(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ井ピットに複数台の排水ポンプが設置されている排水設備における排水ポンプの運転制御方法であって、
上記ポンプ井ピットの水位上昇速度及び水位上昇加速度を検出し、その検出された水位上昇加速度からポンプ起動時の水位上昇速度を予測して現在の水位上昇速度を補正し、その補正水位上昇速度に基づいてポンプ運転台数を決定するとともに、
その決定されたポンプ運転台数、ポンプ起動時の補正水位上昇速度、ポンプ１台の所要始動時間および予め設定されている揚水開始水位からポンプ始動開始水位を決定し、
上記ポンプ井ピットの水位がその決定されたポンプ始動開始水位にまで上昇したとき上記決定運転台数のポンプを始動し、かつ、上記揚水開始水位にまで上昇したときの揚水を開始するという運転制御を行なう一方、
運転中のポンプが複数台のときは、上記ポンプ井ピットの水位下降速度の検出に基づいてポンプの運転停止台数を決定するとともに、
上記ポンプ井ピットの水位が予め設定されている揚水遮断水位にまで下降したとき上記決定停止台数のポンプの運転を停止し、
また、運転中のポンプが１台のときは、上記水位上昇速度に基づいて揚水開始水位までの到達時間を求め、その到達時間が所定時間以上であるときポンプの運転を停止するという運転停止制御を行なうことを特徴とする排水ポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として雨水の排水処理に用いられる排水ポンプの運転制御方法に関し、詳しくは、ポンプ井ピットに複数台の排水ポンプが設置されている排水設備における排水ポンプの運転制御方法関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排水設備において、従来一般には、ポンプ井ピットに計画（予測）最大流入量の雨水等が流入してきた場合でも負荷が許容範囲を越えて変動しないようにするために、複数台の排水ポンプを、同時に揚水開始したときの負荷変動が上記許容負荷変動範囲内に収まるような台数毎にグループ分けして各グループ毎の揚水開始水位、揚水遮断水位にそれぞれレベル差を付けて複数段階にステップ設置し、ポンプ井ピットの水位の上昇、下降に応じて各グループ毎で揚水開始したり、揚水遮断する運転制御方法が採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来のポンプ運転制御方法を採用している排水設備においては、複数台の排水ポンプの計画最低水位が最下段グループのポンプの揚水遮断水位および揚水開始水位によって決まり、ポンプ井ピットの深さが深くなるとともに、各ポンプの床下長さも長くなって、設備コストが高騰する。また、各ポンプの実揚程が高くなり、それだけ必要動力が大きくなる。さらに、各グループ毎のポンプ負荷も不均一になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、複数台のポンプを全て同一レベルに設置しながら、許容範囲を越える負荷変動を生じることなく、常に適正台数のポンプを適正時期に運転させ、かつ停止させることができる排水ポンプの運転制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る排水ポンプの運転制御方法は、ポンプ井ピットに複数台の排水ポンプが設置されている排水設備における排水ポンプの運転制御方法であって、上記ポンプ井ピットの水位上昇速度及び水位上昇加速度を検出し、その検出された水位上昇加速度からポンプ起動時の水位上昇速度を予測して現在の水位上昇速度を補正し、その補正水位上昇速度に基づいてポンプ運転台数を決定するとともに、その決定されたポンプ運転台数、ポンプ起動時の補正水位上昇速度、ポンプ１台の所要始動時間および予め設定されている揚水開始水位からポンプ始動開始水位を決定し、上記ポンプ井ピットの水位がその決定されたポンプ始動開始水位にまで上昇したとき上記決定運転台数のポンプを始動し、かつ、上記揚水開始水位にまで上昇したときの揚水を開始するという運転制御を行なう一方、運転中のポンプが複数台のときは、上記ポンプ井ピットの水位下降速度の検出に基づいてポンプの運転停止台数を決定するとともに、上記ポンプ井ピットの水位が予め設定されている揚水遮断水位にまで下降したとき上記決定停止台数のポンプの運転を停止し、また、運転中のポンプが１台のときは、上記水位上昇速度に基づいて揚水開始水位までの到達時間を求め、その到達時間が所定時間以上であるときポンプの運転を停止するという運転停止制御を行なうことを特徴とするものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、複数台のポンプを全て同一レベルに設置した上で、ポンプ井ピットの水位上昇速度及び水位上昇加速度を検出するだけで、その検出された現在の水位上昇速度を水位上昇加速度に応じてポンプ起動時に予測される水位上昇速度に補正してその補正水位上昇速度に基づいてポンプの運転台数の決定ならびにその決定運転台数のポンプ始動開始水位の決定を行ない、水位の上昇に応じてポンプを始動し、かつ揚水を開始するという運転制御を行なうことで、ポンプ運転のタイムラグ、演算のタイムラグ、さらにはポンプ井ピットの断面積の経時変化に起因する水位上昇速度の変化にかかわらず、ポンプ井ピットの実水位変動に対応して常に適正台数のポンプを適正時期に運転させることが可能である。また、運転中のポンプが複数台のときは、ポンプ井ピットの水位下降速度を検出するだけでポンプの運転停止台数を決定し、その決定停止台数のポンプをポンプ井ピットの水位が設定された揚水遮断水位にまで下降したとき運転停止し、かつポンプが１台のときは、待機中の水位上昇速度に基づいて揚水開始水位までの到達時間が所定時間以上のとき運転停止するという運転停止制御を行なうことで、ポンプ井ピットの水位変動状況に対応して適正に運転停止させることが可能であり、ポンプ井ピットの深さを浅く、かつ、ポンプの床下長さを短くして設備コストの低減が図れながら、許容範囲を越える負荷変動を生じることなく、常に適正なポンプの運転停止制御を行なわせることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明方法を適用した排水設備の概略構成図であり、同図において、１はポンプ井ピットで、このポンプ井ピット１には、排水ポンプとして複数台の先行待機型立軸ポンプ２が全て同一レベルに設置されている。これら立軸ポンプ２は、吸水ベルマウス８の下端開口の深さがこれ以下では空気を吸い込んでしまうポンプ固有の最低水位よりも上方に羽根車３が配設されているとともに、この羽根車３を収容する羽根車室４の入口下方付近に一端が開口接続されているとともに他端が大気に開放された吸気管５の途中に開閉弁６を介装してなる。７は運転制御用コントローラ部であり、上記ポンプ井ピット１に設置されている水位計の時間当たりの変化により水位上昇速度、水位上昇加速度および水位下降速度を検出するとともに、その検出に基づいて複数台の先行待機型立軸ポンプ２の運転制御および運転停止制御を行なうものである。
【０００８】
図２は上記先行待機型立軸ポンプ２の水位設定図であり、ポンプ井ピット１の水位降下時に羽根車室４の入口レベルに設定される揚水開始水位ＣＷＬとポンプ固有の最低水位に設定される揚水遮断水位ＳＷＬの間の所定水位になったときに、開閉弁６を開弁させて羽根車室４の入口に空気を送り込んで揚水運転から気中運転に切替え、水位上昇時にはポンプ井ピット１の水位が羽根車室４の入口レベルに設定される揚水開始水位ＣＷＬになったときに、開閉弁１を閉弁させて残留空気を吸い揚げながら気中運転から揚水運転に切替えるように構成されているものであって、ポンプ井ピット１の水位が揚水遮断水位ＳＷＬ以下に低下しても気中運転に切替えてポンプ運転を継続できるようになされている。なお、先行待機型立軸ポンプ２の特性として、揚水遮断運転状態から１回目の揚水運転に至る場合は、上記開閉弁６の閉弁による揚水開始水位ＣＷＬよりもやや上方の水位ＲＷＬになったときに、揚水が開始される。
【０００９】
つぎに、上記構成の排水設備における先行待機型立軸ポンプ２の運転制御方法について、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
図３は揚水開始のための運転制御フローであり、ポンプ井ピット１の水位上昇速度Ｖｕ（ｍ／ｓ）及び水位上昇加速度Ａｕ（ｍ２  ／ｓ）を検出し（ステップＳ１０）、その検出された水位上昇速度Ｖｕ（ｍ／ｓ）とポンプ井ピット１の面積Ａ（ｍ２  ）とから流入量Ｑ（ｍ３  ／ｓ）を、
Ｑ＝Ａ×Ｖｕ
なる式で算出するとともに、その流入変化量｛ｄＱ／ｄｔ（ｍ３  ／ｓ２  ）｝を算出する（ステップＳ１１）。
【００１０】
次に、その算出された流入量Ｑ（ｍ３  ／ｓ）と流入変化量｛ｄＱ／ｄｔ（ｍ３  ／ｓ２  ）｝とポンプ運転台数Ｎ及びポンプ１台の所要始動時間ｔ（ｓ）とポンプ起動時の推定流入量Ｑｅ（ｍ３  ／ｓ）の関係式、
Ｑｅ＝Ｑ＋ｄＱ／ｄｔ×Ｎ×ｔ    ……▲１▼
及び、ポンプ起動時の推定流入量Ｑｅ（ｍ３  ／ｓ）とポンプ性能曲線から算出される１台当たりのポンプ吐出量Ｑｐ（ｍ３  ／ｓ）とポンプ運転台数Ｎの関係式、
Ｎ＝Ｑｅ／Ｑｐ                  ……▲２▼
よりＮについて解いた
Ｎ＝Ｑ／（Ｑｐ−ｄＱ／ｄｔ×ｔ）……▲３▼
なる式でポンプ運転台数Ｎを決定する（ステップＳ１２）とともに、そのポンプ運転台数Ｎ、上記水位上昇速度Ｖｕ（ｍ／ｓ）、水位上昇加速度Ａｕ（ｍ２  ／ｓ）及びポンプ起動遅れ時間Ｔ（ｓ）からポンプ起動時の推定水位上昇速度Ｖｕｅ（ｍ３  ／ｓ）を、
Ｖｕｅ＝Ｖｕ＋Ａｕ×Ｎ×ｔ
なる式で算出する（ステップＳ１３）とともに、その算出されたポンプ起動時の推定水位上昇速度Ｖｕｅ（ｍ３  ／ｓ）、上記ポンプ運転台数Ｎ、ポンプ１台の所要始動時間ｔ（ｓ）および１回目の揚水開始水位ＲＷＬ（ｍ）からポンプ始動開始水位Ｌ１  ＷＬ（ｍ）｛図２参照｝を、
ＲＷＬ−Ｌ１  ＷＬ＝Ｎ×ｔ×Ｖｕｅより
Ｌ１  ＷＬ（ｍ）＝ＲＷＬ−Ｎ×ｔ×Ｖｕｅ
なる式で決定する（ステップＳ１４）。
なお、上記ポンプ井ピット１の面積Ａ（ｍ２  ）は、ポンプ井ピット１の現在水位における表面積である。
【００１１】
そして、上記ポンプ井ピット１の水位が、上記決定されたポンプ始動開始水位Ｌ１  ＷＬにまで上昇したとき上記決定台数Ｎのポンプを始動し（ステップＳ１５，Ｓ１６）、かつ、揚水が１回目であるか否かを判別し（ステップＳ１７）、１回目の場合は上記ポンプ井ピット１の水位が１回目揚水開始水位ＲＷＬ（ｍ）にまで上昇したときに揚水を開始し、２回目以降の場合は上記ポンプ井ピット１の水位が２回目以降の揚水開始水位ＣＷＬ（ｍ）にまで上昇したときに揚水を開始する（ステップＳ１８，Ｓ１９またはステップＳ２０，Ｓ２１）という運転制御を行なう。
【００１２】
図４はポンプ運転中の停止制御フローであり、まず、運転中のポンプが１台であるのか２台以上であるのかを判定し（ステップＳ２０）、２台以上のポンプが運転中の場合は上記ポンプ井ピット１の水位下降速度Ｖｄ（ｍ／ｓ）を検出し（ステップＳ２１）、その検出された水位下降昇速度Ｖｄ（ｍ／ｓ）とポンプ井ピット１の面積Ａ（ｍ２  ）とポンプ性能曲線から算出される１台当たりのポンプ吐出量Ｑｐ（ｍ３  ／ｓ）からポンプ運転停止台数Ｎ１を、
Ｎ１＝Ａ×Ｖｄ／Ｑｐ
なる式で決定し（ステップＳ２２）、上記ポンプ井ピット１の水位が、上記揚水遮断水位ＳＷＬにまで下降したとき上記決定停止台数Ｎ１のポンプの運転を停止する（ステップＳ２３，Ｓ２４）。
【００１３】
一方、ステップＳ２０において、運転中のポンプが１台であると判定された場合は、その１台のポンプの待機運転中のポンプ井ピット１の水位上昇速度Ｖｕ（ｍ／ｓ）を検出し（ステップＳ２５，Ｓ２６）、その検出水位上昇速度Ｖｕから次の揚水開始水位ＣＷＬまでの到達時間ｔ２を、
ｔ２＝ＣＷＬ−Ｌ２  ＷＬ／Ｖｕ
ここで、Ｌ２  ＷＬは現在の水位（ｍ）
なる式で計測し（ステップＳ２７）、その到達時間ｔ２が所定の時間（これは３０分に設定している）以上のとき、つまり、ｔ２≧３０分のとき、ポンプの運転を停止する（ステップＳ２８，Ｓ２９）。
【００１４】
なお、上記の実施の態様では、先行待機型立軸ポンプへ適用した例について説明したが、これ以外のポンプに適用してもよいことはもちろんである。
【００１５】
また、上記実施の形態で説明したように、１回目の揚水開始水位ＲＷＬ（ｍ）にに対して２回目以降の揚水開始水位ＣＷＬ（ｍ）を低く設定するときは、一旦始動された後に気中運転による待機状態にあるポンプを水位の上昇に伴い早い時期に揚水運転に切り替えることが可能で、それだけ気中運転に伴う振動などの不都合の発生を抑えることができる。
【００１６】
さらに、上記実施の形態で説明したように、ポンプ井ピット１の面積をポンプ井ピットの現在水位の表面積とする場合は、水位上昇または下降速度と現在水位の表面積を要素としてポンプ運転台数及びポンプ運転停止台数を決定することが可能であるため、深さが全域に亘って一様でなく、不均一なポンプ井ピットであっても、水位変動に対応したポンプ運転台数及びポンプ運転停止台数の制御を一層適正に行なうことができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数台のポンプを全て同一レベルに設置しながら、ポンプ運転のタイムラグや演算のためのタイムラグ、さらにはポンプ井ピットの側壁が崩れるなどの断面積の経時変化に起因する水位上昇速度の変化にかかわらず、ポンプ井ピットの実水位変動に対応して許容の負荷変動範囲内で常に適正台数のポンプを適正時期に運転し、かつ、適正時期に運転停止することができる。これにより、ポンプの不要な運転をなくして省エネルギー化を図り得るだけでなく、ポンプ井ピットの深さを浅くし、かつ、各ポンプの床下長さを短くして、設備全体のイニシャルコストを低減することができ、また、ポンプの実揚程を低くしてモータなど原動機容量の減少に伴うランニングコストの低減も図ることができ、さらに、複数台のポンプ負荷も均一化して常に適正かつ安定よいポンプの運転停止制御を行なわせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を適用した排水設備の概略構成図である。
【図２】先行待機型立軸ポンプの水位設定の説明図である。
【図３】先行待機型立軸ポンプの運転制御方法のうち揚水開始のための運転制御フローを示すフローチャートである。
【図４】先行待機型立軸ポンプの運転制御方法のうち運転停止制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ポンプ井ピット
２  先行待機型立軸ポンプ（排水ポンプ）
３  羽根車
７  運転制御用コントローラ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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