펌프의 재료와 방식 17 :: Today

제1장 펌프 제품 소개

제2장 펌프의 기초지식과 응용

제3장 펌프의 재료와 방식

제4장 기장계획

제5장 수충격 현상

제6장 소음 진동 대책

1. 소음과 진동

2. 소음의 평가

3. 소음의 측정

4. 소음원 대책

5. 소음기

6. 펌프장의 소음 대책

7. 진동의 진단

효성중공업(주)(현, (주)효성)과 일본의 (株)荏原(EBARA)製作所 그리고 미국의 BW/IP International(현, Flowserve Corporation) 3개사가 펌프사업 부문에서 최고의 경쟁력을 갖추기 위해, 자본 합작과 기술제휴를 통해 설립한 효성에바라(주)로부터 자료를 제공받아 펌프란 무엇인가에 대해 알아본다. 펌프의 기초부터 펌프의 원리, 펌프의 기술, 펌프의 응용분야까지 펌프의 ‘A to Z’를 상세하게 소개하여 펌프를 공부하는 학생이나 이 업계의 종사자, 이 업계에 입문하려는 이들에게 펌프에 대한 이해를 높이고자 한다. <편집자 주>

※자료제공 : 효성EBARA주식회사

제6장 소음진동대책

1. 소음과 진동

기계가 소음을 발생하는 것은 많은 경우 기계의 진동에 기인한다. 기계의 진동은 음(音)으로 되어 대기중으로 방사, 전파함과 동시에 기계의 기초를 경유하여 바닥과 벽으로 전파하고, 이것이 이차적인 소음원이 되어 소음을 발생한다. 전자는 대기전파음, 후자는 고체전파음이라고 칭하고, 이것들은 서로 변환될 수 있다.

유체기계에 있어서는 그 외에 기계내부와 배관내에 발생하는 압력맥동에 의한 유체전파음도 관벽을 기진하여 고체전파음으로 된다.

공기전파음은 “음(音)”으로서 음향공학적으로 취급해도 좋지만, 고체전파음은 “음”으로서의 이론적인 취급은 곤란하고, 진동 또는 압력맥동으로 파악하여 대책을 세우지 않으면 안된다. 소음과 진동은 모두 사람에게 불쾌감을 주는데 양자는 다음과 같은 차이가 있다.

(1) 음에 대한 귀의 감도는 진동에 대한 인체의 감도에 비해 매우 예민하다. 음은 20,000Hz라고 하는 고주파음까지 감지할 수 있지만, 진동은 기껏해야 수백 Hz까지이다. 역으로 20Hz 이하의 음은 초저주파음으로 불리며 귀로는 들을 수 없지만, 유리창 등을 떨리게 하는 진동을 발생시키고, 인체에 이상을 생기게 하는 저주파 공해를 일으키기 때문에 주의를 요한다.

(2) 에너지가 일정한 경우에, 소음에서는 고주파수 쪽이 불쾌감이 크지만, 진동에서는 역으로 저주파수의 쪽이 불쾌감이 크다.

2. 소음의 평가

소음은 듣는 사람에 대해 심리적, 생리적으로 악영향을 주는 음이다. 즉, 소음에는 심리적, 생리적인 감각적 측면과 물리적인 “음”이라고 하는 측면이 있다. 소음을 공학적으로 취급하기 위해 우선 물리적인 “음”을 규정하고, 이것으로 인간의 평균적인 감각을 보정한 소음 평가의 척도가 작성되어 있다.

2.1 소음의 물리량

소음을 음으로서 취급하기 위해 필요한 물리량을 표시한다. 소음은 일반적으로 여러가지 주파수의 “음”을 포함하는 복합음이다. 따라서 소음을 규정하기 위해서는 각 주파수 성분마다의 음압(音壓)레벨이 필요하다. 횡축에 주파수를, 종축에 음압레벨을 표시한 것을 소음 스펙트럼이라고 한다. 소음의 물리적 성질은, 이 소음 스펙트럼과 복합음으로서의 총음압레벨로서 거의 완전히 파악된다.

2.2 소음의 감각적 표현

소음은 전술한 바와 같이 여러가지 주파수 성분의 음을 복합한 것이므로, 우선 각 주파수 마다의 순음(純音)의 크기와 청감과의 관계를 파악하여 순음의 평가기준을 다음과 같이 정한다. 주파수 1,000Hz에서 음압레벨 x dB의 순음의 크기를 x phon으로 한다. 다음에 이 음을 기준으로, 다른 주파수의 음을 듣고 비교하여 1,000Hz의 음과 같은 크기로 판단되는 음압레벨을 구해간다. 이와 같이하여 구한 등(等) phon 수를 가지는 곡선이 등 Londness 곡선(등청감곡선)으로 <그림 6.2>와 같다.

소음에 대한 청감보정으로서는 <그림 6.3>과 같이 A,B,C의 3개의 특성이 정해져 있지만, A특성을 이용하는 것이 원칙으로 되어 있다. 소음의 크기를 표시하기 위해서는 A특성이 다른 것 보다 적합하기 때문이다.

<그림 6.2 순음의 등 Longness 곡선(ISO)>

<그림 6.3 청강보정 특성 A,B,C>

A특성은 <그림 6.2>의 40 phon의 곡선에, B특성은 70 phon에, C특성은 100 phon의 곡선에 거의 상당한다. 소음을 구성하는 각 주파수 밴드의 음압레벨에 이와 같이 청감보정을 한 것을 합성하면 소음의 총레벨이 구해진다. 소음레벨의 단위는 데시벨(dB) 또는 phon이지만, 청감보정을 ( )내에 기입하여 dB(A) 또는 phon(A)와 같이 표시한다.

3. 소음의 측정

소음측정의 목적은 소음의 규제기준을 만족하고 있는가 아닌가의 판정 뿐만 아니라, 소음방지 대책을 세우기 위한 데이터의 수집에도 있다. 따라서 총 소음레벨은 물론 소음 스펙트럼을 구하지 않으면 안된다. 소음계의 지시는 총 소음레벨이고, 소음 스펙트럼은 소음계에 주파수 분석기를 연결하여 구한다.

3.1 소음계

소음계는 청감보정 회로를 내장하고, 음압레벨로 청감보정을 하여 음의 크기의 레벨에 근사하는 값을 구하는 측정기이다. 일반적인 측정에서는 보통소음계가, 간이 측정에서는 간이소음계가 사용된다. 올바른 소음측정을 위해서는 환경에 대한 측정장소의 선정, 암소음(暗騷音)에 대한 보정, 변동소음에 대한 지시값의 취급방법 등에 충분히 주의할 필요가 있다.

3.2 주파수 분석기

소음계의 출력을 어떤 범위의 주파수 밴드만을 통과시키는 밴드패스 필터를 거쳐 계기로 지시하게 하면 그 주파수 밴드의 음압레벨이 얻어진다. 주파수 밴드가 다른 밴드패스 필터를 순차적으로 바꾸어 밴드마다의 음압레벨, 즉 소음 스펙트럼을 구한다. 밴드폭은 통상 옥타브 폭을 이용하는데, 특히 정밀한 분석을 필요로 하는 경우에는 1/3옥타브 폭을 사용한다. 최근에는 실시간 분석기(Real Time Analyzer)가 시판되어 전 밴드의 분석이 수십밀리초의 단시간까지 가능하게 되었기 때문에 과도적인 현상의 분석도 용이하게 되었다.

4. 소음원 대책

펌프 및 구동용 원동기에 대해 소음발생의 상황 및 그 방지법을 기술한다. 소음 저감량이 크게 요구되는 만큼 비용상승도 크게 된다.

4.1 펌프

펌프의 소음레벨은 펌프의 형식, 회전수 및 동력에 따라서

다르지만, 사양점의 운전상태에서는 기계로부터 1m에서 80~90dB(A) 정도이고, 일반적으로 디젤기관보다는 낮고, 전동기와 비교하여도 동등 또는 그 이하이다. 단, 토출변을 일부 닫은 상태에서의 운전에서는 밸브에서 발생하는 소음이 높게 되는 것에 주의해야 한다. 펌프의 소음으로는 기계적 원인에 의한 것과 수력적 원인에 의한 것이 있다.

이들의 소음중에서 문제가 되는 것은 회전차 통과음이다. 이 주파수는 회전차 깃수를 Z, 회전수를 N rpm으로 하면

기본주파수 f=NZ/60

이다. f는 통상 50~300 Hz로 낮기 때문에 음을 차단하기는 곤란하다. 이 압력 파동이 펌프 구조부 및 배관계와 공진하게 되면 큰 소음으로는 되지 않지만, 관로가 긴 경우에는 토출배관계의 수주의 고유진동과 일치하여 공진을 일으킨다. 이 경우에는, 배관에서 소음이 발생하는 이외에 배관이 벽을 관통하는 부분 등에서 건물에 진동이 전파되어 건물이 이차소음원으로 된다. 펌프의 회전수가 일정한 경우에는 맥동의 기본주파수도 일정하므로, 이 주파수만으로 한정하여 소음을 저감하는 방법이 사용되지만, 펌프의 회전수 제어를 하는 경우에는 맥동의 진폭 그 자체를 감소할 필요가 있고, 그 방법은 다음과 같다.

(1) 케이싱 볼류트 시작부(舌端)와 회전차 출구와의 간격을 적절하게 조절한다.

(2) 회전차 뒷 가장자리(後線) 또는 케이싱 볼류트 시작부를 경사지게 한다.

(3) 양흡입 볼류트펌프의 경우에는 좌우의 회전차 위상을 바꾼다(<그림6.4> 참조).

이 같은 방법 중 (2), (3)의 방법이 탁월하다.