방진설계
방진의 일반원리
mX : 관성력(m : 질량 kg) · CeX : 점성저항력(Ce : 감쇠계수, N/cm/s)Kx : 스프링의 복원력(K : 스프링정수, N/cm) · f(t) : 외력의 가진함수
일반적으로 기계와 기초사이에 방진재를 넣는 경우로 한방향(수직 또는 수평)으로 만 진동하는 계를 1자유도(Single degree of freedom mechanical system)진동계라 한다. 이 기계의 운동방정식을 Newton의 제 2법칙으로 표시하면 mX + CeX + Kx = f(t)
• 자유진동(Free Vibration) : 비강제 진동계로 외력의 가진 함수 f(t)=0인 경우, 즉 외력이 제거된 후의 진동을 말한다. mx + Cex + kx = 0
• 강제진동(Forced Vibration) : 동기, 발전기, 송풍기 등의 회전하는 부분의 불평형력이나 햄머와 같은
충격 자극에 의한 진동을 말한다. mx + kx = Fo sin / mx + Cex + kx = Fo sin
• 비연성지지 : 1자유도만이 아닌 X, T, Z 방향 및 X, T, Z 축회전등의 6자유도계로 생각해야 되며, 어떤 X자유도가 기타 자유도에
진동을 발생시키게 하는 현상을 진동의 연성이라 한다. mx + kx = Fo sin / mx + Cex + kx = Fo sin
강제진도수와 w(fd)와 고유진동수 wn(fn)에 따른 진동제어 요소
| 진동수 | 응답진폭의 크기 | 진동제어요소 |
|---|---|---|
| W ＜ Wn2 | x(ω)=F o/k | 스프링 강도제어 |
| W ＞ Wn2 | x(ω)=F o/kωm2 | 계의 질량제어 |
| W = Wn2 | x(ω)=F o/Ceω | 스프링의 저항제어 |
강제진도수(fd)와 고유진도수(fn)에 따른 차진(isolation) 효과
자유도계에서의 감쇠비 Fd / Fn비 대 전달율 설계곡선
그림에서 fd / fn의 비에 따른 자동 전달율 변화
- fd / fn ＝ 1 일 때 : 공진상태(전달율 최대)
- fd / fn ＜ √2 일 때 : 전달율이 외력보다 크다
- fd / fn ＜ √2 일 때 : 차진이 유효하다
방진대책시 고려사항
- 방진대책은 될 수 있는 한 fd / fn ＞ 3이 되게 한다.(이 경우 진동전달율 T는 0.125이하가 된다.)
- 만약 fd/fn ＜ √2로 될때에는 fd / fn ＜ 4.0가 되게 설계해야 한다.
-
강제진동수가 0에서부터 증가되는 경우에는 운전도중에 공진점을 통과하게 되므로 감쇠비가 0.2보다
작은 감쇠장치를 넣는 것이 좋다.
진동 차진(전열)을 % I = (1-T) 100[%] / dB로 표기하는 방진효과 대략치 V는 V = 20log(1/T)dB
기계 구조물 등에 대한 변위 진폭의 한계
기계 구조물 등에 대한 변위진폭의 한계
| 동력 | 방진효율(%) | ||
|---|---|---|---|
| 지하층,일층 | 지상층,중구조 | 지상층,경구조 | |
| ~5 | 방음에 치중 | 85 | 90 |
| 7.5~15 | 80 | 88 | 93 |
| 20~40 | 85 | 90 | 95 |
| 50~100 | 90 | 95 | 97.5 |
| 100~300 | 95 | 97 | 98.5 |
건물의 용도별 방진 효율 기준
| 동력 | 방진효율(%) | 방진효율(%) |
|---|---|---|
| ~방음을 요하는 장소 | 공장, 자하실, 창고, 차고 | 60 |
| 일반 장소 | 사무실, 상점, 식당 | 86 |
| 주의를 요하는 장소 | 호텔, 병원, 학교, 회의실 | 95 |
| 특히 주의할 장소 | 스튜디오, 고층빌딩, 실험실 | 98 이상 |
바닥구조에 따른 방진재 선정표
바닥구조에 따른 방진재 설치효과
| 바닥구조 | 사용방진재 | ||
|---|---|---|---|
| 방진SPRING | 방진고무 | 콜크 | |
| ~5 | 방음에 치중 | 85 | 90 |
| 7.5~15 | 80 | 88 | 93 |
| 20~40 | 85 | 90 | 95 |
| 50~100 | 90 | 95 | 97.5 |
| 100~300 | 95 | 97 | 98.5 |
기계구조물 등에 대한 변위진폭의 한계
기계정비의 동력별 방진효율기준
| 동력(HP) | 방진효율(%) | ||
|---|---|---|---|
| 지하층, 일층 | 지상층, 중구조 | 지상층, 경구조 | |
| ~5 | 방음에 지중 | 85 | 90 |
| 7.5~15 | 80 | 88 | 93 |
| 20~40 | 85 | 90 | 95 |
| 50~100 | 90 | 95 | 97.5 |
| 100~300 | 95 | 97 | 98.5 |
건물의 용도별 방진 효율기준
| 장소 | 건물용도 | 방진효율(%) |
|---|---|---|
| 방음을 요하는 장소 | 공장, 지하실, 창고, 차고, 사무실, 상점 | 60 |
| 일반장소 | 식당, 호텔, 병원, 학교 | 85 |
| 주의를 요하는 장소 | 회의실, 스튜디오 | 95 |
| 특히 주의할 장소 | 고층빌딩, 실험실 | 98이상 |
바닥구조에 따른 방진재 설치효과
| 바닥구조 | 사용방진재 | ||
|---|---|---|---|
| 방진 SPRING | 방진고무 | 콜크 | |
| 목조바닥 | ○ | X | X |
| 경량콘크리트바닥 | ◎ | X | X |
| 견고한 콘크리트바닥 | ◎ | ○ | X |
| 지하층 | ◎ | ○ | △ (기초만) |
진도계와 진동가속도 레벨
| 진도계 | 지진의명칭 | 진동가속도 피크치(cm.s2) | 진동가속도레벨(dB) | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 무감(No Feeling) | 0.8 이하 | 55이하 | 인체에 느끼지 못함 |
| Ⅰ | 미진(Slight) | 0.8 ~ 2.5 | 60 ± 5 | 약간느낌 |
| Ⅱ | 경진(Weak) | 2.5 ~ 8.0 | 70 ± 5 | 크게느낌 |
| Ⅲ | 약진(Rather Strong) | 8.0 ~ 25 | 80 ± 5 | 창문, 미닫이가 흔들림 |
| Ⅳ | 중진(Strong) | 25 ~ 80 | 90 ± 5 | 기물이 넘어지고 물이 넘친 |
| Ⅴ | 강진(Very Strong) | 80 ~ 250 | 100 ± 5 | 집의 벽이나 비석이 넘어짐 |
| Ⅵ | 열진(Disastrous) | 250 ~ 400 | 105 ~ 110 | 가옥파괴 30% 이하 |
| Ⅶ | 격진(Very Disastrous) | 400 이상 | 110 이상 | 가옥파괴 30% 이상, 단층산사태 |
건물에 대한 진동 허용기준
환경청 기준 (부지경계선으로부터)
| 지역 | 낮(06~22) | 밤(22~06) | |
|---|---|---|---|
| 도시 | 주거전용지역, 녹지, 병원, 학교 50m 이내 | 60 | 55 |
| 주거 준주거지역 | 65 | 60 | |
| 사업 중공업 | 70 | 65 | |
| 공업 전용지역 | 75 | 70 | |
| 산림보전, 자연환경보전, 관광휴약취락지역 | 60 | 55 | |
| 군주거지역, 공업지역 | 75 | 70 | |
국제표준화기구(ISO) 기준
| 지역구분 | 시간구분 | 연속진도가속도 진폭 | 충격가속도 진폭 |
|---|---|---|---|
| 병원수술실 등 | 낮(06:00 ~ 22:00) | 0.0036(0.51dB) | 0.005(54dB) |
| 밤(22:00 ~ 06:00) | 0.0036(0.51dB) | 0.005(54dB) | |
| 주거지 | 낮(06:00 ~ 22:00) | 0.072/t1/2(57dB) | 0.1/n1/2(60dB) |
| 밤(22:00 ~ 06:00) | 0.0005(54dB) | 0.01(60dB) | |
| 사무실 | 항시 | 0.14/t1/2(63dB) | 0.2/n1/2(66dB) |
| 공장, 작업장 | 항시 | 0.28/t1/2(69dB) | 0.4/n1/2(72dB) |
방진효율 계산 및 도표
예) 도표를 보는 방법
- 펌프의 모타 회전수가 1759rpm, 방진 베이스를 포함한 운전하중이 1500kg이고, 99%방진효율을 내려고 하면, 스프링의 고유 진동수 및 정적변위는 얼마인가? 강제진동수 1750rpm에서 효율 99%선과 만나는 점을 찾아 횡축으로 연결하면 고유진동수 173rpm, 정적변위 30mm을 찾을 수 있다.
예) 정적변위
- 정적변위 d는 질량 M에 의하여 방진재의 처짐량을 말한다
스프링 변위와 방진효율
기계장비의 회전수에 따른 스프링 정적변위(mm)와 방진효율 도표(%)
| 기계장비 회전수 RPM |
진동전달율 (%) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | |
| 방진전달율 (%) | |||||||||||||
| 99 | 98 | 97 | 96 | 95 | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 20 | 0 | |
| 100 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 219.5 | 191.0 | 174.5 |
| 150 | - | - | - | - | - | - | 227.6 | 166.6 | 134.1 | 113.8 | 97.5 | 85.3 | 77.2 |
| 200 | - | - | - | - | - | - | 125.0 | 93.5 | 73.2 | 64.0 | 54.9 | 47.8 | 43.7 |
| 250 | - | - | - | - | - | 169.7 | 82.3 | 59.9 | 48.8 | 40.6 | 34.5 | 30.5 | 27.4 |
| 300 | - | - | - | 248.9 | 203.2 | 103.6 | 56.9 | 41.7 | 33.5 | 28.4 | 24.5 | 21.3 | 19.3 |
| 350 | - | - | 242.3 | 182.4 | 148.8 | 75.9 | 41.7 | 30.5 | 24.6 | 20.8 | 17.8 | 15.7 | 14.2 |
| 400 | - | - | 185.4 | 139.7 | 114.3 | 59.4 | 31.2 | 23.4 | 18.3 | 16.0 | 13.7 | 11.9 | 10.9 |
| 450 | - | 224.79 | 141.7 | 110.2 | 89.9 | 45.7 | 25.1 | 18.5 | 15.0 | 12.7 | 10.9 | 9.7 | 8.6 |
| 500 | - | 182.9 | 118.9 | 89.7 | 72.3 | 37.3 | 20.3 | 15.0 | 12.2 | 10.2 | 8.6 | 7.6 | 6.9 |
| 550 | - | 151.1 | 98.3 | 74.2 | 60.5 | 31.0 | 17.0 | 12.4 | 9.9 | 8.4 | 7.4 | 6.4 | 5.8 |
| 600 | 241.3 | 127.0 | 82.6 | 62.2 | 50.8 | 25.9 | 14.2 | 10.4 | 8.4 | 7.1 | 6.1 | 5.3 | 4.8 |
| 650 | 205.7 | 108.0 | 70.1 | 52.8 | 43.2 | 22.1 | 12.2 | 8.9 | 7.1 | 6.1 | 5.1 | 4.6 | 4.1 |
| 700 | 177.8 | 93.5 | 60.7 | 45.7 | 37.3 | 19.1 | 10.4 | 7.6 | 6.1 | 5.3 | 4.6 | 4.1 | 3.6 |
| 750 | 150.0 | 78.7 | 51.3 | 38.6 | 31.5 | 16.0 | 8.9 | 6.4 | 5.3 | 4.3 | 3.8 | 3.3 | 3.0 |
| 800 | 143.5 | 71.6 | 46.5 | 33.8 | 28.7 | 15.0 | 7.9 | 5.8 | 4.6 | 4.1 | 3.6 | 3.0 | 2.8 |
| 850 | 120.7 | 63.5 | 41.4 | 31.2 | 25.4 | 13.0 | 7.1 | 5.3 | 4.3 | 3.6 | 3.0 | 2.8 | 2.5 |
| 900 | 107.2 | 56.1 | 35.6 | 27.7 | 22.6 | 11.4 | 6.4 | 4.6 | 3.8 | 3.3 | 2.8 | 2.5 | 2.3 |
| 950 | 96.5 | 50.8 | 33.0 | 24.9 | 20.3 | 10.4 | 5.6 | 4.1 | 3.3 | 2.8 | 2.5 | 2.0 | 1.8 |
| 1000 | 86.9 | 45.7 | 29.7 | 22.6 | 18.3 | 9.4 | 5.1 | 3.8 | 3.0 | 2.5 | 2.3 | 2.0 | 1.8 |
| 1100 | 71.1 | 37.8 | 23.3 | 18.5 | 15.2 | 7.9 | 4.3 | 3.0 | 2.5 | 2.0 | 1.8 | 1.5 | 1.5 |
| 1200 | 60.5 | 31.8 | 20.6 | 15.5 | 12.7 | 6.6 | 3.6 | 2.5 | 2.0 | 1.8 | 1.5 | 1.3 | 1.3 |
| 1300 | 51.6 | 26.9 | 18.3 | 13.2 | 10.9 | 5.8 | 3.0 | 2.3 | 1.8 | 1.5 | 1.3 | 1.3 | 1.0 |
| 1400 | 44.5 | 23.4 | 15.2 | 11.4 | 9.4 | 4.8 | 2.5 | 2.0 | 1.5 | 1.3 | 1.3 | 1.0 | 1.0 |
| 1500 | 37.6 | 19.8 | 13.0 | 9.7 | 7.9 | 4.1 | 2.3 | 1.5 | 1.3 | 1.0 | 1.0 | 0.8 | 0.8 |
| 1600 | 35.8 | 18.0 | 11.7 | 8.4 | 7.1 | 3.8 | 2.0 | 1.5 | 1.3 | 1.0 | 1.0 | 0.8 | 0.8 |
| 1700 | 30.2 | 16.0 | 10.4 | 7.9 | 3.4 | 3.3 | 1.8 | 1.3 | 1.0 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 1800 | 26.9 | 14.0 | 8.9 | 6.9 | 5.6 | 2.8 | 1.5 | 1.3 | 1.0 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 1900 | 24.1 | 12.7 | 8.4 | 6.4 | 5.1 | 2.5 | 1.5 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.5 | 0.5 |
| 2000 | 21.8 | 11.4 | 7.4 | 5.6 | 4.6 | 2.3 | 1.3 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 2100 | 19.8 | 10.4 | 6.9 | 5.1 | 4.1 | 2.0 | 1.3 | 0.8 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 2200 | 17.8 | 9.4 | 5.8 | 4.6 | 3.8 | 2.0 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 2300 | 16.5 | 8.6 | 5.6 | 4.3 | 3.6 | 1.8 | 1.0 | 0.8 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 |
| 2400 | 15.2 | 7.9 | 5.1 | 3.8 | 3.3 | 1.8 | 1.0 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 |
| 2500 | 14.0 | 7.4 | 4.8 | 3.6 | 3.0 | 1.5 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 2600 | 13.0 | 6.9 | 4.1 | 3.3 | 2.8 | 1.5 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 2700 | 12.2 | 6.4 | 4.6 | 3.0 | 2.5 | 1.3 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 2800 | 11.2 | 5.8 | 3.8 | 2.8 | 2.3 | 1.3 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 2900 | 10.4 | 5.6 | 3.6 | 2.8 | 2.3 | 1.0 | 0.5 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 3000 | 9.4 | 5.1 | 3.3 | 2.5 | 2.0 | 1.3 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |