KR100405167B1 - 마찰식 완충기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격이나 진동 등의 충격에너지를 기계 마찰에 따른 열에너지로 변환하여 대기 중에 방출함과 아울러 탄성에너지로 축적한 후 마찰에 따른 열에너지로 점진적으로 방출하여 충격을 감쇠시키는 마찰식 완충기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마찰식 완충기는, 일단부에 돌출부가 형성된 피스톤 로드; 상기 피스톤 로드 타단에 결합된 소켓에 고정되는 제 1 고정단; 상기 피스톤 로드에 유동 가능하게 결합되는 웨지; 상기 소켓에 축방향으로 위치 이동 가능하게 고정되는 조정기와 상기 웨지 사이에서 상기 제 1 고정단을 통해 가해지는 동하중을 흡수하는 탄성부재; 일단부에 제 2 고정단이 형성되며 상기 피스톤 로드를 수용하는 실린더; 및 내측면에 돌출된 경사부가 상기 돌출부와 웨지 사이에 밀착되고 외주면이 상기 실린더 내주면에 밀착되어, 상기 웨지와 상기 돌출부에 의해 그 내측의 경사부가 원주방향으로 가압됨으로써, 외주면이 상기 실린더 내주면에 마찰 접촉되어 상기 동하중을 감쇠시키는 감쇠부재를 구비하여 이루어지며, 이와 같은 구성의 마찰식 완충기는 구조가 간단하여 소형 및 경량화가 가능하고 사후적 관리가 불필요하여 관리 원가를 줄일 수 있으며, 완충효율도 높다.

Description

마찰식 완충기{Friction Snubber}

본 발명은 충격이나 진동과 같은 동하중(Dynamic force)에 의한 충격에너지를 기계 마찰에 따른 열에너지로 변환하여 점진적으로 대기 중에 방출함으로써 동하중으로 인한 충격을 감쇠시키는 마찰식 완충기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 두 부재를 연결 지지하면서 두 부재 사이에 동하중이 가해지는 경우 그에 따른 충격에너지를 기계적 마찰에 의한 열에너지로 변환하여 대기 중에 방출하면서 그 일부를 탄성 한도 내에서 탄성 변위되는 탄성부재의 탄성에너지로 축적한 다음 점진적으로 기계 마찰 열에너지로 변환하여 방출함으로써 충격을 감쇠시키는 마찰식 완충기에 관한 것이다.

특정 장치의 배관계 등에 작용하는 동하중은, 펌프나 터빈 등의 회전기기를 통해 전달되는 기계진동과 밸브의 갑작스런 개폐로 발생되는 수충격(water hammering)과 배관의 파손에 따른 충격(impulse) 등과 같은 설비의 내부적인 요인에 의해 발생하는 동하중과, 풍 하중과 지진력에 의한 충격과 주변에서 발생하는 폭발 등과 같이 설비의 외부적인 요인에 의해 발생하는 동하중으로 분류된다.

일반적으로, 여러 종류의 동하중이 배관계에 작용할 때 동하중의 운동에너지를 흡수하여 감쇠시키는 완충기는 그 구동방식에 따라 마찰식 완충기와 유압식 완충기로서 분류되며, 초창기에는 발전소, 선박 등에서 유압식 완충기가 많이 사용되었으나, 유압식 완충기는 설치되는 주변의 환경, 즉 온도, 습도, 방사능, 유압유의 점도성 등에 의해 사용시 많은 제약을 받는다.

즉, 유압식 완충기는 내부에 유압유가 충전되므로 내부구조가 복잡하고 사후관리비용이 증가되며, 상대적으로 중량체로서 설치하기가 힘들다는 문제점이 있다. 또한, 상시 진동과 같이 속도가 미미한 움직임에 대해서는 응답성이 떨어지며, 실링 부위의 마모로 인해 오일이 누설되는 경우 완충 기능을 상실하게 되며, 세팅 후에는 완충력 조절도 불가능하다는 문제점도 있다. 아울러, 유압유가 누설되는 경우에 동하중이 가해질 때 완충기능을 수행할 수 없게 되어, 배관의 움직임 속도에 따라 완충력이 상이하게 되므로 사용용도가 한정되는 문제점도 있었다. 이러한 문제점 해소를 위해 구조가 간단하면서 유압유를 사용하지 않는 기계식 완충기가 개발되었다.

그러나, 기계식 완충기 경우에도 내장되는 부품이 마모에 대해 민감하게 반응하고, 설치시 옵셋 때문에 피스톤 로드가 굴곡되거나 축방향으로 가해지는 동하중에 대해 민감하게 반응하며, 충격 또는 진동에 의해 부시 등의 해당 부품이 손상되거나 윤활 부위에서 휘발되는 경우 완충기능을 상실(lock-up)하게 되는 등의 문제점들이 있었다.

이로 인해, 최근에는 유압식 완충기의 강력한 파워와 기계식 완충기가 주변환경으로부터 제한을 받지 않아 범용적으로 사용될 수 있다는 할 수 있는 점을 고려한 마찰식 완충기가 개발되어 사용되고 있다.

본 발명의 목적은, 구조가 간단하여 소형 및 경량화로 인해 설치가 용이하며, 사후 관리가 불필요한 마찰식 완충기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 설치 후에도 내부의 완충력을 용이하게 조절할 수 있고, 내장된 스프링의 압축력에 의해 항시 균일한 완충력을 유지할 수 있도록 한 마찰식 완충기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 움직임이 미미한 상시진동, 해머링에 의한 진동 및 지진에 대해서도 응답성이 뛰어난 마찰식 완충기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 동하중에 의한 피스톤 로드의 진동에너지를 열에너지로 소진하여 충격 또는 진동을 감쇠시킴에 따라 해당 부품이 열응력으로 인해 변형 및 피로 파괴되는 것을 방지할 수 있는 마찰식 완충기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기의 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기의 구성을 보여주는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기의 작동과정을 순차적으로 보여주는 작동도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 ; 제 1 고정단 2 ; 제 2 고정단

3 ; 실린더 4 ; 감쇠부재

5 ; 라이닝 6 ; 웨지(wedge)

7 ; 와셔 8 ; 탄성부재

9 ; 피스톤 로드 10 ; 조정기

전술한 본 발명의 목적은, 일단부에 돌출부가 형성된 피스톤 로드와, 피스톤 로드 타단에 축방향으로 위치 이동 가능하게 연결되는 소켓에 고정된 제 1 고정단과, 피스톤 로드에 유동 가능하게 결합되는 웨지와, 소켓에 축방향으로 위치 이동 가능하게 고정되는 조정기와 웨지 사이에 설치되며, 동하중이 제 1 고정단을 통해 가해질 때 충격을 흡수하는 탄성부재와, 일단부에 제 2 고정단이 형성되며 동하중이 제 1 고정단을 통해 가해질 때 축방향으로 진동하는 피스톤 로드를 수용하는 원통형의 실린더와, 돌출부와 웨지 사이에 밀착되는 경사부가 내측면에 형성되고 외측면이 실린더 내주연에 밀착되며, 동하중이 제 1 고정단을 통해 가해질 때 탄성부재의 압축력에 의해 압착되는 웨지에 의해 경사부를 실린더의 원주방향으로 가압하여 외측면이 실린더 내주연과 마찰 접촉하여 충격 및 진동을 감쇠시키는 감쇠부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰식 완충기를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 제 1 고정단과 탄성부재를 통해 동하중이 가해질 때 웨지에 의한 감쇠부재의 가압력을 증대시켜 감쇠부재를 실린더 내주연에 대해 강력하게 마찰 접촉시킬 수 있도록 감쇠부재는 적어도 2 개 이상으로 분할형성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 감쇠부재와 실린더 내주연 사이에 감쇠부재의 마찰력을 증대시키는 라이너가 설치된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 조정기를 회전시켜 탄성부재의 탄성력을 조절할 수 있도록 제 1 고정단과 상기 소켓 사이에 턴 버클(Turn Buckle)이 설치된다.

바람직한 실시예에 의하면, 두 축이 엇갈리게 설치되어 동하중이 작용하는 경우에도 충격을 감쇠시킬 수 있도록 제 1 고정단과 제 2 고정단에 두 축을 각각 고정 지지하는 베어링부가 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기는, 일단부에 돌출부(9a)가 형성된 피스톤 로드(9)와, 피스톤 로드(9) 타단에 축방향으로 위치 이동 가능하게 연결되는 소켓(12)에 고정된 제 1 고정단(1)과, 피스톤 로드(9)에 유동 가능하게 결합되는 웨지(6)와, 소켓(12)에 축방향으로 위치 이동 가능하게 고정되는 조정기(10)와 웨지(6) 사이에 설치되며, 동하중이 제 1 고정단(1)을 통해 가해질 때 충격을 흡수하는 탄성부재(8;압축코일스프링)와, 일단부에 제 2 고정단(2)이 형성되며 동하중이 제 1 고정단(1)을 통해 가해질 때 축방향으로진동하는 피스톤 로드(9)를 수용하는 원통형의 실린더(3)와, 돌출부(9a)와 웨지(Wedge)(6) 사이에 밀착되는 경사부(4a)가 내측면에 형성되고 외측면이 실린더(3) 내주연에 밀착되며, 동하중이 제 1 고정단(1)을 통해 가해질 때 탄성부재(8)의 압축력에 의해 압착되는 웨지(6)에 의해 경사부(4a)를 실린더(3)의 원주방향으로 가압하여 외측면이 실린더(3) 내주연과 마찰 접촉하여 충격 및 진동을 감쇠시키는 감쇠부재(4)를 구비한다.

이 때, 바람직하기로는, 전술한 제 1 고정단(1)과 탄성부재(8)를 통해 동하중이 가해질 때 웨지(6)에 의한 감쇠부재(4)의 가압력을 증대시켜 감쇠부재(4)를 실린더(3) 내주연에 대해 강력하게 마찰 접촉시킬 수 있도록 감쇠부재(4)는 도 3에 도시된 바와 같이, 원주 방향으로 3 개(일 예로서, 3 개로 분할됨)로 분할 형성된다.

또한, 전술한 감쇠부재(4)와 실린더(3) 내주연 사이에 접촉마찰력을 증대시키는 라이너(5)가 설치되며, 조정기(10)를 회전시켜 탄성부재(8)의 탄성력을 조절할 수 있도록 제 1 고정단(1)과 소켓(12) 사이에 턴 버클(13)이 설치되며, 두 축이 엇갈리게 설치되어 동하중이 작용하는 경우에도 충격을 감쇠시킬 수 있도록 제 1 고정단(1)과 제 2 고정단(2)에 두 축을 각각 고정 지지하는 베어링부(1a,2a)가 설치된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 마찰식 완충기는 도 4의 (a)에서부터 (f)까지의 작동 과정을 통하여 제 1 고정단측에 가해지는 동하중에 따른 충격을 흡수하여 감쇠시킨다.

(a)에 도시된 바와 같이, 정지된 상태에서 제 1 고정단(1)에 동하중(충격 또는 진동 등)이 작용하는 경우, 그에 따른 충격에너지는 제 1 고정단(1)에 일단이 일체형으로 연결된 턴 버클(13), 턴 버클(13) 타단에 일단이 고정된 소켓(12), 소켓(12) 타단에 고정된 조정기(10)를 통해 탄성부재(8)에 전달된다. 이에 탄성부재(8)는 그 충격에너지의 일부를 탄성에너지로 축적하면서 (b)에 도시된 바와 같이 웨지(6)에 전달하고, 웨지(6)는 아직 록킹되지 않는 상태에 있는 감쇠부재(4)를 가압하여 감쇠부재(4)를 전진 이동시키면서 그 경사면(4a)에 원주방향의 분력을 작용하여 실린더(3)의 내주면에 밀착시킨다. 이에 피스톤 로드(9) 등은 상기 감쇠부재(4)와 실린더(3) 사이의 마찰력에 의해 그 속도가 크게 완화되면서 전진 이동하게 되며, 감쇠부재(4)와 웨지(6)는 피스톤 로드(9) 등과 함께 전진하다가 상기 감쇠부재(4)와 실린더(3) 사이 마찰력이 동하중 보다 커지는 위치에서 고정된다. 이 과정에서 제 1 고정단(1)에 작용한 동하중에 의한 충격이 1 차 완화되고, 그 충격에너지의 일부는 감쇠부재(4)와 실린더(3) 사이의 마찰로 발생되는 열에너지로 바뀌어 대기 중으로 소진된다.

이어, 감쇠부재(4)가 마찰력에 의해 정지하면, (c)에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(9) 등과 함께 전진 이동하는 조절기(10)가 탄성부재(8)를 가압하고, 탄성부재(8)는 그 가압력에 의해 압축 변형되면서 잔여 충격에너지를 압축 탄성에너지로 축적한다.

이어, 조절기(10)가 제 1 고정단에 작용하는 동하중이 탄성부재(8)의 탄성력 보다 작아지는 지점에 이르면, (d)에서와 같이, 압축되었던 탄성부재(8)가 앞서의압축 변위에 따른 탄성력으로 복원되면서 조절기(10)를 후퇴시켜 피스톤 로드(9) 등을 후퇴 이동시킨다. 이 때, 감쇠부재(4)는 그 뒤쪽 경사면(4b)을 가압하는 피스톤 로드(9)의 돌출부(9a)에 의해 피스톤 로드(9)와 함께 일정 거리를 전진한 다음 (e)에 도시된 바와 같이 돌출부(9a)로부터 받는 원주방향의 분력에 의한 마찰력으로 실린더(3) 내주면에 다시 밀착 고정된다. 이 과정에서 탄성부재(8)에 압축 탄성에너지로 변화되어 축적되었던 잔여 충격에너지의 일부가 웨지(6)와 실린더(3) 사이의 마찰로 발생되는 열에너지로 바뀌어 대기 중으로 방출된다. 감쇠부재(4)가 실린더(3)에 재고정되면, 피스톤 로드(9) 등은 그 관성에 따라 (f)에 도시된 바와 같이, 제 1 고정단에 작용하는 반력으로 재 전진한다. 이에, 감쇠부재(4)는 웨지(6)의 가압력에 의해 재전진하다가 원주방향 분력에 의한 마찰력으로 다시 실린더(3)에 밀착 고정되며, 이어서 조절기(10)가 탄성부재(8)를 최초 변위량 보다 작은 변위량으로 재압축시킴으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기는 앞서 제 1 고정단에 최초 동하중이 작용할 때와 동일한 과정으로 작동하면서 잔여 충격에너지의 일부를 감쇠부재(4)와 실린더(3) 사이의 마찰열로 변화시켜 대기 중으로 방출한다.

이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기는 피스톤 로드(9)와 감쇠부재(4) 등의 왕복동 과정을 반복하면서 제 1 고정단(1)에 작용하는 동하중에 의한 충격에너지를 감쇠부재(4)와 실린더(3) 내주면 사이의 마찰접촉에 따른 열에너지로 모두 바꾸어 대기 중으로 방출함으로써 그 충격을 크게 완화시킬 수 있다.

한편, 이상과 같은 과정을 통해 충격을 완화하는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기는 그 감쇠부재(4)가 3 개 부재로 길이방향으로 분할되어 실린더(3) 내주면에 대해 접촉 마찰력을 증대시킴으로써 제 1 고정단(1)에 작용하는 동하중에 의한 충격 또는 진동 감쇠율이 높다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰식 완충기는, 소정 장소에 설치 후에도 완충력을 용이하게 조절할 수 있으며, 제 1 고정단과 제 2 고정단 사이의 거리 조절이 가능하다는 장점도 있다. 즉, 제 1 고정단(1)과 소켓(12) 사이에 턴 버클(13)이 설치됨으로써 소정위치에 체결된 상태에서 턴 버클(13)을 좌측 또는 우측방향으로 회전시켜 제 1 고정단과 소켓(12) 사이의 거리를 조절하여 완충력을 조절할 수 있고, 또 제 1 고정단과 제 2 고정단 사이의 거리 조정도 가능하다.

아울러 제 1 고정단과 제 2 고정단에 각각 소정 각도 범위 내에서 회전이 가능한 베어링이 설치됨으로써 상호 지지하는 두 축이 평행하지 않은 경우에도 적용 가능하다는 장점도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰식 완충기는 구조가 간단하여 소형 및 경량화됨으로써 설치가 용이하며, 사후 관리가 불필요하여 보전 비용을 줄일 수 있다. 설치 후에는 완충력을 용이하게 조절할 수 있고, 내장된 스프링의 압축력에 의해 항시 균일한 완충력을 유지할 수 있다. 또한, 움직임이 미미한 상시 진동이나 해머링에 의한 진동 및 지진에 대해서도 응답성이 뛰어나다.

동하중에 의한 피스톤 로드의 충격 및 진동에너지를 점진적으로 열에너지로바꾸어 소진시켜 충격 또는 진동을 감쇠시킴에 따라 해당 부품이 열응력으로 인해 변형 및 피로 파괴되는 것도 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 일단에 돌출부가 형성되고 타단에 제1고정단이 형성되는 피스톤 로드와, 피스톤 로드에 유동가능하게 결합되는 웨지와, 피스톤 로드 외주연에 형성된 소켓에 축방향으로 위치이동가능하게 고정되는 조정기와 웨지사이에 설치되는 탄성부재와, 일단에 제2고정단이 형성되며 피스톤 로드를 수용하는 실린더와, 제1고정단과 조정기사이에 설치되는 턴 버클과, 내측면의 경사부가 돌출부와 웨지사이에 밀착되고 외주면이 실린더 내주면에 밀착되며 동하중이 제1고정단을 통해 축방향으로 전달시 실린더 내주면에 마찰 접촉되어 동하중에 따른 충격을 감쇠시키는 감쇠부재를 구비하는 마찰식 완충기에 있어서:

   상기 감쇠부재는 상기 실린더 내주면에 대한 접촉 마찰력을 높이도록 원주방향을 따라 적어도 2개 이상으로 분할형성된 것을 특징으로 하는 마찰식 완충기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 감쇠부재는 그 외주면에 부착되어 상기 실린더 내주면에 대한 마찰력을 증대시키는 라이너를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰식 완충기.
4. 삭제
5. 삭제