(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ井に設置されたポンプと、
前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、
前記ポンプを駆動する原動機と、
前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、
前記クラッチ機構の接続と切断を制御するクラッチ制御部と、
を備えているポンプ設備であって、
前記クラッチ制御部に、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理部と、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理部と、
前記動力切断処理部で前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理部と、
を備えているポンプ設備。
【請求項２】
前記遅延時間は、前記動力切断処理部による前記クラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因する前記ポンプの逆転時間に基づいて設定される値である請求項１記載のポンプ設備。
【請求項３】
前記遅延時間は、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続に伴って温度上昇したクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される値である請求項１または２記載のポンプ設備。
【請求項４】
前記クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間は、前記クラッチ機構の接続時点または前記クラッチ機構の切断時点の何れかを基準として計時される請求項３記載のポンプ設備。
【請求項５】
前記動力切断処理部による前記クラッチ機構の切断までの間に実行された前記クラッチ機構の接続回数が予め設定された所定回数未満である場合に、前記クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間の経過にかかわらず前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を許容する請求項３または４記載のポンプ設備。
【請求項６】
前記ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると前記原動機を起動し、前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く排水起動制御部と、
前記排水起動制御部による排水起動状態で前記ポンプ井の水位がポンプ停止水位に達すると前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断し、その後前記原動機を停止する排水停止制御部と、
を含む統括制御部をさらに備え、
前記排水起動制御部による排水起動状態で前記クラッチ制御部が動作可能に構成され、前記クラッチ制御部が動作状態にあっても前記統括制御部による排水停止制御が優先されるように構成されている請求項１から５の何れかに記載のポンプ設備。
【請求項７】
前記統括制御部は前記ポンプ井から離隔した制御室に設置され、前記クラッチ制御部は前記ポンプ井の近傍位置に設置されている請求項６記載のポンプ設備。
【請求項８】
ポンプ井に設置されたポンプと、
前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、
前記ポンプを駆動する原動機と、
前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、
を備えているポンプ設備の運転方法であって、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理ステップと、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理ステップと、
前記動力切断処理ステップで前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理ステップによる前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理ステップと、
を含むクラッチ制御ステップを備えているポンプ設備の運転方法。
【請求項９】
前記ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると前記原動機を起動し、前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く排水起動制御ステップと、
前記排水起動制御ステップによる排水起動状態で前記ポンプ井の水位がポンプ停止水位に達すると前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断し、その後前記原動機を停止する排水停止制御ステップと、
を含む統括制御ステップをさらに備え、
前記排水起動制御ステップによる排水起動状態で前記クラッチ制御ステップが実行可能に構成され、前記クラッチ制御ステップが動作状態にあっても前記排水停止制御ステップによる排水停止制御が優先されるように構成されている請求項８記載のポンプ設備の運転方法。
【請求項１０】
ポンプ井に設置されたポンプと、
前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、
前記ポンプを駆動する原動機と、
前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、
を備えているポンプ設備の制御装置であって、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理部と、
前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理部と、
前記動力切断処理部で前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理部と、
を備えているポンプ設備の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ設備、ポンプ設備の運転方法及びポンプ設備の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
治水設備である揚排水機場には、ポンプ井に設置され、揚水管及び吐出し管が接続されたポンプと、吐出し管に備えた吐出しバルブと、ポンプを駆動する原動機と、原動機の駆動力をポンプに伝達する減速機構と、減速機構を介した駆動力の伝達を断続切替するクラッチ機構と、クラッチ機構を接続または切断制御するクラッチ制御部と、を備えたポンプ設備が設置されている。
【０００３】
このようなポンプ設備に組み込まれるポンプとして、数十年に一度の記録的な大量の降雨等があっても洪水を起こさずに河川等に排水可能なように非常に大きな排水容量のポンプが選定されている。そして、このようなポンプは減速機構を介してガスタービンやエンジン、或いは電動モータ等の原動機に駆動連結されている。
【０００４】
降雨によりポンプ井の水位が上昇してポンプを起動した場合に排水容量の大きなポンプで排水すると、降雨量にもよるが急激にポンプ井の水位が低下することがあり、それに伴ってポンプを停止しても、その後急激にポンプ井の水位が上昇して再度ポンプを起動する必要が生じることがある。
【０００５】
ポンプを駆動する原動機としてガスタービンやエンジンを用いる場合に、一旦原動機が停止工程に移行すると所定時間のクーリング運転を経た後に停止しなければならない。そのため、ポンプ井の水位が低下して一旦原動機が停止工程に入ると、その後ポンプ井の水位が上昇しても直ちに起動することができず、排水後に急激に水位が上昇するような状況でポンプ井から排水できないという問題があった。また、ガスタービンやエンジンの起動時には排気管から白煙や黒煙が放出されるため、環境上の観点からも頻繁な起動や停止の繰返しを避ける必要もあった。
【０００６】
さらに、ポンプを駆動する原動機として電動モータを用いる場合には、起動時に流れる大電流によって電動モータが発熱するため、電動モータの焼損を回避するべく頻繁な起動と停止の繰返しが制限されている。
【０００７】
特許文献１には、大きい水位変動に対しても原動機を止めることなく、ポンプの確実な始動・運転継続を可能にした信頼性の高いポンプ設備を提供することを目的として、ポンプと、ポンプを駆動する原動機と、原動機回転軸とポンプ回転軸とを直接又は間接的に嵌合又は脱嵌自在に連結する嵌脱手段と、を設け、嵌脱手段は嵌合時間を任意に調整可能に構成され、ポンプの羽根車より下方の吸水位で、嵌脱手段が脱嵌した状態で原動機の運転を開始し、吸水位が上昇してポンプ羽根車より上方のポンプ運転開始水位に達したら、嵌脱手段を任意に調整した嵌合時間で嵌合させてポンプの運転を開始する制御手段を設けたことを特徴とするポンプ設備が提案されている。
【０００８】
上述の構成によれば、原動機を停止することなく嵌脱手段を脱嵌することによりポンプを停止し、嵌脱手段を嵌合することによりポンプを起動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−７７６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、嵌脱手段を脱嵌すると、揚水管（吊り下げ管）に揚水された水が落水してポンプの羽根車が逆回転し、嵌脱手段を構成するクラッチ板が互いに逆方向に回転することでクラッチ板の摩耗が促進されるばかりでなく、原動機側に逆方向のトルクが伝達され、原動機がストールしたり原動機に損傷を与えたりする虞があるという問題があった。
【００１１】
そこで、特許文献１に記載されたポンプ設備では、嵌脱手段とポンプ間にポンプの回転を抑制する回転抑制機構としてブレーキを備え、嵌脱手段を嵌合するときにポンプの逆転を阻止するべくブレーキを作動させるように構成されている。
【００１２】
しかし、ブレーキを作動させた状態で嵌脱手段を嵌合すると却ってクラッチ板の摩耗が激しくなり、また原動機に異常な逆方向トルクを与えて原動機に支障を及ぼす虞があった。
【００１３】
また、脱嵌後速やかにブレーキを作動させることは困難であるため、ブレーキが利き始めるまでの脱嵌の初期、つまりクラッチ板が十分に離隔せず摩耗の激しい時期に適切に対応できないという問題もあった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、原動機の頻繁な起動を回避しながらも、クラッチ機構の損傷を効果的に回避できるポンプ設備、ポンプ設備の運転方法及びポンプ設備の制御装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ設備の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、ポンプ井に設置されたポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、前記ポンプを駆動する原動機と、前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、前記クラッチ機構の接続と切断を制御するクラッチ制御部と、を備えているポンプ設備であって、前記クラッチ制御部に、前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理部と、前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理部と、前記動力切断処理部で前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理部と、を備えている点にある。
【００１６】
原動機の駆動が維持された状態で動力切断処理部によって先ず吐出しバルブが閉じられるのでポンプ井への水の逆流が抑制でき、その後クラッチ機構が切断された際に、ポンプの逆転で生じる大きなトルクが原動機に作用することが回避できるようになる。その後、遅延処理部によって所定の遅延時間が経過するまで動力接続処理部によるクラッチ機構の再接続が禁止されるので、例えば落水によるポンプの逆回転中にクラッチ機構が再接続されるようなことがない。従って、嵌脱手段とポンプ間にポンプの回転を抑制する回転抑制機構を備える必要もなく、原動機を停止することなく、ポンプの起動停止を行なうことができる。
【００１７】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記遅延時間は、前記動力切断処理部による前記クラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因する前記ポンプの逆転時間に基づいて設定される値である点にある。
【００１８】
少なくともクラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因するポンプの逆転時間を考慮して遅延時間を設定すると、例えば落水による逆方向トルクがポンプに作用している間にクラッチ機構が再接続されるようなことがない。
【００１９】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記遅延時間は、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続に伴って温度上昇したクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される値である点にある。
【００２０】
少なくともクラッチ機構の接続に伴って温度上昇したクラッチ板の放熱時間を考慮して遅延時間を設定すると、接続によって昇温したクラッチが再度の接続制御によって焼損するような状態でクラッチ機構が再接続されるようなことがない。
【００２１】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間は、前記クラッチ機構の接続時点または前記クラッチ機構の切断時点の何れかを基準として計時される点にある。
【００２２】
上述したクラッチ板の放熱時間に基づいて遅延時間が設定される場合、クラッチ機構の接続時点を基準として遅延時間を計時すると、接続時点から切断時点までの経過時間が長ければ長いほど、潤滑油によってクラッチ機構が冷却されることが分かっているため、切断後再接続までの時間を短縮することができる。さらに、遅延時間が一定時間以上となれば、切断後であっても直ちに接続可能となる場合もある。またクラッチ機構の切断時点を基準として遅延時間を計時すると、クラッチ機構の接続時点から切断時点までの経過時間にかかわらず、切断時点から放熱のための一律の遅延時間の経過後に再接続される。
【００２３】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四の特徴構成に加えて、前記動力切断処理部による前記クラッチ機構の切断までの間に実行された前記クラッチ機構の接続回数が予め設定された所定回数未満である場合に、前記クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間の経過にかかわらず前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を許容する点にある。
【００２４】
クラッチ機構の切断までの間に実行されたクラッチ機構の接続回数が少ない場合には、クラッチ機構に然程の温度上昇を来すことがなく、直ちにクラッチ機構を接続すること可能になり、迅速な再接続が可能になる。
【００２５】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると前記原動機を起動し、前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く排水起動制御部と、前記排水起動制御部による排水起動状態で前記ポンプ井の水位がポンプ停止水位に達すると前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断し、その後前記原動機を停止する排水停止制御部と、を含む統括制御部をさらに備え、前記排水起動制御部による排水起動状態で前記クラッチ制御部が動作可能に構成され、前記クラッチ制御部が動作状態にあっても前記統括制御部による排水停止制御が優先されるように構成されている点にある。
【００２６】
統括制御部の排水起動制御部によって原動機が起動された後、排水停止制御部によって原動機が停止されるまでの間に、クラッチ制御部によってクラッチが接続または切断されることによりポンプが排水状態または排水可能状態となる。
【００２７】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、前記統括制御部は前記ポンプ井から離隔した制御室に設置され、前記クラッチ制御部は前記ポンプ井の近傍位置に設置されている点にある。
【００２８】
ポンプ井から離隔した制御室に設置された統括制御部によってポンプ設備を統括制御され、ポンプ井の近傍位置に設置されたクラッチ制御部によってポンプ井の状態も確認しながら迅速かつ適切なポンプの排水開始または停止制御が可能になる。
【００２９】
本発明によるポンプ設備の運転方法の第一の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、ポンプ井に設置されたポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、前記ポンプを駆動する原動機と、前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、を備えているポンプ設備の運転方法であって、前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理ステップと、前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理ステップと、前記動力切断処理ステップで前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理ステップによる前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理ステップと、を含むクラッチ制御ステップを備えている点にある。
【００３０】
同第二の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると前記原動機を起動し、前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く排水起動制御ステップと、前記排水起動制御ステップによる排水起動状態で前記ポンプ井の水位がポンプ停止水位に達すると前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断し、その後前記原動機を停止する排水停止制御ステップと、を含む統括制御ステップをさらに備え、前記排水起動制御ステップによる排水起動状態で前記クラッチ制御ステップが実行可能に構成され、前記クラッチ制御ステップが動作状態にあっても前記排水停止制御ステップによる排水停止制御が優先されるように構成されている点にある。
【００３１】
本発明によるポンプ設備の制御装置の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、ポンプ井に設置されたポンプと、前記ポンプの吐出側に設けられた吐出しバルブと、前記ポンプを駆動する原動機と、前記原動機から前記ポンプへの駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構と、を備えているポンプ設備の制御装置であって、前記原動機の駆動を維持した状態で前記吐出しバルブを閉じた後に前記クラッチ機構を切断する動力切断処理部と、前記原動機の駆動を維持した状態で前記クラッチ機構を接続した後に前記吐出しバルブを開く動力接続処理部と、前記動力切断処理部で前記クラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、前記動力接続処理部による前記クラッチ機構の接続を禁止する遅延処理部と、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明した通り、本発明によれば、原動機の頻繁な起動を回避しながらも、クラッチ機構の損傷を効果的に回避できるポンプ設備、ポンプ設備の運転方法及びポンプ設備の制御装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるポンプ設備が組み込まれた下水処理場の説明図
【図２】本発明によるポンプ設備の要部平面図
【図３】本発明によるポンプ設備の要部側面図
【図４】クラッチ機構を備えた減速機構の説明図
【図５】ポンプ設備に備えた制御装置の説明図
【図６】統括制御ステップを示すフローチャート
【図７】クラッチ制御ステップを示すフローチャート
【図８】クラッチ制御ステップの別実施形態を示すフローチャート
【図９】クラッチ制御ステップの別実施形態を示すフローチャート
【図１０】クラッチ制御ステッの別実施形態プを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明によるポンプ設備、ポンプ設備の運転方法及びポンプ設備の制御装置の実施形態を説明する。
図１には、合流式の下水道Ａから流入した汚水を浄化処理する下水処理場１００が示されている。沈砂池Ｂで砂礫が除去された後にポンプ井Ｃに流入した汚水は、ポンプ設備Ｄで揚水されて最初沈澱池Ｅに送水され、夾雑物等が沈殿除去された後に活性汚泥が充填された反応槽Ｆで生物処理される。その後、最終沈澱池Ｇに導かれて、上澄みが塩素接触槽Ｈで消毒されて調圧水槽Ｉに送られ、河川Ｒに放流される。
【００３５】
ポンプ設備Ｄには、汚水ポンプ設備Ｄ１と、雨水用の電動系ポンプ設備Ｄ２及び化石燃料を用いる原動機系ポンプ設備Ｄ３の三つの系のポンプ設備Ｄが設けられている。
【００３６】
晴天時に下水道Ａから流入した少量の汚水は、電動機で駆動される汚水ポンプ設備Ｄ１で揚水されて最初沈澱池Ｅ、反応槽Ｆ、塩素接触槽Ｈ等を経て浄化された後に河川Ｒに放流される。
【００３７】
降雨によって下水道Ａから流入した雨水が下水と合流して汚水量が増し、ポンプ井Ｃの水位が上昇すると通常ポンプ設備Ｄ１に加えて電動系ポンプ設備Ｄ２が稼働され、さらに水位が上昇すると原動機系ポンプ設備Ｄ３が稼働される。
【００３８】
雨水系のポンプ設備Ｄ２，Ｄ３で揚水された雨水は、直ちに調圧水槽Ｉに送られて河川Ｒに放流される。
【００３９】
原動機系ポンプ設備Ｄ３は大量の降雨に備えて、汚水ポンプ設備Ｄ１や雨水系のポンプ設備Ｄ２に備えたポンプよりも排水容量の大きなポンプが用いられている。そのため、原動機系ポンプ設備Ｄ３に備えたポンプによる排水を行なうと、流入する水量にもよるが、急激にポンプ井Ｃの水位が低下し、停止すると忽ち水位が上昇して再度ポンプを起動する必要性が生じる。そのため、原動機を停止することなくポンプを断続運転する必要がある。
【００４０】
図２及び図３に示すように、原動機系ポンプ設備Ｄ３は複数台のポンプ設備１０で構成されている。各ポンプ設備１０は、ポンプＰと、ポンプＰを駆動する原動機６と、原動機６の駆動力をポンプＰに伝達する減速機構７と、減速機構７を介した駆動力の伝達を接続または切断するクラッチ機構８と、クラッチ機構８の接続と切断を切替制御するクラッチ制御部（図示せず）とを備えている。
【００４１】
ポンプＰは、羽根車が収容されたポンプケーシング２と、ポンプケーシング２の先端に接続された吸込み管１と、ポンプケーシング２の後端に揚水管３、吐出ケーシング４及び吐出しバルブＶを備えた吐出し管５を備えている。
【００４２】
羽根車を回転駆動する主軸が吐出ケーシング４から上方に突出するように配置され、カップリングと連結軸等を介して減速機構７の鉛直姿勢の出力回転軸に連結されている。減速機構７の水平姿勢の入力回転軸は、ガスタービンでなる原動機６の水平姿勢の出力回転軸にカップリングと連結軸等を介して連結されている。
【００４３】
図４には、クラッチ機構８が内蔵された減速機構７の断面が示されている。入力軸７Ａに伝達された動力が湿式多板クラッチ機構８を介して第１べベルギヤ７Ｂに伝達され、第１べベルギヤ７Ｂと噛み合う第２べベルギヤ７Ｃによって水平軸動力が垂直軸動力に変換されるとともに減速されて出力軸７Ｄに伝達され、出力軸７Ｄと連結されたポンプＰの主軸に伝達される。
【００４４】
湿式多板クラッチ機構８は、入力軸７Ａと一体回転する複数の押圧板８Ａと、第１べベルギヤ７Ｂと一体回転する複数の被押圧板８Ｂとが油室に交互に配置され、油圧駆動されるピストン８Ｃによって押圧状態と開放状態、つまりクラッチの接続状態と切断状態に切替可能に構成されている。
【００４５】
図５には、一基のポンプ設備１０に対する制御装置２０の機能ブロック構成が示されている。制御装置２０は下水処理場１００の中央制御室に備えた統括制御部２０Ａと、ポンプ井Ｃの近傍位置に設置された末端制御部２０Ｂとで構成されている。中央制御室は建屋内でポンプ井Ｃから離隔した領域に設けられている。
【００４６】
統括制御部２０Ａは汎用のコンピュータ或いは高機能なマイクロコンピュータ及び制御プログラム等で構築され、ポンプ井Ｃに備えた水位計Ｌの水位に基づいて原動機６、クラッチ機構８、吐出しバルブＶ等をマスター制御部として統括制御するように構成されている。
【００４７】
末端制御部２０Ｂは、統括制御部２０Ａと通信線Ｔで接続されたマイクロコンピュータ及び制御プログラム等で構成され、動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２が入力されるとともに、それらの入力状態に基づいてクラッチ機構８及び吐出しバルブＶを制御可能なスレーブ制御部として機能するように構成されている。
【００４８】
統括制御部２０Ａは、降雨時にポンプ井Ｃの水位がポンプ起動水位に達すると原動機６を起動制御し、原動機６の起動完了後にクラッチ機構８を接続し、クラッチ機構８を接続した後に吐出しバルブＶを開く機能ブロックである排水起動制御部と、排水起動制御部による排水起動状態でポンプ井Ｃの水位がポンプ停止水位に達すると吐出しバルブＶを閉じた後にクラッチ機構８を切断し、その後原動機６を停止する機能ブロックである排水停止制御部を備えている。尚、非常時には、吐出しバルブＶを閉じながらクラッチ機構８を切断、つまり同時に制御を行なうことも可能に構成されている。
【００４９】
中央制御室でオペレータにより操作された統括制御部２０Ａによって、排水起動制御部が作動した後、排水停止制御部が作動するまでの間の排水起動状態で、末端制御部２０Ｂが作動可能な状態に移行し、末端制御部２０Ｂが動作状態にあるときに排水停止制御部による排水停止制御が禁止されるように制御プログラムが組み込まれている。
【００５０】
末端制御部２０Ｂは本発明のクラッチ制御部として機能し、末端制御部２０Ｂは、原動機６の駆動を維持した状態で吐出しバルブＶを閉じた後にクラッチ機構８を切断する動力切断処理部と、原動機６の駆動を維持した状態でクラッチ機構８を接続した後に吐出しバルブＶを開く動力接続処理部と、動力切断処理部でクラッチ機構８が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、動力接続処理部によるクラッチ機構の接続を禁止する遅延処理部とを備えている。
【００５１】
この動力切断処理部と動力接続処理部により原動機６を起動停止することなく、ポンプの起動停止（揚水の開始と停止）を任意のタイミングで行なうことができる。
【００５２】
原動機６の駆動が維持された状態で、動力切断処理部によって吐出しバルブＶが閉じられる。吐出しバルブが閉じられているのでポンプが排水を停止してもポンプ井への急激な逆流は発生しない。その間にクラッチ機構８が切断され、ポンプＰの羽根車の逆転で生じる大きな逆転トルクが原動機に作用することを、主軸の逆方向への回転を抑制する回転抑制機構を備えなくても、回避することができる。
【００５３】
尚、吐出しバルブを閉じていても徐々にポンプ内の水はポンプ井へ落水する。この落水によりポンプＰの羽根車は逆転を生じる。この時にはクラッチ機構８が切断されているため、逆転トルクが原動機に作用することはない。
【００５４】
その後、遅延処理部によって所定の遅延時間が経過するまで動力接続処理部によるクラッチ機構８の再接続が禁止される。そのため、バルブＶからポンプ井の間に残るポンプや揚水管内の水の落水によるポンプＰの逆回転中にクラッチ機構８が再接続されるようなことがない。従って、クラッチ機構８とポンプＰ間にポンプＰの主軸の逆位方向への回転を抑制する回転抑制機構を備える必要もない。尚、駆動中の原動機６に逆転トルクがかかると、原動機のストール等の故障の原因となる。そのため、原動機では逆転トルクがかかることを防止する必要がある。
【００５５】
遅延時間は、動力切断処理部によるクラッチ機構８の切断制御に伴って生じる揚水管内の落水に起因するポンプＰの逆転時間に基づいて設定される値であることが好ましく、少なくともクラッチ機構８の切断制御に伴って生じる揚水管内の落水に起因するポンプの逆転時間を考慮して遅延時間を設定すると、例えば落水による逆方向トルクがポンプＰに作用している間にクラッチ機構８が再接続されるようなことがない。
【００５６】
また、遅延時間は、動力接続処理部によるクラッチ機構８の接続制御に伴って上昇したクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される値であることが好ましく、少なくともクラッチ機構８の接続制御に伴って上昇したクラッチ板の放熱時間を考慮して遅延時間を設定すると、昇温したクラッチ板が焼損するような状態でクラッチ機構が再接続されるようなことがない。このように遅延時間を設け、次の動作に移れないようにすることで、クラッチ機構や原動機等の操作ミスによる各機器の損傷を防ぐことができる。
【００５７】
末端制御部２０Ｂはポンプ井の近傍に固定設置されていてもよいし、オペレータによって持ち運び可能に構成されていてもよい。この場合、統括制御部２０Ａとの間で無線通信可能な通信部を備えて、統括制御部２０Ａを介してクラッチ機構及び吐出しバルブを制御するように構成してもよい。さらに末端制御部２０Ｂと統括制御部２０Ａとを一体としてもよい。この場合、ポンプ井の状況がよりよく把握できるテレビカメラ等を設置するとよい。
【００５８】
以下、図６及び図７に基づいて統括制御部２０Ａ及び末端制御部（クラッチ制御部）２０Ｂの制御動作を説明する。尚、図６（ａ）は先行待機運転の場合を示し、図６（ｂ）は通常運転を示す。
【００５９】
図６（ａ）に示すように、先行待機運転の場合、中央制御室のオペレータは、降雨予測される場合に統括制御部２０Ａを操作して（Ｓ１）、原動機であるガスタービンを始動してポンプを待機運転状態として急激な降水量の増加に備える（Ｓ２）。この時、吐出しバルブは閉じられているとともにクラッチ機構は切断されているのでポンプから排水されることはない。
【００６０】
ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達したとオペレータが判断すると、作動油をクラッチ機構のピストンに供給してクラッチ機構を接続操作し（Ｓ４）、クラッチ板が完全に接続されるまでの遅延時間の経過を待って（Ｓ５）、吐出しバルブＶを全開して排水起動状態に移行する（Ｓ６）。
【００６１】
その後、水位の変動に伴い待機運転と排水運転を繰り返し、ポンプ井の水位がポンプ停止水位に低下して、クラッチ接続状態で気中運転を一定時間継続した場合は、吐出しバルブＶを閉じて（Ｓ８）、クラッチ機構を切断する（Ｓ９）。原動機は、その後所定時間のクーリング運転を経た後に停止する（Ｓ１０）。
【００６２】
尚、上述の説明では、ポンプ起動水位をオペレータが確認して判断する例を説明したが、水位センサによりポンプ起動水位を自動検知して動作するように構成してもよい。
【００６３】
図６（ｂ）に示すように、通常運転の場合、中央制御室のオペレータは、降雨予測される場合に統括制御部２０Ａを起動する。降雨によってポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると（Ｓ１１）、ポンプを駆動可能なように原動機であるガスタービンを始動する（Ｓ１２）。この時、クラッチ機構は切断されているのでポンプから排水されることはない。
【００６４】
その後、原動機が立ち上がると、作動油をクラッチ機構のピストンに供給してクラッチ機構を接続操作し（Ｓ１４）、クラッチ板が完全に接続されるまでの遅延時間の経過を待って（Ｓ１５）、吐出しバルブＶを全開して排水起動状態に移行する（Ｓ１６）。
【００６５】
ポンプ井の水位がポンプ停止水位に低下すると（Ｓ１７）、吐出しバルブＶを閉じて（Ｓ１８）、クラッチ機構を切断する（Ｓ１９）。原動機は、その後所定時間のクーリング運転を経た後に停止する（Ｓ２０）。
【００６６】
ステップＳ６またはステップＳ１６で排水起動状態に移行すると、通信線Ｔを介してその状態信号が末端制御部２０Ｂに送信され、末端制御部２０Ｂが動作可能な状態に移行する。また、排水停止制御部が吐出バルブ閉（Ｓ８）を行なった場合には通信線Ｔを介して信号が末端制御部２０Ｂに送信され、末端制御部２０Ｂが動作不可能な状態に移行する。
【００６７】
図７に示すように、末端制御部２０Ｂは、排水起動状態に移行すると動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２の双方を操作可能な状態に移行する。
【００６８】
操作可能な状態とは、オペレータに操作可能な状態であることを認識させる処理で、例えば動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２に備えたバックライトを点灯し或いは操作不可能状態を示す赤色から操作可能状態を示す緑色に切り替える処理をいう。
【００６９】
操作不可能状態とは、オペレータに操作不可能な状態であることを認識させる処理で、例えば動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを消灯し或いは操作可能状態を示す緑色から操作不可能状態を示す赤色に切り替える処理をいう。
【００７０】
ポンプ井の水位を目視して水位がポンプ停止水位に近づいたと判断したオペレータによって動力切断スイッチＳＷ１がオン操作されたときに（ＳＡ１）、末端制御部２０Ｂは吐出しバルブＶを全閉して（ＳＡ２）、クラッチ機構を切断するとともに（ＳＡ３）、所定の遅延時間タイマをセットして、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを消灯し或いは赤色に切り替える（ＳＡ４）。この状態で動力接続スイッチＳＷ２の操作が禁止される。
【００７１】
所定の遅延時間タイマとは、クラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因するポンプの逆転時間に基づいて設定される第１遅延時間タイマと、クラッチ機構の接続に伴って温度上昇したクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される第２遅延時間タイマである。本実施形態では、第２遅延時間タイマは、クラッチ機構の切断時点を基準に計時されるタイマである。
【００７２】
第１遅延時間が経過し（ＳＡ５）、さらに第２遅延時間が経過すると（ＳＡ６）、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＡ７）。
【００７３】
その後ポンプ井の水位が上昇したことを目視したオペレータによって動力接続スイッチＳＷ２がオン操作されると（ＳＡ８）、クラッチ機構を接続して（ＳＡ９）、クラッチ板の接続に要する時間が経過するとクラッチが確実に接続されたと判断して（ＳＡ１０）、吐出しバルブＶを全開し（ＳＡ１１）、ステップＳＡ１に戻る。
【００７４】
上述したステップＳＡ１からステップＳＡ４の制御を実行するブロックにより動力切断処理部が構成され、ステップＳＡ５からステップＳＡ７の制御を実行するブロックにより遅延処理部が構成され、ステップＳＡ８からステップＳＡ１１の制御を実行するブロックにより動力接続処理部が構成される。
【００７５】
即ち、本発明によるポンプ設備の運転方法は、先行待機運転であっても通常運転であっても何れにも適用でき、原動機の駆動を維持した状態で吐出しバルブを閉じた後クラッチ機構を切断する動力切断処理ステップと、原動機の駆動を維持した状態でクラッチ機構を接続するとともに吐出しバルブを開く動力接続処理ステップと、動力切断処理ステップでクラッチ機構が切断された後、所定の遅延時間が経過するまでの間、動力接続処理ステップによるクラッチ機構の接続を禁止する遅延処理ステップと、を含むクラッチ制御ステップを備えて構成され、末端制御部２０Ｂによって実行される。
【００７６】
また、統括制御部２０Ａによって、ポンプ井の水位がポンプ起動水位に達すると原動機を起動し、クラッチ機構を接続した後に吐出しバルブを開く排水起動制御ステップと、排水起動制御ステップによる排水起動状態でポンプ井の水位がポンプ停止水位に達すると吐出しバルブを閉じた後にクラッチ機構を切断し、その後原動機を停止する排水停止制御ステップと、を含む統括制御ステップが実行され、排水起動制御ステップによる排水起動状態でクラッチ制御ステップが実行可能に構成され、クラッチ制御ステップが動作状態にあっても排水停止制御ステップによる排水停止制御が優先されるように構成されている。つまり、統括制御ステップがクラッチ制御ステップより常に優先される構成となっている。
【００７７】
このような運転により、ポンプ井に流入する水量に変動があったとしても、ポンプの回転を抑制する回転抑制機構を備えることなく、クラッチ機構と吐出しバルブの制御により、原動機を頻繁に起動停止することなく、ポンプの運転停止をして、ポンプ井の水位を適正に制御し、記録的な豪雨への対応が可能となる。
【００７８】
図８には、末端制御部２０Ｂで実行される第２の制御態様が示されている。
図７の例と同様に、末端制御部２０Ｂは、排水起動状態に移行すると動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２の双方を操作可能な状態に移行する。
【００７９】
ポンプ井の水位を目視して水位がポンプ停止水位に近づいたと判断したオペレータによって動力切断スイッチＳＷ１がオン操作されたときに（ＳＢ１）、末端制御部２０Ｂは吐出しバルブＶを全閉して（ＳＢ２）、クラッチ機構を切断するとともに（ＳＢ３）、所定の遅延時間タイマをセットして、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを消灯し或いは赤色に切り替える（ＳＢ４）。この状態で動力接続スイッチＳＷ２の操作が禁止される。
【００８０】
所定の遅延時間タイマとは、図７の例と同様に、クラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因するポンプの逆転時間に基づいて設定される第１遅延時間タイマと、クラッチ機構の接続に伴って温度上昇したクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される第２遅延時間タイマである。
【００８１】
第１遅延時間が経過したときに（ＳＢ５）、クラッチ接続回数カウンタの値が所定値Ｎより大であるか否かを判定し（ＳＢ６）、所定値Ｎ以下であれば（ＳＢ６，Ｎ）、第２遅延時間の経過を待つことなく、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＢ８）。
【００８２】
クラッチ機構の切断までの間に実行されたクラッチ機構の接続回数が少ない場合には、クラッチ機構に然程の温度上昇を来すことがない。そのため、クラッチ機構の接続を禁止する必要がなく、第２遅延時間、すなわち通常は５〜１５分程度要する放熱時間の経過を待つことなく迅速な再接続が可能になる。従って、クラッチの接続回数によるクラッチ機構接続の許容判定は、ポンプ設備の作業性を向上させる点で効果的である。
【００８３】
クラッチ接続回数カウンタの値が所定値Ｎより大であれば（ＳＢ６，Ｙ）、第２遅延時間の経過を待って（ＳＢ７）、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＢ８）。
【００８４】
クラッチ接続回数カウンタの値は、原動機であるガスタービンを始動した時点でリセットされ、その後末端制御部２０Ｂでクラッチ機構が接続制御される度に「１」加算されるカウンタである。従って、ガスタービンの始動後、ステップＳＢ６で最初に判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「０」であり、次にステップＳＢ６で判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「１」、さらにその後ステップＳＢ６で判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「２」となる。
【００８５】
つまり、動力切断処理部によるクラッチ機構の切断までの間に実行されたクラッチ機構の接続回数が予め設定された所定回数Ｎ未満である場合に、クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間の経過にかかわらず動力接続処理部によるクラッチ機構の接続を許容するように構成されている。
【００８６】
所定値Ｎの値は、採用されるクラッチ機構の特性等に基づいて適宜設定される値で、特にその値が限定されることはない。尚、本実施形態では、所定値Ｎが「１」に設定されている。
【００８７】
その後ポンプ井の水位が上昇したことを目視したオペレータによって動力接続スイッチＳＷ２がオン操作されると（ＳＢ９）、クラッチ機構を接続するとともにクラッチ接続回数カウンタに値「１」を加算する（ＳＢ１０）。そして、クラッチ板の接続に要する時間が経過するとクラッチが確実に接続されたと判断して（ＳＢ１１）、吐出しバルブＶを全開し（ＳＢ１２）、ステップＳＢ１に戻る。
【００８８】
図９には、末端制御部２０Ｂで実行される第３の制御態様が示されている。
本実施形態では、クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される第２遅延時間タイマが、クラッチ機構の接続時点を基準として計時されるタイマで構成されている。
【００８９】
図７，８の例と同様に、末端制御部２０Ｂは、排水起動状態に移行すると動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２の双方を操作可能な状態に移行する。
【００９０】
ポンプ井の水位を目視して水位がポンプ停止水位に近づいたと判断したオペレータによって動力切断スイッチＳＷ１がオン操作されたときに（ＳＣ１）、末端制御部２０Ｂは吐出しバルブＶを全閉して（ＳＣ２）、クラッチ機構を切断するとともに（ＳＣ３）、第１遅延時間タイマをセットして、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを消灯し或いは赤色に切り替える（ＳＣ４）。この状態で動力接続スイッチＳＷ２の操作が禁止される。
【００９１】
第１遅延時間タイマとは、クラッチ機構の切断に伴って生じる落水に起因するポンプの逆転時間に基づいて設定される遅延時間タイマのことである。
【００９２】
第１遅延時間が経過し（ＳＣ５）、さらに第２遅延時間が経過すると（ＳＣ６）、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＣ７）。
【００９３】
第２遅延時間タイマは、クラッチ機構の接続時点で設定及び計時開始されるタイマであり、初回には図６のステップＳ４またはステップＳ１４のクラッチ機構接続ステップで設定及び計時開始される。
【００９４】
その後ポンプ井の水位が上昇したことを目視したオペレータによって動力接続スイッチＳＷ２がオン操作されると（ＳＣ８）、クラッチ機構を接続するとともに（ＳＣ９）、第２遅延時間タイマを設定及び計時開始して（ＳＣ１０）、クラッチ板の接続に要する時間が経過するとクラッチが確実に接続されたと判断して（ＳＣ１１）、吐出しバルブＶを全開し（ＳＣ１２）、ステップＳＣ１に戻る。
【００９５】
図１０には、末端制御部２０Ｂで実行される第４の制御態様が示されている。
本実施形態では、動力切断処理部によるクラッチ機構の切断までの間に実行されたクラッチ機構の接続回数が予め設定された所定回数Ｎ未満である場合に、クラッチ板の放熱時間に基づいて設定される遅延時間の経過にかかわらず動力接続処理部によるクラッチ機構の接続を許容するように構成され、さらにクラッチ板の放熱時間に基づいて設定される第２遅延時間タイマが、クラッチ機構の接続時点を基準として計時されるタイマで構成されている。
【００９６】
図７〜図９の例と同様に、末端制御部２０Ｂは、排水起動状態に移行すると動力切断スイッチＳＷ１及び動力接続スイッチＳＷ２の双方を操作可能な状態に移行する。
【００９７】
ポンプ井の水位を目視して水位がポンプ停止水位に近づいたと判断したオペレータによって動力切断スイッチＳＷ１がオン操作されたときに（ＳＤ１）、末端制御部２０Ｂは吐出しバルブＶを全閉して（ＳＤ２）、クラッチ機構を切断するとともに（ＳＤ３）、第１遅延時間タイマをセットして、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを消灯し或いは赤色に切り替える（ＳＤ４）。この状態で動力接続スイッチＳＷ２の操作が禁止される。
【００９８】
第１遅延時間が経過したときに（ＳＤ５）、クラッチ接続回数カウンタの値が所定値Ｎより大であるか否かを判定し（ＳＤ６）、所定値Ｎ以下であれば（ＳＤ６，Ｎ）、第２遅延時間の経過を待つことなく、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＤ８）。
【００９９】
クラッチ接続回数カウンタの値が所定値Ｎより大であれば（ＳＤ６，Ｙ）、第２遅延時間の経過を待って（ＳＤ７）、動力接続スイッチＳＷ２のバックライトを点灯し或いは緑色に切り替えて動力接続スイッチＳＷ２の操作を許可する（ＳＤ８）。
【０１００】
図８の例と同様、クラッチ接続回数カウンタの値は、原動機であるガスタービンを始動した時点でリセットされ、その後末端制御部２０Ｂでクラッチ機構が接続制御される度に「１」加算されるカウンタである。従って、ガスタービンの始動後、ステップＳＤ６で最初に判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「０」であり、次にステップＳＤ６で判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「１」、さらにその後ステップＳＤ６で判断されるクラッチ接続回数カウンタの値は「２」となる。本実施形態でも、所定値Ｎが「１」に設定されている。
【０１０１】
その後ポンプ井の水位が上昇したことを目視したオペレータによって動力接続スイッチＳＷ２がオン操作されると（ＳＤ９）、クラッチ機構を接続するとともにクラッチ接続回数カウンタに値「１」を加算する（ＳＤ１０）。さらに、第２遅延時間タイマを設定及び計時開始して（ＳＤ１１）、クラッチ板の接続に要する時間が経過するとクラッチが確実に接続されたと判断して（ＳＤ１２）、吐出しバルブＶを全開し（ＳＤ１３）、ステップＳＤ１に戻る。
【０１０２】
尚、第２遅延時間タイマが、クラッチ機構の接続時点を基準として計時されるタイマである場合に、当該タイマ値の設定時期はクラッチ機構を接続操作した時点であってもよいし、クラッチ板の接続に要する時間が経過した時点であってもよい。
【０１０３】
本実施形態では、第１遅延時間を３分〜５分に設定しているが、第１遅延時間はこの値に限るものではなく、第１遅延時間は、吸込み管１、ポンプケーシング２、揚水管３、吐出ケーシング４等のサイズに合わせて適宜設定すればよい。
【０１０４】
上述した実施例では、原動機系ポンプ設備Ｄ３に備えたポンプを対象に本発明を説明したが、汚水ポンプ設備Ｄ１や雨水系のポンプ設備Ｄ２に備えたポンプを対象に本発明を適用してもよいことはいうまでもない。
【０１０５】
上述した実施形態ではクラッチ機構が湿式多板クラッチを採用した例を説明したが、乾式多板クラッチ等動力を接続または切断できるクラッチ機構であれば、どのようなものであってもよい。
【０１０６】
上述した実施形態では、原動機としてガスタービンを採用した例を説明したが、エンジンや電動機等どのような種類の原動機であっても本発明を適用することができる。
【０１０７】
上述した実施形態では、オペレータの判断でポンプを待機運転にしたり、排水停止を行なったりする例で説明したが、水位や雨量、運転時間等の情報からシーケンスやマイクロコンピュータの自動制御で起動停止を行なうものであってもよい。
【０１０８】
上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明したに過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１：ポンプ井
３：揚水管
５：吐出し管
６：原動機
７：減速機構
８：クラッチ機構
１０：ポンプ設備
２０：制御装置
２０Ａ：統括制御部
２０Ｂ：クラッチ制御部
Ｐ：ポンプ
Ｖ：吐出しバルブ
【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】
0006715737.tif 000008
【図８】
0006715737.tif 000009
【図９】
0006715737.tif 000010
【図１０】
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