길승만
2001-02-06 11:22:57
4
72
게재된 내용의 글을 읽고 몇가지 궁금한점이 있어 질문을 드리고자 합니다.
1. 동흡진기의 목적중 하나가 회전축 불편형의 진동저감을 위해 사용된다고 하셨는데 궁급합니다. 회전축의 불평형은 동흡진기를 설치하지 않고도 현장에소 balancing 을 이용하여 거의다 개선을 할수 있다고 압니다. 물론 기기의 환경이나 상태에따라서 balancing 의 방법도 틀리겠지만...
2. damping 을 크게 하면 진동이 저감된다고 하셨는데 제가보기에는 설면이 조금 부족하지 않았나 봅니다. damping 은 증가/감소 해도 진동은 저감되고, 강성의 증가/감소도 같은 상황이라 생각합니다. 기계의 상태에따라 감쇠를 크게, 또는 적게 하는것이라 알고 있습니다.
3. 실제적으로 이형우님께서는 동흡진기를 설치하여 진동저감을 하신 사례가 있는지 궁금합니다. 선례가 있다면 자세한 자료를 볼수 있는지요?
1. 동흡진기의 목적중 하나가 회전축 불편형의 진동저감을 위해 사용된다고 하셨는데 궁급합니다. 회전축의 불평형은 동흡진기를 설치하지 않고도 현장에소 balancing 을 이용하여 거의다 개선을 할수 있다고 압니다. 물론 기기의 환경이나 상태에따라서 balancing 의 방법도 틀리겠지만...
2. damping 을 크게 하면 진동이 저감된다고 하셨는데 제가보기에는 설면이 조금 부족하지 않았나 봅니다. damping 은 증가/감소 해도 진동은 저감되고, 강성의 증가/감소도 같은 상황이라 생각합니다. 기계의 상태에따라 감쇠를 크게, 또는 적게 하는것이라 알고 있습니다.
3. 실제적으로 이형우님께서는 동흡진기를 설치하여 진동저감을 하신 사례가 있는지 궁금합니다. 선례가 있다면 자세한 자료를 볼수 있는지요?
안녕하세요.
답변이 늦어서 죄송합니다.
최근에 너무 바빠서, 테크노넷 방문을 못했습니다.
먼저, 정성원님, 김낙인님의 답변에 감사드립니다.
>불평형을 해소하기 위한 방법중의 하나라고 표현하신것이 궁금하다는 것이지요.
---> 동흡진기는 진동을 저감하기 위한 방법으로 여러 용도에 사용됩니다. 동흡진기의 원리와 용도에 대해서는 앞에서 여러번 설명을 했기 때문에 여기서는 이야기를 안하겠습니다. 무언인가 오해가 있었던것 같은데요.
동흡진기는 어떤 한부분의 국부진동모드가 클때, 그것을 저감하기위해 사용되기도 합니다. 회전기계의 불평형으로 인해서 lateral 방향에 진동이 심할때, 동흡진기를 사용하여 문제를 해결 할 수도 있다는 이야기이지, 불평형을 제거하기 위해 동흡진기와 밸런싱이 같은 빈도로 사용된다는 이야기는 아닙니다.
그림은 동흡진기의 응용사례중 일부를 그림에 나타내었습니다.
모터, 발전기등의 회전체 기계에서 발생하는 회전축 불평형에 의한 기계진동을 줄이기 위해 동흡진기가 사용되는 예는 그림 (b), (c)에 보여주고 있습니다.
동흡진기에 대해 간단히 이야기를 하겠습니다.
진동하는 기계, 구조물의 진동을 줄이기 위해 진동원의 가진력을 줄이는 진동원 대책이나 구조의 질량, 또는 강성, 감쇠를 변화시키는 구조 변경에 의해서 공진상태를 피하는 대책은 기술적으로 어렵거나 많은 비용이 드는 경우가 맣습니다. 동흡진기는 기계, 구조물등의 일정 진동수로 진동하는 큰 진동체에 작은 질량-스프링계를 부착하여 진동을 줄이는 방법입니다. 대부분의 기계, 구조물등은 작동중에 원동기, 구동기, 회전 또는 왕복부품의 불평형력등에 의해 기계 회전수의 정수배 되는 일정진동수 되는 일정진동수를 갖는 힘 또는 변위 가진을 받아 진동을 합니다. 이와같이 일정진동수로 진동하는 진동체에 부착 질량-스프링계인 동흡진기의 고유진동수를 진동체의 가진진동수와 같도록 만들어 진동체의 진동을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 동흡진기는 가진진동수와 공진하는 감쇠가 작은 기계나 구조물에 효과적으로 사용되고 있습니다. 절연기를 설치 할 수 없는 경우라든지, 절연기로는 한계가 있는 경우, 이미 설치가 완료된 기계 시스템에 절연 변경이 곤란한 경우 또는 국부 진동모드에 대한 진동저감을 할 때는 동흡진기를 부착하는 방법이 유용합니다.
동흡진기의 국내 사례연구는 저의 홈페이지 동흡진기부분의 예제 부분에 원자력 발전소 설계사례가 간단히 정리 되어 있습니다. 참고하시기 바랍니다.
* 회전기계의 진동은 이론해석과 실험에 의한 이상진단을 합니다.
이론 해석은 Campbell Diagram을 그려서 위험속도 해석과 응답 및 동적 반력 해석을 합니다. 회전기계에서는 구조진동과 달리 위험속도가 중요합니다. 구조진동의 고유진동수는 불변이고 고유진동수와 위험속도가 같습니다. 회전기계진동에서는 고유진동수가 회전속도에 따라 바뀌게 되는경우가 많습니다. 바뀌는 이유는 자이로효과와 회전속도에 따라 베어링의 강성이 바뀌게 됩니다. 또, 회전기계의 위험속도는 고유진동수와 다른경우가 많습니다. 수동차량변속기에 대한 답변에서 설명을 했습니다. 회전기계의 고유진동수와 운전속도가 같을 경우의 위험속도(1X)는 불평형이 원인이 되어 발생하는 경우입니다. 축의 강성이나 베어링의 강성을 조절하여, 운전속도 범위내에 위험속도가 발생되지 않는것이 이상적입니다. 설계변경이 어려울 경우는 밸런싱을 해서 문제를 해결해야합니다. 밸런싱으로 문제를 해결하는경우가 많습니다.
지금 국내에서도 밸런싱에 대한 연구가 많이 되고 있습니다.
부산대학교의 박노길교수님, 부경대학교의 양보석교수님을 비롯한 여러 교수님들이 연구를 하고 있습니다.
한국기계연구원에서 회전기계의 밸런싱을 탄성체 영역에서 잡기위해, 방카를만들어 진공상태를 만들고 1차 위험속도의 120%까지 올려서 밸런싱을 잡는 초고속 밸런싱머신을 개발하고 있습니다.
그것에 대해 관심이 있으시면 이동환박사(ldh@kimm.re.kr)에게 문의를 하십시요.
그럼.
* 아래의 글은 김승만님이 질문하신 내용입니다.
-------------------------------------
김낙인, 정성원 님의 답변 너무도 좋은 답변인것 같습니다.
진심으로 감사를 드리고요 제가 표현이 잘못되었는지는 모르겠지만 제가 질문한 의도는 두분이 답변하신내용과는 조금은 다른것 같습니다.
이박사님께서는 불평형을 해소하기 위한 방법중의 하나라고 표현하신것이 궁금하다는 것이지요. 제가알기로는 동흡진기는 실제 계에서 발생하는 진동중 동기주파수와 고유주파수가 실제 운전회전수에 같이 근접해 있을때 높은진동을 유발하고 이런경우는 불평형의 해소방법처럼 balancing 으로는 해결이 되지를 않는다는것이지요. 수많은 산업체의 회전기기들중 예전의(몇십년씩된)기기들은 현재와 같은 기술이 접목되지않은 단순히 대량 생산에만 치중되었기 때문에 shaft 의 고유진동수에 대한 변화를 설계에 접목시키지 못했던것입니다. 이에 100대중 한두대정도의 기기들은 장기간의 운전으로 기계자체의 피로를 가져오게 하고 나아가서는 강성의 변화와 함께 고유 진동수가 동기 주파수와 근접하게되 결국은 고질적인 resonance문제로 발전하게 됩니다. 이 상황에서는 다른 어떠한 방법도 해결하기 힘들며 강성이나 질량을 변화시켜서 해소하는 방법과 동흡진기를 사요하여 해결하는줄 압니다. 동흡진기의 주 원리는 문제시 된 주파수를 동흡진기를 이용하여 분리를 시키는것 아닙니까? 운전주파수에서는 진동이 없고 분리된 주파수를 동흡진기가 가지고 있는거지요. 어쨌든 제 의견을 표현한것뿐이고 혹 두분께서는 이런실질적인 경험(구체적인 사례)이 있으신지 궁금합니다. 있다면 자세한 자료를 얻고 싶습니다. 이 내용을 보시게 된다면 답변을 해 주시기를 바랍니다. 두분의 말씀 정말 고맙습니다. 그리고 답장이 늦은점 한번더 죄송하게 생각합니다.(출장관계로 한 10일 정도 연락을 못하겠네요...)
답변이 늦어서 죄송합니다.
최근에 너무 바빠서, 테크노넷 방문을 못했습니다.
먼저, 정성원님, 김낙인님의 답변에 감사드립니다.
>불평형을 해소하기 위한 방법중의 하나라고 표현하신것이 궁금하다는 것이지요.
---> 동흡진기는 진동을 저감하기 위한 방법으로 여러 용도에 사용됩니다. 동흡진기의 원리와 용도에 대해서는 앞에서 여러번 설명을 했기 때문에 여기서는 이야기를 안하겠습니다. 무언인가 오해가 있었던것 같은데요.
동흡진기는 어떤 한부분의 국부진동모드가 클때, 그것을 저감하기위해 사용되기도 합니다. 회전기계의 불평형으로 인해서 lateral 방향에 진동이 심할때, 동흡진기를 사용하여 문제를 해결 할 수도 있다는 이야기이지, 불평형을 제거하기 위해 동흡진기와 밸런싱이 같은 빈도로 사용된다는 이야기는 아닙니다.
그림은 동흡진기의 응용사례중 일부를 그림에 나타내었습니다.
모터, 발전기등의 회전체 기계에서 발생하는 회전축 불평형에 의한 기계진동을 줄이기 위해 동흡진기가 사용되는 예는 그림 (b), (c)에 보여주고 있습니다.
동흡진기에 대해 간단히 이야기를 하겠습니다.
진동하는 기계, 구조물의 진동을 줄이기 위해 진동원의 가진력을 줄이는 진동원 대책이나 구조의 질량, 또는 강성, 감쇠를 변화시키는 구조 변경에 의해서 공진상태를 피하는 대책은 기술적으로 어렵거나 많은 비용이 드는 경우가 맣습니다. 동흡진기는 기계, 구조물등의 일정 진동수로 진동하는 큰 진동체에 작은 질량-스프링계를 부착하여 진동을 줄이는 방법입니다. 대부분의 기계, 구조물등은 작동중에 원동기, 구동기, 회전 또는 왕복부품의 불평형력등에 의해 기계 회전수의 정수배 되는 일정진동수 되는 일정진동수를 갖는 힘 또는 변위 가진을 받아 진동을 합니다. 이와같이 일정진동수로 진동하는 진동체에 부착 질량-스프링계인 동흡진기의 고유진동수를 진동체의 가진진동수와 같도록 만들어 진동체의 진동을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 동흡진기는 가진진동수와 공진하는 감쇠가 작은 기계나 구조물에 효과적으로 사용되고 있습니다. 절연기를 설치 할 수 없는 경우라든지, 절연기로는 한계가 있는 경우, 이미 설치가 완료된 기계 시스템에 절연 변경이 곤란한 경우 또는 국부 진동모드에 대한 진동저감을 할 때는 동흡진기를 부착하는 방법이 유용합니다.
동흡진기의 국내 사례연구는 저의 홈페이지 동흡진기부분의 예제 부분에 원자력 발전소 설계사례가 간단히 정리 되어 있습니다. 참고하시기 바랍니다.
* 회전기계의 진동은 이론해석과 실험에 의한 이상진단을 합니다.
이론 해석은 Campbell Diagram을 그려서 위험속도 해석과 응답 및 동적 반력 해석을 합니다. 회전기계에서는 구조진동과 달리 위험속도가 중요합니다. 구조진동의 고유진동수는 불변이고 고유진동수와 위험속도가 같습니다. 회전기계진동에서는 고유진동수가 회전속도에 따라 바뀌게 되는경우가 많습니다. 바뀌는 이유는 자이로효과와 회전속도에 따라 베어링의 강성이 바뀌게 됩니다. 또, 회전기계의 위험속도는 고유진동수와 다른경우가 많습니다. 수동차량변속기에 대한 답변에서 설명을 했습니다. 회전기계의 고유진동수와 운전속도가 같을 경우의 위험속도(1X)는 불평형이 원인이 되어 발생하는 경우입니다. 축의 강성이나 베어링의 강성을 조절하여, 운전속도 범위내에 위험속도가 발생되지 않는것이 이상적입니다. 설계변경이 어려울 경우는 밸런싱을 해서 문제를 해결해야합니다. 밸런싱으로 문제를 해결하는경우가 많습니다.
지금 국내에서도 밸런싱에 대한 연구가 많이 되고 있습니다.
부산대학교의 박노길교수님, 부경대학교의 양보석교수님을 비롯한 여러 교수님들이 연구를 하고 있습니다.
한국기계연구원에서 회전기계의 밸런싱을 탄성체 영역에서 잡기위해, 방카를만들어 진공상태를 만들고 1차 위험속도의 120%까지 올려서 밸런싱을 잡는 초고속 밸런싱머신을 개발하고 있습니다.
그것에 대해 관심이 있으시면 이동환박사(ldh@kimm.re.kr)에게 문의를 하십시요.
그럼.
* 아래의 글은 김승만님이 질문하신 내용입니다.
-------------------------------------
김낙인, 정성원 님의 답변 너무도 좋은 답변인것 같습니다.
진심으로 감사를 드리고요 제가 표현이 잘못되었는지는 모르겠지만 제가 질문한 의도는 두분이 답변하신내용과는 조금은 다른것 같습니다.
이박사님께서는 불평형을 해소하기 위한 방법중의 하나라고 표현하신것이 궁금하다는 것이지요. 제가알기로는 동흡진기는 실제 계에서 발생하는 진동중 동기주파수와 고유주파수가 실제 운전회전수에 같이 근접해 있을때 높은진동을 유발하고 이런경우는 불평형의 해소방법처럼 balancing 으로는 해결이 되지를 않는다는것이지요. 수많은 산업체의 회전기기들중 예전의(몇십년씩된)기기들은 현재와 같은 기술이 접목되지않은 단순히 대량 생산에만 치중되었기 때문에 shaft 의 고유진동수에 대한 변화를 설계에 접목시키지 못했던것입니다. 이에 100대중 한두대정도의 기기들은 장기간의 운전으로 기계자체의 피로를 가져오게 하고 나아가서는 강성의 변화와 함께 고유 진동수가 동기 주파수와 근접하게되 결국은 고질적인 resonance문제로 발전하게 됩니다. 이 상황에서는 다른 어떠한 방법도 해결하기 힘들며 강성이나 질량을 변화시켜서 해소하는 방법과 동흡진기를 사요하여 해결하는줄 압니다. 동흡진기의 주 원리는 문제시 된 주파수를 동흡진기를 이용하여 분리를 시키는것 아닙니까? 운전주파수에서는 진동이 없고 분리된 주파수를 동흡진기가 가지고 있는거지요. 어쨌든 제 의견을 표현한것뿐이고 혹 두분께서는 이런실질적인 경험(구체적인 사례)이 있으신지 궁금합니다. 있다면 자세한 자료를 얻고 싶습니다. 이 내용을 보시게 된다면 답변을 해 주시기를 바랍니다. 두분의 말씀 정말 고맙습니다. 그리고 답장이 늦은점 한번더 죄송하게 생각합니다.(출장관계로 한 10일 정도 연락을 못하겠네요...)
1. 회전체는 여러가지 이유로 진동을 하지만 불평형 질량이 대표적인것입니다. 이는 설계 및 품질관리적인 측면 입니다. 가장 좋은 설계는 불평형 질량이 0이되면 좋은 설계 및 제작이겠죠. 하지만, 제작시 공차라는것이 존재하면서 불평형 질량이 생기기 시작합니다. 그러므로 설계자는 공차를 줄여서 진동을 줄일것인가, 아니면 어느정도 불평형 질량을 허용하면서 동흡진기등을 이용하여 진동을 줄일것인지, 제작가격, 형상등 여러가지를 검토하여 평가 해야 합니다. 또한, 피할수 없이 불평형 질량이 발생되는것이 있죠. 아무리 설계를 잘해도 안되는것, 아래 정성원님이 지적하신 머리깍는 기계 말입니다. 이경우는 피할수가 없으므로 동 흡진기를 사용해야 하겠지요.
2. 동 흡진기 원리는 간단 합니다. 시스템이 가지는 공진주파수와 일치되는 스프링+질량(+damper)를 진동이 가장 큰쪽에 장착하면, 구조물의 진동에너지가 동흡진기로 전달되어, 모체의 진동이 줄면서 동 흡진기가 진동을 합니다. 이때 damper는 동흡진기로 전달해온 에너지를 열에너지로 바꾸겠죠.
3. 시스템의 강성은 가장 기본적으로 시스템의 공진 주파수를 변경 시키고, 시스템의 동적 및 정적 변형을 변화 시킵니다. 가령예를 들어 강성을 올리면 공진 주파수는 증가하고, 동적 변형을 감소하겠죠. 또한 이상적인 damping은 공진응답변형을 감소시킵니다. 아마 강성을 증가시키는 것보다 더 효과가 있지만, 실제적으로 damping을 증가시키는 힘들죠.
===================================================================
정성원님의 글
------------------------------------
안녕하십니까.
아마 이형우 박사께서 올리신 글에 대한 질문인것 같은데,
지나가다, 몇자 올립니다.
1. 회전축의 불평형 질량을 줄이기 위한 방법중의 하나가, 동흡진기의
사용목적이라는 것이지, 회전체의 불평형을 동흡진기 만으로 줄인다는
뜻은 아니라고 생각이 됩니다.
실제 동흡진기는 일정한 운전속도를 가지는 기계시스템의 진동을 저감
하는데 다양하게 사용되고 있읍니다. 하다못해, 전동이발기(바리깡)에
붙어있는 조그만 쇠붙이도 동흡진기의 하나입니다. 그리고, 제 경험에
의하면, 동흡진기 원리를 사용하는것이 밸런싱에 비해 비용이 훨씬
저렴한 경우도 많습니다.
2. 강성은 진동의 진폭에는 전혀 영향을 미치지 않고 단지 계의 고유진동
수를 좌우하며, 감쇠가 응답의 진폭을 결정합니다. 고유값 해석에 의해
구해진 모달벡터는 변위를 표현하고 있지만, 이는 임의의 기준값에
대한 상대변위로서 실제 변위를 표현하는건 아닙니다.
아마, 강성과 감쇠를 동시에 가지는 실제 스프링의 경우를 착각하신게
아닌가 생각이 됩니다. 기계진동학 교과서를 한번 다시 읽어보시면..
의미가 정확해지지 않을까 생각됩니다.
3. 이형우 박사께서 설명하시겠지요?
----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까.
아마 이형우 박사께서 올리신 글에 대한 질문인것 같은데,
지나가다, 몇자 올립니다.
1. 회전축의 불평형 질량을 줄이기 위한 방법중의 하나가, 동흡진기의
사용목적이라는 것이지, 회전체의 불평형을 동흡진기 만으로 줄인다는
뜻은 아니라고 생각이 됩니다.
실제 동흡진기는 일정한 운전속도를 가지는 기계시스템의 진동을 저감
하는데 다양하게 사용되고 있읍니다. 하다못해, 전동이발기(바리깡)에
붙어있는 조그만 쇠붙이도 동흡진기의 하나입니다. 그리고, 제 경험에
의하면, 동흡진기 원리를 사용하는것이 밸런싱에 비해 비용이 훨씬
저렴한 경우도 많습니다.
2. 강성은 진동의 진폭에는 전혀 영향을 미치지 않고 단지 계의 고유진동
수를 좌우하며, 감쇠가 응답의 진폭을 결정합니다. 고유값 해석에 의해
구해진 모달벡터는 변위를 표현하고 있지만, 이는 임의의 기준값에
대한 상대변위로서 실제 변위를 표현하는건 아닙니다.
아마, 강성과 감쇠를 동시에 가지는 실제 스프링의 경우를 착각하신게
아닌가 생각이 됩니다. 기계진동학 교과서를 한번 다시 읽어보시면..
의미가 정확해지지 않을까 생각됩니다.
3. 이형우 박사께서 설명하시겠지요?
아마 이형우 박사께서 올리신 글에 대한 질문인것 같은데,
지나가다, 몇자 올립니다.
1. 회전축의 불평형 질량을 줄이기 위한 방법중의 하나가, 동흡진기의
사용목적이라는 것이지, 회전체의 불평형을 동흡진기 만으로 줄인다는
뜻은 아니라고 생각이 됩니다.
실제 동흡진기는 일정한 운전속도를 가지는 기계시스템의 진동을 저감
하는데 다양하게 사용되고 있읍니다. 하다못해, 전동이발기(바리깡)에
붙어있는 조그만 쇠붙이도 동흡진기의 하나입니다. 그리고, 제 경험에
의하면, 동흡진기 원리를 사용하는것이 밸런싱에 비해 비용이 훨씬
저렴한 경우도 많습니다.
2. 강성은 진동의 진폭에는 전혀 영향을 미치지 않고 단지 계의 고유진동
수를 좌우하며, 감쇠가 응답의 진폭을 결정합니다. 고유값 해석에 의해
구해진 모달벡터는 변위를 표현하고 있지만, 이는 임의의 기준값에
대한 상대변위로서 실제 변위를 표현하는건 아닙니다.
아마, 강성과 감쇠를 동시에 가지는 실제 스프링의 경우를 착각하신게
아닌가 생각이 됩니다. 기계진동학 교과서를 한번 다시 읽어보시면..
의미가 정확해지지 않을까 생각됩니다.
3. 이형우 박사께서 설명하시겠지요?
공지사항
진심으로 감사를 드리고요 제가 표현이 잘못되었는지는 모르겠지만 제가 질문한 의도는 두분이 답변하신내용과는 조금은 다른것 같습니다.
이박사님께서는 불평형을 해소하기 위한 방법중의 하나라고 표현하신것이 궁금하다는 것이지요. 제가알기로는 동흡진기는 실제 계에서 발생하는 진동중 동기주파수와 고유주파수가 실제 운전회전수에 같이 근접해 있을때 높은진동을 유발하고 이런경우는 불평형의 해소방법처럼 balancing 으로는 해결이 되지를 않는다는것이지요. 수많은 산업체의 회전기기들중 예전의(몇십년씩된)기기들은 현재와 같은 기술이 접목되지않은 단순히 대량 생산에만 치중되었기 때문에 shaft 의 고유진동수에 대한 변화를 설계에 접목시키지 못했던것입니다. 이에 100대중 한두대정도의 기기들은 장기간의 운전으로 기계자체의 피로를 가져오게 하고 나아가서는 강성의 변화와 함께 고유 진동수가 동기 주파수와 근접하게되 결국은 고질적인 resonance문제로 발전하게 됩니다. 이 상황에서는 다른 어떠한 방법도 해결하기 힘들며 강성이나 질량을 변화시켜서 해소하는 방법과 동흡진기를 사요하여 해결하는줄 압니다. 동흡진기의 주 원리는 문제시 된 주파수를 동흡진기를 이용하여 분리를 시키는것 아닙니까? 운전주파수에서는 진동이 없고 분리된 주파수를 동흡진기가 가지고 있는거지요. 어쨌든 제 의견을 표현한것뿐이고 혹 두분께서는 이런실질적인 경험(구체적인 사례)이 있으신지 궁금합니다. 있다면 자세한 자료를 얻고 싶습니다. 이 내용을 보시게 된다면 답변을 해 주시기를 바랍니다. 두분의 말씀 정말 고맙습니다. 그리고 답장이 늦은점 한번더 죄송하게 생각합니다.(출장관계로 한 10일 정도 연락을 못하겠네요...)