンプの切換を自動的に行なうことができ、かつ、
切換時の給水流量の変動幅を低減し得ると共に、ポンプ
切換に要する時間を短縮し得るポンプ自動切換装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るポンプ自動
切換装置は、待機ポンプを含む複数台の給水ポンプと、
これらの各ポンプに対応して設けられたポンプ出口弁
と、これらのポンプ出口弁に対する初期のヘッダ圧力を
記憶する初期ヘッダ圧力記憶手段と、上記ポンプ出口弁
に対する初期ヘッダ圧力と実際のヘッダ圧力との偏差を
求めるヘッダ圧力偏差フィードバック手段と、ポンプ吸
込流量に応じてバイアス信号を出力するバイアス信号出
力手段と、上記ヘッダ圧力偏差フィードバック手段から
出力される偏差信号及び上記バイアス信号出力部から出
力されるバイアス信号に応じて上記ポンプ出口弁を切換
える開閉信号を出力する開閉信号出力手段とを具備した
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】初期ヘッダ圧力記憶手段は、ポンプ切換前のヘ
ッダ圧力を記憶し、ポンプ切換開始信号が与えられる
と、記憶しているヘッダ圧力を初期ヘッダ圧力としてヘ
ッダ圧力偏差フィードバック手段へ出力する。このヘッ
ダ圧力偏差フィードバック手段は、上記ヘッダ圧力記憶
手段から出力される初期ヘッダ圧力と実際のヘッダ圧力
との偏差を計算し、開閉信号出力手段へ出力する。一
方、バイアス信号出力手段は、ポンプ吸込流量に応じた
バイアス信号を関数発生器により発生し、開閉信号出力
部へ出力する。上記関数発生器は、流量に敏感な弁開度
（５０％未満）では小さいバイアス信号を発生し、流量
に鈍感な弁開度（５０％以上）では大きいバイアス信号
を発生する。上記開閉信号出力手段は、ヘッダ圧力偏差
の大きさに比例した速度のポンプ出口弁開信号及びポン
プ出口弁閉信号をポンプ出口弁に出力してその開閉を制
御する。これにより、出口弁のヘッダ圧力の変動を抑え
ることができ、給水流量の変動幅を低減することができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例に係るポンプ自動
切換装置の構成図である。図１において、２０はポンプ
自動切換装置で、初期ヘッダ圧力記憶部２１、ヘッダ圧
力偏差フィードバック部２２、開閉信号出力部２３及び
バイアス信号出力部２４からなっている。なお、給水系
の構成については図５と同様であるので、ここでは説明
を省略する。

【００１３】上記初期ヘッダ圧力記憶部２１、開閉信号
出力部２３及びバイアス信号出力部２４には、所定期間
毎にポンプ切換開始信号１１が外部より入力される。ま
た、初期ヘッダ圧力記憶部２１及びヘッダ圧力偏差フィ
ードバック部２２には、給水系の給水制御弁７に加わる
ヘッダ圧力１０がセンサにより検出されて入力される。
そして、初期ヘッダ圧力記憶部２１から初期ヘッダ圧力
１２が出力され、ヘッダ圧力偏差フィードバック部２２
へ送られる。このヘッダ圧力偏差フィードバック部２２
は、初期ヘッダ圧力１２と給水系の実際のヘッダ圧力１
０との差をヘッダ圧力偏差フィードバック信号１３とし
て開閉信号出力部２３へ出力する。更に、この開閉信号
出力部２３には、バイアス信号出力部２４からバイアス
信号１４が与えられる。バイアス信号出力部２４は、給
水系のポンプ３に吸込まれる水の量、つまり、ポンプ吸
込流量１５をセンサにより検出して上記バイアス信号１
４を発生する。

【００１４】上記開閉信号出力部２３は、ポンプ切換開
始信号１１が与えられると、ヘッダ圧力偏差フィードバ
ック信号１３及びバイアス信号１４に基づいてヘッダ圧
力偏差の大きさに比例した速度の開閉信号８，９を発生
し、給水系のポンプ出口弁４，６に出力する。

【００１５】次に上記ポンプ自動切換装置２０における
初期ヘッダ圧力記憶部２１、ヘッダ圧力偏差フィードバ
ック部２２、開閉信号出力部２３及びバイアス信号出力
部２４の詳細について説明する。図２は、初期ヘッダ圧
力記憶部２１の詳細を示すブロック図である。

【００１６】初期ヘッダ圧力記憶部２１は、減算器３
１、スイッチ３２、ゲインＫ1 の係数器３３、積分器３
４からなり、減算器３１で給水系のヘッダ圧力１０と積
分器３４から出力される初期ヘッダ圧力１２との偏差が
減算器３１で求められ、スイッチ３２より係数器３３を
介して積分器３４へ送られる。スイッチ３２は、ポンプ
切換開始信号１１によりＯＮ／ＯＦＦ制御されるもの
で、常時はＯＮ状態でポンプ切換開始信号１１が与えら
れるとＯＦＦする。そして、積分器３４から出力される
信号が減算器３１の−側端子に入力されると共に、初期
ヘッダ圧力１２としてヘッダ圧力偏差フィードバック部
２２へ送られる。

【００１７】ヘッダ圧力偏差フィードバック部２２は、
図３に示すように、減算器３５、１次遅れ要素３６、係
数器３７からなり、初期ヘッダ圧力１２と、実際のヘッ
ダ圧力１０を１次遅れ要素３６により雑音をカットした
ものとの偏差を減算器３５により計算する。そして、こ
の偏差に対して係数器３７により適切なフィードバック
ゲインＫ2 を乗じ、その演算結果をヘッダ圧力偏差フィ
ードバック信号１３として開閉信号出力部２３へ出力す
る。図４は、開閉信号出力部２３とバイアス信号出力部
２４の詳細を示すブロック図である。

【００１８】バイアス信号出力部２４は、関数発生器３
８及びスイッチ３９からなり、関数発生器３８には給水
系の例えばポンプ３に対するポンプ吸込流量１５が入力
される。スイッチ３９は、ポンプ切換開始信号１１によ
りＯＮ／ＯＦＦされるもので、常時はＯＦＦ状態に保持
され、ポンプ切換時にのみ、つまり、ポンプ切換開始信
号１１が与えられたときのみＯＮとなる。

【００１９】関数発生器３８からは、ポンプ吸込流量１
５に応じた信号が出力され、スイッチ３９よりバイアス
信号１４として開閉信号出力部２３へ出力される。上記
関数発生器３８は、流量に敏感な弁開度（５０％未満）
では小さいバイアス信号１４を出力し、流量に鈍感な弁
開度（５０％以上）では大きいバイアス信号１４を出力
する。

【００２０】また、開閉信号出力部２３は、図４に示す
ように、スイッチ４１、加算器４２、高値選択器４３、
低値選択器４４、“０”信号発生部４５，４６からな
り、ヘッダ圧力偏差フィードバック部２２からのヘッダ
圧力偏差フィードバック信号１３がスイッチ４１に入力
される。このスイッチ４１は、ポンプ切換開始信号１１
によりＯＮ／ＯＦＦ制御され、ポンプ切換時にのみＯＮ
となる。

【００２１】スイッチ４１を介して得たヘッダ圧力偏差
フィードバック信号１３は、加算器４２に入力されてバ
イアス信号１４と加算され、開要求信号８′として高値
選択器４３に入力される。この高値選択器４３は、開要
求信号８′と“０”信号発生部４６から与えられる
“０”信号とを比較して高い値の方を選択し、ポンプ出
力弁開信号８として出力する。

【００２２】また、上記スイッチ４１を介して取り出さ
れるヘッダ圧力偏差フィードバック信号１３は、閉要求
信号９′として低値選択器４４に入力される。この低値
選択器４４は、閉要求信号９′と“０”信号発生部４６
から与えられる“０”信号とを比較して低い値の方を選
択し、ポンプ出力弁閉信号９として出力する。次に上記
実施例の動作を説明する。今例えばポンプ１，２が動作
しているものとし、この状態からポンプ１をポンプ３に
切換える場合について説明する。

【００２３】図１及び図２に示す初期ヘッダ圧力記憶部
２１は、ポンプ切換開始信号１１が与えられていない状
態では、スイッチ３２がＯＮしており、ヘッダ圧力１０
から初期ヘッダ圧力１２への伝達関数は時定数１／Ｋ1
の一次遅れと等価となり、ヘッダ圧力１０は雑音がカッ
トされ、初期ヘッダ圧力１２として出力されている。

【００２４】この状態でポンプ切換開始信号１１が与え
られると、スイッチ３２はＯＦＦとなり、積分器３４へ
の入力信号は“０”となる。このスイッチ３２がＯＦＦ
になる直前のヘッダ圧力１０が初期ヘッダ圧力１２とし
てヘッダ圧力偏差フィードバック部２２へ出力される。

【００２５】図３に示すヘッダ圧力偏差フィードバック
部２２は、初期ヘッダ圧力１２と、ヘッダ圧力１０を１
次遅れ要素３６により雑音をカットしたものとの偏差を
減算器３５により計算し、係数器３７により適切なフィ
ードバックゲインＫ2 を乗じたものを、ヘッダ圧力偏差
フィードバック信号１３として開閉信号出力部２３へ出
力する。

【００２６】一方、図４に示すバイアス信号出力部２４
は、開始信号１１によりスイッチ３９がＯＮとなり、ポ
ンプ吸込流量１５に応じたバイアス信号１４が関数発生
器３８より出力され、開閉信号出力部２３へ送られる。
この関数発生器３８により、流量に敏感な弁開度（５０
％未満）では小さいバイアス信号１４が出力され、流量
に鈍感な弁開度（５０％以上）では大きいバイアス信号
１４が出力される。

【００２７】また、開閉信号出力部２３は、開始信号１
１により、スイッチ４１がＯＮし、ヘッダ圧力偏差フィ
ードバック信号１３を取り込む。このヘッダ圧力偏差フ
ィードバック信号１３は、加算器４２に入力されてバイ
アス信号出力部２４からのバイアス信号１４と加算さ
れ、開要求信号８′として高値選択器４３に入力され
る。開要求信号８′は、“０”信号発生部４５より与え
られている“０”信号より大きいので、開要求信号８′
が高値選択器４３よりポンプ出口弁開信号８として出力
される。この弁開信号８の大きさに比例した速度でポン
プ出口弁６が開き始める。

【００２８】このポンプ出口弁６が開くことで、今まで
２台のポンプ１，２で昇圧されていたヘッダ圧力１０が
３台のポンプ１〜３で昇圧されることになり、ヘッダ圧
力１０は初期ヘッダ圧力１２よりも大きくなる。この結
果、ヘッダ圧力偏差フィードバック部２２により、負の
ヘッダ圧力偏差フィードバック信号１３が出力される。

【００２９】上記加算器４２から出力されるヘッダ圧力
偏差フィードバック信号１３とバイアス信号１４の和で
ある開要求信号８′が正である時は、開要求信号８′は
ポンプ出口弁開信号８として出力されるが、ヘッダ圧力
偏差フィードバック信号１３の負の値の分だけポンプ出
口弁開信号８は小さくなるので、弁５の開く速度は遅く
なる。その結果、ヘッダ圧力１０の上昇は抑制される。

【００３０】ヘッダ圧力１０の上昇が著しく大きい場合
は、高値選択器４３において“０”信号発生部４５から
与えられている“０”信号が選択され、ポンプ出口弁開
信号８として“０”信号が出力され、ポンプ出口弁６は
停止する。

【００３１】一方、ヘッダ圧力１０が初期ヘッダ圧力１
２より大きい時は、ヘッダ圧力偏差フィードバック信号
１３は負の値を取り、閉要求信号９′として低値選択器
４４に入力される。この場合、閉要求信号９′は“０”
信号発生部４６から出力されている“０”信号より小さ
いので、低値選択器４４において閉要求信号９′が選択
され、ポンプ出口弁閉信号９として出力され、弁１が閉
じる。この結果、ヘッダ圧力１０が減少する。

【００３２】以上のように、開閉信号出力部２３からヘ
ッダ圧力偏差の大きさに比例した速度のポンプ出口弁開
信号８をポンプ出口弁６に、ポンプ出口弁閉信号９をポ
ンプ出口弁４に出力し、ヘッダ圧力１０の変動を抑える
ことによって、給水流量の変動幅は低減される。更に、
バイアス信号出力部２４から出力されるバイアス信号１
４をポンプ吸込流量１５に応じて変化させることで、ポ
ンプ切換に要する時間が短縮される。

【００３３】なお、上記実施例では、ポンプ１をポンプ
３に切換える場合について説明したが、ポンプ３をポン
プ１に切換える場合においても同様にして行なうことが
できる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ポ
ンプの切換を自動化して運転員の負担を軽減することが
でき、更にヒューマンエラーも防止することができる。
また、ポンプの切換を自動化することにより、手動切換
に比べて切換時の給水流量の変動幅を低減することがで
きる。更に、バイアス信号出力部より出力されるバイア
ス信号をポンプ吸込流量に応じて変化させることで、ポ
ンプ切換に要する時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るポンプ自動切換装置の
構成図。

【図２】同実施例における初期ヘッダ圧力記憶部の詳細
を構成図。

【図３】同実施例におけるヘッダ圧力偏差フィードバッ
ク部の詳細を示す構成図。

【図４】同実施例における開閉信号出力部及びバイアス
信号出力部の詳細を示す構成図。

【図５】従来のポンプ自動切換装置の構成図。

【符号の説明】

１〜３…ポンプ、 ４〜６…ポンプ出口弁、７
…給水制御弁、 ８…ポンプ出口弁開信号、９
…ポンプ出口弁閉信号、 １０…ヘッダ圧力、１１…ポ
ンプ切換開始信号、１２…初期ヘッダ圧力、１３…ヘッ
ダ圧力偏差フィードバック信号、１４…バイアス信号、
１５…ポンプ吸込流量、２０…ポンプ自動切換装
置、２１…初期ヘッダ圧力記憶部、２２…ヘッダ圧力偏
差フィードバック部、２３…開閉信号出力部、 ２４…
バイアス信号出力部、３１…減算器， ３２…
スイッチ、３３…係数器、 ３４…積分器、３
５…減算器、 ３６…１次遅れ要素、３７…係
数器、 ３８…関数発生器、３９…スイッチ、
４１…スイッチ、４２…加算器、 ４
３…高値選択器、４４…低値選択器 ４５…
“０”信号発生部、４６…“０”信号発生部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 待機ポンプを含む複数台の給水ポンプ
   と、これらの各ポンプに対応して設けられたポンプ出口
   弁と、これらのポンプ出口弁に対する初期のヘッダ圧力
   を記憶する初期ヘッダ圧力記憶手段と、上記ポンプ出口
   弁に対する初期ヘッダ圧力と実際のヘッダ圧力との偏差
   を求めるヘッダ圧力偏差フィードバック手段と、ポンプ
   吸込流量に応じてバイアス信号を出力するバイアス信号
   出力手段と、上記ヘッダ圧力偏差フィードバック手段か
   ら出力される偏差信号及び上記バイアス信号出力部から
   出力されるバイアス信号に応じて上記ポンプ出口弁を切
   換える開閉信号を出力する開閉信号出力手段とを具備し
   たことを特徴とするポンプ自動切換装置。