ポンプの制御方法及びその制御装置
【課題】構造の簡単化を図りつつ、液体の排水時間の短縮化とキャビテーション発生の抑制とを両立できるポンプの制御方法及びその制御装置を提供する。
【解決手段】バラストタンク４に対して注排水するためのポンプ１の吐出側に接続された吐出弁５と、吸込圧センサ２と、吐出圧センサ３と、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔに基づいて吐出弁５を制御する制御器１０とを備え、制御器１０は、流量演算手段１１と、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈとキャビテーション判定特性線Ｌｃと復帰判定特性線Ｌｓとを記憶した特性記憶手段１２と、作動状態Ｘが吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態になるまで吐出弁５を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段１３を有している。
【解決手段】バラストタンク４に対して注排水するためのポンプ１の吐出側に接続された吐出弁５と、吸込圧センサ２と、吐出圧センサ３と、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔに基づいて吐出弁５を制御する制御器１０とを備え、制御器１０は、流量演算手段１１と、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈとキャビテーション判定特性線Ｌｃと復帰判定特性線Ｌｓとを記憶した特性記憶手段１２と、作動状態Ｘが吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態になるまで吐出弁５を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段１３を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの制御方法及びその制御装置に関し、特にタンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オイルタンカー等の油槽船では、プロペラ没水深度の確保や空荷時における安全航行の確保のために複数のバラストタンクを設け、貨油管や貨油ポンプ等の貨油管系設備とは分離されたバラスト注排水専用のバラスト管系設備を有している。これにより、出港前にバラスト水（海水）を注水して喫水を形成することができ、荷役中のバラスト水の排水や航海中のバラスト水の入替えを行なうことができる。
【０００３】
ポンプの吸込性能を評価する数値としてＮＰＳＨ（Net Positive Suction Head）が使用され、このＮＰＳＨには、実際上利用できる有効吸込ヘッド（NPSH Available）と、ポンプ自身の性能によって固有の値である必要吸込ヘッド（NPSH Required）とがある。
注排水用ポンプは、運転中に必要吸込ヘッドの値が有効吸込ヘッドの値を超えると、インペラにキャビテーションが発生して、ポンプの全揚程、流量及びポンプ効率が急激に低下し、騒音や振動、更には、インペラ周辺に潰食による破損を生じることが知られている。特に、前記の貨油ポンプやバラストポンプのような高速且つ大容量のポンプでは、小型のポンプに比べてキャビテーションが発生する可能性が高く、キャビテーション損傷の対策が深刻な課題である。
【０００４】
特許文献１のポンプの運転制御装置は、回転数を制御可能なポンプの吸込側に設けられた吸込タンクと、ポンプ揚液から気体を分離する置換室と、置換室のポンプ揚液を吸込タンクに還流させる再循環弁と、必要吸込ヘッドと有効吸込ヘッドを演算すると共にポンプ回転数と吐出弁開度と再循環弁開度とを制御するコントローラとを備え、ポンプ運転時、吸込タンクの液位に基づき吐出弁の開度を絞り側に制御することにより、必要吸込ヘッドが有効吸込ヘッドを超えないようにポンプの吐出流量を調節している。
【０００５】
また、油槽船のように大容量のポンプが必要とされる場合、回転数が一定に維持された、所謂定格回転数ポンプを備えた注排水設備が用いられている。このような注排水設備では、タンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁と、ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧センサと、ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧センサと、両センサにより検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御器とを備えている。
【０００６】
図６は、本願出願人が採用してきた注排水制御に関するものであり、前記制御器は、タンクの液位（有効吸込ヘッド相当）がポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎにより代替え可能であることを利用して、吸込圧Ｐｉｎとポンプの吐出流量Ｑとをパラメータとして夫々予め設定した、必要吸込ヘッド特性線Ｌｈと、この必要吸込ヘッド特性線Ｌｈから第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線Ｌｃと、このキャビテーション判定特性線Ｌｃよりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線Ｌｓとを記憶している。そして、検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて演算された現在のポンプ流量Ｑと吸込圧Ｐｉｎとで決まるポンプの作動状態が、吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、制御器は、作動状態が復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整し、その後、この調整制御を繰り返し行なっている。
【０００７】
前記調整制御で使用される復帰判定特性線Ｌｓは、タンクが水平状態のとき検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態からタンクが水平状態に復帰した場合、更には、船体復帰時の反動により反対側へタンクが傾斜した傾斜状態の場合でも、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎ（有効吸込ヘッド）が必要吸込ヘッド特性線Ｌｈを下回ることがないように、航行中の船体の揺動を考慮した設計条件に基づいた第２許容幅を用いて設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２７１６８２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のポンプの運転制御装置では、ポンプ回転数と吐出弁開度と再循環弁開度とを統合制御することにより、キャビテーションの抑制を自動制御することが可能である。
しかし、コントローラに与える制御条件が多く、そのための計測機器が増加するため、構造が複雑化し、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で不利になる虞がある。しかも、注排水作業の効率化のためにポンプの吐出流量を増加した場合、キャビテーションが発生する可能性が高まり、適正な吐出弁の開度調整が困難である。
【００１０】
図６に示した注排水制御では、制御条件を検出する計測機器が少なく、吐出弁のみの調整制御であるため、簡単な構造でキャビテーションの発生を抑制することが可能である。
しかし、作動状態が吸込圧の減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整しているため、ポンプの吐出流量が大幅に減少し、排水時間が長期化する虞がある。特に、オイルタンカー等の油槽船では、バラスト水の排出に数十時間要するため、排水時間の長期化は、日程や安全航行に影響を与えることが懸念される。
【００１１】
ポンプの吐出流量を増すため、前記復帰判定特性線をキャビテーション判定特性線Ｌｃから第２許容幅よりも小さな許容幅だけ離隔させて設定することも可能である。しかし、航行中の船体は揺動しているため、許容幅を小さくした場合、キャビテーション発生の虞がある。即ち、船体の揺動が大きなとき、タンクが水平状態において検出される吸込圧よりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧がキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した場合、復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整中、或いは、調整後に、船体が反動により反対側へ傾斜した状態になることがある。このとき、キャビテーション判定特性線Ｌｃから離隔した許容幅が小さな復帰判定特性線Ｌｓを用いた調整制御を実行した場合、吐出弁を絞り側（復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態）に調整したにも拘わらず、ポンプ吸込側の吸込圧の増加が不足し、吸込圧が急激に低下した結果、吸込圧が必要吸込ヘッド特性線を下回る虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、構造の簡単化を図りつつ、液体の排水時間の短縮化とキャビテーション発生の抑制とを両立できるポンプの制御方法及びその制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１のポンプの制御方法は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法において、前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを予め設定して特性記憶手段に記憶しておき、吸込圧検出手段により検出したポンプ吸込側の吸込圧と、吐出圧検出手段により検出したポンプ吐出側の吐出圧とを用いて現在の流量を演算する第１工程と、前記現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達したか否か判定する第２工程と、前記第２工程で肯定判定された際に、前記作動状態が前記復帰判定特性線に達するまで吐出弁を絞り側へ調整する第３工程と、前記第３工程の後に前記作動状態が前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する第４工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項２のポンプの制御装置は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御装置において、前記ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧検出手段と、前記ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、前記両検出手段により検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出された吸込圧と吐出圧に基づいて現在の流量を演算する流量演算手段と、前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして夫々予め設定した、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを記憶した特性記憶手段と、前記流量演算手段で演算された現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達した際に前記復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整した後、前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ポンプを制御する制御条件が少なく且つそのための計測機器も少ないため、設備の構造を簡単化でき、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で有利である。ポンプの作動状態が吸込圧の減少に応じてキャビテーション判定特性線に達したとき、復帰判定特性線とキャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態（目標安定流量）になるまで吐出弁を絞り側へ調整するため、復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整したときのポンプ流量に比べてポンプ流量の減少幅を抑制でき、排水時間を短縮化することができる。
【００１６】
また、吐出弁を復帰判定特性線とキャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態に調整する前段階において、吐出弁を一旦目標安定流量に対応した作動状態よりも絞り側の作動状態に調整することができる。それ故、タンクが水平状態において検出される吸込圧よりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧がキャビテーション判定特性線に達し、船体が反動により反対側へ傾斜した傾斜状態になった場合でも、前記作動状態よりも絞り側で且つ目標安定流量よりも絞り側の調整期間を形成することができるため、ポンプ吸込側の吸込圧の低下を抑えることができ、吸込圧が必要吸込ヘッド特性線を下回ることによるキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、前記絞り側の調整期間において、吐出弁を復帰判定特性線上の作動状態に調整しているため、吐出弁の調整制御を簡単化でき、キャビテーションの発生を一層抑制することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、基本的に、請求項１の発明と同様の効果を奏するポンプの制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係るポンプの制御装置の全体構成図である。
【図２】実施例１に係るポンプの特性線図を示し、（ａ）は全揚程とポンプ流量との関係式、（ｂ）は必要吸込ヘッドとポンプ流量との関係式を示す図である。
【図３】吐出弁調整制御のフローチャートである。
【図４】実施例１に係るポンプの調整制御の作動状態を示す図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】従来のポンプの調整制御の作動状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、タンカーのバラスト管系設備のポンプの制御装置に適用した実施例に基づいて説明する。尚、以下の説明は、ポンプの制御方法の説明を含むものである。
【００２０】
図１に示すように、このポンプ１の制御装置は、ポンプ１の吸込側の吸込圧Ｐｉｎを検出する吸込圧センサ２（吸込圧検出手段）と、ポンプ１の吐出側の吐出圧Ｐｏｕｔを検出する吐出圧センサ３（吐出圧検出手段）と、制御器１０（制御手段）とを備え、海水（液体）を貯留するバラストタンク４（タンク）に対して注排水するためのポンプ１の吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁５を、バラストタンク４から海水排出時にキャビテーションが発生しないように制御している。このバラストタンク４は、１又は複数、例えば、船体の左右舷夫々に複数設けられ、各バラストタンク４がポンプ１に対して並列状に接続されている。
【００２１】
ポンプ１は、常時水面下に位置するように配置された吐出口６とバラストタンク４の下部近傍位置とを接続する接続配管７の途中部に設けられている。このポンプ１は、一定回転数で回動される定格回転数ポンプであり、一方向にのみ吐出可能に構成されている。それ故、ポンプ１は、吐出方向切替回路（図示略）を介して接続管管７に接続され、バラストタンク４から排水後において、海水を吸引してバラストタンク４に注水するとき、吐出方向切替回路を操作して海水の流れる方向を逆方向に変更している。
【００２２】
制御器１０は、吸込圧センサ２と吐出圧センサ３と吐出弁５とに夫々電気的に接続され、両センサ２，３により検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて吐出弁５の開度を調整可能に構成されている。この制御器１０は、マイクロコンピュータを有し、流量演算手段１１と、特性記憶手段１２と、吐出弁調整制御手段１３とを備えている。
流量演算手段１１は、検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて現在のポンプ１の吐出流量Ｑを演算している。全揚程Ｈとポンプ流量Ｑとの関数ｆ（Ｈ）が予め特性記憶手段１２に記憶されているため（図２（ａ）参照）、流量演算手段１１は、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとの圧力差に基づいて全揚程Ｈを算出し、この全揚程Ｈから関数ｆ（Ｈ）を用いて現在の流量Ｑを演算している。
【００２３】
図２，図４，図５に示すように、特性記憶手段１２には、前述した全揚程Ｈとポンプ流量Ｑとの関数ｆ（Ｈ）と、ポンプ１の性能から予め設定されるポンプ流量Ｑと必要吸込ヘッドｈとの関数ｆ（Ｑ）と、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈと、キャビテーション判定特性線Ｌｃと、復帰判定特性線Ｌｓとが予め記憶されている。
【００２４】
有効吸込ヘッドは、ポンプ１の基準面において、液体が持つ全圧が液体のその温度における飽和蒸気圧よりもいくら高いかをヘッド（水頭）を用いて表したものであり、本実施例では、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎが有効吸込ヘッドに相当している。これにより、必要吸込ヘッドｈに相当するＮＰＳＨ特性線Ｌｈは、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎとポンプ１の吐出流量Ｑをパラメータとして、関数ｆ（Ｑ）に基づき予め設定することができる。それ故、キャビテーション判定特性線Ｌｃは、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈから第１許容幅、例えば、ヘッド換算にて０．５ｍ相当流量減少側に離隔させて設定し、復帰判定特性線Ｌｓはキャビテーション判定特性線Ｌｃから第２許容幅、例えば、ヘッド換算にて０．５ｍ相当流量減少側に離隔させて設定している。尚、第２許容幅は、バラストタンク４が水平状態のとき検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態から船体復帰時の反動により反対側へタンクが傾斜した傾斜状態の場合でも、ポンプ吸込側の吸込圧ＰｉｎがＮＰＳＨ特性線Ｌｈを下回ることがないように予め実験値に基づき設定されている。
【００２５】
吐出弁調整制御手段１３は、流量演算手段１１で演算された現在流量Ｑと検出された吸込圧Ｐｉｎとから決まるポンプ１の作動状態Ｘが、吸込圧Ｐｉｎ（有効吸込ヘッド）の減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の目標安定流量Ｑｔｎ（但し、ｎ＝１，２…）に対応した作動状態になるまで吐出弁５を開き側へ調整するように構成されている。これにより、ポンプ１を目標安定流量Ｑｔｎに調整する前に、目標安定流量Ｑｔｎよりもポンプ流量を絞った調整期間を確保することができる。
【００２６】
次に、図３の吐出弁調整制御のフローチャート及び図４，図５の説明図に基づき、ポンプ１の流量調整の処理手順について具体的に説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は各ステップを示す。
【００２７】
まず、Ｓ１にて、バラストタンク４からの排水開始と同時に、吸込圧センサ２で検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧センサ３で検出された吐出圧Ｐｏｕｔとを夫々読み込み、Ｓ２へ移行する。Ｓ２では、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとから全揚程Ｈを算出し、関数ｆ（Ｈ）を用いて現在のポンプ流量Ｑを演算する。
図５に示すように、作動状態Ｘは現在のポンプ流量Ｑと吸込圧Ｐｉｎとから決定することができ、処理開始時において、作動状態Ｘ（Ｑ，Ｐｉｎ）は、初期流量Ｑ１を維持した状態において吸込圧Ｐｉｎは徐々に減少する。
【００２８】
Ｓ３では、作動状態Ｘが吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したか否か判定している。Ｓ３の判定の結果、作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、所定の速度で吐出弁５を閉操作し（Ｓ４）、作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達していないとき、Ｓ１へリターンする。
図５に示すように、吸込圧Ｐｉｎの減少により作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ１（Ｑ１，Ｐ１）に達したとき、吐出弁５を絞り側に閉操作する。作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ１（Ｑ１，Ｐ１）に達していないときは、現在の流量Ｑ１を維持した状態で排水を継続する。
【００２９】
Ｓ５では、作動状態Ｘが吐出弁５の閉操作に応じて復帰判定特性線Ｌｓに達したか否か判定している。Ｓ５の判定の結果、作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓに達したとき、目標安定流量Ｑｔｎを決定し（Ｓ６）、作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓに達していないとき、Ｓ４へリターンする。図５に示すように、吐出弁５の閉操作により作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓ上の点Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）に達したとき、吐出弁５の閉操作を停止し、目標安定流量Ｑｔｎを演算している。作動状態Ｘが復帰判定特性線ＬＳ上の点Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）に達していないとき、吐出弁５の閉操作を継続すし、ポンプの流量減少幅を増加する。
【００３０】
Ｓ６では、目標安定流量Ｑｔｎを演算する。
本実施例では、目標安定流量Ｑｔｎを次式（１）により演算する。
Ｑｔｎ＝（Ｑｎ＋Ｑ（ｎ＋１））／２ … （１）
（ｎ＝１，２，３…）
図５に示すように、目標安定流量Ｑｔ１は（Ｑ１＋Ｑ２）／２に設定され、この目標安定流量Ｑｔ１になるように吐出弁５が開操作される（Ｓ７）。
【００３１】
Ｓ８では、吐出弁５の開操作によって、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応した作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達したか否か判定する。
図５に示すように、Ｓ８の判定の結果、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達したとき、吐出弁５の開操作を停止する。Ｓ８の判定の結果、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達していないとき、Ｓ７にリターンして吐出弁５の開操作を継続する。
【００３２】
図５に示すように、目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達した後、ポンプ１の目標安定流量Ｑｔ１を維持し（Ｓ９）、リターンする。これにより、吐出弁５を作動状態Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）を経由して目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に調整するため、目標安定流量Ｑｔ１よりも絞り側の調整期間を形成することができる。
【００３３】
図５に示すように、Ｓ９の後、作動状態Ｘは、目標安定流量Ｑｔ１を維持した状態で吸込圧Ｐｉｎが徐々に減少するため、作動状態Ｘ（Ｑ，Ｐｉｎ）がキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ４（Ｑｔ１，Ｐ３）に達したとき、吐出弁５を絞り側に閉操作する。以下、前述の調整制御が繰り返され、吐出弁５を作動状態Ｘ５（Ｑ３，Ｐ３）を経由して目標安定流量Ｑｔ２に対応した作動状態Ｘ６（Ｑｔ２，Ｐ４）に調整するため、目標安定流量Ｑｔ２よりも絞り側の調整期間を形成することができる。これらの調整制御が、バラストタンク４が所定の貯留量になるまで繰り返される。
【００３４】
次に、本ポンプの制御装置の作用・効果について説明する。
本ポンプの制御装置によれば、ポンプ１を制御する制御条件が少なく且つそのための計測機器も少ないため、設備の構造を簡単化でき、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で有利である。ポンプ１の作動状態が吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６になるまで吐出弁５を絞り側へ調整するため、復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態Ｘ２，Ｘ５になるまで吐出弁５を絞り側へ調整したときのポンプ流量Ｑに比べてポンプ流量Ｑの減少幅を抑制でき、排水時間を短縮化することができる。
【００３５】
また、図４，図５に示すように、吐出弁５を復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６に調整する前段階において、吐出弁５を作動状態Ｘ３，Ｘ６よりも絞り側の作動状態Ｘ２，Ｘ５に調整することができる。それ故、バラストタンク４が水平状態において検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧Ｐｉｎがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達し、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後に、船体が反動により反対側へ傾斜した傾斜状態になった場合でも、前記作動状態Ｘ３，Ｘ６よりも絞り側で且つ目標安定流量Ｑｔ１，Ｑｔ２よりも絞り側の調整期間を形成することができるため、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎの低下を抑えることができ、吸込圧Ｐｉｎが必要吸込ヘッド特性線Ｌｈを下回ることによるキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、前記絞り側の調整期間において、吐出弁２を復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態Ｘ２，Ｘ５に調整しているため、吐出弁５の調整制御を簡単化でき、キャビテーションの発生を一層抑制することができる。
【００３６】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、バラスト注排水用ポンプの例を説明したが、貨油ポンプ等にも適用することができる。また、船舶分野に限ることなく、他の分野のポンプ制御にも適用しても良い。
【００３７】
２〕前記実施例においては、吸込圧の減少により作動状態がキャビテーション判定特性線上に達したときから作動状態が復帰判定特性線上に達するときまで、吐出弁の閉操作を吸込圧を一定にした例を説明したが、少なくとも、絞り側の調整期間を形成することができればよく、吐出弁の閉操作に伴い吸込圧が増加するような閉操作であっても良い。
【００３８】
３〕前記実施例においては、目標安定流量をキャビテーション判定特性線上に達したときのポンプ流量と復帰判定特性線上に達したときのポンプ流量との間において５０％に設定した例を説明したが、少なくとも、キャビテーション判定特性線上に達したときのポンプ流量と復帰判定特性線上に達したときのポンプ流量との間において４０〜６０％の範囲に設定すれば本発明の効果を奏することが可能である。
【００３９】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法及びその制御装置において、吸込圧がキャビテーション判定特性線に達したとき、目標安定流量に絞り調整する前に目標安定流量よりも絞り側の調整期間を形成することにより、構造の簡単化を図りつつ、液体の排水時間の短縮化とキャビテーション発生の抑制とを両立できる。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポンプ
２ 吸込圧センサ
３ 吐出圧センサ
４ バラストタンク
５ 吐出弁
１０ 制御器
１１ 流量演算手段
１２ 特性記憶手段
１３ 吐出弁調整制御手段
Ｌｈ ＮＰＳＨ特性線
Ｌｃ キャビテーション判定特性線
Ｌｓ 復帰判定特性線
Ｘ 作動状態
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの制御方法及びその制御装置に関し、特にタンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オイルタンカー等の油槽船では、プロペラ没水深度の確保や空荷時における安全航行の確保のために複数のバラストタンクを設け、貨油管や貨油ポンプ等の貨油管系設備とは分離されたバラスト注排水専用のバラスト管系設備を有している。これにより、出港前にバラスト水（海水）を注水して喫水を形成することができ、荷役中のバラスト水の排水や航海中のバラスト水の入替えを行なうことができる。
【０００３】
ポンプの吸込性能を評価する数値としてＮＰＳＨ（Net Positive Suction Head）が使用され、このＮＰＳＨには、実際上利用できる有効吸込ヘッド（NPSH Available）と、ポンプ自身の性能によって固有の値である必要吸込ヘッド（NPSH Required）とがある。
注排水用ポンプは、運転中に必要吸込ヘッドの値が有効吸込ヘッドの値を超えると、インペラにキャビテーションが発生して、ポンプの全揚程、流量及びポンプ効率が急激に低下し、騒音や振動、更には、インペラ周辺に潰食による破損を生じることが知られている。特に、前記の貨油ポンプやバラストポンプのような高速且つ大容量のポンプでは、小型のポンプに比べてキャビテーションが発生する可能性が高く、キャビテーション損傷の対策が深刻な課題である。
【０００４】
特許文献１のポンプの運転制御装置は、回転数を制御可能なポンプの吸込側に設けられた吸込タンクと、ポンプ揚液から気体を分離する置換室と、置換室のポンプ揚液を吸込タンクに還流させる再循環弁と、必要吸込ヘッドと有効吸込ヘッドを演算すると共にポンプ回転数と吐出弁開度と再循環弁開度とを制御するコントローラとを備え、ポンプ運転時、吸込タンクの液位に基づき吐出弁の開度を絞り側に制御することにより、必要吸込ヘッドが有効吸込ヘッドを超えないようにポンプの吐出流量を調節している。
【０００５】
また、油槽船のように大容量のポンプが必要とされる場合、回転数が一定に維持された、所謂定格回転数ポンプを備えた注排水設備が用いられている。このような注排水設備では、タンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁と、ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧センサと、ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧センサと、両センサにより検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御器とを備えている。
【０００６】
図６は、本願出願人が採用してきた注排水制御に関するものであり、前記制御器は、タンクの液位（有効吸込ヘッド相当）がポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎにより代替え可能であることを利用して、吸込圧Ｐｉｎとポンプの吐出流量Ｑとをパラメータとして夫々予め設定した、必要吸込ヘッド特性線Ｌｈと、この必要吸込ヘッド特性線Ｌｈから第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線Ｌｃと、このキャビテーション判定特性線Ｌｃよりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線Ｌｓとを記憶している。そして、検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて演算された現在のポンプ流量Ｑと吸込圧Ｐｉｎとで決まるポンプの作動状態が、吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、制御器は、作動状態が復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整し、その後、この調整制御を繰り返し行なっている。
【０００７】
前記調整制御で使用される復帰判定特性線Ｌｓは、タンクが水平状態のとき検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態からタンクが水平状態に復帰した場合、更には、船体復帰時の反動により反対側へタンクが傾斜した傾斜状態の場合でも、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎ（有効吸込ヘッド）が必要吸込ヘッド特性線Ｌｈを下回ることがないように、航行中の船体の揺動を考慮した設計条件に基づいた第２許容幅を用いて設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２７１６８２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のポンプの運転制御装置では、ポンプ回転数と吐出弁開度と再循環弁開度とを統合制御することにより、キャビテーションの抑制を自動制御することが可能である。
しかし、コントローラに与える制御条件が多く、そのための計測機器が増加するため、構造が複雑化し、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で不利になる虞がある。しかも、注排水作業の効率化のためにポンプの吐出流量を増加した場合、キャビテーションが発生する可能性が高まり、適正な吐出弁の開度調整が困難である。
【００１０】
図６に示した注排水制御では、制御条件を検出する計測機器が少なく、吐出弁のみの調整制御であるため、簡単な構造でキャビテーションの発生を抑制することが可能である。
しかし、作動状態が吸込圧の減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整しているため、ポンプの吐出流量が大幅に減少し、排水時間が長期化する虞がある。特に、オイルタンカー等の油槽船では、バラスト水の排出に数十時間要するため、排水時間の長期化は、日程や安全航行に影響を与えることが懸念される。
【００１１】
ポンプの吐出流量を増すため、前記復帰判定特性線をキャビテーション判定特性線Ｌｃから第２許容幅よりも小さな許容幅だけ離隔させて設定することも可能である。しかし、航行中の船体は揺動しているため、許容幅を小さくした場合、キャビテーション発生の虞がある。即ち、船体の揺動が大きなとき、タンクが水平状態において検出される吸込圧よりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧がキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した場合、復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整中、或いは、調整後に、船体が反動により反対側へ傾斜した状態になることがある。このとき、キャビテーション判定特性線Ｌｃから離隔した許容幅が小さな復帰判定特性線Ｌｓを用いた調整制御を実行した場合、吐出弁を絞り側（復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態）に調整したにも拘わらず、ポンプ吸込側の吸込圧の増加が不足し、吸込圧が急激に低下した結果、吸込圧が必要吸込ヘッド特性線を下回る虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、構造の簡単化を図りつつ、液体の排水時間の短縮化とキャビテーション発生の抑制とを両立できるポンプの制御方法及びその制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１のポンプの制御方法は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法において、前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを予め設定して特性記憶手段に記憶しておき、吸込圧検出手段により検出したポンプ吸込側の吸込圧と、吐出圧検出手段により検出したポンプ吐出側の吐出圧とを用いて現在の流量を演算する第１工程と、前記現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達したか否か判定する第２工程と、前記第２工程で肯定判定された際に、前記作動状態が前記復帰判定特性線に達するまで吐出弁を絞り側へ調整する第３工程と、前記第３工程の後に前記作動状態が前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する第４工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項２のポンプの制御装置は、液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御装置において、前記ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧検出手段と、前記ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、前記両検出手段により検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出された吸込圧と吐出圧に基づいて現在の流量を演算する流量演算手段と、前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして夫々予め設定した、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを記憶した特性記憶手段と、前記流量演算手段で演算された現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達した際に前記復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整した後、前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ポンプを制御する制御条件が少なく且つそのための計測機器も少ないため、設備の構造を簡単化でき、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で有利である。ポンプの作動状態が吸込圧の減少に応じてキャビテーション判定特性線に達したとき、復帰判定特性線とキャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態（目標安定流量）になるまで吐出弁を絞り側へ調整するため、復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整したときのポンプ流量に比べてポンプ流量の減少幅を抑制でき、排水時間を短縮化することができる。
【００１６】
また、吐出弁を復帰判定特性線とキャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態に調整する前段階において、吐出弁を一旦目標安定流量に対応した作動状態よりも絞り側の作動状態に調整することができる。それ故、タンクが水平状態において検出される吸込圧よりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧がキャビテーション判定特性線に達し、船体が反動により反対側へ傾斜した傾斜状態になった場合でも、前記作動状態よりも絞り側で且つ目標安定流量よりも絞り側の調整期間を形成することができるため、ポンプ吸込側の吸込圧の低下を抑えることができ、吸込圧が必要吸込ヘッド特性線を下回ることによるキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、前記絞り側の調整期間において、吐出弁を復帰判定特性線上の作動状態に調整しているため、吐出弁の調整制御を簡単化でき、キャビテーションの発生を一層抑制することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、基本的に、請求項１の発明と同様の効果を奏するポンプの制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係るポンプの制御装置の全体構成図である。
【図２】実施例１に係るポンプの特性線図を示し、（ａ）は全揚程とポンプ流量との関係式、（ｂ）は必要吸込ヘッドとポンプ流量との関係式を示す図である。
【図３】吐出弁調整制御のフローチャートである。
【図４】実施例１に係るポンプの調整制御の作動状態を示す図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】従来のポンプの調整制御の作動状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、タンカーのバラスト管系設備のポンプの制御装置に適用した実施例に基づいて説明する。尚、以下の説明は、ポンプの制御方法の説明を含むものである。
【００２０】
図１に示すように、このポンプ１の制御装置は、ポンプ１の吸込側の吸込圧Ｐｉｎを検出する吸込圧センサ２（吸込圧検出手段）と、ポンプ１の吐出側の吐出圧Ｐｏｕｔを検出する吐出圧センサ３（吐出圧検出手段）と、制御器１０（制御手段）とを備え、海水（液体）を貯留するバラストタンク４（タンク）に対して注排水するためのポンプ１の吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁５を、バラストタンク４から海水排出時にキャビテーションが発生しないように制御している。このバラストタンク４は、１又は複数、例えば、船体の左右舷夫々に複数設けられ、各バラストタンク４がポンプ１に対して並列状に接続されている。
【００２１】
ポンプ１は、常時水面下に位置するように配置された吐出口６とバラストタンク４の下部近傍位置とを接続する接続配管７の途中部に設けられている。このポンプ１は、一定回転数で回動される定格回転数ポンプであり、一方向にのみ吐出可能に構成されている。それ故、ポンプ１は、吐出方向切替回路（図示略）を介して接続管管７に接続され、バラストタンク４から排水後において、海水を吸引してバラストタンク４に注水するとき、吐出方向切替回路を操作して海水の流れる方向を逆方向に変更している。
【００２２】
制御器１０は、吸込圧センサ２と吐出圧センサ３と吐出弁５とに夫々電気的に接続され、両センサ２，３により検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて吐出弁５の開度を調整可能に構成されている。この制御器１０は、マイクロコンピュータを有し、流量演算手段１１と、特性記憶手段１２と、吐出弁調整制御手段１３とを備えている。
流量演算手段１１は、検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとに基づいて現在のポンプ１の吐出流量Ｑを演算している。全揚程Ｈとポンプ流量Ｑとの関数ｆ（Ｈ）が予め特性記憶手段１２に記憶されているため（図２（ａ）参照）、流量演算手段１１は、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとの圧力差に基づいて全揚程Ｈを算出し、この全揚程Ｈから関数ｆ（Ｈ）を用いて現在の流量Ｑを演算している。
【００２３】
図２，図４，図５に示すように、特性記憶手段１２には、前述した全揚程Ｈとポンプ流量Ｑとの関数ｆ（Ｈ）と、ポンプ１の性能から予め設定されるポンプ流量Ｑと必要吸込ヘッドｈとの関数ｆ（Ｑ）と、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈと、キャビテーション判定特性線Ｌｃと、復帰判定特性線Ｌｓとが予め記憶されている。
【００２４】
有効吸込ヘッドは、ポンプ１の基準面において、液体が持つ全圧が液体のその温度における飽和蒸気圧よりもいくら高いかをヘッド（水頭）を用いて表したものであり、本実施例では、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎが有効吸込ヘッドに相当している。これにより、必要吸込ヘッドｈに相当するＮＰＳＨ特性線Ｌｈは、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎとポンプ１の吐出流量Ｑをパラメータとして、関数ｆ（Ｑ）に基づき予め設定することができる。それ故、キャビテーション判定特性線Ｌｃは、ＮＰＳＨ特性線Ｌｈから第１許容幅、例えば、ヘッド換算にて０．５ｍ相当流量減少側に離隔させて設定し、復帰判定特性線Ｌｓはキャビテーション判定特性線Ｌｃから第２許容幅、例えば、ヘッド換算にて０．５ｍ相当流量減少側に離隔させて設定している。尚、第２許容幅は、バラストタンク４が水平状態のとき検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態から船体復帰時の反動により反対側へタンクが傾斜した傾斜状態の場合でも、ポンプ吸込側の吸込圧ＰｉｎがＮＰＳＨ特性線Ｌｈを下回ることがないように予め実験値に基づき設定されている。
【００２５】
吐出弁調整制御手段１３は、流量演算手段１１で演算された現在流量Ｑと検出された吸込圧Ｐｉｎとから決まるポンプ１の作動状態Ｘが、吸込圧Ｐｉｎ（有効吸込ヘッド）の減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達した際に復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の目標安定流量Ｑｔｎ（但し、ｎ＝１，２…）に対応した作動状態になるまで吐出弁５を開き側へ調整するように構成されている。これにより、ポンプ１を目標安定流量Ｑｔｎに調整する前に、目標安定流量Ｑｔｎよりもポンプ流量を絞った調整期間を確保することができる。
【００２６】
次に、図３の吐出弁調整制御のフローチャート及び図４，図５の説明図に基づき、ポンプ１の流量調整の処理手順について具体的に説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は各ステップを示す。
【００２７】
まず、Ｓ１にて、バラストタンク４からの排水開始と同時に、吸込圧センサ２で検出された吸込圧Ｐｉｎと吐出圧センサ３で検出された吐出圧Ｐｏｕｔとを夫々読み込み、Ｓ２へ移行する。Ｓ２では、吸込圧Ｐｉｎと吐出圧Ｐｏｕｔとから全揚程Ｈを算出し、関数ｆ（Ｈ）を用いて現在のポンプ流量Ｑを演算する。
図５に示すように、作動状態Ｘは現在のポンプ流量Ｑと吸込圧Ｐｉｎとから決定することができ、処理開始時において、作動状態Ｘ（Ｑ，Ｐｉｎ）は、初期流量Ｑ１を維持した状態において吸込圧Ｐｉｎは徐々に減少する。
【００２８】
Ｓ３では、作動状態Ｘが吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したか否か判定している。Ｓ３の判定の結果、作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、所定の速度で吐出弁５を閉操作し（Ｓ４）、作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達していないとき、Ｓ１へリターンする。
図５に示すように、吸込圧Ｐｉｎの減少により作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ１（Ｑ１，Ｐ１）に達したとき、吐出弁５を絞り側に閉操作する。作動状態Ｘがキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ１（Ｑ１，Ｐ１）に達していないときは、現在の流量Ｑ１を維持した状態で排水を継続する。
【００２９】
Ｓ５では、作動状態Ｘが吐出弁５の閉操作に応じて復帰判定特性線Ｌｓに達したか否か判定している。Ｓ５の判定の結果、作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓに達したとき、目標安定流量Ｑｔｎを決定し（Ｓ６）、作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓに達していないとき、Ｓ４へリターンする。図５に示すように、吐出弁５の閉操作により作動状態Ｘが復帰判定特性線Ｌｓ上の点Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）に達したとき、吐出弁５の閉操作を停止し、目標安定流量Ｑｔｎを演算している。作動状態Ｘが復帰判定特性線ＬＳ上の点Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）に達していないとき、吐出弁５の閉操作を継続すし、ポンプの流量減少幅を増加する。
【００３０】
Ｓ６では、目標安定流量Ｑｔｎを演算する。
本実施例では、目標安定流量Ｑｔｎを次式（１）により演算する。
Ｑｔｎ＝（Ｑｎ＋Ｑ（ｎ＋１））／２ … （１）
（ｎ＝１，２，３…）
図５に示すように、目標安定流量Ｑｔ１は（Ｑ１＋Ｑ２）／２に設定され、この目標安定流量Ｑｔ１になるように吐出弁５が開操作される（Ｓ７）。
【００３１】
Ｓ８では、吐出弁５の開操作によって、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応した作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達したか否か判定する。
図５に示すように、Ｓ８の判定の結果、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達したとき、吐出弁５の開操作を停止する。Ｓ８の判定の結果、作動状態Ｘがこの目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達していないとき、Ｓ７にリターンして吐出弁５の開操作を継続する。
【００３２】
図５に示すように、目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に達した後、ポンプ１の目標安定流量Ｑｔ１を維持し（Ｓ９）、リターンする。これにより、吐出弁５を作動状態Ｘ２（Ｑ２，Ｐ１）を経由して目標安定流量Ｑｔ１に対応する作動状態Ｘ３（Ｑｔ１，Ｐ２）に調整するため、目標安定流量Ｑｔ１よりも絞り側の調整期間を形成することができる。
【００３３】
図５に示すように、Ｓ９の後、作動状態Ｘは、目標安定流量Ｑｔ１を維持した状態で吸込圧Ｐｉｎが徐々に減少するため、作動状態Ｘ（Ｑ，Ｐｉｎ）がキャビテーション判定特性線Ｌｃ上の点Ｘ４（Ｑｔ１，Ｐ３）に達したとき、吐出弁５を絞り側に閉操作する。以下、前述の調整制御が繰り返され、吐出弁５を作動状態Ｘ５（Ｑ３，Ｐ３）を経由して目標安定流量Ｑｔ２に対応した作動状態Ｘ６（Ｑｔ２，Ｐ４）に調整するため、目標安定流量Ｑｔ２よりも絞り側の調整期間を形成することができる。これらの調整制御が、バラストタンク４が所定の貯留量になるまで繰り返される。
【００３４】
次に、本ポンプの制御装置の作用・効果について説明する。
本ポンプの制御装置によれば、ポンプ１を制御する制御条件が少なく且つそのための計測機器も少ないため、設備の構造を簡単化でき、製造コストや故障対応等のメインテナンスの面で有利である。ポンプ１の作動状態が吸込圧Ｐｉｎの減少に応じてキャビテーション判定特性線Ｌｃに達したとき、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６になるまで吐出弁５を絞り側へ調整するため、復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態Ｘ２，Ｘ５になるまで吐出弁５を絞り側へ調整したときのポンプ流量Ｑに比べてポンプ流量Ｑの減少幅を抑制でき、排水時間を短縮化することができる。
【００３５】
また、図４，図５に示すように、吐出弁５を復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６に調整する前段階において、吐出弁５を作動状態Ｘ３，Ｘ６よりも絞り側の作動状態Ｘ２，Ｘ５に調整することができる。それ故、バラストタンク４が水平状態において検出される吸込圧Ｐｉｎよりも相対的に圧力が高く検出される傾斜状態で吸込圧Ｐｉｎがキャビテーション判定特性線Ｌｃに達し、復帰判定特性線Ｌｓとキャビテーション判定特性線Ｌｃの中間近傍の作動状態Ｘ３，Ｘ６になるまで吐出弁５を絞り側へ調整した後に、船体が反動により反対側へ傾斜した傾斜状態になった場合でも、前記作動状態Ｘ３，Ｘ６よりも絞り側で且つ目標安定流量Ｑｔ１，Ｑｔ２よりも絞り側の調整期間を形成することができるため、ポンプ吸込側の吸込圧Ｐｉｎの低下を抑えることができ、吸込圧Ｐｉｎが必要吸込ヘッド特性線Ｌｈを下回ることによるキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、前記絞り側の調整期間において、吐出弁２を復帰判定特性線Ｌｓ上の作動状態Ｘ２，Ｘ５に調整しているため、吐出弁５の調整制御を簡単化でき、キャビテーションの発生を一層抑制することができる。
【００３６】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、バラスト注排水用ポンプの例を説明したが、貨油ポンプ等にも適用することができる。また、船舶分野に限ることなく、他の分野のポンプ制御にも適用しても良い。
【００３７】
２〕前記実施例においては、吸込圧の減少により作動状態がキャビテーション判定特性線上に達したときから作動状態が復帰判定特性線上に達するときまで、吐出弁の閉操作を吸込圧を一定にした例を説明したが、少なくとも、絞り側の調整期間を形成することができればよく、吐出弁の閉操作に伴い吸込圧が増加するような閉操作であっても良い。
【００３８】
３〕前記実施例においては、目標安定流量をキャビテーション判定特性線上に達したときのポンプ流量と復帰判定特性線上に達したときのポンプ流量との間において５０％に設定した例を説明したが、少なくとも、キャビテーション判定特性線上に達したときのポンプ流量と復帰判定特性線上に達したときのポンプ流量との間において４０〜６０％の範囲に設定すれば本発明の効果を奏することが可能である。
【００３９】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法及びその制御装置において、吸込圧がキャビテーション判定特性線に達したとき、目標安定流量に絞り調整する前に目標安定流量よりも絞り側の調整期間を形成することにより、構造の簡単化を図りつつ、液体の排水時間の短縮化とキャビテーション発生の抑制とを両立できる。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポンプ
２ 吸込圧センサ
３ 吐出圧センサ
４ バラストタンク
５ 吐出弁
１０ 制御器
１１ 流量演算手段
１２ 特性記憶手段
１３ 吐出弁調整制御手段
Ｌｈ ＮＰＳＨ特性線
Ｌｃ キャビテーション判定特性線
Ｌｓ 復帰判定特性線
Ｘ 作動状態
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法において、
前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを予め設定して特性記憶手段に記憶しておき、
吸込圧検出手段により検出したポンプ吸込側の吸込圧と、吐出圧検出手段により検出したポンプ吐出側の吐出圧とを用いて現在の流量を演算する第１工程と、
前記現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達したか否か判定する第２工程と、
前記第２工程で肯定判定された際に、前記作動状態が前記復帰判定特性線に達するまで吐出弁を絞り側へ調整する第３工程と、
前記第３工程の後に前記作動状態が前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する第４工程と、
を備えたことを特徴とするポンプの制御方法。
【請求項２】
液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御装置において、
前記ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧検出手段と、
前記ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
前記両検出手段により検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出された吸込圧と吐出圧に基づいて現在の流量を演算する流量演算手段と、
前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして夫々予め設定した、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを記憶した特性記憶手段と、
前記流量演算手段で演算された現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達した際に前記復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整した後、前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段とを備えたことを特徴とするポンプの制御装置。
【請求項１】
液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御方法において、
前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを予め設定して特性記憶手段に記憶しておき、
吸込圧検出手段により検出したポンプ吸込側の吸込圧と、吐出圧検出手段により検出したポンプ吐出側の吐出圧とを用いて現在の流量を演算する第１工程と、
前記現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達したか否か判定する第２工程と、
前記第２工程で肯定判定された際に、前記作動状態が前記復帰判定特性線に達するまで吐出弁を絞り側へ調整する第３工程と、
前記第３工程の後に前記作動状態が前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する第４工程と、
を備えたことを特徴とするポンプの制御方法。
【請求項２】
液体を貯留するタンクに対して注排水するためのポンプの吐出側に接続された流量調整可能な吐出弁を、タンクから液体排出時にキャビテーションが発生しないように制御するポンプの制御装置において、
前記ポンプ吸込側の吸込圧を検出する吸込圧検出手段と、
前記ポンプ吐出側の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
前記両検出手段により検出された吸込圧と吐出圧に基づいて吐出弁を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出された吸込圧と吐出圧に基づいて現在の流量を演算する流量演算手段と、
前記ポンプ吸込側の吸込圧と流量をパラメータとして夫々予め設定した、ＮＰＳＨ特性線と、このＮＰＳＨ特性線から第１許容幅離隔させて流量減少側に設定したキャビテーション判定特性線と、このキャビテーション判定特性線よりも第２許容幅離隔させて流量減少側に設定した復帰判定特性線とを記憶した特性記憶手段と、
前記流量演算手段で演算された現在流量と検出された吸込圧とで決まる作動状態が、吸込圧の減少に応じて前記キャビテーション判定特性線に達した際に前記復帰判定特性線上の作動状態になるまで吐出弁を絞り側へ調整した後、前記復帰判定特性線と前記キャビテーション判定特性線の中間近傍の作動状態になるまで吐出弁を開き側へ調整する吐出弁調整制御手段とを備えたことを特徴とするポンプの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０８４４６（Ｐ２０１３−１０８４４６Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４６６６（Ｐ２０１１−２５４６６６）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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