午前 2 時に船の機関室のデッキに立ったことがあれば、骨に染み込むような騒音、鋭いカンカン、リズミカルなドスンという音、歯が痛くなるような高音の鳴き声など、過剰な往復ポンプの騒音がどのようなものかを正確にご存知でしょう。船舶用往復ポンプのサプライヤーとして、私は船長、主任機関士、保守管理者から同じ質問をされる数十件の遭難通報に対応してきました。「なぜ当社のポンプがこれほど騒がしいのか、どうすれば問題を解決できるのか」というものです。往復ポンプは船舶の主力製品です。貨物の移送やバラストの操作から、冷却システムの循環や極低温流体の管理に至るまで、あらゆる役割を担っています。ポンプが故障すると、騒音は単なる煩わしさだけでなく、安全上の問題、メンテナンスの悩み、そして運航効率への脅威となります。この業界での過去 12 年間で、私はノイズがランダムに発生することはほとんどないことを学びました。それは、ポンプの設計、設置、操作、または磨耗に関連する、特定の予防可能な問題にまで遡ります。騒音の大きい船舶用ポンプに対処する人のために、この問題を明確に説明したいと思います。
まず、往復ポンプが船舶でどのように動作するかの基本から始めましょう。その動作を理解することが騒音を理解する鍵となるからです。インペラを回転させて流体を移動させる遠心ポンプとは異なり、往復ポンプはシリンダー内で前後に動くピストンまたはプランジャーを使用し、離散パルスで吸入圧力と吐出圧力を生成します。この前後の動きは、高圧用途に最適です。海を渡って原油を圧送したり、極低温流体として液化天然ガス (LNG) を移動したりすることを考えてください。しかし、それは本質的に動的でもあり、適切に保守されていない場合、位置がずれたり、磨耗したり、故障する可能性のある可動部品が多数あるためです。説明すると、最も一般的な船舶用往復ポンプは、汎用バラスト ポンプ、エンジン冷却用の高圧ポンプ、LNG 運搬船やその他のガス輸送船用の特殊な極低温往復ポンプなど、いくつかのカテゴリに分類されます。当社が提供する船舶モデルについて詳しく知りたい場合は、こちらの船舶用往復ポンプの専用ページをご覧ください。
これらのポンプで過剰な騒音が発生する最も一般的な原因の 1 つは、ポンプとその駆動システム (ほとんどの場合は電気モーター、ディーゼル エンジン、または油圧モーター) の間の位置合わせが不適切であることです。ポンプとモーターが完全に位置合わせされていない場合 (シャフトが真っ直ぐであることを意味する軸方向、またはわずかに傾いていることを意味する角度)、往復ポンプの絶え間ない前後運動により、それらを接続するカップリングに不均一な応力が発生します。時間の経過とともに、この応力によりカップリングが早期に摩耗し、振動が増幅されて大きな騒音につながります。私はこのような状況を数え切れないほど何度も見てきました。船舶のチームが乾ドック中に新しいモーターを設置し、時間を節約するために調整の手抜きをしたところ、1 か月以内にポンプのガタガタ音が非常に大きくなり、毎日の機関室の操作に支障をきたすようになりました。さらに、位置ずれは騒音を引き起こすだけでなく、シールの破損、ベアリングの損傷、さらには航海中のポンプの壊滅的な故障につながる可能性があります。ここでの修正は簡単です。定期的なアライメントチェック。理想的には 500 稼働時間ごと、または駆動システムの調整を伴うメンテナンス後に行います。高圧用途では、わずかな位置ずれでも大きな影響を与える可能性があるため、位置合わせの精度には妥協の余地がありません。
次に、内部コンポーネントの摩耗または損傷が主な原因となります。往復ポンプのシリンダー内には、ピストン、プランジャー、バルブ、バルブ スプリング、コネクティング ロッドなどの多くの可動部品があります。これらの各部品は 1 時間あたり数千回のサイクルに耐えられるように設計されており、時間の経過とともに摩耗していきます。たとえば、吸入バルブと排出バルブは、シリンダーに出入りする流体の流れを制御します。バルブシートまたはバルブプレート自体が摩耗すると、バルブが適切に開閉しなくなり、流体が不均一に脈動してノッキングやチャタリングノイズが発生します。私はかつて、極低温往復ポンプからの極度の騒音に悩まされている LNG 運搬船で働いていました。検査の結果、バルブシートが氷点下のLNGに何年もさらされていたため腐食しており、ピストンがストロークするたびにバルブが開閉する際にガタガタ音を立てていたことがわかりました。チームはポンプが故障するだろうと考えたが、摩耗したバルブを交換したところ、数時間で騒音が 70% 近く減少した。同様に、ピストン リングが摩耗すると、ピストンとシリンダー壁の間に隙間が生じ、圧力が不均一に上昇したり低下したりする際に圧力漏れが発生し、ドスンという音の原因となることがあります。ドライブからピストンに動きを伝えるロッドを支えるコネクティングロッドベアリングも摩耗し、エンジンノイズと間違われることが多い金属的なノック音を発生させることがあります。この種の異音を防ぐには、摩耗、亀裂、破片のチェックなど、内部コンポーネントの定期的な検査が重要です。多くの船舶では、故障を待つのではなく、乾ドックに入るたびに往復ポンプの内部を検査することをお勧めします。
油圧の不均衡は、船舶用往復ポンプにおける過剰な騒音の見落とされがちなもう 1 つの原因です。これらのポンプは流体を離散パルスで移動させるため、ポンプが接続されている流体システム (バラスト ラインや冷却回路など) に適切な圧力調整や脈動減衰が備わっていないと、ピストン ストロークごとに生じる圧力のスパイクや圧力低下が配管システム全体に反響する可能性があります。これは流体由来のノイズと呼ばれ、内部コンポーネントの磨耗による金属音とは異なる、低周波のゴロゴロ音のように聞こえることがあります。たとえば、ポンプが吐出ラインのサイズに対して高すぎる流量で動作している場合、またはラインに圧力が閉じ込められるよじれや詰まりがある場合、ポンプからのパルスが消散できず、配管内に共鳴が発生して騒音が増幅されます。また、ばら積み貨物船のバラストポンプが乗組員宿舎に迷惑を及ぼすほどの騒音を発していたのに、その船が排出ラインに脈動減衰装置を設置していなかったことが判明したという事例も見たことがあります。簡単なダンパーを追加すると、騒音が 92 デシベル (芝刈り機とほぼ同じ音量) から 78 デシベル (レストランでの忙しい会話のレベル) に減り、昼と夜の差が生じました。高圧往復ポンプの場合、圧力スパイクによって騒音が発生するだけでなく、ポンプや配管が損傷する可能性があるため、油圧の不均衡はさらに大きなリスクになります。ポンプ自体ではなく配管システムから発生していると思われるノイズに対処している場合は、圧力計をチェックし、脈動減衰装置を設置またはアップグレードすることが良い最初のステップです。
船舶特有の運転条件も、陸上ポンプでは対処する必要のない過剰なポンプ騒音の原因となります。船は荒れた海で絶えず移動、横揺れ、縦揺れを繰り返しているため、追加の振動が発生し、ポンプのバランスや調整が崩れる可能性があります。安定したコンクリート基礎の上に設置される陸上のポンプとは異なり、海洋ポンプは鋼鉄製の船の甲板に取り付けられており、波のたびに曲がり、振動します。ポンプの取り付け脚が緩んでいたり、基礎パッドが腐食または摩耗している場合、そのたわみによって振動や騒音が増幅される可能性があります。私はかつて、荒天時の航行中に異常なポンプ騒音を経験していたコンテナ船で働いていました。チームがポンプのマウントを検査したところ、航海中の絶え間ない振動によりいくつかのボルトが緩んでいたことが判明した。ボルトを締めてポンプとマウントの間に振動減衰アイソレーターを追加すると、問題はすぐに解決されました。船舶固有のもう 1 つの一般的な問題は、流体の粘度または汚染です。バラストや冷却によく使用される海水には、ポンプのコンポーネントを摩耗させ、摩擦を引き起こす高レベルの堆積物、塩分、破片が含まれる場合があります。ポンプで送られる流体の粘度が高すぎる場合 (重いバンカー燃料など)、ポンプ内を移動するときに抵抗が大きくなり、応力が増大し、振動が増大し、騒音が大きくなります。 LNG またはその他の液化ガスの移動に使用される極低温往復ポンプは、流体の粘稠度に特に敏感です。ガス内の汚染は圧力スパイクや内部摩擦を引き起こし、騒音を増幅させる可能性があります。ここでは定期的な液体の濾過とテストが重要です。航海ごとにフィルターを交換し、液体の品質をチェックすることで、多くの騒音や損傷を防ぐことができます。
最後に、元のポンプ設置による設計とサイズの問題により、将来的に過度の騒音が発生する可能性があります。船舶操縦者は、スペースを節約したりコストがかかると考えて、意図した用途には小さすぎる往復ポンプを選択することがあります。ポンプのサイズが小さすぎると、必要な流体を移動させるためにより懸命に働く必要があり、圧力が高くなり、コンポーネントへのストレスが増大し、騒音が大きくなります。たとえば、毎分 500 ガロンのバラスト ポンプを必要とする船舶が、毎分 300 ガロンのモデルを設置すると、常に最大能力で稼働するため、一定の騒音が発生し、予想時間の半分でコンポーネントが摩耗します。一方、過大なポンプも部分負荷で動作するとノイズが発生する可能性があり、流量と圧力パルスが不安定になります。当社が船主と協力して往復ポンプを供給する場合、用途、流体の種類、動作条件、船のサイズを考慮して常に全負荷の計算を行い、ポンプが船舶の正確なニーズに適合していることを確認します。安定した信頼性の高い流れを必要とする高圧用途では、騒音や動作上の問題を回避するために、適切なサイズの高圧往復ポンプを選択することが不可欠です。
これらすべてを踏まえると、船舶の過度の往復ポンプ騒音は、ほとんど謎ではなく、ポンプ、その設置、または動作に何か異常があることを示す信号です。アライメントのずれ、バルブの磨耗、油圧の不均衡、船舶固有の条件、サイジングの誤りなど、その解決策はほとんどの場合、定期的なメンテナンス、慎重な設置、適切な操作に根ざしています。船舶用往復ポンプのみを専門とするサプライヤーとして、私は、故障、ダウンタイム、または安全上の危険につながる前に、騒音に早期に対処することで、長期的には船主に数千ドルを節約できることを直接見てきました。船舶の往復ポンプからの過度の騒音に対処している場合、または現在のポンプのアップグレードまたは交換を検討している場合は、当社がお手伝いいたします。当社は、汎用のバラストポンプや冷却ポンプから、LNG 運搬船用の特殊な極低温往復ポンプに至るまで、さまざまな船舶用往復ポンプを専門としています。これらはすべて、外洋の過酷な条件下でも静かに、確実に、効率的に動作するように設計されています。ポンプの騒音が航海や乗組員の快適さを妨げないよう、ご連絡ください。お客様の船舶に適したポンプ ソリューションについて話し合ってください。
参考文献
- アメリカ海運局 (ABS)。 （2021年）。船舶用往復ポンプの運転および保守に関するガイドライン。 ABS 海事出版物。
- 油圧研究所。 （2019年）。遠心ポンプおよび容積式ポンプの騒音低減ガイドライン。油圧研究所出版局。
- 国際海事機関 (IMO)。 （2020年）。船舶上の騒音を低減するためのガイドライン。 MEPC.328(75)。
- ポンプ工業会 (PIA)。 （2022年）。往復ポンプの内部コンポーネントの摩耗と故障の分析。ぴあテクニカルレポート。
- 船舶構造委員会（2020年）。船舶用機械の振動・騒音対策。 SSCレポート475。
