技術記事
鉱山排水ポンプにはスターカップリングか直線ジョーか：芯ずれ、衝撃、湿潤環境、エレメント交換で比較
鉱山のポンプ設備では、曲線ジョーのスターカップリングと直線ジョーのジョーカップリングはほとんど同じに見え、排水ポンプのカップリングを交換する購買担当者は、今付いているのがどちらか、どちらが必要かを見分けられないことがよくあります。どちらも坑内の排水ポンプや選鉱場の中小型ポンプに使えますが、芯ずれ、起動や水撃による衝撃、湿った泥水環境への対応の仕方が異なります。ここでは、こうしたポンプでの曲線ジョーと直線ジョーの違い、それぞれが合う場面、どちらも合わない場面、交換前に確認すべき点を説明します。
曲線ジョーと直線ジョーの構造の違い
スターカップリングはジョーの側面が曲線で、スターエレメントの歯はクラウニングされており、両ハブを押し合わせるとエレメントがわずかに予圧縮されます。予圧縮によってがたがなくなり、クラウニングした接触面が、軸にわずかな角度があるときも荷重を歯の縁から遠ざけるので、エレメントのより広い面が仕事をします。
直線ジョーのカップリング、たとえば当社のジョーカップリングシリーズは、ジョーの側面が平らで、梅形エレメント（スパイダ）は通常ほとんど、または全く予圧縮されていません。構造が簡単で丈夫、取り付けも容易ですが、角度方向の芯ずれがあると荷重がエレメントの縁に移り、トルクが反転するとジョーが反対側に当たるまでに小さな打音が出ることがあります。
どちらの形式もフェールセーフで、エレメントが壊れてもジョー同士がかみ合ってポンプは回り続け、騒音とハブの損傷が警告になります。どちらも半径方向の芯ずれはあまり許容しないので、どちらでも芯出しが重要です。曲線ジョーは小さな角度誤差に対してより寛容というだけです。
排水ポンプと選鉱ポンプの運転条件がカップリングに与える影響
水位制御で運転する排水ポンプは1直に何度も起動することがあり、直入れ起動のたびにピークトルクがカップリングを通ります。ポンプが止まり逆止弁が強く閉じると、水撃によって短いトルクの急上昇、ときには短時間の逆転トルクが軸を伝って戻り、カップリングにがたがあればそれが打撃になってエレメントの縁を傷めます。
ここで予圧縮されたスターエレメントが有利になります。打撃を生むがたがないからです。エレメントの硬度も影響します。当社のXLスターカップリングは92 ShAのエレメントで定格を示しており、98 ShAのエレメントでは約70%大きなトルクを伝えられますが、硬いエレメントは衝撃もより直接伝えるので、衝撃の大きいポンプで余裕を稼ぐためだけに切り替えるのはやめてください。
坑内水は湿っていて泥を含むことが多く、ときには化学的に腐食性があり、ポンプ室が高温になることもあります。エレメントの材質を水、含まれる薬品、カップリング部の温度と照らし合わせ、穴のない板製ガードで泥を防ぎ、使用温度範囲を守ってください。当社スターカップリングは−35 °C～+80 °C、直線ジョーのジョーカップリングは−30 °C～+80 °Cです。
エレメント交換と予備品
どちらの形式も基本形ではエレメントを交換するときにハブを一方へ引く必要があるので、軸方向のスペースが十分でなければモータかポンプを動かさなければなりません。ポンプ設備が狭い場所に設置され、モータを動かすと1直分の時間がかかる場合は、LMSダブルフランジ形のジョーカップリングなら機械を動かさずにエレメントを交換できます。
スターエレメントと梅形エレメントに互換性はなく、同じ形式でもメーカーが違えば互いのハブに合わないことがよくあります。ポンプ場で両方が混在しているなら、ポンプのサイズごとにどちらか一方に統一して、同じポンプ全体を1種類のエレメントでまかなえるようにし、カップリングごとにエレメントの硬度を記録してください。
どちらを選ぶか
どちらがあらゆる場面で優れているということはなく、運転条件と保守の事情で決まります。まずは次を目安にしてください。
| 状況 | 適した選択 |
|---|---|
| コンパクトなポンプ設備、頻繁な起動、逆止弁の強い閉止、がたを避けたい | スターカップリング（曲線ジョー） |
| 起動回数は中程度、安定した運転、工場に梅形エレメントの在庫がある | 直線ジョーのジョーカップリング |
| エレメント交換時にモータやポンプを動かしにくい | LMSダブルフランジ形ジョーカップリング |
| ベースが動く、軸端間距離が長い、または両形式の範囲を超えるトルク | どちらも不適、別形式のカップリング |
典型的な工況の例：坑内のポンプ場で同じ排水ポンプが並んで水位制御で運転され、直線ジョーのエレメントが縁から摩耗し、停止のたびに打音が出ているとします。そこでは予圧縮されたスターエレメント付きのスターカップリングでがたがなくなり、一方、選鉱場で長時間安定して運転する工程水ポンプは、直線ジョーのジョーカップリングのままで構いません。
交換前に軸穴、長さ、スペースを確認する
スターカップリングが直線ジョーのカップリングのスペースにそのまま収まるとは限らず、その逆も同じです。形式を変える前に次を確認してください。
- 両側の軸径とキー溝：当社スターカップリングのハブは円筒穴が標準で、テーパ穴は強度確認の後に限られます。直線ジョーのハブはGB/T 3852に基づくY、J、Z（1:10テーパ）形の軸穴に対応できます。
- 軸端間距離と新しいカップリングの全長。どちらの機械も動かさずに済むようにします。
- 既存ガードに対する外径と、エレメント交換時にハブを引くための軸方向スペース。
- モータの出力と回転数。サービスファクタを含めた定格トルクでサイズを選び、起動と水撃によるピークトルクを確認するために使います。
新しいカップリングで軸端間距離が変わる場合は、ポンプやモータのベースを動かすよりハブの設計を変えるほうがたいてい安く済みます。寸法をお送りいただければ、既存の配置を保てる方法をお知らせします。
FAQ
曲線ジョーのスターエレメントを直線ジョーのカップリングに入れられますか？
できません。ジョーの形が違うので、エレメントが入らないか、間違った位置で荷重を受けます。ハブとエレメントを一緒に交換してください。
排水ポンプではどちらが長持ちしますか？
形式よりも芯出し、ガード、運転条件に左右されます。起動が頻繁で逆止弁が強く閉じるポンプでは、がたのない曲線ジョーのほうがたいていエレメントが長持ちし、安定運転のポンプでは差は小さくなります。
これらのカップリングに潤滑は必要ですか？
不要です。どちらも無潤滑で使います。清潔に保ってガードを付け、計画停止時にエレメントを点検してください。
どのサイズ範囲を供給していますか？
当社のXLスターカップリングはXL0～XL16で軸穴6 mm～200 mm、LMジョーカップリング（直線ジョー）はGB/T 5272-2017に基づくLM50～LM400で軸穴10 mm～160 mmです。サイズは軸穴だけでなく、モータの定格トルク、サービスファクタ、ピークトルクから選んでください。
ポンプとモータの銘板、軸径とキー溝、軸端間距離、既存カップリングの写真に加え、ポンプの起動頻度と逆止弁の閉まり方についてのメモをお送りください。標準サイズは最短10日で出荷でき、旧品の複製は最短20日で、非標準のハブは図面評価後に納期を確定し、寸法検査成績書を製品と一緒にお付けできます。図面を送って見積もりを依頼するか実測データをお送りいただければ、ポンプごとにスターカップリングか直線ジョーのジョーカップリングをご提案します。
選定または既設品交換の技術確認が必要ですか？
出力、回転数、軸径、キー溝、取付寸法、図面または既設品写真をお送りください。使用条件を確認してから型式と見積を検討します。