왕복동 압축기의 소음원 규명 및 음향-구조 연성 해석 연구 = Noise Source Identification and Acoustic-Structure Interaction Analysis of the Hermetic Reciprocating Compressor
저자
발행사항
서울 : 서울대학교 대학원, 2023
학위논문사항
학위논문(박사)-- 서울대학교 대학원 : 항공우주공학과 2023. 2
발행연도
2023
작성언어
한국어
주제어
DDC
621
발행국(도시)
서울
형태사항
viii,117 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이수갑
UCI식별코드
I804:11032-000000175396
소장기관
압축기는 외부 일을 공급하여 저압의 기체를 고압의 기체로 변환하는 기계 장치로, 냉동 사이클을 구성하는 핵심 부품 중 하나이다. 그 중 냉장고용 왕복동 압축기는 쉘 하우징이 압축 구동부를 감싸는 밀폐형 구조로 설계되어 있으며, 냉매 가스가 외부 공기와 접촉하지 않도록 기밀 구조를 형성하는 한편 내부 공간의 소음이 외부로 전파되는 것을 최소화하기 위한 차폐 기능도 수행한다. 지금까지 냉장고용 압축기의 소음 관련 연구는 대부분 제품 출시를 위해 요구되는 규격 조건을 충족시키거나, 개발 과정에서 발생하는 문제들을 단기적으로 해결하는 방향으로 수행되어 왔다. 밀폐형 구조의 특성 상 내부의 주요 부품 거동을 관찰하는 것이 어렵기 때문에 압축기의 소음 발생 과정에 대한 근원적인 연구는 부족하며, 경험에 기반한 추정 혹은 직관을 바탕으로 검토되고 있는 상황이다. 본 논문에서는 냉장고용 밀폐형 왕복동 압축기의 소음 특성 연구에 대한 새로운 방법론을 제시하고자 하였다. 밀폐형 쉘 하우징의 구조적 특징을 고려한 시험 방법을 수립하여 소음 발생 메커니즘을 파악한 후, 음향-구조 연성 해석을 수행하여 소음 방사 특성을 확인하고자 하였다.
냉매 가스의 압축 과정에 대한 고찰을 바탕으로 압축기의 소음이 발생하는 원인을 파악하기 위해서는 기존 연구의 한계를 극복할 수 있는 새로운 접근이 필요하다. 본 연구에서는 밀폐형 압축기의 주요 부품 특성을 확인하기 위해 고안된 시험 장치를 이용하여 밸브 시스템의 거동 및 실린더 내부의 압력 변화를 측정하고, 냉매 가스가 압축되는 과정의 주요 특성을 파악하였다. 또한, 압축기에서 발생하는 음압의 시계열 신호 및 주파수 스펙트럼을 이용하여 주요 소음 특성을 확인하였다. 상호상관함수를 이용하여 서로 다른 시점에 각각 수행된 두 시험의 시계열 신호를 동기화 하였으며, 순시 주파수 분석을 통해 주파수 스펙트럼의 시변 특성을 확인하여 압축기의 소음 발생 메커니즘을 규명하였다. 다양한 냉동 사이클 구동 조건에 대응하기 위한 압축기의 속도 가변 설계를 고려하였으며, 운전 속도 상승에 따른 소음 발생 특성의 변화를 규명하였다.
밀폐형 왕복동 압축기의 소음 연구에 있어, 전산해석은 주로 시험 결과를 검증하거나 이론 계산을 뒷받침하는 목적으로 활용되어 왔다. 근래에는 압축기를 구성하는 주요 부품 요소의 소음 특성에 대한 다양한 해석이 이루어지고 있지만, 압축기가 구동되는 경우에 대한 음향 해석은 거의 이루어지지 않았다. 냉매 가스를 압축하는 과정에서 유체, 구조, 전자기력 등 다양한 가진원이 동시에 발생할 뿐만 아니라, 음파의 매질이 되는 유체와 쉘 하우징의 음향-구조 연성 관계를 해석적으로 구현하는 과정이 쉽지 않기 때문이다. 본 연구에서는 냉매 압축 과정에 대한 지배방정식을 수립한 후, 수치해석을 통해 흡입 압력 맥동 및 토출 밸브 충격력을 계산하여 가진원으로 적용하였다. 또한 소음의 전달 경로를 합리적으로 구성하기 위하여 음향-구조 연성 경계조건을 적용한 후 음향 방사 해석을 수행하였다. 이를 통해 시험으로 확인하기 어려운 압축기의 소음 방사 특성을 가시화하여 분석하고, 각각의 가진원에 의한 소음 발생 특성을 개별적으로 분리하여 검토할 수 있는 해석 방법을 수립하였다. 또한 압축기의 운전 속도가 상승함에 따라 소음이 증가하는 현상을 전산해석으로 검증하였다.
In this paper, noise source identification and acoustic radiation analysis of the hermetic reciprocating compressor for refrigerator has been investigated. Since the compressor shell housing is designed as airtight chamber to suppress refrigerant gas coming into contact with outside atmosphere, behaviors of the compression driving part are difficult to observe. So far, noise generation mechanism of the hermetic reciprocating compressor is studied by empirical estimation or intuitive consideration.
Novel approach is required to figure out the relationship between compression process and noise generation. Therefore, behavioral features of primary components such as valve system and cylinder pressure are investigated by using the custom-designed compressor. Noise characteristics are clarified by measurement of another mass-produced compressor, separately. In order to identify the relation between compression procedure and noise generation simultaneously, synchronization of measured time signals is carried out. Short time Fourier transform analysis is performed to verify noise generation mechanism with respect to both time and frequency domains. Correlation between operating speed and noise characteristics is considered as the reciprocating compressor drives at various speed according to operating conditions of the refrigerator.
The noise radiation characteristics of hermetic reciprocating compressor are studied. Compressor noise is difficult to investigate because various excitation sources are simultaneously applied. Thus, numerical analysis is performed to identify excitation sources generated by the compression process. Finite element models of the compressor are constructed by considering the acoustic–structure interaction. Acoustic propagation can be identified visually by applying each excitation source to the configured finite element models. The analysis and experimental results are compared to confirm the computational simulation methodology. From the analysis results, the compressor noise generation mechanism is verified. In addition, it is possible to investigate the acoustic characteristics of each noise source, which is difficult to identify using experimental methods.
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)