KR102082811B1 - 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼 - Google Patents

Abstract

동조 액주관 댐퍼 내부에 설치되며, 상기 동조 액주관 댐퍼 내에 충진된 액체가 유동할 수 있도록 하는 개구부를 구비하는 몸체부; 및 상기 몸체부에 설치되는 적어도 하나의 샤프트 및 상기 샤프트를 중심축으로 회전하여 상기 개구부의 개구율을 조절하는 적어도 하나의 조절블럭을 구비하는 개구율 조절부;를 포함하는 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼를 제공하여 오리피스 장치의 개구율을 능동적으로 제어함으로써 최적의 감쇠효과를 가져올 수 있다.

Description

오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼{Orifice Device and Tuned Liquid Column Damper Including the Same}

본 발명은 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개구율을 능동적으로 조절할 수 있는 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼에 관한 것이다.

동조 액주관 댐퍼(Tuned Liquid Column Damper, TLCD)는 U자 형상의 관에 담긴 유체의 운동에 의해 구조물의 진동을 흡수하는 감쇠장치로 고층건물의 내진 특성이나 풍하중에 대한 진동 저감을 위한 목적으로 널리 사용되고 있다.

이러한, 동조 액주관 댐퍼는 종래에 주로 사용되던 동조 질량 댐퍼(TMD)에 비해 초기 설치 및 유지 비용이 저렴하고, 진동특성이 명확하며, 고유진동수 튜닝이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 내부 유체로 물을 사용하기 때문에 별도의 과도한 질량체를 필요로 하지 않는다.

한편, 동조 액주관 댐퍼의 효과적인 성능을 확보하기 위해서는 내부 유체와 구조물의 질량비 및 감쇠비를 최적값으로 설계하는 것이 중요하다. 일반적으로 질량비는 그 크기가 클수록 진동특성이 개선되는 경향이 나타나지만, 감쇠비의 경우에는 대상구조물의 특성에 따라 특정 감쇠비에서 최적값을 갖게 된다.

따라서, 동조 액주관 댐퍼의 최적 성능을 확보하기 위해서는 감쇠비의 정확한 구현과 제어기술이 필요하다.

종래에는 이를 위해서, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 동조 액주관 댐퍼(10)의 수평부(11) 단면에 오리피스(12)를 설치하여 개구율을 달리하는 방법이 사용되었다. 그러나, 종래의 이러한 동조 액주관 댐퍼의 경우에는, 특정 개구율의 오리피스가 설치되어 있어, 구조물의 변위와 내부 유체의 수위에 따라 개구율을 조절하지 못하므로, 최적의 감쇠성능을 발휘하기에는 다소 부족하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 개구율을 능동적으로 조절할 수 있는 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼를 제공하고자 한다.

본 발명에 의한 오리피스 장치는, 동조 액주관 댐퍼 내부에 설치되며, 상기 동조 액주관 댐퍼 내에 충진된 액체가 유동할 수 있도록 하는 개구부를 구비하는 몸체부, 및 상기 몸체부에 설치되는 적어도 하나의 샤프트 및 상기 샤프트를 중심축으로 회전하여 상기 개구부의 개구율을 조절하는 적어도 하나의 조절블럭을 구비하는 개구율 조절부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치에서, 상기 조절블럭은 타원형의 단면을 갖는 기둥 형상일 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치에서, 상기 샤프트 및 조절블럭은 복수 개가 일렬로 구비되고, 상기 개구율 조절부는, 상기 복수 개의 샤프트의 일단에 각각 구비되는 복수 개의 피니언 및 상기 복수 개의 피니언에 맞물리는 랙기어를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치에서, 상기 샤프트는 상기 개구부의 양측에 한 쌍이 구비되고, 상기 조절블럭은 부채꼴의 단면을 갖는 기둥 형상이며, 상기 몸체부는, 양측에 상기 조절블럭이 수용되는 한쌍의 조절블럭 수용부를 구비할 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치에서, 상기 개구율 조절부는, 상기 한 쌍의 샤프트의 일단에 각각 구비되는 한 쌍의 피니언 및 상기 한 쌍의 피니언에 맞물리는 한 쌍의 랙기어를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 랙기어는 일체 거동할 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치는, 상기 랙기어를 직선 운동하도록 하는 구동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 동조 액주관 댐퍼는, 한 쌍의 기둥부와 상기 한 쌍의 기둥부의 하단을 잇는 수평부를 포함하여 U자 형태의 유로를 형성하여, 상기 유로에는 액체가 수용되는 수조부 및 상기 오리피스 장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 동조 액주관 댐퍼는, 제어대상 구조물의 변위를 측정할 수 있는 변위센서, 상기 기둥부에 수용된 액체의 수위를 측정하는 수위센서, 및 상기 변위센서와 수위센서에 의해 측정되는 측정값에 따라 상기 오리피스 장치의 개구율을 조절하도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 오리피스 장치 및 이를 포함하는 동조 액주관 댐퍼에 의하면, 동조 액주관 댐퍼 내부의 액체의 수위와 구조물의 변위에 따라 개구율을 능동적으로 조절할 수 있어, 최적의 감쇠성능을 발휘할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 오리피스 장치가 장착된 동조 액주관 댐퍼의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동조 액주관 댐퍼의 개념도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치의 평면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치의 정면도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치의 사시도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치의 분해 사시도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치의 평면도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치의 정면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동조 액주관 댐퍼(300)의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동조 액주관 댐퍼(300)는 수조부(310), 오리피스 장치(100, 200), 변위센서(320), 수위센서(330) 및 제어부(340)를 포함할 수 있다.

상기 수조부(310)는 한 쌍의 기둥부(311)와 상기 한 쌍의 기둥부(311)의 하단을 잇는 수평부(312)를 포함하여 U자 형태의 유로를 형성할 수 있다. 다시 말해서, 상기 수조부(310)는 U자형의 관일 수 있다. 여기에서 상기 수조부(310) 내에는 액체가 채워질 수 있으며, 상기 액체는 물일 수 있다.

또한, 상기 수조부(310)는 제어대상 구조물(10) 상에 설치될 수 있다. 여기에서, 상기 제어대상 구조물(10)은 지진이나 바람 등의 외력에 의해 흔들리게 되는데, 이 때, 상기 수조부(310)에 채워진 액체를 상기 제어대상 구조물(10)의 움직임 방향과 반대방향으로 이동시킴으로써, 상기 제어대상 구조물(A)의 흔들림을 최소화시킬 수 있다.

상기 오리피스 장치(100, 200)는 상기 수평부(312)의 중앙부에 설치될 수 있다. 여기에서, 상기 오리피스 장치(100,200)는 개구율을 조절하여, 상기 수조부(310)내의 액체의 유동량을 조절할 수 있다. 상기 오리피스 장치(100, 200)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 변위센서(320)는 상기 제어대상 구조물(10)의 변위를 측정하여 측정값을 상기 제어부(340)에 보낼 수 있다. 이때, 상기 변위센서(320)는 레이져 변위계 또는 가속도계일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 수위센서(330)는 상기 한 쌍의 기둥부(311) 중 적어도 하나의 내부에 유동하는 액체의 수위를 측정할 수 있으며, 측정값을 상기 제어부(340)에 보낼 수 있다. 여기에서, 상기 수위센서(330)는 초음파 수위계일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액체의 수위를 측정할 수 있다면 당업자에게 알려진 다양한 센서가 적용될 수 있다.

한편, 상기 제어부는 상기 변위센서(320)에서 측정된 상기 제어대상 구조물(10)의 변위와 상기 수위센서(330)에서 측정된 수위 측정값에 따라, 상기 수조부(310)내의 액체의 유동방향을 실시간으로 조절할 수 있다. 또한, 상기 변위센서(320)에서 측정된 값과 상기 수위센서(330)에서 측정된 값의 변화를 실시간으로 계측 분석하여, 상기 오리피스 장치(100, 200)의 개구율을 실시간으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 동조 액주관 댐퍼(10)는 최적의 감쇠성능을 발휘할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)의 사시도, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)의 분해 사시도, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)의 평면도, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)의 정면도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 오리피스 장치(100)는 몸체부(110) 및 개구율 조절부(120)를 포함할 수 있다.

상기 몸체부(110)는 상기 오리피스 장치(100)의 외관을 형성하며, 동조 액주관 댐퍼(300)의 내부에 설치될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 몸체부(110)는 상기 수평부(312)의 중앙에 설치될 수 있다.

한편, 상기 몸체부(110)는 상기 동조 액주관 댐퍼(300)의 내부, 즉 수조부(310)에 충진된 액체가 양측으로 유동할 수 있도록 개구부(111)를 구비할 수 있다.

상기 개구율 조절부(120)는 상기 개구부(111)의 개구율을 조절하는 역할을 한다. 상기 개구율 조절부(120)는 상기 몸체부(110)에 설치되는 적어도 하나의 샤프트(121), 상기 샤프트(121)를 중심축으로 회전하는 조절블럭(122), 상기 샤프트(121)의 일단에 구비되는 피니언(123), 및 상기 피니언(123)에 맞물리는 랙기어(124)를 포함할 수 있다.

이때에, 상기 샤프트(121)는 상기 개구부(111)를 가로지르도록 설치될 수 있으며, 복수 개가 일렬로 구비될 수 있다.

한편, 상기 조절블럭(122)은 타원형의 단면을 갖는 기둥형상일 수 있다. 이를 통해서, 유체의 흐름을 보다 원활하게 할 수 있다.

상기 피니언(123)은 복수 개의 상기 샤프트(121)의 일단에 각각 복수 개가 구비되고, 상기 랙기어(124)는 상기 복수 개의 피니언(123)에 맞물리도록 구비될 수 있다. 이를 통해서, 상기 랙기어(124)가 직선 왕복 운동을 하게 됨에 따라, 복수 개의 상기 피니언(123)을 동일한 각도로 회전시킬 수 있고, 이에 따라 상기 조절블럭(122)이 같이 회전하므로, 상기 개구부(111)의 개구율을 조절할 수 있게 된다. 즉, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 개구율을 최소화하거나, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 개구율을 최대화할 수 있다.

여기에서, 상기 개구율 조절부(120)는 상기 랙기어(124)를 직선 왕복 운동하도록 구동력을 제공하는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이때에, 상기 구동부(미도시)의 구조나 종류에는 제한이 없으며, 상기 랙기어(124)를 직선 왕복 운동하도록 할 수 있다면 다양한 형태가 제한 없이 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)에 대하여 상세히 설명하고자 한다. 다만, 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 상기에서 사용한 도면부호를 사용하여 도면에 도시하고 자세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)의 사시도, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)의 분해 사시도, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)의 평면도, 도 11 및 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)의 정면도이다.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 오리피스 장치(200)는 몸체부(210) 및 개구율 조절부(220)를 포함할 수 있다.

상기 몸체부(210)는 개구부(111)의 양측에 조절블럭(222)이 수용되는 한 쌍의 조절블럭 수용부(212)를 구비할 수 있다.

한편, 상기 개구율 조절부(220)는, 부채꼴의 단면을 갖는 기둥 형상의 조절블럭(222)을 포함할 수 있다.

이때에, 샤프트(221)는 상기 개구부의 양측에 한 쌍이 구비될 수 있으며, 상기 조절블럭(222)은 상기 샤프트(221)를 중심축으로 회전하여 상기 조절블럭 수용부(212)에 수용됨으로써, 상기 개구부(111)의 개구율을 최대화할 수 있다.

또한, 상기 개구율 조절부(220)는, 상기 한 쌍의 샤프트(221)의 일단에 각각 구비되는 한 쌍의 피니언(223) 및 상기 한 쌍의 피니언에 맞물리는 한 쌍의 랙기어(224)를 더 포함할 수 있다. 이때에, 상기 한 쌍의 랙기어(224)는 일체로 형성되거나, 연결부재(225)에 의해 상호 결합되어 일체 거동할 수 있다.

이에 따라, 상기 한 쌍의 랙기어(224)를 직선 왕복 운동시키게 되면, 상기 조절블럭(222)를 상기 조절블럭 수용부(212)에 수용되도록 하여 상기 개구부(111)의 개구율을 최소화하거나, 상기 조절블럭(222)이 상기 개구부를 막아 상기 개구부(111)의 개구율을 최대화하도록 할 수 있다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화할 수 있다는 것을 당 업계의 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100, 200: 오리피스 장치
110, 210: 몸체부
111: 개구부
120, 220: 개구율 조절부
121, 221: 샤프트
122, 222: 조절블럭
123, 223: 피니언
124, 224: 랙기어
300: 동조 액주관 댐퍼
310: 수조부
320: 변위센서
330: 수위센서
340: 제어부

Claims (8)

1. 동조 액주관 댐퍼 내부에 설치되며, 상기 동조 액주관 댐퍼 내에 충진된 액체가 유동할 수 있도록 하는 개구부를 구비하는 몸체부; 및
   상기 몸체부에 설치되는 적어도 하나의 샤프트 및 상기 샤프트를 중심축으로 회전하여 상기 개구부의 개구율을 조절하는 적어도 하나의 조절블럭을 구비하는 개구율 조절부;를 포함하며,
   상기 샤프트는 상기 개구부의 양측에 한 쌍이 구비되고, 상기 조절블럭은 부채꼴의 단면을 갖는 기둥 형상이며, 상기 몸체부는, 양측에 상기 조절블럭이 수용되는 한쌍의 조절블럭 수용부를 구비하는 오리피스 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 개구율 조절부는, 상기 한 쌍의 샤프트의 일단에 각각 구비되는 한 쌍의 피니언 및 상기 한 쌍의 피니언에 맞물리는 한 쌍의 랙기어를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 랙기어는 일체 거동하는 오리피스 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 랙기어를 직선 운동하도록 하는 구동부;를 더 포함하는 오리피스 장치.
   
7. 한 쌍의 기둥부와 상기 한 쌍의 기둥부의 하단을 잇는 수평부를 포함하여 U자 형태의 유로를 형성하여, 상기 유로에는 액체가 수용되는 수조부; 및
   상기 수평부의 중앙에 장착되는 제1항과 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 오리피스 장치;를 포함하는 동조 액주관 댐퍼.
   
8. 제7항에 있어서,
   제어대상 구조물의 변위를 측정할 수 있는 변위센서;
   상기 기둥부에 수용된 액체의 수위를 측정하는 수위센서; 및
   상기 변위센서와 수위센서에 의해 측정되는 측정값에 따라 상기 오리피스 장치의 개구율을 조절하도록 하는 제어부;를 포함하는 동조 액주관 댐퍼.
   
   
   

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