KR20100039952A - 진동 감쇠율 조절이 가능한 유체식 제진장치 - Google Patents

Abstract

진동 감쇠율 조절이 가능한 유체식 제진장치가 개시된다. 진동 감쇠율 조절이 가능한 유체식 제진장치는 제진유체가 수용되어 있는 수평수조부, 수평수조부로부터 상방으로 연장 형성되고 제진유체가 부분적으로 충진되어 그 내부 상측에 공기실을 형성하며 공기실을 외기와 연통시키는 개구가 형성되어 있는 복수의 연직수조부 및 개구를 통한 공기실로의 공기 유출입 양을 조절하기 위한 조절수단을 구비한다. 조절수단은 개구에 장착되어 개구의 개도를 조절할 수 있는 개폐부재의 형태이다. 이에 의하는 본 발명은, 연직수조부에 형성된 공기실의 공기의 유출입양을 조절할 수 있는 다양한 형태의 조절수단을 통하여 제진유체의 감쇠율을 제진장치의 외부에서 조절할 수 있으며, 감쇠장치의 보수 및 교체 등의 유지관리가 불필요하게 되는 효과가 있다.

구조물진동, 진동제어장치, 유체식 제진장치, 감쇠율, 면적조절장치, 공기실

Description

진동 감쇠율 조절이 가능한 유체식 제진장치{TUNED LIQUID COLUMN DAMPER HAVING AN ADJUSTABLE DAMPER}

본 발명은 바람이나 지진등 외력에 의한 건물 기타 구조물의 수평진동을 제어하기 위한 유체식 제진장치에 관한 것이다.

바람이나 지진등 외력에 의한 건물 기타 구조물의 수평진동을 제어하기 위해 유체식 제진장치가 사용된다. 도 1은 종래에 사용되는 유체식 제진장치의 단면도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 유체식 제진장치(21)는 수평수조부(22), 연직수조부(23,24), 제진유체(25) 및 감쇠장치(26)를 포함한다.

도 1과 같이 기존의 유체식 제진장치(21)는 수평수조부(22)의 양단에 연직수조부(23,24)가 연결되어 있으며, 유체식 제진장치(21)에는 적절한 양의 제진유체(25)가 채워진다.

유체식 제진장치(21)는 바람이나 지진과 같은 외력에 의해 유체식 제진장치(21)가 설치되어 있는 구조물(미도시)에 진동이 발생하게 되면, 제진유체(25)가 수평수조부(22)에서는 수평으로, 연직수조부(23,24)에서는 상하로 운동하여 구조물 의 진동에너지를 흡수하면서 구조물의 진동을 제어하게 된다. 이 때 진동제어효과를 효율적으로 얻기 위해서는 제진유체(25)의 운동에 있어서 최적의 감쇠율이 작용할 수 있어야 한다. 이 최적 감쇠율을 얻기 위해 종래 유체식 제진장치(21)에 있어서는 수평수조부(22)에 감쇠장치(26)를 설치하였다.

감쇠장치(26)로는 금속제 또는 수지성분의 감쇠네트를 설치하거나 수평수조부의 단면적을 줄여주는 오리피스 등이 설치된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 액주형 유체식 제진장치(21)는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 즉, 운동중인 제진유체(25)의 감쇠율은 운동의 크기, 운동의 속도, 제진유체(25)량에 따라서 다양하게 변화하며, 최적의 감쇠율을 얻기 위해서는 수평수조부(22)의 폭과 연직수조부(23,24)의 높이가 수m 정도이며, 그 안에 채워지는 제진유체(25)는 수 십톤에 달하는 실제의 유체식 제진장치에서 수중작업을 통해서 수평수조부(22)에 설치되어 있는 감쇠장치(26)의 조정작업, 혹은 교체작업 등을 하여야 한다. 이러한 작업은 매우 많은 비용과 시간을 요하게 되며, 경우에 따라서는 감쇠율의 조정이 불가능하게 되는 경우도 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 기술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 유체식 제진장치와 같이 수평수조부에 감쇠장치를 설치하지 않고, 연직수조부에 공기실을 형성하고 공기실의 공기의 유출입양을 조절할 수 있는 조절수단을 설치하여 제진유체의 감쇠율을 매우 간단하면서도 저비용으로 조절하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체식 제진장치는 제진유체가 수용되어 있는 수평수조부와 상기 수평수조부로부터 상방으로 연장 형성되고, 상기 제진유체가 부분적으로 충진되어 그 내부 상측에 공기실을 형성하며, 상기 공기실을 외기와 연통시키는 개구가 형성되어 있는 복수의 연직수조부 및 상기 개구를 통한 상기 공기실로의 공기 유출입 양을 조절하기 위한 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

유체식 제진장치가 설치되어 있는 구조물이 좌우진동을 시작하면, 유체식 제진장치내의 제진유체가 좌우 및 상하로 수동적으로 운동하면서 건물의 진동을 흡수하게 된다. 이 때 효율적인 제진효과를 얻기 위해서는 감쇠율을 최적으로 설정하여야 한다. 감쇠율 설정을 위해 제진유체의 운동에 어느 정도 저항을 주어야 하며, 이를 위해 종래에는 수평수조부에 감쇠장치를 설치하여 감쇠율을 조정하였으나 감쇠율의 조정이나 유지관리에 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 연직수조부의 내부 상측에 공기실과 상기 공기실을 외기와 연통시키는 개구를 형성시키고, 상기 개구를 통한 상기 공기실로의 공기 유출입 양을 조절하기 위한 조절수단을 설치하여 제진유체가 연직수조부에서의 상하 운동 시 발생하는 공기실내의 압축공기압과 팽창공기압을 상기 조절수단에 의해 조절함으로써 제진유체의 운동에 최적의 감쇠율을 사용자가 외부에서 용이하게 설정할 수 있게 되는 장점이 있다.

상기 조절수단은 상기 개구에 장착되어 상기 개구의 개도를 조절할 수 있는 개폐부재의 형태, 상기 개구에 교환 가능하게 설치되며 소정크기의 통기공이 형성되어 있는 개폐부재의 형태, 복수의 상기 개구가 각각의 상기 연직수조부에 형성되며 복수의 상기 개구들 중 일부를 폐쇄하는 하나 이상의 개폐부재를 포함하는 형태, 각각의 상기 연직수조부의 상기 개구를 상호 연결하는 연결관 및 상기 연결관 내부에 설치되며 상기 연결관의 단면적을 조절할 수 있는 면적조절장치를 포함하는 형태로 제작될 수 있다.

상기 조절수단은 상기 공기실의 압축공기압과 팽창공기압을 상기 공기실의 공기를 적절한 양으로 토출 혹은 흡입시키는 방법으로 조절하는 것이므로, 상기와 같이 다양한 형태의 조절수단의 적용이 가능하며 또한 시공성이 우수한 장점도 있다.

상기 개구는 상기 연직수조부의 측면에 형성되도록 제작될 수 있다. 상기 개구를 연직수조부의 상단면에 설치하는 경우 높이 수m에 해당하는 연직수조부의 상단까지 이동하지 않고 연직수조부의 측면에서 조절수단을 조절하는 장점이 있다.

상기 개구가 상기 연직수조부 각각의 상면하는 측면에 형성되는 경우 연결관을 일직선 형태로 보다 간단히 제작, 시공 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 연직수조부에 형성된 공기실의 공기의 유출입양을 조절할 수 있는 다양한 형태의 조절수단을 통하여 제진유체의 감쇠율을 제진장치의 외부에서 용이하게 조절할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면 종래와 같은 유체식 제진장치의 감쇠장치의 보수 및 교체 등의 유지관리가 불필요하게 되며, 이로서 유체식 제진장치의 설계 및 시공이 매우 용이하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 액체식 제진장치의 개략도이다.

본 발명에 따른 액체식 제진장치(1)는 수평수조부(10), 연직수조부(20) 및 개폐부재(31)로 구성되어 있다.

도 2 에 도시된 수평수조부(10)는 육면체 형태이지만, 제진유체(120)가 충진될 수 있는 단면의 형태가 원형 또는 다각형 등 다양한 형태로의 제작이 가능할 것이다.

연직수조부(20)는 수평수조부(10)로부터 상방으로 연장 형성된다. 도 2 에 도시된 연직수조부(20)는 육면체 형태이지만, 제진유체(120)가 충진될 수 있는 다양한 형태로 제작이 가능할 것이다. 또한, 연직수조부(20)의 갯수도 2개 뿐 아니라 복수개로 형성 될 수 있을 것이다.

연직수조부(20)에는 제진유체(120)가 부분적으로 충진되어 그 내부 상측에 공기실(100)을 형성한다. 도 3 내지 도 5 를 참조하면, 공기실(100)을 외기와 연통시키는 개구(110)가 연직수조부(20)의 상단면에 형성되어 있다. 도 6 에서 도시된 바와 같이 개구(110)는 상단면 뿐 아니라, 연직수조부(20)의 측면에 위치 할 수 있으며, 또한 복수개의 개구(110)가 형성될 수도 있다. 이 때, 개구(110)의 위치는 제진유체(120)가 운동시 도달하지 않는 위치가 바람직할 것이다. 또한, 개구(110)의 형상은 원형 뿐 아니라 사각형, 삼각형 등 다양한 형상으로 제작 가능할 것이다.

개구(110)에는 개구(110)를 통한 공기실(100)로의 공기 유출입 양을 조절하기 위한 조절수단으로 개폐부재(31)가 설치되어 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이 개구(110)의 개도(300)를 카메라의 조리개와 같은 방식으로 조절할 수 있는 개폐부재(31)의 형태가 적용된다.

공기 유출입 양을 조절하기 위한 가능한 또 다른 형태로는 도 4 에서와 같이, 복수의 개구(110)들 중 일부를 폐쇄하는 하나 이상의 개폐부재(33)를 포함하는 형태도 가능하다. 도 5 에 도시된 바와 같이 개구(110)에 교환 가능하게 설치되며 소정크기의 통기공(330)이 형성되어 있는 개폐부재(35)인 형태도 가능하다.

도 7 에서와 같이 각각의 연직수조부(20)의 상단면에 형성된 개구(110)를 상호 연결하는 연결관(37)의 형태로서, 연결관(37)의 내부에 연결관(37)의 단면적을 조절할 수 있는 면적조절장치(350)가 포함되어 있는 형태도 가능하다. 도 8 을 참 조하면 각각의 연직수조부(20)의 상면하는 측면에 형성된 개구(110)를 상호 연결하는 일직선 형태의 연결관(39)으로서, 연결관(39)의 내부에 연결관(39)의 단면적을 조절할 수 있는 면적조절장치(350)가 포함되어 있는 형태도 가능하다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 액체식 제진장치(1)의 동작은 다음과 같다.

도 9 에서와 같이, 본 발명에 따른 액체식 제진장치(1)는 건물이나 교량의 주탑과 같은 구조물(2)에 설치되어 진동을 저감하는 장치로서, 진동이 가장 크게 나타나는 구조물(2)의 상부에 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 액체식 제진장치(1)의 수평수조부(10)와 연직수조부(20)에 제진유체(120)를 충진한다. 이 때 연직수조부(20)에는 제진유체(120)를 일부만 충진하여 연직수조부(20)의 내부 상측에 공기실(100)이 형성되도록 한다.

바람이나 지진등에 의해 구조물(2)이 좌우로 진동하게 되면, 액체식 제진장치(1) 내부에 충진된 제진유체(120)는 수동적으로 움직이게 된다. 제진유체(120)는 수평수조부(10)에서는 좌우로, 연직수조부(20)에서는 상하로 운동하게 된다. 수평수조부(10)의 제진유체(120)가 좌측방향으로 이동하게 되면, 좌측에 형성되어 있는 연직수조부(20)에서는 제진유체(120)의 양이 증가하게 되어 수면이 상승하게 되고 반대로 우측에 형성되어 있는 연직수조부(20)의 수면이 하강하게 된다.

이 때, 수면이 상승하게 되는 좌측 연직수조부(20)의 공기실(100)은 가압되며, 반대로 수면이 하강하게 되는 우측 연직수조부(20)의 공기실(100)은 팽창하게 된다. 이로 인해 좌측 연직수조부(20)의 상단면에 형성되어 있는 개구(110)에 설치 된 개폐부재(31)의 개도(300)을 통하여 외부로 공기가 일정량 유출되게 된다. 반대로, 우측 연직수조부(20)의 상단면에 형성되어 있는 개구(110)에 설치된 개폐부재(31)의 개도(300)를 통하여 외부의 공기가 일정량 유입되게 된다. 이 때 유입, 유출되는 공기량을 개폐부재(31)의 개도(300) 면적을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 이와 같은 공기량 조절로 인해 제진유체(120)의 운동에 저항이 가해지게 되며 이로 인해 액체식 제진장치(1)의 감쇠율을 조절할 수 있게 된다.

도 4 에 도시된 개폐부재(33) 형태인 경우 연직수조부(20)에 형성되어 있는 복수의 개구(110)들 중 일부를 하나 이상의 개폐부재(33)를 이용하여 폐쇄함으로써 액체식 제진장치(1)의 감쇠율을 조절할 수 있게 된다.

도 5 에 도시된 바와 같은 개폐부재(3)의 경우 연직수조부(20)에 형성되어 있는 개구(110)에 제진유체(120)에 적절한 저항을 줄 수 있는 정도의 소정크기의 통기공(330)이 형성되어 있는 개폐부재(35)를 교환 설치하여 액체식 제진장치(1)의 감쇠율을 조절할 수 있게 된다.

도 7 의 연결관(37) 또는 도 8 의 연결관(39) 형태인 경우에는 압축공기압이 발생하는 좌측 연직수조부(20)의 개구(110)로부터 공기가 유출되고 연결관(37,39)의 내부에 설치된 면적조절장치(350)에 의해 일정량의 공기만이 팽창공기압이 발생하는 우측 연직수조부(20)의 공기실(100)로 유입된다. 이 때 면적조절장치(350)를 통하여 연결관(37,39)의 단면적을 조절하여 연결관(37,39)내에서 유동하는 공기량을 조절함으로써 액체식 제진장치(1)에 최적의 감쇠율을 적용할 수 있게 된다.

상기와 같은 액체식 제진장치(1)를 통하여 효율적인 제진효과를 얻기 위해서 는 감쇠율을 최적으로 설정하여야 한다. 감쇠율 설정을 위해서는 제진유체(120)의 운동에 어느 정도 저항을 주어야 하는데, 이에 본 발명은 개구(110)에 설치된 개폐부재(31)로 개구(110)를 통한 공기실(100)로의 공기 유출입 양을 조절하여 제진유체(120)에 저항을 주어 감쇠율을 조정할 수 있게 하였다. 이 때 개폐부재(31)를 연직수조부(20) 외부면에 설치함으로써 종전과 같이 감쇠장치(26)를 조정하기 위한 수중작업이 불필요하게 되었으며, 조정작업 혹은 교체작업 등에 적은 비용과 시간이 소요되는 장점이 있다.

제진유체(120)의 운동에 의해 발생하게 되는 공기실(100)의 압축공기압과 팽창공기압을 공기실(100)의 공기를 적절한 양으로 토출 혹은 흡입시키는 방법으로 조절하는 조절수단으로서의 개폐부재(31)로, 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 적용이 가능하며 또한, 종래 감쇠장치(26)의 설치보다 시공성이 우수한 장점도 있다.

개구(110)는 도 6 또는 도 8 에서와 같이 연직수조부(20)의 측면에 형성되도록 제작될 수 있다. 개구(110)를 연직수조부(20)의 상단면에 설치하는 경우 높이 수m에 해당하는 연직수조부(20)의 상단면까지 작업자가 이동하여 개폐부재(31)를 조절해야 하는 어려움이 있으나, 연직수조부(20)의 측면에 개구(110)를 형성한 경우에는 연직수조부(20)의 측면에서 작업자가 보다 용이하게 작업할 수 있는 장점이 있다.

도 8 에서와 같이 각각 연직수조부(20)의 상면하는 측면에 개구(110)가 형성되는 경우에는 연직수조부(20)의 상단면에 개구(110)가 형성되어 연결된 도 7 에 도시된 연결관의 형상과는 달리 연결관(39)을 일직선 형태로 보다 간단히 제작, 시공 할 수 있는 장점이 있다.

수평수조부(10)에 복수의 연직수조부(20)를 설치함으로써, 구조물(2)의 수평면상의 2 방향 진동에 대해서도 제진효과를 획득할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대해서 도시하고 설명하고 있으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론, 그러한 변형은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도 1 은 종래의 액체식 제진장치의 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 액체식 제진장치의 개략도.

도 3 내지 도 5 는 조절수단을 도시한 도면.

도 6 은 복수의 조절수단이 설치된 제진장치의 개략도.

도 7 또는 도 8 은 연결관 형태의 조절수단을 도시한 도면.

도 9 는 본 발명의 액체식 제진장치를 건물에 설치한 개략도.

Claims (6)

1. 제진유체가 수용되어 있는 수평수조부;

   상기 수평수조부로부터 상방으로 연장 형성되고, 상기 제진유체가 부분적으로 충진되어 그 내부 상측에 공기실을 형성하며, 상기 공기실을 외기와 연통시키는 개구가 형성되어 있는 복수의 연직수조부; 및

   상기 개구를 통한 상기 공기실로의 공기 유출입 양을 조절하기 위한 조절수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조절수단은, 상기 개구에 장착되어 상기 개구의 개도를 조절할 수 있는 개폐부재인 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 조절수단은, 상기 개구에 교환 가능하게 설치되며 소정크기의 통기공이 형성되어 있는 개폐부재인 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   복수의 상기 개구가 각각의 상기 연직수조부에 형성되며,

   상기 조절수단은, 복수의 상기 개구들 중 일부를 폐쇄하는 하나 이상의 개폐부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 조절수단은,

   각각의 상기 연직수조부의 상기 개구를 상호 연결하는 연결관; 및

   상기 연결관 내부에 설치되며, 상기 연결관의 단면적을 조절할 수 있는 면적조절장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 개구는 상기 연직수조부의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 액체식 제진장치.

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