(57)【要約】【課題】負荷などが刻々と変化する環境に対して、適正な応答性を保つように調整することができる整圧器調整システムを提供する。【解決手段】負荷が小さいときは、ガバナ１のみを動作させる。弁開度が通常動作状態の上限として設定される８０％に達することを検出手段４０が検出すると、ガバナ２が稼働を開始する。ガバナ２の二次圧Ｐ２を圧力計６２で検出し、その変動が予め定める範囲を逸脱する程度を逸脱判定手段６３で判定する。サーボアンプ６１の応答速度は、少し速く設定しておいて、逸脱の程度に応じて速度変更手段６４が少しずつ下降させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、変動する供給流量に対して予め定める二次圧を保つように制御する整圧器を、適正な応答性が得られるように調整する整圧器制御システムであって、
整圧器の制御動作が反映される指標を検出する指標検出手段と、
指標検出手段によって検出される指標が予め設定される範囲から逸脱する程度を、予め流体の供給流量の変動周期以上に設定される期間内で判定する逸脱判定手段と、
逸脱判定手段の判定する逸脱の程度に応じて、整圧器の制御の応答速度を、該逸脱の程度が予め定める基準の程度に接近する方向に、部分的に変化させる速度変更手段とを含むことを特徴とする整圧器制御システム。
【請求項２】
前記整圧器は、複数が同時並行稼働し、
少なくとも１つの整圧器は、他の整圧器の稼働状態が予め定める範囲内となるように二次圧の制御動作を行うことを特徴とする請求項１記載の整圧器制御システム。
【請求項３】
前記指標検出手段は、前記整圧器の少なくとも開度または圧力の一方を前記指標として検出することを特徴とする請求項１または２記載の整圧器制御システム。
【請求項４】
前記整圧器の制御の応答速度は、予想される適正な応答速度よりも速くしておくことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の整圧器制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を輸送する管路系に設けられ、一次圧を二次圧に減圧して流量変動による圧力変動を抑える整圧器の制御状態を、適正な応答性が得られるように調整する整圧器制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ガスの供給系統などの流体を輸送する管路系には、負荷に一定の圧力で流体を供給するために、供給される一次圧を減圧し、流量が変動しても二次圧の変動が抑えられるように制御する整圧器が設けられている。整圧器は、ガバナとも呼ばれている。
【０００３】
たとえば住宅地に供給する都市ガスでは、炊事や風呂焚きなどが多く行われる時間帯に負荷が大きくなるけれども、他の時間帯には負荷はあまり大きくならない。ピーク時の負荷に対して通常はより小さい負荷となる場合は、複数のガバナを並列に接続して用いることが多い。複数のガバナを並列に接続する多系列ガバナシステムでは、各ガバナ毎に緊急遮断弁が直列に接続される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、（ａ）で多系列ガバナシステムを代表する２系列ガバナシステムの構成を簡略化して示し、（ｂ）でその動作特性を示す。一次管路１０から供給される都市ガスなどの流体は、２系列のガバナ１１，１２で整圧されて二次管路２０の負荷に供給される。各ガバナ１１，１２には緊急遮断弁２１，２２がそれぞれ接続される。各ガバナ１１，１２へは、一次管路１０から緊急遮断弁２１，２２を介して一次圧力Ｐ１で流体が供給される。２系列ガバナシステム３０は、ガバナ１１と緊急遮断弁２１とを含む第１系列３１と、ガバナ１２と緊急遮断弁２２とを含む第２系列３２とからなる。各ガバナ１１，１２は、一次圧力Ｐ１を二次圧力Ｐ２付近まで減圧する。すなわちＰ１＞Ｐ２である。
【０００５】
ガバナ１１，１２のうちのいずれかに故障などが生じて減圧機能が損なわれると、二次管路２０に高い一次圧力Ｐ１がかかるおそれがあるので、緊急遮断弁２１，２２がそれぞれ設けられ、図示は省略しているけれども、それぞれガバナ１１，１２の二次圧など、動作の異常を検出することによって遮断動作が行われる。故障を生じているガバナを含む系統側の緊急遮断弁が遮断することによって二次管路２０の圧力増大を防止する。通常、緊急遮断弁２１，２２は全開状態となっている。
【０００６】
検出手段４０は、第１系列３１のガバナ１１の動作状態として、たとえば弁開度を検出する。第２系列３２のガバナ１２は、検出手段４０が検出する第１系列のガバナ１１の弁開度が通常動作状態の上限として設定される値付近にとどまるように動作する。
【０００７】
図４（ｂ）は、ガバナ１１，１２の流量と二次側の圧力との関係を示す。流体の流量は、弁開度にほぼ対応する。各ガバナ１１，１２は、Ｌ１１，Ｌ１２として示すような動作特性を、それぞれ有する。負荷が小さいときは、第１系列３１のガバナ１１が動作して、第２系列３２のガバナ１２が待機するように、第２系列３２のガバナ１２の動作特性Ｌ１２は、第１系列３２のガバナ１１の動作特性Ｌ１１よりも低圧力側で動作するように設定しておく。ただし、第１系列３１のガバナ１１が弁開度として、たとえば８０％を通常動作状態の上限として設定し、ガバナ１１が上限付近にとどまるように、第２系列３２のガバナ１２が稼働を開始する。ガバナ１２の設定圧は上昇するように調整され、結果的にＬ２０に示すような動作特性が得られる。
【０００８】
第１系列３１のガバナ１１の弁開度が上限の８０％よりも大きくなると、第２系列３２のガバナ１２の設定圧が上昇するように調整され、ガバナ１２の弁開度が大きくなって、流体がガバナ１２を介しても負荷に供給される。この結果、第１系列３１のガバナ１１の弁開度は小さくなり、上限を大きく超えることはないようにすることができる。負荷の減少あるいは第２系列３２のガバナ１２の稼働で第１系列３１のガバナ１１の弁開度が上限よりも小さくなると、第２系列３２のガバナ１２の設定圧は下降し、弁開度は低下する。負荷が第１系列３１のガバナ１１の弁開度で上限である８０％の範囲内であれば、第２系列３２のガバナ１２は、弁開度が０の全閉状態となる。すなわち、小流量時には、第１系列のガバナ１１のみが動作して整圧作用を行う。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２８２５４３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４（ａ）に示すような２系列ガバナシステム３０では、一方のガバナ１１が小流量域から大流量域まで使用され、他方のガバナ１２が大流量域で使用される。第２系列３２のガバナ１２は、第１系列３１のガバナ１１の弁開度の上限である８０％を維持するようにフィードバック制御される。このようなフィードバック制御は、負荷の変動時に過度応答を伴う。
【００１１】
すなわち、第１系列３１のガバナ１１の開度を規定値に保持するように、第２系列３２のガバナ１２は自らの設定圧を調整しながら制御することになるけれども、この制御はある応答速度で行われる。開度などのフィードバック信号（入力）に対し、速いスピードで対応することができるような出力をコントローラとして機能する検出手段４０で発生させれば、俊敏で制度の高い制御が可能になると期待される。しかし、反応を速くしすぎると過応答によるハンチングが生じてしまう。ハンチングが生じると、制御が安定せず、二次圧の変動が継続してしまう。また、ガバナの弁などは、機械的な部分の摺動で摩耗が生じたり、変形の繰返しで疲労が生じたりして、寿命が短くなるおそれがある。このような理由によって、負荷などが刻々と変化する環境では、常に適正な応答性を保つことは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、負荷などが刻々と変化する環境に対して、適正な応答性を保つように調整することができる整圧器制御システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、変動する供給流量に対して予め定める二次圧を保つように制御する整圧器を、適正な応答性が得られるように調整する整圧器制御システムであって、
整圧器の制御動作が反映される指標を検出する指標検出手段と、
指標検出手段によって検出される指標が予め設定される範囲から逸脱する程度を、予め流体の供給流量の変動周期以上に設定される期間内で判定する逸脱判定手段と、
逸脱判定手段の判定する逸脱の程度に応じて、整圧器の制御の応答速度を、該逸脱の程度が予め定める基準の程度に接近する方向に、部分的に変化させる速度変更手段とを含むことを特徴とする整圧器制御システムである。
【００１４】
本発明に従えば、整圧器制御システムは、一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、変動する供給流量に対して予め定める二次圧を保つように制御する整圧器を、適正な応答性が得られるように調整するために、指標検出手段と、逸脱判定手段と、速度変更手段とを含む。指標検出手段は、整圧器の制御動作が反映される指標を検出するので、検出される指標に基づいて、整圧器の制御動作の状態を把握することができる。逸脱判定手段は、指標検出手段によって検出される指標が予め設定される範囲から逸脱する程度を、予め流体の供給流量の変動周期以上に設定される期間内で判定するので、流体供給量の瞬間的な変動の影響を受けないように、指標の変動の設定範囲からの逸脱の程度を判定することができる。速度変更手段は、逸脱判定手段の判定する逸脱の程度に応じて、整圧器の制御の応答速度を、該逸脱の程度が予め定める基準の程度に接近する方向に、部分的に変化させるので、応答速度を少しずつ適正な状態に改善していくことができる。
【００１５】
また本発明で、前記整圧器は、複数が同時並行稼働し、
少なくとも１つの整圧器は、他の整圧器の稼働状態が予め定める範囲内となるように二次圧の制御動作を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、整圧器の応答速度を速くしすぎると、ハンチングを生じ、その結果が他の整圧器に影響し、その整圧器の稼働状態も変動する。この変動は、さらに応答速度の変動を招き、負荷が安定しても２つの整圧器間で一方の開度が大きく他方の開度が小さい状態と、一方の開度が小さく他方の開度が大きい状態とを繰返すような事態になるおそれがある。このような事態では、指標も設定範囲を逸脱しやすくなるので、指標の逸脱を減少させるように応答速度を調整し、適正な制御状態となるようにすることができる。
【００１７】
また本発明で、前記指標検出手段は、前記整圧器の少なくとも開度または圧力の一方を前記指標として検出することを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、整圧器の制御動作が反映される指標として、少なくとも開度または圧力を検出する。整圧器が流体の供給流量が変動しても二次圧を一定に保つ制御では弁の開度が変化し、弁の開度を変化させるのは二次圧やパイロット圧などの圧力による。開度は、機械的な変位なので、容易に把握することができる。圧力は管路などから容易に検出することができる。
【００１９】
また本発明で、前記整圧器の制御の応答速度は、予想される適正な応答速度よりも速くしておくことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、整圧器の制御の応答速度を予想される適正な応答速度よりも速くしておくので、調整の初期には指標が予め定める範囲から逸脱する程度が大きくなり、速い応答速度を徐々に減少させて適正な応答速度が得られるようにすることができる。応答速度が遅い状態から調整を開始すると、ハンチングが生じて指標が逸脱しても、応答速度が速い状態であると誤判定して、さらに応答速度が遅すぎる状態に調整してしまうおそれがある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である２系列ガバナシステムの構成を示す。本実施形態では、図４と同様に、２系列ガバナシステムの第１系列のガバナ１の開度を規定値に保持するように、第２系列のガバナ２の動作状態を制御する。ガバナ１，２は、弁３，４がそれぞれ開閉して、一次管路１０から二次管路２０に供給されるガスの圧力を減圧し、一定の二次圧に保つように制御する。弁３，４では、弁体３ａ，４ａと弁座３ｂ，４ｂとの間の間隙が開度に対応する。弁体３ａ，４ａは、弁棒３ｃ，４ｃの下端にそれぞれ装着され、弁座３ｂ，４ｂはガバナ１，２のケーシングにそれぞれ固定されている。弁棒３ｃ，４ｃは、中間部でダイヤフラム３ｄ，４ｄおよびばね３ｅ，４ｅにそれぞれ接続されている。ダイヤフラム３ｄ，４ｄおよびばね３ｅ，４ｅは、ダイヤフラム室３ｆ，４ｆにそれぞれ収納される。ダイヤフラム３ｄ，４ｄは、ダイヤフラム室３ｆ，４ｆ内を、２つの部分に仕切っている。ダイヤフラム室３ｆ，４ｆでダイヤフラム３ｄ，４ｄによって仕切られる下側の空間には、一次管路１０と二次管路２０との間に接続されるパイロット弁５，６と絞り７，８との中間の圧力が導入される。ダイヤフラム室３ｆ，４ｆでダイヤフラム３ｄ，４ｄによって仕切られる上側の空間には、二次管路２０からの二次圧が導入され、ばね３ｅ，４ｅがそれぞれ収納される。このようなガバナ１，２は、パイロット弁５，６の設定圧力で、二次圧を制御することができる。
【００２２】
本実施形態の２系列ガバナシステムでは、第１系列のガバナ１の弁開度は検出手段４０によって検出し、図４と同様に、弁開度が８０％を超えないように、第２系列のガバナ２が動作する。第２系列のガバナ２の制御は、パイロット弁６の設定圧力を、モータ５０から伝達機構５１を介する機械的な駆動によって行う。検出手段４０が検出するガバナ１の弁開度に基づいてモータ５０を電気的に駆動するために、コントローラ６０が用いられる。コントローラ６０には、サーボアンプ６１が含まれる。サーボアンプ６１は、検出手段４０の開度検出出力に基づいて、モータ５０を回転駆動する。
【００２３】
本実施形態のサーボアンプ６１は、利得を制御して応答速度を細かく多段階に調整することができる。応答速度の調整は、ガバナ２の動作状態に対応する指標として二次圧Ｐ２を圧力計６２で検出し、その変動が予め設定される範囲から逸脱する程度を、コントローラ６０内の逸脱判定手段６３によって判定する。逸脱判定手段６３によって逸脱の程度が大きいと判定されるときは、コントローラ６０内の速度変更手段６４がサーボアンプ６１の応答速度を変更する。
【００２４】
図２は、本実施形態によるサーボアンプ６１の応答速度の変更についての基本的な考え方を示す。ステップｓ０から変更の制御手順を開始し、サーボアンプ６１の応答速度は、適切であると予想される速度よりも速くしておく。ステップｓ１では所定期間内に二次圧Ｐ２が閾値をｎ回以上往復しているか否かを判断する。ｎは期間の長さに応じて設定する。たとえば、１分間に数回程度は許容する前提で設定する。ステップｓ１で所定期間内での二次圧Ｐ２の変動が少なく、閾値を往復する回数がｎよりも小さいときは、ステップｓ１に戻って、二次圧Ｐ２の監視を続ける。ステップｓ１で、所定期間内での二次圧Ｐ２の変動が多く、閾値を往復する回数がｎ以上になるときは、ステップｓ２でサーボアンプ６１の応答速度を小さくして、モータ５０の制御スピードを１ランク下降させる。
【００２５】
サーボアンプ６１の応答速度を、ガバナ２に対して予想される適正な応答速度よりも速くしておくので、調整の初期には二次圧Ｐ２が予め定める範囲から逸脱する程度が大きく、応答速度を徐々に減少させて適正な応答速度が得られるようにすることができる。応答速度が遅い状態から調整を開始すると、ハンチングが生じて二次圧Ｐ２が逸脱しても、応答速度が速い状態であると誤判定して、さらに応答速度を下降させ、応答速度が遅すぎる状態にしてしまうおそれがある。
【００２６】
図３は、二次圧Ｐ２を指標としてガバナ２の制御状態を調整する際の圧力範囲の設定の例を示す。二次圧Ｐ２としての目標圧力をｐｓとすると、二次圧Ｐ２の許容範囲として、上限ｐｍａｘと下限ｐｍｉｎとが考えられる。目標圧力ｐｓと上限ｐｍａｘとの間に上側閾値ｐｕを設定し、サーボアンプ６１の応答速度を少し遅くしておけば、二次圧Ｐ２の変動が大きく、少なくとも上側閾値ｐｕを超える頻度が大きくなる。サーボアンプ６１の応答速度を下降させれば、二次圧ｐｕの変動が小さくなり、適正な範囲に収るようになる。
【００２７】
二次圧Ｐ２の変動は、負荷に供給する流量の変動に応じても生じるので、都市ガスなどでは、１日の時間帯による流量変化、季節による流量変化などの影響を考慮し、上側閾値ｐｕをある程度の回数超えることは許容する。上側閾値ｐｕを季節によって変更したり、回数の判定基準を季節によって変更することもできる。また、二次圧Ｐ２の上側ばかりではなく、下側閾値ｐｌを設定して、上側閾値ｐｕと下側閾値ｐｌとの間の範囲から二次圧Ｐ２が逸脱するか否かを判定するようにすることもできる。
【００２８】
なお、ガバナ２の動作状態を反映する指標として二次圧Ｐ２を用いているけれども、パイロット圧なども同様に指標として用いることができる。また、弁４の開度も指標として用いることもできる。さらに、本発明の考え方は、単独で動作するガバナや、３系列以上で動作する多系列ガバナシステムのガバナにも同様に適用し、適切な応答速度に設定することができる。また、ガバナの形式は、図１に示すようなもの以外でも同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、整圧器の制御動作が反映される指標を検出し、指標が予め設定される範囲から逸脱する程度を、流体の供給流量の瞬間的な変動の影響を受けないように判定することができる。整圧器の制御の応答速度を、指標の逸脱の程度が予め定める基準の程度に接近する方向に、部分的に変化させるので、応答速度を少しずつ適正な状態に改善していくことができる。
【００３０】
また本発明によれば、２つの整圧器間で一方の開度が大きく他方の開度が小さい状態と、一方の開度が小さく他方の開度が大きい状態とを繰返すような事態になるのを防ぎ、適正な制御状態となるようにすることができる。
【００３１】
また本発明によれば、整圧器の制御動作が反映される指標として、検出が容易な開度や圧力を用いることができる。
【００３２】
また本発明によれば、整圧器の制御の応答速度を予想される適正な応答速度よりも速くしておき、調整の初期には指標が予め定める範囲から逸脱する程度が大きくても、応答速度を徐々に減少させて適正な応答速度が得られるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である２系列ガバナシステの構成を簡略化して示すブロック図である。
【図２】図１の２系列ガバナシステムでモータの制御スピードを調整する基本的な考え方を示すフローチャートである。
【図３】図１の逸脱判定手段が二次圧Ｐ２の変動が逸脱しているか否かを判定する考え方を示すグラフである。
【図４】先行出願の２系列ガバナシステムの構成を簡略化して示す配管系統図、およびその動作特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２  ガバナ
３，４  弁
５，６  パイロット弁
１０  一次管路
２０  二次管路
４０  検出手段
５０  モータ
６０  コントローラ
６１  サーボアンプ
６２  圧力計
６３  逸脱判定手段
６４  速度変更手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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