JP6823120B1 - 給水装置及び給水装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】増台時または減台時の吐出圧力を適正範囲に維持できる給水装置及び給水装置の制御方法を提供する。【解決手段】実施形態にかかる給水装置は、複数のポンプ装置と、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、複数の前記ポンプ装置のいずれかの先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合、あるいは高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う、制御部と、を備える【選択図】 図６

Description

本発明は、複数のポンプ装置を備える給水装置及び給水装置の制御方法に関する。

給水装置として、複数のポンプ装置を交互並列運転するものが知られている。このような給水装置において、複数のポンプ装置の起動回数及び運転時間を平準化して、部品交換や故障頻度を低減するために、いわゆる先発先停方式により、定速ポンプと変速ポンプとを切替えている。例えば、運転中の先発ポンプの運転周波数が最高運転周波数に到達すると、最高運転周波数で定速運転している先発ポンプを変速運転に切替えるとともに、待機していた後発ポンプを起動させて並列運転に移行し、後発ポンプを最高運転周波数まで増速した後、後発ポンプの運転周波数を固定して定速運転に切替える。そして、並列運転中に先発ポンプ側の流量が所定の基準を下回る状態（ＯＦＦ条件）が一定時間継続したら先発ポンプを停止して減台する。

特開平９−１２６１４４号公報

例えば、前記のように、並列起動時に定速ポンプと変速ポンプとを切替える場合であって、給水装置の吐出側の配管長が長い場合や末端の制御弁の開閉速度が速すぎる場合に、変速運転する先発ポンプの減速が遅れると、吐出し圧力が異常に上昇する原因となる。
一方で、並列起動時に最高運転周波数に到達した先発ポンプをそのまま定速運転し、後発ポンプを起動して変速運転することにより上記の不具合を回避した場合、減台時に定速ポンプと変速ポンプとを切替える必要があるため、定速運転していた先発ポンプを変速運転に切り替えて減速しつつ、変速運転していた後発ポンプを増速しなければならないが、変速運転する後発ポンプの増速が遅れると、吐出し圧力が異常に低下する原因となる。

そこで、増台時または減台時の吐出圧力を適正範囲に維持できる給水装置及び給水装置の制御方法が求められている。

実施形態にかかる給水装置は、３台以上のポンプ装置と、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、複数の前記ポンプ装置のいずれかの先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合、あるいは高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う、制御部と、を備え、２台以上のポンプ装置の並列運転中に、前記増台及び同期変速運転を行う場合、並列運転していたポンプ装置のうち、最初に起動したポンプ装置を先発ポンプとし、最後に増台した前記ポンプ装置を最後発ポンプとし、前記増速及び前記同期変速運転を行い、並列運転している複数の前記ポンプ装置のうち、前記先発ポンプと最後発ポンプ以外のポンプ装置を定速運転する、給水装置。

本発明によれば、増台時または減台時の吐出圧力を適正範囲に維持できる給水装置及び給水装置の制御方法を提供できる。

第１実施形態にかかる給水装置の構成を示す説明図。 同給水装置の構成を示す側面図。 同給水装置の構成の一部を示す説明図。 同給水装置の構成の一部を示す説明図。 同給水装置の構成の一部を示す説明図。 同給水装置の制御方法を示すフローチャート。 同給水装置の制御方法を示すフローチャート。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施の形態に係る給水装置について、図１乃至図７を用いて説明する。図１乃至図５は本発明の一実施の形態に係る給水装置の構成を示す。図１は給水先を示す説明図、図２は側面図、図３乃至図５は給水装置の一部を示す説明図である。図６及び図７は給水装置の制御方法を示すフローチャートである。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。

図１乃至図５に示すように、給水装置１０は、支持部１１と、複数のポンプ装置１２と、配管ユニット１３と、複数のインバータや制御基板を備える制御盤１４と、を備え、例えば建物などの複数の給水先に送水する。給水装置１０の一次側の吸込側配管は、受水槽を介して、あるいは直接、水道配管に接続される直結給水装置である。給水装置１０の二次側の吐出側配管３２は、複数に分岐して複数の給水先の水道機器１８に接続される。

支持部１１は、所定の設置箇所に配されるベース１１ａと、ポンプ装置１２と配管ユニット１３を搭載する防振架台１ｂと、制御盤１４を搭載する制御盤架台１１ｃと、を備える。ベース１１ａは、防振架台１１ｂと、制御盤架台１１ｃとを、所定の設置箇所に支持する。

ポンプ装置１２は、モータ２１と、モータ２１に接続されたインペラを有する１段または複数段のポンプ部２２と、を備え、流体を増圧して二次側に圧送する。本実施形態においては４台のポンプ装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが防振架台１１ｂ上に縦置きで第１方向に並んで設置されている。

モータ２１は例えばブラシレスモータである。モータ２１はケーブルによって制御盤１４に接続される。モータ２１はインバータを介して制御基板に接続され、制御基板に搭載された制御部４１の制御によって回転数制御される。

ポンプ部２２は、例えば１以上のインペラと、ポンプ吸込口及びポンプ吐出口を備えるケーシングと、を備えるタービンポンプである。

ポンプ装置１２は、モータ２１の回転に伴ってケーシング２４内のインペラが回転することにより、水道配管に接続されたポンプ吸込口から液体を吸込み、給水先に接続されるポンプ吐出口から吐出する。複数のポンプ装置１２は同等の揚水性能を有する。例えば本実施形態において、３台のポンプ装置１２として、同じ揚水性能を有する、同機種の立体多段タービンポンプを用いた。

配管ユニット１３は、各ポンプ装置１２の一次側に接続された複数の吸込側配管３１と、各ポンプ装置１２の二次側に接続された吐出側配管３２と、を備える。

吸込側配管３１は、一端が水道配管に接続され、他端側が各ポンプ装置１２のポンプ吸込口に接続される。

吐出側配管３２は、複数の個別吐出管３３と、複数の個別吐出管３３同士を連結する合流管３４と、を備える。

複数の個別吐出管３３はそれぞれ、一端側が複数のポンプ装置１２のポンプ吐出口に接続され、他端側が共通の合流管３４に接続される。個別吐出管３３には、連結曲管３５ａ、流量センサ３５ｂ、逆止弁３６、ボール弁３７（開閉弁）がそれぞれ設けられている。複数の個別吐出管３３は、合流管３４に接続され、他のポンプ装置１２の個別吐出管３３に連通する。

流量センサ３５ｂは、各ポンプ吐出口の二次側における連結曲管３５ａの所定箇所に設けられている。流量センサ３５ｂは、ポンプ個別に設けられ、上昇流を検出するように取り付けられている流量センサ３５ｂは、回転羽根車式の流量センサを用いる。流量センサ３５ｂは、例えば水流方向に直交する回転軸を有するボディと、水流によって回転可能に設けられた磁石部を有する羽根車と、磁気検出素子である交番検知タイプのホールＩＣと、がボディ内に磁石の外周に対向配置して設けられている。流量センサ３５ｂは、信号線を介して制御部４１に接続されている。流量センサ３５ｂは、各ポンプの流量を検出し、検出流量に比例したパルス信号を制御部４１に送信する。流量センサ３５ｂは、検出流量に比例した電圧もしくは電流、パルス信号を出力するカルマン渦式流量センサなど、他の構成を用いてもよい。

逆止弁３６は、各個別吐出管３３の、流量センサ３５ｂの二次側であって吐出合流管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。逆止弁３６は、個別吐出管内の流路の流れを、一次側から二次側に向かう１方向となるように規制する。

ボール弁３７は、各個別吐出管の、流量センサ３５ｂ及び逆止弁３６よりも二次側であって吐出合流管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。ボール弁３７は回転により流路を開閉するボールと、ボールを回転させるレバーと、を備え、レバーの回動操作によって、流路を開閉する開閉弁である。

合流管３４は、複数の個別吐出管３３内の個別吐出流路に連通する連結流路を形成する配管であり、個別吐出管３３と交差する第１方向に延びる。合流管は給水先である蛇口等の水道機器１８に接続される。合流管３４には、圧力センサ３８及び複数のアキュムレータ３９が設けられている。

圧力センサ３８は、例えばダイヤフラム式のセンサであり、合流管３４の流路の圧力を検出する。圧力センサ３８は、信号線を介して制御盤１４の制御部４１に接続され、検出した圧力信号を制御部４１に送信する。

アキュムレータ３９は、複数、例えば本実施形態においては２つ設けられ、合流管３４における二次側に配される２つの各個別吐出管３３の、合流管３４との合流点に、それぞれ接続される。

制御盤１４は、制御ボックスと、制御ボックス内に収容された制御基板と、インバータと、を備える。また、制御ボックス内には、漏電遮断器、直流リアクトルと、電源端子台、ノイズフィルタ等の、各種制御機器が設けられている。また、拡張基板を増設することも可能である。例えば制御基板、インバータ、漏電遮断器、直流リアクトル及び電源端子台、及びノイズフィルタは、複数のポンプ装置１２にそれぞれ対応して、複数設けられる。

制御基板は、回路基板であり、例えば記憶装置としてのＲＡＭ・ＲＯＭや、制御部４１等の各種制御機器が搭載されている。

記憶装置は、例えばプログラムメモリやＲＡＭを備える。記憶装置には、例えば、制御に必要な情報として、各種プログラム、算出式、データテーブル、基準値、閾値等が記憶されている。

制御部４１はプロセッサを備える。制御部４１は、流量センサ３５ｂや圧力センサ３８等の各種検出装置によって検知した情報に基づき、予め記憶装置に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ装置１２の動作を制御する。具体的には、制御部４１は、複数のインバータに制御信号を送信し、各ポンプ装置１２に対応するインバータを制御する。

例えば制御部４１は、各種センサによって検出される検出値に基づき、各種の演算処理を行い、インバータの周波数制御により、ポンプ装置１２のモータ２１を変速運転し、または停止させる。具体的には、制御部４１は、圧力センサ３８で検出される吐出圧力が所定の目標圧力値になるように、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御を行い、圧力フィードバック制御にて、回転数制御及び運転停止制御をする。

制御部４１は、通常運転処理として、流量センサ３５ｂや圧力センサ３８等の各種検出装置で検出した流量や圧力に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、制御部４１は、吐出流路にて検出される吐出圧力と、目標圧力Ｈに基づいて、各インバータに制御信号を出力することで、１台以上のポンプ装置１２を駆動する。インバータは制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２のモータ２１を所定の回転速度で回転させる。

制御部４１は、複数の前記ポンプ装置のいずれかのポンプ装置１２の運転中に、所定の増台条件を満たす場合に、待機中のポンプ装置１２を起動して増台し、増台した後発のポンプ装置１２を増速し、運転していた先発のポンプ装置１２と後発のポンプ装置１２の周波数が所定の同期条件を満たす場合に、先発のポンプ装置１２（先発ポンプ）と追従した後発のポンプ装置１２（後発ポンプ）を、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として、速度制御する同期変速運転を行う。

増台条件は、例えば運転中のポンプ装置の周波数が所定の高域運転周波数に到達した場合、あるいは所定の高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合などである。

増速処理の一例として、制御部４１は、前記後発ポンプの起動後、単位時間当り一定の周波数で増速する。制御部４１は、例えば一定時間あたり一定速度の割合で段階的に速度を上げて運転する。

同期条件は、例えば周波数の差に基づいて決定され、制御部４１は、例えば先発ポンプと後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、同期変速運転を行う。

同期変速運転として、例えば先発ポンプと増台した後発ポンプとを、同一周波数、あるいは同等例えば１：ｎ（１＜ｎ≦１．１）として、一定の比率の周波数で、同期して速度制御して変速運転する。すなわち、制御部４１は、先発ポンプと増台した後発ポンプとを、共に、同様に変速運転する。例えば本実施形態では、一例として、先発ポンプと後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同一、すなわち先発ポンプの周波数と後発ポンプの周波数を１：１として、同期変速運転する例を示す。

また、制御部４１は、所定の減台条件を満たす場合には、先発ポンプを停止して減台する減台処理を行う。例えば個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５ｂによって検出されるポンプ装置１２毎の吐出流量の合計が、予め定められた減台流量を下回ると、減台条件を満たすとして、先発ポンプを停止することにより減台する。

例えば、減台処理の一例として、制御部４１は、先発ポンプの運転中に、先発ポンプの運転周波数が所定の高域運転周波数まで増加した時点の流量を、増台時流量として記憶する。そして、後発ポンプを起動して増台した後、同期変速運転を行っている時に、先発ポンプと後発ポンプとの流量の和が、当該増台時流量に係数ｋ（０＜ｋ≦１）を乗算した減台流量まで減少したら、減台条件を満たすとして、制御部４１は、先発ポンプの運転周波数を減速して減台停止するとともに、後発ポンプを変速運転する。

例えば、減台停止における減速処理において、制御部４１は、先発ポンプの運転周波数を単位時間当り一定の周波数で減速して減台停止する。

また、制御部４１は、例えばポンプ１台の単独運転時に、個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５ｂによって検出されたポンプ装置１２毎の吐出流量が、予め定められた停止流量下回ると、ポンプの回転を停止する。

各インバータは、信号線によってポンプ装置１２のモータ２１に電気的に接続されている。インバータは制御部４１からの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２のモータ２１を所定の回転速度で回転させる。

次に、本実施形態にかかる給水装置１０の制御方法について、図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて変速運転中の先発ポンプの周波数が、高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、増台条件を満たすとして、制御部４１は、前記増台処理を行い、先発ポンプと後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、同期条件を満たすとして、制御部４１は、同期変速運転を行う。

まず、ＳＴ０ｎとして、制御部４１は、ポンプ運転台数をカウントする。そして、運転ポンプが０台の場合、ＳＴ１ａにおいて、圧力センサ３８により、吐出し圧力が起動圧力以下であることを検出すると、ポンプ装置１２の運転を開始する。例えば通常運転として、制御部４１は、吐出し圧力が所定の目標圧力Ｈになるように、各ポンプ装置の運転周波数を調整する。

繰り返し、ポンプ運転台数をカウントして、ＳＴ２ｃまたはＳＴ３ｃにおいて、制御部４１は、所定の増台条件を検出すると、待機しているポンプ装置１２を起動する増台処理を行う（ＳＴ２ｄまたはＳＴ３ｄ）。増台は、増台条件に応じて、例えば一台ずつ、あるいは複数台同時に、増台してもよい。

例えば一例として、先発ポンプを変速運転しているときに給水量が増加して当該変速運転中の先発ポンプの運転周波数が例えば最高運転周波数ｆｍａｘ（例：２２５Ｈｚ）まで到達した場合に、増台条件を満たすとして、待機中のポンプ装置１２を起動して、増台する。なお、増台条件はこれに限られるものではなく、例えば先発ポンプの運転周波数が高域運転周波数（例：２２０Ｈｚ）以上に増加した状態が、一定時間（例：１．０ｓ）経過した場合に増台してもよい。

増台した後発ポンプの運転周波数を、所定条件で増速する。一例として、本実施形態において、制御部４１は、一定時間（例：０．１ｓ）毎に、一定の増速周波数ｆ１（例：１．０Ｈｚ）で、増速する。

一方、制御部４１は、増台前に変速運転していた先発ポンプについて、増台後も継続して変速運転し、吐出し圧力が目標圧力Ｈになるよう制御する。

増台後、後発ポンプを一定の速度条件で増速すると、変速運転制御を行っている先発ポンプは減速することになる。

そして、ＳＴ２ｅまたはＳＴ３ｅとして、制御部４１は、所定の同期条件を満たす場合に、同期変速運転をする（ＳＴ２ｆまたはＳＴ３ｆ）。一例として、後発ポンプ（増速側）と先発ポンプ（減速側）の運転周波数の差が、所定値以下、例えば１Ｈｚ以下になった時点で同期条件を満たすとして、制御部４１は、減速している先発ポンプの運転周波数をステップ増速している後発ポンプの運転周波数に一致させて、同期変速運転を行う。これは、同期条件を、厳密に後発ポンプと先発ポンプの運転周波数が一致した場合に定めてしまうと、検出タイミングによっては捕捉できない場合も考えられるため、同期条件を緩和して、一定の周波数範囲以内に近接した時点で、０．１ｓで１．０Ｈｚ単位でステップ増速していた後発ポンプの運転周波数の増速を停止し、その運転周波数まで先発ポンプの運転周波数を減速して、双方の運転周波数を一致させて、同期変速運転に移行するものである。

なお、同期変速運転として、例えば後発ポンプと先発ポンプの周波数を同じ、あるいは同等として、例えば１：ｎ（１＜ｎ≦１．１）として、一定の比率を持たせて、双方のポンプを、吐出し圧力が目標圧力Ｈになるよう、同様に速度制御する。本実施形態においては一例として、各インバータへの周波数指令値を１：１にして同期変速運転させる。

また、制御部４１は、ポンプ装置が所定の減台条件を満たす場合には（ＳＴ２ａまたはＳＴ３ａ）、先発ポンプを停止して減台する減台処理を行う。減台条件として、例えば個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５ｂによってポンプ装置１２毎の吐出流量を検出し、検出された吐出流量が、予め定められた減台流量を下回ると、制御部４１は、先発ポンプを停止することにより減台する。減台流量の一例として、例えば制御部４１は増台条件を満たした時点の増台時流量を記憶し、この増台時流量に基づいて設定される。すなわち、先発ポンプの運転中に、先発ポンプの運転周波数が所定の高域運転周波数まで増加した時点の流量を検出して増台時流量として記憶する。そして、後発ポンプを起動して増台した後、同期変速運転を行っている時に、先発ポンプと後発ポンプとの流量の和が、当該減台流量（＝増台時流量×ｋ、０＜ｋ≦１）にまで減少したら、減台条件を満たすとして、制御部４１は、先発ポンプの運転周波数を減速して減台停止するとともに、後発ポンプを変速運転する。具体的には、制御部４１は、先発ポンプの運転周波数が最高周波数ｆｍａｘまで増加した時点で、先発ポンプの流量を検出して、増台時流量Ｑａ（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）として記憶し、増台後並列運転時の先発ポンプの流量と後発ポンプの流量を加算した合計の流量が、給水量が減少し、増台時流量Ｑａ（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）に一定比率ｋ１（０＜ｋ１≦１、例：０．９）を乗じた減台流量Ｑｂ（例：３６０Ｌ／ｍｉｎ）以下になった状態が、一定時間（例：１．０ｓ）経過した時点で、先発ポンプの運転周波数を、一定時間（例：０．１ｓ）毎に、減速周波数ｆ２（例：１．０Ｈｚ）で減速して、減台停止するとともに後発ポンプを継続して変速運転して、吐出し圧力が目標圧力Ｈになるよう、制御する。

さらに、制御部４１は、ポンプ１台の単独運転時には、ＳＴ２ｂとして、例えば個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５ｂによって検出されるポンプ装置１２毎の吐出流量が、予め定められた停止流量を下回ると、ポンプの回転を停止する。

本実施形態にかかる給水装置１０によれば、吐出圧力を適性範囲に維持しながら増台及び減台できる。すなわち、給水装置１０では、ポンプ装置１２毎の吐出流量を検出し、先発ポンプと後発ポンプとの流量の和が減台流量以下となった時点で減台処理を実施する構成としたことにより、先発ポンプを増台流量近傍で運転しつつ、後発ポンプを効率の悪い停止流量近傍で運転する従来の構成と比べて、減台処理後に再度増台してしまうといったハンチングを起こすことなく確実に減台でき、かつ減台流量と増台時の流量が近接しているため、省エネルギー性に優れるといった効果がある。

また、上記実施形態によれば、増台直前の流量を検出して増台時流量をサンプリングし、増台時流量に一定比率を乗じた減台流量を算出して、各ポンプの流量の和と比較する構成としたことにより、減台流量を固定値とした場合と比べて、省エネルギー運転とすることができる。したがって、例えば、給水装置の稼動現場にて、標準の目標圧力より設定値を低下したいという状況において、省エネ性の観点からは、減台流量を給水装置の揚水性能グラフより算出し、大流量側に手動設定しなおす手間が必要となるが、これらの煩雑な作業を不要とすることができる。

例えば従来技術において並列起動時に定速ポンプと変速ポンプとの切り替えを実施した場合、給水装置吐出し側の配管が長い場合や、給水末端の制御弁の開閉速度の違いなどにより、変速運転する先発ポンプの減速が遅れて、吐出し圧力が上昇する場合があり、一方で、解列時に定速ポンプと変速ポンプとの切り替えを実施した場合、変速運転する後発ポンプの増速が遅れて、吐出し圧力が低下する可能性がある。

これに対して、上記本実施形態によれば、増台時には後発ポンプをステップ増速するとともに先発ポンプを変速運転のまま減速させ、減台時には先発ポンプをステップ減速するとともに後発ポンプを変速運転のまま増速させる構成としたことにより、増台時や減台時に発生する圧力変動を緩和することが可能となる。

例えば給水装置１０において、後発ポンプの給水量は、流量ゼロから、増台時の流量Ｑａ（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）の５０％となる流量Ｑａ／２（例：２００Ｌ／ｍｉｎ）に増加する。一方で、吐出し圧力が目標圧力Ｈとなるよう制御される先発ポンプの給水量は、増台時の流量Ｑａ（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）から５０％となる流量Ｑａ／２（例：２００Ｌ／ｍｉｎ）に減少する。したがって、各ポンプの流量変動幅が小さくなる。このため、後発ポンプの到達周波数は、最高周波数ｆｍａｘより低くなることにより、増速時間が短くなり、対応する先発ポンプの減速時間も短くなり減速遅れが生じないため、吐出し圧力の上昇を抑制することができる。

したがって、例えば並列起動時に定速ポンプと変速ポンプとの切り替えを実施する場合と比べて、後発ポンプの増台に伴う吐出し圧力の上昇を抑制することが可能となる。また、先発ポンプと後発ポンプ、２台のポンプを流量Ｑａ／２（例：２００Ｌ／ｍｉｎ）で運転することにより、例えば先発ポンプを流量Ｑａ（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）近傍で運転しつつ、後発ポンプを、効率の悪い停止流量１０Ｌ／ｍｉｎ近傍で運転する従来の並列運転方式に比べて、省エネルギーとすることができる。また、上記実施形態において、増台時に後発ポンプをステップ増速するとともに先発ポンプを変速運転のまま減速させる構成としたことにより、後発ポンプの到達周波数が最高周波数より低くなるため、増速時間が短くなり、対応する先発ポンプの減速時間も短くなり減速遅れが生じないため、吐出し圧力の上昇を抑制しハンチングを防止できる。

また、上記実施形態によれば、減台処理として、先発ポンプと後発ポンプのそれぞれの流量がＱｂ／２（例：１８０Ｌ／ｍｉｎ）になった時点で、減台停止を行っており、各ポンプの流量変動幅が小さくなるため、先発ポンプの運転周波数が、最高周波数ｆｍａｘよりかなり低くなることにより、減速時間が短くなり、対応する後発ポンプの増速時間も短くなり増速遅れが生じず、また減台時に定速ポンプと変速ポンプとの切り替えを実施していないため、先発ポンプの減台に伴う吐出し圧力の低下を抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記第１実施形態に限られるものではなく、各種条件及び具体的な設定値は適宜変更して実施可能である。

例えば同期変速運転として、上記実施形態においては、先発ポンプと後発ポンプの周波数を同一とした例を示したが、これに限られるものではない。例えば周波数は必ずしも同一ではなく所定の条件に応じて周波数を調整してもよい。例えば他の実施形態に係るポンプ装置として、制御部４１は、個々のポンプ装置の流量に応じて、同期変速運転における周波数を調整してもよい。例えば、先発ポンプと後発ポンプの流量が所定値以上である場合に、流量が少ない方のポンプの運転周波数を増加して同期変速運転の周波数を調整してもよい。すなわち、後発ポンプと先発ポンプの運転周波数がほぼ同一となった時点で、双方のポンプを同一周波数で同期変速運転したのち、流量センサ３５ｂにより検出された双方のポンプの流量を比較し、その比率が、一定比率ｓ以上である場合に、流量が少ない方、のポンプの運転周波数を、一定比ｖ増加させ、双方のポンプを、上記の増加率ｖにより決定された一定の比率、周波数で同期変速運転し、その比率が、一定比ｓ未満になるまで繰り返すようにしてもよい。

例えば、流量センサ３５ｂにより検出された双方のポンプの流量の比率が、一定比率ｓ（例：ｓ＝０．１）以上であり、一方のポンプの流量が２００Ｌ／ｍｉｎで、他方のポンプの流量が２２０Ｌ／ｍｉｎであった場合、流量が少ない流量２００Ｌ／ｍｉｎのポンプの運転周波数を、一定比ｖ（例：ｖ＝０．０１）、例えば、運転周波数が２００Ｈｚであった場合、２Ｈｚ増加させ、双方のポンプを、上記の増加率ｖにより決定された一定の比率、周波数＜２００Ｈｚと２０２Ｈｚ＞で同期変速運転し、その比率が、一定比ｓ未満になるまで繰り返す。本実施形態においては、２台のポンプの運転流量をほぼ同等として、効率のよい同期変速運転を維持することが可能となる。

すなわち、一般に、運転初期には、先発ポンプと後発ポンプの揚水性能に大きな差異はないが、ポンプ内部のインペラマウスの摩耗などにより内部漏れが増加して、２台のポンプの揚水性能に差が生じる可能性がある。この場合、同一周波数で同期変速運転していても、２台のポンプがそれぞれ負担する流量には差異が生じるため、総合効率を最適化しにくくなるが、本実施形態によれば、流量の比率に応じて、周波数を調整することにより、２台のポンプの運転流量をほぼ同等として、効率のよい同期変速運転を維持することが可能となる。

また、１台の単独運転から２台の並列運転に増台する場合のみならず、複数のポンプ装置を並列運転している状態から、増台する場合にも適用可能である。すなわち、例えば、例えば、ポンプ３台以上を並列運転可能な給水装置において、ｎ台（ｎ≧２）の並列運転中に、増台条件を満たす場合に、ｎ＋１台の並列運転に増台する。あるいは増台条件に応じて、複数台ずつ増台してもよい。

例えば、他の実施形態において、３台以上のポンプ装置を備え、２台以上のポンプ装置の並列運転中に、前記増台処理及び同期変速運転を行う場合、並列運転していたポンプ装置のうち、最も先発のポンプ装置を先発ポンプとし、最後に増台したポンプ装置を前記後発ポンプとして、増速処理及び同期変速運転を行い目標圧力Ｈとなるように制御するとともに、並列運転していた複数のポンプ装置１２のうち最初に運転した先発ポンプと最後発ポンプ以外の、１台以上のポンプ装置１２は、所定の高域運転周波数（例：最高周波数ｆｍａｘ）で定速運転することとしてもよい。例えば、４台以上を並列運転する場合も、同様に、先発ポンプと最も新しい後発ポンプ以外の運転ポンプを、最高周波数ｆｍａｘで定速運転するようにすることができる。すなわち、例えば、３台目のポンプを増台した流量が、増台時流量Ｑｃ（例：８００Ｌ／ｍｉｎ）であれば、先発ポンプと最も新しい後発ポンプを、増台時流量Ｑｃの２５％となる流量Ｑｃ／４（例：２００Ｌ／ｍｉｎ）で、変速運転し、他のポンプ装置１２、すなわち最も先発及び最も後発のポンプ装置以外のポンプ装置を、例えば最高周波数ｆｍａｘで運転することにより、増台時流量Ｑｃの５０％となる流量Ｑｃ／２（例：４００Ｌ／ｍｉｎ）で定速運転する。

これにより、先発ポンプと最後発ポンプ以外の運転ポンプを、ポンプ効率が高い状態で運転することにより、ユニット全体の効率を高くすることが可能となる。

また、制御部４１は、通常時は、先発ポンプの運転周波数が最高周波数に到達した場合、もしくはその状態が一定時間経過した場合、増台するが、先発ポンプの運転中に給水量が急激に増加し先発ポンプの増速が遅れ、吐出圧力が目標圧力よりも第１の所定値以上低くなった場合には、先発ポンプの運転周波数が最高周波数まで増加していなくても、待機ポンプを起動して増台することとしている。

また、制御部４１は、通常時は、先発ポンプの運転周波数が最高周波数に到達した場合、もしくはその状態が一定時間経過した場合、増台するのであるが、増台後の所定時間ｔ１（例：１ｓ）経過後の吐出圧力が目標圧力よりも第１の所定値以上低い場合には、先発ポンプ及び後発ポンプの同期運転周波数が最高周波数まで増加していなくても、待機ポンプを追加起動して増台することとしてもよい。

あるいは、制御部４１は、さらに、増台後の所定時間ｔ１（例：１ｓ）経過後の吐出圧力が目標圧力よりも、前記第１の所定値より大きく定めた第２の所定値以上低い場合に、複数台を起動する複数増台処理を行い、増速処理として、複数台のポンプ装置を一定の増速条件で同時に増速するように制御してもよい。

例えば制御部４１は、ポンプ運転中に給水量が急激に増加し、吐出し圧力Ｐが目標圧力Ｈより一定値ｈ１（例：２ｍ）低下した場合、待機していた後発ポンプを即時、増台する。そして、後発ポンプを一定時間（例：０．１ｓ）毎に増速周波数ｆ１（例：１．０Ｈｚ）で増速する。

そして、増台動作より一定時間ｔ１（例：１ｓ）経過後に吐出し圧力Ｐを測定し、吐出圧力Ｐが目標圧力Ｈより第１の所定値ｈ１（例：２ｍ）低下している場合は、待機していた後発ポンプを追加増台し、そして、後発ポンプを一定時間（例：０．１ｓ）毎に専用の増速周波数ｆ３（例：２．０Ｈｚ）で増速する。

さらに、増台動作より一定時間ｔ１（例：１ｓ）経過後に吐出し圧力Ｐを測定し、吐出し圧力Ｐが目標圧力Ｈより、第１の所定値ｈ１（例：２ｍ）より大きく設定された第２の所定値ｈ２（例：４ｍ）低下し、運転可能な待機ポンプが２台以上の場合は、待機していた後発ポンプを２台同時に増台し、一定時間（例：０．１ｓ）毎に、専用の増速周波数ｆ４（例：４．０Ｈｚ）で増速するようにしてもよい。これらの制御により、給水量の急激な増加に対応して、複数のポンプを同時増台することにより吐出し圧力の低下を防止することが可能となる。

例えば増速処理や減速処理も上記第１実施形態に限られるものではない。例えば上記第１実施形態においては、増台後に後発ポンプの周波数を起動時から一定の割合で段階的あるいは漸次的に増速する例を示したが、これに限るものではない。所定の低域運転周波数で所定時間定速運転する先行定速運転（先行運転）を行ってから、単位時間当り一定の周波数で増速してもよい。例えば他の実施形態として、増速運転として、後発ポンプの起動から一定時間ｔ２（例：２秒）の間、後発ポンプを、例えば、最低運転周波数ｆｍｉｎ（例：６０Ｈｚ）で定速運転する。すなわち、後発ポンプを単位時間当たり一定の増速周波数で増速する前に、最低運転周波数ｆｍｉｎまで増速する。なお、最低運転周波数ｆｍｉｎは、例えば、締切運転時の発生圧力が目標圧力以下である運転周波数に設定される。

この場合には、すなわち最低運転周波数で初期増速を行うことにより、後発ポンプの運転周波数は、最低運転周波数ｆｍｉｎよりスタートするため、運転周波数の変動幅が小さく、増速時間を短くすることができるので、後発ポンプの増台に伴う吐出し圧力の上昇を、さらに抑制することが可能となる。

したがって、増台開始時の後発ポンプのスタート周波数を高くすることにより増速時間がさらに短くなり、対応する先発ポンプの減速時間も短くなり減速遅れが生じないため、ポンプ増台時の吐出し圧力の上昇を防止できる。

また他の実施形態として、減台停止における減速処理において、所定のタイミングで定速運転を行ってもよい。例えば、先発ポンプの運転周波数を単位時間当り一定の周波数で減速して所定の低周波数にまで減速させ、一定時間の間、当該所定の低域運転周波数で定速運転した後、再び所定の周波数毎に減速して減台停止してもよい。

すなわち、例えば複数台のポンプ装置を並列運転中に先発ポンプの流量と後発ポンプの流量を加算し、総給水量が減少して、減台流量Ｑｂ以下になった状態が、一定時間（例：１．０ｓ）経過した時点で、先発ポンプの運転周波数を単位時間当たり一定の減速周波数で、最低運転周波数ｆｍｉｎ（例：６０Ｈｚ）まで減速するとともに、減速動作より一定時間ｔ３（例：３秒）の間、先発ポンプを最低運転周波数ｆｍｉｎで定速運転したのちに、再度、単位時間当たり一定の減速周波数で減速して、減台停止し、後発ポンプを変速運転して、吐出し圧力が目標圧力Ｈになるよう、制御してもよい。

この場合、減速時の先発ポンプの運転周波数は、最低運転周波数ｆｍｉｎでストップし、運転周波数の変動幅が小さいため、減速時間が短くなり、先発ポンプの減台に伴う吐出し圧力の低下を、さらに抑制することが可能となる。

この場合には、減台動作時に、先発ポンプのストップ運転周波数を所定の低域運転周波数とすることにより、減速時間がさらに短くなり、対応する後発ポンプの増速時間も短くなり増速遅れが生じず、ポンプ減台時の吐出し圧力の低下を抑制することが可能となる。

さらに、減台条件や減台の台数についても、上記実施形態に限られるものではない。

例えば、他の実施形態として、ｎ台（ｎ≧３）の並列運転中に、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が、ｍ台（ｍ≦ｎ−１）運転時の減台流量Ｑｂｍより少ない流量まで急激に減少した場合は、運転台数がｍ−１台になるよう、先発ポンプ及び定速ポンプの運転周波数を、単位時間当たり一定の減速周波数で減速し、同時に減台停止してもよい。

また、ｎ台（ｎ≧２）の並列運転中に、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が単独運転時の停止流量（例：１０L/min）まで急減した場合に、全ての運転ポンプを減速して同時停止してもよい。例えば、制御部４１は、全てのポンプの運転周波数を、単位時間当たり一定の減速周波数で減速し、減台停止する制御を行う。

これらの制御により、給水量の急激な減少に対応して、複数のポンプを減台することにより吐出し圧力の異常な上昇を防止することが可能となる。

また、制御部４１は、増台または減台における吐出圧力の変動が、所定の許容変動値以上である場合に、増速または減速の速度を緩和するように、すなわち速度の変化量を減らすように、制御してもよい。例えば他の実施形態として、制御部４１は、増台又は減台時の圧力変動値△Ｈに基づいて、増速または減速量を調整する。具体的には、増台及び減台動作中の吐出し圧力の最高値及び最低値を記録し、目標圧力Ｈとの差圧が大きい方を圧力変動値△Ｈとし、圧力変動値△Ｈが、目標圧力Ｈ（例：２５０ｍ）に、一定比率ｋ２（０＜ｋ２、例：０．０２）を乗じた許容圧力変動値ｈ（例：５ｍ）以上であった場合、単位時間当たりの増速周波数ｆ１または減速周波数ｆ２（例：１．０Ｈｚ）を一定値、減少する。

この場合には、使用現場に合わせて、運転周波数の単位時間当たりの増減値を減少させて、ポンプ増減台時に伴う圧力変動を抑制することが可能となる。

さらに、推定末端圧一定制御方式の場合は、増台時及び減台時に、目標圧力Ｈを、その増台時点あるいは減台時点の値に固定するようにしてもよい。例えば目標圧力を増台または減台の直前の目標値に固定する。この場合、変速運転しているポンプの運転周波数の変動を抑制することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する
［１］
複数のポンプ装置と、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、複数の前記ポンプ装置のいずれかの先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合、あるいは高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う、制御部と、を備える、給水装置。
［２］
前記制御部は、前記後発ポンプの起動後の増速処理において、前記後発ポンプを所定の低域運転周波数で所定時間定速運転する先行運転を行ってから、単位時間当り一定の周波数で増速する、［１］に記載の給水装置。
［３］
前記制御部は、前記ポンプ装置の吐出圧力と目標圧力に基づき圧力フィードバック制御を行うとともに、吐出圧力が目標圧力よりも所定値以上低い場合に、待機ポンプを起動して増台する、［１］または［２］に記載の給水装置。
［４］
前記制御部は、増台後の所定時間経過後の吐出圧力が目標圧力よりも第１の所定値以上低い場合に、待機ポンプを起動して増台する、［３］に記載の給水装置。
［５］
前記制御部は、増台後の所定時間経過後の吐出圧力が目標圧力よりも前記第１の所定値より大きく定めた第２の所定値以上低い場合に、前記増台において複数台を起動する複数増台処理を行い、前記増速において、複数台の前記ポンプ装置を一定の増速条件で増速する、［４］に記載の給水装置。
［６］
前記制御部は、前記同期変速運転中に、前記先発ポンプと前記後発ポンプの流量の差が所定値以上である場合に、流量が少ない方のポンプの運転周波数を増加して、同期変速運転における周波数を調整する、［１］乃至［５］のいずれかに記載の給水装置。
［７］
前記制御部は、前記先発ポンプの運転中に、前記先発ポンプの運転周波数が前記高域運転周波数まで増加した時点の流量を、増台時流量とし、
後発ポンプを起動して増台した後、前記同期変速運転を行っている時に、前記先発ポンプと前記後発ポンプとの流量の和が、当該増台時流量に係数ｋ（０＜ｋ≦１）を乗算した減台流量まで減少したら、前記先発ポンプの運転周波数を減速して減台停止するとともに、
前記後発ポンプを変速運転する、［１］乃至［６］のいずれかに記載の給水装置。
［８］
前記減台停止における減速処理において、前記先発ポンプの運転周波数を単位時間当り一定の周波数で減速して減台停止する、［７］に記載の給水装置。
［９］
前記減台停止における減速処理において、前記先発ポンプの運転周波数を単位時間当り一定の周波数で減速して低域運転周波数にまで減速させ、一定時間の間、低域運転周波数で定速運転した後、再び所定の周波数毎に減速して減台停止する、［７］または［８］に記載の給水装置。
［１０］
前記制御部は、増台時または減台時の吐出圧力の変動が、所定の許容変動値以上である場合に、増速処理または減速処理における速度の変化量を減らす、［１］乃至［９］のいずれかに記載の給水装置。
［１１］
３台以上のポンプ装置を備え、
２台以上のポンプ装置の並列運転中に、前記増台及び同期変速運転を行う場合、
並列運転していたポンプ装置のうち、最初に起動したポンプ装置を先発ポンプとし、最後に増台した前記ポンプ装置を最後発ポンプとし、前記増速及び前記同期変速運転を行い、
並列運転している複数の前記ポンプ装置のうち、前記先発ポンプと最後発ポンプ以外のポンプ装置を所定の高域運転周波数で定速運転する、［１］乃至［１０］のいずれかに記載の給水装置。
［１２］
前記制御部は、ｎ台（ｎ≧３）の並列運転中に給水量が急減して、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が、ｍ台（ｍ≦ｎ−１）運転時における減台流量以下となった場合に、運転台数がｍ−１台になるよう、先発ポンプ及び定速ポンプを減速して、同時に複数台（ｎーｍ＋１台）のポンプ装置を減台停止する［１］乃至［１１］のいずれかに記載の給水装置。
［１３］
前記制御部は、ｎ台（ｎ≧２）の並列運転中に給水量が急減して、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が、単独運転時の停止流量以下となった場合に、同時に全てのポンプ装置を減台停止する、［１２］に記載の給水装置。
［１４］
前記制御部は、推定末端圧一定制御方式にて吐出圧力を制御する場合、増台時または減台時に、目標圧力を増台または減台の直前の目標値に固定する、［１］乃至［１３］のいずれかに記載の給水装置。
［１５］
複数のポンプ装置を、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、吐出圧力のフィードバック制御を行い、前記フィードバック制御により先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合あるいは高域運転周波数である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う給水装置の制御方法。
［１６］
前記先発ポンプの運転中に、前記先発ポンプの運転周波数が前記高域運転周波数まで増加した時点の流量を、増台時流量として記憶し、
後発ポンプを起動して増台した後、前記同期変速運転を行っている時に、前記先発ポンプと前記後発ポンプとの流量の和が、前記増台時流量に係数ｋ（０＜ｋ≦１）を乗算した減台流量まで減少したら、前記先発ポンプの運転周波数を減速して減台停止するとともに、前記後発ポンプを変速運転する、［１５］に記載の給水装置の制御方法。

１０…給水装置、１１…支持部、１１ａ…ベース、１１ｂ…防振架台、１１ｃ…制御盤架台、１２…ポンプ装置、１３…配管ユニット、１４…制御盤、１８…水道機器、２１…モータ、２２…ポンプ部、２４…ケーシング、３１…吸込側配管、３２…吐出側配管、３３…個別吐出管、３４…合流管、３５ａ…連結曲管、３５ｂ…流量センサ、３６…逆止弁、３７…ボール弁、３８…圧力センサ、３９…アキュムレータ、４１…制御部。

Claims (5)

1. ３台以上のポンプ装置と、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、複数の前記ポンプ装置のいずれかの先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合、あるいは高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う、制御部と、を備え、
   ２台以上のポンプ装置の並列運転中に、前記増台及び同期変速運転を行う場合、
   並列運転していたポンプ装置のうち、最初に起動したポンプ装置を先発ポンプとし、最後に増台した前記ポンプ装置を最後発ポンプとし、前記増速及び前記同期変速運転を行い、
   並列運転している複数の前記ポンプ装置のうち、前記先発ポンプと最後発ポンプ以外のポンプ装置を定速運転する、給水装置。
2. ３台以上のポンプ装置と、吐出圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御にて、複数の前記ポンプ装置のいずれかの先発ポンプを変速運転中に、前記先発ポンプの周波数が、高域運転周波数である場合、あるいは高域運転周波数以上である状態が一定時間継続した場合に、待機中のポンプ装置を起動して増台し、増台した後発ポンプを単位時間当り一定の周波数で増速し、前記先発ポンプと前記後発ポンプの周波数の差が一定範囲以下となった時点で、前記先発ポンプと前記後発ポンプを、各インバータへの周波数指令値を同等の比率として速度制御運転する同期変速運転を行う、制御部と、を備え、
   ２台以上のポンプ装置の並列運転中に、前記増台及び同期変速運転を行う場合、
   並列運転していたポンプ装置のうち、最初に起動したポンプ装置を先発ポンプとし、最後に増台した前記ポンプ装置を最後発ポンプとし、前記増速及び前記同期変速運転を行い、
   並列運転している複数の前記ポンプ装置のうち、前記先発ポンプと最後発ポンプ以外のポンプ装置を所定の高域運転周波数で定速運転する、給水装置。
3. 前記制御部は、ｎ台（ｎ≧３）の並列運転中に給水量が急減して、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が、ｍ台（ｍ≦ｎ−１）運転時における減台流量以下となった場合に、運転台数がｍ−１台になるよう、先発ポンプ及び定速ポンプを減速して、同時に複数台（ｎーｍ＋１台）のポンプ装置を減台停止する請求項１または２に記載の給水装置。
4. 前記制御部は、ｎ台（ｎ≧２）の並列運転中に給水量が急減して、全ての運転ポンプの流量を加算した給水量が、単独運転時の停止流量以下となった場合に、同時に全てのポンプ装置を減台停止する、請求項３に記載の給水装置。
5. 前記制御部は、推定末端圧一定制御方式にて吐出圧力を制御する場合、増台時または減台時に、目標圧力を増台または減台の直前の目標値に固定する、請求項１乃至４のいずれかに記載の給水装置。