[논문]고속 교반기의 진동소음, 열특성 평가를 위한 실험적 고찰

이진갑

doi:10.5762/kais.2008.9.6.1529

고속 교반기의 진동소음, 열특성 평가를 위한 실험적 고찰
Experimental Consideration for Vibration Noise, Heat Evaluation on High Speed Mixer 원문보기

이진갑 (경기공업대학 자동화로봇과)

최근, 교반기는 화학물질의 교반 및 탈포를 위해 디스플레이, 반도체 업체에서 광범위하게 사용되고 있다. 교반기는 일반적으로 축, 교반조, 감속기어 및 구동 모터로 구성되어 있다. 교반기 설계시의 주요 사항은 회전시의 동적 특성을 평가하는 것이다. 회전시의 동적특성은 진동, 소음 및 열방출로 나타난다. 본 논문은 고속 교반기의 동적 특성을 실험적으로 규명하였다. 진동을 유발하는 주 인자는 회전체의 불균형에 기인한 것임을 알 수 있었으며, 교반 용기 부위의 온도가 전체온도에서 상대적으로 제일 높음을 알 수 있었다.

Recently, mixers are being widely used in the display and semiconductor company in order to mix the chemical materials. The mixer normally consists of shaft, hub, reduction gear, and driving motor. It is one of the key design factors to evaluate the dynamic characteristics caused by the rotation. In this study, the dynamic characteristics of the high speed mixer, such as vibration, noise and thermal radiation, are verified by the experiment. Through the experiment, it is shown that the structural unbalance mass of high speed mixer is the important source of the severe vibrations and maximum temperature is mixer bowl.

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문제 정의

본 논문에서는 피 처리물을 교반 및 탈포하기 위하여 사용하는 공전 및 자전방식 유성식 교반기를 대상으로 진동소음, 열적 특성을 실험을 통해 다음과 같은 결과를 얻었다.

제안 방법

각 부위의 동특성은 각 부위별로 충격 가진을 하여 신호를 분석하였다.
교반기에 전원을 인가하고, 전원을 끌 때 일정한 시간 동안에 나타나는 동특성을 X방향에서 측정하였다. 그림 7은 시간영역에서의 가속도 특성과 그림 8은 시간 영역에서의 주파수 특성을 나타내었다.
교반기의 주요 부위인 베이스 판 부위, 커버 부위, 밸런스 웨이터 부위별로 동특성을 측정하였다. 그림 9는 측정 부위의 사진, 그림 10은 각 부위별의 X방향으로 가진한 주파수 특성이다.
본 실험은 회전시 발생하는 진동과 소음을 정량적, 정성적으로 평가하고, 주 진동원 규명을 위해 주요 부품의 동특성 평가를 수행하였다[2].
본 연구는 공전과 자전을 이용한 유성식 교반기의 진동소음 및 신뢰성 확보를 위한 사전 단계로써, 교반기의 동적 특성을 진동, 소음실험을 통해 정량적으로 평가하였고 진동 발생원을 규명하였으며, 회전 시 열적 특성 평가를 위해 부위별 온도 측정을 실시하였다.
설치하였다. 부착된 가속도계와 마이크로폰의 신호는 전용 앰프와 연결하여 발생되는 신호를 FFT를 통하여 분석하였다. 사용한 주파수 분석기는 B&K PULSE 3560이다.
정상조건은 lOOOrpm에 도달한 이후에 측정하였고, 과도진동 측정은 전원 인가 후 정상조건의 회전수에 도달하기 까지 약 25초 동안의 가속도 신호를 측정하였다. 각 부위의 동특성은 각 부위별로 충격 가진을 하여 신호를 분석하였다.
[4]를 참조하였다. 진동측정은 가속도계를 사용하여 정상상태와 과도상태에서 측정하였으며, 소음은 정상 상태에서 마이크로폰으로 측정하였다. 그림 4에 진동소음을 측정하기 위한 장치 구성도를 나타내었다.

대상 데이터

이 장치는 물체에서 방사하는 열 적외선을 검출해 온도를 측정하고 측정한 온도 변화를 컬러 영상으로 처리해 측정자가 쉽고 정확하게 측정대상 물체의 온도 값을 확인할 수 있다. 본 실험에 사용한 적외선 열화상 장치는 NEC(TH₉₁00MV)이고, 대상물의 반사율을 일정하게 하기위해 주요 측정부위를 흑색으로 채색하였다. 그림 11은 구동을 시작하여 정상조건에서 1분 후의 주요 부위별 온도분포를 보여주고 있고, 표 4는 각 부위별 온도를 나타내었다.
부착된 가속도계와 마이크로폰의 신호는 전용 앰프와 연결하여 발생되는 신호를 FFT를 통하여 분석하였다. 사용한 주파수 분석기는 B&K PULSE 3560이다.

이론/모형

진동소음 측정은 KS B ISO 10816(3], KS A ISO 11201 [4]를 참조하였다. 진동측정은 가속도계를 사용하여 정상상태와 과도상태에서 측정하였으며, 소음은 정상 상태에서 마이크로폰으로 측정하였다.

성능/효과

1) 교반기 진동의 주된 원인은 교반용기(mixer bowl)의 회전에 의한 불균형으로, 진동이 기어를 거쳐 케이스로 전달된다.
3) 교반기의 온도 분포는 교반용기 (mixer bowl) 부위의 온도가 전체온도에서 상대적으로 제일 높으며, 하단의 베벨기어부의 온도가 믹서 볼 부위에 전달되어 상승된다.

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