회전기계에서 발생하는 진동 원인 중 약 60% 이상이 불평형(unbalance)에 의한 진동이다. 불평형은 기계의 과도한 진동을 유발시킬 뿐 아니라 베어링의 수명 단축 및 소음을 발생시킨다. 따라서, 기게의 수명을 연장시키고, 기계의 성능을 향상시키며 부드럽고 진동이 없는 운전을 위하여 평형잡이(balancing)는 절대적으로 중요하다. 불평형은 축 중심선에 대하여 회전체의 질량 분포가 비대칭이기 때문에 발생하는데 그 원인으로는 부품 자체가 비대칭에서 오는 설계 또는 제도 오차, 주물의 기포 및 용접의 불균일 등에 의한 재질상의 결함, 그리고 부품조립시 형상누적공차 등에 의한 가공.조립오차 등이 있다. ISO의 정의에 따르면 평형잡이는 회전체의 질량 분포를 조사하고 필요하다면 저널의 진동과 베어링의 작용력들이 운전속도에 대응하는 주파수에서 특정한 한계내에 있도록 보증하게 하기 위한 조정을 하는 과정이다. 불평형 상태에 대한 조사도 평형잡이로 표현된다. 그러나 수정이 필요하다고 간주된다면 수행된다. 모든 회전체는 초기 불평형(initial unbalance)이라 불리는 임의의 불평형을 가지고 출발한다. 완벽하게 평형이 잡힌 회전체를 달성하는 것이 평형잡이 작업의 목적은 아니다. 임의의 잔류 불평형(residual unbalance)은 항상 허용된다. 경제적인 이유에서 회전체는 일반적으로 요구되는 적절한 허용치보다 더 이상 평형잡이를 하지 않는다. 현장에서 현장 평형잡이를 수행하게 될 경우, 가끔 계산된 수정질량이 매우 클 경우가 있다. 이때 기게의 조건상 큰 수정질량을 부착하기가 곤란한 경우가 자주 발생한다. 작은 수정질량으로 평형잡이를 할 수 있다면 기계의 안정성 면에서 매우 유리하다. 따라서 본 연구에서는 영향계수법(Influence Coefficient Method : ICM)의 기본 개념과 유전 알고리즘(Genetic Algorithm : GA)을 이용하여 회전기계의 안정성을 보장할 수 있는 허용진동 내에서의 최적 수정질량 계산법을 제시한다.
힘평형 서보 가속도계의 성능특성을 결정하는 4개의 팔로 구성된 질량지지 장치를 설계·제작하였다. 팔의 두께와 인가질량의 변화에 따른 질량지지 장치의 응답특성을 유한 요소법을 이용하여 계산하고, 레이저 간섭계를 이용하여 간섭무의 수의 변화와 응답 전압값을 이용하여 가속도계의 응답특성을 측정하였다 팔의 길이와 두께가 변화함에 따라 응답특성은 크게 변화하였으며, 인가질량의 변화는 질량지지 장치의 응답특성변화에 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었다. 수치해석과 레이저 간섭계로 측정한 공진주파수가 5%차이의 근사한 값을 얻을 수 있었다.
진동가속도를 감지하는 힘평형 서보 가속도계의 성능특성을 결정하는 질량지지 장치를 4개의 팔로 구성된 형태로 설계하고 응답특성을 조사하였다. 스프링의 길이, 폭, 두께에 따른 질량지지 장치의 응답특성을 유한요소법을 이용하여 계산하고, 이를 바탕으로 힘평형 서보 가속도계의 감도, 사용주파수 범위 및 동적 범위를 예측하였다. 그리고 레이저 간섭계를 이용하여 힘평형 서보 가속도계의 각각의 진동 주파수 및 가속도의 크기에 따른 간섭무의 수의 변화와 이때의 응답전압간을 이용하여 가속도계의 응답특성을 측정하였으며, 수치해석을 통해 얻은 결과와 비교 분석하였다.
회전체를 내포하는 회전기계에서 진동의 근원은 불평형 질량이다. 본 여구에서는 정적평형 방법을 이용하여 돌출 회전축에 설치된 회전체의 평형을 바로 잡았으며, phase angle method 와 four run method로부터 보정 질량을 산정하였다. 또한, 평형잡이 전후의 진동의 감쇠를 조사하였다. 실험결과 불평형 질량에 의해 발생하는 진동은 불평형의 효과를 제거함으로써 감쇠됨을 확인하였다. 특히 불평형 질량이 작을 때, 진동의 감쇠력에서 four run method가 phase angle method 보다 더 유효함을 입증하였다.
본 연구에서는 동적평형 방법을 이용하여 두 지지축대에 설치된 불평형 회전체의 평형을 바로 잡았으며, seven run method를 이용하여 보정질량을 산출하였다. 또한 평형잡이 전후 진동의 감쇠를 조사하였다. 실험결과 두 지지축대에서 측정된 진동의 진폭은 불평형 질량에 비례함을 확인하였으며, 위상각 측정없이 진동의 진폭 측정만을 필요로 하는 seven run method가 동적평형 방법으로 유효함을 입증하였다.
본 연구에서는 액체를 이용한 위험속도 이상에서 불평형의 반대측으로 액체 를 이동시켜, 이것을 평형질량으로서 이용하여 축의 휘돌림 진폭을 감소시키 는 방안으로서 자기보상형 액체평형장치를 제안하고 기지의 정불평형에 대 한 이론과 실험을 통하여 그 유용성을 검증하고 결과를 나타낸다.
다성분 양이온 교환을 위한 평형과 동역학 데이터는 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델을 이용하여 수행 및 평가하였다. 양이온 흡착의 평형과 칼럼 실험은 양이온 교환 합성 수지 IRN 77로 H/sup +/, Li/sup +/, Na/sup +/, NH₄/sup +/, Mg²/sup +/ 이용하여 2, 3, 4, 5 성분 양이온 교환을 수행하였다. 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델은 이온 선택도와 경쟁적 양이온 교환을 조사하기 위하여 데이터에 대해 시험하였다. 표면 착화 모델은 질량 작용 모델보다 평형과 동역학 실험 데이터를 정확히 예측하였다.
다절점 케이블요소를 이용하여 조류하중을 받는 해양 케이블의 자유진동해석을 수행한다. 등매개 곡선 케이블요소(isoparametric cable element)의 접선강성행렬과 질량행렬을 유도하고, 하중증분법을 이용하여 지점 변위를 일으키고 자중, 부력, 그리고 조류력을 받는 케이블의 초기평형 상태를 결정한다. 초기의 정적평형상태를 기준으로 부가질량을 고려한 해양케이블의 자유진동해석을 수행한다. 수중케이블의 자유진동해석을 통하여 얻은 해석결과와 기존의 문헌의 결과를 비교, 검토함으로써 본 논문에서 제시한 이론 및 해석방법의 타당성을 입증한다.
선박이나 산업플랜트에 이용되고 있는 압축공기의 압력이 증가되고 압축기의 경량화 내지는 설치면적을 축소하기 위하여 3단압축을 하므로서 토출압력을 30기압 이상으로 증가할 수가 있다. 그러나 크랭크기구를 갖고있는 공기압축기의 실린더 배열이 복잡하고 고속운전으로 인하여 크랭크축에 연결된 왕복질량과 회전질량에 의한 불평형력이 저감되도록 왕복질량의 적절한 배치와 중량감소를 위해 주철재 피스톤 재질을 알미늄합금으로 교체하고 적절한 평형추 설치와 방진고무의 선택을 검토해야한다. 본 연구에서는 3개의 실린더가 60도 간격으로 배치되는 W형 공기압축기의 진동상태를 측정하고 이를 분석하여 진동저감을 위한 대책으로 평형추 계산이론을 도출하는데 중점을 두었다. 검토대상 공기압축기의 사양은 표1에 보이는 바와 같다.
환성진화(桓星進化)의 최종단계(最終段階)에서 이루어지는 고밀도성(高密度星)(백색왜성(白色矮星), 중성자성(中性子星))의 평형(平衡)의 한계질량(限界質量)은 현재(現在)까지 태양질량(太陽質量)의 $0.6{\sim}2$배(倍)로 알려졌다. 이 값의 차이(差異)는 가정(假定)한 상태방정식(狀態方程式)에 따르고 있으나 그 어느것이나 모두 태양(太陽)의 질량(質量)과 대차(大差)없다는 사실(事實)은 주목(注目)할 일이다. 또 관측(觀測)된 보통(普通)의 별의 질량(質量)도 태양질량(太陽質量)의 $\frac{1}{10}{\sim}60$배(倍)의 범위에 있다. 이 두 사실(事實)을 종합(綜合)하여 태양(太陽)의 질량(質量)이 가지는 특정(特定)한 자리의 물리적(物理的)인 근거(根據)로서 Polytrope 기체(氣體)의 지수(指數) $({\gamma}=\frac{4}{3})$와 $(\frac{{\hbar}c}{Gm_H{^2}})^{\frac{3}{2}}$의 지수(指數)사이의 연관성(聯關性)을 고찰(考察)하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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