KR20000050436A - 선박 엔진의 진동저감용 동조질량 댐퍼 - Google Patents

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KR20000050436A
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    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
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Abstract

동조질량 댐퍼는 선박의 동력원 또는 국소 지역의 소규모 발전용으로 사용되는 대형 디젤엔진과 같이 낮은 정격회전수로 일정하게 구동되는 엔진에서 다기통엔진의 특성상 각종 가진 모멘트 및 힘에 의하여 발생하는 엔진의 진동을 저감시킬 목적으로 엔진의 정격회전수와 동일한 고유진동수를 갖도록 질량과 스프링을 조합한 댐퍼를 사용하여 댐퍼의 질량이 엔진의 진동과 반대 위상(방향)으로 항상움직이도록 함으로써 엔진의 진동을 저감시키는 효과를 얻기 위한 동조 질량 댐퍼(tuned mass damper)에 대한 내용이다.
구동원리는 엔진의 진동방향과 항상 반대 위상으로 동조질량이 움직이도록 구성함으로써 동조질량의 관성력이 진동하는 엔진에 작용하여 엔진의 진동을 저감시키는 원리이다.
동조질량 댐퍼에서 고유 진동수의 조정은 동조질량을 지지하고 있는 스프링(8)의 강성을 바꾸어 주거나, 부가질량(5)을 가감함으로써 동조질량의 크기를 조정함으로써 가능하다.
본 발명에서는 동조질량 댐퍼에 오일 배관(1)을 설치하여 상시 진동하는 엔진에 대응하여 상시 움직이는 댐퍼의 스프링에서 발생되는 열을 냉각시키거나, 일정한 오일에 의한 점성 댐핑 효과를 줄 수 있게 하였다.

Description

선박 엔진의 진동저감용 동조질량 댐퍼{THE TUNNED MASS DAMPER FOR THE SHIP DIESEL ENGINE}
동조질량 댐퍼는 선박의 동력원 또는 국소 지역의 소규모 발전용으로 사용되는 대형 저속 디젤엔진에서와 같이 일정한 정격회전수로 구동되는 엔진에서 다기통 엔진의 특성상 각종 가진 모멘트 및 힘에 기인하는 엔진의 진동을 저감시킬 목적으로 질량과 스프링을 이용하여 엔진의 정격회전수와 동일한 고유진동수를 갖도록 동조시킨 댐퍼이다.
동조질량 댐퍼는 주 질량(제5도,4)부분과 스프링(제5도,6)부분으로 구성되어있다. 이러한 구조는 댐퍼가 부착된 엔진에서 진동이 발생할 경우, 진동은 스프링을 통하여 주 질량에 전달된다. 댐퍼의 주 질량에서의 진동은 댐퍼의 주 질량과 주 질량을 지지하고 있는 스프링이 형성하는 고유진동수가 댐퍼를 가진 시키는 진동주기와 동일할 때, 즉 공진 주파수에서는 그림 제 3,4도에서와 같이 엔진의 진동과 반대의 위상으로 진동이 발생하게 된다. 동조질량 댐퍼의 성능을 최대로 하기 위하여 댐퍼는 진동 제어 대상 주파수와 같은 주파수의 고유 진동수를 유지하도록 튜닝 함으로써 공진점에서 최대의 효과를 나타내도록 설계한다.
선박엔진에 대하여 동조질량 댐퍼를 적용한 단순화된 대상모델(제 2도)의 운동방정식은 다음과 같다.
여기서 M은 엔진 및 동조질량의 모달 질량으로 이루어진 질량행렬, C는 엔진및 동조 질량 댐퍼의 스프링 및 댐핑 오일에 기인하는 감쇠행렬, K는 엔진 및 동조 질량 댐퍼의 스프링강성에 기인하는 강성행렬이며, F는 외부 가진력 벡터이다. 위의 2자유도(2dof)시스템에 대한 주파수응답함수를 구한 결과는 제3도, 제4도와 같이 주파수(즉, 엔진의 회전수)에 따른 진동 변위 응답으로 나타난다. 따라서, 엔진의 동조질량의 질량과 댐핑값을 바꿔가며 엔진의 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있는 동조질량의 크기 및 댐핑에 따른 동조질량 및 엔진의 진동을 구할 수있다.
동조질량 댐퍼의 고유 진동수는 2가지 방법으로 설정할 수 있다.
(1) 부가질량을 고정하고 스프링 강성을 변환하여 조정하는 방법
(2) 스프링의 강성을 고정하고 주 질량에 부가질량을 조정하는 방법
실제 경우에 있어서는 제 5도 6번의 스프링 강성을 변화시켜 동조질량 댐퍼의 고유진동수를 1차적으로 설정하고, 미세한 부분은 부가 질량을 이용하여 조정하는 방법이 바람직하다. 예를들면, 부가 질량의 가감에 의해 설계 고유진동수인10.34 Hz의 1.5%를 변화시키기 위해 필요한 부가 질량의 무게는 초기 질량의약 2.03% 가 된다.( 아래 식 참조 )
상시 진동하는 동조질량의 상태 파악, 진동의 측정 및 상시 모니터링을 위하여 투시창 (제 5도 가) 을 설치하였다.
제 1도는 선박용 디젤엔진의 형상을 보여 주며, 엔진의 폭발순서의 차이에 따라서 발생하는 엔진의 진동을 저감할 목적으로 부착되는 동조질량 댐퍼의 부착위치를 보여준다. 즉, 작은 질량으로 큰 효과를 보기 위하여 엔진 양 측면의 상단에 부착한다.
제 2도는 동조 질량 댐퍼의 모델링 형상과 엔진 장착 후 발생되는 주 질량의 거동을 보여 주고 있다.
제 3,4도는 댐핑값과 주 질량의 무게에 따른 엔진 및 동조질량 댐퍼의 진동응답을 나타낸다.
제 5도는 동조질량 댐퍼의 설계형상을 보여 주고 있다. 제 5도 (나) 에서와 같이 화살표 방향으로 주 질량이 움직일 경우 장착되어 있는 스프링에 의해 설정되어 있는 고유 진동수로 움직인다.
제 6도에서와 같이 동조 질량 댐퍼가 좌우로 움직일 때 주 질량이 상하 방향으로 들리는 현상을 생각할 수 있다. 이는 스프링 가이드의 간섭 현상을 발생시키는 요인이 될 수 있으므로, 스프링이 최대한으로 압축되었을 경우 발생되는 변위량을 계산하여 동조질량(제 5도(다),6)과 스프링 샤프트(제 5도 (나),3)간의 간격을 확보한다.
제 6도의 (나)에서 동조질량이 들리는 높이 h 는 수평 방향으로 d 만큼 이동하였을 때, 다음 식으로부터 계산할 수 있다.
상기의 식별자가 없습니다.
제 1도는 본 발명에 대한 동조질량 댐퍼의 선박엔진 설치위치,
제 2도는 선박 및 동조질량 댐퍼의 진동해석을 위한 2자유도 진동해석모델,
제 3도는 댐퍼의 동조질량 크기에 따른 동조질량 댐퍼 및 엔진에서의 진동 변위
제 4도
(가) 댐핑값에 따른 엔진의 진동응답 및 위상
(나) 댐핑값에 따른 엔진 및 동조 질량 댐퍼의 진동응답
제 5도
(가) 동조 질량 댐퍼의 정면도
(나) 동조 질량 댐퍼의 평면도
(다) 스프링 부분의 상세도(스프링 사용)
(라) 스프링 부분의 상세도(스프링 고정:스토퍼 사용)
제 6도
(가) 동조질량의 수평/수직 거동형상
(나) 수명/수직 거동에 따른 간섭량 고려
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
＜제 5도 가 ＞
1:옆 판 휨 방지 브라킷
2:동조질량 댐퍼의 윗판
3:오일 주입 니플
4:주 질량 (main mass)
5:투시창
6:스프링 및 스프링 샤프트
7:스프링 브라킷
8:오일 드레인 니플 ( oil drain nipple )
＜제 5도 나 ＞
1:스프링 샤프트 홀
2:스프링
3:스프링 샤프트
4:스프링 브라킷
5:동조 질량
6:스프링 샤프트와 주 질량간의 간격(Clearance)
상기의 식별자가 없습니다.
상기의 식별자가 없습니다.

Claims (2)

  1. 선박용 또는 육상용 대형 디젤 엔진에서 발생하는 진동을 동조 질량의 공진 현상을 이용하여 서로 반대 위상의 진동을 발생시킴으로써 진동을 저감시키는 댐퍼
  2. 제 1항에 있어서,
    동조 질량이 들어있는 내부에 적절한 댐핑재인 오일을 공급함으로써 진동이 발생하는 대상 엔진 및 댐퍼의 진동 특성을 조절할 수 있는 장치
KR1019990000311A 1999-01-08 1999-01-08 선박 엔진의 진동저감용 동조질량 댐퍼 KR20000050436A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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