KR101807418B1 - Optimal design method of impeller and diffuser, impeller and diffuser designed by the method and centrifugal and mixed flow pump having the same - Google Patents

Optimal design method of impeller and diffuser, impeller and diffuser designed by the method and centrifugal and mixed flow pump having the same Download PDF

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KR101807418B1
KR101807418B1 KR1020160103739A KR20160103739A KR101807418B1 KR 101807418 B1 KR101807418 B1 KR 101807418B1 KR 1020160103739 A KR1020160103739 A KR 1020160103739A KR 20160103739 A KR20160103739 A KR 20160103739A KR 101807418 B1 KR101807418 B1 KR 101807418B1
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최영석
김성
이경용
김진혁
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한국생산기술연구원
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Abstract

Provided is an optimized design method of an impeller and a diffuser. The optimized design method of an impeller and a diffuser optimizes an impeller and a diffuser at the same time, which is connected to the impeller and discharges a fluid introduced through the impeller, at the same time to simultaneously satisfy a head and improve efficiency. The optimized design method of the impeller and the diffuser comprises: a step of determining a design variable and an objective function in consideration of the shape of the impeller and the diffuser; a step of determining a major design variable which affects a value of the objective function; a step of identifying an optimum design variable condition to optimize the value of the objective function; and a step of deriving the optimized shape of the impeller and the diffuser using a response surface method with the optimum design variable condition.

Description

효율 및 양정을 동시에 최적화하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저, 이를 구비한 원심 및 사류 펌프{OPTIMAL DESIGN METHOD OF IMPELLER AND DIFFUSER, IMPELLER AND DIFFUSER DESIGNED BY THE METHOD AND CENTRIFUGAL AND MIXED FLOW PUMP HAVING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optimum design method of an impeller and a diffuser for simultaneously optimizing efficiency and heading, an impeller and a diffuser designed thereby, and a centrifugal and differential pump having the impeller and the diffuser. PUMP HAVING THE SAME}

본 발명은 효율 및 양정을 동시에 최적화하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저, 이를 구비한 원심 및 사류 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to an optimum design method of an impeller and a diffuser which simultaneously optimize efficiency and heading, a designed impeller and diffuser, and a centrifugal and multistage pump having the same.

펌프는 일반 가정 및 산업에서의 유체 이송, 각종 플랜트 산업(화학, 원자력, 발전소 및 해양 플랜트 등)에 이용되고 있다. 이때 요구되는 사항에 따라 다양한 펌프가 있다.Pumps are used in the transportation of fluids in general households and industries, and in various plant industries (such as chemical, nuclear power, power plants and offshore plants). There are various pumps depending on the requirements.

원심 및 사류 펌프는 외부로부터 동력을 받아 회전하는 임펠러(Impeller)에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 유체의 펌프 작용, 즉 유체의 수송작용을 하거나 압력을 발생시키는 유체 기계를 말한다.Centrifugal and multistage pumps refer to fluid machines that generate a pump action, that is, a fluid transport action or a pressure, by using a centrifugal force generated by an impeller that is rotated by receiving power from the outside.

일반적으로 임펠러는 터보형 펌프, 송풍기 또는 압축기 등의 주요 구성 품으로서, 원주상에 같은 간격으로 배치된 수개 내지 수십 개의 날개와 이 날개의 일측면을 커버하며 일체로 부착되는 원판으로 구성되어 있다.Generally, an impeller is a main component such as a turbo-type pump, a blower or a compressor. The impeller is composed of several to several tens of wings arranged at equal intervals on a circumference, and a disk integrally attached to cover one side of the wing.

공기, 물, 기름 등의 유체는 원동기에 의해서 고속으로 회전하는 임펠러의 날개 깃 사이를 흘러 지나갈 때에 날개 깃으로부터 에너지가 주어지는 바, 이러한 기능을 하는 임펠러는 원심형, 사류형, 축류형으로 구분되고 있다.Fluids such as air, water, and oil flow through the vanes of the impeller rotating at a high speed by a prime mover, and the impeller is divided into centrifugal type, cascade type and axial flow type have.

이때, 원심형 임펠러는 유체를 주로 회전축에 수직으로, 즉 원의 중심에서 바깥둘레의 방향으로 흐르게 하고, 축류형 임펠러는 유체를 주로 회전축의 방향으로 흐르게 한다. 사류형은 원심형과 축류형의 중간형으로 임펠러의 회전축 방향으로 흘러간 유체가 회전축에 경사진 방향으로 흐르게 한다.At this time, the centrifugal impeller causes the fluid to flow in a direction perpendicular to the rotation axis, that is, in the direction from the center to the outer circumference of the circle, and the axial flow impeller flows mainly in the direction of the rotation axis. The type is an intermediate type of centrifugal type and axial flow type, and the fluid flowing in the direction of the axis of rotation of the impeller flows in an oblique direction to the rotating shaft.

종래의 원심 및 사류 펌프는 임펠러를 설계 한 후 디퓨저의 설계가 진행되어 임펠러의 형상이 고정된 상태에서 디퓨저의 설계가 진행됨으로써 정확한 양정을 만족하기에는 한계가 있었다.In the conventional centrifugal and extruder pumps, the design of the diffuser has been designed after the impeller has been designed, and the design of the diffuser has been limited while the shape of the impeller has been fixed.

본 발명의 일 실시예는 효율을 향상시키면서 동시에 정확한 양정을 만족할 수 있는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법, 이에 의해 설계된 임펠러 및 디퓨저, 이를 구비한 원심 및 사류 펌프를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an optimum design method of an impeller and a diffuser that can improve efficiency and satisfy an accurate heading, an impeller and a diffuser designed thereby, and a centrifugal and hydrodynamic pump having the impeller and the diffuser.

본 발명의 일 측면에 따르면 임펠러 및 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 통해 유입된 유체를 외부로 배출시키는 디퓨저를 동시에 최적화하여 양정을 만족시키고 동시에 효율을 향상시키기 위해서 상기 임펠러 및 상기 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 및 목적함수 결정 단계; 상기 목적함수의 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계; 상기 목적함수의 값을 최적화 할 수 있는 최적의 설계 변수조건 파악 단계 및 상기 최적의 설계변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 상기 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상도출 단계를 포함하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the shape of the impeller and the diffuser may be considered to optimize the diffuser, which is connected to the impeller and the impeller, through which the fluid introduced through the impeller is discharged to the outside, Determining a design variable and an objective function; Determining a main design variable that affects a value of the objective function; An optimal design parameter condition grasping step of optimizing the value of the objective function and an optimizing design method of an impeller and a diffuser including an optimization shape deriving step of the impeller and the diffuser by using a reaction surface technique with the optimal design parameter condition .

이때, 상기 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 150 내지 1200 Ns이내일 수 있다. At this time, in consideration of the shape of the impeller and the diffuser, the specific speed is determined by a flow quantity (Q), a heading (Ht) and a rotational speed (N) which are design specifications, and the specific speed is 150 To 1200 Ns.

이때, 상기 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 상기 목적함수는 상기 임펠러 및 디퓨저의 성능을 분석하기 위한 양정(Ht) 및 효율(ηt)일 수 있다. In this case, the objective function may be a head (Ht) and an efficiency (? T) for analyzing the performance of the impeller and the diffuser in the design parameters and the objective function determination in consideration of the shape of the impeller and the diffuser.

이때, 상기 임펠러 및 디퓨저의 설계변수 결정 단계는 상기 임펠러의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 임펠러 자오면 설계변수 결정단계; 상기 디퓨저의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 디퓨저의 날개 형상을 표현하는 디퓨저 자오면 설계변수 결정단계; 상기 임펠러의 날개 각도를 표현하는 상기 임펠러 날개각 설계변수 결정단계 및 상기 디퓨저의 날개 각도를 표현하는 상기 디퓨저 날개각 설계변수 결정단계를 포함할 수 있다. The determining of the design variables of the impeller and the diffuser may include: determining an impeller meridional surface design parameter expressing a shape of the impeller blade to generate a three-dimensional shape of the impeller; A diffuser meridional surface design parameter determination step of expressing a shape of a blade of the diffuser to generate a three-dimensional shape of the diffuser; Determining the design variables of the impeller blade angle expressing the blade angle of the impeller and determining the design variables of the diffuser blade angle expressing the blade angle of the diffuser.

이때, 상기 임펠러 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 임펠러의 자오면 설계 변수는 상기 임펠러의 입구부에서 허브 부분의 반경(R1_h), 상기 임펠러의 입구부에서 쉬라우드 부분의 반경(R1_s), 상기 임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1), 상기 임펠러 출구부의 직경(R2), 상기 임펠러 날개 후단(trailing edge)에서의 날개폭(b2), 날개 후단의 기울어진 각도(φ2) 및 쉬라우드 입구부와 출부구의 축 방향 길이(Ztip)를 포함할 수 있다. At this time, in the impeller meridian design parameter determination step, the meridional surface design parameter of the impeller has a radius R1_h of the hub portion at the inlet portion of the impeller, a radius R1_s of the shroud portion at the inlet portion of the impeller, A diameter R2 of the impeller outlet, a blade width b2 at a trailing edge of the impeller blade, a tilted angle 2 of the rear end of the impeller blade, a shroud inlet port and an outlet port, And a length Ztip in the axial direction.

이때, 상기 임펠러의 자오면 설계 변수는 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_s, θ2_s), 상기 임펠러의 허브 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_h, θ2_h) 상기 임펠러 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이(%L_h, %L_s), 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 상기 임펠러 입구부까지 베지어 커브를 생성하기 위한 쉬라우드 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_s, %CP2_s) 및 허브 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_h, %CP2_h)을 더 포함할 수 있다. At this time, the meridional surface design parameters of the impeller include an inlet angle and an outlet angle (? 1_s,? 2_s) formed by the Shroud curve of the impeller with a horizontal line and a vertical line, an inlet angle and an outlet angle with the hub curve of the impeller, (% L_h,% L_s) of the straight portion in the impeller outlet hub and the shroud, a shroud inlet for generating a Bezier curve from the point where the straight section of the outlet ends to the impeller inlet, (CP1_s,% CP2_s) and the hub inlet adjustment point and the outlet adjustment point (% CP1_h,% CP2_h).

이때, 상기 임펠러의 날개각 설계변수 결정단계는 자오면 곡선의 총길이 M_total_(h,m,s), 출구부 시작점 TE start point, 임펠러의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total_(h,m,s), 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(m,h), 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s) 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)을 포함할 수 있다. (H, m, s), the exit start point TE start point, the sweep angle of the impeller and the averaged radius, r_theta_total_ (h, m, s) (H, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the length of the inlet straight line portion% beta_LE_ (H, m, s) of the entrance portion and an adjustment point% CP_TE_ (h, m, s) of the exit portion in the rotation direction at the exit portion .

이때, 상기 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 디퓨저의 자오면 설계변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 최외각 지점에서의 반경(R4h), 디퓨저 최외각 지점에서의 날개폭(b4), 디퓨저 최외각 지점에서의 기울어진 각도(φ4), 디퓨저 출구부에서의 반경(R5h), 디퓨저 출구부에서의 날개폭(b5), 디퓨저 출구부에서의 기울어진 각도(φ5), 허브측 디퓨저 입구부 조정점(%CP1h), 허브측의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2h,%CP3h), 허브측 디퓨저 출구부 조정점(%CP4h), 디퓨저 입구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1h), 디퓨저 출구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4h), 쉬라우드측에서의 디퓨저 입구부 조정점(%CP1s), 쉬라우드측에서의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2s,%CP3s), 쉬라우드측에서의 디퓨저 출구부 조정점(%CP4s), 디퓨저 입구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1s), 및 디퓨저 출구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4s)를 포함할 수 있다. At this time, in the meridional surface design parameter determination step of the diffuser, the meridional surface design parameters of the diffuser are determined such that the radius R3_h of the hub portion at the diffuser inlet portion, the blade width b3 at the front end of the diffuser blade, ), The radius at the diffuser outermost point (R4h), the blade width at the diffuser outermost point (b4), the tilted angle at the outermost diffuser point (4), the radius at the diffuser exit (R5h) The inclination angle? 5 at the diffuser outlet, the hub side diffuser inlet adjustment point CP1h, the first and second diffuser outermost point adjustment points CP2h and CP2h at the hub side, The diffuser inlet portion (% CP3h), the hub-side diffuser outlet adjusting portion (% CP4h), the angle? 1h formed by the hub curve at the diffuser inlet portion with the horizontal line, the angle? 4h formed by the hub curve at the diffuser outlet portion with the horizontal line, Adjustment point (% CP1s), 1st and 2nd diffuser angles on the shroud side (% CP2s,% CP3s), the diffuser outlet adjustment point (% CP4s) at the shroud side, the angle (θ1s) the Shroud curve of the diffuser inlet with the horizontal line, and the shroud curve at the diffuser exit And an angle [theta] 4s formed between them.

이때, 상기 디퓨저의 날개각 설계변수 결정단계에서 상기 날개 전개도 설계 변수는 출구부 시작점(TE startpoint), 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱(r_theta_total), 입구각(beta1_(h,m,s)), 출구각(beta2_(h,m,s)), 입구 직선부의 길이(%beta_LE_(h,m,s)), 출구 직선부의 길이(%beta_TE_(h,m,s)), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각(d_theta(h,s)), 입구 부분의 조정점(%CP_LE_(h,m,s)), 및 출구부분의 조정점(%CP_TE_(h,m,s)을 포함할 수 있다. At this time, in the blade design parameter determination step of the diffuser, the blade development design parameter includes a TE start point, a product of a sweep angle of the diffuser and a mean radius (r_theta_total), an entrance angle (beta1_ (h, m, s) ), The exit angle (beta2_ (h, m, s)), the length of the entrance rectilinear section (beta_LE_ (h, m, s) (H, m, s) of the exit portion and an inclination angle (d_theta (h, s)) inclined in the rotation direction, an adjustment point (CP_LE_ can do.

이때, 상기 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계에서 상기 주요 설계변수는 상기 목적함수 값에 영향을 미치는 상기 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h), 상기 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s), 상기 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 상기 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)일 수 있다. At this time, in the main design parameter determining step, which affects the design objective value, the main design parameter includes an exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub, an exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud, An inlet angle d_beta1_h of the diffuser hub, and an inlet angle d_beta1_s of the diffuser shroud.

이때, 상기 주요 설계변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법(factorial designs) 및 상기 반응표면기법(response surface method)을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화 된 값으로 고정시킬 수 있다. At this time, the remaining design variables other than the main design variables can be fixed to optimal values from the results obtained through the 2 k factorial designs and the response surface method.

이때, 상기 목적함수 값을 최적화 할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계에서는 상기 비속도는 동일하고, 입구부 허브의 시작점(S1_h)은 반경 방향으로 동일한 축(C2)으로 고정되고, 입구부의 면적 및 임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1)가 동일하며, 입구부에서 허브 부분의 내경(R1_h)은 동일하고, 입구부에서 쉬라우드 부분의 내경(R1_s)은 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각(θ1_s)을 동일하게 고정할 수 있다. At this time, in the step of grasping the condition of the optimal design variable capable of optimizing the objective function value, the specific speed is the same, the starting point S1_h of the inlet hub is fixed to the same axis C2 in the radial direction, The inner diameter R1_h of the hub portion at the inlet portion is the same and the inner diameter R1_s of the shroud portion at the inlet portion is equal to the outer diameter of the shroud curve of the impeller The entrance angle? 1_s formed between the horizontal line and the vertical line can be fixed to be the same.

이때, 상기 목적 함수 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계변수 조건파악 단계에서 상기 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h)은 27도 내지 35도이고, 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s)은 12도 내지 20도이며, 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h)은 139도 내지 147도이고, 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)은 146도 내지 154도일 수 있다. At this time, the exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub is in the range of 27 to 35 degrees and the exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud is in the range of 12 to 20 , The entrance angle (d_beta1_h) of the diffuser hub may be between 139 degrees and 147 degrees, and the entrance angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud may be between 146 degrees and 154 degrees.

이때, 상기 최적의 설계 변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 상기 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상을 도출 단계에서 상기 반응표면기법을 이용하여 양정 및 효율이 동시에 만족하는 상기 임펠러 허브 출구각(i_beta2_h), 상기 임펠러 쉬라우드 출구각(i_beta2_s), 상기 디퓨저 허브 입구각(d_beta1_h), 상기 디퓨저 쉬라우드 입구각(d_beta1_s)을 도출할 수 있다. In the derivation of the optimized shape of the impeller and the diffuser using the reaction surface method with the optimum design parameter condition, the impeller hub exit angle i_beta2_h satisfying the heading and the efficiency simultaneously using the reaction surface technique, The impeller shroud exit angle (i_beta2_s), the diffuser hub inlet angle (d_beta1_h), and the diffuser shroud inlet angle (d_beta1_s).

본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an impeller and a diffuser designed by the above-described optimum design method of the impeller and the diffuser.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 전술한 임펠러 및 디퓨저; 상기 임펠러가 내부에 설치되고, 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱을 포함하는 원심 및 사류 펌프를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an impeller and a diffuser as described above; And a casing having the impeller installed therein and having an inlet formed to suck the fluid toward the front of the impeller and an outlet formed to discharge the sucked fluid to the outer periphery of the impeller.

본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저 최적화 설계방법, 이에 의해 설계된 임펠러 및 디퓨저, 이를 구비한 원심 및 사류 펌프는 임펠러 출구부 및 디퓨저 입구부를 동시에 설계함으로써 효율을 향상시키면서 동시에 정확한 양정을 만족할 수 있다.The impeller and diffuser designed method, the impeller and the diffuser, and the centrifugal and extruder pumps having the impeller and the diffuser designed according to the embodiment of the present invention are designed to simultaneously improve the efficiency and satisfy the accurate heading by simultaneously designing the impeller outlet portion and the diffuser inlet portion. have.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법은 실험계획법을 이용하여 임펠러 및 디퓨저의 형상을 설계하는 시간을 단축할 수 있다.In addition, the optimum design method of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention can shorten the time for designing the shape of the impeller and the diffuser by using the design of experiment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저를 구비한 원심 및 사류 펌프를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러의 자오면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 임펠러의 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의에서 디퓨저의 자오면을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 디퓨저의 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법에서 임펠러의 날개각 주요 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 디퓨저의 날개각 주요 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 반응 최적화 기법에 따른 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의해 설계된 임펠러 및 디퓨저의 수치해석 경계조건 및 격자계를 도시한 사시도이다.
FIG. 1 is a flowchart illustrating an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a centrifugal and hydrostatic pump having an impeller and a diffuser designed according to an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of an impeller designed according to an optimal design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a diffuser designed according to an optimal design method for an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of an impeller designed according to an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view illustrating design variables of blade angle of an impeller in an optimal design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of a diffuser in an optimum design method for an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing design variables of a blade angle of a diffuser in an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing major design parameters of impeller blades in an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic view showing main design variables of the blade angle of the diffuser in the method of optimizing the design of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention.
11 is a graph according to a reaction optimization technique in an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
12 is a perspective view illustrating numerical analysis boundary conditions and a lattice system of an impeller and a diffuser designed by an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, or the like is referred to as being "on" another section, it includes not only the case where it is "directly on" another part but also the case where there is another part in between. On the contrary, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, etc. is referred to as being "under" another section, this includes not only the case where the section is "directly underneath"

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법을 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 최적화 설계방법은 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 선택 및 목적함수 결정 단계(S10), 상기 목적함수 값에 영향을 미치는 주요설계변수 결정단계(S20), 상기 목적 함수 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계변수 조건파악 단계(S30) 및 상기 최적의 설계변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 상기 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상을 도출 단계(S40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the method for optimizing an impeller according to an embodiment of the present invention includes a design parameter selection and an objective function determination step (S10) in consideration of shapes of an impeller and a diffuser, (S30) for optimizing the objective function value, and deriving an optimized shape of the impeller and the diffuser using the reaction surface technique at the optimum design parameter condition S40).

이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법은 임펠러(10) 출구부 및 디퓨저(5) 입구부를 동시에 설계함으로써 효율을 향상시키면서 동시에 정확한 양정을 만족할 수 있다.Accordingly, the optimum design method of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention can simultaneously improve the efficiency and satisfy the accurate heading by simultaneously designing the inlet of the impeller 10 and the inlet of the diffuser 5.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저를 구비한 원심 및 사류 펌프를 도시한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a centrifugal and hydrostatic pump having an impeller and a diffuser designed according to an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

이하의 설명에서 도 2에서 볼 때 모터의 구동축(30)에서 원심 및 사류 펌프의 흡입구(3) 쪽을 전방으로 규정하고, 원심 및 사류 펌프의 흡입구(3)에서 모터의 구동축(30) 쪽을 후방으로 규정하여 설명한다.2, the suction port 3 of the centrifugal and extruder pumps is defined forward from the drive shaft 30 of the motor and the suction port 3 of the centrifugal and extruder pumps is connected to the drive shaft 30 side of the motor Rear direction.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 및 사류 펌프(1)는 임펠러 및 디퓨저 최적화 설계 방법에 의해 설계된 임펠러(10), 케이싱(2) 및 디퓨저(5)를 포함할 수 있다. 2, a centrifugal and hydrostatic pump 1 according to an embodiment of the present invention may include an impeller 10, a casing 2, and a diffuser 5 designed by an impeller and diffuser-optimized design method .

이때, 원심 및 사류 펌프(1) 내부에는 흡입구(3)와 토출구(미도시) 사이에서 고속으로 회전하면서 유체를 흡입하고 토출하는 원심 및 사류 펌프 임펠러(10)가 결합될 수 있다.At this time, a centrifugal and extrusion pump impeller 10 for sucking and discharging the fluid while rotating at a high speed between the suction port 3 and the discharge port (not shown) may be incorporated in the centrifugal and extrusion pump 1.

한편, 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 케이싱(2)은 내부에 원심 및 사류 펌프의 임펠러(10) 및 디퓨저(5)가 설치될 수 있다. 또한, 원심 및 사류 펌프 임펠러(10)의 전방 중심부에는 유체가 흡입되는 흡입구(3)가 형성되고, 원심 및 사류 펌프 임펠러의 외주부에는 흡입된 유체가 반경방향으로 토출되도록 형성될 수 있다. 2, in an embodiment of the present invention, the impeller 10 and the diffuser 5 of the centrifugal and multistage pumps may be installed in the casing 2. In addition, a suction port 3 through which the fluid is sucked is formed in the front center portion of the centrifugal and extruder pump impeller 10, and a sucked fluid is discharged to the outer circumferential portion of the centrifugal and extruder pump impellers in a radial direction.

이때 본 발명의 일 실시예에서 디퓨저(5)는 임펠러(10)를 통해 유입된 유체가 외부로 배출되도록 토출구가 형성될 수 있다.At this time, in one embodiment of the present invention, the diffuser 5 may be formed with a discharge port so that the fluid introduced through the impeller 10 is discharged to the outside.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러를 도시한 평면도이다.3 is a plan view of an impeller designed according to an optimal design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법에 의하여 설계된 임펠러(10)는 임펠러 허브(11), 임펠러 날개(13) 및 임펠러 쉬라우드(15)를 포함할 수 있다.3, the impeller 10 designed according to the method of optimizing the design of the impeller and the diffuser according to an embodiment of the present invention includes the impeller hub 11, the impeller blade 13, and the impeller shroud 15 .

한편, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 임펠러 허브(11)는 모터 구동축(30)과 결합되어 모터의 회전력을 전달받는 부분으로 고속 회전에 적합한 높은 강성을 갖는 소재일 수 있다. 2 and 3, in an embodiment of the present invention, the impeller hub 11 is coupled to the motor drive shaft 30 and receives the rotational force of the motor. The impeller hub 11 has a high rigidity suitable for high- .

이때, 임펠러 허브(11)는 후방으로 진행하면서 단면적이 축소되는 원추형상을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 임펠러(10)의 중심부에는 허브(11)가 형성되고 임펠러 허브에는 구동축(30)이 결합되어 모터의 회전력이 임펠러(10)에 전달될 수 있다.At this time, the impeller hub 11 may be formed to have a conical shape in which the cross-sectional area is reduced while moving backward. That is, the hub 11 is formed at the center of the impeller 10, and the driving shaft 30 is coupled to the impeller hub, so that the rotational force of the motor can be transmitted to the impeller 10.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 임펠러 허브(11)를 중심으로 원주면에 방사형으로 복수개의 임펠러 날개(13)가 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 임펠러 날개(13)는 5개로 구성될 수 있으나 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않는다. 2 and 3, a plurality of impeller blades 13 may be radially formed on the circumferential surface of the impeller hub 11 as a center. At this time, the plurality of impeller blades 13 may be composed of five, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

또한, 임펠러 쉬라우드(15)는 임펠러 허브(11)에 배치되는 복수의 임펠러 날개(13)의 외측 단부를 연결하면서 외측 단부 전체를 감싸도록 형성될 수 있다. 이러한 임펠러 쉬라우드(15)는 각각의 임펠러 날개(13)들과 연결될 수 있다.The impeller shroud 15 may be formed to surround the entire outer end of the impeller blade 13 while connecting the outer ends of the plurality of impeller blades 13 disposed in the impeller hub 11. This impeller shroud 15 can be connected to each of the impeller blades 13.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 도시한 평면도이다.4 is a plan view of a diffuser designed according to an optimal design method for an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저(5)는 디퓨저 허브(7), 디퓨저 날개(6) 및 디퓨저 쉬라우드(9)를 포함할 수 있다.4, the diffuser 5 designed according to the method of optimizing the design of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention includes the diffuser hub 7, the diffuser blade 6 and the diffuser shroud 9 .

한편, 도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 디퓨저 허브(7)는 임펠러(10)의 후단에 설치되어 임펠러를 통해 배출된 유체를 외부로 배출시킬 때 유체를 확산시키거나 속도 및 압력을 변환시킬 수 있다. 2 and 4, in the embodiment of the present invention, the diffuser hub 7 is installed at the rear end of the impeller 10 to diffuse the fluid when discharging the fluid discharged through the impeller to the outside Speed and pressure can be converted.

이때, 디퓨저 허브(7)는 후방으로 진행하면서 단면적이 곡선을 이루는 원호형상을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 디퓨저(5)의 원주부에는 허브(11)가 형성되고 허브에는 임펠러(10)가 결합되어 임펠러를 통해 배출된 유체가 디퓨저 허브(7)로 전달될 수 있다.At this time, the diffuser hub 7 may be formed so as to have an arc shape having a curved sectional area while moving backward. That is, the hub 11 is formed in the circumferential portion of the diffuser 5, and the impeller 10 is coupled to the hub, and the fluid discharged through the impeller can be transferred to the diffuser hub 7.

한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 디퓨저 허브(7)를 중심으로 원주면에 방사형으로 복수개의 디퓨저 날개(6)가 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 디퓨저 날개(6)는 7개로 구성될 수 있으나 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않는다. 2 and 4, a plurality of diffuser blades 6 may be radially formed on the circumferential surface of the diffuser hub 7 as a center. At this time, the plurality of diffuser blades 6 may be composed of seven, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

또한, 디퓨저 쉬라우드(9)는 디퓨저 허브(7)에 배치되는 복수의 디퓨저 날개(6)의 외측 단부를 연결하면서 외측 단부 전체를 감싸도록 형성될 수 있다. 이러한 디퓨저 쉬라우드(9)는 각각의 디퓨저 날개(6)들과 연결될 수 있다.The diffuser shroud 9 may also be formed to enclose the entire outer end while connecting the outer ends of a plurality of diffuser vanes 6 disposed in the diffuser hub 7. [ This diffuser shroud 9 can be connected to each diffuser wing 6.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법은 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 선택 및 목적함수 결정 단계(S10)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an optimal design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention may include a design parameter selection and an objective function determination step (S10) in consideration of shapes of an impeller and a diffuser.

한편, 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 선택 및 목적함수 결정 단계(S10)에서는 임펠러(10) 및 디퓨저(5)를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)를 결정할 수 있다. 이러한 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)는 임펠러(10) 및 디퓨저(5)를 설계할 때 요구되는 사양이다. In consideration of the shape of the impeller and the diffuser, the flow rate Q, the head Ht and the flow rate Q are required in design parameter selection and objective function determination step S10 in designing the impeller 10 and the diffuser 5, The number of revolutions N can be determined. The flow specifications Q, the head Ht and the number of revolutions N are specifications required for designing the impeller 10 and the diffuser 5.

이때, 유량(Q) 및 양정(Ht)은 임펠러(10)가 회전하는 동안 기본적으로 만족해야 하는 사양이며, 회전수(N)는 모터 구동축(30)의 직경에 따라 결정될 수 있다. At this time, the flow rate Q and the head Ht are basically satisfactory specifications while the impeller 10 rotates, and the rotation speed N can be determined according to the diameter of the motor drive shaft 30.

한편, 효율은 주어진 유량과 양정에서 최고 효율이 되도록 임펠러(10) 및 디퓨저(5)가 설계될 수 있다. 즉, 효율 및 양정을 동시에 최적화하기 위해서 임펠러(10) 및 디퓨저(5)를 동시에 설계하기 때문에 임펠러 및 디퓨저의 날개 형상 및 자오면 형상이 상호 변화될 수 있다.On the other hand, the impeller 10 and the diffuser 5 can be designed to have the highest efficiency at a given flow rate and head. That is, since both the impeller 10 and the diffuser 5 are simultaneously designed to optimize the efficiency and heading simultaneously, the blade shape and the meridional surface shape of the impeller and the diffuser can be mutually changed.

따라서, 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려한 설계 변수에 따른 임펠러 및 디퓨저의 성능을 분석하기 위해서는 설계목적인 목적함수를 정의해야 한다. 이때, 설계목적인 목적함수는 임펠러 및 디퓨저의 성능을 나타내는 펌프 효율 및 양정일 수 있다.Therefore, in order to analyze the performance of the impeller and the diffuser according to the design parameters considering the shape of the impeller and the diffuser, the objective function for the design purpose should be defined. At this time, the objective function for the design purpose may be the pump efficiency and the head pump showing the performance of the impeller and the diffuser.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 선택 및 목적함수 결정단계(S10)에서는 비속도를 결정하여 펌프의 종류를 결정할 수 있으며, 이때, 본 발명의 일 실시예에서 펌프의 종류는 원심 및 사류 펌프일 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the type of the pump can be determined by determining the specific speed in the design parameter selection and the objective function determination step (S10) in consideration of the shape of the impeller and the diffuser. In the example, the type of the pump may be a centrifugal pump and a centrifugal pump.

이때, 비속도 (Specific Speed, Ns)는 이하 식으로 정의된다. At this time, Specific Speed (Ns) is defined by the following equation.

Figure 112016079300224-pat00001
……(식 1)
Figure 112016079300224-pat00001
... ... (Equation 1)

여기서, Q = 유량, Ht = 양정, N = 회전수이다.Where Q = flow rate, Ht = heading, and N = number of revolutions.

원심 및 사류 펌프 임펠러(10)의 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht), 및 회전수(N)가 주어지면, 식 1을 이용하여 비속도를 구할 수 있다. Given the flow specifications Q, Ht, and the number of revolutions N of the design specifications of the centrifugal and extruder pump impellers 10, the specific velocity can be determined using Equation 1. [

이때, 비속도는 펌프의 종류를 구별하는 지표로 사용되며, 비속도로 펌프의 종류를 구별할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 비속도가 작을수록 원심 펌프로, 비속도가 클수록 축류 펌프로 구별된다. At this time, the non-velocity is used as an index to distinguish the kind of the pump, and it is possible to distinguish the kind of the pump having the velocity. In an embodiment of the present invention, the smaller the specific speed, the more distinction is made between a centrifugal pump and a non-accelerated axial pump.

즉, 원심 펌프의 비속도는 150 ∼ 600 Ns의 범위에서 결정되고, 사류 펌프의 비속도는 400 ∼ 1200 Ns의 범위에서 결정되며 축류 펌프는 1200 Ns이상의 범위에서 결정될 수 있다. That is, the specific speed of the centrifugal pump is determined in the range of 150 to 600 Ns, the specific speed of the extruder pump is determined in the range of 400 to 1200 Ns, and the axial flow pump can be determined in the range of 1200 Ns or more.

다만, 본 발명은 비속도에 따른 임펠러 및 디퓨저의 설계 변수가 일정한 경향성을 가지는 원심 펌프와 사류 펌프에 한정하며, 축류 펌프는 생략하기로 한다.However, the present invention is limited to a centrifugal pump and a hydrodynamic pump having a constant tendency of the design parameters of the impeller and the diffuser according to the specific speed, and the axial flow pump will be omitted.

이때, 비속도는 무차원수로서, 유량(Q), 양정(Ht), 및 회전수(N)의 관계식에 의하여 펌프의 종류를 나타낼 수 있고, 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 펌프는 원심 및 사류 펌프일 수 있고 이에 따라 비속도는 150 내지 1200 Ns일 수 있다.At this time, the non-velocity is a dimensionless number, and the kind of the pump can be represented by the relational expression of the flow rate Q, the head Ht, and the number of rotations N. Thus, in one embodiment of the present invention, And may be a non-velocity of 150 to 1200 Ns.

본 발명의 일 실시예에서 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 및 목적함수 결정 단계(S10)는 원심 및 사류 펌프 임펠러(10) 및 디퓨저(5)의 3차원 형상을 생성하기 위해서 날개 형상을 표현하는 임펠러의 자오면 설계변수 결정단계, 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계, 임펠러의 날개 각도를 표현하는 날개각 설계변수 결정단계 및 디퓨저의 날개각도를 표현하는 날개각 설계변수 결정단계를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the design parameters and the objective function determination step S10 are performed in order to generate the three-dimensional shape of the centrifugal and extruder pump impeller 10 and the diffuser 5 in consideration of the shape of the impeller and the diffuser. Determining the meridional surface design parameter of the impeller to be expressed, determining the meridional surface design parameter of the diffuser, determining the blade design variables expressing the impeller blade angle, and determining the blade angle design variable expressing the blade angle of the diffuser .

본 발명의 일 실시예에서 임펠러의 자오면 설계변수 결정단계는 원심 및 사류 펌프 임펠러(10) 자오면의 기본 설계변수 결정단계 및 자오면 추가 설계변수 결정단계를 포함할 수 있다. 이때, 자오면은 허브(11)의 중심선을 포함하는 임펠러의 횡단면 중 일부이다.In the embodiment of the present invention, the determination of the meridional surface design parameter of the impeller may include the determination of the basic design parameters of the centrifugal and hydrodynamic pump impeller 10 and the determination of the meridian additional design parameters. At this time, the meridian plane is a part of the cross section of the impeller including the center line of the hub 11.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러의 자오면을 도시한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 임펠러의 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of an impeller designed according to an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic view illustrating design variables of blade angle of an impeller in an optimal design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참고하면, 임펠러 자오면의 기본 설계변수 결정단계에서 기본 설계 변수는 자오면의 기본 틀을 잡기 위한 것으로 임펠러의 입구부에서 허브 부분의 반경(R1_h), 임펠러의 입구부에서 쉬라우드 부분의 반경(R1_s), 임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1), 임펠러 출구부의 반경(R2), 임펠러 날개 후단(trailing edge)에서의 날개폭(b2), 날개 후단의 기울어진 각도(φ2), 및 쉬라우드 입구부와 출부구의 축 방향 길이(Ztip)를 포함할 수 있다.5 and 6, the basic design parameters for determining the basic design parameters of the impeller meridian are for capturing the morphology of the meridional surface. The radius R1_h of the hub at the inlet of the impeller, The inclination angle? 1 of the front end of the impeller blade, the radius R2 of the impeller exit portion, the blade width b2 at the trailing edge of the impeller blade, And an axial length Ztip of the shroud inlet and outlet ports.

이때, 변수 중 허브 부분의 반경(R1_h), 및 쉬라우드 부분의 반경(R1_s)은, 임펠러 입구 부분의 면적 및 날개 형상을 나타낸다.At this time, the radius R1_h of the hub portion and the radius R1_s of the shroud portion among the variables indicate the area of the impeller inlet portion and the blade shape.

임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1)는 반경(R1_h, R1_s)과 관련하여 날개 전단의 면적 분포가 임펠러 중심 축(Z축)을 기준으로 기울어진 각을 나타내며, 입구 부분의 면적과 관련된다. The tilted angle (1) of the impeller blade shear is related to the area of the inlet section, with respect to the radii (R1_h, R1_s), the area distribution of the blade front shear tilted with respect to the impeller center axis (Z axis).

임펠러 출구부의 반경(R2)은, 임펠러 전체 크기를 표현하는 변수로써 위 변수에 의해 임펠러 형상의 크기를 결정할 수 있다. 임펠러 날개 후단에서의 날개 폭(b2), 및 날개 후단의 기울어진 각도(φ2)는 출구부의 면적을 결정한다. 이렇게 결정된 면적은 후에 출구 압력 및 속도에 영향을 미친다. The radius (R2) of the impeller outlet is a variable representing the overall size of the impeller, and the size of the impeller shape can be determined by the above parameters. The blade width b2 at the rear end of the impeller blade and the inclined angle 2 at the rear end of the blade determine the area of the outlet portion. The area thus determined affects the exit pressure and speed.

또한, 쉬라우드 입구부와 출부구의 축 방향 길이(Ztip)는 임펠러 축 방향 크기를 표현하여 축 방향으로 임펠러 형상 크기를 결정하기 위한 변수이다.The axial length Ztip of the inlet and outlet of the shroud is a parameter for determining the size of the impeller shape in the axial direction by expressing the size in the axial direction of the impeller.

도 5를 참고하면, 차오면 추가적인 설계변수 결정단계에서 추가적인 설계 변수는 허브 부분과 쉬라우드 부분을 입구부에서 출구부까지 연결하기 위한 추가적인 변수이다. Referring to FIG. 5, additional design variables in the additional design parameter determination step are additional variables for connecting the hub portion and the shroud portion from the inlet portion to the outlet portion.

이를 위해 자오면 추가 설계 변수는, 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_s, θ2_s), 임펠러의 허브 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_h, θ2_h), 임펠러 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이(%L_h, %L_s), 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 임펠러 입구부까지 베지어 커브를 생성하기 위한 쉬라우드 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_s, %CP2_s) 및 허브 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_h, %CP2_h)을 더 포함할 수 있다.For this purpose, the additional design parameters of the meridian are: the inlet angle and the outlet angle (θ1_s, θ2_s), which the shroud curves of the impeller form with the horizontal and vertical lines, the inlet angle and the outlet angle (θ1_h, (% L_h,% L_s) of the straight portion of the impeller outlet hub hub and shroud; a shroud inlet adjustment point to create a Bezier curve from the point where the straight section of the outlet ends to the inlet of the impeller; and (% CP1_s,% CP2_s) and a hub entrance portion adjustment point and an exit portion adjustment point (% CP1_h,% CP2_h).

이때, 임펠러 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이(%Lh, %Ls)는 출구부에 존재하는 직선 길이 구간을 나타낸다. At this time, the length (% Lh,% Ls) of the straight portion in the impeller outlet hub and shroud represents the straight length section existing at the outlet portion.

그리고 임펠러 자오면의 입구부와 출구부에서 연결된 곡선은 입구부와 출구부에서 수평선과 수직선을 기준으로 일정한 각을 이루며 곡선을 이루는데, 입구부 각 및 출구부 각(θ1_h, θ2_h, θ1_s, θ2_s)은 허브와 쉬라우드 각각의 측면에서 입구 부분과 출구 부분의 각을 나타낸다.The curved lines connecting the inlet and outlet of the impeller meridian face have a constant angle with respect to the horizontal line and the vertical line at the inlet and outlet. The curved line forms the inlet angle and the outlet angle (θ1_h, θ2_h, θ1_s, θ2_s) Represents the angle of the inlet and outlet sections on the sides of the hub and shroud, respectively.

또한, 임펠러의 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 입구부까지 부드러운 곡선 형태로 연결하기 위하여 원호(Arc)를 조합하는 방식을 사용하거나, 혹은 베지어 곡선(Bezier curve)을 사용할 수 있다. In order to connect the outlet of the impeller at the end of the straight line section from the end of the straight section to the inlet section in the form of a smooth curve, a method of combining an arc may be used, or a Bezier curve may be used.

이때, 베지어 곡선은 생성하고자 하는 곡선을 근사하게 포함하는 다각형의 꼭지점을 이용하여 곡선을 정의하여 나타내게 된다. 상기 조정점(%CP1s, %CP2s, %CP1h, %CP2h)은 베지어 커브를 생성하기 위한 조정 변수이다.In this case, the Bezier curve is defined by defining the curve using the vertex of the polygon including the curve to be generated. The adjustment points (% CP1s,% CP2s,% CP1h,% CP2h) are adjustment variables for generating Bezier curves.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 및 사류 펌프 임펠러의 최적화 설계 방법에서 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.FIG. 6 is a schematic view showing blade design parameters in an optimum design method for a centrifugal and hydrostatic pump impeller according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 날개각 설계변수 결정단계(S12)는 임펠러 날개 길이를 입/출구 각도를 부드럽게 연결해주는 곡선으로 베지어 곡선 제어 방식과 고전적 곡선 제어 방식 두 가지로 정의할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the embodiment of the present invention, the blade angle design parameter determination step S12 is a curve for smoothly connecting the inlet / outlet angle of the impeller blade length to the bezier curve control method and the classical curve control method Can be defined.

본 발명의 일 실시예에서는 베지어 곡선 제어 방식일 수 있다. 다만 본 발명의 날개각 설계변수 결정단계는 베지어 곡선 제어 방식에 한정되지는 않고 고전적 곡선 제어 방식을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may be a Bezier curve control scheme. However, the blade angle design parameter determination step of the present invention is not limited to the Bezier curve control method, but may further include a classical curve control method.

본 발명의 일 실시예에서 날개각 설계변수 결정단계에서 날개각 설계 변수는 베지어 곡선 방식에 따른 날개 각을 산출하기 위한 것으로 자오면 곡선의 총길이 M_total_(h,m,s), 출구부 시작점 TE start point, 임펠러의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total, 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(m,h), 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s) 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)를 포함한다. 이 때, 파라미터 h는 임펠러 허브, m은 임펠러 미드, s는 임펠러 쉬라우드이다.In the embodiment of the present invention, the wing angle design variables for determining the wing angle design variables are for calculating the wing angle according to the Bezier curve method. The total length M_total_ (h, m, s) of the meridional curve, (h, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the length of the inlet straight line portion% beta_LE_ (h, m, s), the outlet angle beta_ (H, m, s) of the straight portion, an angle d_theta (m, h) inclined in the rotational direction at the exit portion, an adjustment point% CP_LE_ CP_TE_ (h, m, s). Here, the parameter h is the impeller hub, m is the impeller mid, and s is the impeller shroud.

한편 입사각과 관련 있는 입구각 beta1_(h,m,s)은 임펠러 작동유량 및 효율에 영향에 미치며, 출구각 beta2_(h,m,s)은 임펠러 성능을 나타내는 양정에 많은 영향을 미친다.On the other hand, the inlet angle beta1_ (h, m, s) related to the incident angle affects the flow rate and efficiency of the impeller and the outlet angle beta2_ (h, m, s)

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의에서 디퓨저의 자오면을 도시한 단면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 디퓨저의 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of a diffuser in an optimum design method for an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic view showing design variables of a blade angle of a diffuser in an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 디퓨저는 임펠러 후단과 연결되어 있기 때문에 디퓨저의 자오면 설계는 임펠러 자오면과 상호 연관관계가 있을 수 있다. Referring to FIG. 7, in the embodiment of the present invention, since the diffuser is connected to the rear end of the impeller, the design of the meridional surface of the diffuser may be correlated with the impeller meridian.

또한, 디퓨저 입구부와 출구부를 연결하기 위해, 임펠러 자오면과 같은 방식으로 부드러운 곡선을 표현할 수 있는 베지어 곡선(bezier curve)을 이용할 수 있다. 이때, 디퓨저 자오면은 변곡이 있는 유형으로 설계되므로, 디퓨저 자오면은 임펠러 자오면과 달리 허브 및 쉬라우드에서 2개의 베지어 곡선을 이용하여 연결된다.Also, to connect the diffuser inlet and outlet, a bezier curve can be used that can express a smooth curve in the same manner as the impeller meridian surface. At this time, the diffuser meridian is designed as an inflectional type, so diffuser meridian is connected using two Bezier curves in hub and shroud, unlike impeller meridian.

도 7을 참고하면, 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 디퓨저의 자오면 설계 변수는, 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 출구부에서 허브부분의 반경(R5_h), 디퓨저 날개후단에서의 날개폭(b5), 디퓨저 날개 후단의 기울어진 각(φ5)이고, 디퓨저 최외각 지점에서의 반경 R4h, 디퓨저 최외각 지점에서의 날개폭 b4, 디퓨저 최외각 지점에서의 기울어진 각도 φ4일 수 있다.Referring to FIG. 7, the meridional surface design parameters of the diffuser in the meridional surface design parameter determination step of the diffuser include the radius (R3_h) of the hub portion at the diffuser inlet, the blade width (b3) at the front end of the diffuser wing, The radius R5_h of the hub portion at the diffuser outlet, the blade width b5 at the rear end of the diffuser wing, and the inclined angle 5 at the rear end of the diffuser wing, the radius R4h at the outermost point of the diffuser, The blade width b4 at the outermost point, and the tilted angle? 4 at the outermost point of the diffuser.

또한, 도 7를 참조하면, 디퓨저 자오면 역시 베지어 곡선에서 조정점이 결정되면 입/출구부 각도에 따라 곡선이 부드럽게 연결될 수 있다. 이때, 디퓨저 입구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_h), 디퓨저 출구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4_h), 쉬라우드측에서의 디퓨저 입구부 조정점(%CP1_s), 쉬라우드측에서의 디퓨저 출구부 조정점(%CP4_s), 디퓨저 입구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_s) 및 디퓨저 출구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4_s)를 포함하여 이루어진다Also, referring to FIG. 7, when the adjustment point is determined on the Bezier curve of the diffuser meridian plane, the curve can be smoothly connected according to the entrance / exit angle. At this time, an angle (? 1_h) formed by the hub curve of the diffuser inlet with the horizontal line, an angle? 4_h formed by the hub curve of the diffuser outlet with the horizontal line, an diffuser inlet adjustment point (% CP1_s) on the shroud side, (% CP4_s), an angle (? 1_s) formed by the Shroud curve of the diffuser inlet with the horizontal line, and an angle (? 4_s) formed by the Shroud curve of the diffuser exit with the horizontal line

또한, 허브측 디퓨저 입구부 조정점(%CP1_h), 허브측 디퓨저 출구부 조정점(%CP4_h), 허브측의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2_h, %CP3_h)이고, 쉬라우드측에서의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2_s, %CP3_s)일 수 있다.The hub side diffuser inlet adjustment point CP1_h, the hub side diffuser outlet adjustment point CP4_h, and the hub side first and second diffuser outermost point adjustment points CP2_h and CP3_h, (% CP2_s,% CP3_s) at the first and second diffuser side.

이때, 디퓨저 입구에서 변곡이 되는 지점 사이의 축방향 길이(Z4), 변곡이 되는 지점 사이에서 디퓨저 출구 사이의 축방향 길이(Z5)일 수 있다.At this time, the axial length Z4 between the points at which the diffuser is bent at the inlet of the diffuser, and the axial length Z5 between the exit of the diffuser and the point at which it becomes inflexible.

한편, 허브측 디퓨저 입구부 조정점(%CP1_h)은 허브측 임펠러 출구부 조정점(%CP1_h)일 수 있고, 디퓨저 입구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_h)는 임펠러 출구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_h)와 동일할 수 있다.The hub-side diffuser inlet adjustment point CP1_h may be the hub-side impeller outlet adjustment point CP1_h, and the angle? 1_h formed by the hub curve at the diffuser inlet with the horizontal line may be the same as the hub- Lt; RTI ID = 0.0 > (h1-h) < / RTI >

또한, 쉬라우드측에서의 디퓨저 입구부 조정점(%CP1_s)은 쉬라우드측에서의 임펠러 출구부 조정점(%CP1_s)일 수 있고, 임펠러 출구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_s)는 디퓨저 입구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1_s)일 수 있다.The diffuser inlet adjustment point CP1_s on the shroud side may be the impeller outlet adjustment point CP1_s on the shroud side and the angle θ1_s formed by the shroud curve on the impeller outlet with the horizontal line is the And an angle (? 1_s) between the wood curve and the horizontal line.

도 8을 참고하면, 디퓨저의 날개각도를 표현하는 날개각 설계변수 결정단계에서 디퓨저의 날개 전개도 설계 변수는, 출구부 시작점 TE start point, 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total(h,m,s), 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(h,s), 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s), 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)를 포함하여 이루어지거나, 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s) 및 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(h,s)만으로 이루어진다.8, in the blade angle design variable determining step for expressing the blade angle of the diffuser, the blade development design parameter of the diffuser is determined by the exit start point TE start point, the sweep angle of the diffuser and the averaged radius r_theta_total (h, m, (h, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the entrance straight line length% beta_LE_ (h, m, s) of the entrance portion, CP_LE_ (h, m, s) of the entrance portion and the adjustment point% CP_TE_ (H, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the length of the inlet straight line portion% beta_LE_ (h, m, s), the length of the exit straight line portion% beta_TE_ m, s) and an angle d_theta (h, s) inclined in the rotation direction at the exit portion.

본 발명에 있어서, 디퓨저 날개 전개도 설계 변수는 곡선 제어 방식에 따라서, 베지어 곡선 제어 방식과 고전적 곡선 제어 방식 두 가지로 정의한다. 여기서 베지어 곡선제어 방식은, 날개의 스윕각이 변수로 포함되기 때문에 날개 길이를 제어할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, the diffuser blade development design variables are defined in accordance with the curve control method, namely, the Bezier curve control method and the classical curve control method. Here, the Bezier curve control method has an advantage that the blade length can be controlled because the sweep angle of the blade is included as a variable.

이때, 도 7을 참고하면, 파라미터 h는 디퓨저 허브, m은 디퓨저 미드, s는 디퓨저 쉬라우드임을 특징으로 한다.Here, referring to FIG. 7, the parameter h is a diffuser hub, m is a diffuser mid, and s is a diffuser shroud.

한편, 입사각과 관련이 있는 입구각 beta1_(h,m,s)은 디퓨저 작동유량에 영향에 미치며, 출구각 beta2_(h,m,s)은 디퓨저 성능을 나타내는 양정과 효율에 많은 영향을 미친다.On the other hand, the inlet angle beta1_ (h, m, s) related to the incident angle affects the diffuser operating flow rate and the outlet angle beta2_ (h, m, s) affects the head and efficiency which are indicative of the diffuser performance.

또한, 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s)의 변수는, 날개전개도에서 입구각과 출구각을 부드럽게 연결할 경우 동일한 각을 유지하는 구간이 존재하지 않는데, 디퓨저 설계에 따라 입/출구부분의 각이 동일해야 할 경우가 있기 때문에 필요하다.In addition, the parameters of% beta_LE_ (h, m, s) and% beta_TE_ (h, m, s) of the exit straight line section of the inlet straight line section are the same Is not present because the angles of the inlet and outlet portions may have to be the same depending on the design of the diffuser.

출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(h,s)의 변수는, 비속도의 설계에 따라 디퓨저 형상이 달라지며, 특히 원심 및 사류 펌프에서는 디퓨저와 결합하는 경우에 디퓨저의 형상(출구부 변수)에 따라 속도분포가 달라지고 펌프 성능에 영향을 미치기 때문에, 속도분포를 제어하기 위해 필요하다.The shape of the diffuser varies depending on the design of the non-velocity, and in particular, in the case of coupling with the diffuser in the centrifugal and extruder pumps, the shape of the diffuser (the outlet variable ), It is necessary to control the velocity distribution, since the velocity distribution varies and affects pump performance.

상기 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s), 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)의 변수는, 날개전개도에서 디퓨저의 입/출구각을 부드럽게 연결하는 방법으로 전개할 경우, 디퓨저의 스윕각이 고정변수가 아닌 입/출구각에 의해 결정되는 변수이므로, 상기와 같이 디퓨저 스윕각이 설계 변수로 주어질 경우 입/출구각이 부드럽게 연결되지 않을 수 있기 때문에, 스윕각이 정해져 있을 경우 입/출구각을 부드럽게 연결하기 위해 베지어 커브를 조정하기 위해 나타낸다.The variables of the adjustment point% CP_LE_ (h, m, s) of the inlet portion and the adjustment point% CP_TE_ (h, m, s) of the outlet portion are obtained by smoothly connecting the inlet / outlet angles of the diffuser Since the sweep angle of the diffuser is determined by the input / output angles, not by the fixed variables, when the diffuser sweep angles are given as design variables as described above, the input / output angles may not be smoothly connected, If an angle is specified, it indicates to adjust the Bezier curves to smoothly connect the inlet / outlet angles.

고전적 곡선 제어 방식은 디퓨저 날개 길이를 입/출구 각도를 부드럽게 연결해주는 곡선으로 정의하기 때문에 디퓨저 입/출구 각도에 의해서 날개 길이 및 스윕 각도가 정해진다. 따라서, 고전적 곡선 제어 방식에서의 날개 전개도 설계 변수는, 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total, 출구부 시작점 TE start point, 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s), 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)의 변수가 필요 없다. The classic curve control method defines the diffuser wing length as a curve that smoothly connects the inlet / outlet angle, so the diffuser inlet / outlet angle determines the blade length and sweep angle. Therefore, the blade development design parameter in the classic curved control system is defined by the product of the sweep angle of the diffuser and the averaged radius r_theta_total, the exit start point TE start point, the entry point% CP_LE_ (h, m, s) (H, m, s) variable CP_TE_ (h, m, s) is not required.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법에서 임펠러의 날개각 주요 설계 변수를 도시한 개략도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에서 디퓨저의 날개각 주요 설계 변수를 도시한 개략도이다.FIG. 9 is a schematic view showing major design parameters of impeller blades in an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention. 10 is a schematic view showing main design variables of the blade angle of the diffuser in the method of optimizing the design of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계(S20)에서는 효율을 향상시키면서 정확한 양정을 만족하기 위한 주요 설계변수는 날개전개도의 변수 중에서 임펠러 출구각(beta2_(h,s)) 및 디퓨저 입구각(beta1_(h,s))을 임펠러 및 디퓨저의 주요 설계 변수로 결정한다. 9 and 10, in the main design parameter determination step (S20) of influencing the design objective value in one embodiment of the present invention, the main design parameters for improving the efficiency and satisfying the accurate heading are the variables , The impeller exit angle (beta2_ (h, s)) and the diffuser inlet angle (beta1_ (h, s)) are determined as the main design parameters of the impeller and diffuser.

즉, 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h), 임펠러 쉬라우드의 출구각((_beta2_s), 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)일 수 있으며 그 이외의 값은 고정시킬 수 있다.That is, the exit angle of the impeller hub (i_beta2_h), the exit angle of the impeller shroud ((_beta2_s), the entrance angle of the diffuser hub (d_beta1_h), and the entrance angle of the diffuser shroud (d_beta1_s) .

한편, 본 발명의 일 실시예에서 목적함수의 값을 최적화 할 수 있는 최적의 설계 인자의 조건을 파악하는 단계(S30)에서는 2k 요인실험법을 이용하여 주요 인자들의 최적 설계 범위를 구할 수 있다. Meanwhile, in the step S30 of grasping the condition of the optimum design factor for optimizing the value of the objective function in the embodiment of the present invention, the optimal design range of the main factors can be obtained by using the 2 k factor test method.

이때, 2k 요인실험법이란 k개의 인자에 대해 각각의 인자의 수준을 실험을 수행하여 각 인자의 유의성을 판정하는 방식이다. 이때, 3가지 인자의 모든 효과를 구하려면 실험의 크기를 23=8회로 하여 인자들의 주 효과와 교호작용을 구해야 한다. In this case, the 2 k factor method is a method of determining the significance of each factor by performing experiment on the level of each factor for k factors. At this time, to obtain all the effects of the three factors, the size of the experiment should be 2 3 = 8, and the interaction between the main effects of the factors should be sought.

하지만, 교호작용의 경우 무시할 수 있는 경우가 많으며 이러한 경우에 사용되는 것이 일부 실시법이다. 일부 실시법은 무시할 수 있는 효과를 배제하고 실험하여 같은 인자수의 요인 실험법에 비해 실험의 회수를 줄일 수 있다. However, in the case of interactions, there are many cases that can be ignored, and in some cases this is the case. Some implementations can reduce the number of experiments compared to the factorial method with the same number of factors by testing and eliminating negligible effects.

본 발명의 일 실시예에서 관심 있는 인자의 수, 실행할 수 있는 실험의 수, 비용, 시간 등을 고려하여 의미가 적은 고차의 상호작용을 교락시켜서 실험의 횟수를 적게 하는 일부실시법(fractional factorial designs)으로 2k 요인실험을 수행하였다. In one embodiment of the present invention, fractional factorial designs (hereinafter, referred to as " fractional factorial designs ") are used in which the number of experiments is reduced by interfering with meaningful high-order interactions taking into account the number of factors of interest, ) Were used for the 2 k factor test.

이때, 실험계획법은 근대적 통계 해석법을 기반으로 이상 변동을 가져오는 많은 원인 중에서 중요한 원인을 적은 비용으로 선정하고 그 효과를 수량적으로 측정하는 방법이다. 그리고 동시에 두 종류 이상의 인자를 대상으로 하여 그들의 효과를 개별적으로 측정할 수 있다. At this time, the experimental design method is based on the modern statistical analysis method, and it is a method to quantitatively determine the important cause among the many causes causing the abnormal fluctuation at a low cost. At the same time, you can measure their effects separately for two or more factors.

본 발명의 일 실시예에서 최적설계를 위해 실험계획법을 사용하여 최적의 설계 인자의 조건은 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h)은 27도 내지 35도이고, 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s)은 12도 내지 20도이며, 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h)은 139도 내지 147도이고, 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)은 146도 내지 154도일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the optimum design parameters for the optimum design using the experimental design method are that the exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub is 27 to 35 degrees and the exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud is 12 The inlet angle (d_beta1_h) of the diffuser hub may be between 139 degrees and 147 degrees, and the inlet angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud may be between 146 degrees and 154 degrees.

이때, 주요인자 4개를 제외한 나머지 변수들은 2k 요인실험법(factorial designs) 및 반응표면기법(response surface method)을 통해서 나온 결과값 중에서 성능이 좋게 나온 값을 기준 모델로 선정하여 고정시킨 후 설계 변수인 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h) 및 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s) 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)으로 2k 요인실험법을 이용하였다. In this case, the variables other than the four major factors are selected as the reference model with good performance out of the result values obtained through the 2 k factorial designs and the response surface method, The 2 k factor method was used for the inlet angle (d_beta1_h) of the diffuser hub and the inlet angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud at the exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub and the exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 최적의 설계 변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상을 도출하는 단계(S40)에서는 양정 및 효율이 동시에 최적인 원심 및 사류 펌프 임펠러 및 디퓨저를 설계 목표값(target of design)으로 설정하였고 두 가지 목표 값을 동시에 만족하는 형상을 결정하기 위하여 반응표면기법을 이용하였다.Meanwhile, in the step S40 of deriving the optimized shape of the impeller and the diffuser by using the reaction surface technique under the optimum design parameter condition in the embodiment of the present invention, the centrifugal and multiphase pump impellers and the diffuser, The response surface method was used to determine the shape that satisfies both target values and the target of design.

이때, 반응표면기법(Response Surface Method, RSM)은 복수의 변수 작용으로 반응이 복합적으로 나타나는 문제를 수학적으로 통계적으로 분석하는 방법이며, 여러 개의 설계 변수가 복합적인 작용을 함으로써 어떤 목적함수에 영향을 주고 있을 때 이러한 반응의 변화가 이루는 반응표면에 대한 통계적 분석방법이다.In this case, the Response Surface Method (RSM) is a method of statistically analyzing the problem that multiple reactions occur due to multiple variable actions. This is a statistical method of analyzing the response surface of changes in these responses when giving.

또한, 반응표면기법은 어떠한 요인들이 영향을 미치는가 뿐만 아니라 그 요인들이 어떠한 조합을 이루었을 때 가장 큰 효과를 줄 수 있는가를 추정할 수 있다. In addition, the response surface technique can estimate not only which factors are affected, but also which combinations are most effective.

일반적인 실험계획에서 요인들의 조합을 통한 효과의 유무를 추정한다고 하면 반응표면기법은 어떤 요인이 영향을 미치며 그 요인들이 가장 큰 효과를 보여줄 때의 식을 추정할 수 있다.If we estimate the presence or absence of an effect through a combination of factors in a general experimental design, the response surface method can estimate the equation when the factors affect and the factors show the greatest effect.

본 발명에서 적용된 반응표면기법은 4인자 5 수준의 실험으로 최적화를 수행한다. 이때 설계변수는 날개각 설계 변수인 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h) 및 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s) 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)을 선정하여 목적함수를 펌프 양정 및 효율로 두고 반응 표면기법을 시행한다.The reaction surface technique applied in the present invention performs optimization by the experiment of 4 factor 5 level. (D_beta1_h) of the diffuser hub and the inlet angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud are selected as the design variables and the objective function (i_beta2_h) of the impeller hub and the impeller shroud And the reaction surface method is performed.

본 발명의 일 실시예에서 임펠러 및 디퓨저의 양정과 효율에 많은 영향을 미치는 4가지 주요인자를 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h) 및 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s) 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)으로 추렸으며(screening), 이 네 가지 변수로 반응표면기법 중 중심합성법(central composite)을 사용하여 수치해석 실험조건을 생성하였다. (I_beta2_h) of the impeller hub and the inlet angle (d_beta1_h) of the diffuser hub (i_beta2_s) of the impeller shroud in the embodiment of the present invention have four main factors that greatly affect the head and the efficiency of the impeller and the diffuser. And the entrance angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud, and the numerical simulation conditions were generated using the central composite of the response surface method with these four parameters.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 및 사류 펌프 임펠러의 최적화 설계 방법에서 반응 최적화 기법에 따른 그래프이다.11 is a graph illustrating a reaction optimization method in an optimum design method of a centrifugal impeller and a hydrodynamic pump impeller according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면 반응표면기법에 의한 최적화 결과 임펠러 허브 출구각(i_beta2_h)은 28도이고 임펠러 쉬라우드 출구각(i_beta2_s)은 20.0도이며, 디퓨저 허브 입구각(d_beta1_h)은 139.0도이고, 디퓨저 쉬라우드 입구각(d_beta1_s)는 146.0도일 때 효율은 90.6669이고 양정은 13.8192일 수 있다. 이때 양정의 목표 값은 13.80이다. 이러한 최적화된 값의 효율의 신뢰도(d) = 0.66673이고 양정의 신뢰도(d) = 0.98078인 것을 알 수 있다. 11, the impeller hub exit angle (i_beta2_h) is 28 degrees, the impeller shroud exit angle (i_beta2_s) is 20.0 degrees, the diffuser hub inlet angle (d_beta1_h) is 139.0 degrees, When the wood inlet angle (d_beta1_s) is 146.0 degrees, the efficiency can be 90.6669 and the head can be 13.8192. At this time, the target value of the head is 13.80. It can be seen that the reliability (d) of the efficiency of this optimized value is 0.66673 and the reliability (d) of the lift is 0.98078.

이때, 임펠러 및 디퓨저의 설계 변수 및 목적함수의 값은 기준 모델(Reference model)을 기준으로 무차원화 하였다.At this time, the design variables and the objective function values of the impeller and the diffuser are dimensionless based on the reference model.

즉, 주요 설계 변수인 임펠러 허브 출구각(i_beta2_h), 임펠러 쉬라우드 출구각(i_beta2_s), 디퓨저 허브 입구각(d_beta1_h) 및 디퓨저 쉬라우드 입구각(d_beta1_s)을 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법(factorial designs) 및 반응표면기법(response surface method)을 통해서 나온 결과값 중에서 성능이 좋게 나온 값을 기준 모델로 선정하여 고정시킬 수 있다.That is, the impeller hub outlet angle (i_beta2_h) The main design parameters, the impeller shroud outlet angle (i_beta2_s), except for the diffuser hub entrance angle (d_beta1_h) and the diffuser shroud inlet angle (d_beta1_s) remaining design variables are 2 k factors Experimental Method ( factorial designs, and response surface method, the value of the performance can be selected and fixed as a reference model.

이때, 원하는 성능의 기준 모델 임펠러 및 디퓨저는 2k 요인실험법(factorial designs) 및 반응표면기법(response surface method)을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화 된 값으로 선정할 수 있다. At this time, the reference model impeller and diffuser of the desired performance can be selected as optimal values from the results obtained through the 2 k factorial designs and the response surface method.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의해 설계된 임펠러 및 디퓨저의 수치해석 경계조건 및 격자계를 도시한 사시도이다.12 is a perspective view illustrating numerical analysis boundary conditions and a lattice system of an impeller and a diffuser designed by an optimum design method of an impeller and a diffuser according to an embodiment of the present invention.

이때, 수치 해석으로 비교하는 단계에서는 원심 및 사류 펌프 임펠러의 설계 목표 값은 유한 체적법인 ANSYS사의 상용코드 ANSYS CFX-16.0을 사용하여 K-ω를 기초한 SST(shear stress transport) 난류 모델 해석을 통해 얻어질 수 있다.In the numerical analysis, the design target values of the centrifugal and multistage pump impellers are obtained by the shear stress transport (SST) turbulence model analysis based on K-ω using the commercial code ANSYS CFX-16.0 of the finite volume corporation ANSYS Can be.

이때, 날개 형상 정의 및 격자계 생성은 각각 ANSYS Blade-Gen 및 Turbo-Grid가 사용될 수 있다.At this time, ANSYS Blade-Gen and Turbo-Grid can be used for blade shape definition and grid generation, respectively.

도 10을 참고하면 임펠러 3D 형상은 ANSYS CFX-BladeGen 프로그램을 사용하여 생성하였으며, 생성된 날개형상에 대하여 유체기계 격자생성 프로그램인 ANSYS CFXTurboGrid를 사용하여 정렬 격자계(structured grid)를 생성하였다.Referring to FIG. 10, a 3D geometry of the impeller was generated using the ANSYS CFX-BladeGen program, and a structured grid was created using the ANSYS CFX TurboGrid, a fluid mechanical grid generation program, for the generated blade shape.

임펠러의 날개 수는 5개이고 디퓨저의 날개 수는 7개이나 수치해석에 사용된 임펠러 및 디퓨저의 날개 형상이 동일하므로 해석시간을 고려하여 주기 조건(Periodic condition)을 사용하여 임펠러 1 개 및 디퓨저 1 개의 날개 영역에 대해서만 수치해석을 수행하였다.The number of blades of the impeller is 5 and the number of blades of the diffuser is 7. However, since the impeller and diffuser used for the numerical analysis have the same blade shape, the period of the impeller and the diffuser Numerical analysis was performed only for the wing area.

도 12를 참고하면, 생성된 격자계의 개수는 93만 개이다. 수치해석은 상용 3차원 점성유체 해석 프로그램인 ANSYS CFX-16.0을 사용하였다. 임펠러 및 디퓨저 내부의 비압축성 난류유동해석을 위하여 3차원 레이놀즈 평균 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다.Referring to FIG. 12, the number of generated grid systems is 930,000. Numerical analysis was performed using ANSYS CFX-16.0, a commercial three-dimensional viscous fluid analysis program. A 3-D Reynolds mean Navier-Stokes equation was used to analyze the incompressible turbulent flow inside the impeller and diffuser.

수치해석 계산에 사용한 지배방정식은 유한 체적법으로 이산화 되었으며, 이산화 기법으로는 2차 이상의 정확도를 가지는 고해 상도기법(high resolution scheme)을 사용하였다. The governing equations used in the numerical analysis are discretized by the finite volume method and the high resolution scheme with the second order or higher accuracy is used as the discretization method.

난류 유동의 해석을 위해 사용한 난류모델로는 유동박리 등의 예측에 적절한 전단이송(shear stress transport) k-ω모델을 사용하였다. The shear stress transport k-ω model, which is suitable for predicting the flow separation, was used as the turbulence model used for the analysis of the turbulent flow.

경계조건으로는 임펠러의 입구부 및 디퓨저의 출구부에 균일한 상태의 대기압을 주었고 출구부에는 질량유량을 주어 해석을 하였으며 임펠러의 회전속도는 2400 rpm을 주었다. 이때, 작동유체는 물을 사용하였다.At the boundary condition, the atmospheric pressure was uniformly applied to the inlet of the impeller and the outlet of the diffuser, and the mass flow rate was applied to the outlet, and the impeller rotation speed was 2400 rpm. At this time, water was used as the working fluid.

본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저 최적설계방법, 이에 의해 설계된 임펠러 및 디퓨저 및 이를 구비한 원심 및 사류 펌프는 임펠러 출구부 및 디퓨저 입구부를 동시에 설계함으로써 효율을 향상시키면서 정확한 양정을 만족할 수 있다.The impeller and the diffuser designed according to the embodiment of the present invention, the impeller and the diffuser and the centrifugal and extruder pumps having the impeller and the diffuser designed by this method can design the impeller outlet portion and the diffuser inlet portion at the same time, .

본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법은 실험계획법을 이용하여 임펠러 및 디퓨저의 형상을 설계하는 시간을 단축할 수 있다.The optimal design method of the impeller and the diffuser according to the embodiment of the present invention can shorten the time for designing the shape of the impeller and the diffuser by using the design of the experiment.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 원심 및 사류 펌프 2 : 케이싱
3 : 흡입구 5 : 디퓨저
6 : 디퓨저 날개 7 : 디퓨저 허브
9 : 디퓨저 쉬라우드 10 : 임펠러
11 : 임펠러 허브 13 : 임펠러 날개
15 : 임펠러 쉬라우드 30 : 모터의 구동축
1: Centrifugal and extruder pump 2: Casing
3: inlet 5: diffuser
6: diffuser wing 7: diffuser hub
9: diffuser shroud 10: impeller
11: impeller hub 13: impeller blade
15: impeller shroud 30: drive shaft of the motor

Claims (17)

임펠러 및 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 통해 유입된 유체를 외부로 배출시키는 디퓨저를 동시에 최적화하여 양정을 만족시키고 동시에 효율을 향상시키는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법으로서,
상기 임펠러 및 상기 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 및 목적함수 결정 단계;
상기 목적함수의 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계;
상기 목적함수의 값을 최적화 할 수 있는 최적의 설계 변수조건 파악 단계 및
상기 최적의 설계변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 상기 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상도출 단계를 포함하되,
상기 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 150 내지 1200 Ns이내이며,
상기 임펠러 및 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 상기 목적함수는 상기 임펠러 및 디퓨저의 성능을 분석하기 위한 양정(Ht) 및 효율(ηt)이고,
상기 임펠러 및 디퓨저의 설계변수 결정 단계는
상기 임펠러의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 임펠러 자오면 설계변수 결정단계;
상기 디퓨저의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 디퓨저의 날개 형상을 표현하는 디퓨저 자오면 설계변수 결정단계;
상기 임펠러의 날개 각도를 표현하는 상기 임펠러 날개각 설계변수 결정단계 및
상기 디퓨저의 날개 각도를 표현하는 상기 디퓨저 날개각 설계변수 결정단계를 포함하고,
상기 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 디퓨저의 자오면 설계변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 최외각 지점에서의 반경(R4h), 디퓨저 최외각 지점에서의 날개폭(b4), 디퓨저 최외각 지점에서의 기울어진 각도(φ4), 디퓨저 출구부에서의 반경(R5h), 디퓨저 출구부에서의 날개폭(b5), 디퓨저 출구부에서의 기울어진 각도(φ5), 허브측 디퓨저 입구부 조정점(%CP1h), 허브측의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2h,%CP3h), 허브측 디퓨저 출구부 조정점(%CP4h), 디퓨저 입구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1h), 디퓨저 출구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4h), 쉬라우드측에서의 디퓨저 입구부 조정점(%CP1s), 쉬라우드측에서의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2s,%CP3s), 쉬라우드측에서의 디퓨저 출구부 조정점(%CP4s), 디퓨저 입구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1s), 및 디퓨저 출구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4s)를 포함하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
1. A method for optimizing an impeller and a diffuser for optimizing a diffuser and a diffuser connected to the impeller and for discharging a fluid introduced through the impeller to the outside,
Determining a design parameter and an objective function in consideration of shapes of the impeller and the diffuser;
Determining a main design variable that affects a value of the objective function;
An optimal design parameter condition grasp step of optimizing the value of the objective function and
And deriving an optimized shape of the impeller and the diffuser by using a reaction surface technique at the optimal design parameter condition,
The specific speed is determined by the flow quantity Q, the head Ht and the number of rotations N, which are design specifications, in the design parameters and the objective function determining step in consideration of the shape of the impeller and the diffuser, Ns,
In the design parameter and objective function determining step, considering the shape of the impeller and the diffuser, the objective function is a head Ht and efficiency (t) for analyzing the performance of the impeller and the diffuser,
The step of determining the design parameters of the impeller and the diffuser
An impeller meridian surface design parameter determination step of expressing a shape of a blade of the impeller to generate a three-dimensional shape of the impeller;
A diffuser meridional surface design parameter determination step of expressing a shape of a blade of the diffuser to generate a three-dimensional shape of the diffuser;
Determining an impeller blade angle design variable expressing a blade angle of the impeller;
And determining the diffuser wing angle design variable representing the wing angle of the diffuser,
In the determination of the meridional surface design parameters of the diffuser, the meridional surface design parameters of the diffuser include a radius (R3_h) of the hub portion at the diffuser inlet, a blade width (b3) at the front end of the diffuser blade, a tilted angle The radius at the outermost point of the diffuser (R4h), the blade width (b4) at the diffuser outermost point, the tilted angle (? 4) at the diffuser outermost point, the radius at the diffuser exit (R5h) The inclination angle? 5 at the diffuser outlet, the hub side diffuser inlet adjustment point CP1h and the first and second diffuser outermost point adjustment points CP2h and CP3h at the hub side, ), The hub side diffuser outlet adjustment point (% CP4h), the angle (? 1h) formed by the hub curve of the diffuser inlet with the horizontal line, the angle? 4h formed by the hub curve of the diffuser outlet with the horizontal line, (% CP1s), the first and second diffuser outline on the shroud side (% CP2s,% CP3s), the diffuser outlet adjustment point (% CP4s) at the shroud side, the angle (? 1s) at which the Shroud curve at the diffuser inlet intersects the horizontal line, and the Shroud curve at the diffuser exit Optimum design method of impeller and diffuser including angle? 4s.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 임펠러 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 임펠러의 자오면 설계 변수는 상기 임펠러의 입구부에서 허브 부분의 반경(R1_h), 상기 임펠러의 입구부에서 쉬라우드 부분의 반경(R1_s), 상기 임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1), 상기 임펠러 출구부의 직경(R2), 상기 임펠러 날개 후단(trailing edge)에서의 날개폭(b2), 날개 후단의 기울어진 각도(φ2) 및 쉬라우드 입구부와 출부구의 축 방향 길이(Ztip)를 포함하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
The method according to claim 1,
In the designing of the impeller meridian surface design parameter, the meridional surface design parameter of the impeller is determined by a radius R1_h of the hub portion at the inlet portion of the impeller, a radius R1_s of the shroud portion at the inlet portion of the impeller, A diameter of the outlet of the impeller R2, a width of a blade at a trailing edge of the impeller blade, an angle of inclination of a forward end of the blade and an angle of a shroud inlet and an outlet, Optimized design method of impeller and diffuser including direction length (Ztip).
제5 항에 있어서,
상기 임펠러의 자오면 설계 변수는 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_s, θ2_s), 상기 임펠러의 허브 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각(θ1_h, θ2_h) 상기 임펠러 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이(%L_h, %L_s), 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 상기 임펠러 입구부까지 베지어 커브를 생성하기 위한 쉬라우드 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_s, %CP2_s) 및 허브 입구부 조정점 및 출구부 조정점(%CP1_h, %CP2_h)을 더 포함하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
6. The method of claim 5,
The meridional surface design parameters of the impeller include an inlet angle and an outlet angle (? 1_s,? 2_s) formed by the shroud curves of the impeller with a horizontal line and a vertical line, an inlet angle and an outlet angle , θ2_h) Length (% L_h,% L_s) of the straight portion in the impeller outlet hub and shroud, shroud inlet portion adjustment to create a Bezier curve from the end of the straight section of the outlet to the impeller inlet (CP1_s,% CP2_s), and a hub inlet adjustment point and an outlet adjustment point (% CP1_h,% CP2_h) for optimizing design of an impeller and a diffuser.
제6 항에 있어서,
상기 임펠러의 날개각 설계변수 결정단계는
자오면 곡선의 총길이 M_total_(h,m,s), 출구부 시작점 TE start point, 임펠러의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total_(h,m,s), 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(m,h), 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s) 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)을 포함하는 임펠러의 최적화 설계 방법.
The method according to claim 6,
The blade angle design parameter determination step of the impeller
(H, m, s), exit point TE start point, the product of the sweep angle of the impeller and the averaged radius r_theta_total_ (h, m, s), the entrance angle beta1_ (H, m, s), the length of the inlet straight section% beta_LE_ (h, m, s), the length of the exit straight section% beta_TE_ (h, m, s), and the angle d_theta (h, m, s) of the inlet portion and an adjustment point% CP_TE_ (h, m, s) of the outlet portion.
삭제delete 제7 항에 있어서,
상기 디퓨저의 날개각 설계변수 결정단계에서 상기 날개 전개도 설계 변수는 출구부 시작점(TE startpoint), 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱(r_theta_total), 입구각(beta1_(h,m,s)), 출구각(beta2_(h,m,s)), 입구 직선부의 길이(%beta_LE_(h,m,s)), 출구 직선부의 길이(%beta_TE_(h,m,s)), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각(d_theta(h,s)), 입구 부분의 조정점(%CP_LE_(h,m,s)), 및 출구부분의 조정점(%CP_TE_(h,m,s)을 포함하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계방법.
8. The method of claim 7,
In the wing angle design variable determining step of the diffuser, the vane development design parameter includes an exit start point (TE start point), a product of the sweep angle of the diffuser and the averaged radius (r_theta_total), the entrance angle (beta1_ (h, m, s) (H, m, s)), the length of the exit rectilinear section (% beta_TE_ (h, m, s) (H, m, s) including an adjustment point (CP_LE_ (h, m, s)) of the inlet portion, an inclination angle (d_theta And optimizing design method of diffuser.
제9 항에 있어서,
상기 설계 변수 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계에서 상기 주요 설계변수는 상기 목적함수 값에 영향을 미치는 상기 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h), 상기 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s), 상기 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h) 및 상기 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)인 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
10. The method of claim 9,
In the main design parameter determination step, which affects the design parameter value, the main design parameter includes an exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub, an exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud, Wherein the inlet angle (d_beta1_h) of the hub and the inlet angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud are optimized.
제10 항에 있어서,
상기 주요 설계변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법(factorial designs) 및 상기 반응표면기법(response surface method)을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화 된 값으로 고정시키는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
11. The method of claim 10,
The remaining design variables, except for the main design variables, are optimized to optimal values from 2 k factorial designs and results from the response surface method.
제10 항에 있어서,
상기 목적함수 값을 최적화 할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계에서는 상기 비속도는 동일하고, 입구부 허브의 시작점(S1_h)은 반경 방향으로 동일한 축(C2)으로 고정되고, 입구부의 면적 및 임펠러 날개 전단의 기울어진 각도(φ1)가 동일하며, 입구부에서 허브 부분의 내경(R1_h)은 동일하고, 입구부에서 쉬라우드 부분의 내경(R1_s)은 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각(θ1_s)을 동일하게 고정하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
11. The method of claim 10,
In the step of grasping the condition of the optimal design variable capable of optimizing the objective function value, the specific speed is the same, the starting point S1_h of the inlet hub is fixed to the same axis C2 in the radial direction, The inner diameter R1_h of the hub portion at the inlet portion is the same and the inner diameter R1_s of the shroud portion at the inlet portion is equal to the inner diameter R1_s of the impeller blade portion at the inlet portion, And an inlet angle (? 1_s) to the vertical line are fixed equally.
제12 항에 있어서,
상기 목적 함수 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계변수 조건파악 단계에서 상기 임펠러 허브의 출구각(i_beta2_h)은 27도 내지 35도이고, 임펠러 쉬라우드의 출구각(i_beta2_s)은 12도 내지 20도이며, 디퓨저 허브의 입구각(d_beta1_h)은 139도 내지 147도이고, 디퓨저 쉬라우드의 입구각(d_beta1_s)은 146도 내지 154도인 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
13. The method of claim 12,
The exit angle (i_beta2_h) of the impeller hub is in a range of 27 to 35 degrees and the exit angle (i_beta2_s) of the impeller shroud is in a range of 12 to 20 degrees in an optimum design parameter condition grasping step in which the objective function value can be optimized , The inlet angle (d_beta1_h) of the diffuser hub is between 139 degrees and 147 degrees, and the inlet angle (d_beta1_s) of the diffuser shroud is between 146 degrees and 154 degrees.
제13 항에 있어서,
상기 최적의 설계 변수 조건으로 반응표면기법을 이용하여 상기 임펠러 및 디퓨저의 최적화 형상을 도출 단계에서 상기 반응표면기법을 이용하여 양정 및 효율이 동시에 만족하는 상기 임펠러 허브 출구각(i_beta2_h), 상기 임펠러 쉬라우드 출구각(i_beta2_s), 상기 디퓨저 허브 입구각(d_beta1_h), 상기 디퓨저 쉬라우드 입구각(d_beta1_s)을 도출하는 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법.
14. The method of claim 13,
(I_beta2_h), the impeller hub exit angle (i_beta2_h) at which the head and the efficiency simultaneously satisfy the optimized shape of the impeller and the diffuser at the derivation step using the reaction surface method, (D_beta1_h) and the inlet angle of the diffuser shroud (d_beta1_s) are derived.
제1 항, 제5 항 내지 제7 항, 제9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 임펠러 및 디퓨저의 최적화 설계 방법에 의하여 설계된 임펠러 및 디퓨저.An impeller and diffuser designed by an optimized design method of an impeller and a diffuser according to any one of claims 1, 5 to 7, 9 to 14. 제15 항에 따른 임펠러 및 디퓨저;
상기 임펠러가 내부에 설치되고, 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱;을 포함하는 원심 펌프.
An impeller and a diffuser according to claim 15;
And a casing having the impeller installed therein and having an inlet formed to suck the fluid in front of the impeller and a discharge port configured to discharge the sucked fluid to the outer periphery of the impeller.
제15 항에 따른 임펠러 및 디퓨저;
상기 임펠러가 내부에 설치되고, 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱;을 포함하는 사류 펌프.
An impeller and a diffuser according to claim 15;
And a casing having the impeller installed therein and having an inlet formed to suck the fluid in front of the impeller and a discharge port configured to discharge the sucked fluid to the outer periphery of the impeller.
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