소음 30% 축소기술 3년내 개발

소음 30% 축소기술 3년내 개발

[2008.01.11 17:35]

경기 부천시에 사는 회사원 황재준씨(28)는 매일 서울 삼성동까지 지하철을 이용해 출근한다. 그는 지하철을 탈때마다 전동차 자체에서 나는 소리, 선로와 전동차 바퀴간 마찰로 생기로 쇠소리가 항상 귀에 거슬렸다. 실제로 전동차가 곡선로를 지날 때 전동차 바퀴와 레일간의 접촉 때문에 순간적으로 높게는 90dB의 소음을 발생시킨다. 90dB의 소음에 지속적으로 노출되면 청력이 점점 떨어질 수 있다. 황씨는 요즘 지하철을 탈 때 마다 소음이 없는 전동차에서 책을 읽거나 신문을 보는 상상을 하는 버릇이 생겼다. ■콘크리트 도상은 소음을 그대로 반사 시킨다 현재 우리나라 서울 도시지하철 선로 밑에 있는 도상(레일 아래 깔린 모래·자갈층)은 일부 구간을 제외하고 모두 콘크리트다. 지하철을 공사할 때 경제성을 강조해 저렴한 비용으로 건설했기 때문이다. 현재 서울 1∼4호선를 제외하고는 대부분이 콘크리트 도상이다. 서울 메트로 관계자는 “자갈 도상은 궤도틀림(레일의 수평 좌우 등의 변화)때 정정이 비교적 쉽다. 하지만 자갈이 깨지고, 토사 유입으로 배수가 나빠지면 자갈을 바꿔야 하기 때문에 교체비용이 많이 든다”고 말했다. 하지만 전동차의 소음은 자갈 도상보다 콘크리트 도상이 훨씬 심하다. 자갈 도상은 소음을 부분적으로 흡수하는 반면 콘크리트 도상은 모두 반사시키기 때문이다. 한국철도기술연구원 유원희 박사는 “자갈 도상은 빈공간으로 소음을 흡수하지만 콘크리트 도상은 거울처럼 전동차에 소음을 반사 시킨다”고 말했다. 서울 메트로 관계자는 “콘크리트 도상이 자갈 도상보다 탄성이 떨어지기 때문에 진동과 소음이 더 심할 수 밖에 없다”고 말했다. 유 박사팀이 조사한 결과 현재 서울 도시지하철의 평균 소음은 80dB 수준이다. 일부 곡선구간에선 순간적으로는 90dB을 나타낸다. 90dB는난청 문제로 이어질 수 있는 수준이다. 이러한 소음을 해결하기 위해 많은 노력을 해왔다. △곡선구간에서 차륜이나 레일에 직접 윤활유를 공급해 차륜의 진행을 부드럽게 만들어 곡선구간 소음을 줄이는 방법 △차륜의 공진에 의한 방사소음을 줄이기 위해 차륜의 진동에너지를 줄이는 방법 △레일의 공진에 의한 방사소음을 줄이기 위해 레일의 진동에너지를 줄이는 방법 등이다. 그러나 이러한 방법은 곡선부 소음발생 원인을 정확히 제거하기 보다는 소리 전달 경로를 차단하는 데 그친다는 지적을 받았다. 철도기술연구원 허현무 연구원은 “지금까지 소음을 줄이는 방법으로 소리 전달 경로를 차단하는 방법을 써왔다”며 “이러한 방법은 돈이 많이 들고 유지보수 측면에서 추가적인 비용이 많이 들어간다”고 지적했다. ■전동차 바퀴와 레일의 마모를 30%줄이는 방법 개발 “지하철 소음을 줄이기 위해서는 소음을 발생 인자를 제거해야 한다.” 철도기술연구원 유 박사팀은 최근 지하철 소음 발생 인자를 줄이는 데 힘을 쏟고 있다. 특히 전동차 바퀴와 선로의 주목하고 있다. 유 박사는 기차가 고속으로 주행할 때 급격하게 변하는 곡선구간에서는 조향(Steering)이 부드럽지 못하게 되고, 바퀴안쪽과 바깥쪽 사이에 작용하는 힘이 서로 영향을 주게 되어 전동차 바퀴 답면과 선로두부 사이에 일어나는 ‘미끄러짐(Stick-Slip)’ 현상으로 인해 매우 큰 소음이 발생한다고 설명했다. 그래서 유 박사팀은 지하철 곡선부에서의 전동차 바퀴와 선로의 마모 및 곡선부소음을 효과적으로 줄일 수 있는 ‘능동조향대차시스템’ 연구에 착수했다. 유 박사팀은 2∼3년 내에 5분의 1로 축소된 능동조향대차시스템 모델을 만들어 실험을 할 예정이다. 이 실험이 성공하면 유 박사팀은 본격 시판에 들어간다는 계획이다. 제품 개발에 성공할 경우 지하철 곡선부에서 선로 및 전동차 바퀴의 유지보수비용을 상당히 절감할 수 있다. 또 지하철 이용객들에게 보다 조용한 지하철 실내환경을 제공해 줄 것으로 예측된다. 유 박사는 “능동 조향대차메커니즘으로 개발된 시제품은 지하철 곡선부에서 차륜과 레일의 마모 및 곡선부소음을 효과적으로 줄일 수 있다”며 “개발에 성공하면 지하철 곡선부에서의 차륜과 레일의 마모를 30% 이상 줄일 수 있다”고 강조했다. 그는 이어 “곡선부 소음도 최소 30% 이상 저감할 수 있을 것”이라고 말했다. 세계 최대 철도차량 생산 업체인 봄바디에서도 대차시스템을 개발 중에 있다. 현재 독일 봄바디사에서 개발한 대차 시스템을 스웨덴에서 시속 260km로 달리는 기차로 실험 중인 것으로 알려졌다. 유 박사는 “봄바디에서 개발 중이지만 대차시스템은 전 세계적으로 아직 제품화되지 않았다”며 “빨리 제품화해 해외진출을 시도할 것”이라고 밝혔다. 유 박사팀은 현재 국내 관련기술 4개를 특허 출원 중이며 국제 특허 1개도 출원 중이다. /talk@fnnews.com 조성진기자