特許 6099387 吐出弁ユニット、及びポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099387

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】吐出弁ユニット、及びポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20170313BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/04 H

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-276599(P2012-276599)

(22)【出願日】2012年12月19日

(65)【公開番号】特開2014-119088(P2014-119088A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100114487

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 幸作

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100117411

【弁理士】

【氏名又は名称】串田 幸一

(72)【発明者】

【氏名】菅井 栄司

(72)【発明者】

【氏名】内田 義弘

(72)【発明者】

【氏名】出井 慎哉

(72)【発明者】

【氏名】宮本 隆雄

【審査官】 加藤 一彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６３１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−０４９３３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５２−０１７１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７６００４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／０４

Ｆ０３Ｂ １５／０４

Ｆ０３Ｂ １５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を揚排液するポンプの液体吐出側に接続された配管に設けられる弁と、
前記弁を可変速に開閉させるドライバと、
前記ドライバを介して前記弁の開閉を制御することによって、前記ポンプから吐出される液体の流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ポンプが始動運転をしているか、又は前記ポンプが停止運転をしているかを判定し、
前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、第１の弁開度領域に対して第１の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第１の弁開度領域より大きい第２の弁開度領域に対して前記第１の範囲内の弁開閉速度より小さい第２の範囲内の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御する、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項2】

請求項１の吐出弁ユニットにおいて、
前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記弁の開度が２０°〜４０°の所定開度未満の第１の弁開度領域に対して第１の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記所定開度以上の第２の弁開度領域に対して前記第１の範囲内の弁開閉速度より小さい第２の範囲内の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御する、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項3】

請求項１又は２の吐出弁ユニットにおいて、
前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開度領域に対して１．０°／ｓｅｃ以上６．０°／ｓｅｃ未満の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第１の弁開度領域より弁開度が大きい第２の弁開度領域に対して０．５°／ｓｅｃ以上４．０°／ｓｅｃ未満の範囲内であり且つ前記第１の弁開度領域で設定された弁開閉速度未満の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御する、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項の吐出弁ユニットにおいて、
前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、又は前記ポンプが通常運転をしているか、を判定し、
前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御し、
前記ポンプが通常運転をしていると判定した場合は、前記弁の単位弁開閉速度あたりの前記液体の流量の変化率があらかじめ設定された範囲内になるように、前記弁の開度ごとに前記弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって前記弁の開閉を制御する、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項の吐出弁ユニットにおいて、
停電時に前記制御部に電源を供給するバッテリ電源を備え、
前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、又は前記ポンプが停電による緊急停止信号に応じて緊急停止運転をしているかを判定し、
前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御し、
前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定した場合は、第３の弁開度領域に対して第３の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第３の弁開度領域より大きい第４の弁開度領域に対して前記第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度が設定された第３の弁開閉速度パターンにしたがって、前記バッテリ電源を用いて前記弁を閉止制御し、前記弁を逆止弁として機能させる、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項6】

請求項５の吐出弁ユニットにおいて、
前記制御部は、前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定され、かつ、前記弁の開度が前記第４の弁開度領域にある場合は、前記第４の範囲内の弁開閉速度によって前記弁を閉止制御し、前記弁の開度が前記第３の弁開度領域まで閉止されたら、前記第３の弁開度領域まで閉止された時の開度で所定時間弁の閉止制御を停止し、所定時間経過後、前記第３の範囲内の弁開閉速度によって前記弁を閉止制御する、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項の吐出弁ユニットにおいて、
停電時に前記制御部に電源を供給するバッテリ電源を備え、
前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、前記ポンプが通常運転をしているか、又は前記ポンプが停電による緊急停止信号に応じて緊急停止運転をしているかを判定し、
前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御し、
前記ポンプが通常運転をしていると判定した場合は、前記弁の単位弁開閉速度あたりの前記液体の流量の変化率があらかじめ設定された範囲内になるように、前記弁の開度ごとに前記弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって前記弁の開閉を制御し、
前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定した場合は、第３の弁開度領域に対して第３の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第３の弁開度領域より大きい第４の弁開度領域に対して前記第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度が設定され
た第３の弁開閉速度パターンにしたがって、前記バッテリ電源を用いて前記弁を閉止制御し、前記弁を逆止弁として機能させる、
ことを特徴とする吐出弁ユニット。

【請求項8】

液体を貯留する液体槽と、
前記液体槽に貯留された液体を揚排液するポンプと、
前記ポンプを駆動する駆動機と、
前記ポンプの吐出側に設けられた請求項１乃至７のいずれか１項の吐出弁ユニットと、
を備えたことを特徴とするポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吐出弁ユニット、及びポンプシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、浄水場又はダムなどの様々な施設で、水などの液体を揚排水するためにポンプシステムが用いられている。ポンプシステムは、モータなどの駆動機によってポンプを駆動し、すなわち機械エネルギを液体の運動エネルギに変換することによって、貯留槽などに貯留された液体を揚排水する。

【0003】

ところで、ポンプから吐出される液体の流量を制御する方法としては、ポンプの吐出側の配管に設けた吐出弁の弁開度の制御、ポンプ羽根車の回転速度の制御、又はポンプ羽根車の翼角度の制御などが知られている。これらの制御方法の中で、吐出弁の弁角度による流量制御は設備が簡素となるため、多く使用されている。

【0004】

しかしながら、ポンプ用の吐出弁に使用される仕切弁等では、弁の各開度における損失係数の変化が大きいために、僅かな開度変化に対してポンプの吐出量が大きく変わることがある。このため、目標流量に合わせづらく（すなわち制御しにくく）、流量が安定せずハンチングを起こすおそれがある。

【0005】

その対策として、仕切弁に比べ、流量制御性が良い（開度−損失特性が流量制御に適している）弁として、バタフライ弁やロート弁（コーン弁ともいう）を用いる場合があるが、制御の安定性には改善の余地があった。

【0006】

従来技術として、インバータ制御可能な交流電動機によって弁を開閉することによって、弁の開閉速度を変化させる方法がある。具体的には、弁を回動するための負荷トルクが大きくなる弁開度（弁開度０〜４０％の範囲）では弁を遅く開閉し、負荷トルクが小さくなる弁開度（弁開度４０〜１００％の範囲）では弁を早く開閉する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第３０７９４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来技術は、ポンプの始動運転時、又はポンプの停止運転時における小水量域でのポンプの運転時間を短縮することについては考慮していない。

【0009】

ここで、始動運転とは、ポンプが停止した状態からポンプを起動し吐出弁を全閉から全開にするまでの運転のことである。また、停止運転とは、ポンプが運転されている状態から吐出弁を全閉にしポンプを停止するまでの運転のことである。

【0010】

すなわち、ポンプは一般的に、定格仕様で最も効率が高くなるよう設計されており、小水量域（吐出弁の小開度領域）では、キャビテーションの発生などにより、振動や羽根車の損傷が起こりやすい状態となる。特に、始動／停止の頻度が高いポンプは、ポンプの始動停止運転時の小水量域での運転の累積時間が長くなり、羽根車の損傷等が問題になり得る。

【0011】

この点、従来技術は、弁を所望の設定開閉速度に正確に設定し維持することを目的とするものであるため、ポンプの始動運転時又は停止運転時における小水量域での運転時間を短縮することについては考慮していない。

【0012】

なお、吐出弁の弁開度の制御の他には、ポンプ羽根車の回転速度制御や、ポンプ羽根車の翼角度の制御などがあるが、ポンプ停止時などに液体が逆流するのを防止する何らかの弁は必要である。これに加えて、回転速度制御のためのインバータ装置や複雑な翼角操作機構が必要となるため、設置費用が高く、維持管理も複雑になるなど、経済性に難がある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本願発明の吐出弁ユニットは、上記課題に鑑みてなされたもので、液体を揚排液するポンプの吐出側に接続された配管に設けられる弁と、前記弁を可変速に開閉させるドライバと、前記ドライバを介して前記弁の開閉を制御することによって、前記ポンプから吐出される液体の流量を制御する制御部と、を備える。

【0014】

そして、前記制御部は、前記ポンプが始動運転をしているか、又は前記ポンプが停止運転をしているかを判定し、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、第１の弁開度領域に対して第１の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第１の弁開度領域より弁開度が大きい第２の弁開度領域に対して前記第１の範囲内の弁開閉速度より小さい第２の範囲内の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御する。

【0015】

本願発明によれば、ポンプの始動運転又は停止運転の際には、第１の弁開度領域（小開度領域）における第１の範囲内の弁開閉速度を、第２の弁開度領域（大開度領域）における第２の範囲内の弁開閉速度より大きく設定しているので、小水量域（小開度領域）におけるポンプの運転時間を短縮することができる。その結果、ポンプの始動停止運転時の小水量域での運転の累積時間を短縮することができるので、羽根車の損傷等の発生を抑制することができる。

【0016】

また、前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記弁の開度が２０°〜４０°の所定開度未満の第１の弁開度領域に対して第１の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記所定開度以上の第２の弁開度領域に対して前記第１の範囲内の弁開閉速度より小さい第２の範囲内の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御することができる。

【0017】

また、前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開度領域に対して１．０°／ｓｅｃ以上６．０°／ｓｅｃ未満の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第１の弁開度領域より弁開度が大きい第２の弁開度領域に対して０．５°／ｓｅｃ以上４．０°／ｓｅｃ未満の範囲内の弁開閉速度が設定された第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御することができる。

【0018】

また、前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、又は前記ポンプが通常運転をしているか、を判定することができる。

【0019】

この場合、前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御し、
前記ポンプが通常運転をしていると判定した場合は、前記弁の単位弁開閉速度あたりの前記液体の流量変化率があらかじめ設定された範囲内になるように、前記弁の開度ごとに
前記弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって前記弁の開閉を制御する。

【0020】

これによれば、ポンプが通常運転をしている場合は、弁の単位弁開閉速度あたりの液体の流量変化率があらかじめ設定された範囲内になるように弁の開度ごとに弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって、弁の開閉を制御するので、弁の単位弁開閉速度あたりの液体の流量変化率を安定させることができる。その結果、送液管路内の流量のハンチングや急激な圧力変動を抑制し、安定した運用を図ることができる。

【0021】

前記制御部は、前記弁の単位弁開閉速度あたりの前記液体の流量変化率が設備としての許容値内になるように、前記弁の開度ごとに前記弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御することができる。

【0022】

また、停電時に前記制御部に電源を供給するバッテリ電源を備える場合、前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、又は前記ポンプが停電による緊急停止信号に応じて緊急停止運転をしているかを判定することができる。

【0023】

そして、前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御し、前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定した場合は、第３の弁開度領域に対して第３の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第３の弁開度領域より弁開度が大きい第４の弁開度領域に対して前記第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度が設定された第３の弁開閉速度パターンにしたがって、前記バッテリ電源を用いて前記弁を閉止制御し、前記弁を逆止弁として機能させることができる。

【0024】

すなわち、例えばポンプ設備の停電などによってポンプトリップが発生した場合、第４の弁開度領域（大開度領域）においては、第３の弁開度領域（小開度領域）における第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度によって弁を閉止制御する。これにより、ポンプトリップが発生した場合に、第４の弁開度領域（大開度領域）において急速に弁を閉止制御するとともに、弁が完全に閉止される直前の第３の弁開度領域においては、緩やかに弁を閉止することによって弁体の急閉鎖を防止し、弁体の損傷を防ぐことができる。

【0025】

また、前記制御部は、前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定され、かつ、前記弁の開度が前記第４の弁開度領域にある場合は、前記第４の範囲内の弁開閉速度によって前記弁を閉止制御し、前記弁の開度が前記第３の開度領域まで閉止されたら、前記第３の開度領域まで閉止された時の開度で所定時間弁の閉止制御を停止し、所定時間経過後、前記第３の範囲内の弁開閉速度によって前記弁を閉止制御することができる。

【0026】

これによれば、ポンプトリップにより水撃作用が発生して管内の圧力上昇が発生したとしても、弁の開度が第３の開度領域まで閉止されたところで弁の閉止制御を所定時間停止するので、この間に、ポンプ吐出側の圧力をポンプ吸込側に逃がすことができる。その結果、ポンプ吐出側の圧力上昇を抑制することができるので、送液管の破損を防止することができる。

【0027】

また、停電時に前記制御部に電源を供給するバッテリ電源を備える場合、前記制御部は、前記ポンプが始動信号に応じて始動運転をしているか、前記ポンプが停止信号に応じて停止運転をしているか、前記ポンプが通常運転をしているか、又は前記ポンプが停電による緊急停止信号に応じて緊急停止運転をしているかを判定することができる。

【0028】

そして、前記制御部は、前記ポンプが始動運転又は停止運転をしていると判定した場合は、前記第１の弁開閉速度パターンにしたがって、前記弁の開閉を制御することができる。また、前記制御部は、前記ポンプが通常運転をしていると判定した場合は、前記弁の単位弁開閉速度あたりの前記液体の流量の変化率があらかじめ設定された範囲内になるように、前記弁の開度ごとに前記弁の開閉速度が設定された第２の弁開閉速度パターンにしたがって前記弁の開閉を制御することができる。また、前記制御部は、前記ポンプが緊急停止運転をしていると判定した場合は、第３の弁開度領域に対して第３の範囲内の弁開閉速度が設定され、前記第３の弁開度領域より弁開度が大きい第４の弁開度領域に対して前記第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度が設定された第３の弁開閉速度パターンにしたがって、前記バッテリ電源を用いて前記弁を閉止制御し、前記弁を逆止弁として機能させることができる。

【0029】

また、本願発明のポンプシステムは、液体を貯留する液体槽と、前記液体槽に貯留された液体を揚排液するポンプと、前記ポンプを駆動する駆動器と、前記ポンプの吐出側に設けられた上述のいずれかの吐出弁ユニットと、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

かかる本願発明によれば、ポンプの始動運転時、又はポンプの停止運転時における小水量域でのポンプの運転時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本実施形態のポンプシステムの全体構成を示す図である。

【図2】図２は、比較例における弁開度速度パターンの一例を示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態における第１の弁開閉速度パターンの一例を示す図である。

【図4】図４は、ポンプのミニマムフローについて説明するための図である。

【図5】図５は、第１実施形態における第１の弁開閉速度パターンの他の例を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【図7】図７は、本実施形態で用いるポンプの流量制御特性の一例を示す図である。

【図8】図８は、比較例における弁開度速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の一例を示す図である。

【図9】図９は、吐出弁の開度変化による流量変化量の一例と、流量変化率の一例を示す図である。

【図10】図１０は、第２実施形態における第２の弁開閉速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の一例を示す図である。

【図11】図１１は、第２実施形態における第２の弁開閉速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の他の例を示す図である。

【図12】図１２は、第２実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【図13】図１３は、第３実施形態における第３の弁開閉速度パターンの一例を示す図である。

【図14】図１４は、第３実施形態における弁開閉の制御のタイムチャートの一例を示す図である。

【図15】図１５は、第３実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本願発明の一実施形態に係る吐出弁ユニット、及びポンプシステムを図面に基づ
いて説明する。以下の実施形態は、一例として、浄水場において水槽に貯留されている水を揚排水するポンプシステム、及びポンプシステムに設置された吐出弁ユニットを説明するが、これには限られない。その他、液体を揚排水する施設（例えばダムなどの上流水槽からの放流弁）においても本願発明を適用することができる。

【0033】

図１は、本実施形態のポンプシステムの全体構成を示す図である。本実施形態のポンプシステム１０００は、操作室１００と、電気室２００と、ポンプ設備３００とを備える。

【0034】

操作室１００には、監視操作卓１０２、及びサーバ１０４が設置される。

【0035】

監視操作卓１０２は、オペレータがポンプ設備３００におけるポンプの揚排水などの状態をモニタするための出力インターフェース（表示器）と、オペレータがポンプの揚排水に対する指令を入力する入力インターフェース（キーボード、タッチパネル等）を備える。

【0036】

サーバ１０４は、監視操作卓１０２に表示するためのデータ処理を行うとともに、監視操作卓１０２から入力された指令信号を適宜処理して電気室２００へ出力する。

【0037】

電気室２００には、無停電電源２０２と、受配電・操作制御盤２１０とが設置される。

【0038】

無停電電源２０２は、停電時に受配電・操作制御盤２１０へ電力を供給する電源装置である。受配電・操作制御盤２１０は、通常時は送電網から変電所を介して供給された電力によって動作し、停電時には無停電電源２０２から供給された電力によって動作する。

【0039】

受配電・操作制御盤２１０は、ポンプ設備３００に設けられた各種ポンプを制御するポンプ制御部２１２と、ポンプ設備３００に設けられた各種弁の開閉を制御する弁制御部２１４とを備える。受配電・操作制御盤２１０は、ポンプ設備３００に設けられた各種ポンプ、及び各種弁に加えて、他の補機類に対する各種制御も行う。なお、ポンプ制御部２１２と弁制御部２１４の詳細は、後述する。

【0040】

ポンプ設備３００には、機側操作盤３１０、吸込水槽３２０、及び吸込水槽３２０に貯留された水を揚排水するための各種機器が設けられる。

【0041】

機側操作盤３１０は、ポンプ場にいるオペレータがポンプの揚排水に対する指令を入力する入力インターフェース（キーボード、タッチパネル等）である。機側操作盤３１０に対して入力された指令信号は、受配電・操作制御盤２１０へ出力され、受配電・操作制御盤２１０において適宜処理される。

【0042】

吸込水槽３２０は、浄水場で用いられる水を貯留する槽である。

【0043】

吸込水槽３２０に貯留された水を揚排水するための各種機器は、ポンプ３３０と電動機３３２、吐出弁３３４とモータ３３６、真空ポンプ３４０と電動機３４２、吸気弁３４４とモータ３４６を含む。ポンプ設備３００には、これらの各種機器による揚排水系統が２系統設けられている。２つの揚排水系統はいずれも同様の構成を有するので、同一の符号を付して一方の説明を省略する。

【0044】

まず、ポンプ制御部２１２と弁制御部２１４について説明する。ポンプ制御部２１２は、サーバ１０４又は機側操作盤３１０から出力された指令信号に基づいて、ポンプ３３０の動作を制御するためのポンプ制御信号を電動機３３２へ出力する。また、ポンプ制御部２１２は、サーバ１０４又は機側操作盤３１０から出力された指令信号に基づいて、真空
ポンプ３４０の動作を制御するための真空ポンプ制御信号を電動機３４２へ出力する。

【0045】

弁制御部２１４は、サーバ１０４又は機側操作盤３１０から出力された指令信号に基づいて、吐出弁３３４の開閉を制御するための吐出弁制御信号をモータ３３６へ出力する。また、弁制御部２１４は、サーバ１０４又は機側操作盤３１０から出力された指令信号に基づいて、吸気弁３４４の開閉を制御するための吸気弁制御信号をモータ３４６へ出力する。弁制御部２１４は、モータ３３６を介して吐出弁３３４の開閉を制御することによって、ポンプ３３０の流量を制御する

【0046】

電動機３３２は、ポンプ制御部２１２から送信されたポンプ制御信号に基づいて、ポンプ３３０を駆動する。また、電動機３４２は、ポンプ制御部２１２から送信された真空ポンプ制御信号に基づいて、真空ポンプ３４０を駆動する。

【0047】

ポンプ３３０の吸込側には、吸込水槽３２０の内部とポンプ３３０とを連通する吸水配管３３１が接続されている。また、ポンプ３３０の吐出側には、ポンプ３３０の吐出側と他の図示していない施設とを連通する送水配管３３３が接続されている。ポンプ３３０は、電動機３３２により駆動されることによって、吸水配管３３１を介して吸込水槽３２０に貯留された水を汲み上げ、汲み上げた水を、送水配管３３３を介して他の施設へ移送する。

【0048】

また、ポンプ３３０には、ポンプ３３０と真空ポンプ３４０とを連通する吸気配管３４１が接続されている。真空ポンプ３４０は、ポンプ制御部２１２から送信された真空ポンプ制御信号に基づいて動作する。より具体的には、真空ポンプ３４０は、ポンプ３３０の始動運転時において、ポンプ３３０や吸水配管３３１の内部の空気を吸引することによって、ポンプ３３０内部に水を満たす。

【0049】

吸気配管３４１には、吸気弁３４４が設けられている。吸気弁３４４は、吸気配管３４１の開閉を行う弁である。また、吸気弁３４４には、吸気弁３４４を開閉させるモータ３４６が設けられる。モータ３４６は、弁制御部２１４から送信された吸気弁制御信号に基づいて、吸気弁３４４の開閉を制御する。

【0050】

送水配管３３３には、吐出弁３３４が設けられている。吐出弁３３４は、例えば、バタフライ弁、仕切弁、コーン（ロート）弁など、送水配管３３３の開度を調整するための弁である。吐出弁３３４は、ポンプ３３０の吐出側に設けられている。

【0051】

また、吐出弁３３４には、吐出弁３３４を可変速に開閉させるモータ（ドライバ）３３６が設けられている。モータ３３６は、弁制御部２１４から送信された弁制御信号に基づいて、吐出弁３３４の開閉を制御する。なお、吐出弁３３４、モータ３３６、及び弁制御部２１４によって、吐出弁ユニット３５０が構成される。

【0052】

＜第１実施形態＞
ここで、弁制御部２１４による制御の第１実施形態について説明するが、その前に、比較例について説明する。図２は、比較例における弁開閉速度パターンの一例を示す図である。

【0053】

図２において、横軸は、吐出弁３３４の弁開度である。また、図２において、縦軸は、吐出弁３３４の弁開閉速度であり、グラフ４２０が対応する。

【0054】

図２は、グラフ４２０に示すように、吐出弁３３４の弁開閉速度を２ｓｅｃ／°、つまり約０．５０（°／ｓｅｃ）に固定した場合の弁開閉速度パターンの一例を示すものであ
る。図２に示すように吐出弁３３４の弁開閉速度を固定した場合、小水量域でのポンプの運転時間が問題となる。すなわち、ポンプは一般的に、定格仕様で最も効率が高くなるよう設計されており、小水量域（小開度領域）では、キャビテーションの発生などによって、振動や羽根車の損傷が起こりやすい状態となる。このため、長寿命化のためには、なるべく小水量域での運転を避けることが好ましい。

【0055】

この点、図２に示すように吐出弁３３４の弁開閉速度を固定した場合、小水量域（小開度領域）における吐出弁３３４の弁開閉速度と、大開度領域における吐出弁３３４の弁開閉速度が等しくなる。このため、小水量域（小開度領域）における吐出弁３３４の弁開閉速度が比較的遅くなり、ポンプ３３０の始動停止運転時の小水量域での運転の累積時間が長くなる。なお、単に吐出弁３３４の弁開閉速度を高い値で固定した場合には、小水量域以外で所望の流量制御を行うことが難しくなる場合があるので、好ましくない。

【0056】

一方、図３は、第１実施形態における第１の弁開閉速度パターンの一例を示す図である。図３において、横軸は、吐出弁３３４の弁開度であり、縦軸は、吐出弁３３４の弁開閉速度（°／ｓｅｃ）である。

【0057】

図３のグラフ４３０に示すように、吐出弁３３４の第１の弁開度領域（０°〜約２０°）に対しては、約２．０°／ｓｅｃの弁開閉速度が設定されている。また、第１の弁開度領域より大きい吐出弁３３４の第２の弁開度領域（約２０°〜９０°）に対しては、第１の弁開度領域における弁開閉速度より小さい約０．５°／ｓｅｃの弁開閉速度が設定されている。

【0058】

図３に示すようにあらかじめ設定された吐出弁３３４の開度ごとの弁の開閉速度（グラフ４３０）は、第１の弁開閉速度パターンを形成する。

【0059】

弁制御部２１４は、ポンプ３３０が始動信号に応じて始動運転をしているか、又はポンプ３３０が停止信号に応じて停止運転をしているかを判定する。そして、弁制御部２１４は、ポンプ３３０が始動運転又は停止運転をしていると判定した場合には、第１の弁開閉速度パターンにしたがって、吐出弁３３４の開閉を制御する。

【0060】

なお、始動運転とは、ポンプ３３０が停止した状態からポンプ３３０を起動し吐出弁３３４を全閉から全開にするまでの運転のことである。また、停止運転とは、ポンプ３３０が運転されている状態から吐出弁３３４を全閉にしポンプ３３０を停止するまでの運転のことである。一方、通常運転とは、始動運転が終わった後、停止運転が行われるまでの運転のことである。

【0061】

本実施形態によれば、小水量域（小開度領域）におけるポンプ３３０の運転時間を短縮することができ、ポンプ３３０の始動停止運転時の小水量域での運転の累積時間を短縮することができるので、羽根車の損傷等の発生を抑制することができる。すなわち、ポンプは一般的に、定格仕様で最も効率が高くなるよう設計されており、小水量域（小開度領域）では、キャビテーションの発生など、振動や羽根車の損傷が起こりやすい状態となるため、長寿命化のためには、なるべく小水量域での運転を避けることが好ましい。これに加えて、ポンプの始動時や停止時は、流量の急変（水撃の発生）や、駆動機の馬力オーバ等を防止するため、締切始動、締切停止を行う場合が多く、小水量域での運転が回避できない場合がある。特に、起動頻度の多いポンプ設備は、ポンプの始動停止運転時の小水量域での運転の累積時間が長くなり、羽根車の損傷等が問題になり得る。これに対して、本実施形態では、ポンプ３３０の始動運転又は停止運転の際には、第１の弁開度領域（小開度領域）における第１の範囲内の弁開閉速度を、第２の弁開度領域（大開度領域）における第２の範囲内の弁開閉速度より大きく設定しているので、小水量域（小開度領域）におけ
るポンプ３３０の運転時間を短縮することができる。

【0062】

この点についてより詳細に説明する。図４は、ポンプのミニマムフローについて説明するための図である。図４において、横軸は、ポンプ３３０の流量（ｍ^３／ｈ）を示し、縦軸は、全揚程（ｍ）、ポンプ効率（％）、及びポンプが要求する必要ＮＰＳＨ（有効吸込みヘッド）（ｍ）を示している。

【0063】

ポンプ３３０は、ポンプ３３０の始動運転時には、（１）→（２）→（３）（定格点）の順に性能曲線５２０上を移動し、ポンプ３３０の停止運転時には、（３）（定格点）→（２）→（１）の順に性能曲線５２０上を移動する。また、ポンプ効率５３０は、図４に示すように、流量がミニマムフロー５４０より小さい運転領域では低くなり、ミニマムフローを超えた運転領域では高くなる。さらに、ポンプが要求する必要ＮＰＳＨ５５０は、定格点５６０を超えた領域で高くなる。

【0064】

ポンプを弁等で流量制御する場合、連続運転してよいミニマムフローが設定されている。ミニマムフロー以下でポンプを運転するとキャビテーションや騒音・振動の原因となりポンプの寿命を短くする。ミニマムフローは通常、定格流量の４０〜６０％にあり、ポンプはミニマムフロー以上で運転することが条件となる。なお、キャビテーションとは、流れる液体中で液体の一部が気化することにより空洞（ｃａｖｉｔｙ）を生ずる現象で、ポンプ羽根車の入口部で局部的に静圧が揚液の飽和蒸気圧にまで下がって、蒸気の細かい気泡が多数発生する沸騰現象である。キャビテーションが長く続くと羽根車やケーシングの表面が壊食され、損傷する場合がある。

【0065】

本実施形態によれば、ポンプ３３０の始動運転時の図４（１）→（２）の時間、及びポンプ３３０の停止運転時の図４（２）→（１）の時間を短くすることができる。したがって、ポンプ３３０の長寿命化を図ることができる。

【0066】

また、吐出弁３３４がコーン弁（ロート弁）である場合、コーン弁の構造上、図３に示すように、全閉及び全開時に、リフト動作やシート動作という弁体の回転動とは異なる上下動がある。この場合、完全な全閉状態（着座状態）になるまでに、ポンプは、一定時間の閉切運転（流量＝０）が課せられ、振動やキャビテーションなどによる損傷が問題となる。この点、本実施形態によれば、ポンプ３３０の始動運転時や停止運転時において、吐出弁３３４の開度が全閉付近にある場合（小開度領域）の弁の開閉速度が速いため、振動やキャビテーションが発生する時間を短縮することができる。

【0067】

なお、図３では、吐出弁３３４の弁開度が約２０°を境に吐出弁３３４の開閉速度が変わる例を示したが、これには限られない。吐出弁３３４の開度が２０°〜４０°の所定開度未満の第１の開度領域（小開度領域）に対して第１の範囲内の弁開閉速度を設定し、所定開度以上の第２の開度領域（大開度領域）に対して第１の範囲内の弁開閉速度より小さい第２の範囲内の弁開閉速度を設定することができる。

【0068】

また、図３では、吐出弁３３４の第１の開度領域（０°〜約２０°）に対して弁開閉速度（約２．０°／ｓｅｃ）が固定して設定される例を示したが、これには限られない。例えば、図５のグラフ５７０に示すように、第１の範囲（例えば、約０．５°／ｓｅｃ以上約６．０°／ｓｅｃ未満）内で流動的に設定することができる。図５は、第１実施形態における第１の弁開閉速度パターンの他の例を示す図である。また、好ましくは、第１の範囲を、約１．０°／ｓｅｃ以上約４．０°／ｓｅｃ未満とし、弁開閉速度は、この第１の範囲内で流動的に設定することができる。

【0069】

また、図３では、吐出弁３３４の第２の開度領域（約２０°〜９０°）に対して弁開閉
速度（約０．５°／ｓｅｃ）が固定して設定される例を示したが、これには限られない。例えば、弁開閉速度は、１つの値に固定するのではなく、第２の範囲内（例えば、約０．１°／ｓｅｃ以上約１．５°／ｓｅｃ未満）で流動的に設定することができる。また、好ましくは、第２の範囲を、約０．２５°／ｓｅｃ以上約１．０°／ｓｅｃ未満とし、弁開閉速度は、この第２の範囲内で流動的に設定することができる。

【0070】

次に、第１実施形態におけるポンプの流量制御の方法について説明する。図６は、第２実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【0071】

まず、弁制御部２１４は、ポンプ始動指令を受信する（ステップＳ１０１）。すると、弁制御部２１４は、吸気弁３４４を「開」に制御する（ステップＳ１０２）。具体的には、弁制御部２１４は、モータ３４６に対して、吸気弁３４４を「開」に制御する信号を出力する。モータ３４６は、制御信号に基づいて、吸気弁３４４を「開」に駆動する。

【0072】

続いて、ポンプ制御部２１２は、真空ポンプ３４０を起動する（ステップＳ１０３）。具体的には、ポンプ制御部２１２は、電動機３４２に対して、真空ポンプ３４０を起動する信号を出力する。電動機３４２は、制御信号に基づいて、真空ポンプ３４０を起動する。

【0073】

このように、吸気弁３４４が「開」にされた状態で真空ポンプ３４０を起動することによって、ポンプ３３０や吸水配管３３１の内部の空気が徐々に吸引され、ポンプ３３０が水で満たされる。

【0074】

続いて、弁制御部２１４及びポンプ制御部２１２は、ポンプ３３０が満水になったか否かを判定する（ステップＳ１０４）。弁制御部２１４及びポンプ制御部２１２は、ポンプ３３０が満水になっていないと判定されたら（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返す。

【0075】

一方、弁制御部２１４及びポンプ制御部２１２は、ポンプ３３０が満水になったと判定されたら（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、吸気弁３４４を「閉」に制御するとともに、真空ポンプ３４０を停止する（ステップＳ１０５）。

【0076】

続いて、ポンプ制御部２１２は、ポンプ３３０の始動運転を開始する（ステップＳ１０６）。具体的には、ポンプ制御部２１２は、電動機３３２に対して、ポンプ３３０を始動運転する信号を出力する。電動機３３２は、制御信号に基づいて、ポンプ３３０の始動運転を開始する。

【0077】

続いて、弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信したと判定したら（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ１０８）。

【0078】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたか否かを判定する（ステップＳ１０９）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されていないと判定したら（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１０８に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0079】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたと判定したら（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、停止運動が終了したとみなして、処理を終了する。

【0080】

ステップＳ１０７において、弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信していないと判定したら（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ポンプ３３０の始動運転が行われているものとみなして、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ１１０）。

【0081】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されたか否かを判定する（ステップＳ１１１）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されていないと判定したら（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、ステップＳ１１０に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0082】

一方、吐出弁３３４が全開されたと判定したら（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、始動運転が終了したとみなして、ステップＳ１０７に戻って次の指令を待つ。

【0083】

本実施形態によれば、吐出弁３３４の小開度時の開閉速度を速く設定することにより、ポンプの小水量域での運転を短くすることができる。このため、キャビテーションによる損傷を最低限に抑え、ポンプ３３０の長寿命化を図ることが可能となる。

【0084】

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態と同様にポンプ３３０の始動運転時又は停止運転時には、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御することに加えて、ポンプ３３０が通常運転を行っている際には、第２の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御するものである。第１実施形態と重複する箇所については適宜説明を省略する。

【0085】

弁制御部２１４による制御の第２実施形態について説明する前に、本実施形態で用いるポンプの流量制御特性と、比較例について説明する。図７は、本実施形態で用いるポンプの流量制御特性の一例を示す図である。図８は、比較例における弁開閉速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の一例を示す図である。

【0086】

図７において、横軸は、ポンプ３３０の流量（ｍ^３／ｍｉｎ）であり、縦軸は、揚程（ｍ）である。グラフ４０１は、本実施形態で用いるポンプ３３０のＱ−Ｈ曲線である。また、グラフ４０２〜グラフ４０９はそれぞれ、吐出弁３３４の弁開度が２０°，３０°，４０°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°の際の抵抗曲線である。グラフ４０１と、グラフ４０２〜グラフ４０９との交点が、ポンプ３３０の動作点となる。このような流量制御特性を有するポンプ３３０において、吐出弁３３４の弁開閉速度を固定した場合のポンプ３３０の流量変化率の比較例について、以下説明する。

【0087】

図８において、横軸は、吐出弁３３４の弁開度である。また、図８において、左側の縦軸は、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりのポンプ３３０の流量変化率であり、グラフ６１０が対応する。また、図８において、右側の縦軸は、吐出弁３３４の弁開閉速度であり、グラフ６２０が対応する。

【0088】

図８は、グラフ６２０に示すように、吐出弁３３４の弁開閉速度を２ｓｅｃ／°、つまり約０．５（°／ｓｅｃ）に固定した場合に、ポンプ３３０の流量変化率（言い換えれば、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりの水の流量変化率）をシミュレートしたものである。

【0089】

ここで、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりの水の流量変化率について説明する。図９は、吐出弁の開度変化による流量変化量の一例と、流量変化率の一例を示す図である。

【0090】

まず、表６３０は、吐出弁３３４の弁開度を変化させた場合に、１分間あたりの水の流量がどの程度変化したかを表すものである。例えば、表６３０に示すように、弁開度を９０°から８０°へ変化させた場合、１分間あたりの水の流量は０．１（ｍ^３／ｍｉｎ）変化する。

【0091】

一方、表６４０は、例えば弁開度を９０°から８０°へ変化させた場合の代表開度を８５°とするように各弁開度の変化に対する代表開度を決めて、この各代表開度における流量変化量を、弁開閉速度（２ｓｅｃ／°）で割ることにより、流量変化率を求めたものである。例えば、代表開度８５°については、流量変化量が０．１（ｍ^３／ｍｉｎ）であり、弁開閉速度が２（ｓｅｃ／°）であるので、流量変化率は、０．０５（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°））となる。なお、流量変化率表６４０は、吐出弁３３４の弁開度によらず、弁開閉速度を一定の速度（全開〜全閉で４．５分）にした場合の値である。各代表開度における流量変化率をプロットすることによって、グラフ６１０が形成される。

【0092】

図８に示すように、吐出弁３３４の弁開閉速度を固定した場合、グラフ６１０に示すように、ポンプ３３０の流量変化率は、安定せず、約０〜約２．３（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°））の範囲で大きく値が振れる。

【0093】

このように、ポンプ３３０の流量変化率が不安定になった場合、送水配管３３３内の流量のハンチングや急激な圧力変動を起こしやすく、ポンプシステムの安定した運用が難しい場合がある。なお、吐出弁３３４の弁開閉速度を他の値（例えば２ｓｅｃ／°等）にした場合であっても、やはり弁開閉速度が固定されていれば、図８と同様にポンプ３３０の流量変化率は不安定になる。

【0094】

これに対して、図１０は、第２実施形態における第２の弁開閉速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の一例を示す図である。

【0095】

図１０において、横軸は、吐出弁３３４の弁開度である。また、図１０において、左側の縦軸は、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりのポンプ３３０の流量変化率であり、グラフ７１０が対応する。また、図１０において、右側の縦軸は、吐出弁３３４の弁開閉速度であり、グラフ７２０が対応する。

【0096】

図１０に示すように、第２実施形態では、吐出弁３３４の弁開閉速度を固定せず、弁開度ごとに異なる値としている。すなわち、第２実施形態では、約２０°〜約７０°の弁開度の範囲では、弁開閉速度を約０．２５（°／ｓｅｃ）未満にし、約７０°〜約８０°の弁開度の範囲では、弁開閉速度を約０．５（°／ｓｅｃ）にし、約８０°〜約９０°の弁開度の範囲では、弁開閉速度を約２．０（°／ｓｅｃ）にする。

【0097】

これによって、グラフ７１０に示すように、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりのポンプ３３０の流量変化率は、約０．８（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°））で安定する。

【0098】

言い換えれば、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりのポンプ３３０の流量変化率が、ある値（例えば０．８（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°）））で安定するように、吐出弁３３４の開度ごとの弁の開閉速度をあらかじめ設定するということである。あらかじめ設定された吐出弁３３４の開度ごとの弁の開閉速度（グラフ５２０）は、第２の弁開閉速度パターンを形成する。

【0099】

なお、本実施形態では、ポンプ３３０の流量変化率が、約０．８（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°））で安定するように、吐出弁３３４の開度ごとの弁の開閉速度を設定する
例を示したが、これには限られない。例えば、吐出弁３３４から吐出される水の単位時間あたりの流量の変化率が、あらかじめ設定された範囲内（例えば、０．２〜２．４（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°）））になるように、吐出弁３３４の開度ごとに弁の開閉速度を設定することもできる。また、吐出弁３３４から吐出される水の単位時間あたりの流量の変化率が、０．４〜１．６（（ｍ^３／ｍｉｎ）／（ｓｅｃ／°））になるように、吐出弁３３４の開度ごとに弁の開閉速度を設定すると、好ましい。

【0100】

弁制御部２１４は、ポンプ３３０が通常運転をしているか、ポンプ３３０が始動信号に応じて始動運転をしているか、又はポンプ３３０が停止信号に応じて停止運転をしているかを判定する。そして、弁制御部２１４は、ポンプ３３０の通常運転時には、第２の弁開閉速度パターンにしたがって吐出弁３３４の開閉を制御し、始動運転時又は停止運転時には、第１の弁開閉速度パターンにしたがって、吐出弁３３４の開閉を制御する。

【0101】

したがって、本実施形態によれば、吐出弁３３４の単位弁開閉速度あたりの水の流量変化率を安定させることができる。その結果、送水配管３３３内の流量のハンチングや急激な圧力変動を抑制することができるので、ポンプシステムの安定した運用を図ることができる。

【0102】

なお、図１０の例では、吐出弁３３４の開度ごとに弁の開閉速度が階段状に異なる第２の弁開閉速度パターンを用いたが、これには限られない。図１１は、第２実施形態における第２の弁開閉速度パターンと単位弁開度速度あたりの流量変化率の他の例を示す図である。例えば、図１１のグラフ７３０に示すように、第２の弁開閉速度パターンは、なめらかに変化するよう設定することもできる。また、第２の弁開閉速度パターンは、グラフや表等により記憶させてもよく、近似曲線や関数として記憶させてもよい。

【0103】

また、実揚程変動が大きいポンプ設備においては、実揚程により、流量変化率が影響を受ける場合があるので、開閉速度の設定（関数）を、実揚程を変数とした関数として設定することが好ましい。なお、その場合は、吸吐出水位（又は圧力）を計測し、弁制御部２１４に入力させ、弁制御部２１４により、水位差（圧力差）より実揚程を算出させ、該当設定値（関数）で制御することができる。

【0104】

次に、第２実施形態におけるポンプの流量制御の方法について説明する。図１２は、第１実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【0105】

第２実施形態におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０６は、第１実施形態におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様であるので、説明を省略する。

【0106】

ステップＳ２０６の後、弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信したと判定したら（ステップＳ２０７，Ｙｅｓ）、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ２０８）。

【0107】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたか否かを判定する（ステップＳ２０９）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されていないと判定したら（ステップＳ２０９，Ｎｏ）、ステップＳ２０８に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0108】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたと判定したら（ステップＳ２０９，Ｙｅｓ）、停止運動が終了したとみなして、処理を終了する。

【0109】

ステップＳ２０７において、弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信していないと判定したら（ステップＳ２０７，Ｎｏ）、弁開度又は目標流量の指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。弁制御部２１４は、弁開度又は目標流量の指令を受信したと判定したら（ステップＳ２１０，Ｙｅｓ）、第２の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ２１１）。

【0110】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達したか、又はポンプ３３０の吐出流量（吐出弁３３４の吐出流量）が目標流量に達したか否かを判定する（ステップＳ２１２）。

【0111】

弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達しておらず、かつ、ポンプ３３０の吐出流量が目標流量に達していないと判定したら（ステップＳ２１２，Ｎｏ）、ステップＳ２１１に戻って、第２の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0112】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達したか、又はポンプ３３０の吐出流量が目標流量に達したと判定したら（ステップＳ２１２，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７に戻って次の指令を待つ。

【0113】

ステップＳ２１０において、弁制御部２１４は、弁開度又は目標流量の指令を受信していないと判定したら（ステップＳ２１０，Ｎｏ）、始動運転を行っているものとみなして、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ２１３）。

【0114】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されたか否かを判定する（ステップＳ２１４）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されていないと判定したら（ステップＳ２０９，Ｎｏ）、ステップＳ２１３に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0115】

一方、吐出弁３３４が全開されたと判定したら（ステップＳ２１４，Ｙｅｓ）、始動運転が終了したとみなして、ステップＳ２０７に戻って次の指令を待つ。

【0116】

以上、本実施形態によれば、吐出水の単位時間あたりの流量変化率を安定させることができる。すなわち、従来の吐出弁制御の場合、図８に示すように、吐出弁３３４の各開度で流量変化率が大きく異なってしまい、目標流量に対してフィードバック制御をかけても、なかなか流量が安定しない場合がある。これに対して、本実施形態のように、あらかじめ、流量変化率が略一定になるような第２の弁開閉速度パターンの設定を行っておき、第２の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御することにより、より安定した（流量のハンチングがない）吐出弁制御が可能となる。その結果、送水配管３３３内の流量のハンチングや急激な圧力変動を抑制することができるので、ポンプシステムの安定した運用を図ることができる。

【0117】

さらに、高度処理等に使用するポンプなどでは、吐出流量の急変は、波立ちを含め、吐出側の処理設備に影響を及ぼす等の課題があり、回転速度制御などの高価な設備が必要であったが、本実施形態によれば、簡易に流量変化率を一定に保つことができ、安価な弁制御での対応が可能となる。また、本実施形態によれば、ポンプ３３０の運転状態を判断し、適用用途に応じて吐出弁３３４の制御モードを分けたことによって、各運転時における最適な吐出弁３３４の制御を行うことができるので、より操作性・信頼性の高めることができる。

【0118】

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態と同様に第１又は第２の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御することに加えて、ポンプ３３０がトリップ（電源断）した際には、第３の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御するものである。第１，第２実施形態と重複する箇所については適宜説明を省略する。

【0119】

図１３は、第３実施形態における第３の弁開閉速度パターンの一例を示す図である。図１３において、横軸は、吐出弁３３４の弁開度であり、縦軸は、吐出弁３３４の弁開閉速度（°／ｓｅｃ）である。

【0120】

図１３のグラフ８１０に示すように、吐出弁３３４の第３の弁開度領域（０°〜約２０°）に対しては、約２．０°／ｓｅｃの弁開閉速度が設定されている。また、第３の弁開度領域より大きい吐出弁３３４の第４の弁開度領域（約２０°〜９０°）に対しては、第３の弁開度領域における弁開閉速度より大きい約４．６７°／ｓｅｃの弁開閉速度が設定されている。

【0121】

図１３に示すようにあらかじめ設定された吐出弁３３４の開度ごとの弁の開閉速度（グラフ７１０）は、第３の弁開閉速度パターンを形成する。

【0122】

弁制御部２１４は、ポンプ３３０が始動信号に応じて始動運転をしているか、ポンプ３３０が停止信号に応じて停止運転をしているか、又は、ポンプ３３０が停電による緊急停止信号に応じて緊急停止運転をしているかを判定する。そして、弁制御部２１４は、ポンプ３３０の始動運転時又は停止運転時には、第１の弁開閉速度パターンにしたがって吐出弁３３４の開閉を制御し、緊急停止運転時には、無停電電源２０２を用いて、第３の弁開閉速度パターンにしたがって、吐出弁３３４の開閉を制御する。なお、弁制御部２１４は、これに加えて、ポンプ３３０が通常運転をしているかを判定し、通常運転時には、第２の弁開閉速度パターンにしたがって、吐出弁３３４の開閉を制御することができる。

【0123】

なお、緊急停止運転とは、ポンプ３３０が動作中に停電などが生じた場合に、ポンプ３３０を緊急停止するために、吐出弁３３４を急速に全閉する運転である。

【0124】

本実施形態によれば、例えばポンプ設備の停電などによってポンプトリップが発生した場合に、第４の弁開度領域（大開度領域）においては、第３の弁開度領域（小開度領域）における第３の範囲内の弁開閉速度より大きい第４の範囲内の弁開閉速度によって弁を閉止制御する。これにより、ポンプトリップが発生した場合に、第４の弁開度領域（大開度領域）において急速に弁を閉止制御するとともに、弁が完全に閉止される直前の第３の弁開度領域においては、緩やかに弁を閉止することによって衝撃音の発生などを抑制することができる。また、本実施形態によれば、ポンプトリップ時に、吐出弁３３４を全閉にすることにより、吐出弁３３４を逆止弁として機能させることができる。その結果、従来用いられていた逆止弁を省略することが可能となり、システムの簡素化を図ることができる。

【0125】

なお、図１３の例では、吐出弁３３４の弁開度が約２０°であるところを境に吐出弁３３４の開閉速度が変わる例を示したが、これには限られない。例えば、吐出弁３３４の開度が２０°以下の小開度領域において、吐出弁３３４の開閉速度を変えることもできる。

【0126】

また、図１３では、吐出弁３３４の第３の弁開度領域（０°〜約２０°）に対して弁開閉速度（約２．０°／ｓｅｃ）が固定して設定される例を示したが、これには限られない。例えば、弁開閉速度は、１つの値に固定するのではなく、第３の範囲（例えば、約０．５°／ｓｅｃ以上約４．０°／ｓｅｃ未満）内で流動的に設定することができる。

【0127】

また、図１３では、吐出弁３３４の第４の弁開度領域（約２０°〜９０°）に対して弁開閉速度（約４．６７°／ｓｅｃ）が固定して設定される例を示したが、これには限られない。例えば、弁開閉速度は、１つの値に固定するのではなく、第４の範囲（例えば、約１．０°／ｓｅｃ以上約６．０°／ｓｅｃ未満）で流動的に設定することができる。

【0128】

次に、本実施形態における弁開閉の制御のタイムチャートを説明する。図１４は、第３実施形態における弁開閉の制御のタイムチャートの一例を示す図である。

【0129】

図１４において、横軸は、ポンプ３３０の緊急停止運転における時間経過（動作時間）であり、縦軸は、吐出弁３３４の弁開度である。図１４は、吐出弁３３４が９０°の開度の場合（第４の開度領域にある場合）に緊急停止指令を受信した場合の、緊急停止運転のタイムチャートである。

【0130】

図１４のグラフ８２０に示すように、弁制御部２１４は、緊急停止指令を受信したら、吐出弁３３４を第４の範囲内の弁開閉速度（約４．６７°／ｓｅｃ）で閉止制御する。ここでは、吐出弁３３４にリフト動作があるので、リフト動作中には開度は９０°のままである。リフト動作が終わったら、吐出弁３３４の弁開度は９０°から約２０°まで急速に閉止される。つまり、０秒から２０秒までの間は、急速に吐出弁３３４の閉動作を行うことになる。

【0131】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４の弁開度が約２０°（第３の弁開度領域）まで閉止されたら、この約２０°で所定時間（図１４の例では、２０秒間）、吐出弁３３４の閉止制御を停止する。つまり、２０秒から４０秒までの間は、吐出弁３３４の小開度を維持することになる。

【0132】

そして、弁制御部２１４は、所定時間経過後、第３の範囲内の弁開閉速度（約２．０°／ｓｅｃ）によって吐出弁３３４を閉止制御する。つまり、４０秒から６０秒までの間は、緩やかに吐出弁３３４の閉動作を行うことになる。なお、ここでは、吐出弁３３４にシート動作があるので、５０秒から６０秒までの間は、吐出弁３３４のシート動作が行われる。

【0133】

本実施形態によれば、ポンプトリップにより水撃作用が発生して送水配管３３３の圧力上昇が発生したとしても、吐出弁３３４の開度が第３の弁開度領域まで閉止されたところで吐出弁３３４の閉止制御を所定時間停止するので、この間に、ポンプ３３０の吐出側の圧力をポンプ３３０の吸込側に逃がすことができる。その結果、ポンプ３３０の吐出側の圧力上昇を抑制することができるので、送水配管３３３の破損を防止することができる。

【0134】

次に、第３実施形態におけるポンプの流量制御の方法について説明する。図１５は、第３実施形態におけるポンプの流量制御のフローチャートである。

【0135】

第３実施形態におけるステップＳ３０１〜Ｓ３０６は、第１実施形態におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様であるので、説明を省略する。

【0136】

ステップＳ３０６の後、弁制御部２１４は、ポンプトリップによるポンプ緊急停止指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ３０７）。弁制御部２１４は、ポンプ緊急停止指令を受信したと判定したら（ステップＳ３０７，Ｙｅｓ）、第３の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ３０８）。

【0137】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたか否かを判定する（ステップＳ３０９）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されていないと判定したら（ステップ
Ｓ３０９，Ｎｏ）、ステップＳ３０８に戻って、第３の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0138】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたと判定したら（ステップＳ３０９，Ｙｅｓ）、緊急停止運動が終了したとみなして、処理を終了する。

【0139】

ステップＳ３０７において、弁制御部２１４は、ポンプ緊急停止指令を受信していないと判定したら（ステップＳ３０７，Ｎｏ）、ポンプ停止指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ３１０）。弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信したと判定したら（ステップＳ３１０，Ｙｅｓ）、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ３１１）。

【0140】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたか否かを判定する（ステップＳ３１２）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されていないと判定したら（ステップＳ３１２，Ｎｏ）、ステップＳ３１１に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0141】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全閉されたと判定したら（ステップＳ３１２，Ｙｅｓ）、停止運動が終了したとみなして、処理を終了する。

【0142】

ステップＳ３１０において、弁制御部２１４は、ポンプ停止指令を受信していないと判定したら（ステップＳ３１０，Ｎｏ）、弁開度又は目標流量の指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ３１３）。弁制御部２１４は、弁開度又は目標流量の指令を受信したと判定したら（ステップＳ３１３，Ｙｅｓ）、第２の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ３１４）。

【0143】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達したか、又はポンプ３３０の吐出流量（吐出弁３３４の吐出流量）が目標流量に達したか否かを判定する（ステップＳ３１５）。

【0144】

弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達しておらず、かつ、ポンプ３３０の吐出流量が目標流量に達していないと判定したら（ステップＳ３１５，Ｎｏ）、ステップＳ３１４に戻って、第２の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0145】

一方、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が目標開度に達したか、又はポンプ３３０の吐出流量が目標流量に達したと判定したら（ステップＳ３１５，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０７に戻って次の指令を待つ。

【0146】

ステップＳ３１３において、弁制御部２１４は、弁開度又は目標流量の指令を受信していないと判定したら（ステップＳ３１３，Ｎｏ）、始動運転を行っているものとみなして、第１の弁開閉速度パターンに基づいて吐出弁３３４の開閉を制御する（ステップＳ３１６）。

【0147】

続いて、弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されたか否かを判定する（ステップＳ３１７）。弁制御部２１４は、吐出弁３３４が全開されていないと判定したら（ステップＳ３１７，Ｎｏ）、ステップＳ３１６に戻って、第１の弁開閉速度パターンに基づく吐出弁３３４の開閉制御を行う。

【0148】

一方、吐出弁３３４が全開されたと判定したら（ステップＳ３１７，Ｙｅｓ）、始動運転が終了したとみなして、ステップＳ３０７に戻って次の指令を待つ。

【0149】

本実施形態によれば、ポンプトリップにより水撃作用が発生し、送水配管３３３内に圧力上昇が発生するような場合であっても、吐出弁３３４を全閉付近で緩閉鎖させ、圧力を吸い込み側に逃がすことができるので、送水配管３３３内の圧力上昇を抑え、送水配管３３３の破損を防止することが可能である。また、本実施形態のように、可変速で、任意に設定可能な制御機構を用いたことにより、従来の油圧緩閉式逆止弁等の開閉速度設定が難しい設備に比べ、より確実にシミュレーションによる対策方法（開閉タイミング）を設備の仕様に入れ込むことができ、安全で信頼性の高い設備が構築できる。また、本実施形態によれば、吐出弁３３４の開閉速度の再設定ができることにより、ポンプ増設、増量等による送水量の変更があった場合でも、シミュレーションに合った再設定（開閉タイミング）が可能となり、安全で信頼性の高い設備を構築することができる。

【符号の説明】

【0150】

２０２ 無停電電源
２１０ 受配電・操作制御盤
２１４ 弁制御部（制御部）
３００ ポンプ設備
３２０ 吸込水槽
３３０ ポンプ
３３１ 吸水配管
３３２ 電動機
３３３ 送水配管
３３４ 吐出弁
３３６ モータ（ドライバ）
３５０ 吐出弁ユニット
１０００ ポンプシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】