JPH07259142A - 配水ブロック監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、配水ブロック圧力制御時にブロック
内管路事故や漏水も推定可能な多機能な配水ブロック監
視装置を提供することにある。 【構成】本発明は、水道配水管路に設置したポンプと、
前記ポンプの軸に直結した発電機と、前記発電機に接続
する抵抗負荷と減圧エネルギーを求め，発電機負荷量を
調整する制御装置と、前記ポンプ一次側と二次側の圧力
を検出する第１圧力検出手段と、前記圧力検出結果より
一次側圧力に比べて二次側圧力が低下することを検出す
る第２圧力検出手段と、前記発電機の出力回路を切り換
え外部の電気エネルギーを前記発電機に供給するエネル
ギー供給手段とから構成されているので、減圧調整のみ
であった配水圧力調整が、減圧・増圧調整とも可能とな
り、また配水圧力調整の無段階圧力調整が可能となると
ともに自然流下系の水頭エネルギーを、制御用電源とし
て再利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は上水道の配水管の圧力制
御とブロック化された配水ブロックの監視制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】標高の高い配水池から自然流下で市内の
配水管網に配水する上水道配水システムにおいて、標高
差による水頭エネルギーを減圧する手段として減圧弁が
使われている。この減圧弁は水の位置エネルギーをサー
ジタンクを利用して低減するものであり、無段階調整が
できないことからその用途は粗い配水圧力切り換え程度
の圧力調整に限られていた。また、送水ポンプ等の動力
を費して、配水池に揚水した水のエネルギーも減圧弁で
浪費されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の上水道廃水システムにおける減圧弁の用途は粗い配水
圧力の調整程度に限られていたが、自然流下でも一時的
に圧力を加えて圧送する必要性も高まっており、減圧・
増圧とも可能で，無段階によるきめ細かな圧力制御が求
められるようになってきた。

【０００４】また、配水池から市内の配水管網に配水す
る過程において、配水池にあった水の位置エネルギー
は、自然流下によって放出される上、減圧弁によって浪
費されている。

【０００５】さらに、配水ブロック監視を行う地上局に
おいては、配水ブロックへ供給される水の圧力・流量監
視を行うとともに水の圧力・流量データを用いること
で、配水ブロック内の需要端圧力を適正値に保つような
制御方法や適正値と大きく異なる事故、漏水等を検出す
る高度な監視・制御機能が求められるようになってき
た。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は自然流下配水系統でも無段階配水圧力調
整ができるとともに、配水池に蓄えられた水の位置エネ
ルギーを減圧時に回収し、さらに配水ブロック圧力制御
時にブロック内管路事故や漏水も推定可能な多機能な配
水ブロック監視装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の配水ブロック監視装置は、水道配水管路に
設置し，自然流下系の水頭エネルギーを機械エネルギー
に変換するポンプと、前記ポンプの軸に直結し，機械エ
ネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発
電機に接続する抵抗負荷と減圧エネルギーを求め，発電
機負荷量を調整する制御装置と、前記ポンプ一次側と二
次側の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記圧力検
出結果より一次側圧力に比べて二次側圧力が低下するこ
とを検出する第２圧力検出手段と、前記発電機の出力回
路を切り換え外部の電気エネルギーを前記発電機に供給
するエネルギー供給手段とから構成されたことを特徴と
する。

【０００８】

【作用】本発明によれば、減圧調整のみであった配水圧
力調整が、減圧・増圧調整とも可能となり、また配水圧
力調整の無段階圧力調整が可能となるとともに、自然流
下系の水頭エネルギーを制御用電源として再利用するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図を参照して説明する。図１
は、本発明の第１実施例の構成図である。同図に示すよ
うに、配水池１に貯水された水は配水本管２を流れる。
この配水本管２にはポンプ本体３を介して等高位配水ブ
ロック４が接続されている。また、ポンプ本体３にはカ
ップリング５を介して直流発電機６が直結されている。
直流発電機６の出力端子は可変抵抗器７に接続され、こ
の可変抵抗器７の抵抗値は制御装置８によって制御され
る。この直流発電機６はポンプ本体３の減圧のためのブ
レーキとして作用する。直流発電機６がブレーキとして
作用するエネルギー量は、可変抵抗器７の抵抗値で決ま
る。制御装置８は、内部に図３における配水流量曲線１
１と、配水圧力曲線１２と、配水圧力目標曲線１３が記
憶されている。直流発電機６のブレーキとして作用する
エネルギー量Ｗｔは下記（１）式により求められる。

【００１０】Ｗｔ＝９．８×Ｐｔ×Ｑｔ×ｋ …（１） ここで、Ｗｔ：ｔ時におけるブレーキエネルギー量 Ｐｔ：ｔ時における圧力偏差 Ｑｔ：ｔ時における配水流量 ｋ ：定数 従ってｔ時における圧力偏差Ｐｔと配水流量Ｑｔが得ら
れると、上記（１）式から、Ｗｔが求まり、これにより
可変抵抗器７の抵抗値を求め、ポンプ本体を制御するこ
とができる。

【００１１】次に、本実施例の作用を配水ブロック監視
路上局と，上水道配水システムとの関連について説明す
る。図２において、配水池１に蓄えられた水は、配水本
管２を介して等高位配水ブロック４に供給される。配水
ブロック監視路上局９は、等高位配水ブロック４の入口
に接置し、配水圧力を一定に保つよう作用する。

【００１２】さらに、配水圧力曲線と配水圧力目標曲線
との関連は図３および図４に示すように、配水圧力曲線
１２が配水圧力目標曲線１３を上回る領域で、配水圧力
を減圧するよう作用する。また、配水圧力曲線１２が配
水圧力目標曲線１３を下回る領域で、配水圧力を増圧す
るよう作用する。従って、ポンプ本体を適正に制御する
ことができる。

【００１３】図５は本発明の第２実施例の構成図であ
る。本実施例では第１実施例の構成に加え、交流受電盤
２５で商用電源を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換盤２４で交流
を直流に変換して得られた駆動電源を直流発電機６に供
給している。これにより、ポンプ本体３を増圧ポンプと
して駆動できる構成となっている。また、ポンプ一次圧
力及び二次圧力検出のためにポンプ本体３の上下流に圧
力計２１，２２を設定しており、その検出値は制御装置
２３に入力され、制御装置２３からの制御指令は制御装
置８とＡＣ／ＤＣ変換盤２４に入力するように構成され
ている。

【００１４】次に、本実施例の作用について説明する。
制御装置２３は一次圧力計２１及び二次圧力計２２の計
測値を入力し、ポンプ本体３の運転モードを決定する。
すなわち、一次圧力計２１によって計測される圧力，自
流流下の落差における圧力をＰ₁ 、二次圧力計２２によ
って計測される圧力，配水ブロック供給圧力をＰ₂ 、配
水ブロック内の需要端の圧力をＰとすると、制御装置２
３では、 Ｐ₁ −Ｐ₂ ＝ε を計算し、このεが予め設定しておいた既定値を（大き
く）上回るときに、ポンプ本体３の運転モードを減圧モ
ードに制御し、εが規定値を下回るときにポンプ本体３
の運転モードを増圧モードに制御する。制御装置２３は
増圧ポンプとして動作させるときには、ＡＣ／ＤＣ変換
盤２４に動力駆動指令を出力し、減圧ポンプとして動作
させるときには、制御装置８にブレーキ駆動指令を出力
する。

【００１５】図６は本発明の第３実施例の構成図であ
る。本実施例は図５の第２実施例の構成にテレメータ装
置２６と流量計２７を付加した構成である。次に、本実
施例の作用について説明すると、一次圧力計２１、二次
圧力計２２、流量計２７の計測データは制御装置２３を
介してテレメータ装置２６に入力される。さらにテレメ
ータ装置２６は公衆回線を介してデータを伝送する。そ
の他の作用は上記第２実施例と同様であるので省略す
る。

【００１６】図７は本発明の第４実施例の構成図であ
る。本実施例は図６の第３実施例の構成において直流発
電機６の出力端子に蓄電池２８を接続し、さらに充電器
２９および制御用電源３０を接続したものである。

【００１７】次に、本実施例の作用について説明する
と、直流発電機６の回生電気エネルギーは蓄電池２８に
蓄電され、さらにこの蓄電された電気エネルギーは制御
用電源３０を介して省電力型ブロック監視装置の内部電
源として再利用する。また、蓄電池２８の蓄電が不足す
る場合は、交流受電盤２５の商用電源から充電器２９を
介して充電されるので、蓄電池２８は常に安定した電気
を制御用電源３０に供給できる。その他の作用は上記第
３実施例と同様であるので省略する。

【００１８】図８は本発明の第５実施例の構成図であ
り、図７の第４実施例の構成の制御装置２３にコンピュ
ータ３１を接続して多機能型配水ブロック監視局とした
ものである。

【００１９】次に、本実施例の作用を説明すると、コン
ピュータ３１に二次圧力計２２及び流量計２７の値を入
力し内部に記憶するとともに、以下の処理をするよう作
用する。すなわち、図９に示すように、予め登録された
配水ブロック需要水量パターン１７の夜間最小流量と流
量計２７の値１７ａを比較し、その偏差ｅが規定値を超
えた場合は配水ブロック内に漏水があると判断し、警報
を制御装置２３を介してテレメータ装置２６に出力す
る。

【００２０】また図１０に示すように前述の流量偏差ｅ
の他、予め登録した配水ブロック圧力変動パターン１８
と二次圧力計２２の値１８ａを比較し、その偏差αが規
定値を超え、且つ、流量偏差ｅが規定値を超えた場合は
突発事故であると判断し、警報を制御装置２３を介して
テレメータ装置２６に出力する。

【００２１】図１１は本発明の第６実施例の構成図であ
り、末端圧推定機能付配水ブロック監視路上局の例を示
すものである。本実施例は図５の第２実施例に二次圧力
計２２の値と流量計２７の値を入力し、制御装置２３に
圧力制御目標値を出力する関数発生器３２を付加した構
成である。その他の構成は第２実施例と同一であるので
その説明は省略する。

【００２２】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例の関数発生器３２は次式を用いた演算により配
水ブロック内の末端圧力を計算する。 Ｐ＝ｐ＋ｈ＋ｋＱⁿ ここで、Ｐ：圧力制御目標値 ｐ：二次圧力計２２の測定値 ｈ：末端までの圧力損失 Ｑ：流量計３１の測定値 ｎ：定数 このようにして関数発生器３２で求めた圧力制御目標値
は制御装置２３に出力される。

【００２３】さらに、上記各実施例の配水ブロック路上
局において、配水ブロック供給圧力制御による配水ブロ
ック監視が可能となり、需要端圧力制御による配水ブロ
ック監視が可能となるとともにパターン比較により、配
水ブロック内の事故、漏水時に警報を発することも可能
となる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
減圧調整のみであった配水圧力調整が、減圧・増圧調整
とも可能となり、また配水圧力調整の無段階圧力調整が
可能となるとともに自然流下系の水頭エネルギーを、制
御用電源として再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図。

【図２】図１において配水ブロック監視路上局と上水道
配水システムとの関連図。

【図３】図１において配水圧力曲線と配水圧力目標曲線
との関連図。

【図４】図１において配水圧力曲線及び配水圧力目標曲
線とポンプ動作モードとの関連図。

【図５】本発明の第２実施例の構成図。

【図６】本発明の第３実施例の構成図。

【図７】本発明の第４実施例の構成図。

【図８】本発明の第５実施例の構成図。

【図９】図８における漏水推定を説明するための図。

【図１０】図８における突発事故推定を説明するための
図。

【図１１】本発明の第６実施例の構成図。

【符号の説明】

１…配水池、２…配水本管、３…ポンプ本体、４…等高
位配水ブロック、５…カップリング、６…直流発電機、
７…可変抵抗器、８…制御装置、９…配水ブロック監視
路上局、２１，２２…圧力計、２３…制御装置、２４…
ＡＣ／ＤＣ変換盤、２５…交流受電盤、２６…テレメー
タ装置、２７…流量計、２８…蓄電池、２９…充電器、
３０…制御用電源、３１…コンピュータ、３２…関数発
生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水道配水管路に設置し，自然流下系の水
   頭エネルギーを機械エネルギーに変換するポンプと、前
   記ポンプの軸に直結し，機械エネルギーを電気エネルギ
   ーに変換する発電機と、前記発電機に接続する抵抗負荷
   と減圧エネルギーを求め，発電機負荷量を調整する制御
   装置と、前記ポンプ一次側と二次側の圧力を検出する第
   １圧力検出手段と、前記圧力検出結果より一次側圧力に
   比べて二次側圧力が低下することを検出する第２圧力検
   出手段と、前記発電機の出力回路を切り換え外部の電気
   エネルギーを前記発電機に供給するエネルギー供給手段
   とから構成されたことを特徴とする配水ブロック監視装
   置。