물리학: 질량, 용수철, 그리고 실제로 무엇을 분리하는가

모든 진동 차단 시스템은 기본적으로 스프링 위에 놓인 질량체로 이루어져 있습니다. 기계 자체가 질량체이고, 마운트가 스프링 역할을 합니다. 그리고 그 사이에는 진동 에너지를 열로 변환하는 재료의 능력인 감쇠 장치가 있습니다.

엔지니어들은 이를 다음과 같이 모델링합니다. 매스 스프링 댐퍼 질량 \(m\) (kg), 강성 \(k\) (N/m), 감쇠 계수 \(c\) (N·s/m)의 세 가지 매개변수를 가진 시스템입니다. 이 세 가지 값으로부터 모든 것이 결정됩니다.

자연 진동수: 모든 것을 결정하는 숫자

가장 중요한 매개변수는 시스템의 고유 진동수 — 기계를 눌렀다가 놓았을 때 진동하는 주파수입니다. 강성이 낮거나 질량이 높을수록 고유 진동수는 낮아집니다.

이 수치가 모든 것을 좌우합니다. 마운트가 제대로 작동하는지, 아무런 역할을 하지 않는지, 아니면 상황을 완전히 악화시키는지를 결정합니다. 전체 설계 과정은 장비의 작동 주파수에 맞춰 이 수치를 정확하게 맞추는 데 달려 있습니다.

전염성: 얼마나 많은 양이 전달되는지

기초에 전달되는 힘과 기계가 생성하는 힘의 비율을 무엇이라고 하는가? 전염성 (\(T\)). 단순화된 감쇠 없는 형태로 표현하면 다음과 같습니다.

여기서 \(f_{exc}\)는 가진 주파수(기계 작동 속도(Hz))이고 \(f_n\)은 진동 절연체의 고유 주파수입니다. \(T = 0.1\)일 때, 진동력의 10%만 기초에 도달합니다. 즉, 90%의 절연 효과가 발생합니다. \(T = 1\)일 때는 모든 진동력이 전달됩니다. \(T > 1\)일 때는 마운트가 진동력을 차단합니다. 증폭시키다 진동.

세 가지 구역 — 그리고 그중 하나가 상황을 악화시키는 이유

전파율 방정식은 세 가지의 서로 다른 작동 영역을 생성합니다. 이 영역을 이해하는 것이 효과적인 절연과 문제를 악화시키는 마운트 사이의 차이를 만듭니다.

설계 워크플로: 정적 처짐을 이용한 마운트 크기 결정

현장에서 진동 방지 마운트의 크기를 결정하는 실용적인 방법은 다음과 같습니다. 정적 처짐 — 기계 무게로 인해 마운트가 얼마나 압축되는지를 나타냅니다. 이렇게 하면 강성표나 스프링 상수 사양을 사용할 필요가 없습니다. 하중을 받았을 때의 변형량(밀리미터) 하나만으로 고유 진동수를 알 수 있습니다.

또는 반대로 하면 다음과 같습니다: \(\delta_{st} = \left(\frac{5}{f_n}\right)^2\) cm. 이 공식을 가장 많이 사용하게 될 것입니다.

장착 유형: 고무, 스프링, 에어 스프링 및 관성 베이스

기초 효과 및 진동교

견고한 기반과 유연한 기반

격리 계산은 기초가 무한히 강체, 즉 움직이지 않는다고 가정합니다. 지면의 콘크리트 슬래브는 이에 매우 가깝습니다. 하지만 건물 상층부, 철골 메자닌, 옥상 구조물은 그렇지 않습니다. 이러한 것들은 유연한 기초 — 그것들은 고유한 주파수를 가지고 있습니다.

유연한 바닥에 진동 절연 장치를 설치하면 바닥의 변형이 진동 절연 장치의 변형에 더해집니다. 이로 인해 시스템 주파수가 예측할 수 없는 방식으로 변동됩니다. "기계-진공 절연 장치-바닥"이 결합된 시스템에서는 계산에 나타나지 않는 공진이 발생할 수 있습니다. 유연한 바닥의 경우, 바닥의 동적 특성을 고려하거나(구조 해석 필요) 진동 절연을 과도하게 설계하여 여유를 두어야 합니다. 즉, 4:1 대신 5:1 또는 6:1의 주파수 비율을 목표로 해야 합니다.

진동 다리: 고립을 조용히 죽이는 존재

"제대로 설계된" 진동 차단 시스템이 현장에서 실패하는 가장 흔한 이유가 바로 이것입니다. 멋진 스프링 마운트를 설치하고, 모든 것을 계산하고, 기초를 측정해도 진동은 여전히 존재합니다. 왜 그럴까요? 바로 기계 프레임을 건물 구조물에 직접 연결하는 딱딱한 파이프, 덕트 또는 케이블 트레이가 마운트를 완전히 우회하기 때문입니다.

모든 고정 연결부는 진동의 통로가 될 수 있습니다. 파이프, 덕트, 전선관, 배수관, 압축 공기 라인 등 그 어떤 것이든 절연을 손상시킬 수 있습니다. 해결책은 원칙적으로는 간단하지만 실제로는 종종 어렵습니다. 절연된 기계에 연결되는 모든 파이프와 덕트에 유연한 연결 장치(벨로우즈, 편조 호스, 확장 루프)를 설치하십시오. 케이블에 여유를 두십시오. 설치 후 고정 브래킷이나 하드 스톱이 기계 프레임에 닿지 않도록 확인하십시오.

현장 보고서: 3층 냉각기 압축기

남유럽의 한 상업용 건물 3층 기계실에 90kW급 스크류 칠러가 설치되어 있습니다. 압축기는 2,940RPM(49Hz)으로 작동합니다. 2층 거주자들은 콘크리트 슬래브를 통해 전달되는 저주파 소음과 진동에 대해 불만을 제기했습니다.

칠러는 OEM 고무 마운트(하중을 받으면 약 1mm 정도 휘어지는 얇은 패드) 위에 놓여 있었습니다. 이로 인해 고유 진동수는 대략 \(f_n = 5/\sqrt{0.1} \approx 16\) Hz가 됩니다. 주파수 비율은 49/16 = 3.1:1입니다. 이론상으로는 간신히 적합한 수준이지만, 유연한 바닥 슬래브 때문에 실제 시스템 주파수는 더 높아졌습니다. 게다가 세 개의 냉매 배관이 압축기에서 헤더까지 단단하게 연결되어 있어 전형적인 진동 브리지 역할을 했습니다.

고무 패드를 스프링 절연체(변위 25mm, \(f_n \approx 3.2\) Hz, 비율 15:1)로 교체하고 세 개의 냉매 라인 모두에 편조형 유연 커넥터를 설치했습니다. 2층 천장의 진동은 설치 전후를 비교하여 측정했습니다. 발란셋-1A 슬래브 밑면에:

불만은 더 이상 발생하지 않았습니다. 바닥에서 측정된 0.3mm/s의 진동수는 대부분의 사람들이 인지하는 ISO 10816 기준치보다 낮습니다. 스프링만으로는 이러한 결과를 얻을 수 없었을 것입니다. 원래 전달되던 진동의 약 40%가 단단한 배관을 통해 전달되고 있었기 때문입니다. 따라서 두 가지 개선 조치가 모두 필요했습니다.

격리를 망치는 흔한 실수들

1. 마운트가 너무 뻣뻣합니다(휘어짐이 충분하지 않음). 이것이 가장 흔한 오류입니다. 무거운 장비 아래에 0.5~1mm 정도의 얇은 고무 패드를 깔면 고유 진동수가 높아집니다. 주행 속도에 가까우면 진동 차단이 아니라 증폭이 발생합니다. 항상 먼저 진동량을 계산해야 합니다. 그냥 "고무 패드를 깔면 된다"는 생각은 버리세요."

2. 견고한 배관 연결부. 위 내용을 참조하십시오. 기계와 건물 구조물 모두에 닿는 모든 경질 파이프, 덕트 및 도관은 진동 전달체입니다. 모든 배관에는 유연한 연결 장치를 사용해야 합니다. 예외는 없습니다.

3. 부드러운 발걸음. 기계 프레임이 뒤틀렸거나 장착면이 고르지 않으면, 한두 개의 마운트에만 하중이 집중되고 나머지는 거의 하중을 받지 않게 됩니다. 이로 인해 불균형한 처짐이 발생하고, 기계가 기울어지며, 축 정렬에 무리가 가고, 마운트 수명이 단축됩니다. 마운트를 설치하기 전에 필러 게이지로 프레임을 점검하고, 필요한 경우 심을 사용하십시오.

4. 측면 불안정성. 수직 방향 스프링만 사용하는 경우, 특히 기계의 무게중심이 높거나 수평 방향 힘이 클 때 좌우로 흔들릴 수 있습니다. 측면 지지력이 내장된 하우징형 스프링 마운트를 사용하거나 스너버를 추가하십시오. 시동 토크가 매우 높은 기계(대형 모터, 압축기)의 경우 측면 안정성이 매우 중요합니다.

5. 공진 통과 시작/정지. 모든 기계는 가속 및 감속 과정에서 진동 절연 장치의 고유 진동수를 통과합니다. 기계가 천천히 가속하는 경우(가변 주파수 드라이브 구동 장치 또는 디젤 발전기의 예열) 공진 영역에서 상당한 시간을 보냅니다. 해결책: 진동 통과 중 공진 진폭을 제한하기 위해 감쇠력이 더 높은 마운트(엘라스토머 요소 또는 스프링에 마찰 댐퍼 장착)를 사용합니다.

6. 바닥을 무시하는 것. 바닥의 동적 반응을 고려하지 않고 유연한 메자닌에 스프링 마운트를 설치하면 예측할 수 없는 공진이 발생하는 결합 시스템이 만들어집니다. 바닥을 보강하거나, 주파수 비율 여유를 늘리거나, 적절한 구조 동적 해석을 수행해야 합니다.

검증: 작동함을 증명하는 방법

설계 계산은 무엇을 알려주나요? ~해야 한다 무슨 일이 일어나는지. 진동 측정은 그 원인을 알려줍니다. 했다 발생할 수 있습니다. 항상 확인하십시오.

테스트는 간단합니다. 기초 또는 지지 구조물에 진동 센서를 설치합니다. 기계가 꺼진 상태(배경)에서 측정합니다. 기계가 최대 속도로 작동하는 상태에서도 측정합니다. 작동 주파수의 1배에 해당하는 진동 속도를 비교합니다. 효과적인 진동 차단은 차단 전 상태(또는 강성 마운트 기준) 대비 80~95%의 진동 감소를 보여줍니다.

A 발란셋-1A 진동 측정 모드에서는 이 작업을 직접 수행합니다. mm/s 단위로 표시하도록 설정하고 가속도계를 지지 구조물에 놓고 값을 읽으면 됩니다. 1× 성분을 다른 소스와 구분하기 위해 FFT 스펙트럼 분석이 필요한 경우, Balanset-1A에는 해당 모드가 포함되어 있습니다.

자주 묻는 질문