KR20010010290A - 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저주파 대역에 속하는 순음형 소음을 저감하는 장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 1kHz 미만의 저주파 대역 소음에 대하여 헬름홀쯔 공명형 장치를 밀폐공간 내에 설치하여 순음형 소음을 저감하는 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 내부에 소음원인 변압기 등을 설치하고, 외측 둘레에 내부의 소음을 차단하여 외부로 확산됨을 방지하기 위한 밀폐상자에 의해 둘러싸이도록 하되, 상기 밀폐상자의 내측 벽에는 밀폐공간내의 공명현상에 의하여 투과되는 순음성분에 맞추어 소음원에서 발생되는 순음형의 주 소음원을 내부 벽면에서 소멸시켜 외부로 방출되지 못하도록 상기 내측 벽에는 소정간격을 띄워 헬름홀쯔 공명기형 장치를 설치하여 구성하며, 상기 헬름홀쯔 공명기형 장치는 소정크기의 직경을 갖는 다수의 구멍(111)이 규칙적으로 천공된 다공판(110)과; 상기 다공판(110)을 방음벽 내면에 고정하기 위한 격자에 의해 상기 다공판(110)이 방음벽내면과 소정간격의 공기 층을 형성하도록 간격을 유지하여 설치되도록 하되, 상기 다공판은 두께 3mm의 포맥스(foamex)판에 지름이 5mm, 피치 30mm가 되도록 하고 방음벽 내면과의 간격을 40mm 유지하도록 하여 480Hz대의 저주파수 대역 소음을 저감하도록 함을 특징으로 한다.

Description

변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치{Cavity resonance type reduction instrument for Enclosurer of Transformer Noise}

본 발명은 저주파 대역에 속하는 순음형 소음을 저감하는 장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 1kHz 미만의 저주파 대역 소음에 대하여 헬름홀쯔 공명형 장치를 밀폐공간 내에 설치하여 순음형 소음을 저감하는 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 순음형 소음을 제어하는 방법은 수동소음제어와 능동소음제어로 구분된다. 근래 관심분야인 능동소음제어(ANC;Active Noise Control)는 2차 음원을 사용하여 저감하고자 하는 소음에 대하여 동일한 진폭과 반대의 위상을 갖는 인공음을 발생시켜 중첩시킴으로서 소음의 음압레벨을 줄이는 방법으로 자동차와 같은 공간이 작고 주파수가 낮은 120Hz 정도의 순음형 저주파 소음을 제어하기에는 적합하다. 그러나, 발전소나 변전소와 같이 제어 대상공간이 넓고 주파수가 커지면 제어에 필요한 스피커와 마이크로폰의 수가 많아져 비경제적이 된다.

따라서 발전소와 같이 넓은 공간에 위치하는 변압기와 같은 소음원에 대한 소음제어는 밀폐상자, 방음벽 등과 함께 흡음재를 처리하여 발생된 소음을 흡수, 차단하려는 수동적인 방법이 적당하다. 특히 이중에서 대상 소음원을 근본적으로 밀폐상자내에 격리하는 방법이 효과적인 제어방법으로 사용되고 있다.

그러나, 음원과 밀폐상자사이의 공간이 만드는 음장 공명특성에 의하여 소음원의 특성 주파수와 공명이 되어 밀폐효과가 없는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명에서는 밀폐상자내에 헬름홀쯔 공명기형 장치를 부가 설치하여 밀폐공간의 공명현상에 의하여 투과되는 순음성분에 맞추어 소음원에서 발생되는 순음형의 주 소음원을 내부벽면에서 소멸시켜 외부로 방출되지 못하도록 하므로서 밀폐장치의 차단성능이 보완되도록 한 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서 밀폐상자의 개략 구성 사시도.

도 2는 본 발명에 적용된 패널형 헬름홀쯔 공명 소음저감장치의 구성으로서,

(a)는 정면도이고, (b)는 측단면도임.

도 3은 본 발명을 이루기 위한 변압기 밀폐구조 모사실험장치의 개략구성도.

도 4는 변압기 밀폐구조 모사실험결과를 도시한 것으로서,

(a)는 해석결과 그래프이고, (b)는 실험결과 그래프임.

도 5는 변압기 480Hz 소음저감장치의 설치상태 단면도.

도 6은 밀폐상자내에 소음저감장치의 설치 전후의 소음투과량 비교그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 헬름홀쯔 공명기형 장치 110 : 다공판

111 : 구멍 120 : 격자

200 : 밀폐상자 300 : 소음원

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 내부에 소음원인 변압기 등을 설치하고, 외측 둘레에 내부의 소음을 차단하여 외부로 확산됨을 방지하기 위한 밀폐상자에 의해 둘러싸이도록 하되, 상기 밀폐상자의 내측 벽에는 밀폐공간내의 공명현상에 의하여 투과되는 순음성분에 맞추어 소음원에서 발생되는 순음형의 주 소음원을 내부 벽면에서 소멸시켜 외부로 방출되지 못하도록 상기 내측 벽에는 소정간격을 띄워 헬름홀쯔 공명기형 장치를 설치하여 구성함을 특징으로 한다.

또한 상기 헬름홀쯔 공명기형 장치는 소정크기의 직경을 갖는 다수의 구멍이 규칙적으로 천공된 다공판과; 상기 다공판을 방음벽 내면에 고정하기 위한 격자에 의해 상기 다공판이 방음벽내면과 소정간격의 공기층을 형성하도록 간격을 유지하여 설치되도록 하되, 상기 다공판은 두께 3mm의 포맥스(foamex)판에 지름이 5mm, 피치 30mm가 되도록 하고 방음벽 내면과의 간격을 40mm 유지하도록 하여 480Hz대의 저주파수 대역 소음을 저감하도록 함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예로서 변압기와 같은 소음원(300)으로부터 발생되는 소음을 차단하기 위하여 적용되는 밀폐상자(200)를 개략적으로 도시한 사시도이다.

상기 밀폐상자(200)의 내벽면에는 헬름홀쯔 공명기형 장치(100)를 설치하여 밀폐상자(200)내부 밀폐공간의 공명현상에 의해 투과되는 순음성분에 맞추어 소음원에서 발생되는 순음형의 주 소음원을 내부벽면에서 소멸시켜 외부로 방출되지 못하도록 한 것이다.

변압기와 같은 소음원은 발전소의 옥외에 설치되어 운영되고 있어 거주지역이 근접한 경우 밀폐구조로서 소음을 차단하는 방법을 택할 수밖에 없으나 이 방법에는 두 가지 측면의 문제점이 상존한다.

그 한가지는 변압기의 냉각문제로서 완벽한 밀폐구조는 현실적으로 불가능하며, 다른 한가지는 완벽한 밀폐구조가 이루어진다 할지라도 내부공간의 음장 공명특성과 소음원의 조화파의 일부 특성이 일치되는 현상이 일어날 수 있다는 것이다.

따라서 본 발명에서는 이러한 현실적인 문제를 극복하기 위한 방안으로서 도 2에 도시된 패널형 소음저감장치(100)를 설치하여 밀폐상자(200) 내부 벽면의 음향특성이 적절히 변경되어 증폭 투과되는 성분의 소음을 외부로 전달되지 못하게 하여 외부로 향하는 환경소음성분을 제어하도록 하는 것이다.

본 발명의 장치는 밀폐구조 내부 벽면을 소음 제어용으로 널리 쓰이고 있는 헬름홀쯔(Helmholtz)공명기 구조로 만들어 공명 주파수를 대상 성분에 맞춤으로써 소음이 내부 벽면에서 소멸되어 외부로 방출되지 못하는 효과를 얻도록 한다. 상기 헬름홀쯔 공명기형 장치는 소정크기의 직경을 갖는 다수의 구멍(111)이 규칙적으로 천공된 다공판(110)과; 상기 다공판(110)을 방음벽 내면에 고정하기 위한 격자(120)에 의해 고정되어, 상기 다공판(110)이 방음벽내면과 소정간격의 공기층을 형성하도록 간격을 유지하여 설치된다.

도 3은 본 발명의 밀폐구조 모사 실험장치를 개략적으로 도시한 도면으로서 한쪽 면에는 스피커를 설치하여 소음원 역할을 하도록 하고, 다른 면에는 도시된 바와 같이 다공판과 팽창공간을 형성하여 구성한다.

이 경우 공명형 구조는 아래 식과 같은 공명 주파수를 만들어 내부공간에 발생된 동일 주파수의 소음을 흡수하게 된다.

공명장치의 공명주파수는 저주파수에서 다음의 식에 대입함으로써 구해진다.

(1)

여기서, 유효길이는 입구부 길이를 보정한 것으로서 파장에 비해 입구부 단면적이 작다면 다음과 같은 보정 관계식을 이용하게 된다.

수치적 해석에 의하여 유도된 상기 식 (1)에 의하여 순음성분(480Hz)의 소음을 저감하는 패널형 헬름홀쯔 공명기를 설치하도록 하며, 특히 패널의 구멍 배열 및 공간의 간격을 소음성분에 맞추어 설계하여야 한다.

아래 표는 상기 실험장치를 각부위의 치수 및 공명기의 고유진동수를 정리한 것이다.

표 1. 밀폐구조 모사실험 장치의 주요치수, mm

웨이브가이드 부	헬름홀쯔 공명부
길이.l	열린틈길이	단면적,S	패널두께,lH1	개구율,SH2/SH1	팽창실길이,lH2	고유진동수, f1
1,420	20	200*200	3	48.3	40.0	478Hz

도 4는 모사장치에서 공명기의 유/ 무에 따른 단위 입력에 대한 개구부에서의 음압비를 해석적 및 실험적으로 구한 결과이다. 해석적으로는 스피커의 속도에 대한 음압의 비로 나타냈으며, 해석과 실험치의 비교도 절대값 대신 전체 경향을 비교하였다. 실험상태에서도 소음 저감량이 모사장치 고유진동수인 480Hz 부근에서 15dB 이상의 효과를 얻었다.

480Hz 소음저감을 위한 대상 소음저감 장치는 도 5에 도시된 바와 같다.

상기 대상 소음 480Hz에 대한 공명형 소음저감구조는 밀폐상자가 가지고 있는 요철(굴곡)의 영향을 없애기 위하여 사각파이프(20×40)를 H-빔에 격자 형식으로 용접을 하고 격자의 크기는 다공판의 크기에 맞추어서 설치하여 공기층 40mm를 정확히 유지하도록 하였다. 사각파이프 위에 1t 아연도 강판을 취부하여, 밀폐상자의 특성이 흡음장치의 특성을 방해하지 않도록 하였다. 다공판은 도 5에 도시된 바와 같으며 두께 3mm의 포맥스(foamex)판에 지름이 5mm, 피치가 30mm으로 제작되도록 설계하여 480Hz를 저감하는 장치가 되도록 하였다.

이와 같은 본 발명 밀폐상자에 의한 소음저감장치를 설치하여 480Hz의 성분이 아래 표 2와 같이 14dB의 저감 결과를 나타내었다.

	360Hz	480Hz	600Hz
설치 전	72.0	77.0	68.0
설치 후	66.0	63.0	61.0
감음량	6.0	14.0	7.0

본 발명 장치의 실시예 2는 480Hz 순음성 소음에 대한 대책으로서 음장이론에 근거한 결과와 실험치에 근거하여 실제 밀폐상자내에 설치하여 수행한 결과 표 2와 같이 480Hz성분이 상당량 감소된 것을 알 수 있다. 이 결과는 순음형 소음저감 대책에 있어 유용한 방법으로 활용할 수 있음을 보여준다. 이와 같은 방법은 공조기의 덕트 소음 중에서 팬의 가진 주파수와 덕트의 공명에 의하여 유발되는 500Hz만의 순음성 소음 저감 등에도 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 내부에 소음원인 변압기 등을 설치하고, 외측 둘레에 내부의 소음을 차단하여 외부로 확산됨을 방지하기 위한 밀폐상자에 의해 둘러싸이도록 하되,

   상기 밀폐상자(200)의 내측 벽에는 밀폐공간내의 공명현상에 의하여 투과되는 순음성분에 맞추어 소음원(300)에서 발생되는 순음형의 주 소음원을 내부 벽면에서 소멸시켜 외부로 방출되지 못하도록 상기 내측 벽에는 소정간격을 띄워 헬름홀쯔 공명기형 장치(100)를 설치하여 구성함을 특징으로 하는 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 헬름홀쯔 공명기형 장치(100)는 소정크기의 직경을 갖는 다수의 구멍(111)이 규칙적으로 천공된 다공판(110)과;

   상기 다공판(110)을 방음벽 내면에 고정하기 위한 격자(120)에 의해 상기 다공판(110)이 방음벽내면과 소정간격의 공기층을 형성하도록 간격을 유지하여 설치됨을 특징으로 하는 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 다공판(110)은 두께 3mm의 포맥스(foamex)판에 지름이 5mm, 피치 30mm가 되도록 하고 방음벽 내면과의 간격을 40mm 유지하도록 하여 480Hz대의 저주파수 대역 소음을 저감하도록 함을 특징으로 하는 변압기 밀폐구조용 공명형 소음 저감장치.