JP2019002390A - ポンプ装置及びその運転支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ装置において、簡易な構成で、落水の程度ないし可能性の程度を容易に把握できるようにする。【解決手段】 ポンプ装置１０は、羽根車２１とポンプケーシング２０を有するポンプ１３と、ポンプケーシング２０を真空引きすることで当該ポンプケーシング内に液体を吸入させるための真空ポンプ３０と、ポンプケーシング２０内に液体が満たされた状態で羽根車２１を駆動する駆動源１７と、ポンプケーシング２０内の水位を算出するとともに、算出された水位の情報に基づいてポンプの落水度を算出する落水度算出部４３と、算出された落水度の情報を出力表示する表示部４１を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、河川からの流入水等の液体を排水するためのポンプ装置及びその運転支援方法に関する。

河川水等の液体を排水するポンプ装置では、ポンプケーシング内に呼び水をして羽根車を液体に没した後に、当該羽根車を回転させることで、ポンプ装置が起動する。また、羽根車の回転を停止させ、ポンプケーシングに空気を導入してポンプから液体を排出することにより、ポンプ装置を停止することができる。

ポンプ装置の定常運転時において、シール部材の劣化によるシール不良等により、移送すべき液体がその自重によりポンプケーシングから流れ出す（落水が生じる）ことがある。定常運転時に落水が生じると、液体の移送ができなくなるばかりでなく、羽根車の空転により軸受け等が損傷するおそれがある。そこで、ポンプ装置の吸込管に静電容量式または電極式の水位検知器を設け、定常運転時に落水が検知された場合には速やかにポンプ装置の運転を停止することで、落水に伴う装置の損傷を抑制するようにしている。

また、特許文献１に記載のポンプ装置では、ポンプの負荷に応じて変動するパラメータの計測値が第１の設定値に達したときに落水が起こりつつあると判断し、第２の設定値に達したときに落水が起こったと判断することが開示されている。これにより、水位検知器の汚れ等に起因する誤動作を防止し、定常運転時にポンプ内に液体が存在するかどうかを正確に検知することができる。

特許第４８５４４７８号

上記特許文献に記載のポンプ装置では、落水が起こりつつあることを判定するものではあるが、落水に近い状態であれば、落水に達する前に手動または自動でポンプケーシング内を真空引きしてポンプ装置の性能を復帰させることが望ましい。しかしながら、従来技術に係るポンプ装置では、ポンプ装置の作業員において、落水の程度ないし可能性がどの程度であるかを把握することはできなかった。このため、作業員が落水の程度を把握できるように、適切なガイダンスがなされることが望まれていた。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、落水の程度ないし可能性の程度を容易に把握できるようにしたポンプ装置及びその運転支援方法を提供することを目的とする。

本発明に係るポンプ装置は、羽根車とポンプケーシングを有するポンプと、ポンプケーシングを真空引きすることで、ポンプケーシング内に液体を吸入させるための真空ポンプと、ポンプケーシング内に液体が満たされた状態で羽根車を駆動する駆動源と、ポンプケーシング内の水位を算出するとともに、算出された水位の情報に基づいてポンプの落水度を算出する落水度算出部と、算出された落水度の情報を出力表示する表示部とを備えたことを特徴とする。これにより、簡易な構成で、落水の程度ないし可能性の程度を容易に把握することができ、ポンプを停止し、あるいは真空ポンプを起動して満水処理を行うといった措置を講じることが可能となる。

上記構成のポンプ装置において、落水度が閾値を超えた場合に、真空ポンプを起動してポンプケーシングを真空引きすることで復帰処理を行うことが好ましい。落水に至る前に復帰処理を行うようにすることで、落水に伴うポンプ装置の損傷を防止することができる。

さらに、復帰処理が行われた回数をカウントするカウンタを備え、当該カウンタによるカウント値が設定値に達した場合に、表示パネルに警告表示を行うようにすることが好ましい。これにより、例えばポンプケーシングに取り付けられたシーリング部材が劣化したことをポンプ装置の操作者に通知することで、落水のおそれを未然に防止することができる。

本発明に係るポンプ装置の運転支援方法は、羽根車とポンプケーシングを有するポンプを備えたポンプ装置における運転支援方法であって、ポンプケーシングを真空引きすることで、ポンプケーシング内に液体を吸入させるステップと、ポンプケーシング内に液体が満たされた状態で羽根車を駆動するステップと、ポンプケーシング内の水位を算出するとともに、算出された水位の情報に基づいてポンプの落水度を算出する落水度算出ステップと、算出された落水度の情報を出力表示するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で、落水の程度ないし可能性の程度を容易に把握することができる。本発明は、経験の浅いオペレータによってポンプ設備を運転する場合に、特に有効である。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置の構成を示す模式図である。 ポンプ設備の構成を示すブロック図である。 ポンプ装置の動作を説明するフローチャートである。 落水度の表示例を示す説明図である。 別の実施形態に係るポンプ装置の動作を説明するフローチャートである。 別の実施形態に係るポンプ装置の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る横軸ポンプ設備について、図面を参照して説明するが、本発明は横軸（斜流・軸流）ポンプに限定されるものではなく、渦巻ポンプにも適用することができる。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、横軸ポンプ装置１０の構成を示す模式図であり、吸込水槽１１から吐出水槽１２に液体（雨水等の流入水）を移送するポンプ１３と、ポンプ１３と吸込水槽１１とを連通する吸込管１５と、ポンプ１３と吐出水槽１２とを連通する吐出管１６と、ポンプ１３を駆動する駆動源１７と、吐出管１６とポンプ１３とを連結する吐出弁１８とを備えている。

ポンプ１３は、ポンプケーシング２０と、このポンプケーシング２０に収容される羽根車２１を備えている。羽根車２１は、回転軸を介して減速機（動力伝達装置）２２に接続され、この減速機２２は駆動源１７に接続されている。駆動源１７は例えば電動モータであり、図示しない電源から電力が供給されて駆動し、減速機２２を介して羽根車２１を回転駆動する。

吸込管１５は鉛直に伸びており、その吸込口１５ａは吸込水槽１１の内部に位置している。ポンプ１３は、吸込水槽１１の上部に設けられた設置床１１ａの上に設置されており、曲管部を介して吸込管１５と滑らかに連結されている。また、吐出管１６は、吐出水槽１２内で開口する吐出口１６ａを備えており、この吐出口１６ａはポンプ１３よりも低い位置で、かつ吸込口１５ａよりも高い位置にある。吐出口１６ａには、吐出水槽１２に移送された液体の逆流を防止するためのフラップ弁２３が設けられている。

ポンプケーシング２０の上部には、気液分離機構２５を介して、内部に電極棒を有する満水検知器２６が設けられており、この満水検知器２６により、ポンプケーシング２０内が液体で満たされているかが検知される。さらに、ポンプケーシング２０の内部は、満水検知器２６及び吸気弁２７を介して真空ポンプ３０に接続されている。

気液分離機構２５は、旋回防止機構部と気液分離短管から構成されており、例えば特開２０１１−２５６７６９号に記載の構造を備えている。旋回防止機構部は、ポンプ始動時に生じるポンプケーシング２０の内壁に発生する旋回流（水膜）をせき止めて、吸気口に水が流入するのを防止するものであり、気液分離短観は、気液混合水（気液二相流）を分離することで吸気口付近に空気溜りを形成する作用を奏するものである。

上記構成に係るポンプ装置１０を起動するときは、まず、吐出弁１８を全閉した状態で、真空ポンプ３０によりポンプケーシング２０の内部を真空引きして負圧を形成し、吸込管１５内の水位（ポンプ内水位）Ｌｐを上昇させる。そして、ポンプケーシング２０の内部が液体で満たされたことを満水検知器２６により検知されると、駆動部１７が起動して羽根車２１が回転する。その後、吐出弁１８が開かれることで、液体が吸込水槽１１から吐出水槽１２に移送される。

図１に示されるとおり、ポンプ１３は吸込水槽１１の液面位置よりも高い位置に設置されているため、ポンプ装置１０の定常運転中に落水が生じると、ポンプ１３が排水不能に陥ってしまう。このため、ポンプケーシング２０の内部でポンプ１３の中心部とほぼ同じ高さの位置に、落水検知器３１が設けられている。落水検知器３１は、例えば静電容量式、電極式または音叉式のセンサであり、ポンプケーシング２０内の落水の有無を検出する。

ポンプケーシング２０の内部で羽根車２１の上流側には、真空計２４が設けられており、ポンプケーシング２０の真空度を測定する。また、ポンプ装置１０には、吸込水槽１１の水位Ｌｓを計測するための水位計３３が設けられている。ポンプケーシング２０の真空度は、吸込水槽１１の水位Ｌｓとポンプ内水位Ｌｐとの差に起因するから、ポンプ内水位Ｌｐは、ポンプケーシング２０の真空度と吸込水槽１１の水位Ｌｓから算出することができる。

図２は、ポンプ装置１０の電気的構成の概略を示したブロック図であり、上述した電動機１７、吸気弁２７、真空ポンプ３０、落水検知器３１、水位計３３といった各構成要素は、制御部４０に接続されてその動作が制御される。また、ポンプ装置１０には、装置の稼働状況や操作支援情報を表示する表示パネル４１と、操作者によってポンプ１３の起動／停止等の指示、後述する落水度の閾値やカウンタの設定値を含む各種情報を入力するための入力部４２が設けられている。なお、表示パネル４１と入力部４２を、タッチパネルで構成するようにしても良い。

ポンプ装置１０には、ポンプケーシング２０の落水度を算出する落水度算出部４３と、カウンタ４５が設けられている。落水度算出部４３は、例えば、ポンプ内水位Ｌｐが上限値（すなわち、ポンプケーシング２０の内部が全て液体で満たされている状態）を０％と、落水検出器３１にて落水が生じたと判断されるときのポンプ内水位を１００％と定めておき、算出されたポンプ内水位Ｌｐとこれらポンプ内水位の設定値との割合に基づき、落水度を算出することができる。

あるいは、ポンプ装置１０に公知の電流計とトルクメータを追加し、ポンプケーシング２０の内部が全て液体で満たされている状態でのトルクメータのトルク値及び／又は電流値と、落水が生じたときのトルク値及び／又は電流値とを設定値として定めておき、測定されたトルク値とこれら設定値との割合に基づき、落水度を算出するようにしても良い。

カウンタ４５は、後述する落水復帰処理がなされた回数をカウントするものであり、カウント値が設定値に達したときに、制御部４０は、ポンプケーシング２０に取り付けられたシーリング部材（例えば、ポンプケーシング２０と駆動部１７との連結部に取り付けられる漏水防止用の部材）に劣化が生じたと判断し、その旨のメッセージを表示パネル４１に出力表示させる。

図３は、上記構成によるポンプ装置１０の動作を示すフローチャートである。制御部４０によりポンプ１３の起動指令が出されると、真空ポンプ３０が起動されるとともに吸気弁２７が開かれる（ステップＳ１１）。これにより、ポンプケーシング２０及び吸込管１５に負圧が形成され、吸込管１５の水位が徐々に上昇する。その後、ポンプケーシング２０が液体で満たされたことが、満水検知器２６により検出されると（ステップＳ１２）、吸気弁２２が閉じられて真空ポンプ３０が停止し（ステップＳ１３）、同時にポンプ（駆動源１７）が起動する（ステップＳ１４）。その後、ポンプ１３が増速して所定の定格速度に達すると、吐出弁１８が開かれて液体が吐出水槽１２に排水され、ポンプ１３が定常運転となる。

ポンプ１３が定常運転となった後に、落水度算出部４３においてポンプ内水位Ｌｐが算出されるとともに（ステップＳ１５）、算出されたポンプ内水位Ｌｐよりポンプ１３の落水度の算出が行われる（ステップＳ１６）。算出された落水度の情報は、表示パネル４１に表示される。これにより、ポンプ装置１０の操作者は、ポンプ１３の落水の程度を容易に把握することができ、落水防止のための措置（例えば真空ポンプ３０を用いた真空引き）を早い段階で講じることができる。

また、制御部４０では、落水検知器３１による落水検知が行われ（ステップＳ１７）、落水が検知されると、駆動源１７を停止してポンプの運転を中止する（ステップＳ１８）。一方、落水が検知されなかった場合には、制御部４０において、算出された落水度が予め設定された閾値を超えたかどうかの判定が行われる（ステップＳ１９）。判定の結果、落水度が閾値を超えていない場合には、ステップＳ１５に戻されて、落水度の算出が再び行われる。

一方、落水度が閾値を超えた場合（ただし、落水には至っていない場合）には、真空ポンプ３０を起動するとともに吸気弁２７を開き、ポンプケーシング２０内を真空引きすることで、満水処理が自動で行われる（ステップＳ２０）。

満水処理が終了すると、カウンタ４５は、カウント値を１増加して、満水処理が行われた回数をカウントする（ステップＳ２１）。そして、制御部４０は、カウントされた満水処理回数が設定値に達したかどうかを判定し（ステップＳ２２）、達した場合には、ポンプのシーリングが劣化した旨の警告表示を表示パネル４１に出力する（ステップＳ２３）。これにより、ポンプ装置１０の操作者に対して、シーリングが劣化していることを通知することができ、シーリングの交換を早期に促すことができる。

図４は、表示パネル４１に落水度が表示された様子を示す説明図である。表示パネル４１には、落水度算出部４３にて算出された落水度の情報と、カウンタ４５にてカウントされた満水復帰回数の情報が表示されており、ポンプ装置１０の操作者は、これらの情報を確認して、ポンプを停止し、あるいは真空ポンプ３０を起動して満水処理を行うといった措置を講じることが可能となる。

上記実施形態では、満水処理回数が所定値に達したときにメッセージ表示を行う例を説明したが、例えば満水処理に要した時間が閾値を超えた場合にも、メッセージを表示するようにしても良い。図５，６は、満水処理回数または満水処理時間をカウントしてメッセージ表示する例を示したフローチャートであり、図３の例と同じステップに対しては、同じ符番を付して詳細な説明は省略する。

この例では、真空ポンプを起動した際に、真空ポンプが満水に至るまでの時間をカウントし（ステップＳ３１）、当該カウント値（満水時間）が閾値を超えた場合に（ステップＳ３２でＹ）、警告メッセージを表示させる（ステップＳ３３）。ここで表示されるメッセージ内容としては、シーリング部材の劣化（主ポンプ軸封部、主ポンプや主配管の漏れ）、または真空引き系統の異常（真空配管系の漏れ、真空ポンプの機能低下）を示すメッセージが考えられる。

また、自動満水処理（ステップ２０）が行われた際にも、真空ポンプが満水に至るまでの時間をカウントし（ステップＳ３４）、当該カウント値（満水時間）が閾値を超えた場合に（ステップＳ３５でＹ）、警告メッセージを表示させる（ステップＳ３３）。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１０ ポンプ装置
１１ 吸込水槽
１２ 吐出水槽
１３ ポンプ
１５ 吸込管
１７ 駆動源
２０ ポンプケーシング
２１ 羽根車
３０ 真空ポンプ
３１ 落水検出器
４０ 制御部
４１ 表示パネル
４３ 落水度算出部
４５ カウンタ

Claims (4)

1. 羽根車とポンプケーシングを有するポンプと、
   前記ポンプケーシングを真空引きすることで、前記ポンプケーシング内に液体を吸入させるための真空ポンプと、
   前記ポンプケーシング内に液体が満たされた状態で前記羽根車を駆動する駆動源と、
   前記ポンプケーシング内の水位を算出するとともに、算出された水位の情報に基づいて前記ポンプの落水度を算出する落水度算出部と、
   算出された前記落水度の情報を出力表示する表示部と、を備えたことを特徴とするポンプ装置。
2. 前記落水度が閾値を超えた場合に、前記真空ポンプを起動して前記ポンプケーシングを真空引きすることで復帰処理を行うことを特徴とする、請求項１記載のポンプ装置。
3. 前記復帰処理が行われた回数をカウントするカウンタを備え、当該カウンタによるカウント値が設定値に達した場合に、前記表示パネルに警告表示を行うことを特徴とする、請求項２記載のポンプ装置。
4. 羽根車とポンプケーシングを有するポンプを備えたポンプ装置における運転支援方法であって、
   前記ポンプケーシングを真空引きすることで、前記ポンプケーシング内に液体を吸入させるステップと、
   前記ポンプケーシング内に液体が満たされた状態で前記羽根車を駆動するステップと、
   前記ポンプケーシング内の水位を算出するとともに、算出された水位の情報に基づいて前記ポンプの落水度を算出する落水度算出ステップと、
   算出された前記落水度の情報を出力表示するステップと、を備えたことを特徴とする運転支援方法。

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