(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動する原動機と、
前記原動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部において検出される前記回転速度が目標回転速度へ近づくように、前記原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、
前記原動機の負荷を検出する負荷検出部と、
前記負荷が大きくなると前記回転速度が遅くなり、前記負荷が小さくなると前記回転速度が速くなり、かつ、前記負荷の上限値が定められている、前記負荷と前記回転速度との所定の関係に近づくように、前記負荷検出部における前記負荷の検出値に応じて前記目標回転速度を調節する目標回転速度調節部と
を有し、
前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記所定の関係において前記負荷の検出値に対応する所定の回転速度と、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度との差を算出し、前記算出した差が所定のしきい値を超えるならば、前記所定の回転速度から前記設定中の目標回転速度までの範囲に含まれ、かつ、前記所定の回転速度との差が前記算出した差より小さい新たな目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する、
ポンプ装置。
【請求項２】
前記目標回転速度調節部は、前記所定の回転速度から前記設定中の目標回転速度までの範囲における中間の回転速度を、前記新たな目標回転速度として前記回転速度制御部に設定する、
請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
ポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動する原動機と、
前記原動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部において検出される前記回転速度が目標回転速度へ近づくように、前記原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、
前記原動機の負荷を検出する負荷検出部と、
前記負荷が大きくなると前記回転速度が遅くなり、前記負荷が小さくなると前記回転速度が速くなり、かつ、前記負荷の上限値が定められている、前記負荷と前記回転速度との所定の関係に近づくように、前記負荷検出部における前記負荷の検出値に応じて前記目標回転速度を調節する目標回転速度調節部と
を有し、
前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記負荷の検出値が前記上限値を超え、かつ、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度が前記所定の関係において規定される最低の回転速度より速いならば、当該最低の回転速度を前記目標回転速度として前記回転速度制御部に設定し、当該設定後も前記負荷の検出値が前記上限値を超えるならば、前記負荷の検出値が前記上限値より小さくなるまで前記目標回転速度を所定の変化分ずつ減速させる、
ポンプ装置。
【請求項４】
ポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動する原動機と、
前記原動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部において検出される前記回転速度が目標回転速度へ近づくように、前記原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、
前記原動機の負荷を検出する負荷検出部と、
前記負荷が大きくなると前記回転速度が遅くなり、前記負荷が小さくなると前記回転速度が速くなり、かつ、前記負荷の上限値が定められている、前記負荷と前記回転速度との所定の関係に近づくように、前記負荷検出部における前記負荷の検出値に応じて前記目標回転速度を調節する目標回転速度調節部と
を有し、
前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度が前記所定の関係において規定される最低の回転速度より遅く、前記負荷の検出値が前記上限値より小さく、かつ、前記負荷の検出値と前記上限値との差が所定のしきい値を超えるならば、前記負荷の検出値と前記上限値との差が前記しきい値より小さくなるまで前記目標回転速度を増速させる、
ポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプ部は、自吸式のポンプであり、
前記目標回転速度調節部は、前記ポンプ部の始動を指示する信号を受けた場合、前記所定の関係において規定される最速の回転速度よりも速い自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記目標回転速度調節部は、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定した後、前記負荷の検出値と所定の下限値とを比較し、前記負荷の検出値が前記下限値を超えたならば、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う、
請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記目標回転速度調節部は、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定した後、前記負荷の検出値が前記下限値より小さい状態が一定時間続いたならば、前記原動機の回転を停止させる、
請求項６に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記目標回転速度調節部は、前記ポンプ部の始動を指示する信号を受けた場合、前記自吸動作用の目標回転速度よりも遅い初期目標回転速度を前記回転速度制御部に設定し、当該設定の後、前記負荷の検出値と前記下限値とを比較し、前記負荷の検出値が前記下限値より小さいならば、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する、
請求項６又は７に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動用の原動機を備えたポンプ装置に係り、特に、吐出し圧力が高く流量が少ない運転領域での性能を高めたポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、渦巻き式の遠心ポンプは、圧力が高く水量が少ない運転領域（排水場所までの距離や揚程が長い場合、吐出し口を絞った場合など）において負荷（回転軸の駆動に必要な動力）が小さく、逆に、圧力が低く水量が多い運転領域において負荷が大きいことが知られている（下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２２７０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポンプの駆動に使用する原動機は、運転に必要な最大の動力に見合うものを選定しなければならない。渦巻き式の遠心ポンプの場合、上記のような特性を有するため、低圧・大流量時の最大負荷に合わせて原動機が選定されることになる。しかしながら、低圧・大流量時に合わせて動力の大きな原動機を選んでも、その動力は高圧・小流量時において過剰になる。すなわち、動力の大きな原動機を選定しているにも関わらず、その動力が高圧・小流量の運転領域においてポンプの性能に寄与せず、無駄になっている。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポンプの駆動に使用する原動機の定格出力を抑えつつ、低圧・大流量の運転領域から高圧・小流量の運転領域までの広い動作範囲で性能を向上できるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るポンプ装置は、ポンプ部と、前記ポンプ部を駆動する原動機と、前記原動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、前記回転速度検出部において検出される前記回転速度が目標回転速度へ近づくように、前記原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、前記原動機の負荷を検出する負荷検出部と、前記負荷が大きくなると前記回転速度が遅くなり、前記負荷が小さくなると前記回転速度が速くなり、かつ、前記負荷の上限値が定められている、前記負荷と前記回転速度との所定の関係に近づくように、前記負荷検出部における前記負荷の検出値に応じて前記目標回転速度を調節する目標回転速度調節部とを有する。
【０００７】
本発明の第１の観点において、前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記所定の関係において前記負荷の検出値に対応する所定の回転速度と、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度との差を算出し、前記算出した差が所定のしきい値を超えるならば、前記所定の回転速度から前記設定中の目標回転速度までの範囲に含まれ、かつ、前記所定の回転速度との差が前記算出した差より小さい新たな目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する。
例えば、前記目標回転速度調節部は、前記所定の回転速度から前記設定中の目標回転速度までの範囲における中間の回転速度を、前記新たな目標回転速度として前記回転速度制御部に設定する。
【０００８】
本発明の第２の観点において、前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記負荷の検出値が前記上限値を超え、かつ、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度が前記所定の関係において規定される最低の回転速度より速いならば、当該最低の回転速度を前記目標回転速度として前記回転速度制御部に設定し、当該設定後も前記負荷の検出値が前記上限値を超えるならば、前記負荷の検出値が前記上限値より小さくなるまで前記目標回転速度を所定の変化分ずつ減速させる。
【０００９】
本発明の第３の観点において、前記目標回転速度調節部は、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う場合、前記回転速度制御部に設定中の目標回転速度が前記所定の関係において規定される最低の回転速度より遅く、前記負荷の検出値が前記上限値より小さく、かつ、前記負荷の検出値と前記上限値との差が所定のしきい値を超えるならば、前記負荷の検出値と前記上限値との差が前記しきい値より小さくなるまで前記目標回転速度を増速させる。
【００１０】
好適に、前記ポンプ部は自吸式のポンプであり、前記目標回転速度調節部は、前記ポンプ部の始動を指示する信号を受けた場合、前記所定の関係において規定される最速の回転速度よりも速い自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する。
【００１１】
好適に、前記目標回転速度調節部は、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定した後、前記負荷の検出値と所定の下限値とを比較し、前記負荷の検出値が前記下限値を超えたならば、前記負荷の検出値に応じた前記目標回転速度の前記調節を行う。
【００１２】
好適に、前記目標回転速度調節部は、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定した後、前記負荷の検出値が前記下限値より小さい状態が一定時間続いたならば、前記原動機の回転を停止させる。
【００１３】
好適に、前記目標回転速度調節部は、前記ポンプ部の始動を指示する信号を受けた場合、前記自吸動作用の目標回転速度よりも遅い初期目標回転速度を前記回転速度制御部に設定し、当該設定の後、前記負荷の検出値と前記下限値とを比較し、前記負荷の検出値が前記下限値より小さいならば、前記自吸動作用の目標回転速度を前記回転速度制御部に設定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、負荷が大きくなると回転速度が遅くなり、負荷が小さくなると回転速度が速くなり、かつ、負荷が所定の上限を超えないように回転速度が制御されるため、原動機の定格出力を抑えつつ、低圧・大流量の運転領域から高圧・小流量の運転領域までの広い動作範囲で性能を向上できる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプ装置の外観の一例を示す図である。
【図２】図１に示すポンプ装置におけるポンプ部の内部構成を例示する図である。
【図３】本発明の実施形態に係るポンプ装置における制御系の構成の一例を示す図である。
【図４】スロットル開度と回転速度との関係を表したグラフである。
【図５】ポンプの始動から停止までの回転速度の調節動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】目標回転速度の調節に関わる動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】予め定めた負荷と回転速度との関係に近づくように目標回転速度を調節する例を説明するための図である。
【図８】負荷が上限値を超える場合の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】負荷が上限値より小さく、目標回転速度が図４における最低の回転速度よりも遅い場合の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】吐出し流量Ｑと揚程Ｈの関係、並びに、吐出し流量Ｑとスロットル開度Ｓとの関係を表したグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るポンプ装置における、回転速度の調節動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るポンプ装置の外観の一例を示す図である。図１に示すポンプ装置は、ポンプ部１０と原動機２０を有する。ポンプ部１０と原動機２０は、フレーム５において固定される。
【００１７】
図１に示す原動機２０は、内燃機関としてのエンジンである。原動機２０（エンジン）は、目標とする回転速度が得られるように、吸気路に配置されたスロットルバルブの開度（スロットル開度）を調節する装置（電子ガバナ等）を備える。
【００１８】
図１に示すポンプ部１０は、渦巻き式の遠心ポンプである。図２は、そのポンプ部１０の内部構成の一例を示す。ポンプ部１０は、原動機２０の回転軸２１に結合されたインペラ１４と、インペラ１４を収容する渦巻きケーシング１３を有する。インペラ１４が回転すると、吸込口１１の水（流体）は渦巻きケーシング１３を通って吐出口１２に運ばれる。
【００１９】
ポンプ部１０は、例えば自吸式ポンプであり、内部に呼び水を入れた状態で始動することにより、吸込み側の配管に空気が溜まった状態でもポンプ動作を開始することができる。充水栓１５は、始動時にポンプ部１０の内部を呼び水で満たすために使用される。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態に係るポンプ装置の制御系の構成例を示す図である。
図３の例において、ポンプ装置は、原動機２０の回転速度を検出する回転速度検出部３０と、原動機２０の負荷（回転軸２１の駆動に必要な動力）を検出する負荷検出部４０と、制御部５０を有する。
【００２１】
回転速度検出部３０は、例えば、原動機２０の内部のギヤに連動して回転する磁石の磁束変化をホールセンサによってパルス信号に変換し、そのパルス信号の周波数に基づいて回転速度を検出する。
【００２２】
負荷検出部４０は、例えば、原動機２０の負荷に関わる信号として、原動機２０の吸気路に配置されたスロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するセンサである。このセンサは、例えばポテンショメータを含んで構成される。
【００２３】
制御部５０は、原動機２０の動作を制御する装置であり、例えばマイクロコンピュータを含んで構成される。制御部５０は、回転速度検出部３０や負荷検出部４０などの信号に応じて、原動機２０のスロットルバルブやチョーク弁を調節するアクチュエータを駆動し、負荷の状態に応じた適切な回転速度が得られるように制御を行う。
【００２４】
制御部５０は、回転速度の制御に関わる機能的な構成要素として、回転速度制御部５１と目標回転速度調節部５２を有する。
回転速度制御部５１は、回転速度検出部３０において検出される回転速度が目標回転速度Ｒｔへ近づくように原動機２０の回転速度を制御する。
目標回転速度調節部５２は、原動機２０の負荷と回転速度との関係が、予め定められた関係（図４）に近づくように、負荷検出部４０における負荷の検出値（スロットル開度Ｓ）に応じて目標回転速度Ｒｔを調節する。
【００２５】
図４は、スロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとの関係を表したグラフである。図４における回転速度Ｒａは、負荷検出部４０において検出されるスロットル開度Ｓに対して定められた原動機２０の回転速度を示す。図４の例では、スロットル開度Ｓにほぼ比例して減少するように回転速度Ｒａが定められている。スロットル開度Ｓは、例えば「０」から「９５」までの数値範囲を有しており、「０」はスロットルバルブの全閉状態、「９５」は全開状態を示す。
目標回転速度調節部５２は、スロットル開度Ｓに対応する回転速度Ｒａの値を、例えば所定の計算式に基づいて算出してもよいし、あるいは、スロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとを対応づけて記憶装置に格納したデータテーブルから読みだしてもよい。
【００２６】
目標回転速度調節部５２は、この図４に示すスロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとの関係に近づくように、目標回転速度Ｒｔを調節する。すなわち、目標回転速度調節部５２は、原動機２０の負荷が大きくなると回転速度が遅くなり、負荷が軽くなると回転速度が速くなるように目標回転速度Ｒｔを調節する。また、目標回転速度調節部５２は、原動機２０の負荷が所定の上限値（スロットル開度Ｓ＝８０）を超えないように目標回転速度Ｒｔを調節する。
【００２７】
更に、目標回転速度調節部５２は、ポンプ部１０の始動を指示する図示しないスイッチ等からの信号が制御部５０に入力された場合、図４に示すスロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとの関係における最速の回転速度（３８００ｒｐｍ）よりも速い、自吸動作用の目標回転速度Ｒｔ（例えば４０００ｒｐｍ）を回転速度制御部５１に設定する（自吸運転モード）。
【００２８】
自吸動作用の高速な目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定した後、目標回転速度調節部５２は、負荷検出部４０が検出したスロットル開度Ｓと所定の下限値とを比較する。スロットル開度Ｓがこの下限値を超えると、目標回転速度調節部５２は、自吸動作用の高速な目標回転速度Ｒｔを設定する自吸運転モードから、図４に示すスロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとの関係に近づくように目標回転速度Ｒｔを調節する運転モード（通常運転モード）へ移行する。
【００２９】
ただし、自吸動作用の目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定してから一定時間が経過してもスロットル開度Ｓが所定の下限値より小さい場合、目標回転速度調節部５２は、原動機２０の回転を停止させる。これにより、自吸モードが長時間続いて、回転速度の高速な状態が原動機２０とポンプ部１０に過大な負担を与えることを防止する。
【００３０】
自吸運転モードから通常運転モードに移行すると、目標回転速度調節部５２は、図４に示すスロットル開度Ｓと回転速度Ｒａとの関係において、負荷検出部４０が検出したスロットル開度Ｓに対応する所定の回転速度Ｒａを取得し、回転速度制御部５１に設定中の目標回転速度Ｒｔとこの回転速度Ｒａとの差ＤＲを算出する。目標回転速度調節部５２は、この差ＤＲを所定のしきい値と比較し、差ＤＲがしきい値を超える（目標回転速度Ｒｔが回転速度Ｒａから離れている）場合、現在設定中の目標回転速度Ｒｔよりも回転速度Ｒａに近い新たな目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する。すなわち、目標回転速度調節部５２は、回転速度Ｒａから現在の目標回転速度Ｒｔまでの範囲に含まれ、かつ、回転速度Ｒａとの差が現在の目標回転速度Ｒｔよりも小さい新たな目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する。例えば、目標回転速度調節部５２は、回転速度Ｒａから現在の目標回転速度Ｒｔまでの範囲における中間の回転速度を、新たな目標回転速度Ｒｔとして回転速度制御部５１に設定する（図７）。
【００３１】
通常運転モードにおいて負荷検出部４０のスロットル開度Ｓが上限値（８０）を超える場合、目標回転速度調節部５２は、負荷検出部４０のスロットル開度Ｓがこの上限値（８０）より小さくなるまで目標回転速度Ｒｔを減少させる。例えば、目標回転速度調節部５２は、スロットル開度Ｓと上限値（８０）の比較結果に応じて目標回転速度Ｒｔを所定の変化分ずつ減速させる処理を、スロットル開度Ｓが上限値（８０）より小さくなるまで繰り返す。目標回転速度Ｒｔの減速は、例えば、元の速度から一定の速度を減算することにより行ってもよいし、あるいは、全体の速度を一定の割合ずつ減速させることにより行ってもよい。
【００３２】
次に、上述した構成を有するポンプ装置における回転速度の調節動作について、フローチャートを参照しながら説明する。
【００３３】
図５は、ポンプの始動から停止までの回転速度の調節動作を説明するためのフローチャートである。
ポンプ部１０の始動を指示する図示しないスイッチ等からの信号が制御部５０に入力されると（ＳＴ１０５）、目標回転速度調節部５２は、自吸動作用の高速な目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ１２５）。これにより、ポンプ装置は、自吸動作用の高速な回転速度で運転を開始する（自吸運転モード）。
他方、ポンプの始動ではない場合（例えば再起動などの場合）、目標回転速度調節部５２は、後述するステップＳＴ１４０に移行する。
【００３４】
回転速度制御部５１の制御によって原動機２０の回転速度が自吸動作用の目標回転速度Ｒｔに到達すると、目標回転速度調節部５２は、負荷検出部４０からスロットル開度Ｓを取得し（ＳＴ１３０）、これを所定の下限値と比較する（ＳＴ１３５）。自吸動作において原動機２０の負荷は著しく低くなるため、スロットル開度Ｓは下限値よりも低くなる。
【００３５】
スロットル開度Ｓが下限値より小さい場合（自吸動作が続いている場合）、目標回転速度調節部５２は、回転速度制御部５１に自吸動作用の目標回転速度Ｒｔを設定してからの経過時間が一定時間に達したか否かを判定する（ＳＴ１８０）。経過時間（自吸運転モードの時間）が一定時間より短い場合、目標回転速度調節部５２はステップＳＴ１３０に戻り、スロットル開度Ｓが下限値を超えたか否かの判定を繰り返す。経過時間が一定時間に達した場合、目標回転速度調節部５２はステップＳＴ１５５に移行し、原動機２０の回転を停止させる。これにより、自吸運転モードでの高速な回転速度が長時間続き、原動機２０とポンプ部１０に過大な負担がかかることを防止できる。
【００３６】
スロットル開度Ｓが所定の下限値より大きくなると（自吸動作が終わって水の汲み上げが始まると）、目標回転速度調節部５２は、通常運転モードに移行する。目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを所定の初期値（例えば３６００ｒｐｍ）に設定し（ＳＴ１４０）、負荷検出部４０のスロットル開度Ｓに応じた目標回転速度の調節を開始する（ＳＴ１４５）。通常運転モードにおいて、ポンプの停止を指示する図示しないスイッチからの信号が制御部５０に入力されると（ＳＴ１５０）、目標回転速度調節部５２は原動機２０の回転を停止させる。
【００３７】
図６は、図５のステップＳＴ１４５における処理の詳細を示すフローチャートであり、通常運転モードにおける目標回転速度Ｒｔの調節に関わる動作を示す。
目標回転速度調節部５２は、負荷検出部４０からスロットル開度Ｓを取得し（ＳＴ２０５）、スロットル開度Ｓが上限値（８０）より大きいか否か判定する（ＳＴ２１０）。スロットル開度Ｓが上限値（８０）より大きい場合、目標回転速度調節部５２は、後述するステップＳＴ３０５（図８）に移行する。また、回転速度制御部５１に現在設定している目標回転速度Ｒｔが図４に示すグラフにおける最低の回転速度（３６００ｒｐｍ）より遅いか否か判定し、最低の回転速度より遅い場合は、後述するステップＳＴ４０５（図９）に移行する。
【００３８】
スロットル開度Ｓが上限値（８０）より小さく、かつ、目標回転速度Ｒｔが図４に示すグラフにおける最低の回転速度（３６００ｒｐｍ）より速い場合、目標回転速度調節部５２は、ステップＳＴ２０５で取得したスロットル開度Ｓに対応する所定の回転速度Ｒａ（図４）を取得し（ＳＴ２２０）、目標回転速度Ｒｔと回転速度Ｒａとの差ＤＲを算出する（ＳＴ２２５）。そして、差ＤＲがしきい値より大きい場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔと回転速度Ｒａの中間値を新たな目標回転速度Ｒｔとして回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ２３５）。差ＤＲがしきい値より小さい場合、目標回転速度調節部５２は、設定中の目標回転速度Ｒｔを維持する。
【００３９】
図７は、図４のグラフに示す負荷（スロットル開度Ｓ）と回転速度との関係に近づくように目標回転速度Ｒｔを調節する例を説明するための図である。図７に示すグラフは、図４に示すグラフの一部を表している。図７における「Ｐ１」〜「Ｐ３」は、スロットル開度Ｓと目標回転速度Ｒｔによって表される原動機２０の動作点を示す。
【００４０】
動作点Ｐ１のスロットル開度Ｓ１に対応して定められた回転速度Ｒａ１は、動作点Ｐ１の目標回転速度Ｒｔ１に比べて速く、その差ＤＲはしきい値より大きい。そのため、回転速度Ｒａ１と目標回転速度Ｒｔ１の中間値Ｒｔ２が、新たな目標回転速度に設定される（ＳＴ２３５）。
【００４１】
新たな目標回転速度Ｒｔ２は、元の目標回転速度Ｒｔ１に比べて速いことから、原動機２０の負荷は大きくなる。そのため、目標回転速度を「Ｒｔ１」から「Ｒｔ２」へ変更することにより、スロットル開度は元の「Ｓ１」より大きい「Ｓ２」となる。すなわち、新たな動作点Ｐ２（Ｓ２，Ｒｔ２）は、元の動作点Ｐ１（Ｓ１，Ｒｔ１）の右上方向に移動する。図７に示すように、動作Ｐ２は、元の動作点Ｐ１に比べて、負荷（スロットル開度Ｓ）と回転速度との関係を表すグラフの線に接近していている。
【００４２】
図７の例では、更に目標回転速度Ｒｔの調節が行われることにより、動作点が「Ｐ２」から「Ｐ３」へ移動する。動作点Ｐ３の目標回転速度Ｒｔ３は、上記と同様に、動作点Ｐ２のスロットル開度Ｓ２に対応する回転速度Ｒａ２と目標回転速度Ｒｔ２との中間値として求められる。動作点Ｐ３は、動作点Ｐ２に比べて、更にグラフ上の線に接近している。
【００４３】
このように、ステップＳＴ２０５〜ＳＴ２３５の処理を繰り返すことによって、原動機２０の回転速度は、差ＤＲが所定のしきい値より小さくなるまで、図４のグラフに示す負荷と回転速度との関係に近づくように制御される。
【００４４】
図８は、負荷検出部４０において検出される負荷（スロットル開度Ｓ）が上限値（８０）を超える場合の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップＳＴ２１０（図６）においてスロットル開度Ｓが上限値（８０）より大きいと判定された場合、目標回転速度調節部５２は、回転速度制御部５１に設定中の目標回転速度Ｒｔが３６００ｒｐｍ（図４に示すグラフにおける最低の回転速度）より速いか否か判定する（ＳＴ３０５）。目標回転速度Ｒｔが３６００ｒｐｍより遅い場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを所定の変化分だけ減速させた新たな目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ３２５）。
【００４５】
他方、目標回転速度Ｒｔが３６００ｒｐｍより速い場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを３６００ｒｐｍに設定する（ＳＴ３１０）。目標回転速度調節部５２は、原動機２０の回転速度が３６００ｒｐｍに達したところで、再び負荷検出部４０のスロットル開度Ｓを取得し（ＳＴ３１５）、上限値（８０）と比較する（ＳＴ３２０）。回転速度を３６００ｒｐｍに設定してもスロットル開度Ｓが上限値（８０）を超える場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを所定の変化分だけ減速させた新たな目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ３２５）。
【００４６】
上述したステップＳＴ３０５〜ＳＴ３２５の処理を繰り返すことにより、原動機２０の目標回転速度Ｒｔは、スロットル開度Ｓが上限値（８０）より小さくなるまで減速される。
なお、図８のフローチャートに示す処理では、図４に示すグラフにおける最低の回転速度（３６００ｒｐｍ）よりも速い回転速度において負荷（スロットル開度Ｓ）が上限値（８０）を超える場合、目標回転速度Ｒｔが直ちに最低の回転速度（３６００ｒｐｍ）まで減速される。これにより、原動機２０に過大な負荷がかかる時間を短くすることができる。
【００４７】
図９は、負荷検出部４０において検出される負荷（スロットル開度Ｓ）が上限値（８０）より小さく、かつ、目標回転速度Ｒｔが図４における最低の回転速度（３６００ｒｐｍ）よりも遅い場合の動作を説明するためのフローチャートである。
この場合、目標回転速度調節部５２は、負荷検出部４０で検出されたスロットル開度Ｓと上限値（８０）との差ＤＳを算出し（ＳＴ４０５）、この差ＤＳが所定のしきい値より大きいか否かを判定する（ＳＴ４１０）。差ＤＳが所定のしきい値より大きい場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを所定の変化分だけ増速させた新たな目標回転速度Ｒｔを回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ４１５）。目標回転速度Ｒｔの増速は、例えば、元の速度に一定の速度を加算することにより行ってもよいし、あるいは、全体の速度を一定の割合ずつ増速させることにより行ってもよい。
【００４８】
上述したステップＳＴ４０５〜ＳＴ４１５の処理を繰り返すことにより、原動機２０の目標回転速度Ｒｔは、スロットル開度Ｓと上限値（８０）との差ＤＳが所定のしきい値より小さくなるまで増速される。
【００４９】
図１０は、ポンプ装置の性能の一例を表すグラフである。曲線ＣＶ１，ＣＶ２は吐出し流量Ｑと揚程Ｈの関係を表し、曲線ＣＶ３は吐出し流量Ｑとスロットル開度Ｓの関係を表す。
点線で示す曲線ＣＶ１は、原動機の回転速度を定格速度（３６００ｒｐｍ）に保った場合の特性を表し、実線で示す曲線ＣＶ２は、負荷（スロットル開度Ｓ）と目標回転速度Ｒｔとの関係が図４に示す関係に近づくように上述した制御を行った場合の特性を表す。
曲線ＣＶ１とＣＶ２を比較して分かるように、目標回転速度Ｒｔの制御を行うことによって、同じ吐出し水量Ｑにおける揚程Ｈが高くなっている。また、吐出し水量Ｑが３００［リットル／ｍｉｎ］より大きい運転領域において、負荷（スロットル開度Ｓ）が上限値（８０）を超えないように制限される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態に係るポンプ装置によれば、ポンプ部１０を駆動する原動機２０の負荷が大きくなるとその回転速度が遅くなり、負荷が小さくなると回転速度が速くなり、かつ、負荷が所定の上限を超えないように、原動機２０の回転速度が制御される。そのため、図１０のグラフにおいて示すように、原動機の回転速度を一定に保つ従来の方式に比べて、低圧・大流量の運転領域から高圧・小流量の運転領域までの広い動作範囲で性能を向上できる。
【００５１】
また、本実施形態に係るポンプ装置によれば、ポンプ始動時の自吸運転モードにおいて、通常運転モードよりも原動機２０の回転速度を高速にすることから、実質的なポンプ動作が開始するまでの時間を短縮することができる。更に、自吸動作が終わったか否かを原動機２０の負荷（スロットル開度Ｓ）に基づいて判定し、自吸動作の終了を判定した場合には自動的に通常運転モードへ移行するため、速やかにポンプ動作を開始させることができる。しかも、自吸運転モードが一定時間続いた場合には原動機２０の回転を停止させることから、自吸動作用の高速な回転速度による原動機２０及びポンプ部１０の過大な負荷が長時間続くことを効果的に防止できる。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を含んでいる。
【００５３】
図１１は、本発明の他の実施形態に係るポンプ装置における、回転速度の調節動作を説明するためのフローチャートである。
図１１に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１０５とステップＳＴ１２５の間に、ステップＳＴ１１０〜ＳＴ１２０を追加したものである。
この場合、目標回転速度調節部５２は、ポンプの始動信号の入力を受けて目標回転速度Ｒｔを自吸動作用の高速な回転速度（例えば４０００ｒｐｍ）に設定する前に、これよりも遅い回転速度（例えば３６００ｒｐｍ）を初期値の目標回転速度Ｒｔとして回転速度制御部５１に設定する（ＳＴ１１０）。そして、目標回転速度調節部５２は、この初期値の回転速度において負荷検出部４０のスロットル開度Ｓを取得し（ＳＴ１１５）、スロットル開度Ｓが所定の下限値より小さいか否か判定する（ＳＴ１２０）。スロットル開度Ｓが下限値よりも小さい場合、目標回転速度調節部５２は、目標回転速度Ｒｔを自吸動作用の高速な回転速度に設定する（ＳＴ１２５）。
このように、図１１のフローチャートの処理によれば、比較的低い回転速度において自吸動作が確認されてから高速な回転速度に変更されるため、原動機２０とポンプ部１０に過大な負荷がかかることを効果的に防止できる。
【００５４】
上述した実施形態では、負荷検出値（スロットル開度）が上限値（８０）より小さい通常の運転モードにおいて、負荷検出値に対応する回転速度Ｒａ（図４）と目標回転速度Ｒｔとの差ＤＲが所定のしきい値より大きい場合に、回転速度Ｒａと目標回転速度Ｒｔの中間の回転速度を新たな目標回転速度Ｒｔに設定しているが（ＳＴ２３５，図６）、本発明はこれに限定されない。すなわち、新たな目標回転速度Ｒｔは、負荷検出値に対応する回転速度Ｒａから元の目標回転速度Ｒｔまでの範囲に含まれ、かつ、回転速度Ｒａとの差ＤＲが元の目標回転速度Ｒｔに比べて小さくなるような回転速度であればよく、上述のように、回転速度Ｒａと目標回転速度Ｒｔの中間値に限定されるものではない。
【００５５】
上述した実施形態では、ポンプ部１０が遠心ポンプの場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明のポンプ部には、遠心ポンプ以外の種々の形式のポンプを用いてよい。
【００５６】
上述した実施形態では、原動機２０がエンジン（レシプロエンジン）である場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明の原動機には種々の形式の内燃機関を用いてよく、また、内燃機関以外の動力源として、例えば電動のモータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
５…フレーム、１０…ポンプ部、１１…吸込口、１２…吐出口、１３…渦巻きケーシング、１４…インペラ、１５…充水栓、２０…原動機、２１…回転軸、３０…回転速度検出部、４０…負荷検出部、５０…制御部、５１…回転速度制御部、５２…目標回転速度調節
【要約】
【課題】ポンプの駆動に使用する原動機の定格出力を抑えつつ、低圧・大流量の運転領域から高圧・小流量の運転領域までの広い動作範囲で性能を向上できるポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプ部１０を駆動する原動機２０の負荷が大きくなるとその回転速度が遅くなり、負荷が小さくなると回転速度が速くなり、かつ、負荷が所定の上限を超えないように、原動機２０の回転速度が制御される。そのため、原動機の回転速度を一定に保つ従来の方式に比べて、低圧・大流量の運転領域から高圧・小流量の運転領域までの広い動作範囲で性能を向上できる。
【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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