JPS5823294A - ポンプ運転状態監視方式 - 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】 本発明は、ポンプ運転状態監視方式に関する。

従来のポンプ運転状態監視方式は、検出器で直ｉ検出し
うる状態量の表示を主体としておシ、ポンプ性能特性を
用いて導びくことのできる状態量の表示はほとんど行っ
ていなかった。たとえば、ポンプ吸込圧力、吐出し圧力
、回転数を検出すればポンプ特性から流量、ポンプ効率
、必要ＮＰ８Ｈ（ネット・ボジチイプ・サクション・ヘ
ット）すどポンプ運転に関する有用な情報が得られるが
従来の監視方式ではこれらの情報の出力は行っていなか
った。

また、ポンプが適正運転範囲内で運転されているか否か
を監視する場合、従来は次のいずれかの方法によってい
た。

第１の方法は、流量もしくは圧力があらかじめ設定した
許容値を逸脱したか否かで判定する方法である。第２の
方法は第１図に示すように、キャビテーショ／限界や過
大書過小流量限界などから定まる限界線１０１および１
０２、回転数上限に対応する限界線１０３、回転数下限
に対応する限界線１０４を監視装置に記憶させ、流量お
よび圧力が限界線１０１．１０２．１０３．１０４で囲
まれた領域内に存在するか否かで判定する方法である。

第１図に示す限界線１０１．１０２．１０３．１０４を
第２図に示すように、回転数と流量の関係に変換して限
界線１０１′、１０２′、１０３′、１０４′を求め、
回転数および流量が限界線１０１／５１０２′、１０３
′、１０４′、で囲まれた領域内に存在するか否かで判
定する方法もあるが、この方法は、第１図を用いた第２
の方法と本質的には同等とみなせる。

これらの従来の適正運転判定方法は、いずれも次のよう
な欠点をもっている。すなわち、ポンプの許容運転範囲
はポンプ吸込圧Ｐｓ　　によって犬きく変化し、また可
変速ポンプの場合はポンプ回転数Ｎによって変化するに
もかかわらず、前述の第１の判定方法ではポンプ吸込圧
Ｐｓ　　およびポンプ回転数Ｎの変化を考慮せずに許容
値を設定しており、また第２の判定方法でけポンプ吸込
圧ＰＳの変化を考慮せずに限界線を定めていることであ
る。

よって、第１の判定方法は定速ポンプで、かつ吸込圧Ｐ
ｓの変化の小さな場合にしか適用できず、また第２の判
定方法は吸込圧Ｐｓの変化の小さ寿場合にしか適用でき
ないことになる。

本発明は、従来のポンプ運転状態監視方式の前記欠点を
解消し、ポンプ吸込圧ＰＳの変動がある場合でも適確な
監視が可能なポンプ運転状態監視方式を提供するために
なされたものである。

このため本発明のポンプ運転状態監視方式によれば、定
速もしくは可変速のターボ形ポンプにおいて、ポンプ吸
込み側および吐出し側に圧力検出器を設け、また可変速
ポンプに対してはさらに回転数検出器を設け、ポンプ吸
込圧Ｐｓと吐出し圧Ｐｄおよび可変速ポンプの場合はポ
ンプ回転数Ｎを検出する。それらの検出信号およびポン
プ特性曲線を用い公知のマイクロコンピュータにより、
流量の現在値Ｑｓｓ上限値Ｑ２、下限値Ｑ１１、最高効
率点における値Ｑ４および吐出し圧力の現在値Ｐ１１上
限値ＰｔＳ下限値Ｐ３％最高効率点における値Ｐ４を求
め、それらの値を出力する。

また必要に応じて、前述の出力値より付随的に求まる積
算流量、全揚程、有効ＮＰＳＨ，必要ＮＰＳＨ，ポンプ
効率などの多くの情報をも出力する。

これによシそれらの出力値を用いたきめ細かな監視およ
び適正かつ高効率なポンプ運転操作を可能とするもので
ある。すなわち、ポンプ流量制御弁もしくはポンプ回転
数を操作し、現在値を上限と下限の範囲内に入れるよう
にすることにより、キャビテーションなどを生じさせな
い適正な運転が、また現在値を最高効率点における値に
近づけることによυ高効率な運転を行うことが可能とな
る。

また、本発明の監視方式によれば、吸込圧Ｐａさらに可
変速ポンプの場合は回転数Ｎを考慮してポンプ許容運転
範囲の上下限値を定め、その値を用いて許容運転範囲か
らの逸脱を判定する。このため吸込圧ｐｓの変動がある
場合も適確な判定が可能となる。

さらに、本発明の監視方式によれば、流量検出およびポ
ンプ特性曲線よシ得られた流量の現在値Ｑ、とＱ４との
偏差を求め、それが許容偏差以上となっているか否か判
定する。これによりポンプ内への異物や空気の混入、敏
ンプのライナリングの摩耗などに起因するポンプ性能劣
化要因の有無を監視することができる。

以下に本発明のポンプ運転状態監視方式について詳述す
る。

まず、本発明の監視方式で用いるポンプ特性曲線につい
て説明する。第３図に示す曲線１１１はポンプ揚程曲線
でちゃポンプ性能試験を行って得られたものである。ま
た曲線１１２はポンプ使用用途から考えこの曲線の右側
に流量と揚程が出ることはあり得ないことを示す過大流
量限界線であシ、曲線１１３はポンプのミニマムフロー
限界などから定まる過小流量限界線である。

第４図に示す曲線１１４はポンプの必要ＮＰＳＨ曲線で
あシ、各ポンプに対し一義的に定まる特性である。

ｎ　＝　Ｎ　／　Ｎｏ　　　　　　　　　（１）とした
場合、各回転数比Ｒに対応するポンプ揚程曲線１１１と
曲線１１２との交点の流量を表わしている。同様に曲線
１１３′は各回転数比Ｒに対応するポンプ揚程曲線１１
１と曲線１１３の交点の流量を表わしている。

第６図に示す曲線１１５はポンプ軸動力曲線でありポン
プ性能試験を行って得られるものである。

曲線１１１．１１２′、１１３′、１１４．１１５を流
量Ｑ７、揚程Ｈ１必要ＮＰ　ＳＲＭ　ｓ　　軸動力Ｗに
関する関数として表わすと次のようになる。

Ｈ＝　　ｆＨ（Ｑ）　　　　　　（２）Ｑ　＝　　ｆｕ
　（Ｒ）　　　　　　（３）Ｑ　＝　　ｆＬ　（Ｒ）　
　　・　　　（４）１１１１＝　　、ｆＲ（Ｑ）　　　
　　　（５）Ｗ　＝　　ｆＷ　（Ｑ）　　　　　　（６
）とれら関数および（２）式、（５）式の逆関数Ｑ−バ
（町　　　　　（７） Ｑ＝ｆ了（ｈａ）　　　　　　０（１ を近似関数もしくはテーブルの形でマイクロコンピュー
タ６（第８図）に記憶させておく。テーブルの形で投入
した場合も補間法などを用いることによりこれら連続関
数を容易に近似することができる。

また、第７図に示すようにポンプ１の吸込側に吸込圧力
検出器３を、また吐出し側に吐出し圧力検出器４を設け
、ポンプ軸心から吸込圧力検出器３までの測点高差Ｚｓ
および吐出し圧力検出器４壕での測点高圧Ｚｃ＋、吸込
圧力検出点の管断面積Ａｓおよび吐出し圧力検出点の管
断面８ｊＡｄをマイクロコンピュータ６に記憶させてお
く。

さらに、大気圧ＰＲ，ポンプの取扱い液の比重量γおよ
び蒸気圧Ｐｖの平均値、ポンプの定格回転数Ｎｏ１ポン
プの最高効率点における流量Ｑ。と揚程ＦＬをマイクロ
コンピュータ６に記憶させておく。

次に第８図に示す装置にしたがい監視手順を説明する。

まず、吸込圧力検出器３および吐出し圧力検出器４の検
出信号をマイクロコンピュータ６に入力し吸込圧力Ｐｓ
　１吐出し圧力Ｐｄを得る。また可変速ポンプを対象と
している場合は駆動機２に回転数検出器５を設け、回転
数検出器５の検出信号をマイクロコンピュータ６に入力
しポンプ回転数Ｎを得て、（１）式を用いて回転数比几
を求める。定速ポンプの場合は回転数比を常に１として
おく。

また、 を求めておく。ここでｇは重力加速度であシ、またＱ、
は１時点前に後述のαつ式を用いて求めた流量である。

以上のデータを用い次の００）式と００式よりポンプ全
揚程Ｈ，および有効ＮＰＳＨｈｓを求める。

）（、＝（Ｐ、＋−Ｐｓ）／ｒ＋Ｄ　　　　　　　　　
　ＱＯ）ｈｓ＝（Ｐａ−Ｐｖ＋Ｐｓ）／ｒ＋Ｚｓ＋Ｑｌ
ｖ′（２ｇＡｓ”）（１１）また、０２式とθ■式よシ
流量の現在値Ｑ、および最高効率点における値気を求め
る。

ＱＩ＝Ｒ”ｆ；（ＨＩＡＬ”）　　　　　　　　　ａｚ
Ｑ４＝　ＲＱＯ（１３） また、０４）式と０５）式より吐出し圧の現在値Ｐ１お
よび最高効率点における値Ｐ４を求める。

Ｐ、＝　Ｐｄ　　　　　　　　　　　　　　　　α（イ
）Ｐ、＝Ｐｓ＋γ（几２ＨＯ−Ｄ）　　　　　　　　　
　　　　（１５）次に第４図に示す必要ＮＰ８Ｈ曲線１
１４と有効ＮＰＳＨｈｓの交点に対応する上限流量Ｑｕ
と下限流量ｑＬをαω式より求める。

ＱｕまたはｑＬ＝Ｒ−ｆ　”（ｈｓ／Ｒ”）　　　　　
　ａＱまた、第５図に示す曲線１１２′と曲線１１３′
から定まる下限流量Ｑｕ’と下限流量ｑＬ′を０７＋式
と０梯式より求める。

ｑｕ’＝　ｆｕ　（Ｒ）　　　　　’　　　　　　　　
　（ｌηｑＬ′−ｆｔ（Ｒ）　　　　　　　　　　　　
　　（国そして、ｑｌｌとｑｕ′のうち小さい方の値を
流量上限値Ｑ、とし、またｑＬとｑＬ’のうち大きい方
を流量下限値Ｑ３とする。すなわち、 Ｑ２　＝　ＭＩＮ（ｑｕ＋ｑｕ’）　　　　　　　　　
　　　　　０１Ｑｓ　＝　ＭＡＸ　（ｑ　ｒ、　＋　ｑ
　Ｌ　’）　　　　　　　　　　翰次に、ポンプ吐出し
圧の上限値Ｐ２と下限値Ｐｓｅ（２１）式と（慢式よシ
求める。

Ｐ２＝Ｐｓ＋γ（Ｒ”ｆｕ（Ｑｓ／Ｒ）　Ｄ）　　　　
　（２１）Ｐｓ＝Ｐｓ＋ｒ　（Ｒ２・ｆｕ（Ｑｔ／Ｒ）
−Ｄ）　　　　　　（２３以上得られたＱ、　、　Ｑ、
　、　Ｑ、　、　Ｑ、および”Ｉ　ｒＰｔ　＋　Ｐ３ｙ
Ｐ４をマイクロコンピュータ６から出方装置７に出力す
る。

また、（至）式もしくはＩ２４）式が満足されているが
否か判定し、その結果を出力装置７に出力する。

Ｑ、＜Ｑ、＜Ｑ、　　　　　　　　　　　　２３）Ｐｓ
　＜　Ｐｔ　＜　Ｐｔ　　　　　　　　　　　　（財）
（ハ）式もしくは（２４）式が満足されている場合は、
ポンプが許容運転範囲内で運転されていることになる０ さらに、（ホ）式や（イ）式より必要ＮＰ８Ｈｈｒ＜や
ポンプ効率ηを求め出力装置７に出方することも可能で
ある。

ｈＲ＝　”’ｆｎ（Ｑｔ外）　　　　　　　　（ハ）η
＝　０．１６３ＱＩＨ＋／（Ｒ″−ｆＬ（Ｑ４））　　
　　＠以上の手順をくりかえずことにょシ時々刻々の状
態量を得てポンプ運転状態監視を行うことができる。ま
た流量Ｑ、を時間に関してマイクロコンピュータ６で数
値積分することにより積算流量を求め出力することがで
きる。

また、流量Ｑ、は、本来ポンプが有すべき性能曲線より
算出されるので、ポンプ性能が変化しないかぎシ流量計
で計測した流星Ｑ：と一致するはずである。Ｑ、とＱｌ
の偏差が大きい場合は、ポンプ内への異物や空気の流入
、羽根車やライチリングの摩耗などに起因するポンプ性
能劣化が起っている可能性がある。

そしてマイクルコンピー−タロに流量検出器の検出信号
を追加入力して計測流ｆｌＱζを得てＱ、との偏差を求
め、それがマイクロコンピー−タロにあらかじめ設定し
た許容偏差以上になっているか否か判定し、その結果を
マイクロコンピュータ６より出力装置７に出力すること
によシボンブの性能劣化の有無を知ることが可能である
。

以上説明したように、本発明のポンプ運転状態監視方式
は、多くの情報に基づきポンプ監視およびポンプ運転操
作を行うものであるので、きめの細かなポンプ監視およ
び適正かつ高効率なポンプ運転操作が可能となる。特に
、本発明のポンプ運転状態監視方式は、吸込圧を考慮し
てポンプ監視および許容運転範囲からの逸脱判定を行う
ものであるので、吸込圧の変動があった場合でも適確な
監視および判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の判定方式による場合の流量
−圧力および回転数−流量の限界線図である。第３図な
いし第６図は本発明の監視方式で用いるポンプ特性曲線
を示し、第３図は流量−揚程、第４図は流量−ＮＰＳＨ
，第５図は回転数比−流量、第６図は流量−軸動力の各
曲線を示す図である。第７図はポンプ軸心から吸込圧力
検出器および吐出し圧力検出器までの測点高差、吸込圧
力検出点および吐出し圧力検出点の管断面積を示す説明
図である。第８図は本発明の監視方式を示すブロック図
である。 １　ポンプ、２・・駆動機、３・・・吸込圧力検出器、
４・・・吐出し圧力検出器、５・・・回転数検出器、６
・・・マイクロコンピーータ、７・・・出力装置特許出
願人　　株式会社荏原製作所 代理人　弁理士　　高　橋　敏　忠 流ｉ量 回転葱０ヒ 第６図 ：、糺１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）定速もしくは可変速のターボ形ポンプにおいて、
   ポンプ吸込み側および吐出し側に圧力検出器を設け、ま
   た可変速ターボ形ポンプに対してはさらに回転数検出器
   を設け、それら検出器の検出信号およびポンプ特性曲線
   を用いマイクロコンピュータによシ、流量の現在値Ｑ１
   、上限値Ｑ２、下限値Ｑ３、最高効率点における値吠、
   および吐出し圧力の現在値Ｐ１、上限値Ｐ２、下限値Ｐ
   Ｓｓ最高効率点における値Ｐ４を求め、それらの値を出
   力するとともに、現在値が上限値と下限値の間にあるか
   否か判定し、判定結果を出力するととを特徴とするポン
   プ運転状態監視方式。
2. （２）流量検出器を設け、その検出器の検出信号を追加
   入力して計測流ｉＱりを求め、ＱことＱ、との偏差があ
   らかじめマイクロコンピュータに設定した許容偏差以内
   になっているか否か判定し、判定結果を出力することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のポンプ運転状態
   監視方式。