소방기기 소음·진동 — 원인과 방진 대책

정의

소방기기 소음·진동은 운전 중 기계가 만든 소리와 흔들림이다.

소음은 기계·기구·시설의 사용으로 발생하는 강한 소리이고, 진동은 강한 흔들림이다.

소방펌프는 평소엔 조용해도 화재 시 가동되므로 설계 단계부터 막아야 한다.

발생원과 전달경로

기계가 돌면 회전 불평형과 압력 맥동에서 진동이 생긴다.

진동은 기초와 벽·바닥 구조체를 타고 옮겨 가 옆 공간의 벽을 울린다.

벽이 울려 생기는 소리는 고체 전달음이고, 공기로 퍼지는 소리는 공기 전달음이다.

그래서 대책은 발생원 저감, 경로 차단, 수음 측 차음으로 나눠 쓴다.

방진의 원리와 계산

방진은 기계와 구조체 사이에 탄성 요소를 넣어 진동 전달률을 낮추는 원리다.

전달률 T는 1을 |1-(f/fn)²|로 나눈 값이다. f는 강제진동수, fn은 고유진동수다.

강제진동수가 고유진동수보다 충분히 높으면 T가 1보다 작아져 진동이 준다.

f가 30Hz, fn이 10Hz이면 T는 0.125다. 진동의 약 12.5%만 구조체로 넘어간다.

방진·방음·흡음 비교

소음·진동 대책은 막으려는 대상에 따라 방진, 방음, 흡음으로 나뉜다.

방진은 진동이 구조체로 옮아가는 것을 막는다. 핵심 요소는 탄성 지지다.

방음은 공기 중으로 나가는 소리를 질량 차음벽으로 막고, 효과는 투과손실로 본다.

흡음은 방 안의 반사음을 줄일 뿐 외부 차음 효과는 없다.

그래서 펌프실처럼 고체전달음이 주가 되는 곳은 방진이 먼저다.

계산 예제

앞 문제의 답은 방진이다.

가진 주파수 fd는 회전수 N을 60으로 나눈 값이다.

정격 1800rpm 전동기라면 가진 주파수는 30Hz다.

방진 시스템의 고유진동수 fn은 k와 m으로 정해지며, 가진 주파수보다 충분히 낮게 잡는다.

이 예시의 fn은 약 4Hz로, 30Hz보다 충분히 낮아 공진을 피한다.

정리와 채점 포인트

지금까지 내용을 정리한다. 원인은 발생원, 전달경로, 수음 측으로 나눠 쓴다.

방진 설계의 핵심은 고유진동수와 운전 주파수의 관계를 보는 것이다.

펌프는 기동 시 수격, 캐비테이션, 서징 같은 유체 원인도 함께 쓴다.

소음 측정은 KS 등 측정 표준을 따른다는 점을 한 줄 덧붙인다.