KR102385142B1

KR102385142B1 - 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치

Info

Publication number: KR102385142B1
Application number: KR1020210148380A
Authority: KR
Inventors: 황종근
Original assignee: 주식회사 스마텍이앤씨
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-04-11

Abstract

본 발명은 기기의 밑판과 설치될 바닥면 사이에 위치하여, 상기 바닥면으로부터 전달되는 지진동을 감쇠시켜 상부에 놓인 기기를 안전하게 보호하도록 상기 기기의 하측에 결합되어 테이블이 수평을 유지하면서 상, 하 운동하도록, 소정의 두께와 넓이를 가지는 육면체 프레임 구조의 상판인 테이블, 상기 테이블과 같은 규격의 하판인 바텀 플레이트, 상기 테이블과 바텀 플레이트를 X자형으로 연결하는 연결 링크로 구성되는 수평 유지구를 포함하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치에 관한 것으로서, 상기 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는, 상기 수평 유지구 및 상기 수평 유지구의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트의 모서리 부분에 수직으로 결합되어 상기 기기에 전해지는 상, 하 및 수평 진동을 감쇠시키는 마찰댐퍼 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.에 관한 것이다.
따라서 지진 또는 지각 변동으로 발생되는 진동 및 충격을 수직 방향 및 수평 방향으로 각각 진동을 감쇠함으로써 상부에 설치된 기기를 보호하여 안전 운전 및 정지 기능을 수행하도록 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공한다.

Description

수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치{3-dimensional seismic shock absorbing device using vertical and horizontal friction dampers}

본 발명은 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 지진 등의 지각 변동으로 발생하는 진동 및 충격하에서도 원자력 발전소의 안전 운전과 정지 기능을 수행하는 중요 부품이 내장된 기기의 하부에 설치하도록 구성되는 3차원 지진충격 흡수장치에 관한 것이다.

지진 안전지대로 간주 되던 국내에서도 2016년에 발생한 경주지역의 지진을 계기로 이제는 지진 안전지대가 아님을 인식하게 되었다. 2011년 동일본 지진 해일과 후쿠시마 원전사고를 계기로 국내에서는 원전 안전 최우선 정책에 따라 가동 중인 원전의 내진설계 요건을 강화하였고, 기설치된 기기/부품에 대하여 내진 성능을 평가하도록 하고 있다.

원자력 발전소에는 중요한 원전기기가 많이 설치되어 있는데, 상기 원전기기에는 발전소의 안전 운전과 정지 기능을 수행하는 중요한 부품들이 부착 및 내장되어 있다. 이들은 지진 발생 시 구조적인 건전성을 유지하여야 함은 물론 각각 부여된 고유 기능을 오작동 없이 수행하여야 한다.

현재 대부분의 원전기기(기계기기, 전기·계측기 캐비닛)는 콘크리트 바닥에 앵커볼트로 고정되거나 보강판에 용접되어 고정되는 형태이다. 따라서 수평 및 수직 방향의 지진동이 에너지 감쇠 없이 안전기능을 수행하는 주요 부품들에 그대로 전달되는 문제점을 가지고 있다.

내진설계 요건이 강화되고 국내에 발생 가능한 지진 규모가 커지고 있는 상황에서, 주요 원전기기의 구조적 건전성과 기능성을 유지하기 위해서는 지진으로부터 전달되는 지진력을 감소시킬 수 있도록 현재의 고정 장치를 개선할 필요가 있다.

본 발명은 원전기기의 하부에 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 설치하여 원전기기의 밑면에 전달되는 지진력을 감쇠시키고, 원전기기의 상부를 전·후, 좌·우로 기울어짐 없이 보호함으로써, 안전 운전과 정지 기능을 수행하도록 개선하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-2142244호(2020.08.06.) 대한민국 등록특허공보 제10-1962740호(2019.03.27.)

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기기의 밑판과 설치될 바닥면 사이에 위치하여, 상기 바닥면으로부터 전달되는 지진동을 감쇠시켜 상부에 놓인 기기를 안전하게 보호하도록 수평 유지구를 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수평 유지구 및 상기 수평 유지구의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트의 모서리 부분에 수직으로 결합되어 상기 기기에 전해지는 상, 하 및 수평 진동을 감쇠시키는 마찰댐퍼 조립체로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수평 유지구는, 소정의 두께와 넓이를 가지는 육면체 프레임 구조의 상판인 테이블, 상기 테이블과 같은 규격의 하판인 바텀 플레이트로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수평 유지구는, 상기 기기의 하측에 결합되어, 테이블이 수평을 유지하면서 상, 하 운동하도록, 내측면에 상기 테이블과 바텀 플레이트를 X자형으로 연결하는 연결 링크를 더 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 마찰댐퍼 조립체는, 수직 마찰댐퍼 및 수평 마찰댐퍼로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수직 마찰댐퍼는, 상기 기기의 수직 하중을 지지하고 마찰력을 이용하여 지진동의 상·하 진동을 감쇠하도록 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수직 마찰댐퍼는, 상기 수평 유지구 테이블 하방의 네 모서리 내측에 직접 체결되거나 정방형의 고정 플레이트를 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수직 마찰댐퍼는, 일정 두께 및 폭을 가지는 다수 개의 장방형 플레이트로써, 상기 테이블 및 바텀 플레이트에 수직 방향으로 체결되어 기기의 상, 하 운동을 감쇠시키는 마찰 플레이트를 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 마찰 플레이트는, 한 쌍의 장방형 플레이트가 일정한 간격을 유지하도록 결합되는 외 플레이트, 상기 외 플레이트 사이에 삽입되어 양면이 마찰면으로 형성되는 내 플레이트로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 내 플레이트의 마찰면에는, 수직 방향으로 상기 기기의 상, 하 운동 폭을 제한하는 가이드 홀이 더 형성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 한 쌍의 외 플레이트에는, 상기 내 플레이트의 가이드 홀을 통과하도록 직각으로 결합되는 가이드 볼트, 상기 가이드 볼트에 체결되어 마찰면에 압력을 가하도록 스프링으로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수평 마찰댐퍼는, 상기 수평 유지구 바텀 플레이트 하방의 네 모서리에 위치하여 지진동의 수평 진동을 감쇠 하도록, 상기 수평 유지구의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트의 모서리 부분에 수직으로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수평 마찰댐퍼는, 상기 바텀 플레이트의 아랫면에 하방으로 억지 끼움 되어 수평 미끄럼 운동을 하는 다수 개의 고체 슬라이더, 중심부에 중앙 홀이 있는 원형 플레이트로서 상기 고체 슬라이더와 미끄럼 접촉하여 기기의 수평운동을 감쇠시키는 슬라이딩 플레이트를 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 슬라이딩 플레이트는, 윗면은 외주연에서 상기 중앙 홀까지 상기 고체 슬라이더와 접촉하여 미끄럼 운동하도록 중심부를 향해 하향 경사지는 슬라이딩 면, 아랫면에는 외주연을 따라 상기 기기의 수평운동 폭을 제한하는 제한 턱이 형성된 마찰면으로 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 수평 마찰댐퍼는, 기기의 수평운동 시, 상기 마찰면의 제한 턱 내측에 닿아 상기 기기의 수평운동 폭을 제한하는 슬라이딩 와셔, 상기 슬라이딩 와셔의 중앙 홀 하측에서 상방으로 관통하여 상기 테이블 또는 고정 플레이트에 체결되는 중심 볼트를 더 포함하여 구성되는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 특징은, 기기의 밑판과 설치될 바닥면 사이에 위치하여, 상기 바닥면으로부터 전달되는 지진동을 감쇠시켜 상부에 놓인 기기를 안전하게 보호하도록 수평 유지구를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 다른 특징은, 상기 수평 유지구 및 상기 수평 유지구의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트의 모서리 부분에 수직으로 결합되어 상기 기기에 전해지는 상, 하 및 수평 진동을 감쇠시키는 마찰댐퍼 조립체로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 수평 유지구는, 소정의 두께와 넓이를 가지는 육면체 프레임 구조의 상판인 테이블, 상기 테이블과 같은 규격의 하판인 바텀 플레이트로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 수평 유지구는, 상기 기기의 하측에 결합하여, 테이블이 수평을 유지하면서 상, 하 운동하도록, 내측면에 상기 테이블과 바텀 플레이트를 X자형으로 연결하는 연결 링크를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 마찰댐퍼 조립체는, 수직 마찰댐퍼 및 수평 마찰댐퍼로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수직 마찰댐퍼는, 상기 기기의 수직 하중을 지지하고 마찰력을 이용하여 지진동의 상·하 진동을 감쇠하도록 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 수직 마찰댐퍼는, 상기 수평 유지구 테이블 하방의 네 모서리 내측에 직접 체결되거나 정방형의 고정 플레이트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 수직 마찰댐퍼는, 일정 두께 및 폭을 가지는 다수 개의 장방형 플레이트로써, 상기 테이블 및 바텀 플레이트에 상, 아랫면이 각각 수직 방향으로 체결되어 기기의 상, 하 운동을 감쇠시키는 마찰 플레이트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 마찰 플레이트는, 한 쌍의 장방형 플레이트가 일정한 간격을 유지하도록 결합하는 외 플레이트, 상기 외 플레이트 사이에 삽입되어 양면이 마찰면으로 형성되는 내 플레이트로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 내 플레이트의 마찰면에는, 수직 방향으로 상기 기기의 상, 하 운동 폭을 제한하는 가이드 홀이 더 형성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 한 쌍의 외 플레이트에는, 상기 내 플레이트의 가이드 홀을 통과하도록 직각으로 결합하는 가이드 볼트, 상기 가이드 볼트에 체결되어 마찰면에 압력을 가하도록 스프링으로 체결된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수평 마찰댐퍼는, 상기 수평 유지구 바텀 플레이트 하방의 네 모서리에 위치하여 지진동의 수평 진동을 감쇠하도록, 상기 수평 유지구의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트의 모서리 부분에 수직으로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 마찰댐퍼 조립체의 수평 마찰댐퍼는, 상기 바텀 플레이트의 아랫면에 하방으로 억지 끼움 되어 수평 미끄럼 운동을 하는 다수 개의 고체 슬라이더, 중심부에는 중앙 홀이 관통된 원형 플레이트로서 상기 고체 슬라이더와 미끄럼 접촉하여 기기의 수평운동을 감쇠시키는 슬라이딩 플레이트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 슬라이딩 플레이트는, 윗면은 외주연에서 상기 중앙 홀까지 상기 고체 슬라이더와 접촉하여 미끄럼 운동하도록 중심부를 향해 하향 경사지는 슬라이딩 면, 아랫면에는 외주연을 따라 상기 기기의 수평운동 폭을 제한하는 제한 턱이 형성된 마찰면으로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 또 다른 특징은, 상기 수평 마찰댐퍼는, 기기의 수평운동 시, 상기 마찰면의 제한 턱 내측에 닿아 상기 기기의 수평운동 폭을 제한하는 슬라이딩 와셔, 상기 슬라이딩 와셔의 중앙 홀 하측에서 상방으로 관통하여 상기 테이블 또는 고정 플레이트에 체결되는 중심 볼트를 더 포함하여 구성된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 스프링 요소의 사용을 배제하고 마찰댐퍼 조립체를 수평 유지구에 결합하여 구성된다. 따라서 수평 유지구의 기구학적 원리를 이용하여 기기가 전·후, 좌·우로 쏠리는 현상을 억제하고 항상 수평 상태를 유지함으로써 기기의 구조적인 건전성과 기능성을 유지하며, 스프링 요소의 사용을 배제하고 마찰에 의한 댐핑 효과만을 이용함으로써 공진 발생 없이 진동을 감쇠시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 기기의 상시 하중과 진동에너지를 흡수하는 수직 마찰댐퍼를 구성하며, 다수 개의 마찰 플레이트의 마찰력을 이용하는 간단한 구성이다. 따라서 상기 수직 마찰댐퍼는 진동 시 내/외 플레이트가 상대적으로 움직이면서 발생하는 마찰력이 상·하 방향의 진동에너지를 소멸시킴으로써 감쇠 효율을 높이는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 상기 수직 마찰댐퍼는 종래의 내/외통 결합 구조에서 마찰 플레이트를 이용하는 구조로 개선하여 구성하였다. 따라서 상기 수직 마찰댐퍼는 반복 마찰에 따른 지진 감쇠력의 조절이 어렵고, 쉽게 열화되는 상기 내/외통 결합 구조의 문제점을 해소하여 마찰 플레이트에 마모가 발생하여도 스프링의 압력으로 마찰력을 유지함으로써, 지진 감쇠 효율을 높이는 장점이 있다.

또한, 기기의 하측에 설치되어 상기 기기가 진동으로 슬라이딩 플레이트 위에서 전·후, 좌·우로 미끄러질 때 발생하는 마찰력을 이용하여 수평 방향 진동을 감쇠하도록 구성되는 수평 마찰댐퍼는 고체 슬라이더의 이용과 함께 상기 슬라이딩 플레이트에 슬라이딩 경사면을 형성하여 진동 후 상기 기기가 원래 위치로 복원되는 기능을 갖는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치가 기기에 결합된 개략적인 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마찰댐퍼 조립체를 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수직 마찰댐퍼를 나타내는 사진이다.
도 5는 상기 수직 마찰댐퍼의 내 플레이트 및 스프링을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 수평 마찰댐퍼의 고체 슬라이더의 결합 관계를 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 수평 마찰댐퍼의 슬라이딩 플레이트를 나타내는 개략적인 사시도 및 단면도다.
도 8은 본 발명에 따른 슬라이딩 와셔를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 수직/수평 마찰댐퍼의 동작을 나타내는 그림이다.
도 10은 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 각 위치에 따른 지진 가속도(g)를 나타내며, 도 10(a)은 전, 후 또는 좌, 우 (x) 방향의 진동에, 도 10(b)은 좌, 우 또는 전, 후 (y) 방향의 진동에, 도 10(c)은 상, 하 (z) 방향의 진동에 대한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 실시 예를 가질 수 있는바, 특정한 실시 예들을 도면에 예시하고 발명의 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.

본 발명에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 자신의 발명을 최선으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙으로 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

원자력 발전소에는 다양한 구조의 기기(기계, 전기, 계측)가 많이 설치되어 있는데, 이들 내부에는 발전소의 안전 운전과 정지 기능을 수행하는 중요한 부품들이 부착 및 내장되어 있다. 이들은 지진 발생 시 구조적인 건전성을 유지하여야 함은 물론 각각 부여된 고유 기능을 오작동 없이 수행하여야 한다.

일반적으로 종래의 기기는 앵커볼트로 하부가 고정되어 있어서, 지진 진동이 감쇠 없이 전달되어, 부품의 손상 및 기기 자체의 건전성에도 문제가 있으며, 기기의 하부에 설치되는 진동 감쇠 장치는 고유 진동수를 가지게 됨으로써 공진현상에 의해 기기 내부의 중요 내장품에 악영향을 미치는 문제점을 가지고 있다.

본 출원인은 2020년에 발명 ‘마찰댐퍼 및 수평 유지구를 이용한 3차원 진동감쇠장치(제10-2020-0056906호)’을 출원하여 등록받은 바 있다. 상기 발명은 길이 방향으로 상·하가 통하고, 슬릿이 형성되어, 억지 끼움으로 발생하는 반경 방향의 탄성력을 조절함으로써 마찰력의 크기를 조절하도록 내통 및 외통의 수직 마찰댐퍼를 구성하여 상, 하 방향의 진동에너지를 소멸시키는 감쇠 효율이 뛰어난 3차원 진동감쇠장치에 관한 것이다. 하지만 상기 슬릿이 형성된 내통 및 외통이 결합되어 반복되는 마찰에 따른 지진 감쇠력의 조절이 어렵고, 쉽게 열화되는 문제점이 있었다.

본 출원인은 상기 문제점을 해소하기 위하여 마찰 플레이트의 마찰력을 이용하여 마모가 발생하여도 감쇠력이 유지되는 수직 마찰댐퍼를 개발하였다. 이를 위하여 진동에너지를 흡수 및 감쇠시키는 소재를 선정하고, 설계 및 해석을 통하여 전도 모멘트에 대한 기기의 저항성을 높이고 지진동 에너지를 감쇠시킴으로써, 지진 응답을 저감하여 주요 기기의 내진 성능을 향상시켰다.

따라서 지진 또는 지각 변동으로 발생하는 진동 및 충격으로부터 안전 운전과 정지 기능을 수행하는 원자력 발전소의 주요 기기를 보호하기 위한 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치가 기기에 결합된 개략적인 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치를 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마찰댐퍼 조립체를 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수직 마찰댐퍼를 나타내는 사진이고, 도 5는 상기 수직 마찰댐퍼의 내 플레이트 및 스프링을 나타내는 사진이고, 도 6은 본 발명에 따른 수평 마찰댐퍼의 고체 슬라이더의 결합 관계를 나타내는 사진이고, 도 7은 본 발명에 따른 수평 마찰댐퍼의 슬라이딩 플레이트를 나타내는 개략적인 사시도 및 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 슬라이딩 와셔를 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 수직/수평 마찰댐퍼의 동작을 나타내는 그림이고, 도 10은 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 각 위치에 따른 지진 가속도(g)를 나타내며, 도 10(a)은 전, 후 또는 좌, 우 (x) 방향의 진동에, 도 10(b)은 좌, 우 또는 전, 후 (y) 방향의 진동에, 도 10(c)은 상, 하 (z) 방향의 진동에 대한 그래프이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는, 기기의 밑판과 설치될 바닥면 사이에 위치하여, 상기 바닥면으로부터 전달되는 지진동을 감쇠시켜 상부에 놓인 기기를 안전하게 보호하도록 수평 유지구(1.2)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는, 상기 수평 유지구(1.2) 및 상기 수평 유지구(1.2)의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트(1.3)의 모서리 부분에 수직으로 결합되어 상기 기기에 전해지는 상, 하 및 수평 진동을 감쇠시키는 마찰댐퍼 조립체(10)로 구성된다.

본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 상기 수평 유지구(1.2)는, 소정의 두께와 넓이를 가지는 육면체 프레임 구조의 상판인 테이블(1.21), 상기 테이블(1.21)과 같은 규격의 하판인 바텀 플레이트(1.22)로 구성된다.

이러한 본 발명의 상기 수평 유지구(1.2)는, 상기 기기의 하측에 결합되어, 테이블(1.21)이 수평을 유지하면서 상, 하 운동하도록, 내측면에 상기 테이블(1.21)과 바텀 플레이트(1.22)를 X자형으로 연결하는 연결 링크(1.23)를 더 포함하여 구성된다.

이때, 본 발명의 상기 수평 유지구(1.2)는, 상기 마찰댐퍼 조립체(10)와 함께 상, 하 운동을 하며, 외곽 사이즈는 기기의 밑판 규격과 같게 하며, 항상 수평을 유지하는 기구학적 원리가 적용되어 기기의 상부가 전·후, 좌·우로 기울어지는(rocking) 현상이 억제된다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 상기 마찰댐퍼 조립체(10)는, 수직 마찰댐퍼(100) 및 수평 마찰댐퍼(200)로 구성된다.

본 발명의 상기 마찰댐퍼 조립체(10)의 수직 마찰댐퍼(100)는, 상기 기기의 수직 하중을 지지하고 마찰력을 이용하여 지진동의 상·하 진동을 감쇠하도록 구성된다.

이러한 본 발명의 상기 수직 마찰댐퍼(100)는, 상기 수평 유지구(1.2) 테이블(1.21) 하방의 네 모서리 내측에 체결되도록 구성된다.

도 4를 참조하여 설명하면, 이러한 본 발명의 상기 수직 마찰댐퍼(100)는, 일정 두께 및 폭을 가지는 다수 개의 장방형 플레이트로써, 상기 테이블(1.21) 및 바텀 플레이트(1.22)에 상면 및 하면이 각각 수직 방향으로 체결되며 기기의 상, 하 운동을 감쇠시키는 마찰 플레이트(110)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 테이블(1.21)의 내측에는 상기 마찰 플레이트(110)의 결합 용이성을 위하여 정방형의 고정 플레이트(미도시)를 포함하여 구성할 수 있다.

이러한 본 발명의 상기 마찰 플레이트(110)는, 한 쌍의 장방형 플레이트가 일정한 간격을 유지하도록 결합되는 외 플레이트(112), 상기 외 플레이트(112) 사이에 삽입되어 양면이 마찰면(111.2)으로 형성되는 내 플레이트(111)로 구성된다.

이때, 상기 내 플레이트(111)는 수지를 소재로 사용되며, 금속재인 상기 외 플레이트(112) 사이에서 스프링(114)의 압력에 의해 마찰 및 마모된다.

이러한 본 발명의 상기 내 플레이트(111)의 마찰면(111.2)에는, 수직 방향으로 상기 기기의 상, 하 운동 폭(H)을 제한하는 가이드 홀(111.1)이 더 형성된다. (도 9 참조)

이러한 본 발명의 상기 한 쌍의 외 플레이트(112)에는, 상기 내 플레이트(111)의 가이드 홀(111.1)을 통과하도록 직각으로 결합되는 가이드 볼트(113), 상기 가이드 볼트(113)에 체결되어 마찰면(111.2)에 압력을 가하는 스프링(114)으로 구성된다.

이때, 상기 가이드 볼트(113)는, 평상시 기기의 하중에 따라 상기 가이드 홀(111.1)의 중앙(정상위치)에 위치하고, 진동이 발생하면 가이드 홀(111.1)을 따라 상, 하로 움직인다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 상기 마찰댐퍼 조립체(10)의 수평 마찰댐퍼(200)는, 상기 수평 유지구(1.2) 바텀 플레이트(1.22) 하방의 네 모서리에 위치하여 지진동의 수평 진동을 감쇠하도록, 바닥과 결합된 베이스 플레이트(1.3)의 모서리 부분에 수직으로 구성된다.

도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 이러한 본 발명의 상기 마찰댐퍼 조립체(10)의 수평 마찰댐퍼(200)는, 상기 바텀 플레이트(1.22)의 아랫면에 하방으로 억지 끼움 되어 수평 미끄럼 운동을 하는 다수 개의 고체 슬라이더(210), 중심부에 중앙 홀(223)이 있는 원형 플레이트로서 상기 고체 슬라이더(210)와 미끄럼 접촉하여 기기의 수평운동을 감쇠시키는 슬라이딩 플레이트(220)를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명의 상기 슬라이딩 플레이트(220)는, 윗면은 외주연에서 상기 중앙 홀(223)까지 상기 고체 슬라이더(210)와 접촉하여 미끄럼 운동하도록 중심부를 향해 하향 경사지는 슬라이딩 면(221), 아랫면은 외주연을 따라 상기 기기의 수평운동 폭(W)을 제한하는 제한 턱(225)이 형성된 마찰면(222)으로 구성된다. (도 7 참조)

이때, 상기 슬라이딩 면(221)에는, 상기 고체 슬라이더(210)가 놓여 지진동에 의한 전·후, 좌·우로 미끄럼 운동을 하며, 운동 후에는 항상 중심으로 복원되도록 구성된다. 이러한 상기 고체 슬라이더(210)는 미끄럼 저항이 작은 테플론 수지가 소재로 사용되며, 상기 슬라이딩 면(221)에 접촉하는 면 부분은 둥글게 형성된다.

도 8을 참조하여 설명하면, 이러한 본 발명의 상기 수평 마찰댐퍼(200)는, 기기의 수평운동 시, 상기 마찰면(222)의 제한 턱(225) 내측에 닿아 상기 기기의 수평운동 폭(W)을 제한하는 슬라이딩 와셔(240), 상기 슬라이딩 와셔(240)의 중앙 홀(미부여) 하측에서 상방으로 관통하여 상기 테이블(1.21) 또는 고정 플레이트(미도시)에 체결되는 중심 볼트(230)를 더 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명의 상기 제한 턱(225)에는 원주를 따라 다수 개의 체결 홀(224)이 형성되어 하 측의 베이스 플레이트(1.3)에 결합 고정된다.

이러한 본 발명의 상기 중심 볼트(230)에는, 기기의 하중을 지탱하며, 상, 하 운동을 감쇠하도록 인장 및 압축 작용을 병행하는 스프링(250)과, 맞대기 형식으로 다수 개 결합되는 스프링 와셔(231)를 더 포함하도록 구성된다.

도 9를 참조하여 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 마찰댐퍼 조립체(10)의 수직 및 수평 방향 동작을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명의 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 '수직 방향의 변위(H)'는 수직 마찰댐퍼(100)의 내 플레이트(111)의 가이드 홀(111.1)의 상, 하 길이에 의해 한정되며, ‘수평 방향의 변위(W)’는 수평 마찰댐퍼(200)의 슬라이딩 플레이트(220) 제한 턱(225)과 슬라이딩 와셔(240)의 좌, 우측(또는 전, 후) 가장자리까지의 간격으로 한정된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 방향성이 없는(x, y, z) 지진력에 대응하여 '수직 방향의 변위'와 '수평 방향의 변위'가 간극(gap)으로 제한됨으로써, 상부에 장착되는 기기의 진동을 감쇠시키고 기울어짐(rocking) 현상을 방지할 수 있다.

이러한 본 발명의 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 평상시에는 중심 볼트(230)에 결합되는 4개의 스프링(250)으로 하중을 지지하고, 상·하(z) 수직 방향의 지진동은, 수직 마찰댐퍼(100)의 내 플레이트(111)의 수직 방향 마찰력으로 진동에너지가 소멸하고, 전·후, 좌·우(x, y) 수평 방향의 지진동은, 슬라이딩 플레이트(220)의 슬라이딩 면(221)과 고체 슬라이더(210)의 미끄럼 운동으로 진동에너지를 소멸하며, 상기 고체 슬라이더(210)는, 지진에너지가 소멸되면, 슬라이딩 면(221)의 경사에 의해 원위치로 복귀한다.

이때, 평상시에 상기 4개의 스프링(250)이 하중을 지지하며, 상기 내 플레이트(111)의 가이드 볼트(113)는 가이드 홀(111.1)의 중앙(정상위치)에 위치하고, 지진동이 발생하면 상기 가이드 홀의 상사점에서 하사점까지(수직 방향의 최대 변위, H) 움직이며 진동에너지를 소멸한다.

도 10의 그래프를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치의 각 위치에 따른 지진 가속도(g)는, 베이스 플레이트(1.3) 위치에서 가장 높고 (보라색 선), 수평 마찰댐퍼(200)가 설치된 바텀 플레이트(1.22)에서 비교적 낮고(옅은 청색 선), 수직 마찰댐퍼(100)가 설치된 테이블(1.21)에서 가장 낮다(짙은 청색 선). 또한, 상기 각 위치에서 전, 후 또는 좌, 우 (x, y) 방향 및 상, 하 (z) 방향의 진동을 나타낸다.

따라서 상기 그래프는 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치(1)가 수직 마찰댐퍼(100)와 수평 마찰댐퍼(200)가 결합된 상태일 때, 지진파 감쇠 효과가 매우 우수함을 보여준다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 다음과 같이 설치되며 작동된다.

1. 본 발명의 3차원 지진충격 흡수장치의 조립

가. 수직 마찰댐퍼(100)의 조립

* 조립 편의성을 위하여 수평 유지구를 뒤집은 상태 *

- 한 쌍의 외 플레이트(112) 사이에 내 플레이트(111)를 가이드 볼트(113) 및 스프링(114)으로 결합한다. (도 4 참조)

- 상기 외 플레이트를 상기 수평 유지구(1.2)의 테이블(1.21) 모서리 내측 4곳에 직접 체결한다. (도 3 참조)

- (또는) 상기 외 플레이트를 고정 플레이트(미도시)에 체결하여 상기 테이블(1.21) 모서리 내측 4곳에 결합한다.

- 상기 수평 유지구(1.2)의 하판인 바텀 플레이트(1.22)에 상기 내 플레이트를 체결한다. (도 3 참조)

- 상기 바텀 플레이트(1.22)의 반대 면(아래쪽)에 다수 개의 고체 슬라이더(210)를 억지 끼움 한다. (도 6 참조)

나. 수평 마찰댐퍼(200)의 조립

- 베이스 플레이트(1.3)의 네 모서리에 슬라이딩 플레이트(220)를 결합한다. (도 3 참조)

- 상기 슬라이딩 플레이트(220)의 하측 마찰면(222)에 중심 볼트(230)가 결합된 슬라이딩 와셔(240)를 아래쪽에서 상방으로 삽입한다. (도 9 참조)

다. 마찰댐퍼 조립체(수직 마찰댐퍼+수평 마찰댐퍼)의 결합

- 상기 슬라이딩 플레이트(220)의 슬라이딩 면(221) 위에 상기 고체 슬라이더(210)가 위치하도록 수평 유지구(1.2)를 뒤집어 올려놓는다. (도 3 참조)

(상기 중심 볼트(230)에는, 기기의 상시 하중을 고루 분담하는 4개의 스프링(250)이 결합되고, 상기 슬라이딩 플레이트(220), 바텀 플레이트(1.22) 및 테이블(1.21)을 관통하여 접시형 와셔(231) 및 너트(260)가 체결된다.)

라. 기기의 탑재 및 수직 마찰댐퍼 조절

- 상기 수평 유지구(1.2)의 테이블(1.21)에 기기를 탑재하고 체결 고정한다.

(이때, 상기 수직 마찰댐퍼(100)의 가이드 볼트(113)는 내 플레이트(111)의 가이드 홀(111.1)의 중앙에 위치하게 된다.)

- 상기 수직 마찰댐퍼(100)에 지진 감쇠를 위한 마찰력이 발생하도록 가이드 볼트(113)의 스프링(114) 장력을 조절한다. (도 4 참조)

이러한 상기 구성의 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 다음과 같은 특징을 가진다.

먼저, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 스프링 요소의 사용을 배제하고 마찰댐퍼 조립체를 수평 유지구에 결합하여 구성된다.

따라서 수평 유지구의 기구학적 원리를 이용하여 기기가 전·후, 좌·우로 쏠리는 현상을 억제하고 항상 수평 상태를 유지함으로써 기기의 구조적인 건전성과 기능성을 유지하며, 스프링 요소의 사용을 배제하고 마찰에 의한 댐핑 효과만을 이용함으로써 공진 발생 없이 진동을 감쇠시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치는 기기의 상시 하중과 진동에너지를 흡수하는 수직 마찰댐퍼로 구성하였으며, 다수 개의 마찰 플레이트의 마찰력을 이용한 간단한 구성이다.

따라서 상기 수직 마찰댐퍼는, 진동 시 내/외 플레이트가 상대적으로 움직이면서 발생하는 마찰력이 상·하 방향의 진동에너지를 소멸시킴으로써 감쇠 효율이 높은 장점이 있다.

또한, 본 발명의 상기 수직 마찰댐퍼는 종래의 내/외통 결합 구조에서 마찰 플레이트를 이용하는 구조로 개선하여 구성하였다.

따라서 상기 수직 마찰댐퍼는 반복 마찰에 따른 지진 감쇠력의 조절이 어렵고, 쉽게 열화되는 상기 내/외통 결합 구조의 문제점을 해소하여 마찰 플레이트에 마모가 발생하여도 스프링의 압력으로 마찰력을 유지함으로써, 지진 감쇠 효율이 높은 장점이 있다.

1 : 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치
1.1 : (원전)기기
1.2 : 수평 유지구
1.21 : 테이블(상판)
1.22 : 바텀 플레이트(하판)
1.23 : 연결 링크
1.3 : 베이스 플레이트
10 : 마찰댐퍼 조립체
100 : 수직 마찰댐퍼
110 : 마찰 플레이트
111 : 내 플레이트
111.1 : 가이드 홀
111.2 : 마찰면
112 : 외 플레이트
113 : 가이드 볼트
114 : 스프링
200 : 수평 마찰댐퍼
210 : 고체 슬라이더(테프론 수지)
220 : 슬라이딩 플레이트
221 : 슬라이딩 면(경사면)
222 : 마찰면
223 : 중앙 홀
224 : 체결 홀
225 : 제한 턱
230 : 중심 볼트
231 : 스프링 와셔(접시형)
240 : 슬라이딩 와셔
241 : 마찰면
250 : 스프링
260 : 너트
H : 수직 방향의 변위
W : 수평 방향의 변위

Claims

기기의 밑판과 설치될 바닥면 사이에 위치하여, 상기 바닥면으로부터 전달되는 지진동을 감쇠시켜 상부에 놓인 기기를 안전하게 보호하도록 상기 기기의 하측에 결합된 테이블(1.21)은 수평을 유지하면서 상·하 운동하도록, 소정의 두께와 넓이를 가지는 육면체 프레임 구조의 상판인 테이블(1.21), 상기 테이블(1.21)과 같은 규격의 하판인 바텀 플레이트(1.22), 상기 테이블(1.21)과 바텀 플레이트(1.22)를 X자형으로 연결하는 연결 링크(1.23)로 구성되는 수평 유지구(1.2)를 포함하며, 진동에너지 흡수 및 감쇠시키는 소재로 이루어지는 마찰댐퍼의 마찰력으로 감쇠력이 유지되도록 설계 및 해석하여 전도 모멘트에 대한 기기의 저항성을 높이고 지진동 에너지를 감쇠시키는 3차원 지진충격 흡수장치에 관한 것으로서,
상기 3차원 지진충격 흡수장치는, 상기 수평 유지구(1.2) 및 상기 수평 유지구(1.2)의 하측에 위치하여 바닥과 결합된 베이스 플레이트(1.3)의 모서리 부분에 수직으로 결합되어 상기 기기에 전해지는 상, 하 및 수평 진동을 감쇠시키는 마찰댐퍼 조립체(10)로 구성되며,
상기 마찰댐퍼 조립체(10)는, 상기 기기의 수직 하중을 지지하고 마찰력을 이용하여 지진동의 상·하 진동을 감쇠하도록 상기 수평 유지구(1.2) 테이블(1.21)의 하방 네 모서리에 직접 체결되거나, 정방형의 고정 플레이트를 가지는 수직 마찰댐퍼(100)와, 상기 수평 유지구(1.2) 바텀 플레이트(1.22) 하방의 네 모서리에 위치하여 지진동의 수평 진동을 감쇠하는 수평 마찰댐퍼(200)로 구성되며,
상기 수평 마찰댐퍼(200)는, 상기 바텀 플레이트(1.22)의 아랫면에 하방으로 결합하여 수평 미끄럼 운동을 하는 다수개의 고체 슬라이더(210)와, 중심부에는 중앙 홀(223)이 관통된 원형 플레이트로서 상기 고체 슬라이더(210)와 미끄럼 접촉하여 기기의 수평운동을 감쇠하는 슬라이딩 플레이트(220)로 구성되며,
상기 슬라이딩 플레이트(220)는, 윗면은 외주연에서 상기 중앙 홀(223)까지 상기 고체 슬라이더(210)와 접촉하여 미끄럼 운동하도록 중심부를 향해 하향 경사지는 슬라이딩 면(221)과, 아랫면에는 외주연을 따라 상기 기기의 수평운동 폭(W)을 제한하는 제한 턱(225)이 형성된 마찰면(222)으로 구성되며,
상기 테이블(1.21)의 내측에는 상기 수직 마찰댐퍼(100)의 결합 용이성을 위하여 정방형의 고정 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 수직 마찰댐퍼(100)는, 일정 두께 및 폭을 가지는 다수 개의 장방형 플레이트로써, 상기 테이블(1.21) 및 바텀 플레이트(1.22)에 상면 및 하면이 각각 수직 방향으로 체결되어 기기의 상, 하 운동을 감쇠하는 마찰 플레이트(110)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.
청구항 3에 있어서,
상기 마찰 플레이트(110)는, 한 쌍의 장방형 플레이트가 일정한 간격을 유지하도록 결합되는 금속재인 외 플레이트(112)와, 상기 외 플레이트(112) 사이에 삽입되어 마찰 및 마모되도록 양면이 마찰면(111.2)을 형성하는 수지재인 내 플레이트(111)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.
청구항 4에 있어서,
상기 내 플레이트(111)의 마찰면(111.2)에는, 수직 방향으로 상기 기기의 상, 하 운동 폭(H)을 제한하는 가이드 홀(111.1)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.
청구항 5에 있어서,
상기 한 쌍의 외 플레이트(112)에는, 상기 내 플레이트(111)의 가이드 홀(111.1)을 통과하도록 직각으로 결합되는 가이드 볼트(113)와, 상기 가이드 볼트(113)에 체결되어 마찰면(111.2)에 압력을 가하는 스프링(114)이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 및 수평 마찰댐퍼를 이용한 3차원 지진충격 흡수장치.
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