KR101863327B1 - 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치 - Google Patents

내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치 Download PDF

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이경수
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Abstract

본 발명에 따른 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치는 내진대상물체에 결합되는 상부 결합부를 가지고, 역원추형의 외주면을 가지며, 하부 중앙에는 하단으로부터 상부로 연장형성되는 삽입홈이 형성되는 진동 플랜지와, 상기 진동 플랜지가 결합되도록 중앙에 역원추형의 내주면을 가지는 결합홈이 형성되는 진동 바디와, 상기 진동 바디의 결합홈의 내부 바닥에 배치되고 상기 진동 플랜지의 삽입홈에 삽입되어 수직 진동을 감쇄시키는 메인 스프링과, 상기 진동 바디의 역원추형 결합홈의 내주면을 따라 형성되고 상기 진동 바디의 결합홈의 내주면과 상기 진동 플랜지의 외주면 사이에 배치되는 진동 스프링과, 상기 진동 바디의 상부에 결합되어 상기 진동 플랜지의 이탈을 방지하는 커버부재를 포함하여 이루어져서 지진 발생시 수직 진동 및 수평 진동을 효율적으로 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.

Description

내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치{Aseismatic cone module device with improved aseismicity}
본 발명은 내진 모듈장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내진대상물체에 결합되어 내진성을 향상시키는 내진 모듈장치에 관한 것이다.
최근 우리나라도 지진의 발생빈도가 증가하고 있으며, 진도 5 이상의 강진 또한 그 빈도가 점차 증가하는 것을 확인할 수 있어, 더 이상 지진의 안전지대가 아닌 것으로 인식되고 있다.
이에 따라, 건물은 물론 건물 내부의 내진대상물에도 내진 설계 구조를 적용함으로써, 지진으로 인해 내진대상물 자체에 영향이 가해지지 않도록 하는 기술이 제시되고 있다.
도1 내지 도3에는 내진대상물로서 수배전반의 내진성을 향상시키는 내진용 수배전반(등록특허 제10-1498270호, 2015.03.03 공고)이 도시되어 있다.
도1 내지 도3에 도시된 내진용 수배전반은 바닥면과 수배전반(700)의 사이에 내진장치(10)가 구비되며, 내진장치(10)는 수배전반(700)의 하부면에 결합되며, 수배전반(700)과의 결합을 위해 고정수단이 관통될 수 있는 상부고정너트홀(130)이 복수 개 형성되고, 중심부위에는 유동홀(110)이 구비되는 상부플레이트(100); 바닥면 상부에 고정설치되며, 바닥면과의 고정을 위해 하부고정너트홀(210)이 복수 개 형성되는 하부플레이트(200); 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200)의 사이에 형성되며, 하부플레이트(200)의 상부에 고정설치되는 지지블록(300); 지지블록(300)과 상부플레이트(100)를 상하방향으로 상호 연결하는 복수 개의 수평방진수단(500); 지지블록(300)의 중심부위에 형성되는 지지블록홈의 내부에 구비되는 수직방진수단(320) 및 수직방진수단(320)의 상부에 형성되며 수직으로 작용하는 힘에 대해 상하 유동가능한 볼지지베이스(330); 볼지지베이스(330)에 형성되는 볼지지홈에 회동가능하게 안착되는 회전볼(410)이 하부에 구비되며, 진동에 따라 수배전반(700)의 회동을 유도하는 지지볼트(400); 및 유동홀(110) 및 수배전반홀(710)을 통해 관통된 상태에서 수배전반(700)과의 이탈방지를 위해 지지볼트(400)에 체결되는 지지너트(420);를 포함하여 이루어진다. 또한, 내진장치(10)의 상부플레이트(100)에 구비되는 유동홀(110)에는 진동시 상기 지지볼트(400)와 유동홀(110)의 보호를 위해 마찰방지패드(120)가 구비되며, 지지너트의 하부 및 측면에는 지지너트가 수배전반의 접촉면과 직접 접촉하지 않도록 마찰방지막(421)이 형성되고, 볼지지베이스(330) 상부에 회전볼(410)이 볼지지홈(340)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 볼이탈방지수단(350)이 구비된다.
이러한 구성을 가지는 상기 내진용 수배전반은 수직방진수단(320)으로 수직방향으로 설치된 스프링이 구비되고, 수평방진수단(500)으로 지지블록(300)과 상부플레이트(100)를 상하방향으로 상호 연결하는 다수의 스프링이 구비되어 수직 및 수평 진동에 대해 동시 대처가 가능하고, 진동에 대응한 후에 원위치로의 복귀가 안정되게 이루어지도록 한 것이다.
그런데, 도1 내지 도3에 도시된 내진용 수배전반의 경우 스프링의 사용 목적은 작용되는 힘을 압축 및 인장하여 힘을 상쇄시키는 기구인데, 수평방향의 진동을 스프링의 힘에 직각 방향으로 상쇄하려 함으로써 이에 따른 즉각 반응과 감쇠 효과가 많이 떨어지며 스프링의 내구성에도 큰 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 내진성이 향상되는 내진 모듈장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치는 내진대상물체(20)에 결합되는 상부 결합부(31)를 가지고, 역원추형의 외주면(32)을 가지며, 하부 중앙에는 하단으로부터 상부로 연장형성되는 삽입홈(33)이 형성되는 진동 플랜지(30)와, 상기 진동 플랜지(30)가 결합되도록 중앙에 역원추형의 내주면(42)을 가지는 결합홈(41)이 형성되는 진동 바디(40)와, 상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내부 바닥에 배치되고 상기 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33)에 삽입되어 수직 진동을 감쇄시키는 메인 스프링(50)과, 상기 진동 바디(40)의 역원추형 결합홈(41)의 내주면(42)을 따라 형성되고 상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면(42)과 상기 진동 플랜지(30)의 외주면(32) 사이에 배치되는 진동 스프링(60)과, 상기 진동 바디(40)의 상부에 결합되어 상기 진동 플랜지(30)의 이탈을 방지하는 커버부재(70)를 포함하여 이루어져서 지진 발생시 수직 진동 및 수평 진동을 효율적으로 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33)에는 상기 메인 스프링(50)의 내측에 진동 플랜지(30)의 수직 진동을 추가로 감쇄시키는 보조 스프링(55)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 스프링(55)은 상기 메인 스프링(50)과 서로 다른 스프링 상수(k)를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 스프링(50)은 압축 스프링으로 구성되고, 상기 보조 스프링(55)은 인장 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진동 스프링(60)은 단면이 링형상의 다수의 환형부재(61)가 서로 상하로 연결된 적층구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진동 스프링의 각 환형부재(61)는 상기 진동 플랜지(30)의 외주면(32)과 마주보는 내측 둘레방향을 따라 원형의 개구부(62)가 형성되는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 커버부재(70)에는 그 중앙에 상기 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31)가 삽입되는 원형 삽입공(71)이 형성되고, 상기 원형 삽입공(71)의 내주면에 결합되고 상기 원형 삽입공(71)과 상기 진동 플랜지의 상부 결합부 사이에 배치되는 연성재질의 환형 리데나부재(80)가 구비되어 외부로부터 이물질 또는 습기가 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 커버부재(70)에는 그 상면에 진동을 계측하기 위한 진동센서(90)가 결합되고, 상기 진동센서(90)에서 감지된 진동신호가 관리 서버를 통해 감시 모니터로 표출되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면 수평 및 수직 진동을 효율적으로 감쇄시켜 내진성을 향상되고 스프링의 좌굴 및 크랙으로부터 스프링을 보호하여 수명이 연장되는 내진 모듈장치가 제공된다.
도 1은 종래 내진용 수배전반의 전체를 도시한 도면이고,
도 2는 도1에서 내진장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 도2에서 A-A'선의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 내진 모듈장치를 도시한 사시도이며,
도 5는 도4에서 모듈장치의 단면도이고,
도 6a 내지 도6c는 본 발명에 따른 내진 모듈장치의 작동도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내진성이 향상되는 내진 모듈장치를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 내진 모듈장치를 도시한 사시도이며, 도 5는 도4에서 모듈장치의 단면도이고, 도 6a 내지 도6c는 본 발명에 따른 내진 모듈장치의 작동도이다.
본 발명에 따른 내진 모듈장치(21)는 내진대상물체(20)의 하부면 사각 모서리에 각각 결합되는 것으로 내진대상물체(20)의 하부면에 결합되는 진동 플랜지(30)와, 상기 진동 플랜지(30)가 결합되도록 중앙에 결합홈(41)이 형성되는 진동 바디(40)와, 상기 진동 바디(40)와 상기 진동 플랜지(30) 사이에 배치되는 메인 스프링(50)과, 상기 진동 바디(40)의 역원추형 결합홈(41)의 내주면(42)을 따라 형성되고 상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면(42)과 상기 진동 플랜지(30)의 외주면(32) 사이에 배치되는 진동 스프링(60)과, 상기 진동 바디(40)의 상부에 결합되는 커버부재(70)와, 진동센서(90)를 포함하여 이루어진다.
상기 진동 플랜지(30)는 내진대상물체(20)의 하부에 결합되어 진동 발생시 내진대상물체(20)와 함께 이동하는 것으로, 진동 플랜지(30)의 상부에는 내진대상물체(20)의 하부면에 결합되는 상부 결합부(31)가 형성되고, 진동 플랜지(30)의 하부는 상부 결합부(31)에서 외측으로 연장되어 상부 결합부(31)보다 큰 직경을 가지고 수직하게 하향 연장되는 수직연장 외주면(35)과, 이 수직연장 외주면(35)의 하단에서 진동 플랜지(30)의 하단으로 갈수록 수직방향에 대해 약 40°내지 60°로 경사져서 직경이 작아지는 역원추형의 외주면(32)이 형성되어 진동 바디(40)의 결합홈(41)에 결합된다. 또한, 진동 플랜지(30)의 하부 중앙에는 진동 플랜지(30)의 하단에서 상부로 연장되어 형성되는 삽입홈(33)이 형성되는데, 이 삽입홈(33)에 메인 스프링(50) 및 보조 스프링(55)이 삽입되고, 삽입홈(33)의 천정에는 천정 돌기부(34)가 형성되어 천정 돌기부(34)가 보조 스프링(55)의 상부 내측에 끼워져 결합된다.
상기 진동 바디(40)는 중앙에 진동 플랜지(30)가 결합되는 결합홈(41)이 형성되고, 이 결합홈(41)은 진동 플랜지(30)의 수직연장 외주면(35)과 대응되도록 원형 홈으로서 수직방향으로 하향 연장되는 수직연장 내주면(45)과, 이 수직연장 내주면(45)의 하단에서 결합홈(41)의 하단까지는 진동 플랜지(30)의 역원추형 외주면(32)에 대응되도록 마찬가지로 약 40° 내지 60°의 역원추형의 내주면(42)을 가진다. 진동 바디(40) 결합홈(41)의 바닥 중앙에는 바닥 돌기부(43)가 형성되어 메인 스프링(50)의 하부 내측에 끼워져 결합된다.
상기 메인 스프링(50)은 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33)에 삽입되어 내진대상물체(20)의 수직 진동을 감쇄시키기 위한 것으로, 메인 스프링(50)의 하단은 진동 바디(40)의 결합홈(41)에서 바닥 돌기부(43)에 결합되고, 메인 스프링(50)의 상단은 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33) 천정에 접하도록 배치되어 내진대상물체(20)의 수직 진동을 감쇄시키게 된다. 또한, 메인 스프링(50) 내부에는 도시된 바와 같이 보조 스프링(55)이 배치된다. 보조 스프링(55)은 추가적으로 수직 진동을 감쇄 및 흡수하기 위한 것으로, 보조 스프링(55)을 메인 스프링(50)과 동일한 압축 스프링으로 하고 메인 스프링(50)과 서로 다른 스프링 상수(k)를 가지도록 함으로써 추가적으로 진동을 흡수하도록 한다. 또한, 보조 스프링(55)을 메인 스프링(50)(압축 스프링)과 달리 인장 스프링으로 할 경우에는 메인 스프링(50)과 반대되는 힘으로 작동되게 함으로써 진동의 폭을 줄여 진동 흡수시간을 약 반으로 줄일 수 있게 된다.
보조 스프링(55)의 배치는 도5에 도시된 바와 같이 보조 스프링(55)의 상부는 삽입홈(33)의 천정 돌기부(34)에 결합되고, 보조 스프링(55)의 하부는 진동 바디(40) 결합홈(41)의 바닥 돌기부(43)에 접하도록 배치된다.
상기 진동 스프링(60)은 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면과 상기 진동 플랜지(30)의 하부 외주면 사이에 배치되는 것으로, 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면(42, 45)을 따라 형성되어 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 수직연장 내주면(45)에서는 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 상부를 따라 수직으로 연장형성되고, 이어서 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 역원추형 내주면(42)을 따라 마찬가지로 역원추형으로 연장형성된다. 본 발명에서 진동 스프링(60)은 고무 재질로서 도5에 도시된 바와 같이 단면이 링형상의 다수의 환형부재(61)가 서로 상하로 연결된 적층구조로 이루어지고 각 환형부재(61)는 내측(진동 플랜지(30)의 외주면(32)과 마주보는 측면쪽) 둘레방향을 따라 원형의 개구부(62)를 가지도록 형성된다. 따라서, 내진대상물체(20)의 좌우 진동시 내진대상물체(20)와 결합된 진동 플랜지(30)의 좌우 이동을 진동 스프링(60)이 감쇄시키고 또한 진동 플랜지(30)가 좌우로 이동하면서 환형부재(61)의 개구부(62)와 접촉하여 개구부(62)가 좁아지면서 변형되어 추가적으로 진동을 흡수하게 된다.
상기 커버부재(70)는 진동 바디(40)의 상부에 결합되는 것으로, 커버부재(70)의 중앙에는 원형 삽입공(71)이 형성되어 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31)가 삽입되고, 또한 원형 삽입공(71)의 내주면은 진동 플랜지(30)의 수직연장 외주면(35)보다 내측으로 연장형성되어 진동 플랜지(30) 및 진동 스프링(60)이 상측으로 이탈되는 것을 방지하게 된다. 또한, 커버부재(70)의 원형 삽입공(71)의 내주면에는 연성재질(flexible)의 리데나부재(80)가 결합된다. 환형의 리데나부재(80)는 본 발명에서 고무재질로 이루어져서 외부로부터 이물질이나 습기가 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 커버부재(70)의 원형 삽입공(71)의 내주면에 결합되는 내측결합부(81)와, 내측결합부(81)에서 내측으로 연장형성되는 수평연장부(82)와, 수평연장부(82)의 일단에 형성되어 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31)의 외주면에 둘레방향으로 따라 접촉하는 접촉면부(83)로 이루어진다.
이와 같이 환형의 리데나부재(80)는 커버부재(70)의 원형 삽입공(71)과 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31) 사이에 형성되어 아래쪽 스프링(61,50,55)으로 이물질 또는 습기유입을 차단함으로써 스프링의 기능 저하를 방지하게 된다. 또한, 리데나부재(80)는 고무재질로 이루어져 추가적으로 진동을 흡수하여 내진성이 보다 향상되게 된다.
진동센서(90)는 모듈장치의 상부 즉, 커버부재(70)에 결합되어 진동을 계측하기 위한 것으로 진동센서(90)에서 감지된 진동신호가 내진대상물체(20)에 부착되는 디스플레이 또는 관리 서버로 전달되고, 관리 서버를 통해 별도의 감시 모니터(미도시)에 표출되도록 한다.
도6a, 6b, 6c는 본 발명에 따른 내진 모듈장치(21)의 작동도를 도시한 도면으로, 도6a는 상하진동을, 도6b는 복합진동을, 도6c는 수평진동을 각각 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이 좌우 진동발생시에는 내진대상물체(20)와 결합된 진동 플랜지(30)가 좌우로 이동하면서 진동 플랜지(30)의 외주면(32, 35)과 진동 바디(40)의 내주면(42, 45) 사이에 배치되는 진동 스프링(60)에 의해 1차적으로 진동이 감쇄되고, 진동 플랜지(30)의 외주면(32)과 진동 바디(40)의 내주면(42)이 역원추형으로 이루어져 좌우 이동이 수직 이동으로 일부 변환되어 메인 및 보조 스프링(50, 55)이 추가적으로 진동을 감쇄시키게 된다.
그리고, 수직 진동발생시에도 진동 플랜지(30)가 상하로 움직이면서 1차적으로 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33) 내에 배치된 메인 및 보조 스프링(50, 55)이 1차적으로 진동을 감쇄시키고, 수직 진동에서 진동 플랜지(30)가 아래로 이동할 때 진동 스프링(60)과 접촉하면서 진동 스프링(60)이 추가적으로 진동을 감쇄시키게 된다.
본 발명에서는 상기와 같이 수직 진동 및 좌우 진동시 메인(보조) 스프링과 함께 진동 스프링(60)이 협력하여 진동을 감쇄시켜 내진성이 향상되고, 또한 좌우/비틀림 힘의 방향을 스프링의 탄성 효율이 최대인 수직방향으로 일부 변환하여 내진성이 향상됨과 더불어 스프링의 좌굴 및 크랙으로부터 스프링이 보호되고 이에 의해 모듈 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
20 : 내진대상물체 21 : 모듈장치
30 : 진동 플랜지 40 : 진동 바디
50 : 메인 스프링 55 : 보조 스프링
60 : 진동 스프링 70 : 커버부재
80 : 리데나부재 90 : 진동센서

Claims (8)

  1. 내진대상물체(20)에 결합되는 상부 결합부(31)를 가지고, 역원추형의 외주면(32)을 가지며, 하부 중앙에는 하단으로부터 상부로 연장형성되는 삽입홈(33)이 형성되는 진동 플랜지(30)와,
    상기 진동 플랜지(30)가 결합되도록 중앙에 역원추형의 내주면(42)을 가지는 결합홈(41)이 형성되는 진동 바디(40)와,
    상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내부 바닥에 배치되고 상기 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33)에 삽입되어 수직 진동을 감쇄시키는 메인 스프링(50)과,
    상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면(42)을 따라 형성되고 상기 진동 바디(40)의 결합홈(41)의 내주면(42)과 상기 진동 플랜지(30)의 외주면(32) 사이에 배치되는 진동 스프링(60)과,
    상기 진동 바디(40)의 상부에 결합되어 상기 진동 플랜지(30)의 이탈을 방지하는 커버부재(70)를 포함하여 이루어져서, 지진 발생시 수직 진동 및 수평 진동을 효율적으로 감쇄시키고,
    상기 진동 스프링(60)은 단면이 링형상의 다수의 환형부재(61)가 서로 상하로 연결된 적층구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 플랜지(30)의 삽입홈(33)에는 상기 메인 스프링(50)의 내측에 진동 플랜지(30)의 수직 진동을 추가로 감쇄시키는 보조 스프링(55)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조 스프링(55)은 상기 메인 스프링(50)과 서로 다른 스프링 상수(k)를 가지는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 메인 스프링(50)은 압축 스프링으로 구성되고, 상기 보조 스프링(55)은 인장 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진동 스프링(60)의 각 환형부재(61)는 상기 진동 플랜지(30)의 외주면(32)과 마주보는 내측 둘레방향을 따라 원형의 개구부(62)가 형성되는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재(70)에는 그 중앙에 상기 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31)가 삽입되는 원형 삽입공(71)이 형성되고, 상기 원형 삽입공(71)의 내주면에 결합되고 상기 원형 삽입공(71)과 상기 진동 플랜지(30)의 상부 결합부(31) 사이에 배치되는 연성재질의 환형 리데나부재(80)가 구비되어 외부로부터 이물질 또는 습기가 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재(70)에는 그 상면에 진동을 계측하기 위한 진동센서(90)가 결합되고, 상기 진동센서(90)에서 감지된 진동신호가 관리 서버를 통해 감시 모니터로 표출되는 것을 특징으로 하는 내진성이 향상되는 원추형 내진 모듈장치.
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