[소음진동기술사 제140회 2교시 3번]

2교시 3번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

공동주택 설비실의 공통 콘크리트 기초 위에 동일 사양의 배수펌프 2대가 설치되어 있다. 각 펌프를 동일한 운전조건에서 단독 운전하여 펌프 진동을 측정한 결과, 두 펌프 모두 회전주파수 1X 성분인 29.5 Hz가 지배적으로 나타났다. 해당 주파수에서 1번 펌프의 진폭은 2번 펌프의 5배로 측정되었을 때, 다음 사항에 대하여 설명하시오.
(단, 감쇠의 영향은 무시할 수 있다고 가정한다.)

  1. 위의 현상이 회전체 불평형에 기인한 경우 가진력의 관점에서 설명하시오.
  2. 두 펌프에 작용하는 가진력과 설치강성이 동일하고 2번 펌프의 고유진동수가 32 Hz일 때, 증폭계수(Amplification factor)를 활용하여 1번 펌프의 고유진동수를 구하고 공진 가능성을 평가하시오.
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답안 구조

  1. 개요
  2. 회전체 불평형에 의한 가진력 특성
  3. 시스템의 증폭계수와 동적 응답
  4. 1번 펌프 고유진동수 산출
  5. 1번 펌프 공진 가능성 평가
  6. 결론

용어 정의

회전체 불평형(Rotor Unbalance)
회전체의 질량 중심이 회전 중심축과 일치하지 않아 회전 시 원심력 형태의 가진력이 발생하는 현상
증폭계수(Amplification Factor)
동적 하중이 작용할 때 발생하는 동적 변위와 동일한 크기의 정적 하중이 작용할 때의 정적 변위의 비
공진(Resonance)
외부에서 작용하는 가진 주파수가 시스템의 고유진동수와 일치하거나 매우 근접할 때 진폭이 급격히 커지는 현상

핵심 내용

1)

  • 회전체 질량 중심과 회전 중심의 불일치로 인한 원심력 발생 원리
  • 1X(회전주파수) 성분이 지배적인 회전체 불평형의 가진 특성
  • 불평형 질량, 편심거리, 회전각속도 제곱에 비례하는 가진력 크기
  • 진폭 차이는 가진력 크기 차이 또는 구조의 동적 응답 특성 차이로 기인

공식: Fe=m⋅e⋅ω2F_e = m \cdot e \cdot \omega^2

2)

  • 비감쇠 1자유도계의 정적 변위 대비 동적 변위 비인 증폭계수 적용
  • 가진력 및 강성이 동일하므로 두 펌프의 정적 변위가 같다는 조건 활용
  • 1번과 2번 펌프의 진폭 비를 활용한 증폭계수 관계식 도출
  • 산출된 고유진동수와 운전주파수 비교를 통한 공진 여부 판별

공식: M=1∣1−(ffn)2∣M = \frac{1}{|1 - (\frac{f}{f_n})^2|}, X=Xst⋅M=F0k⋅MX = X_{st} \cdot M = \frac{F_0}{k} \cdot M, X1=5⋅X2  ⟹  M1=5⋅M2X_1 = 5 \cdot X_2 \implies M_1 = 5 \cdot M_2

풀이 순서: 비감쇠 시스템의 증폭계수 공식에 2번 펌프 운전주파수와 고유진동수 대입하여 M2 산출 → 정적 변위가 동일하다는 조건을 이용하여 M1은 M2의 5배라는 관계식 설정 및 M1 값 도출 → 증폭계수 M1 공식에 운전주파수를 대입한 후 절댓값 기호를 풀어 두 가지 방정식 구성 → 각 방정식을 풀어 1번 펌프의 고유진동수에 해당하는 두 개의 해 산출 → 도출된 고유진동수 값들이 운전주파수와 얼마나 근접한지 확인하여 공진 위험성 평가

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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