(57)【要約】【課題】大幅なポンプ吐出流量の変更ができ、且つ設備の簡略化とコスト低減化が図れるサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法及び装置及びポンプ設備を提供すること。【解決手段】ポンプ１０の吐出側にサイフォン配管２５を接続し、サイフォン配管２５にサイフォンブレーカ２７を取り付ける。サイフォンブレーカ２７の開閉によって、サイフォン配管２５でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることで実揚程Ｈａ，Ｈａ１を変化させてポンプ吐出流量を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出側にサイフォン配管を接続したポンプのポンプ吐出流量制御方法において、
前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることで実揚程を変化させてポンプ吐出流量を制御することを特徴とするサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法。
【請求項２】
前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることで実揚程を変化させると共にポンプ運転回転数を変化させて、ポンプ吐出流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法。
【請求項３】
吐出側にサイフォン配管を接続したポンプのポンプ吐出流量制御装置において、
前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプの吐出流量を増やす際は閉じて前記サイフォン配管にサイフォンを形成し、ポンプの吐出流量を減らす際は開いて前記サイフォン配管のサイフォンを破壊するサイフォンブレーカを具備していることを特徴とするサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御装置。
【請求項４】
前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプ吐出流量が所定の流量となるように、前記サイフォンブレーカの開閉と、前記ポンプの運転回転数の変更とを制御する制御手段を具備していることを特徴とする請求項３に記載のサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御装置。
【請求項５】
吐出側にサイフォン配管を接続したポンプ設備において、
前記ポンプ設備には、ポンプの吐出流量を増やす際は前記サイフォン配管にサイフォンを形成し、ポンプの吐出流量を減らす際は前記サイフォン配管のサイフォンを破壊するポンプ吐出流量制御装置を設けたことを特徴とするポンプ設備。
【請求項６】
前記ポンプ設備は、前記ポンプの運転回転数の変更を制御する制御手段を具備していることを特徴とする請求項５に記載のポンプ設備。
【請求項７】
前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプの吸込側水位、又はポンプの吐出側水位、又はポンプを通過するポンプ吐出流量、又はポンプの上流若しくは下流に設置した水路を流れる水路流量を検知し、検知した値に基いて前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることを特徴とする請求項５又は６に記載のポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法及び装置及びポンプ設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排水処理場などに使用されるポンプ設備は、吸込側の水槽にポンプを設置し、ポンプの吐出側を吐出側の水槽に接続すると共に、ポンプ上部から突出したポンプ軸に連結した駆動手段によって羽根車を回転駆動することで、吸込側水槽内の水を吐出側水槽に揚水するように構成していた。
【０００３】
ところでポンプ吐出流量は、必要とされる排水流量などの変化によって変化させる必要がある。そしてポンプ吐出流量を変更するには、駆動手段であるディーゼルエンジン等の運転回転数を変更すれば良い。しかしながら駆動手段の運転回転数の変更は、最適回転数に対して１０％程度の変更であれば問題ないが、これを２０％以上変更するような場合は、振動が大きくなり、運転するのに不都合が生じる。このため駆動手段の運転回転数の変更だけではポンプ吐出流量の大幅な変更は難しかった。そこで流量変更の幅を広げるためには、駆動手段とポンプの間に可変速減速機（可変速クラッチ）を介在させ、駆動手段の運転回転数を一定にするとともに可変速減速機によってポンプの運転回転数を大きく変更する方法が用いられてきた。しかしながら可変速減速機は高価であり、また可変速減速機を設置することで設備が複雑化してしまうという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、大幅なポンプ吐出流量の変更ができ、且つ設備の簡略化とコスト低減化が図れるサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法及び装置及びポンプ設備を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、吐出側にサイフォン配管を接続したポンプのポンプ吐出流量制御方法において、前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることで実揚程を変化させてポンプ吐出流量を制御することを特徴とするサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法にある。このようにサイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えるだけでポンプ吐出流量を容易に変更・制御できるので、ポンプ吐出流量制御のために別途可変速減速機のような高価な駆動装置を設置する必要がなくなる。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることで実揚程を変化させると共にポンプ運転回転数を変化させて、ポンプ吐出流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御方法にある。このようにサイフォンの形成・非形成と、ポンプ運転回転数の変更を組み合わせれば、少しのポンプ運転回転数の変化だけで広範囲なポンプ吐出流量の制御が容易に可能となる。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、吐出側にサイフォン配管を接続したポンプのポンプ吐出流量制御装置において、前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプの吐出流量を増やす際は閉じて前記サイフォン配管にサイフォンを形成し、ポンプの吐出流量を減らす際は開いて前記サイフォン配管のサイフォンを破壊するサイフォンブレーカを具備していることを特徴とするサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御装置にある。サイフォン配管とサイフォンブレーカとは水の逆流を防止するために本来ポンプ設備に設置されるものであり、これを利用するだけで良いので、設備の簡略化とコスト低減化が図れる。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプ吐出流量が所定の流量となるように、前記サイフォンブレーカの開閉と、前記ポンプの運転回転数の変更とを制御する制御手段を具備していることを特徴とする請求項３に記載のサイフォン切換によるポンプ吐出流量制御装置にある。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、吐出側にサイフォン配管を接続したポンプ設備において、前記ポンプ設備には、ポンプの吐出流量を増やす際は前記サイフォン配管にサイフォンを形成し、ポンプの吐出流量を減らす際は前記サイフォン配管のサイフォンを破壊するポンプ吐出流量制御装置を設けたことを特徴とするポンプ設備にある。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、前記ポンプ設備は、前記ポンプの運転回転数の変更を制御する制御手段を具備していることを特徴とする請求項５に記載のポンプ設備にある。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、前記ポンプ吐出流量制御装置は、ポンプの吸込側水位、又はポンプの吐出側水位、又はポンプを通過するポンプ吐出流量、又はポンプの上流若しくは下流に設置した水路を流れる水路流量を検知し、検知した値に基いて前記サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えることを特徴とする請求項５又は６に記載のポンプ設備にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかるポンプ設備の全体概略構成図である。同図に示すようにこのポンプ設備は、吸込水槽２０の床２１にポンプ１０を吊り下げ、ポンプ１０の吐出側にサイフォン配管２５を接続し、サイフォン配管２５の吐出側を吐出水槽４０に接続して構成されている。そしてポンプ１０内部の図示しない羽根車に連結してポンプ１０の上部から突出するポンプ軸１３に減速機１５を介して駆動手段１７が連結されている。駆動手段１７はディーゼルエンジンなどのエンジンによって構成されている。一方サイフォン配管２５には、サイフォンブレーカ（真空破壊弁）２７が取り付けられている。サイフォンブレーカ２７は電動弁や電磁弁等からなり、一端がサイフォン配管２５に接続され他端が外気に開放されることで、このサイフォン配管２５への空気の導入・遮断を行う。
【００１３】
またこのポンプ設備は、ポンプ１０の吐出流量を制御する制御手段５０を具備している。制御手段５０は、吐出水槽４０内に設置した水位センサ４１から水位信号を入力し、また前記サイフォンブレーカ２７にその開閉信号を出力し、駆動手段１７に運転回転数制御信号を出力する。駆動手段１７にはガバナが設置されていてその運転回転数が一定になるように制御されているが、これを前記運転回転数制御信号の入力によって強制的に制御手段５０が指示した運転回転数となるように制御している。なお本実施の形態においては、サイフォンブレーカ２７と制御手段５０がポンプ吐出流量制御装置を構成する。
【００１４】
次にこのポンプ設備の動作を説明する。ここでは吐出水槽４０内の水位が一定になるようにポンプ１０の吐出流量を制御する場合について説明する。まず駆動手段１７を駆動することでポンプ１０の羽根車を回転駆動し、吸込水槽２０内の水を吐出水槽４０に揚水する。吐出水槽４０内の水の水位はこれを水位センサ４１が検出し、その水位信号が制御手段５０に入力される。水位信号を入力した制御手段５０は、現在の吐出水槽４０内の水位が設定した水位よりも高いか低いかを判断し、高い場合はポンプ吐出流量を減らし、低い場合はポンプ吐出流量を増やすように駆動手段１７及び／又はサイフォンブレーカ２７に制御信号を出力する。
【００１５】
本発明においてはサイフォンブレーカ２７によってサイフォン配管２５内にサイフォン形成状態とサイフォン非形成状態とを切り換えることで実揚程を変更すると共に、駆動手段１７によってポンプ運転回転数を変更することで、ポンプ吐出流量を容易に大幅に変更するように制御している。以下具体的に説明する。
【００１６】
図２はサイフォン配管２５を有するポンプ１０のサイフォン形成時とサイフォン非形成時の揚程変化説明図である。即ち図２（ａ）に示すようにサイフォン配管２５におけるサイフォン形成時（サイフォンブレーカ２７閉）は、サイフォン形成部分の実揚程はなくなるので、その実揚程Ｈａは、
Ｈａ＝吐出水位（ＤＷＬ）−吸込水位（ＳＷＬ）
である。
【００１７】
また図２（ｂ）に示すようにサイフォン配管２５におけるサイフォン非形成時（サイフォンブレーカ２７開）は、サイフォン配管２５の上部までポンプ１０によって押し上げられた水が越流していくので、その実揚程Ｈａ１は、
Ｈａ１＝サイフォン配管頂部越流水面（ＥＬ）−吸込水位（ＳＷＬ）
である。
【００１８】
従ってサイフォン形成時とサイフォン非形成時において、
Ｈａ１−Ｈａ＝Δｈ
分の揚程差が生じる。
【００１９】
そしてこれを図３（ａ）に示すポンプ揚程曲線Ｈ１に当てはめると、前記実揚程Ｈａ，Ｈａ１の揚程差Δｈによって、ΔＱ１（この特性曲線では約２．８ｍ３／ｓ）の流量変化を得られることが分かる。つまりたとえポンプ運転回転数を変更しないで、通常の一定の設定回転数で運転していても、サイフォンブレーカ２７によってサイフォン配管２５内のサイフォンの形成と非形成とを切り換えるだけで、容易に吐出流量の変更が可能となる。
【００２０】
そしてさらにポンプ運転回転数を少し変更すれば、大幅なポンプ吐出流量の変更が可能になる。図３（ｂ）には、ポンプ運転回転数が通常の設定回転数の場合の揚程曲線Ｈ１（１００％）と、前記設定回転数よりも１０％回転数を低下した場合の揚程曲線Ｈ１（９０％）とを示している。即ちこの特性曲線からわかるように、サイフォン形成時（実揚程Ｈａ）における設定回転数（揚程曲線Ｈ１（１００％））での吐出流量（点ａ１での吐出流量）から、サイフォン非形成時（実揚程Ｈａ１）における１０％回転数を低下した回転数（揚程曲線Ｈ１（９０％））での吐出流量（点ａ２での吐出流量）までの差ΔＱ２はさらに大幅となることがわかる（この特性曲線では約６．３ｍ３／ｓ）。なお一般に駆動手段１７の運転回転数を、設定回転数の±１０％程度変更しても、駆動手段１７の振動が増大するなどの問題は生じない。
【００２１】
即ち制御手段５０によって駆動手段１７とサイフォンブレーカ２７とを制御することで、駆動手段１７の運転回転数を問題ない範囲（例えば±１０％程度の狭い範囲）で適宜変更すると同時に、サイフォン配管２５内のサイフォン形成と非形成とを適宜切り換え、これによって広範囲での吐出流量の制御が容易に可能となるのである。
【００２２】
なおサイフォン配管２５とサイフォンブレーカ２７とは本来の目的、即ちポンプ１０停止時の水の逆流を防止するためにサイフォンブレーカ２７を開いてサイフォンを破壊するという目的にも使用する。
【００２３】
ところでサイフォンと非サイフォンの切換えは、水位又は流量信号によって行えば良い。その際水位には吸込側水位と吐出側水位が存在し、流量にはポンプ吐出流量と水路流量が存在し、前記サイフォンと非サイフォンの切換えは、これらの何れかの状態量を用いる。具体的制御の方法としては、水位又は流量の設定値の上限又は下限の検知信号（状態量）によって、サイフォンの形成・非形成の切換えを行う。ポンプ吐出流量の測定方法としては、ポンプ１０やポンプの上流又は下流側の水路に流量計を設置して計測する直接計測方法と、ポンプの吸込側と吐出側の水位差又は圧力差を求めてポンプ特性からポンプ吐出流量を演算して求める間接計測方法とがあり、何れを用いても良い。即ち例えば上記実施の形態のように、▲１▼吐出水槽４０内の水位（即ちポンプの吐出側水位）を所定の水位に保つようにポンプ吐出流量を制御してもよいし、▲２▼吸込水槽２０内の水位（即ちポンプの吸込側水位）を所定の水位に保つようにポンプ吐出流量を制御しても良いし、▲３▼ポンプ吐出流量を直接測定することで、このポンプ吐出流量を所定のポンプ吐出流量に保つように制御しても良い。▲４▼さらにポンプの上流若しくは下流に設置した水路を流れる水路流量を検知し、検知した値に基いて、その水路流量が所定の流量になるようにポンプ吐出流量を制御しても良い。▲１▼のように吐出側水位の場合は設定値以上でサイフォン非形成、以下でサイフォン形成、▲２▼のように吸込側水位の場合は設定値以上でサイフォン形成、以下でサイフォン非形成、▲３▼，▲４▼のように流量の場合は設定値以上でサイフォン非形成、以下でサイフォン形成となるように切り換える。
【００２４】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば上記実施の形態では駆動手段１７とサイフォンブレーカ２７の両者を制御することによって、広範囲でのポンプ吐出流量の制御を行なったが、ポンプ吐出流量をそれほど広範囲に変更する必要がない場合は、駆動手段１７の制御は省略してポンプ運転回転数を設定回転数で一定とし、サイフォンブレーカ２７によるサイフォン配管２５のサイフォン形成と非形成との切り換えのみによってそのポンプ吐出流量を制御しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような効果を生じる。
▲１▼サイフォン配管でのサイフォン形成とサイフォン非形成とを切り換えるだけでポンプ吐出流量を容易に変更・制御できるので、ポンプ吐出流量制御のために別途可変速減速機のような高価な駆動装置を設置する必要がなくなる。特にサイフォン配管とサイフォンブレーカとは水の逆流を防止するために本来ポンプ設備に設置されるものであり、そのサイフォンブレーカの開閉動作を上述のように制御するだけでよいので、設備の簡略化とコスト低減化が図れる。
【００２６】
▲２▼サイフォン配管でのサイフォンの形成と非形成とを切り換えると共にさらにポンプ運転回転数を変化させれば、少しのポンプ運転回転数の変化だけで広範囲なポンプ吐出流量の制御が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を用いたポンプ設備の全体概略構成図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ）はサイフォン配管２５を有するポンプ１０のサイフォン形成時とサイフォン非形成時の揚程変化説明図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）はポンプ揚程曲線Ｈ１と実揚程Ｈａ，Ｈａ１との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  ポンプ
１３  ポンプ軸
１５  減速機
１７  駆動手段
２０  吸込水槽
２１  床
２５  サイフォン配管
２７  サイフォンブレーカ（ポンプ吐出流量制御装置）
４０  吐出水槽
４１  水位センサ
５０  制御手段（ポンプ吐出流量制御装置）
【図１】
2004339970.tif 000003
【図２】
2004339970.tif 000004
【図３】
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