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.)
- 위의 현상이 회전체 불평형에 기인한 경우 가진력의 관점에서 설명하시오.
- 두 펌프에 작용하는 가진력과 설치강성이 동일하고 2번 펌프의 고유진동수가 32 Hz일 때, 증폭계수(Amplification factor)를 활용하여 1번 펌프의 고유진동수를 구하고 공진 가능성을 평가하시오.
답안 개요 보기
답안 구조
- 개요
- 회전체 불평형에 의한 가진력 특성
- 시스템의 증폭계수와 동적 응답
- 1번 펌프 고유진동수 산출
- 1번 펌프 공진 가능성 평가
- 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:
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: , ,
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
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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)