KR101096660B1 - 배관설비의 고체소음 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체의 구조격벽을 관통하여 설치되는 배관의 전 둘레부위를 댐핑 러버로 감싸고 배관과 댐핑 러버 사이의 기밀부위에 수밀성능의 확보를 위해 화이어 러버를 설치함으로써, 배관으로부터 구조격벽으로 전파되는 고체소음의 전달을 최소화함과 더불어 승조원의 거주구역에 대한 고체소음을 줄여 안락한 거주성을 확보할 수 있고 화재 발생시 화이어 러버의 팽창 특성을 이용하여 구조격벽에 의해 구획되는 각 격실간 수밀을 보다 확실하게 보장할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배관부재(10)의 외주면에 밀착되는 중공형 댐핑 러버(14), 격벽부재(12)의 관통부에 결합되고 상기 댐핑 러버(14)의 외주면을 내주면에 밀착시켜는 플랜지형 너트 캐스팅(16), 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에서 상기 배관부재(10)와 상기 댐핑 러버(14) 사이의 수밀을 위해 설치되는 환형상의 화이어 러버(20) 및, 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에서 상기 화이어 러버(20)의 지지를 위해 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에 대해 나사 결합되는 플랜지형 스틸 케이스(22)를 구비한다.

Description

배관설비의 고체소음 저감장치{Structureborne noise reduction device for piping arrangement}

본 발명은 배관설비의 고체소음 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 함정의 스텔스 성능 중 하나인 수중방사소음의 저감과 승조원 거주구역에 대한 고체소음 측면의 안락성 향상을 위해 배관을 통해 구조격벽으로 전달되는 구조 에너지의 전파를 최소화할 수 있도록 하는 배관설비의 고체소음 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 배관설비에 있어 배관라인은 유체의 유동을 위해 설치되는 것인 바, 배관라인을 통한 유체의 유동은 펌프와 같은 가압설비의 작용에 의해 이루어진다. 이 경우 배관라인에서 발생하는 캐비테이션 등에 의한 고체소음은 유체를 매질로 하여 유동의 전 영역으로 전파될 뿐만 아니라, 강체인 배관라인을 매질로 하여 배관설비의 전 영역으로 전파된다. 특히 펌프와 같은 가압설비를 포함한 장비 자체에서 발생한 진동 및 소음도 역시 동일한 경로를 통해 유동의 전 영역으로 전파된다.

또한, 배관라인이 구조격벽과 같은 선체(Hull)를 관통하여 지나가야 하는 경우 배관라인과 유동유체를 통해 전달되는 고체소음은 구조격벽을 매질로 하여 주변 격실 및 수중(Underwater)으로 전달되어 고체 에너지에 의한 공기소음 유발 및 수중방사소음의 원인으로 작용하게 된다.

이에 따라, 선박과 같이 밸러스트 수를 비롯한 각종 냉각수 등의 유동을 위해 상당한 길이의 배관라인을 구비하는 경우에는 배관라인을 비롯한 유동 유체에 의한 진동 및 소음의 전파에 많은 관심을 가질 수 밖에 없는 실정이다. 예컨대, 군사용 목적으로 개발되는 함정이나 잠수함의 경우에는 수중방사소음의 정도가 피탐 성능을 결정짓는 데 상당 부분의 영향을 미치고 있기 때문에, 배관설비의 개발에 있어 진동 및 소음에 의한 구조소음을 최소화하는 데 많은 노력을 경주하고 있다.

그럼에도 불구하고, 종래에는 선체의 구조격벽을 관통하는 배관을 통해 전파되어 수중방사소음을 유발하는 고체소음에 대한 감소 효과는 미미하여 이에 대한 보다 적극적인 대처방안이 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 선체의 구조격벽을 관통하여 설치되는 배관의 전 둘레부위를 댐핑 러버로 감싸고 배관과 댐핑 러버 사이의 기밀부위에 수밀성능의 확보를 위해 화이어 러버를 설치함으로써, 배관으로부터 구조격벽으로 전파되는 고체소음의 전달을 최소화함과 더불어 승조원의 거주구역에 대한 고체소음을 줄여 안락한 거주성을 확보할 수 있고 화재 발생시 화이어 러버의 팽창 특성을 이용하여 구조격벽에 의해 구획되는 각 격실간 수밀기능을 보다 확실하게 보장할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배관부재의 외주면에 밀착되도록 설치되는 중공형 댐핑 러버와, 격벽부재의 관통부에 결합되어 지지되고 상기 댐핑 러버의 외주면을 내주면에 밀착시켜 지지하는 플랜지형 너트 캐스팅, 상기 댐핑 러버의 양단부에서 화재시 상기 배관부재와 상기 댐핑 러버 사이의 수밀을 위해 설치되는 환형상의 화이어 러버 및, 상기 너트 캐스팅의 양단부에서 상기 화이어 러버의 지지를 위해 상기 너트 캐스팅의 양단부에 대해 나사 결합되는 플랜지형 스틸 케이스를 구비하는 배관설비의 고체소음 저감장치를 제공한다.

본 발명은 상기 댐핑 러버의 외주면과 상기 너트 캐스팅의 내주면 사이에 삽입되어 상기 배관부재의 외주면과 상기 너트 캐스팅의 내주면 사이의 공간에서 상기 댐핑 러버를 밀착시키는 쐐기형 단면을 갖는 환형상의 와셔를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 너트 캐스팅의 양단부와 상기 스틸 케이스 사이에서 수밀 성능의 향상을 위해 설치되는 플랜지형 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 댐핑 러버는 외주면에 길이방향을 따라 길게 연장되는 요철형 그루브를 방사상으로 이격된 위치에서 다수로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 화이어 러버는 상기 배관부재의 외주면에 밀착되어 상기 스틸 케이스의 내주면을 안착 지지하는 수평면부와, 상기 수평면부로부터 대략 직각방향으로 절곡되어 상기 댐핑 러버의 양단부에 밀착되고 상기 스틸 케이스의 내측면에 의해 가압되는 수직면부를 일체로 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배관설비의 고체소음 저감장치에 의하면, 선체의 구조격벽을 관통하도록 설치되는 배관의 전 부위중 구조격벽과의 결합부위 전 둘레에 걸쳐 완충성 재질의 댐핑 러버를 설치함으로써, 배관을 통해 유동하는 유체로부터 격벽으로 전달되는 수직방향 및 수평방향의 각종 진동에 의한 고체소음의 전파를 최소화할 수 있게 되고, 이를 통해 함정의 스텔스 성능중 하나인 수중방사소음에 의한 피탐의 위험성을 줄여 전투력의 증강을 도모할 수 있게 된다.

또한, 배관으로부터 격벽으로 전달되는 고체소음을 줄여 선체 내부의 거주구실에서 거주하는 승조원에 대한 보다 안락한 거주 성능의 확보를 도모할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 배관과 댐핑 러버 사이의 기밀부위에 대한 수밀성능의 확보를 위해 열팽창성 물질의 화이어 러버를 스틸 케이스에 의해 마감 처리함으로써, 화재 발생시 화이어 러버의 팽창 특성을 이용하여 구조격벽에 의해 구획되는 각 격실 사이에 대한 수밀 효과를 보다 확실하게 보장할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 댐핑 러버와 화이어 러버의 설치를 위한 스틸 케이스의 마감 처리부위에 방염 가스켓을 추가함으로써, 화재시 수밀 성능을 한층 더 강화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 배관설비의 고체소음 저감장치의 설치 상태와 분해 상태를 각각 도시한 측단면도.
도 2는 도 1에 도시된 댐핑 러버의 정면도와 측단면도.
도 3은 도 1에 도시된 너트 캐스팅의 정면도와 측단면도.
도 4는 도 1에 와셔의 정면도와 측단면도.
도 5는 도 1에 도시된 화이어 러버의 정면도와 측단면도.
도 6은 도 1에 도시된 스틸 케이스의 정면도와 측단면도.
도 7은 도 1에 도시된 가스켓의 정면도와 측단면도.
도 8과 도 9는 수직방향 및 수평방향의 고체소음에 대한 전달손실을 각각 주파수 영역별로 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배관설비의 고체소음 저감장치는 중공의 배관부재(10)에 있어 선체의 구조격벽(Bulkhead)에 해당하는 격벽부재(12)를 관통하는 부위의 외주면에 설치되어 상기 격벽부재(12)와의 사이에서 각종 진동에 의한 고체소음의 전달을 중간에서 효과적으로 차단하는 기능을 수행한다.

이를 위해 상기 배관부재(10)는 외주면에 중공형 댐핑 러버(14)를 밀착시켜 설치한다. 상기 댐핑 러버(14)는 반경방향으로 수축 변형이 용이한 완충성 재질로 이루어져 상기 배관부재(10)를 통해 상기 격벽부재(12)로 전달되는 구조 에너지를 최소화하기 위한 일종의 방진부재로서, 군사용 목적의 함정에 있어 스텔스 성능중 하나인 수중방사소음(URN;Underwater Radiated Noise)에 대한 성능 향상과 승조원 거주구역에 대한 고체소음의 측면에 있어 안락성의 향상을 위해 개발된 것이다.

상기 격벽부재(12)는 상기 배관부재(10)의 설치를 위한 개구부에 플랜지형 너트 캐스팅(16)을 결합한다. 이때, 상기 너트 캐스팅(16)은 실제 선박에 있어 상기 격벽부재(12)의 개구부에 대해 용접으로 직접 결합되는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 실시예를 도시하는 도 1에서는 수중방사소음 및 고체소음의 전달 정도에 대한 측정 시험의 편의성을 위해 상기 너트 캐스팅(16)의 외주면에 별도의 플랜지(16-1)를 일체로 형성한 다음 상기 격벽부재(12)에 대해 나사 체결의 방식으로 조립되는 구조를 채택하였다.

상기 너트 캐스팅(16)은 내주면에 상기 배관부재(10)의 외주면에 밀착 고정된 상기 댐핑 러버(14)의 외주면을 밀착시켜 지지한다. 이때, 상기 배관부재(10)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이에서 상기 댐핑 러버(14)의 긴밀한 설치를 위해 쐐기형 단면을 갖는 환형상의 와셔(18)가 설치되는 데, 상기 와셔(18)는 상기 댐핑 러버(14)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이에 틈새로 삽입되어 상기 배관부재(10)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이로 상기 댐핑 러버(14)를 보다 긴밀하게 밀착시킬 수 있게 한다.

이에 따라, 상기 댐핑 러버(14)는 재질이 갖고 있는 완충 성능을 매개로 상기 배관부재(10)를 통해 상기 격벽부재(12)로 전달되는 구조 에너지를 중간에서 효과적으로 차단하는 역할을 수행할 수 있게 된다. 또한, 상기 댐핑 러버(14)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외주면에 길이방향을 따라 길게 연장되는 요철형 그루브(14a)를 방사상으로 이격된 위치에서 다수로 형성하고, 상기 그루브(14a)는 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면과 면착되어 겉보기 탄성계수를 증가시켜 고체소음의 전달을 최소화하는 역할을 수행한다.

상기 댐핑 러버(14)의 양단부에는 상기 배관부재(10)와 상기 댐핑 러버(14) 및 상기 너트 캐스팅(16) 사이의 틈새를 보다 긴밀하게 밀봉하기 위한 환형상의 화이어 러버(20)가 설치되는 데, 상기 화이어 러버(20)는 상기 배관부재(10)의 외주면은 물론 상기 댐핑 러버(14)의 양단부와도 밀착된다. 이를 위해 상기 화이어 러버(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 배관부재(10)의 외주면에 대해 면착되어 밀착되는 수평면부(20a)와, 상기 수평면부(20a)로부터 대략 직각방향으로 절곡되어 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에 대해 각각 면착되어 밀착되는 수직면부(20b)를 일체로 갖추도록 형성된다.

그리고, 상기 화이어 러버(20)는 격실의 화재 조건(Fire Condition, A-60)에서 요구되는 화재상황 이후의 수밀성능을 확보하기 위해 고온에서 자체적으로 부피가 팽창하는 특수한 소재, 예컨대 RS-105(REMITITE^® Rubber Sleeve 15)와 같은 소재를 이용하여 성형 제작한다.

이에 따라, 상기 화이어 러버(20)는 화재시 상기 배관부재(10)의 외주면과 상기 댐핑 러버(14)의 내주면, 그리고 상기 댐핑 러버(14)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이의 틈새를 통해 누설되는 물을 중간에서 차단하여 상기 격벽부재(12)를 중심으로 양쪽으로 각각 구획되는 다른 격실에 대한 수밀을 보다 적극적으로 보장할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에 위치하는 상기 화이어 러버(20)에 대한 마감 처리를 위해 플랜지형 스틸 케이스(22)가 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에서 각각 나사 체결로서 고정 설치된다.

즉, 상기 스틸 케이스(22)는 이의 내주면이 상기 화이어 러버(20)의 수평면부(20a)의 외주면과 수직면부(20b)의 외측면에 각각 밀착되면서 상기 너트 캐스팅(16)에 대해 나사 결합으로 고정됨에 따라 상기 화이어 러버(20)는 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에서 각각 견고하게 정위치를 유지할 수 있게 된다.

이때, 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에는 상기 스틸 케이스(22)와의 나사 결합시 이들 사이의 면착부위에 대한 수밀 성능을 한층 더 향상시키기 위한 차폐 역할을 수행하는 플랜지형 가스켓(24)이 설치되는 바, 상기 가스켓(24)은 화재시 상기 너트 캐스팅(16)과 상기 스틸 케이스(22) 사이의 기밀을 보장하기 위해 방염 처리된 가스켓을 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 너트 캐스팅(16)과 상기 스틸 케이스(22) 및 상기 가스켓(24)은 각각 상기 격벽부재(12)를 중심으로 양측부에서 나사 체결에 의한 결합을 위해 개구부(16a,22a,24a)를 전 둘레에 걸쳐 방사상으로 이격되어 다수로 형성하고, 이들 개구부(16a,22a,24a)는 각각 동일한 위치로 설정됨은 물론이다.

또한, 상기 화이어 러버(20)와 상기 스틸 케이스(22) 및 상기 가스켓(24)은 상기 배관부재(10)의 외주면에서 상기 댐핑 러버(14)와 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에 대해 각각 한 쌍씩 배치되어 나사 체결을 통해 고정되는 데, 도 1에 있어 도시의 편의상 상기 너트 캐스팅(16)에 대한 상기 스틸 케이스(22)와 상기 가스켓(24)의 결합을 위한 나사의 도시(圖示)는 생략하였다.

따라서, 상기와 같은 구조로 이루어지는 본 발명에 따른 배관설비의 고체소음 저감장치는 선체의 격벽부재(12)를 관통하여 설치되는 배관부재(10)의 외주면에 완충성 재질의 댐핑 러버(14)를 설치하고, 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에 대해 화이어 러버(20)와 가스켓(24)을 각각 스틸 케이스(22)의 마감 처리를 통해 구속함으로써 배관부재(10)를 통해 유동하는 유체로부터 격벽부재(12)로 전달되는 수직방향 및 수평방향의 각종 진동에 의한 고체소음의 전파를 최소화할 수 있게 된다.

이러한 소음 전달의 감소 효과는 수직방향의 고체소음에 대한 전달손실과 수평방향의 고체소음에 대한 전달손실을 각각 주파수 영역별 소음의 감소 정도로서 나타내고 있는 도 8과 도 9의 그래프로부터 자명하게 이해할 수 있다.

즉, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소음 저감장치를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우를 각각 비교해 본 고체소음의 전달 시험 결과, 전달되는 방향에 따라 기존 대비 12~14dB 정도의 소음 감소 효과가 있고, 특히 250Hz 이상에서 주파수 대역이 증가할수록 소음의 감소 정도는 더욱 증가함을 알 수 있으며, 특히 배관 소음에 의해 주로 영향을 받는 수중방사소음은 1,000Hz 이상의 주파수 대역에서 더 많은 감소의 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-배관부재 12-격벽부재 14-댐핑 러버
16-너트 캐스팅 18-와셔 20-화이어 러버
22-스틸 케이스 24-가스켓

Claims (7)

1. 배관부재(10)의 외주면에 밀착되는 중공형 댐핑 러버(14);
   격벽부재(12)의 관통부에 결합되고 상기 댐핑 러버(14)의 외주면을 내주면에 밀착시켜는 플랜지형 너트 캐스팅(16);
   상기 댐핑 러버(14)의 양단부에서 상기 배관부재(10)와 상기 댐핑 러버(14) 사이의 수밀을 위해 설치되는 환형상의 화이어 러버(20); 및
   상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에서 상기 화이어 러버(20)의 지지를 위해 상기 너트 캐스팅(16)의 양단부에 대해 나사 결합되는 플랜지형 스틸 케이스(22)를 구비하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 댐핑 러버(14)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이에 삽입되어 상기 배관부재(10)의 외주면과 상기 너트 캐스팅(16)의 내주면 사이의 공간에서 상기 댐핑 러버(14)를 밀착시키는 환형상의 와셔(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 너트 캐스팅(16)의 양단부와 상기 스틸 케이스(22) 사이에서 수밀 성능의 향상을 위해 설치되는 플랜지형 가스켓(24)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 너트 캐스팅(16)과 상기 스틸 케이스(22) 및 상기 가스켓(24)은 각각 나사 결합을 위해 가장자리 전 둘레부위에 걸쳐 중심부로부터 방사상으로 이격되게 배치되는 다수의 개구부(16a,22a,24a)를 갖춘 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 댐핑 러버(14)는 외주면에 길이방향을 따라 길게 연장되는 요철형 그루브(14a)를 방사상으로 이격된 위치에서 다수로 형성하는 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 화이어 러버(20)는 상기 배관부재(10)의 외주면에 밀착되는 수평면부(20a)와, 상기 수평면부(20a)로부터 직각방향으로 절곡되어 상기 댐핑 러버(14)의 양단부에 밀착되는 수직면부(20b)를 일체로 갖춘 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 스틸 케이스(22)는 내주면이 상기 화이어 러버(20)의 수평면부(20a)의 외주면에 밀착되고 내측면이 상기 화이어 러버(20)의 수직면부(20b)의 외측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 배관설비의 고체소음 저감장치.
   

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