KR102352973B1 - Design method of two vane pump for wastewater treatment and two vane pump designed accrodingly - Google Patents

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KR102352973B1 KR1020200086761A KR20200086761A KR102352973B1 KR 102352973 B1 KR102352973 B1 KR 102352973B1 KR 1020200086761 A KR1020200086761 A KR 1020200086761A KR 20200086761 A KR20200086761 A KR 20200086761A KR 102352973 B1 KR102352973 B1 KR 102352973B1
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Abstract

The present invention relates to a method for designing a two-vane pump for wastewater treatment and more specifically, to a method for designing a two-vane pump for wastewater treatment, which can increase efficiency depending on a head and the size of a passable solid to the maximum. To this end, the method for designing a two-vane pump for wastewater treatment comprises the steps of: a) setting an objective function; b) setting design parameters of an impeller and a volute for deriving the set objective function; c) deriving a value of the objective function depending on values of the set design parameters through numerical analysis; d) deriving a functional formula for deriving the value of the objective function by using the derived value of the objective function depending on the values of the design parameters; and e) determining the values of the design parameters that satisfy a value of a design objective function as a design plane by using the derived functional formula.

Description

임펠러 및 벌류트 설계변수를 반영한 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법 및 이에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프{DESIGN METHOD OF TWO VANE PUMP FOR WASTEWATER TREATMENT AND TWO VANE PUMP DESIGNED ACCRODINGLY}DESIGN METHOD OF TWO VANE PUMP FOR WASTEWATER TREATMENT AND TWO VANE PUMP DESIGNED ACCRODINGLY

본 발명은 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법 및 이에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양정에 따른 효율 및 통과 가능한 고형물 크기를 최대로 얻을 수 있는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법 및 이에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a design method of a two-vane pump for wastewater and a two-vane pump for wastewater designed accordingly, and more particularly, to a design of a two-vane pump for wastewater that can maximize efficiency and passable solids size according to the lift It relates to a method and a tube-vane pump for wastewater designed accordingly.

일반적으로 오폐수 펌프는 하수, 폐수 슬러지 등을 이송하는 펌프로, 여러 산업분야에서 다양하게 사용되고 있다.In general, a wastewater pump is a pump that transports sewage, wastewater sludge, and the like, and is widely used in various industrial fields.

이러한 오폐수 펌프는 일반적인 수중 펌프와 달리 이물질을 포함하는 유체를 이동시켜야 하기 때문에, 유로 막힘 현상(clogging)이 자주 발생한다. 이처럼 유로 막힘 현상은 오폐수 펌프의 펌프 효율 등의 성능을 감소시키거나, 오폐수 펌프의 고장 및 파손을 유발할 수 있다. 따라서, 오폐수 펌프는 막힘 현상이 발생하지 않도록 설계하는 것이 중요하다.Unlike a general submersible pump, such a wastewater pump has to move a fluid containing foreign substances, and thus a flow path clogging occurs frequently. As such, the clogging of the flow path may reduce performance, such as pump efficiency, of the wastewater pump, or may cause malfunction or damage of the wastewater pump. Therefore, it is important to design the wastewater pump so that clogging does not occur.

보르텍스 펌프는 종래의 복수의 유로를 갖는 임펠러가 적용된 오폐수 펌프의 유로 막힘 현상을 방지하기 위하여 고안된 것으로써, 임펠러 길이를 짧게하여 유로를 넓게 확보하기 때문에 유로 막힘 현상이 발생하는 것을 방지하였다. 그러나, 상기 보르텍스 펌프는 임펠러의 길이가 짧아지면서 기존 오폐수 펌프에 비해 펌프 효율이 30% 정도 밖에 미치지 못하는 문제점이 있다.The vortex pump is designed to prevent clogging of the flow path of a wastewater pump to which an impeller having a plurality of flow paths is applied. However, the vortex pump has a problem in that as the length of the impeller is shortened, the pump efficiency is only about 30% lower than that of the conventional wastewater pump.

단일채널펌프는 임펠러의 내부에 하나의 유로를 형성하고, 임펠러의 회전에 따라 유로가 함께 회전하여 오폐수를 이송하도록 마련된다. 이처럼 마련된 단일채널펌프는 유로 막힘 현상이 발생하지 않으면서도 상기 보르텍스 펌프에 비해 펌프 효율이 2배 이상 높다는 장점이 있다. 그러나, 상기 단일채널펌프의 임펠러는 일반적인 임펠러와 달리 비대칭구조로 이루어져 있기 때문에, 단일채널펌프를 작동시 유체력의 분포가 일정하지 않아 진동이 크게 발생한다는 문제점이 있으며, 특히, 펌프 효율을 높이려 할수록 진동이 더욱 크게 증가하여 현장에 적용이 어렵다는 문제점이 있다.The single channel pump forms one flow path inside the impeller, and the flow path rotates together according to the rotation of the impeller to transport wastewater. The single-channel pump thus prepared has an advantage in that the pump efficiency is more than twice as high as that of the vortex pump without causing clogging of the flow path. However, since the impeller of the single-channel pump has an asymmetric structure unlike a general impeller, there is a problem in that the distribution of fluid force is not constant when operating the single-channel pump, so that vibration occurs greatly. There is a problem in that it is difficult to apply to the field as the vibration increases more significantly.

투베인 펌프는 두개의 임펠러가 대칭되는 구조로 마련되어 진동이 적고 유로가 넓어 일반적인 보르텍스 펌프에 비해 고형물도 잘 통과하는 장점이 있다.Two vane pumps have a symmetrical structure with two impellers, so there is little vibration and a wide flow path, so it has the advantage of passing solids better than general vortex pumps.

그러나, 종래에는 원하는 양정에 목표로 하는 효율과, 통과 가능한 고형물의 크기를 갖도록 임펠러의 구조를 설계하는 기술이 없어 원하는 사양을 제작하는데 많은 시행착오를 겪어야 하는 문제가 있었다.However, in the prior art, there is no technology for designing the structure of the impeller so as to have a target efficiency for a desired lift and a size of a solid that can pass through, so there is a problem in that a lot of trial and error has to be experienced in manufacturing a desired specification.

따라서, 목표로 하는 양정과 통과 가능한 고형물의 크기를 만족하면서 펌프 효율을 최대화할 수 있는 투베인 펌프의 임펠러와 벌류트의 상호작용을 고려한 설계 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a design technology that considers the interaction between the impeller and the volute of the two vane pump that can maximize the pump efficiency while satisfying the target head and the size of the solid that can pass.

한국등록특허 제10-1647394호Korean Patent No. 10-1647394

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양정에 따른 효율 및 통과 가능한 고형물 크기를 최대로 얻을 수 있는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법 및 이에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프를 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of designing a tube-vane pump for wastewater that can obtain maximum efficiency and passable solids size according to the lift, and a tube-vane pump for wastewater designed accordingly.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법에 있어서, a) 목적함수를 설정하는 단계; b) 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계; c) 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계; d) 도출된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 이용하여 상기 목적함수의 값을 도출하기 위한 함수식을 도출하는 단계; 및 e) 도출된 상기 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a method for designing a tube-in pump for wastewater, comprising: a) setting an objective function; b) setting design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function; c) deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis; d) deriving a function expression for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the derived value of the design variable; And e) provides a design method of a two-vane pump for wastewater, characterized in that it comprises the step of deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design using the derived function formula.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 목적함수는, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a), the objective function may be the head, efficiency, and maximum volume of solids that can pass.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는,

Figure 112020073077842-pat00001
상기 수학식에 의해 연산되며, 여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the maximum passable solid volume is,
Figure 112020073077842-pat00001
It is calculated by the above formula, where D is a length in a tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the opposite impeller.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 설계변수는, 상기 오폐수 펌프의 유입부측에 위치한 상기 임펠러의 일단부의 y축 변위인 제1 변수; 상기 임펠러의 타단부의 y축 변위인 제2 변수; 및 상기 벌류트의 벌류트 각도에 따른 단면적인 제3 변수를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step b), the design variable includes: a first variable that is a y-axis displacement of one end of the impeller located on the inlet side of the wastewater pump; a second variable that is a y-axis displacement of the other end of the impeller; and a third variable of a cross-sectional area according to the volute angle of the volute.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계는, 상기 투베인 펌프의 자오면을 고정한 상태에서, 상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수의 값에 따라 형성된 임펠러 및 벌류트의 형상에 대한 목적함수의 값이 2K요인 실험에 의해 도출되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, in the step c), the shape of the impeller and the volute formed according to the values of the first variable, the second variable, and the third variable, in a state where the meridian surface of the tube vane pump is fixed the value of the objective function can be characterized and adapted to be derived by the 2 K factor experiments.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 양정에 대해 도출된 상기 함수식은,

Figure 112020073077842-pat00002
(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the function formula derived for the head is,
Figure 112020073077842-pat00002
(Here, x 1 is a first variable, x 2 is a second variable, and x 3 is a third variable).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 효율에 대해 도출된 상기 함수식은,

Figure 112020073077842-pat00003
(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the function formula derived for the efficiency is,
Figure 112020073077842-pat00003
(Here, x 1 is a first variable, x 2 is a second variable, and x 3 is a third variable).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 통과 가능한 고형물 최대 부피에 대해 도출된 상기 함수식은,

Figure 112020073077842-pat00004
(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the function formula derived for the maximum passable solid volume is,
Figure 112020073077842-pat00004
(Here, x 1 is a first variable, x 2 is a second variable, and x 3 is a third variable).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3 변수는, 상기 벌류트의 최대 단면적인 벌류트 각도 360도 지점에서의 단면적 대비 단면적을 비율로 나타낸 것을 특징으로 할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the third variable may be characterized in that the maximum cross-sectional area of the volute is expressed as a ratio of the cross-sectional area to the cross-sectional area at a volute angle of 360 degrees.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 변수, 상기 제2 변수 및 상기 제3 변수의 범위는, 각각의 상기 설계변수 값에 따른 펌프의 양정 및 효율에 대한 목적함수 값의 변화를 나타낸 2차 함수 그래프에서 변곡점을 포함하도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ranges of the first variable, the second variable, and the third variable are secondary indicating the change in the objective function value for the lift and efficiency of the pump according to each of the design variable values. It may be characterized in that it is set to include an inflection point in the function graph.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계는, 상기 목적함수 중 양정의 상기 설계목적함수값을 고정한 상태에서, 펌프 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피 중 어느 하나 이상이 최대가 되도록 하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step e), the design variable such that at least one of the pump efficiency and the maximum passable solid volume becomes the maximum while the design objective function value of the head among the objective functions is fixed. It may be characterized in that it is provided to derive the value of the design plan.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프에 있어서, 펌프 유입부부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되며 상호 대칭되는 한 쌍의 임펠러; 및 내부에 상기 임펠러가 마련되는 벌류트를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프를 제공한다.In the two vane pump for wastewater designed according to the design method of the two vane pump for wastewater, the configuration of the present invention for achieving the above object is a pair of impellers that are formed to extend outwardly from the pump inlet in a streamlined manner and are symmetrical to each other ; and a volute in which the impeller is provided.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 임펠러는 양단부의 위치가 상기 설계안에 따른 제1 변수 및 제2 변수에 따라 설계되고, 상기 벌류트는 상기 설계안에 따른 제3 변수에 따라, 벌류트 각도에 따른 단면적이 설계된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the positions of both ends of the impeller are designed according to the first and second variables according to the design, and the volute according to the third variable according to the design and the volute angle It may be characterized in that the cross-sectional area is designed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 벌류트는 입구측에서 출구측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하도록 설계된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the volute may be designed so that the cross-sectional area gradually increases from the inlet side to the outlet side.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오폐수용 투베인 펌프가 2.2kw용 펌프일 때, 벌류트의 출구측 폭은 80mm, 상기 유입부 중심에서 상기 벌류트 출구측 단부까지의 길이는 200mm로 고정되며, 상기 벌류트의 높이는 300mm이내로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the two vane pump for wastewater is a 2.2kw pump, the width of the outlet side of the volute is 80mm, and the length from the center of the inlet to the end of the volute outlet is fixed to 200mm, , it may be characterized in that the height of the volute is formed within 300mm.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 분뇨, 오폐수, 오물, 및 고형물을 설계된 바에 따라 막힘 현상 없이 펌핑하여 고장 및 파손을 방지하고 높은 펌프 효율을 갖는다.The effect of the present invention according to the above configuration is to prevent failure and damage by pumping manure, wastewater, filth, and solids without clogging as designed, and has high pumping efficiency.

또한, 본 발명의 최적 설계 방법에 따라 도출된 설계안을 이용하여 편리하게 원하는 목표 사양을 갖는 투베인 펌프를 설계할 수 있다.In addition, it is possible to conveniently design a two-vane pump having a desired target specification by using the design plan derived according to the optimal design method of the present invention.

특히, 목표로 하는 양정에서 최대의 효율 및 통과 가능한 고형물 크기를 갖는 투베인 펌프의 설계가 가능하다.In particular, it is possible to design a two-vane pump with maximum efficiency and passable solids size at the targeted head.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프 임펠러의 예시도이다
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유량비에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러의 설계변수로 설정된 지점을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 벌류트의 설계변수를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 양정의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 효율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 통과 가능한 고형물 최대 부피의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 효율을 최대로 설계안을 도출할 때의 설계변수 값에 따른 목적함수 값을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피를 최대로 설계안을 도출할 때의 설계변수 값에 따른 목적함수 값을 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래의 일반적인 투베인 펌프의 예시도이다.
도 14는 목표로 하는 양정에서 본 발명의 일실시예에 따른 설계방법으로 효율을 최대로 설계한 오폐수용 투베인 펌프를 나타낸 예시도이다.
도 15는 목표로 하는 양정에서 본 발명의 일실시예에 따른 설계방법으로 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피를 모두 최대로 설계한 오폐수용 투베인 펌프를 나타낸 예시도이다.
1 is a flowchart of a design method of a tube-in pump for wastewater according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary view of the tube vane pump for waste water according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary view of the tube vane pump impeller for waste water according to an embodiment of the present invention
4 is a graph showing the lift and efficiency according to the flow rate ratio according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view showing a point set as a design parameter of the impeller according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary diagram illustrating design parameters of a volute according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in head according to a change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a change in efficiency according to a change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the change in the maximum volume of solids that can pass according to the change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the values of the objective function according to the values of the design variables when deriving a design plan with maximum efficiency according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the value of the objective function according to the value of the design variable when deriving a design plan that maximizes the efficiency and the maximum passable solid volume according to an embodiment of the present invention.
13 is an exemplary view of a conventional general two-vane pump.
14 is an exemplary view showing a tube-in pump for wastewater designed to maximize efficiency by a design method according to an embodiment of the present invention at a target lift.
15 is an exemplary diagram illustrating a tube-in pump for wastewater in which both efficiency and maximum passable solids volume are maximally designed by the design method according to an embodiment of the present invention at the target lift.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프 임펠러의 예시도이다.Figure 1 is a flowchart of a design method of a tube vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exemplary view of a tube vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is the present invention It is an exemplary view of the tube vane pump impeller for wastewater according to an embodiment.

도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법을 설명하기 전에 먼저, 도 2를 참조하여 오폐수용 투베인 펌프의 기본적인 형상을 설명하도록 한다.Before describing the design method of the tube vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, first, a basic shape of the tube vane pump for wastewater will be described with reference to FIG. 2 .

본 발명의 오폐수용 투베인 펌프(100)는 한 쌍의 임펠러(110, 120)와 벌류트(130)를 포함한다.The two vane pump 100 for wastewater of the present invention includes a pair of impellers 110 and 120 and a volute 130 .

여기서, 한 쌍의 상기 임펠러(110, 120)는 상호 대칭되게 마련되며, 펌프 유입부(130)부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되어 마련될 수 있다.Here, the pair of impellers 110 and 120 may be provided symmetrically to each other, and may be provided to extend outwardly from the pump inlet 130 in a streamlined shape.

보다 구체적으로, 상기 한 쌍의 임펠러(110, 120)는 상기 유입부(110)부터 유선형으로 곡선을 그리며 벌류트(200)의 바깥측으로 연장 형성된다. 이때, 상기 임펠러(110, 120)는 상기 유입부(130)측 면이 오목하도록 곡선이 형성되게 연장 형성될 수 있다.More specifically, the pair of impellers 110 and 120 is formed to extend outwardly of the volute 200 in a streamlined curve from the inlet 110 . In this case, the impellers 110 and 120 may be formed to extend to form a curve so that the inlet 130 side surface is concave.

상기 벌류트(200)는 허브(210) 및 쉬라우드(220)를 포함하며, 상기 임펠러(110, 120)를 내부에 수용하는 케이싱을 이루도록 마련될 수 있다.The volute 200 includes a hub 210 and a shroud 220, and may be provided to form a casing accommodating the impellers 110 and 120 therein.

그리고, 상기 벌류트(200)는 입구측에서 출구측으로 향할수록 단면적이 점차 증가하도록 형성된다.And, the volute 200 is formed so that the cross-sectional area gradually increases from the inlet side toward the outlet side.

본 발명에서, 오폐수용 투베인 펌프(100)는 2.2kW용 펌프로서, 벌류트(200)의 출구측 폭(W)은 80mm, 유입부(130) 중심에서 벌류트(200) 출구측 단부까지의 길이(L)는 200mm로 고정되며, 벌류트(200)의 높이(H)는 300mm이내로 형성된다.In the present invention, the two vane pump 100 for wastewater is a 2.2 kW pump, and the width W of the outlet of the volute 200 is 80 mm, from the center of the inlet 130 to the end of the outlet of the volute 200. The length L is fixed to 200 mm, and the height H of the volute 200 is formed within 300 mm.

이처럼 마련된 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법은 먼저, 목적함수를 설정하는 단계(S10)가 수행될 수 있다.In the method for designing the impeller of the tube-vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention prepared as described above, first, the step of setting the objective function (S10) may be performed.

목적함수를 설정하는 단계(S10)에서, 상기 목적함수는 목표로 하는 사양에 관한 것으로, 본 발명에서는 상기 목적함수로, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피로 설정하였다.In the step of setting the objective function (S10), the objective function relates to a target specification, and in the present invention, the objective function is set as the lift, efficiency, and maximum volume of passable solids.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유량비에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the lift and efficiency according to the flow rate ratio according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 오폐수용 투베인 펌프(100)는 유량비에 따른 양정 및 효율에 대한 그래프가 동일하지 않다.Referring to FIG. 4 , the two vane pump 100 for wastewater does not have the same graph for the lift and efficiency according to the flow rate ratio.

구체적으로, 유량비에 따른 양정 그래프를 보면, 유량비가 증가할수록 양정은 감소한다.Specifically, looking at the lift graph according to the flow ratio, the head decreases as the flow ratio increases.

그리고, 유량비에 따른 효율 그래프를 보면, 유량비가 증가에 따라 효율은 증가하다가 어느 지점에서 감소하는 2차원 곡선을 갖는다.And, looking at the efficiency graph according to the flow ratio, the efficiency increases as the flow ratio increases, and then it has a two-dimensional curve that decreases at a certain point.

또한, 양정과 효율만을 계산할 경우, 양정에 따른 최대 효율을 갖는 오폐수용 투베인 펌프를 설계해도 오폐수 펌프의 특성상 고형물에 의한 막힘 현상이 발생할 가능성이 높다.In addition, when only the head and the efficiency are calculated, the possibility of clogging by solids is high due to the characteristics of the wastewater pump, even if a two vane pump for wastewater having the maximum efficiency according to the lift is designed.

따라서, 통과 가능한 고형물의 최대 크기를 목적함수에 포함하여 고려함으로 고형물의 통과가 가능함과 동시에 목표로 하는 양정에 따른 최대 효율을 도출할 수 있는 설계가 필요하다.Therefore, by considering the maximum size of passable solids in the objective function, it is necessary to design a design that allows solids to pass and at the same time derives maximum efficiency according to the target lift.

이에, 본 발명은 목적함수로, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피로 설정하였다.Therefore, in the present invention, as the objective function, the head, the efficiency, and the maximum volume of solids that can pass through were set.

상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는, 하기 수학식1에 의해 연산될 수 있다.The maximum volume of the passable solid may be calculated by Equation 1 below.

Figure 112020073077842-pat00005
Figure 112020073077842-pat00005

여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 한다.Here, D is a length in a tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the impeller facing it.

목적함수를 설정하는 단계(S10) 이후에는, 설정된 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계(S20)가 수행될 수 있다.After the step of setting the objective function ( S10 ), the step of setting design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function ( S20 ) may be performed.

설정된 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계(S20)에서, 상기 설계변수는, 상기 임펠러(110, 120) 및 벌류트(200)의 상호작용을 고려하기 위해 임펠러와 벌류트에 대해 설정된 설계변수로 이루어질 수 있다.In the step of setting design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function (S20), the design variables are used with the impeller in order to consider the interaction between the impellers 110 and 120 and the volute 200. It may consist of design parameters set for the volute.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 A-A' 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 설정된 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계(S20)에서, 본 발명의 상기 설계변수는 제1변수, 제2 변수, 제3 변수로서, 총 3개로 설정하였다.Referring to FIG. 5 , in the step of setting the design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function ( S20 ), the design parameters of the present invention are a first variable, a second variable, and a third variable. It was set to three.

본 발명에서는 설정된 목적함수에 가장 큰 영향을 미치는 3개의 설계변수로 최적 설계하는 경우에 대해 설명하였으나, 설계변수의 수는 이에 한정되지 않으며 설계변수의 개수는 변경될 수 있다.In the present invention, the case of optimal design with three design variables having the greatest influence on the set objective function has been described, but the number of design variables is not limited thereto, and the number of design variables may be changed.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러의 설계변수로 설정된 지점을 나타낸 예시도이다.6 is an exemplary view showing a point set as a design parameter of the impeller according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 제1 변수는 임펠러(110, 120)의 일단부에 위치한 제1 지점(11)의 y축 변위를 지칭한다. 이때, 상기 임펠러(110, 120)의 일단부는 펌프의 유입부(130)측을 의미한다.Referring to FIG. 6 , the first variable refers to the y-axis displacement of the first point 11 located at one end of the impellers 110 and 120 . In this case, one end of the impellers 110 and 120 means the inlet 130 side of the pump.

그리고, 상기 제2 변수는, 임펠러(110, 120)의 타단부에 위치한 제2 지점(12)의 y축 변위를 지칭한다. And, the second variable refers to the y-axis displacement of the second point 12 located at the other end of the impellers 110 and 120 .

여기서, 제1 변수는 임펠러의 형상 중 통과 가능한 고형물 크기 및 효율에 가장 큰 영향을 주며, 제2 변수는 임펠러의 형상 중 양정에 가장 큰 영향을 주기 때문에 선정되었다.Here, the first variable has the greatest influence on the size and efficiency of passable solids among the shapes of the impeller, and the second variable is selected because it has the greatest influence on the lift among the shapes of the impeller.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 벌류트의 설계변수를 나타낸 예시도이다.7 is an exemplary diagram illustrating design parameters of a volute according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 상기 제3 변수는, 상기 벌류트(200)의 벌류트 각도 360도 지점에서의 최대 단면적 대비 단면적 비율을 지칭한다.Referring to FIG. 7 , the third variable refers to a ratio of a cross-sectional area to a maximum cross-sectional area at a 360 degree point of the volute 200 of the volute 200 .

구체적으로, 벌류트(200)는 임펠러의 외주면을 감싸도록 연장 형성되며, 도 7의 0도부터 360도 지점까지 단면적이 점차 증가하도록 이루어진다. 이때, 제3 변수는 벌류트(200)의 단면적이 가장 큰 360도 지점에서 초기 설정된 벌류트의 단면적 대비 단면적의 크기를 %로 나타낼 수 있다. 일 예로, 초기 설정된 임의의 벌류트 단면적이 100mm2이고, 제3 변수가 80%일 경우, 최적 설계된 벌류트 단면적은 80mm2가 된다.Specifically, the volute 200 is extended to surround the outer peripheral surface of the impeller, and the cross-sectional area is gradually increased from 0 degrees to 360 degrees in FIG. 7 . In this case, the third variable may represent the size of the cross-sectional area of the volute 200 as a percentage compared to the cross-sectional area of the volute 200 initially set at a point of 360 degrees where the cross-sectional area is the largest. For example, when the initially set arbitrary volute cross-sectional area is 100 mm 2 and the third variable is 80%, the optimally designed volute cross-sectional area is 80 mm 2 .

제3 변수는 임펠러 및 벌류트 설계시, 임펠러 유입부(130) 측 만이 아니라 임펠러 출구측과 벌류트 단면적과의 관계가 중요하기 때문에 벌류트 단면적으로 설정되었다.The third variable was set as the volute cross-sectional area because the relationship between the impeller outlet side and the volute cross-sectional area is important when designing the impeller and the volute.

설정된 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계(S20)에서는 각 설계변수에 대한 최대값 및 최소값 범위를 설정하도록 더 마련될 수 있다.In the step of setting design parameters of the impeller and volute for deriving the set objective function ( S20 ), it may be further provided to set the maximum and minimum value ranges for each design variable.

제1 변수는 초기 설정된 상기 제1 지점(11)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -3.36359% 내지 3.36359% 범위 내에서 변경 가능하도록 설정될 수 있다.The first variable may be set to be changeable within the range of -3.36359% to 3.36359% of the entire length of the impellers 110 and 120 at the initially set first point 11 .

제2 변수는 초기 설정된 상기 제2 지점(12)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -7.04538% 내지 3.04538% 범위 내에서 변경 가능하도록 설정될 수 있다.The second variable may be set to be changeable within the range of -7.04538% to 3.04538% of the entire length of the impellers 110 and 120 at the initially set second point 12 .

제3 변수는 초기 설정된 임의의 벌류트 단면적에서, 73.182% 내지 106.818% 범위 내에서 변경 가능하도록 설정될 수 있다.The third variable may be set to be changeable within the range of 73.182% to 106.818% in any initially set volute cross-sectional area.

이러한 제 1변수 내지 제3 변수의 최대 최소 범위는 일 실시예에 한정되지 않으며, 범위 내에 2차 함수의 변곡점이 포함되도록 범위가 설정됨이 바람직하다.The maximum and minimum ranges of the first to third variables are not limited to one embodiment, and the range is preferably set so that the inflection point of the quadratic function is included within the range.

설정된 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계(S20) 이후에는, 설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S30)가 수행될 수 있다.After the step (S20) of setting the design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function, the step (S30) of deriving the value of the objective function according to the value of the set design variable through numerical analysis may be performed. have.

설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S40)는, 상기 임펠러(110, 120) 및 벌류트(200)의 자오면을 고정한 상태에서, 상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수의 값에 따라 형성된 임펠러(110, 120) 및 벌류트(200)의 형상에 대한 목적함수의 값을 2K요인 실험에 의해 도출하도록 마련될 수 있다.The step (S40) of deriving the value of the objective function according to the value of the set design variable through numerical analysis is the first variable, two variables, it is possible to be adapted to derived by the value of the objective function for the shape of the impeller (110, 120) and the volute 200 is formed in accordance with the value of the third variable in the 2 K factor experiments.

실험예Experimental example 제1 변수first variable
(%)(%)
제2 변수second variable
(%)(%)
제3 변수third variable
(%)(%)
1One -2-2 -5-5 8080 22 22 -5-5 8080 33 -2-2 1One 8080 44 22 1One 8080 55 -2-2 -5-5 100100 66 22 -5-5 100100 77 -2-2 1One 100100 88 22 1One 100100 99 -3.36359-3.36359 -2-2 9090 1010 3.363593.36359 -2-2 9090 1111 00 -7.04538-7.04538 9090 1212 00 3.045383.04538 9090 1313 00 -2-2 73.18273.182 1414 00 -2-2 106.818106.818 1515 00 -2-2 9090

표 1과 같이, 본 발명에서는 2k요인 실험에 따라 제1 변수, 제2 변수 및 제3 변수의 값을 변화시키며 도출된 임펠러 및 벌류트 형상을 가상으로 설계하고 이 때의 목적함수값을 도출하였다.As shown in Table 1, in the present invention, the values of the first variable, the second variable, and the third variable are changed according to the 2 k factor experiment, and the impeller and volute shapes are virtually designed, and the objective function value is derived at this time. did

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 양정의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 효율의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 통과 가능한 고형물 최대 부피의 변화를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a change in head according to a change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a graph showing efficiency according to a change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the change, and FIG. 10 is a graph showing the change in the maximum volume of solids that can pass according to the change in the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.

도 8 내지 도 10을 더 참조하면, 2k요인 실험에 따라 도출된 임펠러 및 벌류트 형상에 따라 각 설계변수의 값에 따른 목적함수의 변화를 도출할 수 있다.8 to 10 , a change in the objective function according to the value of each design variable may be derived according to the shape of the impeller and the volute derived according to the 2k factor experiment.

도 8 내지 도 10을 보면, 각 설계변수는 값이 증가함에 따라 각 목적함수의 값이 증가하거나 감소하는 경향이 있음을 확인할 수 있다.8 to 10 , it can be seen that the value of each objective function tends to increase or decrease as the value of each design variable increases.

또한, 도 8에 도시된 것처럼, 임펠러 및 벌류트 형상에 따른 각 설계변수의 값의 범위는, 설계변수에 따른 양정 및 효율에 대한 2차 함수 그래프가 변곡점을 포함하도록 설정됨이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 8 , the values of the values of the design variables according to the shapes of the impeller and the volute are preferably set so that the quadratic function graph for the lift and the efficiency according to the design variables includes the inflection point.

일반적으로, 통과 가능한 고형물 최대 크기는 설계변수의 값이 단면적이 증가하는 방향으로 갈수록 계속 증가하게 되나, 양정 및 효율은 단면적의 증감에 따라 감소하기도하고 증가하기도 한다. 따라서, 상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수는 설계변수의 값에 따른 목적함수의 변화를 나타낸 각각의 2차 함수 그래프가 변곡점을 포함하여 양정 최대치 또는 효율 최대치를 도출 가능하게 할 수 있다.In general, the maximum size of solids that can pass through continues to increase as the value of the design variable increases in the direction in which the cross-sectional area increases, but the lift and efficiency decrease or increase as the cross-sectional area increases. Accordingly, the first variable, the second variable, and the third variable may enable each quadratic function graph showing the change of the objective function according to the value of the design variable to include the inflection point to derive the maximum head value or the maximum efficiency value. .

설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S30) 이후에는, 도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 함수식을 도출하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.After the step of deriving the value of the objective function according to the value of the set design variable through numerical analysis (S30), a function expression for deriving the value of the objective function is obtained by using the value of the objective function according to the value of the derived design variable. A deriving step ( S40 ) may be performed.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 효율을 최대로 설계안을 도출할 때의 설계변수 값에 따른 목적함수 값을 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피를 최대로 설계안을 도출할 때의 설계변수 값에 따른 목적함수 값을 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the value of the objective function according to the value of the design variable when deriving the design plan with the maximum efficiency according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is the efficiency and passable solids according to an embodiment of the present invention It is a graph showing the value of the objective function according to the value of the design variable when the design plan with the maximum volume is drawn up.

도 11 및 도 12를 더 참조하면, 도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 함수식을 도출하는 단계(S40)에서는, 2k요인 실험에 따라 도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 변화에 대한 회귀분석을 통해 도시된 그래프를 도출하고, 위 그래프를 통해 설계변수를 미지수인 변수로 한 함수식을 도출할 수 있다.11 and 12, in the step of deriving a function formula for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the value of the derived design variable (S40), it is derived according to the 2k factor experiment The graph shown can be derived through regression analysis of the change of the objective function according to the value of the designed design variable, and a function expression using the design variable as an unknown variable can be derived from the above graph.

상기 양정은 하기 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.The head may be derived by Equation 2 below.

Figure 112020073077842-pat00006
Figure 112020073077842-pat00006

상기 효율은 하기 수학식 3에 의해 도출될 수 있다.The efficiency may be derived by Equation 3 below.

Figure 112020073077842-pat00007
Figure 112020073077842-pat00007

상기 통과 가능한 고형물 최대 크기는 하기 수학식4에 의해 도출될 수 있다.The maximum size of the passable solids may be derived by Equation 4 below.

Figure 112020073077842-pat00008
Figure 112020073077842-pat00008

상기 수학식2, 수학식3, 수학식4에서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수 값이다.In Equations 2, 3, and 4, x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, and x 3 is the value of the third variable.

도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 함수식을 도출하는 단계(S40) 이후에는, 도출된 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계(S50)가 수행될 수 있다.After the step of deriving a function expression for deriving the value of the objective function using the value of the objective function according to the value of the derived design variable (S40), the design variable that satisfies the value of the design objective function using the derived function expression A step (S50) of deriving a value into a design plan may be performed.

도출된 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계(S50)에서는 상기 수학식2, 수학식3, 수학식4를 이용하여 목적으로 하는 설계목적함수값을 만족하는 설계변수를 임펠러(110, 120)와 벌류트(200)의 설계안으로 도출하도록 마련될 수 있다.In the step (S50) of deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design plan using the derived function formula, the target design objective function value is calculated using Equations 2, 3, and 4 above. It may be provided to derive the design parameters that are satisfied with the design of the impellers 110 and 120 and the volute 200 .

양정lift
(m)(m)
효율efficiency
(%)(%)
통과 가능한 고형물 최대 부피Maximum volume of solids that can pass through
(mm(mm 22 ))
종래예prior art 1212 5555 8,1818,181 실시예1Example 1 11.911.9 7777 4,1894,189 실시예2Example 2 12.212.2 7474 8,1818,181

도 13은 종래의 일반적인 투베인 펌프의 예시도이고, 도 14는 목표로 하는 양정에서 본 발명의 일실시예에 따른 설계방법으로 효율을 최대로 설계한 오폐수용 투베인 펌프를 나타낸 예시도이며, 도 15는 목표로 하는 양정에서 본 발명의 일실시예에 따른 설계방법으로 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피를 모두 최대로 설계한 오폐수용 투베인 펌프를 나타낸 예시도이다.13 is an exemplary view of a conventional general two vane pump, and FIG. 14 is an exemplary view showing a two vane pump for wastewater designed to maximize efficiency by a design method according to an embodiment of the present invention at a target lift, 15 is an exemplary diagram illustrating a tube-in pump for wastewater in which both efficiency and maximum passable solids volume are maximally designed by the design method according to an embodiment of the present invention at the target lift.

도 13을 참조하면, 종래예의 오폐수 펌프는 양정이 12m로 설정되었을 때, 효율이 55% 통과 가능한 고형물 최대 부피는 8,181mm2다. Referring to FIG. 13 , in the wastewater pump of the prior art, when the head is set to 12m, the maximum volume of solids that can pass through the efficiency of 55% is 8,181mm 2 .

실시예1은 도 11과 같이, 양정이 12일 때, 효율을 최대가 되도록 설계하였다. 이 때, 표 2를 보면, 실시예1은 효율이 77%로 종래예에 비해 효율이 22%가 증가한 것을 확인할 수 있다.Example 1 was designed to maximize the efficiency when the head is 12, as shown in FIG. 11 . At this time, referring to Table 2, Example 1 has an efficiency of 77%, and it can be confirmed that the efficiency is increased by 22% compared to the conventional example.

실시예2는 도 12와 같이, 양정이 12일 때, 효율과 통과 가능한 고형물 최대 부피가 모두 최대가 되도록 설계하였다. 이때, 표 2를 보면, 실시예 2는 효율이 74%, 통과 가능한 고형물 최대 부피가 8,181mm2로 효율이 종래예에 비해 크게 증가하고 통과 가능한 고형물 최대 부피도 동일하게 유지됨을 확인할 수 있다.In Example 2, as shown in FIG. 12, when the head is 12, both the efficiency and the maximum volume of solids that can pass through are designed to be the maximum. At this time, looking at Table 2, Example 2 has an efficiency of 74% and a maximum passable solid volume of 8,181 mm 2 , which greatly increases the efficiency compared to the conventional example, and it can be confirmed that the passable solids maximum volume is maintained the same.

이처럼 본 발명은 양정을 지정한 상태에서, 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피 중 어느 하나 이상이 최대가 되도록 설계변수를 도출함으로 원하는 최적의 설계안을 도출하도록 할 수 있다.As such, in the present invention, in a state in which a head is designated, a desired optimal design can be derived by deriving design variables such that any one or more of efficiency and the maximum volume of solids that can pass through is maximized.

이처럼 최적 설계된 본 발명은 종래의 오폐수용 투베인 펌프에 비해 같은 양정에서 원하는 크기의 고형물을 통과시키는 것은 물론 효율도 더 높게 설계할 수 있다.As such, the optimally designed present invention can pass solids of a desired size in the same head as compared to the conventional tube-vane pump for wastewater, as well as design with higher efficiency.

또한, 본 발명에 따르면 분뇨, 오폐수, 오물, 및 고형물을 설계된 바에 따라 막힘 현상 없이 펌핑하여 고장 및 파손을 방지하고 높은 펌프 효율을 가질 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to prevent failure and damage and to have high pumping efficiency by pumping manure, wastewater, filth, and solids without clogging as designed.

특히, 본 발명에 따르면 최적 설계 방법에 따라 도출된 설계안을 이용하여 편리하게 원하는 목표 사양을 갖는 임펠러를 설계할 수 있다.In particular, according to the present invention, an impeller having a desired target specification can be conveniently designed using a design plan derived according to an optimal design method.

전술한 바와 같이 마련된 본 발명은 설계 프로그램에 의해 자동으로 이루어지도록 마련될 수 있다. 즉, 원하는 사양을 입력하면, 원하는 사양을 도달하기 위해서 기본 입력 형상에서 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수가 몇 %의 값에 위치해야 하는지 계산하여 자동으로 최적의 설계변수 값을 도출해내도록 마련될 수 있다.The present invention prepared as described above may be provided to be automatically made by a design program. In other words, when a desired specification is input, the optimal design variable value is automatically derived by calculating what percentage values of the first variable, second variable, and third variable should be located in the basic input shape in order to reach the desired specification. can be provided.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

11: 제1 지점
12: 제2 지점
13: 제3 지점
14: 제4 지점
100: 오폐수용 투베인 펌프
110, 120: 임펠러
130: 유입부
200: 벌류트
210: 허브
220: 쉬라우드
11: 1st point
12: second point
13: 3rd point
14: 4th point
100: two vane pump for wastewater
110, 120: impeller
130: inlet
200: volute
210: hub
220: shroud

Claims (15)

오폐수용 투베인 펌프의 설계방법에 있어서,
a) 목적함수를 설정하는 단계;
b) 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 임펠러 및 벌류트의 설계변수를 설정하는 단계;
c) 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계;
d) 도출된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 이용하여 상기 목적함수의 값을 도출하기 위한 함수식을 도출하는 단계; 및
e) 도출된 상기 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계를 포함하고,
상기 b) 단계에서, 상기 설계변수는, 상기 오폐수 펌프의 유입부측에 위치한 상기 임펠러의 일단부의 y축 변위인 제1 변수; 상기 임펠러의 타단부의 y축 변위인 제2 변수; 및 상기 벌류트의 벌류트 각도에 따른 단면적인 제3 변수를 포함하며,
상기 제3 변수는, 상기 벌류트의 최대 단면적인 벌류트 각도 360도 지점에서의 단면적 대비 단면적을 비율로 나타낸 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
In the design method of the two vane pump for wastewater,
a) setting an objective function;
b) setting design parameters of the impeller and the volute for deriving the set objective function;
c) deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis;
d) deriving a function expression for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the derived value of the design variable; and
e) deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design plan using the derived function formula;
In step b), the design variable may include: a first variable that is a y-axis displacement of one end of the impeller located on the inlet side of the wastewater pump; a second variable that is a y-axis displacement of the other end of the impeller; and a third variable of a cross-sectional area according to the volute angle of the volute,
The third variable is a method of designing a two-vane pump for wastewater, characterized in that the ratio of the cross-sectional area to the cross-sectional area at the 360 degree point of the volute angle is the maximum cross-sectional area of the volute.
제 1 항에 있어서,
상기 a) 단계에서,
상기 목적함수는,
양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
The method of claim 1,
In step a),
The objective function is
A method of designing a tube-in pump for wastewater, characterized in that it is the maximum volume of solids that can pass through with lift, efficiency, and volume.
제 2 항에 있어서,
상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는,
Figure 112020073077842-pat00009

상기 수학식에 의해 연산되며,
여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
3. The method of claim 2,
The maximum volume of solids that can pass through is,
Figure 112020073077842-pat00009

It is calculated by the above formula,
Here, D is a design method of a two vane pump for wastewater, characterized in that the length of the tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the impeller facing.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 투베인 펌프의 자오면을 고정한 상태에서,
상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수의 값에 따라 형성된 임펠러 및 벌류트의 형상에 대한 목적함수의 값이 2K요인 실험에 의해 도출되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
The method of claim 1,
Step c) is,
In the state in which the meridian surface of the tube vane pump is fixed,
Design of wastewater to-vane pump, characterized in that the first variable, the value of the objective function for the shape of the impeller and the volute formed in accordance with the second variable, the value of the third variable, and adapted to be derived by the 2 K factor experiment Way.
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 양정에 대해 도출된 상기 함수식은,
Figure 112021114692729-pat00010

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The function formula derived for the head is,
Figure 112021114692729-pat00010

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable)
A design method of a two vane pump for wastewater, characterized in that
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 효율에 대해 도출된 상기 함수식은,
Figure 112021114692729-pat00011

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The function formula derived for the efficiency is,
Figure 112021114692729-pat00011

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable)
A design method of a two vane pump for wastewater, characterized in that
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 통과 가능한 고형물 최대 부피에 대해 도출된 상기 함수식은,
Figure 112021114692729-pat00012

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The function formula derived for the maximum passable solid volume is,
Figure 112021114692729-pat00012

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable)
A design method of a two vane pump for wastewater, characterized in that
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1 변수, 상기 제2 변수 및 상기 제3 변수의 범위는,
각각의 상기 설계변수 값에 따른 펌프의 양정 및 효율에 대한 목적함수 값의 변화를 나타낸 2차 함수 그래프에서 변곡점을 포함하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
The method of claim 1,
The range of the first variable, the second variable and the third variable is,
A method of designing a two-vane pump for wastewater, characterized in that it is set to include an inflection point in the quadratic function graph showing the change in the objective function value for the pump head and efficiency according to each of the design variable values.
제 1 항에 있어서,
상기 e) 단계는,
상기 목적함수 중 양정의 상기 설계목적함수값을 고정한 상태에서, 펌프 효율 및 통과 가능한 고형물 최대 부피 중 어느 하나 이상이 최대가 되도록 하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법.
The method of claim 1,
Step e) is,
Waste water, characterized in that it is provided to derive the value of the design variable that makes at least one of pump efficiency and the maximum volume of solids that can pass through the maximum in a state in which the value of the design objective function of the head is fixed in the design plan Design method of tube-in pump.
제 1 항에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 설계방법에 따라 설계된 오폐수용 투베인 펌프에 있어서,
펌프 유입부부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되며 상호 대칭되는 한 쌍의 임펠러; 및
내부에 상기 임펠러가 마련되는 벌류트를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프.
In the tube vane pump for wastewater designed according to the design method of the tube vane pump for wastewater according to claim 1,
A pair of impellers extending outward from the inlet of the pump in a streamlined manner and symmetrical to each other; and
A two vane pump for wastewater, characterized in that it includes a volute having the impeller provided therein.
제 12 항에 있어서,
상기 임펠러는 양단부의 위치가 상기 설계안에 따른 제1 변수 및 제2 변수에 따라 설계되고,
상기 벌류트는 상기 설계안에 따른 제3 변수에 따라, 벌류트 각도에 따른 단면적이 설계된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프.
13. The method of claim 12,
The position of both ends of the impeller is designed according to the first variable and the second variable according to the design,
The tube vane pump for wastewater, characterized in that the volute has a cross-sectional area designed according to the volute angle according to the third variable according to the design proposal.
제 13 항에 있어서,
상기 벌류트는 입구측에서 출구측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프.
14. The method of claim 13,
The two vane pump for wastewater, characterized in that the volute is designed to gradually increase the cross-sectional area from the inlet side to the outlet side.
제 14 항에 있어서,
상기 오폐수용 투베인 펌프가 2.2kw용 펌프일 때,
벌류트의 출구측 폭은 80mm, 상기 유입부 중심에서 상기 벌류트 출구측 단부까지의 길이는 200mm로 고정되며, 상기 벌류트의 높이는 300mm이내로 형성된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프.
15. The method of claim 14,
When the two vane pump for wastewater is a 2.2kw pump,
The tube-vane pump for wastewater, characterized in that the width of the outlet of the volute is 80 mm, the length from the center of the inlet to the end of the outlet of the volute is fixed to 200 mm, and the height of the volute is formed within 300 mm.
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