JP4169656B2 - Drainage station and its operation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中小河川から大河川に水を移送するための排水機場及びその運転方法に関し、特に排水機場の運転時における水路共鳴現象に起因する振動の発生を防止することができる排水機場及びその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
台風時などにおいて降水量が増すと、河川、特に中小河川の水位が増し、時として河川が氾濫することがある。このような河川の氾濫を防止するための設備として、河川を流れる水を大河川に移送する排水機場が知られている。この種の排水機場は通常河川の近傍に建設され、水路部、ポンプ及び原動機を設置する台座、並びに原動機などを収容する建屋の基礎部分等の構造体は、一般に鉄筋コンクリートで製作される。
【0003】
従来の排水機場の全体構成の一例を図2に示す。排水機場は、鉄筋コンクリート製の構造体1と、構造体1内に形成された吸込水路2及び吐出水路3と、吸込水路2から吐出水路3に水を移送するポンプ4と、ポンプ4を駆動する原動機5と、原動機5などを収容する建屋6とを備えている。ポンプ4の吸込口は吸込水路2に接続されており、ポンプ4の吐出口は吐出水路3に接続されている。
【0004】
吸込水路2は導水路等を介して河川(中小河川)に連通しており、水門21を操作することにより、河川の水が吸込水路2に導入される。一方、吐出水路3は排水路等を介して大河川に連通している。そして、ポンプ4を駆動することにより、吸込水路2を介して河川の水が吸い込まれ、吐出水路3を介して大河川に水が移送される。なお、吸込水路2では、ポンプ近傍で閉水路7を形成し、吐出水路3では、ポンプ近傍で閉水路8を形成している。本発明において、閉水路とは、流路の周囲が密閉された水路を意味する。
【0005】
このような排水機場においては、ポンプ4の運転により加振力が発生し、この加振力によって水路内の水が加振される。このため、加振力の加振周波数と水路内の水の固有振動数が一致した場合、水路内に共鳴現象が起こり、これが地盤を大きく振動させ、排水機場の振動を引き起こしてしまう。さらには地盤の振動が周囲に伝搬して近隣民家を振動させるという問題が発生している。特に近年では、人口の増加により排水機場周辺にも住宅が多く建てられるようになっており、このような共鳴現象による振動は大きな問題となっている。なお、本発明において、水路内の水の固有振動数とは、ポンプの吸込口側又は吐出口側の水路に存在する水が持つ共鳴固有振動数を意味する。
【0006】
このような問題を解決するために、例えば特開平9−329099号公報に示されているように、加振周波数(加振振動数)と水路内の水の固有振動数との一致を避けるように排水機場を設計する方法、及び水路内の水の変動圧力モードの節となる位置にポンプを設置することにより排水機場に発生する加振力を小さくする方法が提案されている。
【0007】
上記方法では、排水機場を設計するに際して、まず、ポンプの羽根車の羽根枚数、ポンプ回転速度をポンプ効率等を考慮して決定し、水路の形状及び長さなどを流体力学等を考慮して決定する。次に、ポンプの加振周波数を、ポンプの羽根車の羽根枚数及びポンプの回転速度に基づいて算出し、水路内水の固有振動数を、水路の形状及び長さなどから有限要素法等を用いて算出する。そして、算出された加振周波数と固有振動数とを比較し、加振周波数と固有振動数との一致が避けられる程度に両者の値が十分に離れている場合には、排水機場の設計を終了させる。
【0008】
一方、加振周波数と固有振動数との値が比較的近く、共鳴のおそれがあると判断されたときには、ポンプの設計変更または水路の設計変更を行い、加振周波数及び固有振動数を再度計算し、両者の値が十分に離れるまで、設計変更と計算を行う。もし、諸般の事情により、上記両者の値を十分に離すことが出来ない場合には水路内水の変動圧力モードの節となる位置にポンプを設置する。このような方法を用いて排水機場の設計を行うことで上記のような振動問題の解決を図っていた。
【0009】
しかしながら、現実には、水路内の水中での等価音速は、水温、水中の気泡含有量、水中の土砂含有量等によって大きく変化するため、排水機場の運転中にも水路内の水の固有振動数が変化する。また、ポンプ運転により発生する加振力は、ポンプ内部の羽根面で発生する剥離渦等の流体的要素にも起因しているため、加振力の加振周波数は羽根車の羽根枚数及び回転速度の他に吐出水量等のポンプの運転条件によって変化する。このため、設計通りに製作された排水機場であっても設計時に予測されていなかったような運転条件になると、水路共鳴が励起される可能性があり、振動問題を発生させ得る。現実に、従来の排水機場では、このような問題が発生するケースが多かった。排水機場に振動問題が生じた場合、その排水機場の構造に応じた振動の原因究明及び対策工事が必要となるため、解決のため多大な労力と費用を必要としていた。このため、実際の運転条件に即応して共鳴を回避することができる排水機場が強く望まれていた。
【0010】
【特許文献1】
特開平9−329099号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、排水機場が設計時の予測を超えた運転状態となっても、種々の不具合をもたらす振動の発生を防止することができる排水機場を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、ポンプの吸込口または吐出口に接続される水路と、前記水路の閉水路部内に配置される気体室と、前記気体室の体積を変化させる体積変化手段と、前記水路内の水の固有振動数に基づいて前記体積変化手段を制御する制御手段と、前記水路内の水を加振させる加振手段と、前記水路内の水の圧力を測定する圧力測定手段とを備え、前記圧力測定手段は、前記加振手段により加振された前記水路内の水の圧力脈動を測定し、前記制御手段は、前記圧力測定手段の測定値に基づいて前記水路内の水の固有振動数を求めるように構成されていることを特徴とする排水機場である。
【0013】
前記圧力測定手段は、ポンプ停止時において前記水路内の水の圧力脈動を測定することが好ましい。
本発明の好ましい態様は、前記制御手段は、前記水路内の水の圧力脈動の大きさが所定の閾値より大きい場合には共鳴が発生していると判断して、前記体積変化手段を介して前記気体室の体積を変化させるように構成されていることを特徴とする。この場合において、前記制御手段は、ポンプ運転時において前記水路内の水の圧力脈動の大きさが所定の閾値より大きい場合には共鳴が発生していると判断して、前記体積変化手段を介して前記気体室の体積を変化させることが好ましい。
【0014】
一般に、閉水路部内の水中に定常的に、気体塊、例えば内部に気体を充満させたゴム風船の様な弾性体、を存在させ、その体積を変化させることによって、閉水路部内の水の固有振動数を変化させることができる。また、排水機場においては、通常、ポンプの吸込口及び吐出口近傍は閉水路として構成されている。かかる観点から、本発明は、上記気体塊に相当する構成として、閉水路の水中に配置される気体室を備えている。
【0015】
本発明によれば、気体室の体積を変化させることにより、水路内の水の固有振動数を変化させることができる。従って、水路内の水の固有振動数をポンプ運転により生じる加振力の加振周波数から離すことができ、これにより、水路共鳴現象の発生を避けることができる。更に、本発明によれば、水路内の水の固有振動数を任意にかつ随時変化させることができるので、排水機場の運転中に加振周波数や水路内の水の固有振動数自体が変化した場合にも水路での共鳴の発生を防止することができる。
【0016】
即ち、従来のように、ポンプの加振周波数と水路内水の固有振動数とを予測して設計及び施工することで共鳴を避けるという方法ではなく、排水機場の運転中に、排水機場の状態に即応して水路内の水の固有振動数を加振周波数から必要なだけ十分に遠ざけることができるように排水機場を構成する。これにより、水路での共鳴の発生を防止することができ、排水機場の振動を防止することができる。なお、本発明でいう閉水路とは水の流路のうち、周囲が密閉された水路をいう。
【0017】
本発明の他の態様は、ポンプの吸込口または吐出口に接続される水路を備えた排水機場の運転方法であって、前記水路内の水を加振させて該水の圧力脈動から前記水路内の水の固有振動数を求め、前記固有振動数と予測された前記ポンプの加振周波数とを比較し、前記固有振動数が前記加振周波数と一致する場合には、前記水路内の閉水路部内に配置される気体室の体積を変化させ、前記固有振動数を前記加振周波数から離れさせた後に、前記ポンプを始動することを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、加振力の加振周波数と水路内の水の固有振動数との一致を避けることができるので、水路共鳴現象を発生させることなくポンプを始動できる。なお、本発明において加振周波数と固有振動数との一致とは、両者の値が完全に一致する場合のほか、事実上、共鳴現象を発生させる程度に両者の値が近い場合をいう。
【0019】
本発明の好ましい他の態様は、前記ポンプの運転中に、水の脈動であって前記固有振動数の脈動が前記ポンプの運転により発生する場合には、前記気体室の体積を変化させて前記固有振動数を変化させ、共鳴を避けることにより脈動を小さくすることを特徴とする。
本発明によれば、水路共鳴を発生させることなくポンプ(排水機場)の運転を継続することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である排水機場の全体構成を示す概略図である。
図1に示すように、排水機場は、鉄筋コンクリート製の構造体1と、構造体1内に形成された吸込水路2及び吐出水路3と、吸込水路2から吐出水路3に水を移送するポンプ4と、ポンプ4を駆動する原動機5と、原動機5などを収容する建屋6とを備えている。ポンプ4の吸込口4aは吸込水路2に接続されており、ポンプ4の吐出口4bは吐出水路3に接続されている。
【0021】
吸込水路2は導水路等を介して河川(中小河川)に連通しており、水門21を操作することにより、河川の水が吸込水路2に導入されるようになっている。一方、吐出水路3は排水路等を介して大河川に連通している。原動機5によりポンプ4を駆動させると、吸込水路2を介して河川の水がポンプ4に吸い込まれ、吐出水路3を介して大河川に水が移送される。なお、吸込水路で2は、ポンプ4の近傍で閉水路部7を形成し、吐出水路3では、ポンプ4の近傍で閉水路部8を形成している。即ち、ポンプ4の吸込口4aは閉水路部7に連通し、ポンプ4の吐出口4bは閉水路部8に連通している。本発明において、閉水路とは、流路の周囲が密閉された水路を意味する。
【0022】
図1において、吸込水路2の閉水路部7内には、定常運転時に常時水没する位置に、吸込水路2の水を加振させるための水中スピーカ(加振手段)11と、吸込水路2の水の圧力を測定する圧力センサ(圧力測定手段)12とが配置されている。これらの水中スピーカ11及び圧力センサ12はコンピュータ(制御手段)17に接続されている。ポンプ4の停止時において、水中スピーカ11により加振された吸込水路2内の水の圧力は圧力センサ12により測定され、この測定値は信号として圧力センサ12からコンピュータ17に送信される。コンピュータ17では、圧力センサ12から送信された信号に基づいて吸込水路2内の水の固有振動数が求められる。
【0023】
ポンプ4の吸込口4a近傍には、閉水路部7内に配置された空気槽(気体槽)13が設けられている。空気槽13は閉水路部7に連通しており、閉水路部7内の水が空気槽13内に流入するようになっている。空気槽13の上部には空気室(気体室)20が形成され、この空気室20は空気などの気体で満たされている。空気槽13中には水位センサ14が配置され、空気槽13内の水位は水位センサ14によって測定される。水位センサ14はコンピュータ17に接続されており、空気槽13内の水位が信号として水位センサ14からコンピュータ17に送信される。
【0024】
本実施形態の排水機場は、空気槽13内に空気を導入し空気槽13内の圧力を上げ、空気槽13内の水位を下げるための空気ポンプ16と、空気槽13内の空気を逃がすことにより空気槽13内の圧力を下げ、空気槽13内の水位を上げるための空気逃し弁15とを備えている。これらの空気ポンプ16及び空気逃し弁15はコンピュータ17に接続されている。そして、コンピュータ17は、圧力センサ12、及び水位センサ14から送信される信号を総合的に判断して空気槽13内の水位を適切な位置に調節するように、空気ポンプ16及び空気逃し弁15を制御する。このように、空気逃し弁15及び空気ポンプ16を操作することにより空気槽13内の水位を変化させ、空気室20の体積を変化させることができる。なお、空気逃し弁15及び空気ポンプ16は体積変化手段として構成される。
【0025】
吸込水路2には、吸込水路2内の水位を測定するための吸込水位センサ9が設けられている。この吸込水位センサ9は、吸込水路2内の水が一定以上の水位にあるときにポンプ4に運転許可を与えるために設けられている。なお、図1に示す排水機場は、吸込水路2の閉水路部7に空気槽13を配置した構成例であるが、吐出水路の閉水路部8においても同様に空気槽を配置できる。
【0026】
次に、上述のように構成された排水機場の始動方法について説明する。
まず、排水機場のポンプ4を始動する前に、コンピュータ17の指令により、空気槽13の空気逃し弁15を開く。これにより空気槽13内に水を完全に充満させ、空気槽13内の水位を最高の位置まで上げる。次に、コンピュータ17は、水中スピーカ11から音波を発信させ、吸込水路2内の水の圧力脈動を圧力センサ12により測定させる。そして、コンピュータ17は、その測定値を予め保有しているデータと比較することにより、吸込水路2内の水の固有振動数(共鳴固有振動数)を演算して求める。
【0027】
一方、ポンプ4の運転により生じる加振力の加振周波数は、ポンプ4の羽根車の羽根枚数や回転速度などに基づいて予測され、予測可能な値として予めコンピュータ17に入力されている。上記演算により求められた固有振動数はコンピュータ17により加振周波数と比較される。そして、上記固有振動数が加振周波数に所定の比率範囲以内で一致する場合には、コンピュータ17は、予めコンピュータ17に入力されているデータに基づいて空気槽13中の水位を調節し、上記固有振動数が加振周波数から所定の比率以上または以下に離れるように空気室20の体積を制御する。
【0028】
即ち、コンピュータ17は、空気槽13内の空気室20の圧力を上げるべく空気ポンプ16に指令を発し、空気ポンプ16を操作して空気槽13の水位を下げる。次に、コンピュータ17は、上記操作の結果新たに設定された空気槽13の水位において、再度水中スピーカ11から音波を発信させ、上記と同様の方法により吸込水路2内の水の固有振動数を演算する。そして、この固有振動数が予測されているポンプ4の加振周波数から所定の比率以上または以下に離れていれば空気槽13内の水位の調節は完了し、ポンプ4を始動することができる。
【0029】
一方、固有振動数と加振周波数とが所定の比率の範囲内で一致すれば、コンピュータ17は、空気逃し弁15または空気ポンプ16に指令を出し、空気槽13の水位を調節する。即ち、空気槽13内の空気を空気逃し弁15を開いて逃がすことにより空気槽13内水位を上げるか、または空気ポンプ16を駆動させて空気槽13内の圧力を上げることにより空気槽13内の水位を下げる。その後、コンピュータ17は再度水中スピーカ11から音波を発信させ、上記と同様の方法により吸込水路2内の水の固有振動数を演算し、この固有振動数と加振周波数とを比較する。このようにして、コンピュータ17は、固有振動数が予測される加振周波数から所定の比率以上または以下に離れるまで、この操作を繰り返す。
【0030】
空気槽13内の水位の変化方向、即ち上昇方向または下降方向とその変化量とは、予めコンピュータ17に入力されているデータに基づきコンピュータ17が決定する。吸込水路2内の水の固有振動数と、予測される加振周波数とが所定の比率以上または以下に離れた時点で、ポンプ4始動前における空気槽13内の水位調節は完了する。
【0031】
なお、加振周波数と固有振動数との比率は、次の式から求められる。
比率=(加振周波数)/(固有振動数)
上述したように、ポンプ4の始動前に空気槽13内の水位調節を行い、その後ポンプ4を始動する。これにより、ポンプ4の加振周波数と水路の固有振動数が一致しないので、水路共鳴を発生させずにポンプ4を始動できる。
【0032】
上述した手順によりポンプ4を始動した後は、圧力センサ12により圧力脈動の周波数と大きさとが常時測定され、これらの測定値が圧力センサ12からコンピュータ17に送信される。そして、測定された圧力脈動の周波数の中に、予め定められた閾値を超える大きさを持つ周波数成分が有る場合には、コンピュータ17はその周波数において水路共鳴現象が発生していると判断する。この場合、コンピュータ17は、空気逃し弁15を開放し空気槽13内の水位を上昇させて固有振動数を低下させるか、または空気ポンプ16を駆動させて空気槽13内の水位を低下させて固有振動数を上昇させる。これにより加振周波数と固有周波数との比率を水路共鳴現象が生じない値に設定し直すことができる。したがって、上記閾値を適切に設定しておくことにより水路共鳴現象を伴う運転を回避でき、排水機場の近隣民家への振動等の問題の発生を未然に防ぐことができる。このように、ポンプ4の運転中に、水の脈動であって固有振動数の脈動がポンプ4の運転により発生する場合には、空気槽(気体室)13の体積を変化させて上記固有振動数を変化させ、共鳴を避けることにより脈動を小さくすることができる。
【0033】
なお、空気槽13内の水位を上昇させるかまたは下降させるかの決定及び該水位の変化量の決定は、空気槽13内の水位調節可能範囲の上限及び下限と現在の水位との関連、並びにコンピュータ17に予め入力されているデータに基づいてコンピュータ17が行う。また、ポンプ4の運転中に圧力センサ12により常時測定される圧力脈動の周波数の範囲は、通常0Hz以上90Hz以下である。これは、人体が一般に90Hz以下の振動に対して敏感であるという事実によるものである。なお、上記においては空気槽(空気室)を1箇所備える排水機場の実施形態について説明してきたが該空気槽(空気室)を2箇所以上備えても良い。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気体室の体積を変化させることによって水路内の水の固有振動数を予測されるポンプの加振周波数から必要なだけ十分に離すことができるので、ポンプ始動時において水路共鳴現象による振動発生等の不具合を回避できる。更に、ポンプ運転中においては、常時圧力脈動の周波数と大きさを検出し、圧力脈動の大きさが予め定められた閾値を超えた場合には速やかに、固有振動数を加振周波数から必要なだけ十分に離すことができる。従って、閾値を適切な値に設定しておくことにより、排水機場の運転中に加振周波数や固有振動数自体が変化しても水路共鳴現象の発生を未然に防ぐことができ、水路共鳴現象による振動発生等の不具合を回避できる。現実的観点から見て本発明のようにいかなる運転状態に対しても即応して水路共鳴の発生を回避できる排水機場及びその運転方法は実用上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における排水機場の全体構成を示す概略図である。
【図2】従来の排水機場の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 構造体
2 吸込水路
3 吐出水路
4 ポンプ
5 原動機
6 建屋
7 吸込水路の閉水路部
8 吐出水路の閉水路部
9 吸込水位センサ
11 水中スピーカ
12 圧力センサ
13 空気槽
14 水位センサ
15 空気逃し弁
16 空気ポンプ
17 コンピュータ
20 空気室
21 水門[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drainage station for transferring water from a small and medium river to a large river and a method for operating the drainage station, and more particularly to a drainage station capable of preventing the occurrence of vibration due to a water channel resonance phenomenon during operation of the drainage station and the method thereof. It relates to the driving method.
[0002]
[Prior art]
When the amount of precipitation increases during a typhoon, the water level of rivers, especially small and medium rivers, increases and sometimes the rivers overflow. As a facility for preventing such flooding of a river, a drainage station for transferring water flowing through the river to a large river is known. This type of drainage station is usually constructed near a river, and structures such as waterways, pedestals for installing pumps and prime movers, and building foundations for accommodating prime movers are generally made of reinforced concrete.
[0003]
An example of the overall configuration of a conventional drainage station is shown in FIG. The drainage station drives the structure 1 made of reinforced concrete, the
[0004]
The
[0005]
In such a drainage station, an excitation force is generated by the operation of the pump 4, and the water in the water channel is excited by the excitation force. For this reason, when the excitation frequency of the excitation force matches the natural frequency of water in the water channel, a resonance phenomenon occurs in the water channel, which greatly vibrates the ground and causes vibration of the drainage field. Furthermore, there is a problem that the vibration of the ground propagates to the surroundings and vibrates neighboring private houses. Particularly in recent years, due to the increase in population, many houses have been built around the drainage station, and such vibration caused by the resonance phenomenon has become a big problem. In the present invention, the natural frequency of water in the water channel means the resonance natural frequency of water existing in the water channel on the suction port side or the discharge port side of the pump.
[0006]
In order to solve such a problem, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-329099, the coincidence between the excitation frequency (excitation frequency) and the natural frequency of water in the water channel is avoided. In addition, a method for designing a drainage station and a method for reducing the excitation force generated in the drainage station by installing a pump at a position that becomes a node of the fluctuating pressure mode of water in the water channel have been proposed.
[0007]
In the above method, when designing the drainage station, first, the number of impellers of the pump and the rotational speed of the pump are determined in consideration of the pump efficiency, etc., and the shape and length of the water channel are considered in consideration of fluid dynamics. decide. Next, the excitation frequency of the pump is calculated based on the number of impellers of the pump and the rotational speed of the pump, and the natural frequency of water in the water channel is calculated from the shape and length of the water channel using the finite element method, etc. Use to calculate. Then, compare the calculated excitation frequency with the natural frequency, and if the two values are far enough to avoid the coincidence between the excitation frequency and the natural frequency, design the drainage station. Terminate.
[0008]
On the other hand, if the excitation frequency and natural frequency are relatively close and it is determined that there is a risk of resonance, change the pump design or water channel design and recalculate the excitation frequency and natural frequency. Then, design changes and calculations are performed until the two values are sufficiently separated. If the above two values cannot be sufficiently separated due to various circumstances, a pump is installed at a position that becomes a node of the fluctuating pressure mode of the water in the channel. The above-described vibration problem has been solved by designing the drainage station using such a method.
[0009]
However, in reality, the equivalent sound velocity in water in the waterway varies greatly depending on the water temperature, the bubble content in the water, the earth and sand content in the water, etc., so the natural vibration of the water in the waterway even during operation of the drainage station. The number changes. The excitation force generated by the pump operation is also due to fluid elements such as separation vortices generated on the blade surfaces inside the pump. Therefore, the excitation frequency of the excitation force depends on the number of blades and rotation of the impeller. In addition to the speed, it varies depending on the pump operating conditions such as the amount of discharged water. For this reason, even if the drainage station is manufactured as designed, under the operating conditions that were not predicted at the time of design, the channel resonance may be excited and vibration problems may occur. Actually, there are many cases where such a problem occurs in the conventional drainage station. When a vibration problem occurs in the drainage station, it is necessary to investigate the cause of the vibration and work on countermeasures according to the structure of the drainage station. For this reason, there has been a strong demand for a drainage station that can respond to actual operating conditions and avoid resonance.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-329099 [0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and even when the drainage station is in an operating state exceeding the prediction at the time of design, it is possible to prevent the occurrence of vibrations that cause various problems. The purpose is to provide a drainage station.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a water channel connected to a suction port or a discharge port of a pump, a gas chamber disposed in a closed water channel of the water channel, and a volume for changing the volume of the gas chamber. Measuring means for controlling the volume changing means based on the natural frequency of water in the water channel, vibration means for vibrating the water in the water channel, and measuring the pressure of water in the water channel Pressure measuring means for measuring the pressure pulsation of water in the water channel vibrated by the vibrating means, and the control means based on the measured value of the pressure measuring means The drainage station is configured to obtain a natural frequency of water in the water channel .
[0013]
Before SL pressure measuring means, it is preferable to measure the pressure pulsation of the water in said water passage at the time the pump is stopped.
In a preferred aspect of the present invention, the control means determines that resonance has occurred when the magnitude of the pressure pulsation of water in the water channel is greater than a predetermined threshold, and It is configured to change the volume of the gas chamber. In this case, the control means determines that resonance has occurred when the magnitude of the pressure pulsation of the water in the water channel is greater than a predetermined threshold during pump operation. It is preferable to change the volume of the gas chamber.
[0014]
In general, the presence of a gas mass, for example, an elastic body such as a rubber balloon filled with gas inside, is constantly present in the water in the closed water channel, and the volume of the water in the closed water channel is changed. The frequency can be changed. Further, in the drainage station, the vicinity of the suction port and the discharge port of the pump is usually configured as a closed water channel. From this viewpoint, the present invention includes a gas chamber disposed in the water of a closed channel as a configuration corresponding to the gas mass.
[0015]
According to the present invention, the natural frequency of water in the water channel can be changed by changing the volume of the gas chamber. Therefore, the natural frequency of water in the water channel can be separated from the excitation frequency of the excitation force generated by the pump operation, thereby avoiding the occurrence of a water channel resonance phenomenon. Furthermore, according to the present invention, since the natural frequency of water in the water channel can be changed arbitrarily and at any time, the excitation frequency and the natural frequency of water in the water channel itself changed during the operation of the drainage station. Even in this case, the occurrence of resonance in the water channel can be prevented.
[0016]
That is, it is not a method of avoiding resonance by predicting the excitation frequency of the pump and the natural frequency of water in the waterway as in the past, and avoiding resonance, but the state of the drainage station during operation of the drainage station The drainage station is configured so that the natural frequency of the water in the waterway can be moved away from the excitation frequency as much as necessary. Thereby, generation | occurrence | production of the resonance in a water channel can be prevented and the vibration of a drainage station can be prevented. In addition, the closed water channel as used in the field of this invention means the water channel by which the circumference | surroundings were sealed among the flow paths of water.
[0017]
Another aspect of the present invention is a method of operating a drainage station including a water channel connected to a suction port or a discharge port of a pump, wherein water in the water channel is vibrated to generate pressure from the pressure pulsation of the water channel. The natural frequency of the water in the water is obtained, the natural frequency is compared with the predicted excitation frequency of the pump, and when the natural frequency matches the excitation frequency, the water channel is closed. The pump is started after the volume of the gas chamber arranged in the water channel is changed to move the natural frequency away from the excitation frequency.
[0018]
According to the present invention, since the coincidence between the excitation frequency of the excitation force and the natural frequency of water in the water channel can be avoided, the pump can be started without causing a water channel resonance phenomenon. In the present invention, the coincidence between the excitation frequency and the natural frequency means not only the case where both values are completely coincident but also the case where both values are close enough to cause a resonance phenomenon.
[0019]
In another preferred aspect of the present invention, when the pulsation of water occurs during the operation of the pump and the pulsation of the natural frequency is generated by the operation of the pump, the volume of the gas chamber is changed to change the volume of the gas chamber. Pulsation is reduced by changing the natural frequency and avoiding resonance.
According to the present invention, the operation of the pump (drainage station) can be continued without causing waterway resonance.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a drainage station that is an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the drainage station has a structure 1 made of reinforced concrete, a
[0021]
The
[0022]
In FIG. 1, in the closed
[0023]
In the vicinity of the
[0024]
The drainage station of this embodiment introduces air into the
[0025]
The
[0026]
Next, a method for starting the drainage station configured as described above will be described.
First, before starting the pump 4 of the drainage station, the
[0027]
On the other hand, the excitation frequency of the excitation force generated by the operation of the pump 4 is predicted based on the number of blades of the impeller of the pump 4, the rotational speed, and the like, and is input to the
[0028]
That is, the
[0029]
On the other hand, if the natural frequency and the excitation frequency coincide with each other within a predetermined ratio range, the
[0030]
The change direction of the water level in the
[0031]
The ratio between the excitation frequency and the natural frequency can be obtained from the following equation.
Ratio = (Excitation frequency) / (Natural frequency)
As described above, the water level in the
[0032]
After starting the pump 4 according to the above-described procedure, the
[0033]
The determination of whether to raise or lower the water level in the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by changing the volume of the gas chamber, the natural frequency of water in the water channel can be sufficiently separated from the predicted excitation frequency of the pump, as necessary. It is possible to avoid problems such as vibrations caused by water channel resonance when the pump is started. Furthermore, during pump operation, the frequency and magnitude of the pressure pulsation are always detected, and if the pressure pulsation magnitude exceeds a predetermined threshold, the natural frequency is quickly determined from the excitation frequency. Can only be separated enough. Therefore, by setting the threshold value to an appropriate value, it is possible to prevent the occurrence of a waterway resonance phenomenon even if the excitation frequency or the natural frequency itself changes during operation of the drainage station. It is possible to avoid problems such as vibration caused by From a practical point of view, the drainage station and its operation method capable of quickly responding to any operation state and avoiding the generation of waterway resonance as in the present invention are extremely useful in practice.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a drainage station according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of a conventional drainage station.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記水路の閉水路部内に配置される気体室と、
前記気体室の体積を変化させる体積変化手段と、
前記水路内の水の固有振動数に基づいて前記体積変化手段を制御する制御手段と、
前記水路内の水を加振させる加振手段と、
前記水路内の水の圧力を測定する圧力測定手段とを備え、
前記圧力測定手段は、前記加振手段により加振された前記水路内の水の圧力脈動を測定し、前記制御手段は、前記圧力測定手段の測定値に基づいて前記水路内の水の固有振動数を求めるように構成されていることを特徴とする排水機場。A water channel connected to the suction or discharge port of the pump;
A gas chamber disposed in a closed channel portion of the water channel;
Volume changing means for changing the volume of the gas chamber;
Control means for controlling the volume changing means based on the natural frequency of water in the water channel ;
Vibration means for exciting water in the water channel;
Pressure measuring means for measuring the pressure of water in the water channel,
The pressure measuring means measures the pressure pulsation of the water in the water channel vibrated by the vibration means, and the control means is a natural vibration of the water in the water channel based on the measurement value of the pressure measuring means. Drainage station characterized by being configured to determine the number .
前記水路内の水を加振させて該水の圧力脈動から前記水路内の水の固有振動数を求め、
前記固有振動数と予測された前記ポンプの加振周波数とを比較し、
前記固有振動数が前記加振周波数と一致する場合には、前記水路内の閉水路部内に配置される気体室の体積を変化させ、
前記固有振動数を前記加振周波数から離れさせた後に、前記ポンプを始動することを特徴とする排水機場の運転方法。A method for operating a drainage station having a water channel connected to a suction port or a discharge port of a pump,
The natural frequency of water in the water channel is determined from the pressure pulsation of the water by vibrating the water in the water channel,
Comparing the natural frequency with the predicted excitation frequency of the pump;
When the natural frequency matches the excitation frequency, change the volume of the gas chamber disposed in the closed water channel in the water channel,
The drainage pump station operating method, wherein the pump is started after the natural frequency is separated from the excitation frequency.
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