潜水ポンプ用グラファイトブッシュの適用範囲：清水から汚水まで

潜水ポンプはモーターとポンプ本体を一体のハウジングに収めており、深井戸揚水、都市下水、農業排水、鉱山排水、海上プラットフォームなどで広く使われています。モーターとポンプが一体のため、ガイドベアリングは揚水媒体（清水、汚水、砂含有水）自体による潤滑に依存します。金属やプラスチック製ブッシュは乾燥または境界潤滑状態で急速に摩耗しますが、カーボングラファイト製ブッシュは自己潤滑性、化学的安定性、優れた熱伝導率により、ガイドベアリング材料として最適です。Huahao Sealing Co., Ltd.は国内主要潜水ポンプメーカーに年間数十万個のグラファイトブッシュを供給しており、本稿では選定の知見をまとめます。

1. 潜水ポンプにおけるグラファイトブッシュの主要利点

1.1 自己潤滑性

カーボングラファイトの層状結晶構造では層間結合が弱く、荷重下で層間が容易に滑るため、外部潤滑剤なしで低摩擦係数（0.05～0.15）を維持します。ポンプ起動時、媒体がベアリングクリアランスに到達する前でも、ブッシュの自己潤滑性により乾摩擦焼けを防止します。

1.2 水潤滑への適応性

水は粘度が非常に低く、薄い流体膜しか形成しません。金属ブッシュは水中で十分な流体膜を形成できず、粘着摩耗が起こりやすいです。グラファイトブッシュ（ショア硬度40～60 HS）は鋼製ジャーナルと軟硬組み合わせを形成し、摩耗は主にグラファイト側に発生し、より高価なステンレス軸を保護します。

1.3 化学的安定性と耐食性

潜水ポンプの媒体は塩化物を含む海水、硫化水素を含む汚水、酸・アルカリの工業排水など多岐にわたります。樹脂含浸グラファイトはこれらの媒体に対して化学的に不活性であり、腐食によるクリアランス変化を防ぎ、長期にわたりベアリング精度を維持します。

1.4 低熱膨張率

カーボングラファイトの線膨張係数は約(4～6)×10⁻⁶ /℃で、ステンレス鋼の約3分の1です。頻繁なポンプの起動停止による温度変動でもグラファイトブッシュのクリアランスは大きく変化せず、プラスチックブッシュより安定した性能を発揮します。

2. 潜水ポンプ用グラファイトブッシュの典型構造

2.1 ソリッドグラファイトブッシュ

加工が簡単で、小型から中型の潜水ポンプ（モーター出力 ≤ 30 kW）に適しています。壁厚は通常3～6 mmで、軸径に対するクリアランスは0.1%～0.15%です。

2.2 インサートタイプグラファイトブッシュ

金属スリーブにグラファイトライナーを圧入し、金属の強度とグラファイトの潤滑性を兼ね備えています。高出力・高揚程ポンプに適用されます。当社では75 kWの汚水ポンプ用に、外径80 mm、グラファイトライナー厚4 mm、干渉0.05 mmのインサートブッシュを供給し、安定した運転を実現しています。

2.3 分割三分割グラファイトベアリング

軸の分解が困難な大型垂直潜水ポンプ向けに、三分割の分割ベアリングを採用しています。軸を外さずに現場で交換可能で、メンテナンス時間を大幅に短縮します。

3. 媒体特性による選定

3.1 清水用途

深井戸や農業用ポンプは、固形物の少ない清水を扱います。樹脂含浸のM106HまたはM120Hが適しています。条件は温度 ≤ 40℃、PV ≤ 5 MPa·m/s。軸硬度はHRC 45以上、摺動面の粗さはRa ≤ 0.4 μmです。

3.2 汚水用途

汚水ポンプは繊維状や懸濁物質を含み、ブッシュを摩耗させます。硬度と耐摩耗性の高いアンチモン含浸M106Dが推奨されます。媒体の浸入を促進するために、2 mm幅、1.5 mm深さ、6～8本の軸方向溝を切削することがあります。

3.3 海水用途

海水中の塩化物はアンチモン含浸グラファイトを腐食させる恐れがあるため、樹脂含浸または銅含浸グレードを使用すべきです。軸材質は316Lステンレスまたはデュプレックスステンレスで、窒化処理された摺動面が望ましいです。

3.4 高温用途

温水循環ポンプは90～120℃で運転することがあり、アンチモン含浸または高温用樹脂含浸グラファイトが推奨されます。熱膨張を考慮し、常温運転時よりも0.02～0.03 mm大きいクリアランスを設定します。

4. 故障モードと予防対策

4.1 乾燥焼損

水位低下やストレーナ詰まりにより媒体が供給されず、ブッシュが乾摩擦焼損します。黒い焼け跡やひび割れが発生します。対策として、低水位スイッチの設置や定期的なストレーナ清掃が必要です。

4.2 研磨摩耗

媒体中の砂粒子がクリアランス内で三体摩耗を引き起こし、内径の均一な拡大と表面粗化を招きます。対策は、ハイドロサイクロンや磁気フィルターの設置、より硬いアンチモン含浸グラファイトの選定です。

4.3 電食腐食

インバータ駆動による軸電流がグラファイトブッシュを通じて放電し、軸およびブッシュに「洗濯板状」の波状摩耗を生じます。対策として、非駆動端に接地用カーボンブラシを設置し、電流をハウジングに逃がします。

4.4 フィットの緩み

長期間の運転でブッシュとハウジング孔の外径干渉が緩み、ブッシュが回転することがあります。対策は組立時に適切な干渉（0.02～0.04 mm）を確保し、必要に応じて嫌気性接着剤を使用します。

5. Huahao Sealingの供給事例

90 kWの市営汚水揚水ポンプは当初フェノール含浸ブッシュを使用し、平均寿命は8ヶ月でした。アンチモン含浸M106Dに溝加工を施したものに切り替えた結果、連続運転24ヶ月で摩耗はわずか0.15 mmにとどまり、寿命は30ヶ月に達すると予測されています。

結論

潜水ポンプ用カーボングラファイトブッシュの選定は、媒体の特性、ポンプの動力、運転条件、および保守性を総合的に考慮する必要があります。Huahao Sealing Co., Ltd.では、M106K樹脂含浸およびM106Dアンチモン含浸のカーボングラファイトブッシュをフルラインナップで提供しており、図面に基づくカスタム対応も可能です。個別のケースに応じた推奨も行っておりますので、詳細なご相談は当社のエンジニアリングチームまでお問い合わせください。