KR102178278B1 - 배관용 제진 장치 - Google Patents

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KR102178278B1
KR102178278B1 KR1020190068179A KR20190068179A KR102178278B1 KR 102178278 B1 KR102178278 B1 KR 102178278B1 KR 1020190068179 A KR1020190068179 A KR 1020190068179A KR 20190068179 A KR20190068179 A KR 20190068179A KR 102178278 B1 KR102178278 B1 KR 102178278B1
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곽신영
곽진성
이환호
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한국원자력연구원
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Abstract

배관용 제진 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관의 외측에 결합되어 상기 배관의 진동을 전달받는 체결 수단; 및 상기 체결 수단과 연결되며, 상기 체결 수단에 전달된 진동을 감쇠시키는 진동 감쇠 유닛을 포함하는 배관용 제진 장치가 제공될 수 있다.

Description

배관용 제진 장치{VIBRATION CONTROL APPARATUS FOR PIPE}
본 발명은 배관용 제진 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발전소, 산업 플랜트 등에는 고온 고압의 기체나 유체를 이동시킬 수 있도록 배관이 설치된다.
이러한 배관은 그 크기와 종류가 다양하고 직선형의 관과 코너 부분을 연결하는 엘보우관이 조립되어 연결되며, 상기 배관은 별도의 고정 수단에 의해 공장의 기둥이나 벽체에 고정 설치된다.
그런데, 배관을 통해 유체가 이송되는 경우 배관 내에서 흐르는 유체는 관의 표면에 압력을 가하게 되어 관을 변형시키게 되고, 배관 내부에 고온 고압의 기체가 이송되는 경우 기체가 응축되어 물로 바뀌면서 배관에 충돌하게 되며, 이로 인해 배관에 진동이 발생되어 배관이 변형되거나 파손되는 문제점이 있다.
배관에 진동이 발생하는 경우는 크게 2가지로 분류되며, 펌프나 팬에 의해서 유체 기기의 운전 특성과 배관계의 기하학적 특성(배관계의 고유진동수)으로 인해 발생하는 정상 운행 진동과, 발전소의 시운전 또는 정지, 밸브의 급작동이나 펌프의 급정지로 인한 급격한 압력 변화로 인한 진동, 짧은 시간에 큰 힘이 주요 기기나 배관 지지대, 구조물에 가하는 경우의 과도 진동이 있다.
이와 같은 진동으로 인해 배관이 파손되는 경우 그 내부를 흐르던 기체나 유체가 외부로 배출되어 작업장 등의 작업자나 기계 설비 등에 심각한 피해를 줄 수 있는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 배관 구조물은 내부 혹은 외부 환경 조건에 따라 다양한 종류의 진동 하중을 받고 있는데, 특히 간헐적인 큰 외부 진동 하중에 의해 발생되는 배관 구조물의 과다한 변위는 배관 구조물에 심각한 손상을 초래할 수 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위하여 배관 구조물의 진동을 제어하기 위한 배관의 제진에 관한 연구가 이루어지고 있다. 제진은 입사하는 외부 진동하중에 대하여 감쇠기 등의 장치를 사용하여 반대 방향의 하중을 가하거나 진동 하중에 대한 에너지를 소산시키는 개념이다.
제진 방법은 크게 외부에서 오는 진동과 이에 따른 구조물의 진동을 측정하여 구조물 내 외부에서 구조물의 진동에 대응한 제어력을 가하여 구조물의 진동을 저감시키는 능동제어방법과, 구조물의 내, 외부에서 강제적인 제어력을 가하지는 않으나, 구조물의 동적 특성을 외부 입력 진동 특성에 대응하도록 하여 구조물을 제어하는 수동제어방법으로 분류할 수 있다.
이러한 제진 장치들은 기존에 설치되어 있는 배관 구조물에 적용 시, 기존 배관 구조물의 설계 변경 및 구조 건전성에 대한 재평가 없이 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2019-23869호(2019.03.08. 공개)
본 발명의 실시예는, 기존 배관 구조물의 설계 변경 없이 배관의 내진 성능을 향상시킬 수 있는 배관용 제진 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관의 외측에 결합되어 상기 배관의 진동을 전달받는 체결 수단; 및 상기 체결 수단과 연결되며, 상기 체결 수단에 전달된 진동을 감쇠시키는 진동 감쇠 유닛;을 포함하는, 배관용 제진 장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 체결 수단은, 상기 배관의 외주면의 적어도 일 부분을 감싸는 클램프; 및 상기 배관의 외주면 일측에 제공되며, 상기 클램프의 양단이 고정되는 지지대를 포함할 수 있다.
또한 상기 체결 수단은, 상기 클램프와 상기 배관 사이 및 상기 지지대와 상기 배관 사이에 제공되는 접촉 패드를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 진동 감쇠 유닛은, 상기 체결 수단의 상방에 상기 체결 수단으로부터 이격되게 배치되는 질량체; 상기 질량체와 상기 체결 수단을 서로 탄성 연결하며, 상기 질량체와 상기 체결 수단 사이에서 전달되는 진동을 저감시키는 탄성 수단; 및 상기 질량체와 상기 체결 수단을 서로 연결하며, 상기 질량체와 상기 체결 수단 사이에서 전달되는 진동을 소진시키는 댐퍼를 포함할 수 있다.
또한 상기 체결 수단으로부터 상기 질량체를 관통하여 연장되며, 상기 질량체의 운동을 안내하는 가이드 축을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 질량체는, 상기 탄성 수단과 탄성 결합되는 탄성공이 형성되고, 상기 가이드 축이 관통되는 가이드 공이 형성되는 매스 블록; 및 상기 매스 블록의 상면으로부터 상기 배관에서 멀어 지는 방향으로 연장되며, 양단이 상기 댐퍼와 각각 연결되는 매스 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄성 수단은, 상기 탄성공에 삽입되어 상기 매스 블록에 교차하는 방향으로 배치되는 지지봉; 상기 지지봉의 외주면 중에서 상기 매스 블록의 상부에 설치되는 어퍼 스프링; 상기 지지봉의 외주면 중에서 상기 매스 블록의 하부에 설치되는 로워 스프링; 및 상기 어퍼 스프링 및 상기 로워 스프링의 상단 및 하단에 각각 제공되어 상기 어퍼 스프링 및 상기 로워 스프링의 이탈을 방지하는 스프링 시트를 포함할 수 있다.
또한 상기 댐퍼는, 내부에 작동 유체가 봉입되며, 상기 체결 수단에 설치되는 실린더; 상기 실린더에 인입 또는 인출 가능하게 제공되며, 끝단이 상기 매스 프레임과 연결되는 작동 로드; 및 상기 작동 로드와 상기 매스 프레임 사이에 회동 가능하게 제공되는 힌지부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 의하면, 지진과 같은 외부 진동 또는 자체 진동이 배관에 전달되더라도 기존 배관 구조물을 설계 변경하지 않고 배관에 간편하게 체결함으로써 배관의 내진 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 제진 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 제진 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 제진 장치의 매스 블록과 탄성 수단의 결합 관계를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A'선을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 제진 장치(10)는 원자력 발전소 내에 이미 설치되어 있는 배관 구조물의 설계 및 평가를 재수행하지 않고 배관 구조물의 내진 성능을 보강하기 위한 것으로서, 체결 수단(100) 및 진동 감쇠 유닛(200)을 포함할 수 있고, 필요에 따라 가이드 축(300)을 더 포함할 수 있다.
체결 수단(100)은 배관(1)과 연결되어 배관(1)의 진동을 전달받기 위한 구성이다. 체결 수단(100)은 배관(1)의 외측에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 체결 수단(100)은 클램프(110) 및 지지대(120)를 포함할 수 있다.
클램프(110)는 배관(1)의 외주면의 적어도 일 부분을 감싸서 배관(1)과의 결속력을 높여 배관(1)의 진동을 효율적으로 전달받기 위한 구성이다. 이에 따라 클램프(110)는 "U"자 형상으로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 하나 또는 두 개 이상 제공될 수 있다.
또한 지지대(120)는 배관(1)의 외주면 일측에 제공되는 평판 형상의 구성으로서, 지지대(120)에는 클램프(110)의 양단이 고정될 수 있다. 따라서, 배관(1)의 진동은 지지대(120)로 직접 전달되거나 클램프(110)를 통해 지지대(120)에 간접적으로 전달될 수 있다.
또한, 체결 수단(100)은 클램프(110)와 배관(1) 사이 및 지지대(120)와 배관(1) 사이에 제공되는 접촉 패드(130)를 더 포함할 수 있다.
접촉 패드(130)는 스펀지나 가소성의 합성수지로 이루어질 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 클램프(110)와 배관(1) 사이에 삽입되거나 지지대(120)와 배관(1) 사이에 삽입되어 클램프(110) 및 지지대(120)에 의해 배관(1)이 손상되거나 간섭에 의한 소음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
진동 감쇠 유닛(200)은 체결 수단(100)(구체적으로는, 지지대(120))과 연결되며, 체결 수단(100)에 전달된 진동을 감쇠시키기 위한 구성이다.
진동 감쇠 유닛(200)은 배관(1)에서 체결 수단(100)으로 전달된 진동 에너지를 다시 전달받아 그 진동 에너지를 완전히 소산시키기 위해 제공될 수 있다.
진동 감쇠 유닛(200)은 배관(1) 자체에서 발생한 진동뿐만 아니라 외부적 요인(예컨대, 지진)에 의해 배관(1)에 가진되는 진동 또한 감쇠할 수 있도록 제공된다.
구체적으로, 진동 감쇠 유닛(200)은 질량체(210), 탄성 수단(220) 및 댐퍼(230)를 포함할 수 있다.
질량체(210)는 체결 수단(100)의 진동을 전달받아 그 진동에 의해 상하 방향으로 움직이도록 제공되는 구성이다. 질량체(210)는 체결 수단(100)(구체적으로, 지지대(120))의 상방에 위치되며, 체결 수단(100)으로부터 소정 높이만큼 이격되도록 배치된다. 질량체(210)의 구체적인 구성에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
또한, 탄성 수단(220)은 질량체(210)와 체결 수단(100)을 서로 탄성 연결하여 질량체(210)와 체결 수단(100) 사이에서 전달되는 진동을 저감시킬 수 있다.
예컨대, 탄성 수단(220)은 체결 수단(100)의 지지대(120)에서 질량체(210)로 전달된 진동의 진폭을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다. 탄성 수단(220)의 구체적인 구성에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
댐퍼(230)는 질량체(210)와 체결 수단(100)을 서로 연결하며, 질량체(210)와 체결 수단(100) 사이에서 전달되는 진동을 소진시킬 수 있다. 따라서, 체결 수단(100)의 지지대(120)에서 질량체(210)로 전달된 진동은 탄성 수단(220)에서 감소된 후 댐퍼(230)에서 모두 소진되기 때문에 배관(1)의 진동이 탄성 수단(220)과 댐퍼(230)에 의하여 모두 흡수, 제거될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예는 가이드 축(300)을 더 포함할 수 있다. 가이드 축(300)은 질량체(210)가 상하 방향의 운동을 할 때 질량체(210)가 회전 및 편심 운동하는 것을 방지하고 질량체(210)의 운동을 안정적으로 안내하기 위해 제공된다. 따라서 가이드 축(300)은 체결 수단(100)의 지지대(120)로부터 질량체(210)를 관통하여 연장되도록 설치된다.
또한, 질량체(210)는 매스 블록(211)과 매스 프레임(212)을 포함할 수 있다. 매스 블록(211)과 매스 프레임(212)은 각각 소정의 질량을 갖는 것으로서 서로 결합되어 한 몸체처럼 움직일 수 있다.
매스 블록(211)은 소정의 질량을 갖는 육면체 형상으로 구성되며, 도 3에 도시된 바와 같이 탄성 수단(220)이 탄성 결합 가능하도록 매스 블록(211)의 일측에는 탄성공(211a)이 형성될 수 있다. 탄성공(211a)에는 탄성 수단(220)이 탄성 설치되어 매스 블록(211)에 전달된 진동을 탄성 수단(220)이 저감시킬 수 있다.
또한, 매스 블록(211)의 타측에는 가이드 축(300)이 관통되는 가이드 공(211b)이 형성될 수 있다. 가이드 공(211b)은 매스 블록(211)의 가장 자리의 네 꼭지점 근처에 형성되어 지지대(120)로부터 상방으로 연장된 가이드 축(300)에 삽입될 수 있다. 이에 따라 매스 블록(211)이 진동을 전달받아 운동할 때 가이드 축(300)에 의해 안내되면서 상하 방향으로 움직일 수 있다.
또한, 매스 프레임(212)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 매스 블록(211)의 상면으로부터 배관(1)에서 멀어지는 방향으로 소정 높이만큼 연장될 수 있다. 또한 매스 프레임(212)은 상부에서 양방향으로 연장되어 대략 "T"자 형상으로 형성될 수 있다. 매스 프레임(212)의 양단은 댐퍼(230)의 끝단과 각각 연결되어 매스 블록(211) 및 매스 프레임(212)에 전달된 진동이 댐퍼(230)에 의해 소진될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면 탄성 수단(220)은 지지봉(221), 어퍼 스프링(222), 로워 스프링(223) 및 스프링 시트(224)를 포함할 수 있다.
지지봉(221)은 어퍼 스프링(222)이 로워 스프링(223)이 매스 블록(211)의 상부와 하부에 각각 설치되도록 어퍼 스프링(222)과 로워 스프링(223)을 지지하기 위한 구성이다. 지지봉(221)은 매스 블록(211)의 탄성공(211a)에 삽입되어 매스 블록(211)에 높이 방향으로 설치될 수 있다.
어퍼 스프링(222)은 지지봉(221)의 외주면 중에서 매스 블록(211)의 상부에 설치될 수 있다. 어퍼 스프링(222)은 매스 블록(211)이 상방으로 이동할 때 압축되어 진동 에너지를 저감시킬 수 있다.
로워 스프링(223)은 지지봉(221)의 외주면 중에서 매스 블록(211)의 하부에 설치될 수 있다. 로워 스프링(223)은 매스 블록(211)이 하방으로 이동할 때 압축되어 진동 에너지를 저감시킬 수 있다.
또한, 스프링 시트(224)는 어퍼 스프링(222) 및 로워 스프링(223)의 상단 및 하단에 각각 제공되어 어퍼 스프링(222) 및 로워 스프링(223)이 지지봉(221)에서 이탈되는 것을 방지하고, 어퍼 스프링(222)과 로워 스프링(223)이 매스 블록(211)과 직접 접촉되어 스프링 또는 매스 블록(211)이 손상되는 것을 예방할 수 있다.
또한, 댐퍼(230)는 실린더(231), 작동 로드(232) 및 힌지부(233)를 포함할 수 있다.
실린더(231)는 내부에 오일과 같은 작동 유체가 봉입될 수 있다. 실린더(231)의 일측은 체결 수단(100)에 고정 설치될 수 있다.
또한 작동 로드(232)는 실린더(231)에 인입 또는 인출 가능하게 제공될 수 있다. 작동 로드(232)의 일측 끝단은 실린더(231)의 내부에 삽입되고, 작동 로드(232)의 타측 끝단은 매스 프레임(212)과 연결되어 매스 블록(211) 및 매스 프레임(212)에 전달된 진동을 소진시킬 수 있다.
또한 힌지부(233)는 작동 로드(232)와 매스 프레임(212) 사이에 회동 가능하게 제공된다. 힌지부(233)는 작동 로드(232)와 매스 프레임(212)을 착탈 가능하게 연결하기 때문에 댐퍼(230)의 고장시 댐퍼(230)의 교환이나 수리를 편하게 할 수 있으며, 매스 프레임(212)과 체결 수단(100) 간에 뒤틀림이 발생하는 경우에도 이를 용이하게 흡수할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
1 : 배관 10 : 배관용 제진 장치
100 : 체결 수단 110 : 클램프
120 : 지지대 130 : 접촉 패드
200 : 진동 감쇠 유닛 210 : 질량체
211 : 매스 블록 212 : 매스 프레임
220 : 탄성 수단 221 : 지지봉
222 : 어퍼 스프링 223 : 로워 스프링
224 : 스프링 시트 230 : 댐퍼
231 : 실린더 232 : 작동 로드
233 : 힌지부 300 : 가이드 축

Claims (8)

  1. 배관의 외측에 결합되어 상기 배관의 진동을 전달받는 체결 수단; 및
    상기 체결 수단과 연결되며, 상기 체결 수단에 전달된 진동을 감쇠시키는 진동 감쇠 유닛;을 포함하고,
    상기 진동 감쇠 유닛은,
    상기 체결 수단의 상방에 상기 체결 수단으로부터 이격되게 배치되는 질량체;
    상기 질량체와 상기 체결 수단을 서로 탄성 연결하는 탄성 수단; 및
    상기 질량체와 상기 체결 수단을 서로 연결하며, 상기 질량체와 상기 체결 수단 사이에서 전달되는 진동을 소진시키는 댐퍼;를 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 수단은,
    상기 배관의 외주면의 적어도 일 부분을 감싸는 클램프; 및
    상기 배관의 외주면 일측에 제공되며, 상기 클램프의 양단이 고정되는 지지대;를 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 체결 수단은,
    상기 클램프와 상기 배관 사이 및 상기 지지대와 상기 배관 사이에 제공되는 접촉 패드를 더 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 수단으로부터 상기 질량체를 관통하여 연장되며, 상기 질량체의 운동을 안내하는 가이드 축을 더 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 질량체는,
    상기 탄성 수단과 탄성 결합되는 탄성공이 형성되고, 상기 가이드 축이 관통되는 가이드 공이 형성되는 매스 블록; 및
    상기 매스 블록의 상면으로부터 상기 배관에서 멀어 지는 방향으로 연장되며, 양단이 상기 댐퍼와 각각 연결되는 매스 프레임;을 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 탄성공에 삽입되어 상기 매스 블록에 교차하는 방향으로 배치되는 지지봉;
    상기 지지봉의 외주면 중에서 상기 매스 블록의 상부에 설치되는 어퍼 스프링;
    상기 지지봉의 외주면 중에서 상기 매스 블록의 하부에 설치되는 로워 스프링; 및
    상기 어퍼 스프링 및 상기 로워 스프링의 상단 및 하단에 각각 제공되어 상기 어퍼 스프링 및 상기 로워 스프링의 이탈을 방지하는 스프링 시트;를 포함하는,
    배관용 제진 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 댐퍼는,
    내부에 작동 유체가 봉입되며, 상기 체결 수단에 설치되는 실린더;
    상기 실린더에 인입 또는 인출 가능하게 제공되며, 끝단이 상기 매스 프레임과 연결되는 작동 로드; 및
    상기 작동 로드와 상기 매스 프레임 사이에 회동 가능하게 제공되는 힌지부;를 포함하는,
    배관용 제진 장치.
KR1020190068179A 2019-06-10 2019-06-10 배관용 제진 장치 KR102178278B1 (ko)

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