KR20170049098A - 복합형 유체음 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관(10) 상으로 유동하는 유체의 소음을 저감하는 장치에 있어서: 상기 냉각배관(10)의 일측과 타측으로 연결되는 도관(21)의 사이에 확경 구조의 케이싱(23)을 구비하고, 상기 케이싱(23)의 내부에 양측 도관(21)과 결합되어 유동유체의 유동경로를 형성하는 유연관(32)을 구비하고, 상기 케이싱(23)의 확경 공간을 격벽(25)으로 분리하여 흡음유체(34)과 흡음재(36)를 각각 수용하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 운항중 배관내 유체음의 저주파수 대역에서 중/고주파수 대역까지 소음 감소가 가능하므로 수중생물체의 관점에서 중요한 상선의 URN 원인을 해소하는 효과가 있다.

Description

복합형 유체음 저감 장치{Hybrid apparatus for reducing fluid noise}

본 발명은 유체음 저감 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 수중방사소음 중 하나인 배관계통의 기계음 전달소음을 감소하기 위한 복합형 유체음 저감 장치에 관한 것이다.

물자 운송과 자원 확보를 위한 해양 운항 선박의 척수와 크기가 증가함에 따라 운항선박으로부터 발생하는 수중방사소음(underwater radiated noise: URN) 또한 증가하고 있다. 선박 탑재 기기류와 배관계소음 및 유체 동역학적 거동으로 인해 발생하는 인위적인 URN은 고래와 같은 수중 포유류의 음파를 이용한 먹이 탐사와 동일 종간의 소통을 저해함은 물론 어류의 서식지 및 이동경로 등에도 영향을 미치는 것으로 평가되고 있다.

이에, 국제해사기구인 IMO의 환경보호위원회(MEPC)는 상선소음 및 상선소음이 해양생물에 미치는 영향에 대해 2008년 58차 회의에서 안건으로 채택 후 2014년 3월에 열린 66차 회의까지 상선의 수중소음에 대한 감소방안을 지속적으로 논의했다. 이러한 국제적 움직임에 따라 상선의 URN 원인 중 해수 배관내 소음 감소를 위한 장치의 개발이 필요하다

이와 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1275154호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0566399호(선행문헌 1) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 파이프의 외주면에 밀착된 고무재질의 방음부재; 상기 방음부재를 감싸며, 외부로부터 방음부재를 차폐시키는 엔드 플레이트;상기 엔드플레이트와 선체의 통공 사이에 설치되어, 통로를 제공하며, 선체의 통공 내주면에 고정된 슬리브:를 포함한다. 이에, 파이프로부터 발생하는 소음과 진동을 저감하여 수중방사소음 발생을 방지하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 나사를 삽입 나사결합시킬 수 있도록 방사선으로 나사 홀이 측면 양쪽으로 형성된 소음기 몸체, 상기 소음기 몸체의 안쪽 내부에 소음을 흡수하는 플라스틱 폼 층, 및 소음을 보다 상쇄시키도록 상기 소음기 몸체의 안쪽면에 형성된 합성고무층을 포함한다. 이에, 배관을 타고 흐르는 유체에 의해서 발생되는 소음을 현격히 줄이는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌은 특정 주파수 대역에서 소음감쇠 성능이 발생하는 팽창형 내지 흡음형 소음기이므로 선박에 설치하여 수중생물에 끼치는 영향을 경감하는 용도로 활용하기 미흡하다.

1. 한국 등록특허공보 제1275154호 "선체용 배관의 소음저감 조립체." (공개일자 : 2012.10.15.) 2. 한국 등록특허공보 제0566399호 "배관 소음기" (공개일자 : 2006.04.05.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 수중생물체의 관점에서 중요한 상선의 URN 원인을 해소하기 위해 배관내 유체를 전달매질로 하는 펌프 작동시 발생되는 저주파수와 배관을 지나면서 발생되는 유체유동 측면의 광대역의 소음 성분을 동시에 감소할 수 있는 복합형 유체음 저감 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배관 상으로 유동하는 유체의 소음을 저감하는 장치에 있어서: 상기 냉각배관의 일측과 타측으로 연결되는 도관의 사이에 확경 구조의 케이싱을 구비하고, 상기 케이싱의 내부에 양측 도관과 결합되어 유동유체의 유동경로를 형성하는 유연관을 구비하고, 상기 케이싱의 확경 공간을 격벽으로 분리하여 흡음유체과 흡음재를 각각 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 유연관은 유동유체의 접촉에 대한 반응성이 낮으면서 확경 공간으로 소음전달이 용이한 고무관 또는 수지관을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡음유체와 흡음재는 유동유체의 소음감소 특성에 대응하는 물성을 기준으로 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 케이싱의 확경 공간을 3개 이상으로 분할하는 경우 흡음유체와 흡음재를 교호로 배치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 격벽에 홀더를 형성하고 유연관에 형성된 돌출편과 긴밀하게 맞물려 밀봉성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 케이싱은 흡음유체의 교체를 위한 포트, 흡음재의 교체를 위한 분할커버를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 운항중 배관내 유체음의 저주파수 대역에서 중/고주파수 대역까지 소음 감소가 가능하므로 수중생물체의 관점에서 중요한 상선의 URN 원인을 해소하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 소음기와 소음감쇠 특성을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 유체음 저감 장치의 설치 상태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 종래와 본 발명의 소음감쇠 특성을 비교하여 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 배관(10) 상으로 유동하는 유체의 소음을 저감하는 장치에 관하여 제안한다. 도 2는 해수냉각 배관(10)에서 해수냉각용 펌프(15)로 이송되는 유동유체(해수)가 발생하는 소음을 경감하도록 다수의 유체음 저감 장치(20)를 설치한 상태를 예시한다. 배관(10)을 통해 전달되는 소음은 펌프(15) 등에 의하여 유발되는 작동 주파수의 특성을 지닌다. 일반적으로 이러한 소음은 매우 저주파수의 특성을 가지는데, 음의 파장이 길어서 쉽게 감소되지 않을 뿐더러, 해상과 수중으로 멀리까지 전파되는 성질이 있다.

본 발명에 따르면 상기 냉각배관(10)의 일측과 타측으로 연결되는 도관(21)의 사이에 확경 구조의 케이싱(23)을 구비하는 구조를 지닌다. 도 4(a)는 일반적인 확장형 소음기를 나타낸다. 본 발명의 유체음 저감 장치(20)도 도관(21)과 케이싱(23)이 확장형 소음기처럼 확경된 공간을 형성한다. 확경된 공간은 도관(21)의 외경보다 확장된 부분이고 후술하는 유연관(32)에 의하여 정확하게 구분된다. 이와 같은 유체음 저감 장치(20)를 배관(10)에 장착하기 위해 도관(21)의 양단에 플랜지(27)를 설치하는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면 상기 케이싱(23)의 내부에 양측 도관(21)과 결합되어 유동유체의 유동경로를 형성하는 유연관(32)을 구비하는 구조를 지닌다. 도 3처럼 유연관(32)은 일측 도관(21)의 단부에서 타측 도관(21)의 단부에 이르는 길이로 접합된다. 이에 유동유체는 배관(10) 상에서 유체음 저감 장치(20)의 유연관(32) 상으로 정상적인 유동상태를 유지한다. 이외에 유연관(32)에 의한 유동경로는 최대한 표면조도가 양호하게 형성되어야 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 유연관(32)은 유동유체의 접촉에 대한 반응성이 낮으면서 확경 공간으로 소음전달이 용이한 고무관 또는 수지관을 사용하는 것을 특징으로 한다. 유연관(32)으로 적용되는 고무관 또는 수지관은 유동유체에 대하여 화학적으로 안정해야 작동 신뢰성과 내구성을 확보할 수 있다. 일예로 유동유체가 해수인 경우 유연관(32)으로 네오플렌 고무재를 사용한다. 어느 경우에나 소음이 투과될 수 있도록 충분히 소음 전달율이 높아야 하며, 전달율이 낮을 경우 소음이 배관 내에 갇혀서 감쇠가 원활하게 달성되지 않는다.

또, 본 발명에 따르면 상기 케이싱(23)의 확경 공간을 격벽(25)으로 분리하여 흡음유체(34)과 흡음재(36)를 각각 수용하는 구조를 지닌다. 도 2 및 도 3은 케이싱(23)에 하나의 격벽(25)을 설치하여 2개의 확경 공간을 확보하고 각각 흡음유체(34)과 흡음재(36)을 수용한 상태를 예시한다. 저주파수나 특정 주파수를 감소하기 위해서는 확장형 소음기를 적용해야 하지만, 현재까지 알려진 유체소음기는 중/고주파에서 감소 특성을 가지는 흡음형 방식이다. 이는 배관내 유체의 흐름에 따른 와류소음 발생 및 관내 정압이 올라가는 문제를 해결하지 못한 차선책이라고 할 수 있다. 이에 본 발명은 유체 흐름에 의한 와류소음과 정압(Static Pressure)에 영향을 주지 않는 복합형(Hygrid)의 유체음 저감 장치(20)를 구현한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡음유체(34)와 흡음재(36)는 유동유체의 소음감소 특성에 대응하는 물성을 기준으로 선택되는 것을 특징으로 한다. 흡음유체(34)는 배관내 유동유체와 음향임피던스가 동일해야 하며, 너무 낮을 경우 소음이 배관 내에 갇혀서 감쇠기능이 저하된다. 흡음재(36)는 일반적인 흡음성 소재(Insulation)을 사용하지만, 그 밀도(Density)는 관내 압력 등을 고려하여 적용한다. 유체음 저감 장치(20)에 의한 소음감소의 목표주파수와 그 수준을 통제하기 위해서는 주요부 직경의 차이와 길이, 흡음유체(34)의 재질 등의 제반 설계요소를 복합적으로 고려하고 실측 실험을 거쳐 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 변형예로서, 상기 케이싱(23)의 확경 공간을 3개 이상으로 분할하는 경우 흡음유체(34)와 흡음재(36)를 교호로 배치하는 것을 특징으로 한다. 예컨대 3개로 분할된 확경 공간을 적용한다면 배관의 종류를 고려하여 흡음유체(34)-흡음재(36)-흡음유체(34)의 조합 또는 흡음재(36)-흡음유체(34)-흡음재(36)의 조합을 택할 수 있다. 4개 이상으로 분할된 확경 공간을 적용하는 경우에도 같은 방식으로 교호로 배치한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 격벽(25)에 홀더(45)를 형성하고 유연관(32)에 형성된 돌출편(42)과 긴밀하게 맞물려 밀봉성을 유지하는 것을 특징으로 한다. 격벽(25)과 유연관(32)을 접착제로 접합하는 경우 내구성이 약화될 우려가 있으므로 돌출편(42)과 홀더(45)를 이용하여 볼트 등으로 체결한다. 돌출편(42)은 유연관(32)의 외주면에 환상으로 일체로 형성된다. 홀더(45)는 격벽(25)의 단부에 용접으로 고정된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 케이싱(23)은 흡음유체(34)의 교체를 위한 포트(44), 흡음재(36)의 교체를 위한 분할커버(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 흡음유체(34)와 흡음재(36)는 열화의 우려가 있으며 유체음 저감 장치(20)의 교체가 곤란하거나 고비용을 초래하는 경우 흡음유체(34)와 흡음재(36)만 교체하는 방식이 유리하다. 포트(44)는 케이싱(23)에서 흡음유체(34)가 수용된 부분에 밸브와 함께 형성된다. 분할커버(46)는 흡음재(36)를 인출할 정도의 크기를 지닌 반원형 커버로서 플랜지(47)를 이용하여 케이싱(23)에 결합한다.

도 4(b)처럼, 배관내 소음이 전달되면 유체음 저감 장치(20)에 설치된 유연관(32)으로 전달되고 흡음유체(34)와 흡음재(36)에 의하여 소음을 감소시킨다. 만일 도 4(a)처럼 확장형 소음기를 배관에 적용하면 정상적인 유체전달이 이루어지지 않을뿐더러 소음도 증가된다. 도 1(a)(b)와 같은 공명형 소음기는 특정 주파수에서만 감소수준이 높아지고, 도 1(c)의 확장형 소음기는 특정 주파수에서 감소수준이 급격히 저하되고, 도 1(c)(d)의 흡음형 소음기는 저주파 영역에서 감소수준이 낮다. 반면 도 4(c)처럼 복합형 장치는 광대역의 주파수에서 소음의 감소수준을 적절하게 유지할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 배관 15: 펌프
20: 유체음 저감 장치 21: 도관
23: 케이싱 25: 격벽
27: 플랜지 32: 유연관
34: 흡음유체 36: 흡음재
42: 돌출편 44: 포트
45: 홀더 46: 분할커버
47: 플랜지

Claims (6)

1. 배관(10) 상으로 유동하는 유체의 소음을 저감하는 장치에 있어서:
   상기 냉각배관(10)의 일측과 타측으로 연결되는 도관(21)의 사이에 확경 구조의 케이싱(23)을 구비하고,
   상기 케이싱(23)의 내부에 양측 도관(21)과 결합되어 유동유체의 유동경로를 형성하는 유연관(32)을 구비하고,
   상기 케이싱(23)의 확경 공간을 격벽(25)으로 분리하여 흡음유체(34)과 흡음재(36)를 각각 수용하는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유연관(32)은 유동유체의 접촉에 대한 반응성이 낮으면서 확경 공간으로 소음전달이 용이한 고무관 또는 수지관을 사용하는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡음유체(34)와 흡음재(36)는 유동유체의 소음감소 특성에 대응하는 물성을 기준으로 선택되는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱(23)의 확경 공간을 3개 이상으로 분할하는 경우 흡음유체(34)와 흡음재(36)를 교호로 배치하는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 격벽(25)에 홀더(45)를 형성하고 유연관(32)에 형성된 돌출편(42)과 긴밀하게 맞물려 밀봉성을 유지하는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱(23)은 흡음유체(34)의 교체를 위한 포트(44), 흡음재(36)의 교체를 위한 분할커버(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합형 유체음 저감 장치.

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