KR102662684B1 - 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프 - Google Patents

고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계; 상기 고압 다단 펌프에서 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계; 상기 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프{Baffle installation method for improving efficiency of high-pressure multi-stage pump and high-pressure multi-stage pump designed according to the baffle installation method}
본 발명은 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 펌프라 함은 전동기나 내연기관 등의 원동기로부터 압력에너지를 전달받아 액체의 위치를 바꾸어 주는 장치를 의미하는 것으로, 이는 크게 터보형 펌프와 용적형 펌프로 분류된다.
여기서, 터보형 펌프는 깃(vane)을 가진 임펠러(impeller)의 회전력에 의해 유입된 액체에 운동에너지를 부여하고, 운동에너지를 부여받은 액체를 와류실(spiral casing)을 통해 압력에너지로 변환시키는 형식의 펌프를 지칭하는 것으로, 이러한 터보형 펌프는 원심펌프, 샤류펌프, 축류펌프 등으로 구분된다.
또한, 용적형 펌프는 왕복부 또는 회전부에 공간을 두고, 그 공간 내에 유체를 유입시키는 형식의 펌프를 의미하는 것으로, 이러한 용적형 펌프는 왕복펌프와 회전펌프로 구분된다.
이때, 전술한 터보형 펌프에 있어, 원심펌프는 또 다시 회전력을 부여하는 임펠러의 갯수에 따라 단단펌프와 다단펌프로 구분되는 것인바, 이러한 구분에 있어, 단단펌프는 한개의 임펠러만을 구비한 펌프로서 주로 저양정에 사용되고, 다단펌프는 한개의 축에 다수개의 임펠러를 설치하여 순차적으로 압력을 증가시키는 형식의 펌프로서, 주로 고양정에 사용된다.
좀 더 자세히 말하자면, 다단　펌프는 하나의 회전축에 다수의 임펠러가 축결합된 상태로 회전되도록 하며, 각각의 임펠러는 소정의 간격을 두고 형성된 각각의 중간 챔버 내에서 회전되면서 유체를 가압하여 다음의 중간 챔버로 송출하도록 구성되는 것이다. 이러한　다단식　펌프는 여러 차례에 걸쳐 가압이 이루어질 수 있다.
그런데, 종래의 고압 다단 펌프의 경우, 다단으로 설계된 임펠러를 통해 유체가 이송되는 과정에서 수력학적 손실이 발생됨에 따라 고압 다단 펌프의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1062207호(2007.08.14)
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 고압 다단 펌프의 내부에서 유체가 이송되는 과정에서 발생되는 수력학적 손실이 줄임으로써 고압 다단 펌프의 효율을 향상시킬 수 있는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법 및 이에 의하여 설계된 고압 다단 펌프를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계; 상기 고압 다단 펌프에서 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계; 상기 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 고압 다단 펌프는 임펠러가 적어도 3개 이상으로 마련되어 3단 이상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 고압 다단 펌프는 상기 임펠러가 5개로 마련되어 5단으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분은 두번째 임펠러 부분일 수 있다.
또한, 상기 배플을 설치하는 단계는 상기 두번째 임펠러 부분의 입구측에 상기 배플을 설치할 수 있다.
또한, 상기 효율을 도출하는 단계는 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 경계 조건 고정단계에서 상기 고압 다단 펌프로 유입되는 유체는 25도의 물로 고정되고, 상기 임펠러는 2980 rpm으로 고정될 수 있다.
또한, 상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀 및 상기 관통홀로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀 및 상기 관통홀로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀, 상기 관통홀로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀, 상기 관통홀로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀 및 상기 관통홀로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성되고, 상기 우측홀은 상기 관통홀의 우단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성될 수 있다.
또한, 상기 우측홀은 상기 좌측홀과 평행을 이룰 수 있다.
또한, 상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 45도 내지 80도 기울어질 수 있다.
또한, 상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고, 상기 우측홀은 상기 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성될 수 있다.
또한, 상기 우측홀은 상기 좌측홀과 평행을 이룰 수 있다.
또한, 상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 45도 내지 80도 기울어질 수 있다.
또한, 상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 60도 기울어질 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 의하여 설계된 고압 다단 펌프는 제1 항에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 의하여 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하고, 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치함으로써 수력학적 손실을 감소시켜, 고압 다단 펌프의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플 설치 유무에 따른 속도수두 및 효율을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플에서의 속도 벡터를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플에서의 압력을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플에서의 속도 스트림라인을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플 및 배플 실시예별 속도수두를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플 및 배플 실시예별 최고효율점(BEP)에서의 효율을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 의한 배플의 실시예별 압력을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 의한 배플의 실시예별 속도 스트림라인을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 의한 배플 및 제2 실시예에 의한 배플의 실시예별 속도수두를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 의한 배플 및 제2 실시예에 의한 배플의 실시예별 최고효율점(BEP)에서의 효율을 나타낸 것이다.
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.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하고, 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치함으로써 수력학적 손실을 감소시켜, 고압 다단 펌프의 효율을 높이는데 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법(S100)에 관한 것이다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법(S100)은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 고압 다단 펌프 분석 단계(S110), 고압 다단 펌프에서 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계(S120), 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 1, 도 4, 도 5, 도 11, 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프에 대해 설명하고, 도 1 내지 도 16을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법(S100)에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플과 베플의 제1 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 제2 실시예 및 제3 실시예를 나타낸 것이다.
도 11, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 제2 실시예를 변형시킨 제2a 실시예, 제2b 실시예, 제2c 실시예, 제2d 실시예를 나타낸 것이다.
고압 다단 펌프는 샤프트(200), 임페러, 배플(100)을 포함할 수 있다. 그리고, 고압 다단 펌프는 유체의 압력을 증가시켜 배출하는데 사용될 수 있다.
또한, 고압 다단 펌프는 일측에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에 유체가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다. 그리고, 유입구로 유입되는 유체는 25도의 물로 마련될 수 있다.
또한, 다단 펌프에서 샤프트(200)가 위치되는 구간에는 다수의 중간 챔버가 형성될 수 있고, 각각의 중간 챔버에는 임펠러(300)가 각각 수용될 수 있다. 그리고, 유입구는 샤프트(200)의 전방측에 형성된 중간 챔버에 연통되고, 배출구는 샤프트(200)의 후방측에 형성된 중간 챔버에 연통될 수 있다.
그리고, 각각의 중간 챔버 사이에는 연통되는 공간이 형성되는데, 이 공간은 임펠러(300)에 의해서 샤프트(200)로부터 멀어지도록 유도된 유체가 샤프트(200) 측으로 유동되도록 하기 위한 유로가 될 수 있다.
샤프트(200)는 고압 다단 펌프의 내부에 배치될 수 있고, 일단부가 구동모터에 연결되어 회전될 수 있다.
임펠러(300)는 적어도 3개 이상으로 마련될 수 있고, 샤프트(200)에 설치되어 샤프트(200)에 의해 회전될 수 있다. 그리고, 임펠러(300)가 3개로 마련되면 3단 다단 펌프, 임펠러(300)가 4개로 마련되면 4단 다단 펌프, 임펠러(300)가 5개로 마련되면 5단 다단 펌프가 될 수 있다. 또한, 임펠러(300)는 2980 rpm으로 설정될 수 있다.
배플(100)은 임펠러(300)들의 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 좀 더 자세히 말하자면, 유입구 측으로부터 임펠러(300)를 순서대로 정의할 때, 첫번째 임펠러(300)와 두번째 임펠러(300)의 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해, 두번째 임펠러(300)에서 수력학적 손실이 가장 크게 발생되므로, 두번째 임펠러(300)의 전방측에 배플(100)이 배치되어 수력학적 손실을 감소시킬 수 있다.
그리고, 배플(100)은 중심부에 샤프트(200)가 관통되는 관통홀(100h)이 형성될 수 있다.
또한, 배플(100)은 관통홀(100h)로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀(100a) 및 관통홀(100h)로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀(100b)이 형성될 수 있다.
그리고, 배플(100)은 관통홀(100h)로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀(100c) 및 관통홀(100h)로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀(100d)이 형성될 수 있다.
도 11의 (a)를 참고하면, 좌측홀(100c)은 관통홀(100h)의 좌단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀(100d)은 관통홀(100h)의 우단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀(100d)은 좌측홀(100c)과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀(100c)은 관통홀(100h)의 좌단부로부터 상측으로 45도 내지 80도 기울어질 수 있다.
도 11의 (b), 도 12를 참고하면, 좌측홀(100c)은 관통홀(100h)의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀(100d)은 관통홀(100h)의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀(100d)은 좌측홀(100c)과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀(100c)은 관통홀(100h)의 좌단부로부터 하측으로 45도 내지 80도 기울어질 수 있다.
또한, 배플(100)은 관통홀(100h)로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀(100a), 관통홀(100h)로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀(100b), 관통홀(100h)로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀(100c) 및 관통홀(100h)로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀(100d)이 형성될 수 있다.
정리하면, 배플(100)은 관통홀(100h)만 형성되거나, 관통홀(100h), 상측홀(100a), 하측홀(100b)이 형성되거나, 관통홀(100h), 좌측홀(100c), 우측홀(100d)이 형성되거나, 관통홀(100h), 상측홀(100a), 하측홀(100b), 좌측홀(100c), 우측홀(100d)이 형성될 수 있다.
여기서, 상측홀(100a), 하측홀(100b), 좌측홀(100c), 우측홀(100d)은 유체가 흐르는 통로를 제공함으로써, 수력학적 손실을 감소시킬 수 있어, 고압 다단 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법(S100)은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 고압 다단 펌프 분석 단계(S110), 고압 다단 펌프에서 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계(S120), 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
고압 다단 펌프 분석 단계(S110)는 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색할 수 있다.
여기서, 고압 다단 펌프는 임펠러가 적어도 3개 이상으로 마련되어 3단 이상으로 마련될 수 있다. 좀 더 자세히 말하자면, 임펠러가 5개로 마련되어 5단으로 마련되는 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색할 수 있다. 이 때, 수력학적 손실이 가장 큰 부분은 두번째 임펠러 부분이다.
수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계(S120)는 고압 다단 펌프에서 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계이다.
배플을 설치하는 단계(S120)는 두번째 임펠러 부분의 입구측(전방측)에 배플을 설치할 수 있다.
여기서, 배플은 관통홀만 형성된 기본 배플, 관통홀, 상측홀, 하측홀이 형성된 제1 실시예에 따른 배플, 관통홀, 좌측홀, 우측홀이 형성된 제2 실시예에 따른 배플, 관통홀, 상측홀, 하측홀, 좌측홀, 우측홀이 형성된 제3 실시예에 따른 배플이 각각 설치되고, 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)를 통해 각각의 배플에 따른 효율이 비교되어, 최고 효율을 나타내는 배플을 선정할 수 있다.
고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)는 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계이다.
그리고, 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)는 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 포함할 수 있다.
경계 조건 고정단계(S131)에서 고압 다단 펌프의 유입구로 유입되는 유체는 25도의 물로 마련될 수 있다. 그리고, 임펠러는 2980 rpm으로 설정될 수 있다.
그리고, 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)는 고압 다단 펌프를 분석할 수 있다.
고압 다단 펌프의 내부유동특성은 CFD를 활용하여 분석하였다.
그리고, 내부유동해석은 상용 CFD 코드인 ANSYS CFX-19 (ANSYS, PA, USA) 를 사용하였다. 임펠러 및 배플의 형상은 ANSYS Bladegen (ANSYS, PA, USA)을 이용하여 생성하였고, 고압 다단 펌프의 형상은 Solid Works 프로그램(Dassault systems, Vιlizy-Villacoublay, France)을 이용하여 생성하였다.
임펠러 및 배플의 격자계는 ANSYS Turbogrid를 사용하여 정렬격자계(structured grid)로 생성하였고, 고압 다단 펌프의 자계는 ICEM-CFD (PA, USA)를 사용하여 비정렬격 자계(unstructured grid)로 생성하였다.
고압 다단 펌프 내부의 비압축성 난류흐름(turbulent flow) 분석을 위해 3차원 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식을 이용할 수 있다. 난류의 흐름을 분석하기 위해 난류모델(turbulent model)은 유동박리(flow separation)의 예측에 유리한 Shear Stress Transport model을 사용할 수 있다.
또한, 고압 다단 펌프의 내부 유동특성은 수치해석(Computational fluid dynamics)을 활용하여 분석할 수 있다. 이때 고압 다단 펌프의 내부 유동해석은 상용 3차원 점성유체 해석 프로그램인 ANSYS CFX-17.1를 통해 해석할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 배플 설치 유무에 따른 고압 다단 펌프의 속도수두 및 효율을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 기본 배플(a), 제1 실시예에 따른 배플(b), 제2 실시예에 따른 배플(c), 제3 실시예에 따른 배플(d)에서의 속도 벡터를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 기본 배플(a), 제1 실시예에 따른 배플(b), 제2 실시예에 따른 배플(c), 제3 실시예에 따른 배플(d)에서의 압력을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 기본 배플(a), 제1 실시예에 따른 배플(b), 제2 실시예에 따른 배플(c), 제3 실시예에 따른 배플(d)에서의 속도 스트림라인을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 기본 배플, 제1 실시예에 따른 배플, 제2 실시예에 따른 배플, 제3 실시예에 따른 배플의 속도수두를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 기본 배플, 제1 실시예에 따른 배플, 제2 실시예에 따른 배플, 제3 실시예에 따른 배플의 최고효율점(BEP)에서의 효율을 나타낸 것이다.
도 3을 참고하면, 배플이 설치된 고압 다단 펌프가 배플이 설치되지 않은 고압 다단 펌프에 비해 속도수두 및 효율이 더 높은 것을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프는 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 배플이 기본 배플에 비해 속도수두가 더 높은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 관통홀, 좌측홀, 우측홀이 형성된 제2 실시예에 따른 배플이 설치되었을 때, 효율이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 두번째 임펠러 부분의 입구측(전방측)에 제2 실시예에 따른 배플을 설치하여 수력학적 손실을 감소시킴으로써, 고압 다단 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.
추가적으로, 제2 실시예에 따른 배플을 변형시켜 고압 다단 펌프의 효율을 더욱 높일 수 있는 배플이 도출될 수 있다.
이에 따라, 제2 실시예에 따른 배플은 제2a 실시예에 따른 배플, 제2b 실시예에 따른 배플, 제2c 실시예에 따른 배플, 제2d 실시예에 따른 배플로 각각 변형될 수 있다.
제2a 실시예에 따른 배플은 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀이 관통홀의 우단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀은 좌측홀과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 기울어진 각도(Aa)는 45도로 마련될 수 있다.
제2b 실시예에 따른 배플은 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀이 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀은 좌측홀과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어진 각도(Ab)는 45도로 마련될 수 있다.
제2c 실시예에 따른 배플은 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀이 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀은 좌측홀과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어진 각도(Ac)는 60도로 마련될 수 있다.
제2d 실시예에 따른 배플은 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고, 우측홀이 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성될 수 있다. 그리고, 우측홀은 좌측홀과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어진 각도(Ad)는 80도로 마련될 수 있다.
그리고, 제2a 실시예에 따른 배플, 제2b 실시예에 따른 배플, 제2c 실시예에 따른 배플, 제2d 실시예에 따른 배플은 두번째 임펠러 부분의 입구측(전방측)에 각각 설치되고, 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계(S130)를 통해 각각의 배플에 따른 효율이 비교되어, 최고 효율을 나타내는 배플이 도출될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2a 실시예에 따른 배플(a), 제2b 실시예에 따른 배플(b), 제2c 실시예에 따른 배플(c), 제2d 실시예에 따른 배플(d)에서의 압력을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2a 실시예에 따른 배플(a), 제2b 실시예에 따른 배플(b), 제2c 실시예에 따른 배플(c), 제2d 실시예에 따른 배플(d)에서의 속도 스트림라인을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 따른 배플, 제2a 실시예에 따른 배플, 제2b 실시예에 따른 배플, 제2c 실시예에 따른 배플, 제2d 실시예에 따른 배플의 속도수두를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 따른 제2 실시예에 따른 배플, 제2a 실시예에 따른 배플, 제2b 실시예에 따른 배플, 제2c 실시예에 따른 배플, 제2d 실시예에 따른 배플의 최고효율점(BEP)에서의 효율을 나타낸 것이다.
도 13 내지 도 16을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프는 제2b 실시예에 따른 배플, 제2c 실시예에 따른 배플, 제2d 실시예에 따른 배플이 제2 실시예에 따른 배플에 비해 속도수두 및 효율이 더 높은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 제2a 실시예에 따른 배플은 제2 실시예에 따른 배플에 비해 속도수두 및 효율이 더 낮은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 제2 실시예에 따른 배플에서 좌측홀을 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울이고, 우측홀을 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울일 때 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 좌측홀이 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어진 각도가 60도로 마련되는 제2c 실시예에 따른 배플이 고압 다단 펌프에 설치되었을 때, 효율이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 두번째 임펠러 부분의 입구측(전방측)에 제2c 실시예에 따른 배플을 설치하여 수력학적 손실을 감소시킴으로써, 고압 다단 펌프의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법은 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하고, 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치함으로써 수력학적 손실을 감소시켜, 고압 다단 펌프의 효율을 높일 수 있다.
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.
10 : 고압 다단 펌프
100 : 배플 100h : 관통홀
100a : 상측홀 100b : 하측홀
100c : 좌측홀 100d : 우측홀
200 : 샤프트 300 : 임펠러

Claims (18)

  1. 고압 다단 펌프를 분석하여 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계;
    상기 고압 다단 펌프에서 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분에 배플을 설치하는 단계;
    상기 배플이 설치된 고압 다단 펌프를 분석하여 효율을 도출하는 단계를 포함하고,
    상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 고압 다단 펌프는 임펠러가 적어도 3개 이상으로 마련되어 3단 이상으로 마련되며,
    상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분은 두번째 임펠러 부분인 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수력학적 손실이 가장 큰 부분을 탐색하는 단계에서 상기 고압 다단 펌프는 상기 임펠러가 5개로 마련되어 5단으로 마련되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 배플을 설치하는 단계는 상기 두번째 임펠러 부분의 입구측에 상기 배플을 설치하는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 효율을 도출하는 단계는 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 포함하는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 경계 조건 고정단계에서 상기 고압 다단 펌프로 유입되는 유체는 25도의 물로 고정되고, 상기 임펠러는 2980 rpm으로 고정되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀 및 상기 관통홀로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀이 형성되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀 및 상기 관통홀로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀이 형성되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 배플을 설치하는 단계에서 상기 배플은 중심부에 샤프트가 관통되는 관통홀로부터 상측으로 연장형성되는 상측홀, 상기 관통홀로부터 하측으로 연장형성되는 하측홀, 상기 관통홀로부터 좌측으로 연장형성되는 좌측홀 및 상기 관통홀로부터 우측으로 연장형성되는 우측홀이 형성되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성되고,
    상기 우측홀은 상기 관통홀의 우단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 우측홀은 상기 좌측홀과 평행을 이루는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 상측으로 45도 내지 80도 기울어진 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 기울어져 연장형성되고,
    상기 우측홀은 상기 관통홀의 우단부로부터 상측으로 기울어져 연장형성되는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 우측홀은 상기 좌측홀과 평행을 이루는 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 45도 내지 80도 기울어진 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 좌측홀은 상기 관통홀의 좌단부로부터 하측으로 60도 기울어진 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법.
  18. 제1 항에 따른 고압 다단 펌프의 효율 향상을 위한 배플의 설치방법에 의하여 설계된 고압 다단 펌프.
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