JPS63639B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変速原動機により駆動されるポンプ
が正常な運転領域で運転されているか否かを診断
または表示するポンプ運転状態検知装置に関する
ものである。

従来、可変速電動機等の原動機により駆動され
るポンプの吐出圧力または吐出流量制御を行なつ
ている場合、該ポンプの運転状態が正常かどうか
診断するには下記の如き方式がとられていた。

すなわち、第１図は従来例を示す図であり、図
中１ａ〜１ｃはそれぞれ可変速電動機、２ａ〜２
ｃはこれら各可変速電動機１ａ〜１ｃに対応して
設けられ、この可変速電動機によつて駆動される
ポンプ、３はこのポンプ２ａ〜２ｃにより送られ
る流体の圧力検出を行なう圧力信号発生器、４は
ポンプ２ａ〜２ｃにより送られる流体の流量を検
出する流量信号発生器、５はポンプ運転台数を検
知する運転台数検知器、６は圧力信号発生器３の
検出値が設定された圧力となれば信号として取り
出せるもので前記運転台数検知器５の出力信号に
応じ、前記の設定圧力を変えることの出来る圧力
警報設定器、６は前記圧力信号発生器３及び前記
流量信号発生器４の出力を入力とし、説定された
時間内に設定された流量変化量及び設定された圧
力変化量以上の変化が生じたときに信号として取
り出せる配管警報器である。第２図は、ポンプの
流量―圧力特性を示すもので、１０１，１０２は
それぞれポンプの最大回転数、最少回転数におけ
る流量―圧力特性であり、１０３はキヤビテーシ
ヨン限界である。第１図における８はこのキヤビ
テーシヨン限界を近似的な関数として設定し、そ
の設定をポンプの運転台数により変更し得る様に
し、流量・圧力が前記のキヤビテーシヨン限界を
越えたときに信号として取り出せる様にしたキヤ
ビテーシヨン検出装置である。上記構成において
圧力信号発生器３の信号を圧力警報設定器６、配
管警報器７、キヤビーテーシヨン検出装置８に入
力し、又、流量信号発生器４の信号を配管警報器
７、キヤビテーシヨン検出装置８に、又運転台数
検知器５の信号を圧力警報設定器６、キヤビテー
シヨン検出装置８に各々入力する。この圧力警報
設定器６、配管警報器７、キヤビテーシヨン検出
装置８の出力信号を監視してこれによりポンプの
運転状態が適当かどうかの診断を行なつていた。
即ち、詳述すると次の通りである。第３図は流量
―圧力特性図であり、図中１０１ａはポンプｎ台
運転時の最大回転数における流量―圧力（以下Ｑ
―Ｈとする）特性、１０２ａはｎ台運転時の最少
回転数におけるＱ―Ｈ特性、１０３ａはｎ台運転
時のキヤビテーシヨン限界である。又、１０１
ｂ，１０２ｂ，１０３ｂはそれぞれポンプｎ＋１
台運転時の最大回転数最小回転数におけるＱ―Ｈ
特性、キヤビテーシヨン限界である。

１０４，１０５は負荷側で予定される最大負荷
曲線、最小負荷曲線である。ここで１０２ａと１
０５の交点の圧力をPL_oとし、１０２ｂと１０５
の交点をPL_o+1、１０１ａと１０４の交点を
PH_o、１０１ｂと１０４の交点をPH_o+1とする。
このPL_o，PL_o+1，PH_o，PH_o+1を圧力警報設定
器６で設定し、ｎ台運転時にPL_o以下、PH_o以上
又はｎ＋１台運転時にPL_o+1台運転時にPL_o+1以
下、PH_o+1以上に圧力がなつた場合、ポンプの運
転圧力異常として警報を発していた。ところが従
来、この種の制御装置では、次の様な欠点がみら
れた。例えば、第４図の流量―圧力特性図におけ
るP1点でポンプが圧力一定制御を行なつている
とする。ここで配管の漏水等で負荷が大きくなり
異常負荷へ徐々に移行すると圧力は圧力一定制御
により圧力が一定のまま流量が増加する。即ち、
P1点からP2点へ移行する。この移行が前記の配
管警報器７の設定された時間と流量以内であれば
配管警報器７は動作しない。又、P2点は第４図
よりわかる様にキヤビテーシヨン検出装置８で設
定されているキヤビテーシヨン限界以内であり、
圧力警報設定器６により設定されているPL_o以
下、PH_o以上の範囲にない。よつて診断機能であ
る圧力警報設定器６、配管警報器７、キヤビテー
シヨン検出装置８のいづれにも検知不可となる。
又、第５図の様な特性曲線においてP3点でポン
プを運転していたとすれば、このP3点はポンプ
の運転台数がｎ及びｎ＋１台どちらでも正常範囲
となつている。ここで、もしｎ＋１台のポンプ運
転時にそのうちの１台のポンプが何らかの原因で
締切運転となつた場合、P3点は回転数を上げれ
ばｎ台で充分運転可能であるので、ポンプの回転
数を上昇してP3点の運転を維持する。しかし、
締切りとなつたポンプは異常であるのにP3点で
運転されているために検知不可である。

これはＱ―Ｈ特性におけるキヤビテーシヨン限
界、最小及び最大負荷曲線、ポンプの最小及び最
大回転数特性により設定した運転状態判別の基準
を参照しているためで、特にポンプの運転台数に
応じた最小最大負荷曲線が設定されていないこと
によりポンプ回転数の調整により正常と見做する
流量―圧力範囲に入るからである。

本発明は従来の診断装置において、前記のよう
な欠点を考慮し、あらゆる回転数において運転さ
れているポンプが正常な流量（圧力）であるか否
かを診断するためのポンプ運転状態検知装置を提
供するものである。

本発明の一実施例について第６図〜第１２図を
参照しながら説明する。第６図は本装置の構成を
示すブロツク図であり、図中１ａ〜１ｃは可変速
電動機、２ａ〜２ｃはポンプ、４は流量信号発生
器、５は運転台数検知器であり、これらは前に説
明した第１図のもと同様なものである。９はｎ台
のポンプの各種運転領域をポンプ回転数と流量に
より診断する診断装置であり、１０はこの診断装
置９よりの信号をうけて、現在ポンプがいかなる
運転状態かを表示する表示装置である。１１ａ〜
１１ｃは可変速電動機１ａ〜１ｃにそれぞれ設け
られた回転数検出用の回転数発信器である。上記
構成の制御装置において、運転台数検知器５より
ポンプの運転台数、流量信号発生器４より流量、
回転数発信器１１ａ〜１１ｃより回転数の各々の
信号を診断装置９に入力する。これにより、この
診断装置９はポンプの運転台数、回転数、流量の
関係がいかなる運転状態かを診断し出力する。表
示装置１０はこの診断装置９出力信号を受けて正
常又は異常等の表示を行なう。

次に上記構成の本装置の動作について説明す
る。

可変速電動機により駆動されるポンプにおいて
は、一般に第７図に示す様な流量―圧力特性が得
られる。図中１０４はポンプの給水系統における
最大負荷曲線、１０５はポンプの給水系統におけ
る最小負荷曲線、１０１ａはｎ台のポンプ運転で
最大回転数曲線、１０２ａはｎ台のポンプ運転で
の最少回転数曲線、１０６ａはｎ台のポンプ運転
時、ある圧力ではある流量以上流さなければポン
プにとつてあまり好ましくないその限界を示すミ
ニマムフロー曲線、１０３ａはｎ台のポンプ運転
時におけるキヤビテーシヨン限界であり、上記の
曲線において、流量―圧力が与えられれば必然的
に回転数が決まるので、流量―圧力曲線を回転数
−流量曲線に置き換えることが出来る。この回転
数―流量曲線は第８図の様な関係になる。即ち、
第７図における各種曲線１０１ａ，１０２ａ，１
０３ａ，１０４，１０５，１０６ａが各々第８図
における各種曲線１０１′，１０２′，１０３a′，
１０４a′，１０５a′，１０６a′に対応させること
が出来る。前記の各種曲線を運転台数ごとに流量
及び回転数を変数とする近似的な関数としてそれ
ぞれ前記診断装置９にあらかじめ記憶しておく。
ここで第６図に示した制御装置を構成し、運転台
数検知器５より運転台数信号、流量信号発生器４
より流量信号を診断装置９に入力する。診断装置
９はこれらの信号のうち運転台数信号により運転
台数に対応する関数を選択し、この関数により回
転数に対応する流量限界値を算出する。この流量
限界値と流量信号発信器４よりの流量信号との大
小比較を行ない、その結果を表示装置１０に表示
する。

すなわち、１０１a′より右の領域では回転数過
大、１０２a′より左の領域では回転数過少、１０
３a′より上の領域ではキヤビテーシヨン限界領
域、１０３a′と１０５′の間の領域では負荷過小、
１０４a′と１０５′ａとｎ台のポンプ運転での最
大の回転数１０１′と同じく最小の回転数１０
２′で囲まれた領域は、正常、１０４a′と１０６
a′の間の領域では負荷過大、１０６a′より下の領
域ではミニマムフロー限界領域とし、上記の領域
を診断装置９で区分して表示装置１０で表示す
る。以上により、ポンプの運転状態を正確に知る
ことができる。

ところで、前述の実施例においては、吐出流量
と回転数により、ポンプの運転状態を診断してい
たが吐出流量の代わりに吐出圧力（あるいは吸込
圧力と吐出圧力の差による差圧）を用いても同等
である。この場合、その構成は第９図の如くであ
り、回転数と吐出圧力（あるいは差圧）の関係は
第１０図の如くなる。流量―回転数における第６
図、第８図の関係を圧力（あるいは差圧）―回転
数に置き換えたものが第９図、第１０図である。
すなわち、第６図における流量信号発生器４の信
号の代わりに第９図における吐出側の圧力検出用
の圧力信号発生器３（あるいは、ポンプ吸込側及
び吐出側間に設けられる吐出圧と吸込圧の差圧を
信号として出力する差圧信号発生器３′）よりの
信号を診断装置９に入力し、前述の一実施例と同
様な診断を行ない表示装置１０に表示する。

このようにしてもポンプの運転状態の検知が行
なえる。また、一般にポンプ吐出側の圧力―流量
の関係は、第７図の様になつて最小負荷曲線はキ
ヤビテーシヨン限界内にあり、最大負荷曲線はミ
ニマムフロー限界以下である。よつて最大負荷曲
線１０４と最小負荷曲線１０５と最大回転数曲線
１０１ａと最少回転数曲線１０２ａとで囲まれた
部分を正常とみなせば構成が簡単となり、同等の
効果が得られる。即ち前記第７図のＱ―Ｈ曲線を
回転数―流量（あるいは圧力）の関係である第８
図（あるいは第１０図）に置き換える。この場
合、第６図（あるいは第９図）の制御装置におけ
る診断装置９に予め設定するものとしては、最大
負荷曲線１０４′（あるいは１０４″）と最小負荷
曲線１０５′（あるいは１０５″）と最大回転数曲
線１０１′（あるいは１０１″）と最小回転数曲線
１０２′（あるいは１０２″）だけで良く、最大負
荷曲線以上であれば負荷過大、最小負荷曲線以下
であれば負荷過小、最大回転数以上であれば回転
数過大、最少回転数以下であれば回転数過少、
各々の曲線で囲まれた部分を正常であると診断出
来る。そして、それぞれの信号を表示装置１０に
入力し、表示を行なわせる。

以上のようにしてもポンプ運転状態の検知を行
なうことができるがこれを更に次のようにしても
良い。即ち、上記二番目の変形例においては最大
負荷曲線と最小負荷曲線と最大回転数と最少回転
数により、ポンプの運転状態診断を行なつていた
が、ポンプの給水系統においては第５図の様な関
係が生じる場合がある。例えば第５図の様な関係
において、運転点がP4点であればｎ台のポンプ
運転時ではキヤビテーシヨン限界を越えた運転で
あり、ｎ＋１台のポンプ運転時では正常な領域で
ある。第５図の関係を回転数―流量（あるいは圧
力）に置き換えたものが第１１図（あるいは第１
２図）である。

この運転状態を診断するため、前述の一実施例
で説明した第６図（あるいは第９図）の如く制御
装置を構成し、診断装置９に最大回転数１０１′
（あるいは１０１″）と最小回転数１０２′（ある
いは１０２″）とｎ，ｎ＋１台のポンプの運転時
における最大負荷曲線１０４a′１０４b′（あるい
は１０４a″，１０４b″）とｎ，ｎ＋１台のポンプ
の運転時における最小負荷曲線１０５a′，１０５
b′（あるいは１０５a″，１０５a″）とｎ，ｎ＋１
台のポンプの運転時におけるキヤビテーシヨン限
界１０３a′，１０３b′（あるいは１０３a″，１０
３b″）を予め設定しておき、前述の実施例と同様
に負荷過大、負荷過小、回転数過大、回転数過
少、キヤビテーシヨン限界、正常の診断または表
示をする。ここで第５図に示した特性曲線に基づ
き診断を行なう従来方式ではポンプｎ＋１台の運
転時における１台締切状態であるP3点の異常運
転が検出できなかつたが、第１１図に示した特性
曲線に基づき診断を行なう場合、このP3点の流
量はｎ＋１台運転時の回転数では少なすぎる流量
（つまり、第１１図の１０４b′より下側）となる
ので、負荷過大の警報が出て異常状態の検出が可
能となる。このようにポンプの運転台数別に回転
数―流量または圧力特性におけるキヤビテーシヨ
ン限界、最小及び最大負荷曲線、ポンプの最小及
び最大回転数特性を得、これらを流量または圧力
と回転数を変数とする近似的な関係として設定し
且つこれらの特性曲線をもとに運転状態を判別す
るための状態別領域を得、ポンプの運転台数とそ
の回転数から運転台数とポンプ回転数に対応する
各限界値を算出してこれをポンプの吐出流量また
は吐出圧力または吸込―吐出圧力差等吐出流量に
関連する検出出力と比較し、運転状態を示す前記
領域のいずれに該当するかをこの比較結果に応じ
て判別して診断結果を表示するようにしたので、
従来のように流量と圧力を変数とするＱ―Ｈ特性
におけるキヤビテーシヨン限界、最小及び最大負
荷曲線、ポンプの最大及び最小回転数特性により
設定した運転状態判別のための状態判別領域と照
合する即ちポンプ回転数を無視した吐出流量―圧
力を中心とする診断方式の場合と異なりポンプの
運転台数に応じた最大、最小負荷を勘案し吐出流
量または圧力とポンプ回転数を中心とした診断を
行なうため、可変速電動機により駆動されるポン
プで給水を行なつているとき、ポンプの異常流
量、異常圧力、締切運転及び給水系統の異常をあ
らゆる回転数において検出することができ、その
運転状態がいかなる状態にあるかを正確に診断で
きる。

特に流量と圧力による検出では、どちらかの検
出機能が不能となつた場合、診断や表示が行なえ
なくなるが、本発明では流量と回転数、圧力と回
転数の両者を採用することにより一方の検出機能
が不能となつた場合でもバツクアツプできるから
診断や表示が可能となり、また従来のＱ―Ｈ特性
を用いる方式では本発明と同等の機能を果すため
には流量と圧力及びポンプの回転数及び各回転数
におけるポンプのＱ―Ｈ曲線の演算機能を必要と
するが、ポンプの回転数―流量曲線または回転数
―圧力座標を利用する本発明では流量と回転数、
または圧力と回転数のみの検出で運転状態の正確
な診断、表示が可能である等、優れた特徴を有す
るポンプ運転状態検知装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示すブロツク図、第
２図〜第５図は従来装置における運転状態診断を
説明するためのＱ―Ｈ特性図、第６図は本発明の
一実施例を示すブロツク図、第７図、第８図は本
発明の運転状態診断を説明するための回転数―流
量特性図、第９図は本発明の変形例を示すブロツ
ク図、第１０図〜第１２図はその運転状態診断を
説明するための回転数―流量、回転数―圧力特性
図である。 １ａ〜１ｃ…可変速電動機、２ａ〜２ｃ…ポン
プ、３…圧力信号発生器、３′…差圧信号発生器、
４…流量信号発生器、５…運転台数検知器、９…
診断装置、１０…表示装置、１１ａ〜１１ｃ…回
転数発信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数台のポンプのうち、所望台数を選択する
   と共に選択したポンプを可変速原動機にて駆動す
   るようにしたポンプ設備に用いられるポンプ運転
   状態検出のための装置として、前記駆動されるポ
   ンプの吐出流量または吐出圧力または吸込圧力と
   吐出圧力の差圧等の流量に関する情報を検出する
   情報検出装置と、前記ポンプの運転台数を検出す
   る運転台数検出装置と、前記駆動されるポンプの
   回転数を検出する回転数検出装置と、ポンプ運転
   台数に応じてポンプの回転数―流量または圧力特
   性における負荷側管路の最小及び最大負荷特性及
   びポンプの最小及び最大回転数特性を得、これら
   よりポンプ運転限界領域を得ると共にこれと前記
   流量関連情報及びポンプの回転数からポンプ運転
   状態を診断する装置とより構成したことを特徴と
   するポンプ運転状態検出装置。 ２ 前記ポンプ運転状態を診断する装置のポンプ
   運転限界領域を定める要因としてポンプのキヤビ
   テーシヨン限界を加え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検知装置。 ３ 前記ポンプ運転状態を診断する装置のポンプ
   運転限界領域を定める要因としてポンプのミニマ
   ムフローを加え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検知装置。