KR200159494Y1 - 동흡진기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 방진(防振)장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 대형화, 고출력화되어 가는 대형 발전설비나 대형 선박등과 같은 플랜트에 대처하여 기기의 파손이나 건물의 균열 등을 예방하도록 하는 동흡진기(動吸振器 : Dynamic Absorber)에 관한 것이다.

종래의 동흡진기는 탄성감쇠수단으로서 코일스프링을 사용한바 대형의 코일스프링이 요구될 뿐만 아니라 주파수 조정시 질량(1개의 질량만 사용)조정을 통한 방법밖에 할 수 없어 다량의 부가중량이 사용되며 감쇄계수가 낮아 진동감쇄 효과가 낮고 내구성도 낮은 문제가 있었다.

본 고안에서는 2종류 복수의 단위스프링을 조합하여 탄성감쇠수단을 형성하고 웨이트의 이동수단으로서 가이드레일과 베어링에 의해 진동에 용이하게 대처하도록 구성함으로써 가변주파수에 사용이 용이하고 사용주파수 범위를 넓게 하면서도 부가중량이 작게 소요되며 진동감쇄 효과와 내구성이 우수한 동흡진기가 제공된다.

Description

동흡진기(Dynamic Absorber)

본 고안은 방진(防振)장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 대형화, 고출력화되어 가는 대형 발전설비나 대형 선박등과 같은 플랜트에 대처하여 기기의 파손이나 건물의 균열 등을 예방하도록 하는 동흡진기(動吸振器 : Dynamic Absorber)에 관한 것이다.

진동 및 소음에 대한 환경규제가 강화되고 있는 현대에 있어서 방진설비에 대한 관심은 더욱 높아지고 있는바, 전형적인 진동환경인 대형 플랜트(Plant)에 있어서도 플랜트의 대형화, 대출력화가 더욱 가속되고 있어서 방진에 대한 중요성은 더욱 높아지고 있다.

이와 같이 진동이 심각한 대형 플랜트의 예로서 발전설비나 대형선박 등을 들 수 있다.

대형선박의 경우에는 접안이나 도킹(Docking)등을 위해 선박의 조종실인 조타실(Wheel House)의 양측에 선박의 외측 안까지 브리지윙(Bridge Wing)을 설치하게 되어 있는데, 선박 조종이나 하역의 자동화에 따라 선박의 소요선원수는 선박의 크기에 관계없이 거의 일정하게 구성되므로 조타실과 브리지윙의 하부구조가 되는 거주구(Deck House)의 크기, 특히 폭은 선박의 크기에 무관하게 거의 일정하게 된다. 이러한 브리지윙은 단지 한사람 정도가 선박의 외측까지 걸어나갈 수 있는 정도의 폭이면 족하므로 매우 세장비(細長比)가 큰 긴 구조물이 거주구에 캔티레버(Cantilever)지지되어 있는 것이어서 그 외단에서 매우 큰 진폭의 진동이 발생될 수 밖에 없으며, 이러한 진동은 거주구에 큰 영향을 미쳐 안전항해에 큰 장애가 되고 있다.

또한 대형 플랜트의 다른 예로서 발전설비의 경우 그 발전방식을 불문하고 초대형의 터어빈, 펌프, 팬 등의 회전체가 기진력(起振力)을 형성하므로 이에 인접한 설비나 건물 등에 매우 큰 진동이 발생되어, 심한 경우 기기 파손은 물론 건물 등에 크랙(Crack)이 빈번히 발생하고 있다.

특히 대형 펌프와 같은 회전체의 경우 회전 기진력(起振力)에 의해 발생된 진동이 펌프 외부 케이싱(Casing)과 공진이 되어 큰 진동으로 발달되어 펌프자체에 큰 진동으로 작동되어 설비의 안전운전에 나쁜 영향을 미치고 있다.

이와 같은 설비의 안전운전을 해치는 고진동을 해소하기 위해 대형펌프 케이싱을 보강하여 강성(剛性)을 증가시키는 정적(Static)인 방진방법들은 펌프 케이싱 자체가 워낙 대형구조물이라 많은 부분을 보강한다 하더라도 강성증가가 어려울 뿐 아니라 오히려 공진 영역에 가깝게 할 수 있어 더 큰 진동을 유발할 수가 있다.

이에 따라 동적 진동방지방법으로서 펌프 케이싱 모타 상부에 동흡진기(Dynamic Absorber)를 설치하는 방법이 사용되고 있다.

동흡진기(Dynamic Absorber)는 웨이트(Weight)를 펌프 케이싱의 주파수와 유사한 주파수로 진동시키므로서 펌프의 진동진폭을 상쇄(相殺)시키는 방지수단으로서 발전 설비뿐 아니라 대형선박등에도 점차 채용되고 있다.

첨부도면 제6도는 이와같은 종래의 동흡진기의 일반적인 구성을 도시한 것이다. 상기 동흡진기가 설치되는 기판(30)의 양측에 각각 탄성감쇠수단(10)의 지지판(12)을 세우고, 상기 양 지지판(12)의 사이에 웨이트(20)를 유동 가능하게 설치하여 이 웨이트(20)에 고정된 연결간(14)을 탄성감쇠수단(10)에 연결하여 구성된 것이다.

이러한 종래의 동흡진기에 있어서 탄성감쇠수단(10)으로는 실린더(11)내에 코일스프링(Coil Spring)(13)을 설치하여 구성하였다.

그런데 상기 코일스프링(Coil Spring)(13)은 특성상 댐핑(Damping) 특성이 없기 때문에 해수의 수위에 따라 펌프케이싱의 주파수가 변하는(4.3±0.5Hz) 가변 주파수 상태에서는 사용이 불가능한 문제점이 있다.

코일스프링(Coil Spring)에 의한 동흡진기의 또 다른 문제점은 고주파, 예를 들어 8-10Hz에 사용되기 위해서는 그 직경이 수 cm에 이를 정도로 대형이 되지 않으면 안된다.

그런데 이와 같은 대형의 코일스프링(13)을 특별히 제작하여 탄성감쇠수단(10)을 구성한다 하더라도 이를 진동 발생 현장에 설치한 뒤 그 특성 주파수를 진동수에 따라 조정(Tuning)해야 하는바, 코일스프링(13)은 제작시 스프링계수가 정해지므로 주파수의 조정은 웨이트(20)에 의한 조정밖에 안되므로 큰 단위(단지1개)의 부가중량(Added Mass : 22)을 설치하지 않으면 조정이 불가능하게 된다.

즉 주파수(f)는 스프링 상수(K) 및 웨이트(20)의 질량(M)과는

의 관계를 가지는 바 코일스프링(13)의 스프링상수(K)는 조정이 불가능하므로 부득이 웨이트(20)의 질량(M)을 다량의 부가중량(22)으로 조정하지 않으면 안되는 것이다.

웨이트(20)는 일반적으로 납으로 구성되는바, 부가중량(22)은 납으로 된 웨이트(20)의 상부에 볼트(21)로 체결되는 강판 등의 판재로 구성된다.

이외에도 코일스프링(13)의 감쇠계수(Damping Coefficient)가 5/1000에 불과, 즉 탄성이 과도해서 웨이트(20)의 진동이 신속히 감쇠되지 못하므로 웨이트(20)의 변위가 매우 크고 이에 따라 탄성감쇠수단(10)의 수명이 단축되는 문제가 있다.

따라서, 코일스프링(13)을 사용한 동흡진기는 대형펌프의 일반적인 수명인 20년동안 적어도 수차례 교체해 주지 않으면 안되는 문제가 있다.

또한 종래의 동흡진기는 웨이트(20)의 진동 안내수단으로서 캐스터(Caster : 23)를 사용하고 있어서 웨이트(20)가 탄성감쇠수단(10)에 대해 직선운동을 하기 어려워 연결간(14)에 과도한 휨 뒤틀림 응력을 가해 이를 절손(折損)시키는 문제도 빈발시키고 있다.

이와 같이 종래의 동흡진기는 대형의 중(重)구조를 가지면서도 진동감쇠 효과가 충분하지 못하고 그 내구성도 낮은 문제가 있다.

상기한 바와 같은 종래 동흡진기의 여러 가지 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 본 고안은 가변 주파수에 사용되고, 넓은 주파수 범위에 응용가능하며, 경구조이면서도 진동감쇄효과가 충분하고, 내구성도 우수할 뿐 아니라, 진동현장의 특성에 따라 조정도 용이한 동흡진기(Dynamic Absorber)를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에서는 동흡진기의 탄성감쇠수단으로서 복수의 단위스프링을 조합하여 구성하는 것을 기본적인 특징으로 한다.

또한 본 고안의 한 특징에 의하면 상기 단위스프링은 접시 스프링(Disk Spring)과 코일 스프링을 상호 조합하여 구성됨을 특징으로 한다.

또 다른 특징에 의하면 각 단위 스프링은 2개 이상의 접시 스프링(Disk Spring)을 겹쳐 구성되며, 스프링상수(K)의 변경을 위한 단위웨이트의 중감이 쉽게 되어 있다.

제1도는 본 고안 동흡진기의 구성상태를 보여주는 정단면도.

제2도는 본 고안 동흡진기의 구성을 보여주는 평면 상태도.

제3도는 본 고안의 요부인 탄성감쇠부의 일실시예 확대단면도.

제4도는 본 고안의 요부인 탄성감쇠부의 다른 실시예 확대단면도.

제5도는 주파수 응답곡선.

제6도는 종래의 동흡진기 구성을 보이는 단면도.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명.

100 : 탄성감쇠수단 110 : 지지판

120 : 연결간 130 : 접시스프링

140 : 코일스프링 200 : 웨이트

201 : 부가중량 210 : 유동판

220 : 지지함 221 : 측판

230 : 보스 240 : 베어링

300 : 기판 310 : 가이드레일

본 고안은 기판(300)상을 이동수단의 직선 운동에 의해 진동 가능하도록 설치되는 웨이트(200)와; 상기 기판(300)에 고정된 양측의 지지판(110)에 각각 고정 설치되고, 상기 웨이트(200)와 연결되어 진동을 감쇠 시키도록 하는 탄성감쇠수단을 구비한 동흡진기로서, 상기 탄성감쇠수단(100)은 복수의 단위스프링을 조합하여 구성된 탄성 부재를 구비하며; 상기 웨이트(200)는 중량의 가변이 용이하도록 단위 웨이트로 구성된다.

본 고안의 일실시예로서 상기 탄성감쇠수단(100)의 탄성부재는 접시스프링(130)과 코일스프링(140)에 의한 단위스프링을 상호 조합하여 구성한다.

본 고안의 다른실시예로서 상기 탄성감쇠수단(100)의 탄성부재는 접시스프링(130)을 복수로 겹쳐 구성할 수도 있다.

상기 웨이트(200)는 이동수단에 의해 운동 가능한 유동판(210)위에 측판(221)이 수직으로 조립 설치되어 형성하는 지지함(220)과; 상기 지지함(220)내에는 n개의 단위 웨이트를 가변 설치하여 중량을 조정 가능하도록 한다.

또한, 상기 지지함(220)의 측판(221)에는 주파수조정(tuning : 1)장치가 부착되어 설치후 미세한 주파조정이 가능하도록 한다.

상기 웨이트(200)의 이동수단은 기판(300)상에 고정된 가이드레일(310)과 웨이트(200)가 얹히는 유동판(210)에 고착된 베어링(240)이 상호 작용하여 용이하게 작동되도록 구성하므로서 진동에 용이하게 대처하도록 한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예에 대한 구체적인 구성과 이에 따른 작용, 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안 동흡진기의 구성상태를 보여주는 정단면도로서 도면에 도시된 바와 같이 기판(300)의 양측에는 지지판(110)이 세워지고, 그 외측에 각각 탄성감쇠수단(100)이 설치되어 구성된 것이다.

상기 지지판(110)은 제2도의 평면도에 도시된 바와 같이 기판(300)틀에 의해 상자(Box)형태로 상호 보강 결합되어 구성된다.

상기 지지판(110)의 사이에는 납 등의 고중량 물체로 된 웨이트(200)가 설치되는데 웨이트(200)는 유동판(210) 상에 일체로 결합 설치된 측판(221)에 의해 형성되는 지지함(220)에 수납될 수 있도록 한다.

상기 지지함(220)의 전후 측판(221)에는 각각 보스(230)가 연장되어 이 보스(230)에 탄성감쇠수단(110)의 연결간(120)이 결합된다.

탄성감쇠수단(110)의 탄성부재는 복수개의 접시스프링(130)과 코일스프링(140)들의 조합으로 구성된다.

즉 본 고안에서는 단위스프링으로서 접시스프링(130)과 코일스프링(140)을 조합하여 사용하고, 웨이트(200)에 의한 조정이 가능하도록 단위중량으로 형성하므로서 쉬운 증감이 가능하도록 하며, 상기 웨이트(200)를 수직형으로 설치하도록 한다.

상기 접시스프링(130)은 연결간(120)이 통과되도록 중앙에 구멍이 뚫린 원추형으로 구성된다.

이와 같은 본 고안은 첨부된 도면(주파수 응답곡선 : 제5도)과 같이 댐핑을 추가하여 주파수 영역이 넓게 되므로서 해수순환펌프와 같이 해수수위에 따라 고유진동수가 변하는 System에서는 댐핑효과가 부가된 디스크(Disk)형 스프링이 적합한 점을 이용한 것이다.

본 고안에 적용된 접시스프링(130)은 그 겹침 상태에 따라 스프링상수(K)를 광범위하게 조정할 수 있고, 댐핑(Damping)의 효과에 의해 응동하는 주파수 대역이 넓으며, 웨이트(200)의 증감에 의해 주파수 조정(Tuning)이 쉽다.

다시말해 전술한 주파수 관계식에서 질량(M)뿐 아니라 스프링상수(K)를 직접적으로 조정할 수 있게 되므로 미세한 주파수의 조정에는 부가중량(201)의 증감을 통해서 가능하고, 큰 주파수 조정에는 접시스프링(130)수량에 의해 스프링상수(K)를 조정해서 가능하므로 광범위하게 사용될 수 있는 잇점이 있다.

한편 웨이트(200)의 중량은 일정한 질량을 가진 n개의 단위 웨이트를 조합으로 하였을 경우, 미세한 주파수 조정이 필요한 경우 앞에서 서술한 주파수 관계식에서 n개의 질량(M)을 증감함으로서 가능하다.

가령 원하는 주파수 범위가 7±1HZ인 경우 접시스프링(130)만으로는 불가능하나 n개 웨이트(200)의 증감에 의해서는 가능하다.

또한 접시스프링(130)은 2개씩 겹쳐 각 단위스프링을 구성한 탄성감쇠수단의 감쇄계수가 약 0.2, 즉 200/1000으로 측정되어 5/1000에 불과했던 코일스프링의 무려 30배이상으로 되어 효율적인 진동감쇄가 가능하게 되며, 이러한 댐핑(Damping)은 주파수 관계식에서 볼 수 있듯이 주파수 Band 폭을 가져 넓은 주파수 범위에 응동할 수 있어 해변주위에 설치된 해수펌프와 같이 해수 수위변화에 의해 주파수 값이 변하는 기기에 잘 응동할 수 있어 아주 효과적이다.

또한 본 고안 탄성감쇠수단(100)은 종래의 코일스프링과 같이 진동피로에 의한 절단 등이 발생되지 않으므로 본 고안의 탄성감쇠수단은 매우 우수한 내구성을 발휘하게 된다.

Claims (4)

1. 진동 가능하도록 설치되는 웨이트(200)와; 상기 웨이트(200)의 양측에 연결되어 진동을 감쇠 시키도록 하는 탄성감쇠수단을 구비한 통상의 동흡진기에 있어서, 상기 탄성감쇠수단(100)은 복수개의 단위스프링을 조합하여 구성되며, 상기 웨이트(200)는 운동 가능한 유동판(210)과 측판(221)이 조립 형성되는 지지함(220)내에 중량을 용이하게 조정하도록 가변설치 가능한 n 개의 단위웨이트로 구성됨을 특징으로 하는 동흡진기.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성감쇠수단은(100)은 접시스프링(130)과 코일스프링(140)에 의한 단위스프링을 상호 조합하여 구성된 것을 특징으로 하는 동흡진기.
3. 제1항에 있어서, 상기 탄성감쇠수단(100)은 접시스프링(130)을 복수로 겹쳐 구성되는 것을 특징으로 하는 동흡진기.
4. 제1항에 있어서, 상기 지지함(220)의 측판(221)에는 주파수조정(tuning : 1)장치가 부착되어 설치 후 미세한 주파조정이 가능한 것을 특징으로 하는 동흡진기.