【手続補正書】
【提出日】平成19年7月20日(2007.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、広い流量範囲で使えるようにするために、羽根車翼を羽根車ボスの周面に翼軸を介して取り付け、羽根角度θを可変できる構造とする方法が用いられている。この場合には、負荷が最大と最小の間の運転領域には不安定領域は現れず、常に安定な運転が可能であるが、羽根角度を可変とするについては構造が複雑となり製造コストを押し上げるだけでなく、可動部への異物の噛み込み、発錆等のトラブルが生じやすい（特許文献１）。
更に、回転数制御において、振動量から不安定領域かどうかの判定を行い、不安定領域であれば回転速度を増速あるいは減速して、不安定領域での連続運転を回避する制御が提案されている（特許文献２）。これは不安定領域での運転を回避しているに過ぎない。一般に不安定領域での運転を避けるため回転速度を減速した場合、全揚程は回転速度比の二乗に比例して減少するため、揚程が高い場合には排水不能となる。また、連続流量制御が出来ないため、連続流量を確保するためにはポンプ台数を増やし対応する必要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の目的は、使用するポンプの耐失速特性を向上させ、より失速しにくい特性をもたせたポンプの運転制御方法とそのポンプを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、軸動力を一定に保つ回転速度制御により、低揚程大流量から高揚程小流量まで更に広い運転範囲において安定した運転が可能となるポンプの運転制御方法とそのポンプを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ポンプの動力を供給する受電設備の容量を小さくできるポンプの運転制御方法とそのポンプを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、羽根の失速を原因とする不安定領域を、高揚程で小流量側に移動させることができるポンプを提供することにある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明のポンプの運転制御方法とそのポンプは、使用するポンプの耐失速特性を向上させ、より失速しにくい特性をもたせたポンプを用いて、軸動力を一定に保つ回転速度制御により、実揚程に応じて低揚程大流量から高揚程小流量まで更に広い運転範囲において安定した運転が可能となった。
また、軸動力を一定でポンプを制御するために、ポンプ設備のための受電設備に余力が必要なく、結果として、小さい受電設備で対応できるので、設備コストの削減、及び電気料金を抑えることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
以上により、前置案内羽根付きポンプ１では同一のエネルギーを揚液に予旋回として与えるために必要となる羽根のそりが従来のポンプと比べ小さく、かつ流量が増減した場合の相対流入ベクトルの角度変化も小さいため、失速を起しにくく、失速を原因として発生するポンプの不安定領域も従来のポンプでの限界である最高効率点流量の６０〜７０％と比べ、更に小流量側まで発生しない高い耐失速性を持ったポンプが実現される。
更に、これらの前置案内羽根付き軸流ポンプ１と回転速度（回転数／単位時間）制御を組み合わせることで、従来の軸流ポンプと回転速度を組み合わせた場合と比較して、低揚程大流量側から高揚程小流量側まで、更に広い範囲で安定した運転が可能となる。図６は、本実施の形態１の前置案内羽根付き軸流ポンプ１と従来の軸流ポンプとの回転速度制御と組み合わせた場合の運転範囲を示している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
設定値以上の変動があるときは、ポンプ回転速度を実験式等から演算、又は予め運転制御装置１０に記憶されているデータ（実測）であるマップから引き出した回転数を設定する（Ｓ７）。前述した実揚程Ｈが定まると、軸動力一定制御であるから前置案内羽根付き軸流ポンプ１の特性、図６に示した管抵抗（抵抗曲線）と、測定され演算された実揚程Ｈ、一定の軸動力から、回転数（回転速度）が運転可能な範囲で一義的に決定される。
この回転数が決まれば、インバータへポンプの回転速度を指示して、所定の回転速度になるように周波数を制御する指令をする（Ｓ８）。この後、ポンプは設定された回転速度で運転が行われる（Ｓ９）。このように、本実施の形態１の運転制御装置１０は、軸動力一定で運転し、かつ失速範囲を移動させて、運転可能な範囲を広くしたので、受電設備への負荷の変動が少なく、無駄な設備が必要がない効果がある。なお、上記説明は、１台の前置案内羽根付き軸流ポンプで説明したが複数台を運転するものであっても同様の運転で行う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
この軸流ポンプ１５は、後述するハブ比以外は基本的な配置構造は従来のものと同一であり、前述した前置案内羽根付の軸流ポンプ１とは前置案内羽根６を備えていない点で異なる。即ち、この軸流ポンプ１５は、後置案内羽根２０を備えている点で異なる。羽根車１６、ハブ１７、翼１８、固定ハブ１９等は、実施の形態１と配置は同一である。
羽根車１６への軸流方向の流速は、ポンプ効率、流速増加による管損失、重量等の観点から３．０〜４．０m/secが選択される。本実施の形態２は、前述した不安定領域の移動のために、本実施の形態２の軸流ポンプのハブ比β’は次の式（１）で表される範囲にある。
【数１】
2006037819.tif 000001
ただし、
Ｄ’＝前記軸流ポンプの口径（前記羽根車の外径の近似値）、
ｄ’＝前記軸流ポンプのハブ径、
α＝１．１〜１．８、
β＝０．３〜０．７、
である。
このαは、Ｄ’／Ｄで算出される数値である。αが大きいほど耐失速性は向上するが、効率や経済性が犠牲となるので上記数値範囲が適当である。βは、ｄ／Ｄで算出される数値である。このＤは、３．０〜４．０m/secによって選択される一般的な軸流ポンプ口径（前記羽根車の外径の近似値）であり、ｄは、３．０〜４．０m/secによって選択される従来のハブ径である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
前述したαが大きいほど、即ち前記軸流ポンプの口径Ｄ’が大きいほど耐失速性は向上するが、効率や経済性が犠牲になるので、αは１．１〜１．８の範囲が好ましい。軸流ポンプは、一般にハブ比β（ハブ３の直径／軸流ポンプの口径（羽根車外径と近似値））が０．３〜０．７であり、羽根枚数は２〜５枚の範囲とされている。
これらの数値範囲を採用することは、羽根外径、及びハブ１７の直径を増加させることを意味する。羽根外径、及びハブ径を増加させることにより、羽根車１６への流入ベクトルを半径方向のどの位置でも均一化又は略均一化する設計が容易となる。羽根部分での軸線方向の流速は、従来と同様の流速（３．０〜４．０m/sec）となる。即ち、羽根外径とハブ径を共に増加させることにより、羽根車１６の翼１８と揚液との周方向相対速度をチップ（羽根先端部）側、ハブ側で均一化又は略均一化することができるため、ハブ１７側において揚液が要求するエネルギーを与えるために必要な翼のそりは従来と比べ大幅に減少し、翼の取付角が回転軸線と直交する面とのなす角も小さくなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
以上により、羽根外径ハブ径を共に増加させたポンプでは同一のエネルギーを揚液に与えるために必要となる羽根のそりが従来のポンプと仕べ小さいため、失速を起しにくく、失速を原因として発生するポンプの不安定領域も従来のポンプでの限界である最高効率点流量の６０〜７０％と比べ、更に小流量側まで発生しない高い耐失速性を持ったポンプが実現できた。このポンプと回転速度制御を組み合わせることで、従来のポンプと回転速度制御を組み合わせた場合と比較して、低揚程大流量側から高揚程小流量側まで、更に広い範囲で安定した運転が可能となる。軸流ポンプの速度制御は、実施の形態１で説明した方法と同様の方法で行う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
［実施の形態３］
本実施の形態３は、耐失速性を向上させるために羽根車の揚力係数ＣＬを通常採用される数値範囲からシフトさせたものである。即ち、羽根車の翼弦長を増加させた軸流ポンプの翼形状である。図１４（ａ）は、本発明の羽根車の翼弦長を延長させた場合の軸流ポンプの羽根車の正面図、図１４（ｂ）は、軸流ポンプの側面図である。図１５は、図１４の軸流ポンプの羽根車のチップ側の速度ベクトルを示す説明図である。図１６は、図１４の軸流ポンプの羽根車のハブ側の速度ベクトルを示す説明図である。
図１７は、図１４の軸流ポンプの羽根車のチップ側の翼形状を示す断面図である。図１８は、図１４の軸流ポンプの羽根車のハブ側の翼形状を示す断側面図である。この軸流ポンプ２１は、実施の形態２の軸流ポンプ１５と実質的に配置は同一である。即ち、この軸流ポンプ２１は、後置案内羽根２６、羽根車２２、ハブ２３、翼２４、固定ハブ２５等は、実施の形態２と配置は同一である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
前述した実施の形態１の前置案内羽根付き軸流ポンプの実施例を詳記する。前置案内羽根付き軸流ポンプに対し軸動力一定制御を行った場合の排水設備の特性を図２１に示す。このポンプ設備の最高効率点流量は４５ｍ３／min、最高効率点揚程は２．１７ｍ、運転可能最大実揚程は３．２６ｍであり、軸動力は常に２２ｋＷ一定で制御される。吐出し量、揚程共に一般的な軸流ポンプを軸動力一定制御した場合と比べ改善する。
このポンプ設備と同様の最高効率点流量および最高効率点揚程を満たし、かつ同様の最高実揚程まで運転可能な設備を、固定速の一般的な軸流ポンプで実現しようとした場合、電動機および受電設備は前置案内羽根付き軸流ポンプに対し軸動力一定制御を行った場合と比べて２０〜３０％増の３０ｋＷが必要となる（図２１参照）。ポンプが二台設置されていた場合、３０ｋＷ×２台では受電設備は受電契約で言うところの高圧受電範囲が必要となるが、２２ｋＷ×２台では低圧受電でまかなうことができるため、設備のイニシャルコスト、ランニングコスト共に、大幅に縮減することが可能となった。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
【図１】図１は、本発明を前置案内羽根付き軸流ポンプに適用したときの実施の形態１を示す図である。図１（ａ）は、前置案内羽根付き軸流ポンプの羽根車の正面図、図１（ｂ）は前置案内羽根付き軸流ポンプの側面図である。
【図２】図２は、羽根車チップ側における速度ベクトルを示す説明図である。
【図３】図３は、羽根車ハブ側における速度ベクトルを示す説明図である。
【図４】図４は、羽根車チップ側における羽根の断面を示す断面図である。
【図５】図５は、羽根車ハブ側における羽根の断面を示す断面図である。
【図６】図６は、本実施の形態１の前置案内羽根付き軸流ポンプと従来の軸流ポンプとの回転速度制御と組み合わせた場合の運転範囲を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１の前置案内羽根付き軸流ポンプを排水設備に適用したときの制御ブロック図である。
【図８】図８は、運転制御装置１０の軸動力一定の場合の制御動作の概要を示すフロー図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の羽根車外径とハブ径を拡大させた羽根車の正面図、図９（ｂ）は、軸流ポンプの側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の羽根車外径とハブ径を拡大させた軸流ポンプの羽根車のチップ側における速度ベクトルを示す説明図である。
【図１１】図１１は、図９の羽根車のハブ側における速度ベクトル図である。
【図１２】図１２は、図９の羽根車のチップ側における翼形状を示す断面図である。
【図１３】図１３は、図９の羽根車のハブ側における翼形状を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明の羽根車の翼弦長を延長させた場合の軸流ポンプの羽根車の正面図、図１４（ｂ）は、軸流ポンプの側面図である。
【図１５】図１５は、図１４の軸流ポンプの羽根車のチップ側の速度ベクトルを示す説明図である。
【図１６】図１６は、図１４の軸流ポンプの羽根車のハブ側の速度ベクトルを示す説明図である。
【図１７】図１７は、図１４の軸流ポンプの羽根車のチップ側の翼形状を示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１４の軸流ポンプの羽根車のハブ側の翼形状を示す断側面図である。
【図１９】図１９は、従来の揚力係数ＣＬを採用したときの軸流ポンプの羽根車のハブ側の翼形状を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本実施の形態３の揚力係数ＣＬを採用したときの軸流ポンプの羽根車のハブ側の翼形状を示す断面図である。
【図２１】図２１は、前置案内羽根付き軸流ポンプに対し軸動力一定制御を行った場合の排水設備の特性を示す図である。
【図２２】図２２は、従来の軸流ポンプの特性を示す特性図である。
【図２３】図２３は、従来の軸流ポンプを可変速運転をした場合のポンプの特性を示す特性図である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2006037819.tif 000002