【詳細記事】性能曲線（Q-Hカーブ）の読み方と、寿命を縮める「運転点の罠」【シミュレーター付】

はじめに：そのグラフは「取扱説明書」以上の意味がある

ポンプ室や事務所の棚にある「性能曲線図（Performance Curve）」。
ただの納入時の記念品や、設計者だけが見るカタログだと思っていませんか？

実は、この曲線はポンプの「健康診断書」であり、同時に「寿命の契約書」でもあります。

現場で「軸受がすぐ壊れる」「メカニカルシールが頻繁に漏れる」というトラブルが起きたとき、その原因の多くは部品の不良ではありません。ポンプが「性能曲線の『どこ』で運転されているか」に問題があるのです。

この記事では、単なるグラフの読み方だけでなく、信頼性工学の観点から「なぜバルブを絞りすぎるとポンプが自壊するのか？」というメカニズムを解き明かします。これを読めば、明日からのバルブ操作の「重み」が変わるはずです。

まずは基本となる3本の線を翻訳します。グラフには通常、以下の要素が描かれています。

形：山なりの曲線。
意味： 投入した電気がどれだけ水のエネルギーに変わったかの割合。
現場感覚： 頂点となる「最高効率点（BEP: Best Efficiency Point）」が、ポンプにとって最も快適な運転ポイントです。ここから外れるほど、無駄になったエネルギーは「熱」や「振動」という破壊的な力に変わります。

「ポンプを買ってきたら、カタログの定格点で動く」と思っていませんか？それは間違いです。
ポンプが実際にどの流量で動くかは、相手（配管システム）との「綱引き」で決まります。

配管に水を流すと、摩擦抵抗が発生します。この抵抗は、流量が増えるほど（流速の2乗で）急激に大きくなります。これをグラフにすると、左下から右上へ伸びる二次曲線になります。

ポンプの「出せる力（Q-Hカーブ）」と、配管の「邪魔する力（システム抵抗曲線）」がぶつかった交点。ここが実際の「運転点」です。

① 吐出弁開度 (抵抗) 100%

抵抗曲線の傾きが変わります。

② インバータ周波数 50 Hz

性能曲線自体が上下します。

流量 (Q) 0 m³/min

全揚程 (H) 0 m

軸動力 (L) 0 kW

性能曲線抵抗曲線軸動力 ● 運転点

ここからが本題です。
多くのエンジニアは「BEPから外れると効率が落ちる（電気代の無駄）」と考えますが、現場のリスクはそれだけではありません。

信頼性工学の世界には「Barringer-Nelson曲線（バリンジャー・ネルソン曲線）」という有名な法則があります。これは、「BEPから離れれば離れるほど、ポンプの故障率は幾何級数的に跳ね上がる」という事実を示した「バスタブ曲線」です。

なぜ故障するのか？見えない「暴力」が働いているからです。

ポンプのケーシング（渦巻室）は、BEPの流量で圧力が均一になるように設計されています。

もし、バルブを絞って低流量で運転するとどうなるか？
ケーシング内の圧力バランスが崩れ、インペラを特定の方向へ強く押し付ける巨大な力が発生します。これが「ラジアルスラスト」です。

この力はシャフトを「弓」のように曲げます（軸たわみ）。
メカニカルシールは非常に繊細で、許容される軸の振れはわずか0.05mm程度。ラジアルスラストによって軸がたわむと、回転環が傾き、シール面が開いて漏れたり、片当たりして割れたりします。

【現場の教訓】
ポンプが壊れるのは「寿命」ではありません。BEPから外れた運転によって、「シャフトを曲げながら回している」から壊れるのです。

運転員からよくある質問に「このバルブ、どこまで絞っていいですか？」というものがあります。
答えは一つではありません。2つの限界が存在します。

定義： 「最小連続安定流量」と呼ばれます。内部での流体剥離や再循環（渦）が発生し、振動が許容値を超える限界です。
現象： 「ガラガラ」「バラバラ」という、まるで砂利を汲み上げているような異音（キャビテーションに似ているが違う音）がします。
注意点： 通常、MCSF（振動限界）はMCTF（熱限界）よりも高い流量になります。「熱くなっていないから大丈夫」と思って絞り続けると、振動でベアリングやシールが先に壊れます。