(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプを有する水分配網において、水の速度変化によって生じる圧力スパイクを散逸させ、ポンプの損傷を防ぐ。【解決手段】ポンプは、電動モーターおよび可変速度装置、ならびに段階においてポンプを動作させるための手段によって駆動される。ポンプを始動すると、第１の始動段階において、ポンプ速度が０から０と最大ポンプ速度との間のしきい値速度まで迅速に上昇し、第２の始動段階において、しきい値速度が維持され、第３の始動段階において、ポンプ速度が最大速度までより緩やかに増加され、第４の動作段階において、最大速度が維持される。ポンプを停止すると、第１の停止段階において、ポンプ速度が最大速度から中間速度まで漸進的に減少し、第２の停止段階において、ポンプ速度が中間速度から０まで迅速に減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分配網（１）であって、前記網上で水を分配するための少なくとも１つのポンプ装置を有し、前記ポンプ装置は、電動モーター（８）および可変速度装置（９）によって駆動されるポンプ（７）と、前記ポンプ（７）を始動すると、第１の始動段階（２０）において、ポンプ速度が０から０と最大ポンプ速度との間のしきい値速度まで迅速に上昇し、第２の始動段階（２２）において、前記しきい値速度が維持され、第３の始動段階（２４）において、前記ポンプ速度が最大速度までより緩やかに増加され、第４の動作段階（２６）において、前記最大速度が維持されるような、段階において前記ポンプを動作させるための手段（１０）とを備える、水分配網（１）。
【請求項２】
前記第３の始動段階（２４）におけるポンプ速度の前記増加は、前記最大速度が達せられるまでの増加の段および維持された速度の段を含む、請求項１に記載の水分配網。
【請求項３】
水分配網（１）であって、前記網上で水を分配するための少なくとも１つのポンプ装置を有し、前記ポンプ装置は、電動モーター（８）および可変速度装置（９）によって駆動されるポンプ（７）と、前記ポンプ（７）を停止すると、第１の停止段階（２８）において、ポンプ速度が最大速度から中間速度まで漸進的に減少し、第２の停止段階（３０）において、前記ポンプ速度が前記中間速度から０まで迅速に減少するような、段階において前記ポンプを動作させるための手段（１０）とを備える、水分配網（１）。
【請求項４】
前記中間速度が、０までの迅速な減少の前記第２の停止段階（３０）の前に、第３の停止段階（３３）において維持されるような、少なくとも１つのさらなる段階が含まれる、請求項３に記載の水分配網。
【請求項５】
前記第３の停止段階（３３）が、維持された速度の段および減少の段を含む、請求項４に記載の水分配網。
【請求項６】
前記中間速度が前記しきい値速度と同じである、請求項１および請求項３に記載の水分配網。
【請求項７】
前記可変速度装置（９）が、システムにおける需要に応じて前記電動モーター（９）に供給される周波数および電圧を制御するために使用されるインバータを含む、請求項１から６のいずれかに記載の水分配網。
【請求項８】
前記インバータが、前記ポンプ（７）のための逆止弁（１１）に接続される、請求項７に記載の水分配網。
【請求項９】
圧力センサー（１２）が、前記逆止弁（１１）の各側に設けられる、請求項８に記載の水分配網。
【請求項１０】
前記圧力センサー（１２）が、前記逆止弁（１１）がいつ開放しようとしているかを示すために前記手段（１０）に接続される、請求項９に記載の水分配網。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分配網（ｗａｔｅｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｎｅｔｗｏｒｋ）における圧力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
水分配網は、処理場（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｗｏｒｋｓ）からの水を、減少する直径のパイプを通して、家庭または営利の、最終的な消費者に供給する。網にわたる水の流れが、ポンプおよび弁によって制御される。ポンプは、一般に、ポンプ場（ｐｕｍｐｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）に設けられ、変動する圧力および流量において動作して、異なる直径のパイプを通して水を移動させる。概して、２つのタイプのポンプ、すなわち、大量の水を移動させる移送ポンプ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｕｍｐ）と、網の一部において所与の圧力を保つように動作する配水レベルポンプ（ｌｅｖｅｌ  ｏｆ  ｓｅｒｖｉｃｅ  ｐｕｍｐ）とがある。各ポンプは逆止弁（ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ  ｖａｌｖｅ）を通して水を送出し、逆止弁は、逆止弁の両端間の所与の圧力差において開放し、逆止弁を通る所与の流れにおいて閉鎖する。そのような網における水の速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ）の迅速な変化が、パイプに沿って波として進む過渡的サージまたは圧力スパイクをもたらすことがよく知られている。そのような変化は、ポンプを始動または停止すること、あるいはポンプが速度（ｓｐｅｅｄ）を変化させるときのポンプを通る流れの迅速な変化、あるいは弁の開放または閉鎖によって引き起こされ得る。たとえば、ポンプが始動するとき、供給パイプからの静的水が吸引側に急速に引き込まれ、圧力の初期低下を生じる。供給パイプ中の水体（ｂｏｄｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ）が流れ始めるが、圧力の低下は、流れシステム平衡状態が達成されるにつれてある時間期間にわたって散逸する圧力波をもたらす。反対のことがポンプの送出側で起こり、そこでは、ポンプに隣接する水体は静的である。ポンプからの高圧力における水の急激な投入が、静的水体を移動させることを開始することになる。これは、初期圧力増加を生じ、流れシステム平衡状態が達成されるにつれてある時間期間にわたって散逸する圧力波を生じる。ポンプが停止するとき、流れにおけるエネルギーのために、さらにより大きい影響がある。停止すると、供給パイプ中の水が強制的に停止し、高圧力の領域がポンプの後ろに堆積し、低圧力の領域がポンプの前に堆積する。逆止弁は、所与の流量において閉鎖する。水の運動量がポンプに伝達され、反力が発生され、パイプに沿って進む振動圧力波を形成する。圧力波は、過渡的であるが、網を通って進み、振動を生じ、パイプおよびポンプへの損傷につながる。これらの圧力スパイクの存在が長年にわたって知られているが、高速圧力ロガーが、短い時間期間にわたって関与する圧力を測定するために利用可能になったのは、ごく最近である。これらの圧力スパイクを散逸させるために、網中で圧力低減容器を使用することが知られているが、圧力低減容器は、サージまたはスパイクを十分に散逸させるように十分急速には反応しないので、適切でないことがある。圧力低減容器はまた、追加の構成要素であり、設置および保守を必要とする。
【０００３】
ポンプは、電動モーターによって駆動される。以前の遠心ポンプは、通常、一定の速度において動作するが、現代のポンプは、一般に、可変速度装置によって制御され、設置の要件のために最適なまたは変動する速度において動作するように設定され得る、遠心ポンプである。遠心ポンプは、始動すると、損傷を最小限に抑えるためにポンプの潤滑を維持するために、最適速度まで急速にモーターによって駆動される。逆に、停止すると、ポンプは、同じく、損傷を回避するために潤滑を維持するために、最適速度から０まで急速に減少するように制御される。これは、ポンプを保護し、エネルギーを節約するために、モーター速度を制御することが可能であるにもかかわらず、そうである。ポンプが、急速にしきい値速度まで達するかまたは中間速度から減少される限り、ポンプへの損傷は回避されるが、ポンプ速度、したがって流体の流れおよび圧力の何らかの制御が可能であることがわかっている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、水分配網上で水を分配するための少なくとも１つのポンプ装置を有する水分配網において、ポンプ装置は、電動モーターおよび可変速度装置によって駆動されるポンプと、ポンプを始動すると、第１の始動段階において、ポンプ速度が０から０と最大ポンプ速度との間のしきい値速度まで迅速に上昇し、第２の始動段階において、しきい値速度が維持され、第３の始動段階において、ポンプ速度が最大速度までより緩やかに増加され、第４の動作段階において、最大速度が維持されるような、段階においてポンプを動作させるための手段とを備える。
【０００５】
この動作は、第１の始動段階において、ポンプは、それが迅速に始動するので損傷を与えられないが、下限しきい値速度のために小さいサージまたは圧力スパイクのみが発生されることを意味する。第２の始動段階において、第１の段階におけるサージからの流れおよび圧力が、整定することができ、第３の始動段階において、速度の漸進的な増加が、圧力スパイクを生成しない。水が流れているときに漸進的な増加によって引き起こされるポンプへの損傷がない。第４の動作段階において、ポンプは、水を供給するために通常通り動作する。この段階的な動作は、サージおよび圧力スパイクを実質的になくし、したがって、膨張容器を含めることによってそれらの散逸を可能にすることが必要でないことがわかっている。
【０００６】
第３の段階におけるポンプ速度の増加は、最大速度が達せられるまでの増加の段および維持された速度の段を含み得る。これは、さらに、圧力スパイクを防ぐことを支援する。
本発明の第２の態様によれば、水分配網上で水を分配するための少なくとも１つのポンプ装置を有する水分配網において、ポンプ装置は、電動モーターおよび可変速度装置によって駆動されるポンプと、ポンプを停止すると、第１の停止段階において、ポンプ速度が最大速度から中間速度まで漸進的に減少し、第２の停止段階において、ポンプ速度が中間速度から０まで迅速に減少するような、段階においてポンプを動作させるための手段とを備える。
【０００７】
第１の停止段階の漸進的な減少は、圧力スパイクが回避されることを意味する。第２の停止段階の迅速な減少は、ポンプが潤滑を維持するので、ポンプへの損傷を回避するが、第２の停止段階の最初における低減された流れが、流れにおけるエネルギーが低減されたことを意味するので、圧力スパイクの生成を制限する。
【０００８】
０までの迅速な減少の第２の停止段階の前に、中間速度が第３の停止段階において維持されるような、さらなる段階が含まれ得る。中間速度は、しきい値速度と同じであり得る。第３の停止段階は、維持された速度の段および減少の段をも含み得る。
【０００９】
本発明の第１の態様と第２の態様とが組み合わせられ得ることが理解されよう。各態様について、ポンプ動作手段は、好都合なことに、電動モーターを制御するように可変速度装置を制御するために使用される、プログラマブル論理回路など、マイクロプロセッサ手段を備える。プログラマブル論理回路の使用は、段階および速度が、要件が変わる場合に変化させられるか、または異なるポンプに適応するように容易にセットアップされ得るという利点を有する。プログラマブル論理回路は、ポンプとは別個であるか、またはポンプの構成要素として設けられ得る。
【００１０】
可変速度装置は、好ましくは、システムにおける需要に応じて電動モーターに供給される周波数および電圧を制御するために使用されるインバータを含む。インバータは、ポンプのための逆止弁に接続される。逆止弁は、ポンプが始動した後に開放し、流れを可能にするために逆止弁が部分的に開放する（ｃｒａｃｋ  ｏｐｅｎ）開放点を有する。逆止弁は、次いで、完全に開放する。逆止弁は、ポンプが停止するときの所与の流れにおける閉鎖点を有する。逆止弁が開放する点および閉鎖する点は、始動段階または停止段階間の遷移を決定するために使用され得る。
【００１１】
たとえば、ポンプが始動すると、逆止弁の開放点は、第１の始動段階の終了を決定することができる。開放点は、各ポンプについてそれの特定のロケーションにおいて経験的に決定され得、プログラマブル論理回路は、開放点におけるポンプの速度、すなわち、しきい値速度に従ってプログラムされ得る。第２および第３の始動段階の長さも経験的に決定され得る。第４の動作段階の長さは、網における水の需要に依存する。
【００１２】
ポンプが停止すると、中間速度における減少のレートの変化を決定するために、または次の段階をトリガするために、逆止弁の閉鎖位置が使用され得る。
好都合なことに、圧力センサーが、逆止弁の各側に設けられる。圧力センサーは、逆止弁がいつ開放しようとしているか、すなわち、弁の両端間の所定の圧力差がいつあるかを示すために、ポンプ動作手段に接続される。これは、ポンプ動作手段が、開放位置におけるポンプ速度を自動的に決定し、したがって、異なる状態を考慮に入れることを可能にする。
【００１３】
逆止弁の閉鎖点が、弁の両端間の圧力ではなく、弁を通る流れに依存するので、圧力センサーは、逆止弁の閉鎖点を測定するために使用されないことがある。次いで、閉鎖点が、開放点と同じポンプ速度にあると仮定され、ポンプ速度の減少が、上記で説明されたように決定され得る。
【００１４】
本発明の態様の実施形態が、添付の図面において単に例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】水分配網の主要構成要素を示す概略図である。
【図２】図１の網において使用するためのポンプ装置および関連する構成要素の概略図である。
【図３】標準動作モードについての時間に対するポンプ速度のグラフである。
【図４】本発明の第１および第２の態様を示す時間に対するポンプ速度のグラフである。
【図５】図４と同様であるが、本発明の第２の態様における変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１の水分配網１は、水処理場などの源２を備え、源２から、飲料水が、減少する直径のパイプ３を通って供給されて、個々の家庭または営利の消費者４に供給する。水は、源２と消費者４との間の中間貯蔵装置５を含む、網１にわたってポンピングされる。貯蔵装置は、貯水池として知られ、網の要件に応じて、異なるタイプおよびサイズのものであり得る。ポンプ場６は、ポンプおよび弁によって水の流れを制御するために、網１にわたって位置する。ポンプは、変動する圧力および流量において動作して、異なる直径のパイプを通して水を移動させる。概して、２つのタイプのポンプ、すなわち、大量の水を移動させる移送ポンプと、網の一部において所与の圧力を保つように動作する配水レベルポンプとがある。各ポンプは、ポンプを通る逆流を防ぐために、逆止弁を通して水を送出する。一般的なポンプ場６が、図２に概略的に示されている。
【００１７】
図２に示されているポンプ場６は、ポンプ装置７を含み、可変速度装置９によって制御される電動モーター８によって動作させられ、可変速度装置９は、動作手段１０によって制御される。ポンプ装置７は遠心ポンプを備える。可変速度装置９はインバータを含み、動作回路手段１０は、プログラマブル論理回路など、プログラマブルマイクロプロセッサを備える。ポンプ７を通る逆流を防ぐために、ポンプ７の下流のパイプ３中に逆止弁１１が設けられる。逆止弁１１は、逆止弁の両端間の所与の圧力差において開放し、逆止弁を通る所与の流れにおいて閉鎖する。図示のように、圧力センサー１２が、逆止弁１１の各側に設けられる。圧力センサー１２は、入力信号を与えるために、マイクロプロセッサ１０に接続される。以下で説明されるように、圧力センサー１２は省略され得る。
【００１８】
図３は、図２に示されている構成をもつポンプ７の標準動作モードを示す。動作手段１０は、遠心ポンプ７が、始動すると、ポンプ７への損傷を回避するためにポンプ７の潤滑を維持するために、モーター８によって、０速度から点１５におけるポンプ７の最適または最大速度まで急速に駆動されるように、プログラムされる。ポンプ７は、次いで、点１６まで、需要に応じて、必要とされる時間の間、最適または最大速度において維持される。次いで、速度は、需要が満たされたとき、点１６から０まで急速に低減される。このようにしてポンプ７を始動および停止することは、上記で説明されたように、各々、圧力スパイクを生成する。図は、始動および停止時のポンプ速度の異なるレートの増加および減少をも示す。始動すると、ポンプ速度は、０から点１５’における最適または最大速度までより緩やかに増加し、停止すると、ポンプ速度は、点１６’から０までより緩やかに低減される。この構成は、サージまたは圧力スパイクの生成を低減するが、潤滑を維持することがより困難であるので、ポンプへの損傷の危険を増加させる。両方の要件を満たす妥協点を見つけることは困難である。
【００１９】
図４は、本発明によるポンプ７の動作を示す。マイクロプロセッサ１０は、ポンプ７を始動すると、ポンプ７が、０から点２１におけるしきい値速度まで急速に駆動される、動作の第１の始動段階２０があるように、プログラムされる。しきい値速度は、最適または最大速度よりも小さいが、損傷を回避するためにポンプ７の潤滑が維持されることを保証するように選定される。実際には、最大値の約４０％のしきい値速度が適切であることがわかっているが、これはポンプに依存することが理解されよう。第２の始動段階２２において、ポンプ７は、点２３までしきい値速度において維持され、次いで、第３の始動段階２４において、ポンプ速度は、点２５における最適または最大速度まで緩やかに上昇する。動作段階２６において、ポンプ７は、次いで、必要とされる時間の間、最適または最大速度において維持される。これは、本発明の第１の態様を示す。第１の段階２０におけるポンプ速度の初期の迅速な上昇がより小さく、次いで、圧力が、第２の段階２２においてしきい値速度において整定することを可能にされるので、この動作は、圧力スパイクを実質的に低減し、さらにはそれをなくすことがわかっている。
【００２０】
第３の段階２４において、最適または最大速度までの速度のより遅い上昇は、圧力スパイクを生成しない。水は、流れており、ポンプの潤滑を維持しているので、ポンプ７への損傷の危険がない。この動作方法は、有意な程度には、ポンピングされる水量に影響を及ぼさない。
【００２１】
図４は、動作段階２６の後にポンプ７を停止するときの、本発明の第２の態様をも示す。急速に停止する代わりに、マイクロプロセッサ１０は、第１の停止段階２８および第２の停止段階３０において、ポンプ速度を、点２７における最適または最大速度から０まで緩やかに低減するようにプログラムされる。第１の停止段階２８において、ポンプ速度は、点２７における最適または最大速度から点２９における中間速度まで緩やかに減少する。第２の停止段階３０において、ポンプ速度は、０まで迅速に減少される。第１の段階２８におけるポンプ速度の初期の漸進的な減少が、流れを緩やかに減少させ、サージまたはスパイクを回避するので、この動作は、圧力スパイクを実質的に低減し、さらにはそれをなくすことがわかっている。第２の段階３０における迅速な減少は、ポンプが損傷を受けにくくなるように、ポンプの潤滑が維持されることを意味する。
【００２２】
図５は、本発明の第２の態様の変更形態を示す。第１の態様は、図４の場合と同じであり、対応する参照番号が、対応する部分に適用されている。したがって、段階２６の後にポンプ７を停止すると、マイクロプロセッサ１０は、３つの停止段階を与えるようにプログラムされる。第１の停止段階３１は、ポンプ速度を、点２７における最適または最大速度から点３２における中間速度まで減少させる。第１の停止段階３１の減少は、比較的遅い。第２の停止段階３３において、中間速度は点３４まで維持され、第３の停止段階３５において、ポンプ速度は０まで低減される。点３４は、図４の点２９と同じであり、第３の停止段階３５は、図４の第２の停止段階３０と同じである。第１の停止段階３１の遅い減少は、圧力スパイクが発生される小さい危険しかないことを保証し、一定速度の第２の停止段階３３は、圧力が整定することを可能にする。第３の停止段階３５は、速度の迅速な減少を与えるが、ポンプ７を通る低減された流れは、圧力スパイクの危険が実質的に低減されたことを意味する。
【００２３】
図４および図５において、点２９および点３２における中間速度は、第２の始動段階２２のしきい値速度よりもわずかに高いことに留意されたい。中間速度は、ポンプの必要に応じて選定されることになり、しきい値速度よりも高いか、それよりも低いかまたはそれに等しくなり得る。増加および減少のレートも、ポンプ７の特性に従って選定されることになる。
【００２４】
動作手段１０としてのプログラマブル論理回路の使用は、速度および段階長さが、要件が変わる場合に変化させられ得るという利点を有することが理解されよう。プログラマブル論理回路はまた、異なるポンプ７に適応するように容易にセットアップされ得る。
【００２５】
逆止弁１１は、動作手段１０のセットアップにおいて使用され得る。逆止弁１１は、ばね（図示せず）における力によって決定される、弁の両端間の所定の圧力差において流れることを可能にするために、部分的に開放し、次いで、完全に開放する。逆止弁１１は、それを通る流れが、ポンプ速度に等しい所与のレベルまで降下するとき、閉鎖する。逆止弁１１が部分的に開放する点（開放点）および閉鎖する点（閉鎖点）が、始動段階および／または停止段階の間の遷移を決定するために使用され得る。
【００２６】
したがって、ポンプが始動すると、逆止弁１１の開放点は、第１の段階２０の終了を決定することができる。開放点は、各ポンプ７について網１におけるそれの特定のロケーションにおいて経験的に決定され、プログラマブル論理回路は、開放点におけるポンプ速度に従って、しきい値速度のためにプログラムされ得る。
【００２７】
ポンプが停止すると、逆止弁１１の閉鎖位置が、第１の停止段階と第２の停止段階との間の遷移のための中間速度を決定し得る。
様々な段階の長さも経験的に決定されることになる。
【００２８】
図２は、逆止弁１１の各側の圧力センサー１２を示し、各センサー１２は、入力信号を与えるために動作手段１０に接続される。圧力センサー１２は、逆止弁１１がいつ開放しようとしているか、すなわち、所定の圧力差がいつ達せられるかを示す。動作手段１０は、次いで、逆止弁１１の開放点におけるポンプ速度を自動的に決定するために、およびしきい値速度としてこれを使用するために、それらの信号を使用するようにプログラムされ得る。次いで、異なる状態が、およびポンプ特性の何らかの変化が考慮に入れられ得る。
【００２９】
上記で説明されたように、圧力センサー１２は、逆止弁１１の閉鎖点を示さないことがある。動作手段１０は、その場合、第２の停止段階３２のための中間速度として第２の始動段階２２のしきい値速度をとるか、あるいはその速度を所与の量上回るまたは下回る速度をとるようにプログラムされ得る。
【符号の説明】
【００３０】
１  水分配網
２  源
３  パイプ
４  消費者
５  貯蔵装置
６  ポンプ場
７  ポンプ装置
８  電動モーター
９  可変速度装置
１０  マイクロプロセッサ
１１  逆止弁
１２  圧力センサー
１５  点
１５’  点
１６  点
１６’  点
２０  第１の始動段階
２１  点
２２  第２の始動段階
２３  点
２４  第３の始動段階
２５  点
２６  動作段階
２７  点
２８  第１の停止段階
２９  点
３０  第２の停止段階
３１  第１の停止段階
３２  点
３３  第２の停止段階
３４  点
３５  第３の停止段階
【図１】
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【図２】
2019094894.tif 000004
【図３】
2019094894.tif 000005
【図４】
2019094894.tif 000006
【図５】
2019094894.tif 000007
【外国語明細書】
2019094894000001.pdf