(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水槽の水位が所定の水位以上にあるときのポンプの最低起動台数を２台に設定するとともに、上記吸水槽への流入量がＮ台のポンプによる総吐出量に相当するときはＮ＋１台のポンプを起動させ、起動後は複数台のポンプを揃速または可動翼の揃角運転として上記吸水槽からの排水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】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば大深度地下放水路の排水などに適用されるもので、排水機場に設置された複数台のポンプの起動台数を吸水槽への雨水等の流入量の変動に応じて制御する排水ポンプの運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般には、吸水槽の水位が所定の水位に達したときのポンプの最低起動台数が１台に設定されており、吸水槽への雨水等の流入量Ｑｉｎが増加するにつれてポンプの起動台数を順次追加する運転制御方法が採用されていた。例えば、１台のポンプによる吐出量ＱｏｕｔＯが５０ｍ３  で、余裕αを５ｍ３  とすると、
０＜Ｑｉｎ≦４５ｍ３  のとき、ポンプ１台起動
４５＜Ｑｉｎ≦９０ｍ３  のとき、ポンプ２台起動
９０＜Ｑｉｎ≦９０ｍ３  のとき、ポンプ３台起動
１３５＜Ｑｉｎ３  のとき、ポンプ４台起動
といったように、冗長なしで起動する運転制御方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来の排水ポンプの運転制御方法においては、特に大深度地下放水路の排水のように、吸水槽の大きさが流入量に比較して非常に小さく制限される場合、起動失敗を生じやすいばかりでなく、流入量の急激な増加に対して、たとえばガスタービンなどポンプ駆動装置の起動スイッチがＯＮされてから実際に排水されるまでの間のロスタイムがあるために、吸水槽の水位が異常上昇して排水不能になるとか、負荷の異常増大を招くなどの不都合を発生する問題があり、このような問題を避けるためには、吸水槽の面積を大きくしたり、深さを大きくする必要があるが、吸水槽の大きさは用地面積などの立地条件から制限される場合が多くて抜本的な対策ではない。
【０００４】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、起動失敗の確率を著しく減少することができるとともに、小さい吸水槽への流入量の急激な増加にも適切に対応させて所定どおりの排水機能を確実に発揮させることができ、かつ排水時間の短縮化も図り得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、吸水槽の水位が所定の水位以上にあるときのポンプの最低起動台数を２台に設定するとともに、上記吸水槽への流入量がＮ台のポンプによる総吐出量に相当するときはＮ＋１台のポンプを起動させ、起動後は複数台のポンプを揃速または可動翼の揃角運転として上記吸水槽からの排水を行なうことを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、吸水槽の水位が所定の水位以上にあるときは、２台のポンプを同時起動状態とし、かつ、上記吸水槽への流入量ＱｉｎがＮ台のポンプによる総吐出量に相当するときはＮ＋１台のポンプを起動させることによって、起動の失敗を著しく減少するとともに、排水時間の短縮化を図ることができる。そのうえ、吸水槽への流入量が急激に増加する場合であっても、Ｎ＋１台のポンプの冗長運転であるから、ポンプ駆動装置に対する起動スイッチがＯＮされてから実際に排水されるまでの間のロスタイムの存在にかかわらず、吸水槽の水位が異常上昇して能力的に排水作用に失敗するとか、負荷の異常増大を招くなどの不都合の発生を回避することができる。
【０００７】
因みに、１台のポンプ能力による排水作用の失敗の確率が（１／１００）であるとすると、Ｎ＋１台のポンプが起動されて冗長運転される本発明の場合の排水作用失敗の確率は、
（１／１００）×（１／１００）
となり、排水作用の失敗の確率は極めて少なくなる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係る排水ポンプの運転制御方法を実施する地下放水路排水システムの構成を示す概念図であり、同図において、１〜３は複数（図面上では３つで示すが、２つ以上の複数であればよい）の河川に対応して地中にほぼ垂直に形成され、それらの底部が共通の流路４に接続された流入立坑であり、これら各立坑１〜３にはそれぞれ堰式流量計１Ｑ〜３Ｑが設置されており、これら各流量計１Ｑ〜３Ｑにより各河川からの流入量Ｑ１  〜Ｑ３  が計測されるとともに、それら計測流入量信号は図示省略した光ケーブルを介して、後述する排水機場９に設置されたコンピュータからなるポンプ運転制御装置１０に送信されて、各河川からの全流入量Ｑｉｎ（＝Ｑ１  ＋Ｑ２  ＋Ｑ３  ）が算出される。
【０００９】
５は吸水槽で、これに隣接して地中にほぼ垂直に形成された第１立坑６には投込式水位計７が設置されており、該投込式水位計７による計測水位は非満管時における待機運転（空運転）開始水位、つまり、上記吸水槽５の起動水位Ｈｓ  を求めるとともに、上記堰式流量計１Ｑ〜３Ｑのバックアップとして、第１立坑６の水位の上昇速度Ｖから予測流入量Ｑｉｎを算出するために使用される。この予測流入量Ｑｉｎは、上記各立坑１〜３の面積をＡ１  ，Ａ２  ，Ａ３  としたとき、
Ｑｉｎ＝Ｖ×（Ａ１  ＋Ａ２  ×Ａ３  ）
で求める。また、上記吸水槽５には超音波式水位計８が設置されており、この超音波式水位計８による計測水位は後述するポンプによる吸水槽の水位一定制御および停止等に使用される。
【００１０】
１１は複数台の排水ポンプ、１２はたとえばガスタービンなどのポンプ駆動装置であって、これらはポンプ運転制御装置１０と共に排水機場９に設置されており、これらポンプ１１の吐出管路１３が大きな河川Ｒに対応して地中に形成された吐出水槽１４に連通接続されている。この吐出水槽１４にも超音波式水位計１５が設置されており、この超音波式水位計１５による計測外水位Ｈ０  は図２に示すようなポンプ１１の実揚程性能カーブから予想吐出量Ｑｏｕｔ  を算出するために使用される。なお、図４において、Ｈ１  は吸水槽５の底盤に相当する水位、Ｈ４  は危険水位である。
【００１１】
つぎに、上記のように構成された地下放水路排水システムにおいて、排水機場９に設置された複数台の排水ポンプ１１の運転制御方法を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、この実施例では複数台の排水ポンプ１１が全て可変速ポンプであって、起動時は低速待機運転状態になるように設定されているものとする。また、起動後は揃速運転による水位一定制御が行なわれるものとする。
【００１２】
各河川に対応する立坑１〜３それぞれに設置した堰式流量計１Ｑ〜３Ｑにより計測された流入量Ｑ１  〜Ｑ３  から吸水槽５への全流入量Ｑｉｎが算出されるとともに、超音波式水位計１５により計測された外水位から排水開始水位Ｈ３  （図４）でのポンプ吐出量、すなわち、吸水槽５からの予想吐出量Ｑｏｕｔ  が図２に示すポンプの実揚程性能カーブに基づいて算出される。これら流入量Ｑｉｎと予想吐出量Ｑｏｕｔ  から、必要ポンプ起動台数Ｎ１  を演算する（ステップＳ２０）。この必要ポンプ起動台数Ｎ１  は、
Ｑｉｎ＋α＜Ｑｏｕｔ  ×Ｎ
ここで、Ｎは必要ポンプ台数、αは余裕
の関係式が成り立つ最小のＮに＋１をして決定する。
【００１３】
詳述すると、例えば、１台のポンプによる吐出量ＱｏｕｔＯが５０ｍ３  で、余裕αを５ｍ３  とすると、
０＜Ｑｉｎ≦４５ｍ３  のとき、ポンプ２台起動
４５＜Ｑｉｎ≦９０ｍ３  のとき、ポンプ３台起動
９０＜Ｑｉｎのとき、ポンプ４台起動
といったような冗長ありで起動する運転制御方法である。
【００１４】
そして、吸水槽５への流入にともない第１立坑６の水位が上昇し、その水位が図４に示すように設定された起動水位Ｈｓ  以上に達したとき、上記のようにして決定された必要起動台数Ｎ１  （Ｎ＋１）のポンプ１１を起動して低速待機運転状態とする（ステップＳ２１，Ｓ２２）。上記起動水位Ｈｓ  は、流入量Ｑｉｎに応じて変化するように可変設定される。すなわち、
Ｈ３  −Ｈｓ  ＝Ｖ×２×ｔ
ここで、ｔはポンプ駆動装置１２の所要起動時間
であり、起動の失敗を考慮して２回の起動が可能な時間的余裕をもって設定されている。
【００１５】
ついで、上記吸水槽５の水位が排水開始水位Ｈ３  以上になったならば、揃速水位一定制御のもとでの排水動作が開始される（ステップＳ２３，Ｓ２４）。ここでいう揃速とは、運転中の全てのポンプ１１の回転数を等しくすることである。そして、このような揃速水位一定制御の排水動作にかかわらず流入量Ｑｉｎが増加するケースと流入量Ｑｉｎが減少するケースとがあり、それら両ケースに応じてポンプ１１の運転はそれぞれ次のように運転制御される。
【００１６】
流入量Ｑｉｎが増加するケース：
このケースでは、まず、ポンプ１１の実際の運転台数が上述した必要ポンプ運転起動台数Ｎ１  以下であり、かつ、実際に運転中の各ポンプ１１の回転数が増加されていると判定された場合、ポンプ１１を１台追加起動させる（ステップＳ２５〜Ｓ２７）一方、ポンプ１１の実際の運転台数が上述した必要ポンプ起動台数Ｎ１  以下でないと判定された場合、ポンプ１１を増速させる（ステップＳ２８）。
【００１７】
流入量Ｑｉｎが減少するケース：
このケースでは、まず、ポンプ１１の実際の運転台数が上述した必要ポンプ起動台数Ｎ１  以上であり、かつ、実際に運転中の各ポンプ１１の回転数が減少されていると判定された場合、運転中の１台のポンプ１１を待機運転状態に切り換えるとともに、その待機運転状態がタイマーにより予め設定されている所定時間以上に継続されたとき、１台のポンプ１１の作動を停止する（ステップＳ２９〜Ｓ３３）一方、ポンプ１１の実際の運転台数が上述した必要ポンプ起動台数Ｎ１  以上でない場合、ポンプ１１を減速させる（ステップＳ３４）。そして、運転されているポンプ１１が１台であり、かつ、最低吐出量以下であると判定された場合、そのポンプ１１を待機運転状態に切り換えるとともに、その待機運転状態がタイマーにより予め設定されている所定時間以上に継続された場合、上記１台のポンプ１１を全速排水動作状態に復帰させて、吸水槽５の水位が上記排水開始水位Ｈ３  と起動水位Ｈｓ  との中間に設定された停止水位Ｈ２  以下になったとき、最後の１台のポンプ１１の作動を停止する（ステップＳ３５〜Ｓ４１）。
【００１８】
なお、上記実施例では、起動後におけるポンプ１１の運転制御方法として、運転中のポンプの回転数が全て等しくなるように回転数制御する揃速運転による水位一定制御を採用したものについて説明したが、各ポンプの可動翼の角度が全て等しくなるように流量制御する揃角運転による水位一定制御を採用してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、吸水槽の水位が所定の水位以上にあるときのポンプの最低起動台数を２台とし、かつ、上記吸水槽への流入量がＮ台のポンプによる総吐出量に相当するときのポンプの起動台数をＮ＋１台とすることによって、起動の失敗を著しく減少することができるとともに、排水時間の短縮化を図ることができる。そのうえ、大きさの小さい吸水槽への流入量が急激に増加する場合であっても、Ｎ＋１台のポンプの冗長運転によって、ポンプ駆動装置に対する起動スイッチがＯＮされてから実際に排水されるまでの間のロスタイムの存在にかかわらず、能力的な面で排水作用に失敗する確率を著しく減少することができ、所定の排水機能を確実に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排水ポンプの運転制御方法を実施する地下放水路排水システムの構成を示す概念図である。
【図２】予想吐出量を算出するために用いられるポンプの実揚程性能カーブを示す特性図である。
【図３】本発明に係る排水ポンプの運転制御方法の動作を説明するフローチャートである。
【図４】水位条件の説明図である。
【符号の説明】
５  吸水槽
１０  ポンプ運転制御装置
１１  ポンプ
Ｎ１    必要ポンプ起動台数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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