KR101722669B1 - 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타워의 상단에 설치되는 조명기구 헤드 부분에 동조질량댐퍼를 설치하여 지진이나 여타의 진동을 흡수할 수 있게 함에 의해 진동으로부터 타워를 보호할 수 있게 한 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워에 관한 것이다.

Description

동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워{Earthquake-Resistant Light Tower with the Tuned Mass Damper}

본 발명은 조명타워에 관한 것으로, 상세하게는 타워의 상단에 설치되는 조명기구프레임 또는 타워헤드에 동조질량댐퍼를 설치하여 조명기구프레임 또는 타워헤드가 동조질량체 역할을 하여 지진이나 여타의 진동을 흡수할 수 있게 함에 의해 진동으로부터 타워를 보호할 수 있게 한 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워에 관한 것이다.

일반적으로 조명타워는 운동장이나 항만, 공연장 등은 넓은 면적을 갖는 시설로 야간 경기나 공연을 위해 설치된 대형 조명시설로서, 이들은 높은 위치에서 운동장 또는 공연장의 내부를 비추기 위해 타워(탑)에 설치되어 있으며 이러한 조명타워는 그 자체가 하나의 단독 설비를 이루고 있다.

일반적으로 조명타워는 운동장이나 공연장 등은 넓은 면적을 갖는 시설로 야간 경기나 공연을 위해 설치된 대형 조명시설로서, 이들은 높은 위치에서 운동장 또는 공연장의 내부를 비추기 위해 타워(탑)에 설치되어 있으며 이러한 조명타워는 그 자체가 하나의 단독 설비를 이루고 있다.

그러나, 이러한 종래 타워조명장치와 관련된 기술에는 다양한 것이 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 지주에 형성된 가이드레일을 따라 승강 이동할 수 있도록 결합되고 이를 견인하는 와이어와 구동수단들 및 제동수단들에 의해 승강 이동이 제어되며, 다수의 조명등 및 내외측 링형 지지대와 지지대 연결프레임을 포함하는 승강캐리어를 구비한 레일식 승하강 조명타워에 있어서, 승강캐리어의 내측 링형 지지대의 상부에 위치되어 회전되게 설치되고, 상부와 내측부에 각각 기어부가 형성된 링 기어와; 링 기어의 내측 기어부와 치합하는 구동기어가 축결합되고, 승강캐리어의 내측 링형 지지대의 일측에 지지된 전동모터와; 일측단이 링 기어의 상부 기어부와 치합되고, 타측단은 베어링에 의해 회전 지지되며, 일측단과 타측단 사이에 스크류 나사부를 갖는 스크류 봉과; 스크류 봉에 볼 베어링 결합되어 스크류 봉의 회전 상태에 따라 전, 후진하는 이송체와; 일측은 이송체의 상단에 고정 설치되고, 타측 전방 일단에는 조명등의 설치부가 고정 설치되며, 이송체와 연동하는 슬라이더; 및 슬라이더의 직진이동을 가이드하고, 지지대 연결프레임 하단에 고정 설치되는 가이드레일;을 포함하여 구성된 것이고,

특허문헌 2는 소정 높이를 가지고 수직으로 세워지는 지주와, 지주의 상단에 설치되는 고정틀과, 지주를 따라 승강가능하게 설치되며 조명등이 장착되는 승강틀과, 승강틀을 승하강 구동시키는 승강구동수단과, 승강틀이 상승하였을 때 승강틀이 고정틀에 대하여 좌우방향으로 움직이지 않도록 구속하는 XY축방향 구속수단과, 승강틀이 상승하였을때 승강틀이 고정틀에 대하여 상하방향으로 움직이지 않도록 구속하는 Z축방향 구속수단과, 조명등과 승강구동수단 및 Z축방향 구속수단을 원격조정하는 원격조정스위치를 포함하여 구성된 것이며,

특허문헌 3은 조명등기구를 구성하는 주요부품인 안정기를 램프가 설치된 타워의 상부에 설치된 지지구조물에 설치하고, 점화기를 램프와 일체로 구비함으로써 램프와 안정기 및 점화기가 인접되게 하여 전압강하를 방지하여 전력을 절감하고, 일정한 램프광속과 램프수명을 연장시켰으며, 안정기, 점화기, 변압기의 상태를 감지하기 위한 전장품상태감지수단과 램프상태, 안정기상태 및 점화기 상태를 비교하여 이상 유,무를 판단할 수 있도록 기준값이 저장된 데이터베이스를 구비하고, 전장품상태감지수단에 의해 감지된 각 구성요소의 상태를 표시하는 디스플레이를 구비한 마이크로컨트롤러와 전장품상태감지수단과 마이크로컨트롤러 사이의 통신을 위한 전력선통신모듈을 구비한 고정식 조명타워에 있어서, 전장품상태감지수단은 타워의 상단에 설치되고, 상기 마이크로컨트롤러는 타워의 하단 내부에 설치되어, 작업자가 조명타워에 오르기 전에 마이크로콘트롤러의 디스플레이를 통해 지상에서 조명탑 상부에 설치된 램프와 안정기의 이상 유 무를 판단한 후 보수 작업을 할 수 있게 하여 신속하고 안전한 유지관리가 가능하게 한 것이다.

이러한 종래의 조명타워들은 높이가 수십 미터에 달하는 대형 구조물로 지진을 비롯한 외부의 진동에 의해 흔들릴 경우 조명장치를 구성하는 전기 전자 요소들이 오류를 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 지진이 발생하였을 경우, 기울어지거나 파손되는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-0799695호 대한민국 특허등록 제10-1001687호 대한민국 특허등록 제10-1381278호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 타워에 내진 장치를 구비하여 지진으로부터 보호할 수 있게 한 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게 본 발명은 타워의 상단에 설치되는 조명기구 헤드 부분에 동조질량댐퍼를 설치하여 지진이나 여타의 진동을 흡수할 수 있게 함에 의해 진동으로부터 타워를 보호할 수 있게 한 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워는 타워본체의 상단에 조명기구가 설치되는 조명기구프레임 및/또는 타워헤드를 구비한 조명타워에 설치되어 진동을 저감할 수 있게 한 내진수단을 구비한 조명타워로, 상기 타워본체에 고정 설치되는 가이드; 상기 조명기구프레임 또는 타워헤드가 동조질량체 역할을 할 수 있도록 상기 조명기구프레임 또는 타워헤드의 하부에 고정 설치되어 조명기구프레임 또는 타워헤드를 포함하여 동조질량체 역할을 하며, 상기 가이드에 의해 수평으로 이동 가능하게 지지되는 슬라이더; 상기 가이드와 슬라이더 사이에 방사상으로 다수가 설치되고, 타워본체의 진동에 의한 슬라이더의 진동을 흡수하는 오일댐퍼 및 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드의 상부면과 슬라이더 저면 사이에는 슬라이더가 원활하게 이동될 수 있도록 마찰저감수단을 더 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬라이더의 질량은 조명기구프레임와 타워헤드와 슬라이더의 질량을 더 한 질량이, 타워본체와 조명기구프레임와 타워헤드와 슬라이더를 포함하는 조명타워 전체 질량의 1%이상이 20%이하가 되도록 조절되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워는 내진수단을 구비하여 지진을 비롯한 외부의 진동으로부터 조명장치를 보호할 수 있는 효과가 있다.

더욱이 본 발명은 동조질량댐퍼로 이루어진 내진수단을 구비하고, 조명기구헤드를 질량체로 사용함에 따라 질량체를 추가하지 않고 내진 기능을 수행할 수 있게 함에 따라 구조를 단순화시킬 수 있고, 타워본체의 하중 부담을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워의 일예의 측면도
도 2는 본 발명에 따른 조명타워 중 내진수단이 구비된 조명기구헤드부의 측면도
도 3은 본 발명에 따른 조명타워 중 내진수단의 일예의 측면도
도 4는 본 발명에 따른 조명타워 중 내진수단의 다른 일예의 측면도
도 5는 본 발명에 따른 조명타워에 설치된 내진수단의 사시도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 조명기구프레임 또는 타워헤드가 동조질량체의 역할을 하여 타워본체의 진동을 효과적으로 흡수 할 수 있다.

본 발명에 따른 동조질량댐퍼(Tuned Mass Damper)를 이용한 내진 조명타워는 타워본체(100)의 상단에 조명기구(201)가 설치되는 조명기구프레임(200) 및/ 또는 타워헤드(300)를 구비한 조명타워에 내진수단(10)을 설치한 것이다.

즉, 본원 발명은 동조질량댐퍼 기술을 조명타워에 적용하되, 타워본체(100)에 별도의 동조질량체를 설치하지 않고, 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)를 동조질량체로 사용할 수 있게 한 것이다.

상기 내진수단(10)은 상기 타워본체(100)에 고정 설치되는 가이드(11); 상기 조명기구프레임 또는 타워헤드(300)가 동조질량체 역할을 할 수 있도록 상기 조명기구프레임 또는 타워헤드(300)의 하부에 고정 설치되어 조명기구프레임 또는 타워헤드(300)를 포함하여 동조질량체 역할을 하며, 상기 가이드에 의해 수평으로 이동 가능하게 지지되는 슬라이더(12); 상기 가이드와 슬라이더 사이에 방사상으로 다수가 설치되고, 타워본체의 진동에 의한 슬라이더의 진동을 흡수하는 동조댐퍼(13)를 포함한다.

통상의 조명타워는 조명기구가 고정 설치되는 고정식 조명타워와, 조명기구를 승강시킬 수 있는 승강식 조명타워가 있으며, 고정식 조명타워는 타워본체(100)의 단상 부분에 조명기구(201)가 설치되는 조명기구프레임(200)을 일체로 거정하여 설치되어 있고, 승강식 조명타워의 경우에는 조명기구프레임(200)를 승강가능하게 설치하고, 조명기구프레임을 승강시키기 위해 타워본체의 상단에 타워헤드(300)를 구비하고 있다.

이에 따라 고정식 조명타워의 경우에는 조명기구프레임(200)에 내진수단(10)을 설치하고, 승강식 조명타워의 경우에는 조명기구프레임이 승강됨으로 타워헤드(300)에 내진수단(10)을 설치하는 것이다.

따라서, 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)가 동조질량체의 역할을 하는 것이다.

도 1 내지 도 5에는 승강식 조명타워의 일예를 도시한 것으로, 이하에서는 승강식 조명타워를 기준으로 본 발명의 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워를 설명한다.

상기 가이드(11)는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 조명기구프레임(200)나 타워헤드(300)의 하부의 타워본체(100)에 고정 설치된다.

상기 가이드(11)는 상기 슬라이더(12)가 수평으로 이동될 수 있도록 지지하는 수단으로 상부면에는 슬라이더(12)의 이동 범위를 제한할 수 있도록 지지턱(11d)을 형성하거나, 도 5에 도시한 바와 같이 슬라이더(12)에 형성된 슬라이딩로드(12r)가 끼워진 상태에서 이동될 수 있도록 슬라이딩홀(11h)이 형성되어 있다.

물론, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 가이드(11)를 원형 판체 형상으로 형성하고, 원판의 가장자리를 안쪽으로 굽혀 슬라이딩홈을 형성할 수도 있다.

상기 슬라이더(12)는 도시한 바와 같이, 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)의 저면에 고정설치되어 있고, 가이드(11)에 의해 수평으로 이동될 수 있도록 설치되어 있다.

즉, 타워본체(100)가 진동하면, 가이드(11)는 수평으로 이동하지만, 슬라이더(12)는 이동하지 않은 상태가 되게 할 수 있고, 이렇게 가이드의 진동이 슬라이더에 전달되지 않게 완충시키는 수단으로 상기 동조댐퍼(13)를 구비한 것이다.

상기 동조댐퍼(13)는 타워본체(100)의 진동에 의해 진동하는 가이드(11)의 진동의 그대로 슬라이더(12)에 전달되지 않도록 흡수하기 위한 수단으로, 가이드스프링, 오일댐퍼 중 어느 하나 또는 모두가 사용될 수 있다.

상기 동조댐퍼(13)는 도 2에 도시한 바와 같이, 가이드(11)의 가장자리에 형성된 지지턱(11d)과 슬라이더(12)의 외주 단부 사이에 설치되거나, 도 4에 도시한 바와 같이, 가이드의 상부에 안쪽으로 굽혀진 부분과 슬라이더(12) 본체의 외벽사이에 설치될 수 있다.

또한, 상기 가이드(11)의 상부면과 슬라이더(12) 저면 사이에는 슬라이더가 원활하게 이동될 수 있도록 마찰저감수단(14)을 더 설치할 수 있다.

상기 마찰저감수단(14)은 가이드(11)와 슬라이더(12) 사이에 베어링을 설치하거나, 가이드(11)와 슬라이더(12)를 베어링메탈로 제작함에 의해 이루어질 수 있다.

또한, 상기 슬라이더(12)는 동조질량댐퍼의 역할을 할 수 있도록 질량를 조절하는 것이 바람직하다.

즉, 통상적으로 사용되는 동조질량댐퍼는 내진이 필요한 구조물 전체 구조물의 질량에 비례하여 동조질량체의 질량가 달라진다.

이에 따라 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)와 슬라이더(12)의 질량을 더한 질량이 타워본체와 조명기구프레임와 타워헤드와 슬라이더를 포함하는 조명타워 전체 질량에 따라 비례하여 조절하여야 최적의 내진 성능을 발휘할 수 있다,

이에 따라 상기 슬라이더(12)의 질량은 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)와 슬라이더(12)의 질량을 더한 질량이, 타워본체와 조명기구프레임와 타워헤드와 슬라이더를 포함하는 조명타워 전체 질량의 1%이상이 20%이하가 되도록 조절되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워를 구조적으로 해석한 결과는 아래의 대비표와 같다.

12개 지진파를 입력하여 내진수단이 설치되지 않은 구조물과 본 발명의 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워의 해석 결과로, 최상부의 최대변위는 평균 75.1% 저감되었으며, 최대 밑면전단력은 평균 31.2% 저감된 것을 알 수 있으며, 본 발명의 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워의 경우 조명기구의 질량이 상대적으로 커 상당한 효과가 있을 것을 알 수 있다.

또한, 조명기구프레임(200) 또는 타워헤드(300)와 슬라이더(12)의 질량을 더한 질량체의 질량에 따라 슬라이더의 변위(T) 폭이 조절되는 것이 바람직하다.

즉, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 슬라이더(12)의 가장자리 단부와 가이드(11)의 단부 지지턱 사이의 거리인 변위(T)는 최적의 질량 변위 한계점을 선정하여 적용하는 것이 매우 중요하다.

즉, 변위(T)가 지나치게 좁으면 슬라이더의 이동 폭이 좁아 동조댐퍼(13)의 탄성력이 오히려 슬라이더에 탄성력을 가하여 슬라이더의 진동을 가중시키는 역할을 할 수 있으므로, 변위(T)를 조절하여 보다 효과적인 내진이 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하고, 이는 조명타워의 규모에 따라 달라질 수 있다.

10: 내진수단
11: 가이드 11d: 지지턱
11h: 슬라이딤홀
12: 슬라이더 12b: 슬라이더본체
12r: 슬라이딩로드
13: 동조댐퍼 14: 마찰저감수단
100: 타워본체
200: 조명기구프레임
201: 조명기구
300: 타워헤드

Claims (4)

1. 타워본체(100)의 상단에 조명기구(201)가 설치되는 조명기구프레임(200) 및 타워헤드(300)을 구비한 조명타워에 내진수단(10)을 설치한 것으로,
   상기 내진수단(10)은,
   상기 타워본체에 고정 설치되는 가이드(11);
   상기 조명기구프레임(200)과 타워헤드(300)가 동조질량체 역할을 할 수 있도록 상기 조명기구프레임(200)과 타워헤드(300)의 하부에 고정 설치되어 조명기구프레임(200)과 타워헤드(300)를 포함하여 동조질량체 역할을 하며, 상기 가이드에 의해 수평으로 이동 가능하게 지지되는 슬라이더(12);
   상기 가이드와 슬라이더 사이에 방사상으로 다수가 설치되고, 타워본체의 진동에 의한 슬라이더의 진동을 흡수하는 동조댐퍼(13)를 포함하며,
   상기 슬라이더(12)의 질량은, 조명기구프레임(200)과 타워헤드(300)와 슬라이더(12)의 질량을 더한 총 질량이 타워본체(100)와 조명기구프레임(200)과 타워헤드(300)와 슬라이더(12)를 포함하는 조명타워 전체 질량의 1%이상 20%이하가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워.
2. 제1항에 있어서,
   상기 동조댐퍼(13)는 스프링, 오일댐퍼 중 어느 하나 또는 모두인 것을 특징으로 하는 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드의 상부면과 슬라이더 저면 사이에는 슬라이더가 원활하게 이동될 수 있도록 마찰저감수단(14)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 동조질량댐퍼를 이용한 내진 조명타워.
4. 삭제

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