KR102662661B1 - The design method of the blade angle distribution for the low specific speed centrifugal pump impeller that satisfies the design specifications and performance, impeller and pump by the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계; 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및 상기 임펠러의 최적 형상과 미리 설정된 기준 임펠러를 비교하여 상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함할 수 있다.
The present invention relates to a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance, and an impeller and pump designed thereby.
A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining design specifications of the impeller; determining a specific speed of the impeller; determining design variables of the impeller; Deriving the optimal shape of the impeller; And it may include comparing the optimal shape of the impeller with a preset reference impeller to function the tendency of the design variable of the impeller according to the specific speed.

Description

설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프{The design method of the blade angle distribution for the low specific speed centrifugal pump impeller that satisfies the design specifications and performance, impeller and pump by the method}The design method of the blade angle distribution for the low specific speed centrifugal pump impeller that satisfies the design specifications and performance, impeller and pump by the method}

본 발명은 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프에 관한 것이다. The present invention relates to a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance, and an impeller and pump designed thereby.

펌프는 일반 가정 및 산업에서의 유체 이송, 각종 플랜트 산업(화학, 원자력, 발전소 및 해양 플랜트 등)에 이용될 수 있다. 펌프는 작동방식에 따라서 왕복동식과 회전식인 용적형과, 원심력식인 터보형으로 분류될 수 있다. 여기서, 터보형 펌프의 형상은 요구되는 사양에 따라 형식이 분류될 수 있다. Pumps can be used for fluid transfer in general homes and industries, and in various plant industries (chemical, nuclear power, power plants, marine plants, etc.). Depending on the operation method, pumps can be classified into positive displacement type, which is reciprocating and rotary, and turbo type, which is centrifugal. Here, the shape of the turbo-type pump can be classified according to the required specifications.

펌프 사양이 저유량 및 고압을 요구되면 원심 펌프로 설계하고, 고유량 및 저압을 요구되면 축류 펌프로 설계할 수 있다. 또한, 펌프 형상은 설계 사양의 유량, 양정, 회전수로 인해 비속도가 정의되며, 비속도 및 펌프 작동 특성에 따라 원심, 사류, 원심 타입으로 구분될 수 있다. If the pump specifications require low flow and high pressure, it can be designed as a centrifugal pump, and if high flow and low pressure are required, it can be designed as an axial flow pump. In addition, the pump shape has a specific speed defined by the flow rate, head, and rotation speed of the design specifications, and can be classified into centrifugal, four-flow, and centrifugal types depending on the specific speed and pump operation characteristics.

여기서, 원심 펌프는 고속으로 회전하는 임펠러에 의해 물에 전달되는 원심력을 이용하여 물을 양수하는 장치이다. 물은 임펠러 중앙에서 들어와 주변방향으로 나간다. 저유량, 고압의 송수용으로 축류 및 사류 펌프보다 비속도가 낮으며, 토출된 물은 임펠러에 의해 수직으로 흐르는 펌프이다. Here, a centrifugal pump is a device that pumps water using centrifugal force transmitted to the water by an impeller rotating at high speed. Water enters the center of the impeller and exits toward the periphery. It is a pump for low-flow, high-pressure water supply and has a lower specific speed than axial-flow or diagonal-flow pumps, and the discharged water flows vertically by the impeller.

이와 같은 종래의 원심 펌프에는 대한민국 등록특허 제10-0469567호 '역설계 기법을 이용한 저소음 임펠러 설계 방법'가 있다. Such a conventional centrifugal pump includes Republic of Korea Patent No. 10-0469567, 'Low-noise impeller design method using reverse engineering technique'.

종래에는 요구되는 설계 사양에서 성능을 만족하는 펌프의 임펠러 형상을 도출하기 위해, 요구되는 설계 사양별로 펌프의 임펠러 최적 설계를 각각 실시하여야 하는 문제점이 있었다. In the past, in order to derive a pump impeller shape that satisfies the performance within the required design specifications, there was a problem in that the optimal design of the pump impeller had to be performed for each required design specification.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 설계 사양별로 펌프의 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프를 제공하고자 한다.Developed based on the above technical background, one embodiment of the present invention is a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance that can optimize the performance of the pump impeller for each design specification. , we aim to provide impellers and pumps designed accordingly.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 저비속도형 원심펌프의 임펠러 설계 방법에 있어서, 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계; 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및 상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention is an impeller design method for a low specific speed centrifugal pump, the impeller of the impeller determining design specifications; determining a specific speed of the impeller; determining design variables of the impeller; Deriving the optimal shape of the impeller; And it may include the step of functionalizing the tendency of the design variable of the impeller according to the specific speed.

또한, 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계에서, 상기 설계 사양은 유량, 양정 및 회전수일 수 있다. Additionally, in the step of determining the design specifications of the impeller, the design specifications may be flow rate, head, and rotation speed.

또한, 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계에서, 상기 비속도는 In addition, in the step of determining the specific speed of the impeller, the specific speed is

이고, 이때, Ns는 상기 비속도, Q는 상기 유량, H는 상기 양정, n은 상기 회전수이며, 상기 비속도는 상기 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정될 수 있다. , where Ns is the specific speed, Q is the flow rate, H is the head, and n is the rotation speed, and the specific speed can be determined by the flow rate, head, and rotation speed.

또한, 상기 비속도는 50 ∼ 150의 범위에서 결정될 수 있다. Additionally, the specific speed may be determined in the range of 50 to 150.

또한, 상기 임펠러의 날개는 5개로 마련될 수 있다. Additionally, the impeller may have five blades.

또한, 상기 임펠러의 효율은, 비속도 50 ∼ 150의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가질 수 있다. Additionally, the efficiency of the impeller may have a tendency for each unit section depending on the specific speed value in the range of 50 to 150 specific speeds.

또한, 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계는, 상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계; 및 상기 임펠러의 날개각도를 표현하는 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, determining the design variable of the impeller includes determining a design variable of a meridional plane representing the blade shape of the impeller; And it may include determining a design variable of the blade angle representing the blade angle of the impeller.

또한, 상기 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 입구부에서 허브 부분의 반경, 상기 임펠러의 입구부에서 쉬라우드 부분의 반경, 상기 임펠러의 날개 전단의 기울어진 각도, 상기 임펠러의 출구부의 반경, 상기 임펠러의 날개 후단에서의 날개폭, 날개 후단의 기울어진 각도 및 쉬라우드 입구부와 출구부의 축 방향 길이를 포함할 수 있다. In addition, in the step of determining the design variable of the meridional plane, the design variable of the meridional plane is the radius of the hub portion at the inlet of the impeller, the radius of the shroud portion at the inlet of the impeller, and the inclination of the blade front end of the impeller. It may include the angle, the radius of the outlet portion of the impeller, the blade width at the rear end of the impeller blade, the inclined angle of the rear end of the blade, and the axial length of the shroud inlet and outlet portions.

또한, 상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각, 상기 임펠러의 허브 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각, 상기 임펠러의 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이, 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 상기 임펠러의 입구부까지 베지어 커브를 생성하기 위한 쉬라우드 입구부 조정점 및 출구부 조정점 및 허브 입구부 조정점 및 출구부 조정점을 포함할 수 있다. In addition, the meridional design variables are the inlet angle and outlet angle formed by the shroud curve of the impeller with the horizontal and vertical lines, the inlet angle and outlet angle formed by the hub curve of the impeller with the horizontal and vertical lines, and the outlet angle of the impeller. The length of the straight portion of the hub and shroud, the shroud inlet adjustment point and outlet adjustment point, and the hub inlet adjustment point to create a Bezier curve from the end of the straight section of the outlet to the inlet of the impeller, and An outlet adjustment point may be included.

또한, 상기 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 날개각의 설계 변수는 자오면 곡선의 총길이, 임펠러의 스윕각과 평균된 반경의 곱, 입구각, 출구각, 입구 직선부의 길이, 출구 직선부의 길이, 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각을 포함할 수 있다. In addition, in the step of determining the design variable of the blade angle, the design variable of the blade angle is the total length of the meridional curve, the product of the sweep angle of the impeller and the average radius, the inlet angle, the outlet angle, the length of the inlet straight portion, and the outlet straight portion. It may include length and angle inclined toward the direction of rotation at the outlet.

또한, 상기 출구각은 허브에서의 출구각과 쉬라우드에서의 출구각을 포함하고, 상기 입구각은 허브에서의 입구각과 쉬라우드에서의 입구각을 포함하며, 상기 허브에서의 입구각은 허브에서의 입사각과 허브에서의 유동각을 포함하고, 상기 쉬라우드에서의 입구각은 쉬라우드에서의 입사각과 쉬라우드에서의 유동각을 포함할 수 있다. Additionally, the outlet angle includes an outlet angle at the hub and an outlet angle at the shroud, the inlet angle includes an inlet angle at the hub and an inlet angle at the shroud, and the inlet angle at the hub is an outlet angle at the hub. The angle of incidence and the flow angle at the hub may be included, and the entrance angle at the shroud may include the angle of incidence at the shroud and the angle of flow at the shroud.

또한, 상기 허브에서의 입사각은 비속도 50 ∼ 150의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 각각 단위 구간별로 경향성을 가질 수 있다. Additionally, the angle of incidence at the hub may have a tendency for each unit section depending on the specific speed value in the range of 50 to 150.

또한, 상기 허브에서의 입사각은 Additionally, the angle of incidence at the hub is

Y1= - A1X2 + B1X + C1 Y 1 = - A 1

이고, 이때, Y1는 상기 허브에서의 입사각, X는 상기 비속도, A1는 0.000005 ∼ 0.000006의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.0002 ∼ 0.0003의 범위에서 결정되는 상수, C1는 1 ∼ 1.1의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 1 is the angle of incidence at the hub, It may be a constant determined in the range of 1.1.

또한, 상기 허브에서의 유동각은 Additionally, the flow angle at the hub is

Y2= - A2X2 + B2X + C2 Y 2 = - A 2

이고, 이때, Y2는 상기 허브에서의 유동각, X는 상기 비속도, A2는 0.00002 ∼ 0.00003의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.006 ∼ 0.007의 범위에서 결정되는 상수, C2는 0.7 ∼ 0.8의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 2 is the flow angle at the hub, It may be a constant determined in the range of ~ 0.8.

또한, 상기 쉬라우드에서의 입사각은 Additionally, the angle of incidence at the shroud is

Y3= - A3X2 + B3X + C3 Y 3 = - A 3

이고, 이때, Y3는 상기 쉬라우드에서의 입사각, X는 상기 비속도, A3는 0.000008 ∼ 0.000009의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.000000001 ∼ 0.000000002의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1.02 ∼ 1.03의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 3 is the angle of incidence at the shroud, It may be a constant determined in the range of ~ 1.03.

또한, 상기 쉬라우드에서의 유동각은 Additionally, the flow angle at the shroud is

Y4= - A4X2 + B4X + C4 Y 4 = - A 4

이고, 이때, Y4는 상기 쉬라우드에서의 유동각, X는 상기 비속도, A4는 0.000006 ∼ 0.000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.002 ∼ 0.003의 범위에서 결정되는 상수, C4는 0.9 ∼ 1의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 4 is the flow angle at the shroud , It may be a constant determined in the range of 0.9 to 1.

또한, 상기 허브에서의 출구각은 Additionally, the exit angle from the hub is

Y5= - A5X2 + B5X + C5 Y 5 = - A 5

이고, 이때, Y5는 상기 허브에서의 출구각, X는 상기 비속도, A5는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C5는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 5 is the exit angle from the hub, It may be a constant determined in the range of ~ 0.11.

또한, 상기 쉬라우드에서의 출구각은 Additionally, the exit angle from the shroud is

Y6= - A6X2 + B6X + C6 Y 6 = - A 6

이고, 이때, Y6는 상기 쉬라우드에서의 출구각, X는 상기 비속도, A6는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B6는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C6는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. , where Y 6 is the exit angle from the shroud, It may be a constant determined in the range of 0.1 to 0.11.

또한, 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계는, 상기 임펠러의 효율인 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 및 반응표면기법에 의해 상기 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, deriving the optimal shape of the impeller includes determining key design variables that affect the design target value, which is the efficiency of the impeller; And it may include the step of identifying the conditions of optimal design variables that can optimize the design objective value by using a response surface technique.

또한, 주요 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 주요 설계 변수는 상기 허브에서의 출구각, 상기 쉬라우드에서의 출구각, 상기 쉬라우드에서의 입구각, 상기 허브에서의 입구각, 상기 쉬라우드에서의 입사각, 상기 쉬라우드에서의 유동각, 상기 허브에서의 입사각, 상기 허브에서의 유동각일 수 있다. In addition, in the step of determining key design variables, the key design variables include an outlet angle at the hub, an outlet angle at the shroud, an inlet angle at the shroud, an inlet angle at the hub, and an outlet angle at the shroud. It may be the angle of incidence, the angle of flow at the shroud, the angle of incidence at the hub, and the angle of flow at the hub.

또한, 상기 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 상기 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정될 수 있다. In addition, other than the main design variables, the remaining design variables can be fixed to optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and the response surface method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의하여 설계될 수 있다. In order to achieve the above object, the impeller according to an embodiment of the present invention can be designed by a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프는 제22 항에 따른 임펠러; 상기 임펠러가 내부에 설치되고, 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱을 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, a pump according to an embodiment of the present invention includes an impeller according to claim 22; The impeller is installed inside, and may include a casing having an intake port formed to suck fluid into 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 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 설계 사양별로 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 임펠러의 형상을 설계할 수 있다. The low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention can design an impeller shape that can optimize the performance of the impeller for each design specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 설계 변수 경향성을 이용하여 비속도별로 효율을 만족하는 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. The low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention can design a pump impeller that satisfies efficiency for each specific speed using design variable tendencies.

도 1은 펌프의 분류도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의하여 설계된 임펠러를 구비한 원심 펌프의 자오면의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법을 통해 임펠러를 도출하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의하여 설계된 임펠러의 전면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에서 자오면 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에서 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에서 입구각을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법을 통해 설계된 비속도에 따른 임펠러를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 비속도에 따른 허브에서의 입사각을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 비속도에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법의 설계 변수의 경향성을 이용하여 임펠러의 3차원 형상을 도출하는 과정을 나타낸 사례도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법의 임펠러 설계 변수 결정 단계를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법의 실험계획법을 이용한 임펠러의 최적화 형상 도출 단계를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의하여 설계된 임펠러의 성능을 검증하기 위한 임펠러의 수치해석 경계조건 및 격자계를 도시한 사시도이다.
Figure 1 shows a classification diagram of the pump.
Figure 2 is a cross-sectional view of the meridional plane of a centrifugal pump with an impeller designed by a low-specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a flowchart of a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the process of deriving an impeller through a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a front view of an impeller designed by a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing meridional design variables in a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram showing blade angle design variables in a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram showing the inlet angle in the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows an impeller according to specific speed designed through a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the angle of incidence at the hub according to the specific speed of the impeller designed by the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a graph showing the efficiency according to the specific speed of the impeller designed by the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a case diagram showing the process of deriving the three-dimensional shape of the impeller using the tendency of the design variables of the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention. am.
Figure 13 shows the impeller design variable determination step of the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 shows the step of deriving the optimized shape of the impeller using the design of experiment method of the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 shows the numerical analysis boundary conditions and grid system of the impeller to verify the performance of the impeller designed by the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view.

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, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and identical or similar components are given 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. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1을 참고하면, 요구되는 사양에 따라 다양한 펌프가 있지만, 본 발명의 경우 그 중에서 터보 펌프에 대하여 설명하기로 한다. 터보 펌프는 비속도에 따라 원심식(Ns 50 ∼ 600), 사류식(Ns 400 ∼ 1400) 및 축류식(Ns 1200 이상)으로 분류할 수 있다. Referring to Figure 1, there are various pumps depending on the required specifications, but in the case of the present invention, a turbo pump will be described among them. Turbo pumps can be classified into centrifugal (Ns 50 ~ 600), diagonal flow (Ns 400 ~ 1400), and axial flow (Ns 1200 or more) depending on the specific speed.

본 발명은 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 비속도와 임펠러의 설계 변수 사이에 일정한 경향성을 가지는 원심 펌프에 한정하며, 사류 펌프와 축류 펌프는 생략하기로 한다. The present invention relates to a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance, and an impeller and pump designed thereby. The present invention is limited to centrifugal pumps that have a certain tendency between specific speed and impeller design variables, and oblique flow pumps and axial flow pumps will be omitted.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(1)는 임펠러 설계 방법에 의해 설계된 임펠러(10) 및 케이싱(2)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the pump 1 according to an embodiment of the present invention may include an impeller 10 and a casing 2 designed by an impeller design method.

이때, 원심 펌프의 내부에는 흡입구(3)와 토출구(5) 사이에서 고속으로 회전하면서 유체를 흡입하고 토출하는 임펠러(10)가 결합된다.At this time, an impeller 10 that rotates at high speed between the suction port 3 and the discharge port 5 and sucks in and discharges fluid is coupled to the inside of the centrifugal pump.

한편, 케이싱(2)은 내부에 원심 펌프의 임펠러(10)가 인접하게 설치되고, 임펠러(10)의 전방 중심부에는 유체가 흡입되는 흡입구(3)가 형성되고, 임펠러(10)의 외주부에는 흡입된 유체가 반경방향으로 배출되도록 토출구(5)가 형성될 수 있다.Meanwhile, the impeller 10 of a centrifugal pump is installed adjacent to the casing 2, and an inlet 3 through which fluid is sucked is formed at the front center of the impeller 10, and a suction port 3 is formed on the outer periphery of the impeller 10. The discharge port 5 may be formed so that the liquid is discharged in the radial direction.

도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(10)는 허브(11), 쉬라우드(15) 및 날개(13)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the impeller 10 according to an embodiment of the present invention may include a hub 11, a shroud 15, and wings 13.

이때, 허브(11)는 모터의 구동축(30)과 결합되어 구동축을 중심으로 회전하는 모터의 회전력을 전달받는 부분으로 고속 회전에 적합한 높은 강성을 갖는 소재일 수 있다.At this time, the hub 11 is a part that is coupled to the drive shaft 30 of the motor and receives the rotational force of the motor rotating around the drive shaft, and may be made of a material with high rigidity suitable for high-speed rotation.

또한, 허브(11)는 구동축(30) 방향으로 진행하면서 단면적이 축소되는 원추형상을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 임펠러(10)의 중심부에는 허브(11)가 형성되고 허브에는 구동축(30)이 결합되어 모터의 회전력이 임펠러(10)에 전달될 수 있다.Additionally, the hub 11 may be formed to have a cone shape whose cross-sectional area decreases as it moves in the direction of the drive shaft 30. That is, a hub 11 is formed in the center of the impeller 10, and a drive shaft 30 is coupled to the hub so that the rotational force of the motor can be transmitted to the impeller 10.

허브(11)를 중심으로 원주면에 방사형으로 복수개의 날개(13)가 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 날개(13)는 5개로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.A plurality of wings 13 may be formed radially on the circumferential surface centered on the hub 11. At this time, the plurality of wings 13 may be composed of five, but is not limited to this.

한편, 쉬라우드(15)는 허브(11)에 배치되는 복수의 날개(13)의 외측 단부를 연결하면서 외측 단부 전체를 감싸도록 형성될 수 있다. 이러한 쉬라우드(15)는 복수개의 날개(13)의 각각을 연결할 수 있다.Meanwhile, the shroud 15 may be formed to connect the outer ends of the plurality of wings 13 disposed on the hub 11 and surround the entire outer ends. This shroud 15 can connect each of the plurality of wings 13.

본 발명은 비속도에 따른 원심 펌프 임펠러 형상의 경향성을 분석하기 위해, 원심 펌프 임펠러의 설계 변수를 정립하였고, 정립된 설계 변수 대상으로 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 분석하였다. In order to analyze the tendency of centrifugal pump impeller shape according to specific speed, the present invention established the design variables of the centrifugal pump impeller and analyzed the tendency of the design variable according to specific speed using the established design variables.

그리고, 선행연구로 최적 설계된 원심 펌프 펌프형상 및 선진문헌을 분석하여, 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 파악하였다. 또한, 원심 펌프 형상 및 선진문헌 기반으로 구축된 설계 변수의 경향성을 이용하여 원심 펌프 임펠러 형상을 설계하였다. 그리고, 설계 변수의 경향성을 이용하여 설계된 원심 펌프 임펠러 형상은 수치해석을 이용하여 성능을 검증하였다. In addition, by analyzing the optimally designed centrifugal pump pump shape and advanced literature through previous research, trends in design variables according to specific speed were identified. In addition, the centrifugal pump impeller shape was designed using the centrifugal pump shape and the trends of design variables established based on advanced literature. In addition, the performance of the centrifugal pump impeller shape designed using the trends of design variables was verified using numerical analysis.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 설계 방법은 임펠러의 설계 사양 결정 단계(S10), 임펠러의 비속도 결정 단계(S20), 임펠러의 설계 변수 결정 단계(S30), 임펠러의 최적화 형상 도출 단계(S40), 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the impeller design method according to an embodiment of the present invention includes a design specification determination step of the impeller (S10), an impeller specific speed determination step (S20), an impeller design variable determination step (S30), and an impeller design step (S10). It may include a step of deriving an optimized shape (S40) and a step of functionalizing the tendency of the design variable according to the specific speed (S50).

본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 비속도에 따라 임펠러의 자오면 형상 및 날개각도가 변화하는데, 이때 자오면 형상 및 날개각도 변화의 경향성을 파악하여 펌프의 임펠러 효율을 최적화시킬 수 있다. The low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention changes the meridional shape and blade angle of the impeller depending on the specific speed. At this time, the meridional shape and blade angle change By identifying trends, the impeller efficiency of the pump can be optimized.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 임펠러의 설계 사양 결정 단계(S10)를 포함할 수 있다. 한편, 임펠러의 설계 사양 결정단계(S10)에서는 펌프(1)의 임펠러(10)를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 유량(Q), 양정(H) 및 회전수(n)를 결정하며, 펌프(1)의 임펠러(10)를 설계할 때 요구되는 사양일 수 있다. Referring to FIG. 3, the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention may include a step (S10) of determining the design specifications of the impeller. Meanwhile, in the impeller design specification determination step (S10), the flow rate (Q), head (H), and rotation speed (n), which are the design specifications required when designing the impeller (10) of the pump (1), are determined, and the pump This may be a required specification when designing the impeller 10 of (1).

이때, 유량(Q) 및 양정(H)은 원심 펌프(1)의 임펠러(10)가 회전하는 동안 기본적으로 만족해야 하는 사양이며, 회전수(n)는 모터의 사양에 따라 결정될 수 있다. At this time, the flow rate (Q) and head (H) are specifications that must be basically satisfied while the impeller 10 of the centrifugal pump 1 rotates, and the rotation speed (n) can be determined according to the specifications of the motor.

한편, 효율은 주어진 유량과 양정에서 최고 효율이 되도록 펌프(1)의 임펠러(10)가 설계될 수 있다. 비속도에 따라 날개 형상 및 자오면 형상이 변화될 수 있다. Meanwhile, the impeller 10 of the pump 1 may be designed to have the highest efficiency at a given flow rate and head. The wing shape and meridional shape may change depending on the rain speed.

비속도 결정 단계(S20)는 비속도를 결정하여 펌프(1)의 종류를 결정할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 펌프의 종류는 원심 펌프일 수 있다. In the specific speed determining step (S20), the type of pump 1 can be determined by determining the specific speed, and in one embodiment of the present invention, the type of pump may be a centrifugal pump.

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

이때, Ns는 비속도, Q는 유량(단위 : m3/min), H는 양정(단위 : m), n은 회전수(단위 : rpm)이다. At this time, Ns is the specific speed, Q is the flow rate (unit: m 3 /min), H is the head (unit: m), and n is the number of rotations (unit: rpm).

비속도는 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정될 수 있고, 무차원수로 마련될 수 있다. 다시 말해, 펌프 임펠러의 설계 사양인 유량(Q), 양정(H) 및 회전수(N)가 주어지면, 수학식1을 이용하여 비속도를 구할 수 있다. Specific speed can be determined by flow rate, head, and rotation speed, and can be provided as a dimensionless number. In other words, given the pump impeller design specifications of flow rate (Q), head (H), and rotation speed (N), the specific speed can be obtained using Equation 1.

본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 50 ~ 150의 범위에서 비속도가 결정될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 원심 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. In the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention, the specific speed can be determined in the range of 50 to 150. In addition, the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention can design the impeller of the centrifugal pump.

도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 임펠러 설계 변수 결정 단계(S30)는 펌프의 임펠러의 3차원 형상을 생성하기 위해서 날개 형상을 표현하는 자오면의 설계 변수 결정 단계(S31) 및 날개각도를 표현하는 날개각의 설계 변수 결정 단계(S32)를 포함할 수 있다. 이때, 자오면은 허브의 중심선을 포함하는 임펠러의 횡단면 중 일부이다. Referring to FIG. 13, in one embodiment of the present invention, the impeller design variable determination step (S30) includes the design variable determination step (S31) of the meridional plane representing the blade shape and the blade angle to generate the three-dimensional shape of the impeller of the pump. It may include a design variable determination step (S32) of the blade angle expressing . At this time, the meridional plane is a part of the cross section of the impeller including the center line of the hub.

그리고, 원심 펌프 임펠러의 설계 변수는 자오면의 설계 변수와 날개각의 설계 변수로 각각 정립할 수 있다. In addition, the design variables of the centrifugal pump impeller can be established as the design variables of the meridional plane and the design variables of the blade angle, respectively.

자오면의 설계 변수 결정 단계(S31)에서 자오면의 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 출구부의 축 방향 길이(Ztip)를 포함할 수 있다.In the design variable determination step of the meridional plane (S31), the design variables of the meridional plane are used to set the basic frame of the meridional plane, including the radius of the hub portion at the inlet of the impeller (R1_h) and the radius of the shroud portion at the inlet of the impeller (R1_s). , the inclined angle of the leading edge of the impeller blade (ϕ1), the radius of the impeller exit portion (R2), the blade width at the trailing edge of the impeller blade (b2), the inclined angle of the trailing edge of the impeller blade (ϕ2), and the shroud inlet portion. and the axial length (Ztip) of the outlet portion.

이때, 기본 설계 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, among the basic design variables, the radius of the hub portion (R1_h) and the radius of the shroud portion (R1_s) represent the area and blade shape of the impeller inlet portion.

또한, 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.In addition, the inclined angle (ϕ1) of the impeller blade leading edge represents the angle at which the area distribution of the blade leading edge is inclined relative to the impeller central axis (Z axis) in relation to the radius (R1_h, R1_s), and is related to the area of the inlet part. do.

그리고, 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.In addition, the radius (R2) of the impeller outlet is a variable that expresses the overall size of the impeller, and the size of the impeller shape can be determined by the above variable. The blade width (b2) at the rear end of the impeller blade and the inclined angle (ϕ2) at the rear end of the blade determine the area of the outlet portion. The area thus determined later influences the outlet pressure and velocity.

또한, 쉬라우드 입구부와 출구부의 축 방향 길이(Ztip)는 임펠러 축 방향 크기를 표현하여 축 방향으로 임펠러 형상 크기를 결정하기 위한 변수이다.In addition, the axial length (Ztip) of the shroud inlet and outlet is a variable used to determine the size of the impeller shape in the axial direction by expressing the axial size of the impeller.

도 6을 참고하면, 임펠러 자오면의 추가적인 설계변수 결정단계에서 추가적인 설계 변수는 허브 부분과 쉬라우드 부분을 입구부에서 출구부까지 연결하기 위한 추가적인 변수이다.Referring to FIG. 6, in the step of determining additional design variables of the impeller meridional surface, the additional design variables are additional variables for connecting the hub portion and 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 meridional design variables are the inlet and outlet angles (θ1_s, θ2_s) formed by the shroud curve of the impeller with the horizontal and vertical lines, and the inlet and outlet angles (θ1_h, θ2_h), the length of the straight section in the hub and shroud of the impeller outlet (%L_h, %L_s), the shroud inlet adjustment point to create a Bezier curve from the end of the straight section of the outlet to the impeller inlet, and It may further include outlet adjustment points (%CP1_s, %CP2_s), and hub inlet adjustment points and outlet adjustment points (%CP1_h, %CP2_h).

이때, 임펠러 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이(%L_h, %L_s)는 출구부에 존재하는 직선 길이 구간을 나타낸다.At this time, the lengths (%L_h, %L_s) of the straight portions at the hub and shroud of the impeller outlet represent the straight length section existing at the outlet.

또한, 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.In addition, the curve connected at the inlet and outlet of the impeller meridional plane forms a curve at a certain angle with respect to the horizontal and vertical lines at the inlet and outlet, and the inlet and outlet angles (θ1_h, θ2_h, θ1_s, θ2_s) ) represents the angle of the inlet and outlet portions on each side of the hub and shroud.

한편, 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. 이때, 베지어 곡선은 생성하고자 하는 곡선을 근사하게 포함하는 다각형의 꼭지점을 이용하여 곡선을 정의하여 나타내게 된다. 이때, 조정점(%CP1_s, %CP2_s, %CP1_h, %CP2_h)은 베지어 커브를 생성하기 위한 조정 변수이다.Meanwhile, a method of combining arcs can be used to connect the end of the straight section of the outlet part of the impeller to the inlet part in a smooth curved form, or a Bezier curve can be used. At this time, the Bezier curve is expressed by defining a curve using the vertices of a polygon that approximates the curve to be created. At this time, the adjustment points (%CP1_s, %CP2_s, %CP1_h, %CP2_h) are adjustment variables for creating a Bezier curve.

날개각 설계 단계는 임펠러 날개의 입/출구 각도를 부드럽게 연결해주는 곡선으로 베지어 곡선 제어 방식과 고전적 곡선 제어 방식 두 가지로 정의할 수 있다.The blade angle design stage is a curve that smoothly connects the inlet/outlet angles of the impeller blades, and can be defined in two ways: Bezier curve control method and classical curve control method.

본 발명의 일 실시예에서는 베지어 곡선 제어 방식은 후술한다. 다만 본 발명의 날개각 설계 단계는 베지어 곡선 제어 방식에 한정되지는 않고 고전적 곡선 제어 방식을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the Bezier curve control method will be described later. However, the blade angle design step of the present invention is not limited to the Bezier curve control method and may further include a classical curve control method.

도 7, 8을 참고하면, 날개각의 설계 변수 결정 단계(S32)에서 날개각의 설계 변수는 자오면 곡선의 총길이(M_total_(h,m,s)), 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))를 포함한다. 이 때, 파라미터 h는 임펠러 허브, m은 임펠러 미드, s는 임펠러 쉬라우드이다.Referring to Figures 7 and 8, in the blade angle design variable determination step (S32), the blade angle design variable is the total length of the meridional curve (M_total_(h,m,s)), the product of the sweep angle of the impeller and the averaged radius ( r_theta_total), inlet angle (beta1_(h,m,s)), outlet angle (beta2_(h,m,s)), length of inlet straight part (%beta_LE_(h,m,s)), length of outlet straight part ( %beta_TE_(h,m,s)), includes the angle (d_theta(m,h)) tilted in the direction of rotation at the outlet. At this time, 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 작동유량에 영향에 미치며, 출구각 beta2_(h,m,s)은 임펠러 성능을 나타내는 양정과 효율에 많은 영향을 미친다.Meanwhile, the inlet angle beta1_(h,m,s), which is related to the angle of incidence, affects the impeller operating flow rate, and the outlet angle beta2_(h,m,s) has a significant impact on the head and efficiency of the impeller performance.

그리고, 출구각(beta2_(h,m,s))은 허브에서의 출구각(beta2_(h))과 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s))을 포함한다. And, the exit angle (beta2_(h,m,s)) includes the exit angle at the hub (beta2_(h)) and the exit angle at the shroud (beta2_(s)).

도 8을 참고하면, 입구각(beta1_(h,m,s))은 허브에서의 입구각(beta1_h)과 쉬라우드에서의 입구각(beta1_s)을 포함하며, 허브에서의 입구각(beta1_h)은 허브에서의 입사각(i_beta_h)과 허브에서의 유동각(i_flow_h)을 포함하고, 쉬라우드에서의 입구각(beta1_s)은 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s)과 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s)을 포함한다. Referring to Figure 8, the entrance angle (beta1_(h,m,s)) includes the entrance angle at the hub (beta1_h) and the entrance angle at the shroud (beta1_s), and the entrance angle at the hub (beta1_h) is Contains the angle of incidence at the hub (i_beta_h) and the angle of flow at the hub (i_flow_h), and the angle of entry at the shroud (beta1_s) includes the angle of incidence at the shroud (i_beta_s) and the angle of flow at the shroud (i_flow_s). do.

허브에서의 입구각(beta1_h)은 허브에서의 입사각(i_beta_h)과 허브에서의 유동각(i_flow_h)을 합한 것이다. The entrance angle at the hub (beta1_h) is the sum of the incident angle at the hub (i_beta_h) and the flow angle at the hub (i_flow_h).

쉬라우드에서의 입구각(beta1_s)은 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s)과 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s)을 합한 것이다. The entrance angle at the shroud (beta1_s) is the sum of the incident angle at the shroud (i_beta_s) and the flow angle at the shroud (i_flow_s).

그리고, 유동각은 유체가 허브 및 쉬라우드의 입구부로 들어오는 각도이다.And, the flow angle is the angle at which fluid enters the inlet part of the hub and shroud.

도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 실험계획법을 이용한 임펠러의 최적화 형상 도출 단계(S40)는 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계(S41), 반응표면기법에 의해 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 인자의 조건을 파악하는 단계(S42) 및 최적의 설계 변수 조건으로 반응 최적화 기법을 이용하여 임펠러의 최적화 형상을 도출하는 단계(S43)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 14, in one embodiment of the present invention, the step of deriving the optimized shape of the impeller using the design of experiment method (S40), the step of determining the main design variables affecting the design objective value (S41), and the step of determining the design objective by the response surface technique. It may include a step of identifying the conditions of optimal design factors that can optimize the values (S42) and a step of deriving the optimized shape of the impeller using a response optimization technique with optimal design variable conditions (S43).

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 a method of selecting important causes among many causes of abnormal fluctuations at low cost and measuring the effects quantitatively based on modern statistical analysis methods. And, by targeting two or more types of factors at the same time, their effects can be measured individually.

본 발명의 일 실시예에서 최적설계를 위한 수치최적화 기법으로 실험계획법의 반응표면기법(RSM, response surface method)을 사용하였다. In one embodiment of the present invention, the response surface method (RSM) of the design of experiment method was used as a numerical optimization technique for optimal design.

설계 변수에 따른 임펠러의 성능을 분석하기 위해서는 설계 목적 값을 정의해야 한다. 이때, 설계 목적 값은 임펠러의 성능을 나타내는 임펠러의 효율일 수 있다. In order to analyze the performance of an impeller according to design variables, the design objective value must be defined. At this time, the design objective value may be the efficiency of the impeller, which indicates the performance of the impeller.

도 16을 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 Figure 16, the 3D shape of the impeller was created using the ANSYS CFX-BladeGen program, and a structured grid was created for the generated blade shape using ANSYS CFXTurboGrid, a fluid machine grid generation program.

임펠러의 날개 수는 5개이나 수치해석에 사용된 임펠러의 날개 형상이 동일하므로 해석시간을 고려하여 주기 조건(Periodic condition)을 사용하여 임펠러 1 개의 날개 영역에 대해서만 수치해석을 수행하였다.The number of impeller blades is 5, but since the blade shape of the impeller used in the numerical analysis is the same, the numerical analysis was performed only for the blade area of one impeller using periodic conditions in consideration of analysis time.

2k 요인실험법이란 k개의 인자에 대해 각각의 인자의 수준을 실험을 수행하여 각 인자의 유의성을 판정하는 방식이다. 예를 들어, 3가지 인자의 모든 효과를 구하려면 실험의 크기를 8회로 하여 인자들의 주 효과와 교호작용을 구해야 한다.The 2 k factorial experiment method is a method of determining the significance of each factor by conducting an experiment on the level of each factor for k factors. For example, to find all the effects of three factors, the size of the experiment should be 8 and the main effects and interactions of the factors should be found.

주요 설계 변수 결정 단계(S41)에서, 주요 설계 변수는 허브에서의 출구각(beta2_(h)), 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s)), 쉬라우드에서의 입구각(beta1_s), 허브에서의 입구각(beta1_h), 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s), 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s), 허브에서의 입사각(i_beta_h), 허브에서의 유동각(i_flow_h)일 수 있다. In the main design variable determination step (S41), the main design variables are the outlet angle from the hub (beta2_(h)), the outlet angle from the shroud (beta2_(s)), the inlet angle from the shroud (beta1_s), and the hub. It may be the entrance angle (beta1_h), the incidence angle at the shroud (i_beta_s), the flow angle at the shroud (i_flow_s), the incidence angle at the hub (i_beta_h), and the flow angle at the hub (i_flow_h).

여기서, 쉬라우드에서의 입구각(beta1_s)는 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s)과 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s)의 합으로 도출될 수 있고, 허브에서의 입구각(beta1_h)는 허브에서의 입사각(i_beta_h)과 허브에서의 유동각(i_flow_h)의 합으로 도출될 수 있으므로 제외할 수 있다. Here, the entrance angle at the shroud (beta1_s) can be derived as the sum of the incident angle at the shroud (i_beta_s) and the flow angle at the shroud (i_flow_s), and the entrance angle at the hub (beta1_h) is the angle at the hub. Since it can be derived from the sum of the incident angle (i_beta_h) and the flow angle at the hub (i_flow_h), it can be excluded.

그리고, 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정될 수 있다. In addition, the remaining design variables, excluding the main design variables, can be fixed to optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and response surface technique.

부가적으로, 입구 직선부의 길이(%beta_LE_(h,m,s)), 출구 직선부의 길이(%beta_TE_(h,m,s))는 자오면 곡선의 총길이(M_total_(h,m,s))의 10% 내지 30%로 고정될 수 있다. Additionally, the length of the inlet straight part (%beta_LE_(h,m,s)) and the length of the outlet straight part (%beta_TE_(h,m,s)) are the total length of the meridional curve (M_total_(h,m,s)). It can be fixed at 10% to 30% of .

반응표면기법에 의해 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 인자의 조건을 파악하는 단계(S42)에서 반응표면기법은 복수의 변수 작용으로 반응이 복합적으로 나타나는 문제를 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 the step (S42) of identifying the conditions of optimal design factors that can optimize the design objective value using the response surface technique, the response surface technique is a method of statistically analyzing problems in which responses appear complex due to the action of multiple variables, It is a statistical analysis method for the response surface formed by changes in response when several design variables influence an objective function through complex actions.

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 what factors have influence, but also what combination of factors can have the greatest effect.

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.In a general experiment plan, if you estimate the presence or absence of an effect through a combination of factors, the response surface technique can estimate which factors have an effect and the equation when those factors show the greatest effect.

본 발명의 일 실시예에서는 최적화 설계 변수 조건으로 반응 최적화 기법을 이용하여 임펠러의 최적화 형상을 도출하는 단계(S43)에서는 임펠러의 효율이 최적인 원심 펌프의 임펠러를 설계 목표값(target of design)으로 설정하였고, 목표값을 만족하는 형상을 결정하기 위하여 반응최적화(response optimization)기법을 이용하였다. In one embodiment of the present invention, in the step (S43) of deriving the optimized shape of the impeller using a reaction optimization technique with optimized design variable conditions, the impeller of the centrifugal pump with optimal impeller efficiency is set to the target of design. was set, and a response optimization technique was used to determine a shape that satisfies the target value.

이를 통해 주요 설계 변수인 허브에서의 출구각(beta2_(h)), 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s)), 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s), 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s), 허브에서의 입사각(i_beta_h), 허브에서의 유동각(i_flow_h)가 최적화된 원심 펌프의 임펠러의 형상을 도출할 수 있다. Through this, the main design variables: exit angle at the hub (beta2_(h)), exit angle at the shroud (beta2_(s)), incident angle at the shroud (i_beta_s), flow angle at the shroud (i_flow_s), The shape of the impeller of a centrifugal pump with optimized incident angle at the hub (i_beta_h) and flow angle at the hub (i_flow_h) can be derived.

그리고, 각 비속도별로 최적화된 원심 펌프의 임펠러의 형상에서의 설계 변수인 허브에서의 출구각(beta2_(h)), 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s)), 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s), 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s), 허브에서의 입사각(i_beta_h), 허브에서의 유동각(i_flow_h)의 수치들을 추출하여, 비속도에 따른 임펠러의 설계 변수들의 경향성을 함수화할 수 있다. In addition, the design variables in the shape of the impeller of the centrifugal pump optimized for each specific speed are the outlet angle at the hub (beta2_(h)), the outlet angle at the shroud (beta2_(s)), and the angle of incidence at the shroud ( By extracting the values of i_beta_s), flow angle at the shroud (i_flow_s), angle of incidence at the hub (i_beta_h), and flow angle at the hub (i_flow_h), the tendency of the impeller design variables according to specific speed can be functionalized. .

도 9 내지 도 11을 참고하면, 본 발명에서는 비속도 50, 100, 150에서의 최적화된 원심 펌프의 임펠러의 형상을 도출하고, 이 때의 설계 변수들을 추출하였다. Referring to Figures 9 to 11, in the present invention, the shape of the impeller of the optimized centrifugal pump at specific speeds of 50, 100, and 150 was derived, and the design variables at this time were extracted.

비속도에 따른 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계는 각 비속도별로 추출된 설계 변수들의 수치를 이용하여, 설계 변수의 경향성을 함수화할 수 있다. 설계 변수는 Ns50급 원심펌프 임펠러 형상의 설계 변수로 무차원화 하였다.In the step of functionalizing the tendency of the design variables of the impeller according to specific speed, the tendency of the design variable can be functionalized using the numerical values of the design variables extracted for each specific speed. The design variable was non-dimensionalized as the design variable of the Ns50 class centrifugal pump impeller shape.

이를 통해, 허브에서의 입사각(i_beta_h)은 다음과 같은 수학식2로 도출될 수 있다. Through this, the angle of incidence (i_beta_h) at the hub can be derived from Equation 2 as follows.

여기서, Y1는 허브에서의 입사각, X는 비속도, A1는 0.000005 ∼ 0.000006의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.0002 ∼ 0.0003의 범위에서 결정되는 상수, C1는 1 ∼ 1.1의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 1 is the angle of incidence at the hub, It is a constant that is determined.

바람직하게는 A1이 0.000006, B1이 0.0003, C1이 1로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 허브에서의 입사각(i_beta_h)이 도출될 수 있다. Preferably, when A 1 is set to 0.000006, B 1 to 0.0003, and C 1 to 1, the incident angle (i_beta_h) at the hub optimized for each specific speed can be derived.

도 10를 참고하면, 허브에서의 입사각(i_beta_h)은 비속도가 커질수록 줄어드는 경향성을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 10, the angle of incidence (i_beta_h) at the hub may tend to decrease as the specific speed increases.

또한, 허브에서의 유동각(i_flow_h)는 다음과 같은 수학식3으로 도출될 수 있다. Additionally, the flow angle (i_flow_h) at the hub can be derived from Equation 3 as follows.

여기서, Y2는 허브에서의 유동각, X는 비속도, A2는 0.00002 ∼ 0.00003의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.006 ∼ 0.007의 범위에서 결정되는 상수, C2는 0.7 ∼ 0.8의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 2 is the flow angle at the hub, It is a constant determined from .

바람직하게는 A2가 0.000024, B2가 0.0061, C2가 0.75로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 허브에서의 유동각(i_flow_h)이 도출될 수 있다. Preferably, when A 2 is set to 0.000024, B 2 to 0.0061, and C 2 to 0.75, the flow angle (i_flow_h) at the hub optimized for each specific speed can be derived.

또한, 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s)는 다음과 같은 수학식4로 도출될 수 있다. Additionally, the angle of incidence (i_beta_s) at the shroud can be derived from Equation 4 as follows.

여기서, Y3는 쉬라우드에서의 입사각, X는 비속도, A3는 0.000008 ∼ 0.000009의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.000000001 ∼ 0.000000002의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1.02 ∼ 1.03의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 3 is the angle of incidence at the shroud, It is a constant determined from .

바람직하게는 A3이 0.0000082, B3이 0.0000000018, C3이 1.02로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 쉬라우드에서의 입사각(i_beta_s)이 도출될 수 있다.Preferably, when A 3 is set to 0.0000082, B 3 to 0.0000000018, and C 3 to 1.02, the angle of incidence (i_beta_s) at the shroud optimized for each specific speed can be derived.

또한, 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s)는 다음과 같은 수학식5로 도출될 수 있다. Additionally, the flow angle (i_flow_s) at the shroud can be derived from Equation 5 as follows.

여기서, Y4는 쉬라우드에서의 유동각, X는 비속도, A4는 0.000006 ∼ 0.000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.002 ∼ 0.003의 범위에서 결정되는 상수, C4는 0.9 ∼ 1의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 4 is the flow angle at the shroud, It is a constant determined from a range.

바람직하게는 A4가 0.0000065, B4가 0.0021, C4가 0.91로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 쉬라우드에서의 유동각(i_flow_s)이 도출될 수 있다.Preferably, when A 4 is set to 0.0000065, B 4 to 0.0021, and C 4 to 0.91, the flow angle (i_flow_s) in the optimized shroud according to each specific speed can be derived.

또한, 허브에서의 출구각(beta2_(h))는 다음과 같은 수학식6으로 도출될 수 있다. Additionally, the exit angle (beta2_(h)) from the hub can be derived from Equation 6 as follows.

여기서, Y5는 허브에서의 출구각, X는 비속도, A5는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C5는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수이다. Here, Y 5 is the exit angle from the hub, It is a constant determined from .

바람직하게는 A5가 0.00013, B5가 0.024, C5가 0.101로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 허브에서의 출구각(beta2_(h))이 도출될 수 있다.Preferably, when A 5 is set to 0.00013, B 5 to 0.024, and C 5 to 0.101, the exit angle (beta2_(h)) from the hub optimized for each specific speed can be derived.

그리고, 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s))는 다음과 같은 수학식7로 도출될 수 있다. And, the exit angle (beta2_(s)) from the shroud can be derived from Equation 7 as follows.

여기서, Y6는 쉬라우드에서의 출구각, X는 비속도, A6는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B6는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C6는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 6 is the exit angle from the shroud, It is a constant determined from a range.

바람직하게는 A6가 0.00013, B6가 0.024, C6가 0.101로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 쉬라우드에서의 출구각(beta2_(s))이 도출될 수 있다.Preferably, when A 6 is set to 0.00013, B 6 to 0.024, and C 6 to 0.101, the exit angle (beta2_(s)) from the optimized shroud according to each specific speed can be derived.

수학식2 내지 수학식7과 같이, 설계 변수의 경향성을 함수화하고, 데이터베이스(D/B)화 하면, 비속도별로 최적화된 설계 변수가 출력될 수 있다. As shown in Equation 2 to Equation 7, if the tendency of the design variable is functionalized and converted into a database (D/B), the optimized design variable for each specific speed can be output.

도 11은 Ns50, Ns10, Ns150급 원심펌프 임펠러의 효율을 비교한 것이다. 효율은 Ns50급 원심펌프 임펠러 형상의 효율로 무차원화 하였으며, 각 형상의 설계유량의 효율을 비교하였다. Figure 11 compares the efficiency of Ns50, Ns10, and Ns150 class centrifugal pump impellers. Efficiency was non-dimensionalized based on the efficiency of the Ns50 class centrifugal pump impeller shape, and the efficiency of the design flow rate of each shape was compared.

도 11을 참고하면, 임펠러의 효율은 비속도가 증가함에 따라 증가하는 경향성을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 11, the efficiency of the impeller may tend to increase as the specific speed increases.

다양한 비속도의 데이터베이스를 확보하고, 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 파악하면, 요구되는 설계 사양 및 성능을 만족하는 원심 펌프의 임펠러 형상을 쉽게 설계할 수 있다. By securing a database of various specific speeds and identifying the trends of design variables according to specific speed, it is possible to easily design an impeller shape for a centrifugal pump that satisfies the required design specifications and performance.

도 12는 비속도에 따른 설계 변수 경향성을 이용하여 원심 펌프 임펠러를 설계하는 절차를 나타낼 수 있다. Figure 12 shows a procedure for designing a centrifugal pump impeller using design variable trends according to specific speed.

도 12를 참고하면, 비속도에 따른 원심 펌프 임펠러의 설계 변수의 경향성이 도출되었으므로, 비속도가 입력되면, 비속도에 따른 설계 변수 경향성을 이용하여 원심 펌프 임펠러 형상을 설계할 수 있다. Referring to FIG. 12, since the tendency of the design variable of the centrifugal pump impeller according to the specific speed has been derived, when the specific speed is input, the centrifugal pump impeller shape can be designed using the design variable tendency according to the specific speed.

결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 설계 사양별로 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 임펠러의 형상을 설계할 수 있다. As a result, the low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention can design an impeller shape that can optimize the performance of the impeller for each design specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법은 설계 변수 경향성을 이용하여 비속도별로 효율을 만족하는 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. The low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance according to an embodiment of the present invention can design a pump impeller that satisfies efficiency for each specific speed using design variable tendencies.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto and various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the claims described below. Those working in the relevant technical field will easily understand.

S10 : 설계 사양 결정 단계
S20 : 비속도 결정 단계
S30 : 설계 변수 결정 단계
S40 : 3차원 형상 도출 단계
1 : 펌프 2 : 케이싱
3 : 흡입구 5 : 토출구
10 : 임펠러 11 : 허브
13 : 날개 15 : 쉬라우드
30 : 구동축
S10: Design specification decision stage
S20: Specific speed determination step
S30: Design variable determination step
S40: 3D shape derivation step
1: Pump 2: Casing
3: Inlet 5: Discharge port
10: impeller 11: hub
13: Wing 15: Shroud
30: drive shaft

Claims (23)

저비속도형 원심펌프의 임펠러 설계 방법에 있어서,
상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계;
상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계;
상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계;
상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및
상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함하고,
상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계는,
상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계; 및
상기 임펠러의 날개각도를 표현하는 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 날개각의 설계 변수는 자오면 곡선의 총길이, 임펠러의 스윕각과 평균된 반경의 곱, 입구각, 출구각, 입구 직선부의 길이, 출구 직선부의 길이, 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각을 포함하고,
상기 출구각은 허브에서의 출구각과 쉬라우드에서의 출구각을 포함하고,
상기 입구각은 허브에서의 입구각과 쉬라우드에서의 입구각을 포함하며,
상기 허브에서의 입구각은 허브에서의 입사각과 허브에서의 유동각을 포함하고,
상기 쉬라우드에서의 입구각은 쉬라우드에서의 입사각과 쉬라우드에서의 유동각을 포함하는 설계사양 및 성능을 만족하며,
상기 허브에서의 유동각은,
Y2= - A2X2 + B2X + C2
이고, 이때, Y2는 상기 허브에서의 유동각, X는 상기 비속도, A2는 0.00002 ∼0.00003의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.006 ∼0.007의 범위에서 결정되는 상수, C2는 0.7 ∼0.8의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
In the impeller design method of a low specific speed centrifugal pump,
determining design specifications of the impeller;
determining a specific speed of the impeller;
determining design variables of the impeller;
Deriving the optimal shape of the impeller; and
It includes the step of functionalizing the tendency of the design variables of the impeller according to the specific speed,
The step of determining the design variables of the impeller is,
Determining design variables of a meridional plane representing the blade shape of the impeller; and
It includes the step of determining a design variable of the blade angle representing the blade angle of the impeller,
In the step of determining the design variable of the blade angle, the design variable of the blade angle is the total length of the meridional curve, the product of the sweep angle of the impeller and the average radius, the inlet angle, the outlet angle, the length of the inlet straight portion, the length of the outlet straight portion, Includes an angle inclined in the direction of rotation at the outlet,
The exit angle includes an exit angle at the hub and an exit angle at the shroud,
The entrance angle includes an entrance angle at the hub and an entrance angle at the shroud,
The entrance angle at the hub includes an incidence angle at the hub and a flow angle at the hub,
The entrance angle at the shroud satisfies the design specifications and performance including the angle of incidence at the shroud and the flow angle at the shroud,
The flow angle at the hub is,
Y 2 = - A 2
, where Y 2 is the flow angle at the hub, A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which is a constant determined in the range of ∼0.8.
제1 항에 있어서,
상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계에서, 상기 설계 사양은 유량, 양정 및 회전수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
In the step of determining the design specifications of the impeller, the design specifications are a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance of flow rate, head, and rotation speed.
제2 항에 있어서,
상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계에서, 상기 비속도는

이고, 이때, Ns는 상기 비속도, Q는 상기 유량, H는 상기 양정, n은 상기 회전수이며,
상기 비속도는 상기 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정되는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 2,
In determining the specific speed of the impeller, the specific speed is

, where Ns is the specific speed, Q is the flow rate, H is the head, n is the rotation speed,
The specific speed is a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance determined by the flow rate, head, and rotation speed.
제3 항에 있어서,
상기 비속도는 50 ∼ 150의 범위에서 결정되는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 3,
The specific speed is a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance determined in the range of 50 to 150.
제4 항에 있어서,
상기 임펠러의 날개는 5개로 마련되는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 4,
A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance of the impeller with five blades.
제4 항에 있어서,
상기 임펠러의 효율은, 비속도 50 ∼ 150의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가지는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 4,
The efficiency of the impeller is a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance with a tendency for each unit section according to the specific speed value in the range of 50 to 150.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 입구부에서 허브 부분의 반경, 상기 임펠러의 입구부에서 쉬라우드 부분의 반경, 상기 임펠러의 날개 전단의 기울어진 각도, 상기 임펠러의 출구부의 반경, 상기 임펠러의 날개 후단에서의 날개폭, 날개 후단의 기울어진 각도 및 쉬라우드 입구부와 출구부의 축 방향 길이를 포함하는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
In the step of determining the design variable of the meridional plane, the design variable of the meridional plane is the radius of the hub portion at the inlet of the impeller, the radius of the shroud portion at the inlet of the impeller, the inclined angle of the blade front end of the impeller, A low specific speed centrifugal pump impeller that satisfies the design specifications and performance including the radius of the outlet of the impeller, the blade width at the rear end of the impeller, the inclined angle of the rear end of the blade, and the axial length of the shroud inlet and outlet. Wing angle distribution design method.
제8 항에 있어서,
상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 쉬라우드 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각, 상기 임펠러의 허브 곡선이 수평선 및 수직선과 이루는 입구부 각과 출구부 각, 상기 임펠러의 출구부 허브와 쉬라우드에서의 직선 부분의 길이, 출구부의 직선 구간이 끝나는 지점에서 상기 임펠러의 입구부까지 베지어 커브를 생성하기 위한 쉬라우드 입구부 조정점 및 출구부 조정점 및 허브 입구부 조정점 및 출구부 조정점을 포함하는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 8,
The design variables of the meridional plane are the inlet angle and outlet angle formed by the shroud curve of the impeller with the horizontal and vertical lines, the inlet angle and outlet angle formed by the hub curve of the impeller with the horizontal and vertical lines, the outlet hub of the impeller, and The length of the straight part of the shroud, the shroud inlet adjustment point and outlet adjustment point, and the hub inlet adjustment point and outlet to create a Bezier curve from the end of the straight section of the outlet to the inlet of the impeller. Low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance including adjustment points.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 허브에서의 입사각은 비속도 50 ∼ 150의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 각각 단위 구간별로 경향성을 가지는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The angle of incidence at the hub is a low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance with a tendency for each unit section according to the specific speed value in the range of 50 to 150.
제12 항에 있어서,
상기 허브에서의 입사각은
Y1= - A1X2 + B1X + C1
이고, 이때, Y1는 상기 허브에서의 입사각, X는 상기 비속도, A1는 0.000005 ∼ 0.000006의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.0002 ∼ 0.0003의 범위에서 결정되는 상수, C1는 1 ∼ 1.1의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 12,
The angle of incidence at the hub is
Y 1 = - A 1
, where Y 1 is the angle of incidence at the hub, A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which are constants determined in the range of 1.1.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 쉬라우드에서의 입사각은
Y3= - A3X2 + B3X + C3
이고, 이때, Y3는 상기 쉬라우드에서의 입사각, X는 상기 비속도, A3는 0.000008 ∼ 0.000009의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.000000001 ∼ 0.000000002의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1.02 ∼ 1.03의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The angle of incidence at the shroud is
Y 3 = - A 3
, where Y 3 is the angle of incidence at the shroud, A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which are constants determined in the range of ~ 1.03.
제1 항에 있어서,
상기 쉬라우드에서의 유동각은
Y4= - A4X2 + B4X + C4
이고, 이때, Y4는 상기 쉬라우드에서의 유동각, X는 상기 비속도, A4는 0.000006 ∼ 0.000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.002 ∼ 0.003의 범위에서 결정되는 상수, C4는 0.9 ∼ 1의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The flow angle at the shroud is
Y 4 = - A 4
, where Y 4 is the flow angle at the shroud , A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which are constants determined in the range of 0.9 to 1.
제1 항에 있어서,
상기 허브에서의 출구각은
Y5= - A5X2 + B5X + C5
이고, 이때, Y5는 상기 허브에서의 출구각, X는 상기 비속도, A5는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C5는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The exit angle from the hub is
Y 5 = - A 5
, where Y 5 is the exit angle from the hub, A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which are constants determined in the range of ~ 0.11.
제1 항에 있어서,
상기 쉬라우드에서의 출구각은
Y6= - A6X2 + B6X + C6
이고, 이때, Y6는 상기 쉬라우드에서의 출구각, X는 상기 비속도, A6는 0.0001 ∼ 0.0002의 범위에서 결정되는 상수, B6는 0.02 ∼ 0.03의 범위에서 결정되는 상수, C6는 0.1 ∼ 0.11의 범위에서 결정되는 상수인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The exit angle from the shroud is
Y 6 = - A 6
, where Y 6 is the exit angle from the shroud, A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance, which are constants determined in the range of 0.1 to 0.11.
제1 항에 있어서,
상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계는,
상기 임펠러의 효율인 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 및
반응표면기법에 의해 상기 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계를 포함하는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 1,
The step of deriving the optimal shape of the impeller is,
Determining key design variables that affect the design objective value, which is the efficiency of the impeller; and
A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies design specifications and performance, including the step of identifying the conditions of optimal design variables that can optimize the design objective value by response surface technique.
제19 항에 있어서,
주요 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 주요 설계 변수는 상기 허브에서의 출구각, 상기 쉬라우드에서의 출구각, 상기 쉬라우드에서의 입구각, 상기 허브에서의 입구각, 상기 쉬라우드에서의 입사각, 상기 쉬라우드에서의 유동각, 상기 허브에서의 입사각, 상기 허브에서의 유동각인 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to clause 19,
In the step of determining key design variables, the key design variables include outlet angle at the hub, outlet angle at the shroud, inlet angle at the shroud, inlet angle at the hub, and angle of incidence at the shroud. , A low specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance of the flow angle at the shroud, the incident angle at the hub, and the flow angle at the hub.
제20 항에 있어서,
상기 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 상기 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정되는 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법.
According to claim 20,
Except for the main design variables, the remaining design variables are fixed to optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and the response surface technique. A low-specific speed centrifugal pump impeller blade angle distribution design method that satisfies the design specifications and performance.
제1 항 내지 제6 항, 제8 항, 제9 항, 제12 항, 제13 항 및 제15 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 따른 설계사양 및 성능을 만족하는 저비속도형 원심펌프 임펠러 날개각 분포 설계방법에 의하여 설계된 임펠러. A low specific speed centrifugal pump impeller that satisfies the design specifications and performance according to any one of claims 1 to 6, 8, 9, 12, 13, and 15 to 21. Impeller designed using the blade angle distribution design method. 제22 항에 따른 임펠러;
상기 임펠러가 내부에 설치되고, 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱을 포함하는 펌프.
Impeller according to claim 22;
A pump including a casing in which the impeller is installed, a suction port formed to suck fluid into the front of the impeller, and an outlet formed to discharge the sucked fluid to the outer periphery of the impeller.
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