This paper deals with the noise evaluation and noise reduction of a reciprocating air-compressor. The reciprocating air-compressor is widely used in the small and medium sized industrial firms, many employees exposed and irritated by their noise in the workplace. Thus, appropriate noise control acti...
This paper deals with the noise evaluation and noise reduction of a reciprocating air-compressor. The reciprocating air-compressor is widely used in the small and medium sized industrial firms, many employees exposed and irritated by their noise in the workplace. Thus, appropriate noise control actions should be taken to prevent hearing loss due to the its noise exposure. Lead-wrapping techniques are employed to identify the contribution of principal noise sources which are generally known to be motor, belts, suction valves, discharge valves, moving parts, and flow-induced noise caused by edges or discontinuities along the flow path including expansions, contractions, junctions and bends. As a result, the main noise sources of the air-compressor are categorized by the suction and discharge noise, valve noise, and compressed air tank noise. Based on the investigations, mufflers are designed to reduce both the suction and discharge noise and the compressed-air tank noise. Instead of the conventional valve plate, polyethylene resin is used the reduction of valve impact noise. In addition, attempts are made to reduce the valve noise propagation to the cylinder head and the compressor tank by using the insulation casings. As a result of the countermeasure plans, a noise reduction up to 10dB(A) could be achieved for the air-compressor.
This paper deals with the noise evaluation and noise reduction of a reciprocating air-compressor. The reciprocating air-compressor is widely used in the small and medium sized industrial firms, many employees exposed and irritated by their noise in the workplace. Thus, appropriate noise control actions should be taken to prevent hearing loss due to the its noise exposure. Lead-wrapping techniques are employed to identify the contribution of principal noise sources which are generally known to be motor, belts, suction valves, discharge valves, moving parts, and flow-induced noise caused by edges or discontinuities along the flow path including expansions, contractions, junctions and bends. As a result, the main noise sources of the air-compressor are categorized by the suction and discharge noise, valve noise, and compressed air tank noise. Based on the investigations, mufflers are designed to reduce both the suction and discharge noise and the compressed-air tank noise. Instead of the conventional valve plate, polyethylene resin is used the reduction of valve impact noise. In addition, attempts are made to reduce the valve noise propagation to the cylinder head and the compressor tank by using the insulation casings. As a result of the countermeasure plans, a noise reduction up to 10dB(A) could be achieved for the air-compressor.
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문제 정의
왕복동식 공기압축기의 소음에 대해서는 배기소음, 밸브거동 등 각 부분별로 연구되고 있고', 지 국내에서는 주로 가전제품용 압축기에 관한 연구3)가 이루어지고 있으나 근로자들의 작업환경 관점에서 산업용 공기압축기 의 종합적 인 소음저 감에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사업장에서 광범위하게 사용되는 왕복동식 공기압축기를 대상으로 흡기, 압축, 배기 등에 의한 공기의 유동소음, 맥동에 의한 소음, 밸브의 충격소음, 압축기 본체의 진동 및 구조체에 의한 전달 소음, 방사 소음원 등을 규명하여 이에 대한 소음저감대책을 제시하고자 한다.
배기밸브플레이트에 의한 저수파수 및 고주파수 대역의 충격음의 완화 또는 제거를 위하여 흡 . 배기밸브플레이트를 댐핑이 좋은 특수 재료로 교체하는 방안을 검토한다.
본 연구의 범위는 왕복동식 공기압축기 소음저감을 위한 대책수립으로써 주요 소음원을 규명하고, 각각의 기여도를 분석하고, 이를 바탕으로 대책을 수립고자 한다.
제안 방법
2) 공기압축탱크의 압축공기 인입부 노즐의 위치에 따른 공명효과를 최소화하기위한 최적의 노즐 위치를' 검토한다.
2) 에어필터의 흡기구를 통하여 방사되는 100~ 400Hz 저주파수대역 소음의 저감을 위하여 흡기소음기를 설계, 제작하였다.
공기압축기의 소음을 평가하기 위하여 부위별 기여도 분석위주로 실험하였다. 실험방법은 Lead Wiping 방법을 사용하였다.
따라서 측정시의 압력에 따라 소음수준이 달라질 수 있으므로 공기압축기의 소음 측정레벨의 일관성 유지를 위하여, 소음이 가장 크게 발생하는 압축압력 7kg#cm2에서 각각 5회씩 측정하였다.
4) 흡 . 배기밸브의 소음을 저감하기 위하여 흡기 방의 구조 및 밸브의 누름장치 구조 등을 검토하여 장치를 고안한다.
위의 대책을 바탕으로 7종의 소음 저감장치를 고안하였다. 그리고 이에 대한 적정성 및 효과를 파악하기 위하여 실험을 해 본 결과 Table 2와 같았다.
5)을 선정하였다 4, 5). 정확한 소음레벨의 평가를 위해서는 무향실 (Anechoic Room)에서 측정하는 것이 바람직하나, 본연구의 목적이 상대적인 소음을 저감하는 것이므로 측정의 편이를 위하여 일반 작업장(실험실)에서 실험 및 상대적인 소음수준을 측정하였다. KS B 6361 및 ISO 1680/1에 의하면 측정 장소로 사용된 작업장의 환경보정값으로부터 소음원 자유음장의 음향 레벨을 산정할 수 있다.
대상 데이터
있었다. 따라서 본 연구에서는 중소규모사업장에서 많이 사용되고 있는 왕복동식 공기압축기 중 기본형에 해당되는 7.5마력의 공기압축기를 연구대상으로 선정하였다. 왕복동식 공기압축기의 외형 및 사양은 Table 1 및 Fig.
소음의 측정법으로는 국제적으로 널리 사용되고 있는 ISO 1680/l-1986(E) 및 KS B 6361을 참고로 하여 Fig. 2와 같이 5개의 측정점(Pt.l~Pt.5)을 선정하였다 4, 5). 정확한 소음레벨의 평가를 위해서는 무향실 (Anechoic Room)에서 측정하는 것이 바람직하나, 본연구의 목적이 상대적인 소음을 저감하는 것이므로 측정의 편이를 위하여 일반 작업장(실험실)에서 실험 및 상대적인 소음수준을 측정하였다.
이론/모형
모든 실험은 ISO 1680/1-1986 및 KS B 6361 에서 정하는 바에 따라 연구대상 기계의 상하좌우 및 높이 방향의 5개소에서 측정하였다. Fig.
분석위주로 실험하였다. 실험방법은 Lead Wiping 방법을 사용하였다. 이 방법은 주요 소음원 전부를 납 차음판(차음재)으로 감싼 후 소음레벨을 측정하고, 각 소음원별로 1개소씩 차음재를 순차적으로 제거해 나가면서 소음레벨을 측정하여, 바로 전 단계에서 측정한 소음레벨과 비교함으로써 그 차를 확인하는 방법이다.
성능/효과
1) 공기압축기의 주요 부위별, 주파수 대역별 소음 기여도를 분석한 결과 흡기소음은 100~40아払 압축탱크에 의한 방사소음은 500~8, 000Hz의 넓은 주파수 대역에 걸쳐 기여하고 있다. 밸브소음은 전체 관심 주파수 대역에 걸쳐 있어 가장 중요한 소음원이며, 실린더 헤드 및 실린더 블록의 소음은 125~ 300Hz 대역과 4, 00A8, 000Hz 대역에서의 소음 기여도가 높았다.
5) 압축공기에 의한 유동소음 및 밸브 등의 고체기인 소음이 공기저장탱크에 전달되어 발생되는 소음 및 공명현상을 감소시키기 위하여 인입노즐 부위의 소음저감장치를 고안하여 적용한 결과 약 2~ 5dB(A)의 소음저감 효과가 나타났다.
6) 공기압축기 소음저감을 위하여 총 7종의 개선대책을 적용한 결과 최대 10dB(A)의 소음저감을 얻을 수 있었다.
4) 흡 . 배기밸브에 대한 소음저감장치를 고안하여 밸브에 의한 방사 소음을 최고 3.4db(A)의 저감 효과가 나타났다.
3) 흡 . 배기밸브의 충격음을 줄이기 위하여 밸브 플레이트를 가볍고, 충격흡수 및 내마모성이 좋은 특수재질로 교체하여 최고 3.8dB(A)의 저감 효과가 나타났다.
대역에 걸쳐 기여하고 있다. 밸브소음은 전체 관심 주파수 대역에 걸쳐 있어 가장 중요한 소음원이며, 실린더 헤드 및 실린더 블록의 소음은 125~ 300Hz 대역과 4, 00A8, 000Hz 대역에서의 소음 기여도가 높았다.
압축압력의 증가와 소음의 관계를 살펴 본 결과, 압축압력이 증가함에 따라 125Hz, 500Hz 및 4000- 10, 000Hz에서 소음이 5dB(A) 이상 증가함을 확인하였다. 따라서 측정시의 압력에 따라 소음수준이 달라질 수 있으므로 공기압축기의 소음 측정레벨의 일관성 유지를 위하여, 소음이 가장 크게 발생하는 압축압력 7kg#cm2에서 각각 5회씩 측정하였다.
왕복동식 공기압축기를 조사해 본 결과, 대부분 표준형의 실린더 헤드를 설계해 놓은 상태에서, 공기압축기의 용량이 증가하면 실린더 헤드 수를 늘려 제조하고 있었다. 따라서 본 연구에서는 중소규모사업장에서 많이 사용되고 있는 왕복동식 공기압축기 중 기본형에 해당되는 7.
참고문헌 (11)
이정권, '배기소음기의 음향해석 및 설계', ？자 동차공학회？, 16(4), pp. 37-50, 1994
이성욱, '왕복동식 압축기의 밸브거동과 압력 맥동에 대한 연구', ？한국소음진동공학회？, 9(4), 754-760, 1999
박철희, '냉장고용 왕복동식 압축기의 소음특성 에 관한 실험적 연구', ？한국소음진동공학회？, 추계학술대회논문집, 196-201, 1997
ISO 1680/1-1986, 'Acoustics-test code for the measurement of airborne noise emitted by rotating electrical machinery - Part 1: Engineering method for free-field conditions over a reflecting plane'
KS B 6361, 1979, '송풍기, 압축기의 소음레벨 측정 방법'
MIL-STD-740-1(SH)-1986, 'Airborne sound measurements and acceptance criteria of shipboard equipment'
Leo L. Beranek, Noise and Vibration Control, McGraw-Hill, 1971
M. L. Munjal, Acoustics of Ducts and Mufflers, John Wiley & Sons, Inc., 1987
Masayuki Yokoi, Study of portable electric drill noise. Noise Control Eng. J. 42(4), pp. 129-139, 1994
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