特開 2024-124595 ポンプ制御装置およびポンプ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124595

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】ポンプ制御装置およびポンプ制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20240906BHJP

   F04B 49/10 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

F04D15/00 J

F04B49/10 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032371

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】小山 良介

(72)【発明者】

【氏名】豊嶋 貞治

(72)【発明者】

【氏名】大内 優

(72)【発明者】

【氏名】原田 知典

(72)【発明者】

【氏名】高尾 亮太

【テーマコード（参考）】

3H020

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H020AA01

3H020AA10

3H020BA02

3H020BA27

3H020CA01

3H020DA01

3H020EA02

3H020EA11

3H145AA12

3H145AA23

3H145BA03

3H145BA28

3H145BA41

3H145CA03

3H145CA12

3H145CA29

3H145DA48

3H145EA13

3H145EA37

(57)【要約】

【課題】簡易にウォーターハンマを防止可能なポンプ制御方法を提供する。
【解決手段】ポンプＰの吐出口側に接続されているすべての配管１０１の配設高さを記憶し、すべての配管１０１に配設されている弁１０２の開閉状態を取得し、開状態の弁１０２が配設されている配管１０１のなかで配設高さが最も高い配管１０１の水頭圧を算出し、ポンプＰの吐出口周辺で検出される水圧が算出した水頭圧と同等の場合に、ポンプＰを起動可能にする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプの吐出口側に接続されているすべての配管の配設高さを記憶する系統情報記憶手段と、
前記すべての配管に配設されている弁の開閉状態を取得し、開状態の弁が配設されている配管のなかで配設高さが最も高い配管の水頭圧を算出し、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等の場合に、前記ポンプを起動可能にする制御手段と、
を備えることを特徴とするポンプ制御装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等でない場合、前記ポンプを起動可能にするとともに、前記ポンプが起動された際に前記開状態の弁を全閉にした後に徐々に開く、
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ制御装置。

【請求項3】

ポンプの吐出口側に接続されているすべての配管の配設高さを記憶し、
前記すべての配管に配設されている弁の開閉状態を取得し、開状態の弁が配設されている配管のなかで配設高さが最も高い配管の水頭圧を算出し、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等の場合に、前記ポンプを起動可能にする、
ことを特徴とするポンプ制御方法。

【請求項4】

前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等でない場合、前記ポンプを起動可能にするとともに、前記ポンプが起動された際に前記開状態の弁を全閉にした後に徐々に開く、
ことを特徴とする請求項３に記載のポンプ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプの起動を制御するポンプ制御装置およびポンプ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、発電所の系統内の水が抜けている状態でポンプを起動すると、水が急激に充圧・昇圧されてウォーターハンマ・水撃が発生し、配管の脱落や機器の損傷などを引き起こすおそれがある。このような問題を解決するために、ポンプの起動時に運転員が出口弁を徐々に開けて急激な昇圧を防止する、という方法が知られていた。

【0003】

また、簡易な機構でウォーターハンマの発生を長期にわたって防止できる、といウォーターハンマ防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ケースに一次通水路が貫通され、ケースに摺動自在に内装されたピストンと、ピストンを摺動方向の一方に付勢するバネ部材とを有する。そして、一次通水路を流れる水の水圧でピストンが他方に摺動すると、一次通水路を流れる水が流入可能な二次通水路が生じるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－３５７２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、発電所内には、多数のポンプや配管・水路、出口弁などが配設されている。このため、ポンプの起動時にすべての出口弁を徐々に開ける、という操作を行うには労力と時間を要し、しかも、起動頻度が多い機器では、その都度運転員が対応しなければならず、多大な労力と時間を要する。また、特許文献１の装置では、すべての配管・水路に装置を配設する必要があり、大規模な設備改造が必要で多大な費用や時間を要してしまう。

【0006】

そこで本発明は、簡易にウォーターハンマを防止可能なポンプ制御装置およびポンプ制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ポンプの吐出口側に接続されているすべての配管の配設高さを記憶する系統情報記憶手段と、前記すべての配管に配設されている弁の開閉状態を取得し、開状態の弁が配設されている配管のなかで配設高さが最も高い配管の水頭圧を算出し、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等の場合に、前記ポンプを起動可能にする制御手段と、を備えることを特徴とするポンプ制御装置である。

【0008】

請求項２の発明は、請求項１に記載のポンプ制御装置において、前記制御手段は、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等でない場合、前記ポンプを起動可能にするとともに、前記ポンプが起動された際に前記開状態の弁を全閉にした後に徐々に開く、ことを特徴とする。

【0009】

請求項３の発明は、ポンプの吐出口側に接続されているすべての配管の配設高さを記憶し、前記すべての配管に配設されている弁の開閉状態を取得し、開状態の弁が配設されている配管のなかで配設高さが最も高い配管の水頭圧を算出し、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等の場合に、前記ポンプを起動可能にする、ことを特徴とするポンプ制御方法である。

【0010】

請求項４の発明は、請求項３に記載のポンプ制御方法において、前記ポンプの吐出口周辺で検出される水圧が前記水頭圧と同等でない場合、前記ポンプを起動可能にするとともに、前記ポンプが起動された際に前記開状態の弁を全閉にした後に徐々に開く、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、ポンプに接続され弁が開いている配管のなかで最も高い位置にある配管による計算上の水頭圧と、ポンプの吐出口周辺で検出された水圧とが同等の場合には、水が送られるすべての配管に水が満たされていると判断され、ポンプが起動可能となる。つまり、すべての配管に水が満たされていれば、ウォーターハンマが発生しないためポンプを起動でき、すべての配管に水が満たされていなければ、ポンプを起動できなくなり、ウォーターハンマを防止することができる。

【0012】

このように、ポンプを起動する事前にウォーターハンマを防止することができるため、運転員による対応・操作を削減することが可能となる。また、最も高い位置にある配管による水頭圧を算出し、ポンプの吐出口周辺の水圧を検出・計測するだけでよいため、多くの配管、弁が配設されていても簡易にウォーターハンマを防止することが可能で、しかも、既存の設備にも容易に適用することが可能である。

【0013】

請求項２および請求項４に記載の発明によれば、算出した水頭圧と検出された水圧とが同等でない場合、つまり、水が送られるすべての配管に水が満たされていないと判断される場合には、ポンプが起動可能になり、起動された際に弁が徐々に開らかれる。このため、配管に水が満たされていなくても、急激な昇圧・充圧が防止され、ウォーターハンマを防止することが可能となる。

【0014】

しかも、請求項２に記載の発明によれば、自動的に弁が徐々に開らかれるため、運転員による対応・操作を削減することが可能になるとともに、多くの配管、弁が配設されていても、迅速に対応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明の実施の形態に係るポンプ制御装置の配設状態を示す概略構成図である。

【図2】図１のポンプ制御装置を示す概略構成ブロック図である。

【図3】図１のポンプ制御装置の制御動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0017】

図１は、この発明の実施の形態に係るポンプ制御装置１の配設状態を示す概略構成図である。このポンプ制御装置１は、ポンプＰの起動を制御などする装置であり、この実施の形態では、発電所のポンプＰを制御する場合について説明するが、その他の施設・建物のポンプＰにも適用できることは勿論である。また、ポンプＰで水を送る場合について説明するが、水以外の液体であってもよい。

【0018】

ここで、発電所には、多数のポンプＰが配設され、各ポンプＰの吐出口側には、単数または複数の配管１０１が接続され、各配管１０１には弁１０２が配設されている。そして、ポンプＰが起動すると、タンク１０３内の水が吸い上げられて各配管１０１に送られ、開状態の弁１０２を介して給水されるようになっている。

【0019】

また、弁１０２は、遠隔で開閉制御可能なものであり、例えば、電磁弁で構成され、後述するように、ポンプ制御装置１からの徐開信号などに応じて開閉可能となっている。さらに、弁１０２の開閉状態を後述するポンプ制御装置１の弁制御部５から取得、監視できるようになっている。なお、弁１０２の開閉をすべてポンプ制御装置１で制御する場合には、開閉状態を弁１０２から取得しなくてもポンプ制御装置１で認識することが可能となる。

【0020】

このようなポンプＰの給水系統に対してポンプ制御装置１が配設されている。この実施の形態では、１つのポンプＰの給水系統に対して１つのポンプ制御装置１が配設されている場合について説明するが、複数のポンプＰの給水系統に対して１つのポンプ制御装置１を配設し、１つのポンプ制御装置１で複数のポンプＰなどを制御するようにしてもよい。

【0021】

また、ポンプＰの吐出口周辺には圧力計２が配設され、ポンプＰの吐出口周辺の水圧（ポンプＰに実際にかかる水頭圧）を検出、計測するようになっている。この圧力計２は、既存の給水系統に配設されていればこれを利用すればよいし、配設されていない場合には、ポンプ制御装置１とともに配設される。

【0022】

ポンプ制御装置１は、圧力計２、ポンプＰおよび各弁１０２と通信自在に接続され、図２に示すように、主として、系統情報記憶部（系統情報記憶手段）３と、起動制御部（制御手段）４と、弁制御部（制御手段）５と、これらを制御などする中央処理部（制御手段）６と、を備える。

【0023】

系統情報記憶部３は、各ポンプＰに接続されているすべての配管１０１の配設高さを含む、系統情報を記憶するメモリ・記憶装置である。すなわち、各ポンプＰに対して、接続されているすべての配管１０１の識別情報、ポンプＰの吐出口からの各配管１０１の配設高さ（水が満たされる最高高さ）、各配管１０１に配設されている弁１０２の識別情報などが、系統情報として記憶されている。

【0024】

起動制御部４は、ポンプＰを起動制御するための制御回路・インターフェイスであり、中央処理部６からの制御指令に応じて、後述するように、ポンプＰに起動信号を送信したりする。

【0025】

弁制御部５は、各弁１０２の開閉状態を取得したり、各弁１０２を開閉制御したりするための制御回路・インターフェイスであり、中央処理部６からの制御指令に応じて、後述するように、各弁１０２に徐開信号などを送信したりする。

【0026】

中央処理部６は、ポンプＰの起動によって水が送られる・流れる範囲（水張り範囲）に、水が満たされているか否かを判定して、起動制御部４や弁制御部５に制御指令を送信したりする中央制御部である。すなわち、水張り範囲に水が満たされている場合にポンプＰを起動しても、ウォーターハンマ・水撃が発生しないため、ポンプＰの起動に許可する（そのまま起動させたりする）。一方、水張り範囲に水が満たされていない場合にポンプＰを起動すると、ウォーターハンマ・水撃が発生するため、ポンプＰの起動にインターロックをかける（起動させない）、あるいは、ポンプＰの起動の際に弁１０２を徐々に開けるものである。

【0027】

具体的には、図３に示すように、まず、ポンプＰの吐出口側に接続されているすべての配管１０１に配設されている弁１０２の開閉状態を取得する（ステップＳ１）。次に、水張り範囲のなかで配設高さが最も高い配管１０１の水頭圧を算出する（ステップＳ２）。すなわち、弁１０２が開状態である配管１０１のなかで、配設高さが最も高い配管１０１の高さを系統情報記憶部３の系統情報から検索、取得し、その最高高さによる水頭圧（ポンプＰの吐出口周辺にかかるべき水圧）を算出する。具体的には、水の比重、最高高さ、配管１０１の面積などに基づいて算出されるポンプＰの吐出口周辺にかかるべき重量・荷重を、ポンプＰの吐出口周辺の面積で除算して算出する。

【0028】

一方、圧力計２で検出、計測されたポンプＰの吐出口周辺の水圧、つまり、ポンプＰの吐出口周辺に実際にかかっている水頭圧の計測値を取得する（ステップＳ３）。続いて、ステップＳ２で算出した水頭圧の算出値と、ステップＳ３で取得した水頭圧の計測値とが同等か否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、算出値と計測値とが同等とは、算出値と計測値との差が所定の範囲内であり、水張り範囲に水が満たされていると考えられることを意味する。例えば、算出値と計測値との差が、計算上や計測上の誤差範囲である場合や、算出値が計測値よりも高い場合には、同等であると判定される。

【0029】

なお、前回のポンプ起動時の圧力が配管１０１内に残っている（系統内の弁１０２が閉まって配管１０１内の水が一切抜けずに充圧されたままになっている）場合、配管内圧力（ポンプＰの吐出圧）が算出値以上になる可能性もあるため、計測値が算出値と同等以上の場合も含まれる。

【0030】

そして、算出値と計測値とが同等の場合（ステップＳ４で「Ｙ」の場合）、ポンプＰを起動可能（起動許可）にする（ステップＳ５）。すなわち、ポンプＰの起動にインターロック・動作ロックをかけずに、無条件にポンプＰを起動できる状態にしたり、ポンプＰに起動信号を送信して起動させたりする。

【0031】

一方、算出値と計測値とが同等でない場合（ステップＳ４で「Ｎ」の場合）には、ポンプＰの起動を制限する（ステップＳ６）。ここで、制限には、次のような制御・動作を含む。第１に、ウォーターハンマが生じるおそれがあることを、例えば、発電所の監視センタの端末や運転員の端末などに表示、知らせる。第２に、ポンプＰの起動にインターロックをかけてポンプＰを起動できないようにする。第３に、ポンプＰを起動可能にするとともに、ポンプＰが起動された際に開状態の弁１０２を全閉にした後に徐々に開いたりする（弁１０２に全閉信号を送信した後に徐開信号を送信する）ことが含まれる。また、これらのうち、どのような制限・動作を行うかは、予めポンプＰごとに固定的に選択・設定するようにしてもよいし、任意のポンプＰに対して任意のタイミングで選択・変更できるようにしてもよい。

【0032】

このように、計算によるポンプＰの吐出口周辺の水頭圧と、実際に計測されたポンプＰの吐出口周辺の水頭圧が同等でない場合には、水張り範囲に水が満たされておらず、ウォーターハンマが発生するおそれがあるとして、ポンプＰの起動にインターロックなどをかけるものである。

【0033】

このような制御は、どのようなタイミングで行ってもよいが、例えば、ポンプＰの起動要求が入力された場合（ポンプＰの起動ボタンがオンされた場合）に、対象のポンプＰに対して上記のような制御を行ってもよい。すなわち、計算による水頭圧と実際の水頭圧とが同等の場合には、そのままポンプＰを起動させ、同等でない場合には、ポンプＰを起動させなかったり、ポンプＰを起動させると同時に弁１０２を徐々に開いて、ウォーターハンマの発生を防止したりする。

【0034】

また、上記のような制御を定期的に行ってもよい。すなわち、すべてのポンプＰに対して、定期的に水頭圧の計算値と実測値とが同等であるか否かを判定し、同等でない場合に、インターロックをかけたり、同等でないことを記憶したりすることを繰り返す。そして、特定のポンプＰの起動要求が入力された場合に、そのポンプＰに対する直前の判定結果に基づいて、ポンプＰをそのまま起動させたり、ポンプＰの起動をロックしたり、ポンプＰを起動させると同時に弁１０２を徐々に開いたりする。

【0035】

次に、この発明の実施の形態に係るポンプ制御方法について説明するが、基本的には、上記の図３に示すポンプ制御装置１の制御動作と同等な制御方法となる。

【0036】

すなわち、まず、各ポンプＰの吐出口側に接続されている全配管１０１の配設高さを記憶する。次に、制御対象のポンプＰに接続されている全配管１０１の弁１０２の開閉状態を取得し、開状態の弁１０２が配設されている配管１０１のなかで配設高さが最も高い配管１０１による水頭圧を算出する。また、ポンプＰの吐出口周辺の水頭圧を計測・実測し、水頭圧の算出値と計測値とが同等か否かを判定する。その結果、同等の場合には、ポンプＰを起動可能にし、同等でない場合には、ポンプＰを起動しないようにしたり、ポンプＰを起動すると同時に弁１０２を徐々に開いたりする。

【0037】

以上のように、このような構成のポンプ制御装置１およびポンプ制御方法によれば、ポンプＰに接続され弁１０２が開いている配管１０１のなかで最も高い位置にある配管１０１による計算上の水頭圧と、ポンプＰの吐出口周辺の実際の水頭圧とが同等の場合には、水が送られるすべての配管１０１（水張り範囲）に水が満たされていると判断され、ポンプＰが起動可能となる。つまり、すべての配管１０１に水が満たされていれば、ウォーターハンマが発生しないためポンプＰを起動でき、すべての配管１０１に水が満たされていなければ、ポンプＰを起動できなくなったりして、ウォーターハンマを防止することができる。

【0038】

このように、ポンプＰを起動する事前にウォーターハンマを防止することができるため、運転員による対応・操作を削減することが可能となる。また、最も高い位置にある配管１０１による水頭圧を算出し、ポンプＰの吐出口周辺の水圧を検出・計測するだけでよいため、多くの配管１０１、弁１０２が配設されていても簡易にウォーターハンマを防止することが可能で、しかも、既存の設備にも容易に適用することが可能である。

【0039】

また、算出上の水頭圧と検出された実際の水頭圧とが同等でない場合、つまり、水が送られるすべての配管１０１に水が満たされていないと判断される場合には、ポンプＰが起動可能になるとともに、起動された際に弁１０２が徐々に開らかれる場合がある。この場合、配管１０１に水が満たされていなくても、急激な昇圧・充圧が防止され、ウォーターハンマを防止することが可能となる。

【0040】

しかも、ポンプ制御装置１によれば、自動的に弁１０２が徐々に開らかれるため、運転員による対応・操作を削減することが可能になるとともに、多くの配管１０１、弁１０２が配設されていても、迅速に対応することが可能となる。

【0041】

以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ポンプＰの起動制限のひとつとして、所定の端末に知らせることを例示したが、ポンプＰの起動ボタンの周辺に警報ランプを設けて、これを点灯・点滅させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ ポンプ制御装置
２ 圧力計
３ 系統情報記憶部（系統情報記憶手段）
４ 起動制御部（制御手段）
５ 弁制御部（制御手段）
６ 中央処理部（制御手段）
Ｐ ポンプ
１０１ 配管
１０２ 弁

【図1】

【図2】

【図3】