KR20190048671A - Compact and simplifying design method of diffuser for mixed flow pump, diffuser designed by the method and mixed flow pump having the same - Google Patents

Compact and simplifying design method of diffuser for mixed flow pump, diffuser designed by the method and mixed flow pump having the same Download PDF

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Abstract

Provided is a method for designing a diffuser. The method for designing a diffuser comprises the following steps: determining an objective function by considering a shape of the diffuser in order to simplify the design of a diffuser which is connected to an impeller to discharge a fluid introduced through the impeller to the outside, and to compactly design the diffuser; determining a design variable affecting a value of the objective function; and deriving a shape of the diffuser by using the design variable.

Description

콤팩트하고 단순화한 사류 펌프의 디퓨저 설계 방법, 이에 의하여 설계된 디퓨저 및 이를 구비한 사류 펌프{COMPACT AND SIMPLIFYING DESIGN METHOD OF DIFFUSER FOR MIXED FLOW PUMP, DIFFUSER DESIGNED BY THE METHOD AND MIXED FLOW PUMP HAVING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffuser design method for a compact and simple multistage pump, a diffuser designed thereby, and a multistage pump having the diffuser design.

본 발명은 콤팩트하고 단순화한 사류 펌프의 디퓨저 설계 방법, 이에 의하여 설계된 디퓨저 및 이를 구비한 사류 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing a diffuser of a compact and simplified multistage pump, a diffuser designed thereby and a multistage pump having the diffuser.

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

사류 펌프는 외부로부터 동력을 받아 회전하는 임펠러(Impeller)에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 유체의 펌프 작용, 즉 유체의 수송작용을 하거나 압력을 발생시키는 유체 기계를 말한다.A sludge pump is a fluid machine that uses a centrifugal force generated by an impeller that is rotated by receiving power from the outside to perform a pumping action of fluid, that is, a transportation action of fluid or a pressure.

이 때 디퓨저는 임펠러의 후단에 설치되어 유체를 확산시키거나 속도 및 압력을 변환하는 기능을 수행한다. 따라서 임펠러 및 디퓨저의 설계가 원심 및 사류펌프 설계에 있어서 가장 기초 작업이 된다.In this case, the diffuser is installed at the rear end of the impeller to perform the function of diffusing the fluid or changing the velocity and pressure. Therefore, the design of the impeller and the diffuser is the most basic work in centrifugal and fluid pump design.

종래의 사류 펌프는 많은 설계변수를 갖고 디퓨저의 설계가 진행되어 많은 설계 변수를 정확히 설계하는 것에는 어려움이 있었고, 따라서 정확한 양정을 만족하기에는 한계가 있었다.The conventional multistage pump has many design variables and the design of the diffuser has been difficult, so that it has been difficult to accurately design many design parameters, and therefore, there is a limit to satisfy the accurate head.

본 발명의 일 실시예는 고효율 및 고양정을 유지하면서 설계를 단순화하여 제작이 용이하고 콤팩트하여 유지 보수비를 절감할 수 있는 사류 펌프의 디퓨저 설계 방법, 이에 의해 설계된 디퓨저 및 이를 구비한 사류 펌프를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention provides a diffuser design method for a multistage pump that can simplify the design while maintaining a high efficiency and a high degree of lift, and is easy to manufacture and compact and can reduce the maintenance cost, a diffuser designed thereby, and a multistage pump having the diffuser do.

본 발명의 일 측면에 따르면 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 통해 유입된 유체를 외부로 배출시키는 디퓨저의 설계를 단순화하고 디퓨저를 콤팩트하게 설계하기 위해서 상기 디퓨저의 형상을 고려하여 목적함수 결정 단계; 상기 목적함수의 값에 영향을 미치는 설계 변수 결정 단계 및 상기 설계변수를 이용하여 디퓨저의 형상 도출 단계를 포함하는 디퓨저의 최적화 설계 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for designing a diffuser, which simplifies a design of a diffuser that is connected to an impeller and discharges a fluid introduced through the impeller to the outside, and a compact design of a diffuser, A design variable determining step of influencing a value of the objective function and a shape deriving step of a diffuser using the design variable.

이때, 상기 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 400 내지 1200 Ns이내일 수 있다.In this case, in consideration of the shape of the diffuser, the specific speed in the design parameter and objective function determination step is determined by the flow quantity Q, the head Ht and the rotational speed N, which are design specifications, It can be within Ns.

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

이때, 상기 디퓨저의 설계변수 결정 단계는 상기 디퓨저의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 디퓨저의 날개 형상을 표현하는 디퓨저 자오면 설계변수 결정단계; 및 상기 디퓨저의 날개 각도를 표현하는 상기 디퓨저 날개각 설계변수 결정단계를 포함할 수 있다.At this time, the design parameter determination step of the diffuser may include: a diffuser meridional surface design parameter determination step of expressing a shape of a blade of the diffuser to generate a three-dimensional shape of the diffuser; And determining the diffuser wing angle design variable expressing the wing angle of the diffuser.

이때, 상기 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 디퓨저의 자오면 설계변수는 디퓨저의 자오면 설계 변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 출구부에서 허브부분의 반경(R4_h), 디퓨저 날개후단에서의 날개폭(b4), 디퓨저 날개 후단의 기울어진 각(φ4), 디퓨저 입구에서 디퓨저 출구 사이의 축방향 길이(Z4), 임펠러 출구의 허브부분과 디퓨저 입구의 허브부분 사이의 축방향 길이(Z3)를 포함할 수 있다.At this time, in the meridional surface design parameter determination step of the diffuser, the meridional surface design parameters of the diffuser are such that the meridional surface design parameters of the diffuser are the radius (R3_h) of the hub portion at the diffuser inlet, the blade width (b3) at the front end of the diffuser wing, The radius of the hub portion at the diffuser outlet (R4_h), the blade width at the rear end of the diffuser wing (b4), the inclined angle at the rear end of the diffuser wing (4), the angle between the diffuser inlet and the diffuser outlet An axial length Z4, and an axial length Z3 between the hub portion of the impeller outlet and the hub portion of the diffuser inlet.

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

이때, 상기 설계변수를 이용하여 디퓨저의 형상 도출 단계에서 상기 디퓨저 자오면에서 입구부의 제1 설계지점(x) 및 제2 설계지점(y)이 결정하고 상기 제1 설계지점 및 상기 제2 설계지점에서 상기 디퓨저의 자오면에서 출구부까지 직선으로 연결할 수 있다.At this time, the first design point (x) and the second design point (y) of the entrance portion are determined at the diffuser meridian plane in the shape deriving step of the diffuser by using the design variables, and at the first design point and the second design point And can be linearly connected from the meridional plane to the outlet of the diffuser.

이때, 상기 제1 설계지점은 허브측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 x %위치이고 상기 제2 설계지점은 쉬라우드측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 y %위치일 수 있다.At this time, the first design point may be located at the hub side diffuser inlet at x% of the length of the meridional plane, and the second design point may be at y% of the length of the meridian plane at the shroud side diffuser inlet.

이때, 상기 x는 30 %이고 상기 y 는 10 %일 수 있다.Here, x may be 30% and y may be 10%.

본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a diffuser designed by the above-described method of designing a diffuser.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 전술한 디퓨저; 상기 디퓨저의 내부에 설치되는 임펠러 및 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱;을 포함하는 사류 펌프를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a diffuser, And a casing having an impeller installed inside the diffuser, an inlet formed to suck the fluid in front of the impeller, and a discharge port configured to discharge the sucked fluid to the outer periphery of the impeller.

본 발명의 일 실시예에 따른 사류 펌프용 디퓨저의 설계방법, 이에 의해 설계된 디퓨저 및 이를 구비한 사류 펌프는 기존의 고효율 및 고양정을 유지하면서 설계를 단순화하여 제작이 용이하고 콤팩트하여 유지 보수비를 절감할 수 있다.The design method of the diffuser for a domestic pump according to an embodiment of the present invention, the diffuser designed by the present invention, and the hydrodynamic pump having the same, can simplify the design while maintaining the existing high efficiency and high lifting, .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 구비한 사류 펌프를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저의 자오면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저와 기준 디퓨저의 자오면을 비교한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에서 디퓨저의 날개각 설계 변수를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저과 기준 디퓨저를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해 설계된 디퓨저의 양정에 대한 수치해석결과에 따른 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해 설계된 디퓨저의 효율에 대한 수치해석결과에 따른 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해 설계된 디퓨저의 수치해석 경계조건 및 격자계를 도시한 사시도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a hydrodynamic pump having a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a comparison of the meridional planes of a diffuser and a reference diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view showing blade design parameters of a diffuser in a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a perspective view illustrating a diffuser and a reference diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph according to a numerical analysis result of the head of a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating a numerical analysis result of the efficiency of the diffuser designed by the method of designing the diffuser according to the embodiment of the present invention.
10 is a perspective view illustrating a numerical analysis boundary condition and a lattice system of a diffuser designed by a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

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

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계방법은 디퓨저의 형상을 고려하여 목적함수 결정 단계(S10), 상기 목적함수 값에 영향을 미치는 설계변수 결정단계(S20), 상기 설계변수를 이용하여 상기 디퓨저의 형상 도출 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for designing a diffuser according to an embodiment of the present invention includes an objective function determination step (S10) in consideration of a shape of a diffuser, a design parameter determination step (S20) And deriving the shape of the diffuser using a design parameter (S30).

이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계방법은 디퓨저(5)를 설계함으로써 고효율 및 고양정을 유지하면서 설계를 단순화하여 제작이 용이하고 콤팩트하여 유지 보수비를 절감할 수 있다. Accordingly, by designing the diffuser 5 according to the embodiment of the present invention, it is possible to simplify the design while maintaining the high efficiency and the high temperature, so that the manufacture can be easily performed and the maintenance cost can be reduced.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 구비한 사류 펌프를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a hydrodynamic pump having a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

이하의 설명에서 도 2에서 볼 때 모터의 구동축(30)에서 사류 펌프의 흡입구(3) 쪽을 전방으로 규정하고, 사류 펌프의 흡입구(3)에서 모터의 구동축(30) 쪽을 후방으로 규정하여 설명한다.2, the suction port 3 of the multistage pump is defined forward from the drive shaft 30 of the motor, and the drive shaft 30 side of the motor is defined downstream from the suction port 3 of the multistage pump Explain.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사류 펌프(1)는 디퓨저의 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저(5)를 포함할 수 있다. 이때, 사류 펌프(1) 내부에는 흡입구(3)와 토출구(미도시) 사이에서 고속으로 회전하면서 유체를 흡입하고 토출하는 원심 및 사류 펌프 임펠러(10)가 결합될 수 있다.Referring to FIG. 2, the hydrodynamic pump 1 according to an embodiment of the present invention may include a diffuser 5 designed by a method of designing a diffuser. At this time, a centrifugal and sump pump impeller 10, which sucks and discharges the fluid while rotating at a high speed between the suction port 3 and the discharge port (not shown), may be incorporated into the sludge pump 1.

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

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

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 임펠러(10)는 임펠러 허브(11), 임펠러 날개(13) 및 임펠러 쉬라우드(15)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 임펠러 허브(11)는 모터 구동축(30)과 결합되어 모터의 회전력을 전달받는 부분으로 고속 회전에 적합한 높은 강성을 갖는 소재일 수 있다. Referring to FIG. 2, in one embodiment of the present invention, the impeller 10 may include an impeller hub 11, an impeller blade 13, and an impeller shroud 15. In an embodiment of the present invention, the impeller hub 11 is a part coupled to the motor drive shaft 30 to receive the rotational force of the motor, and may be a material having high rigidity suitable for high-speed rotation.

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

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

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

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저를 도시한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저(5)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 또한 디퓨저(5)는 디퓨저 허브(7), 디퓨저 날개(6) 및 디퓨저 쉬라우드(9)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the diffuser 5 designed according to the design method of the diffuser according to an embodiment of the present invention may be formed in a columnar shape. The diffuser 5 may also include a diffuser hub 7, a diffuser wing 6 and a diffuser shroud 9.

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

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

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 디퓨저 허브(7)를 중심으로 원주면에 방사형으로 복수개의 디퓨저 날개(6)가 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 디퓨저 날개(6)는 7개로 구성될 수 있으나 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않는다. 3, a plurality of diffuser blades 6 may be radially formed on the circumferential surface of the diffuser hub 7 as a center. At this time, the plurality of diffuser blades 6 may be composed of seven, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

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

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계방법은 디퓨저의 형상을 고려하여 목적함수 결정 단계(S10)를 포함할 수 있다. 이때 디퓨저의 형상을 고려하여 설계변수 선택 및 목적함수 결정 단계(S10)에서는 디퓨저(5)를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)를 결정할 수 있다. Referring to FIG. 1, a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention may include an objective function determination step (S10) in consideration of the shape of a diffuser. At this time, considering the shape of the diffuser, it is possible to determine the flow specifications (Q), heading (Ht) and number of rotations (N), which are design specifications required when designing the diffuser (5) have.

이러한 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)는 디퓨저(5)를 설계할 때 요구되는 사양이다. 이때, 유량(Q) 및 양정(Ht)은 임펠러(10)가 회전하는 동안 기본적으로 만족해야 하는 사양이며, 회전수(N)는 모터 구동축(30)의 직경에 따라 결정될 수 있다. The flow specifications Q, the head Ht and the number of revolutions N are specifications required for designing the diffuser 5. At this time, the flow rate Q and the head Ht are basically satisfactory specifications while the impeller 10 rotates, and the rotation speed N can be determined according to the diameter of the motor drive shaft 30.

한편, 효율은 주어진 유량과 양정에서 고효율이 되도록 디퓨저(5)가 설계될 수 있다. 즉, 고효율 및 고양정을 유지하기 위해서 디퓨저(5)를 설계하기 때문에 임펠러의 날개 형상 및 자오면 형상은 변화될 수 있고 어떠한 임펠러로 한정되지 않는다.On the other hand, the diffuser 5 can be designed so that the efficiency is high at a given flow rate and head. That is, since the diffuser 5 is designed to maintain high efficiency and high lifting, the impeller blade shape and meridional surface shape can be changed and are not limited to any impeller.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

이때, 비속도는 무차원수로서, 유량(Q), 양정(Ht), 및 회전수(N)의 관계식에 의하여 펌프의 종류를 나타낼 수 있고, 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 펌프는 사류 펌프일 수 있고 이에 따라 비속도는 400 내지 1200 Ns일 수 있다.At this time, the non-velocity is a dimensionless number, and the kind of the pump can be represented by the relational expression of the flow rate Q, the head Ht, and the number of rotations N. Thus, in one embodiment of the present invention, And thus the specific velocity may be 400 to 1200 Ns.

본 발명의 일 실시예에서 목적함수 값에 영향을 미치는 설계 변수 결정 단계(S20)는 사류 펌프의 디퓨저(5)의 3차원 형상을 생성하기 위해서 날개 형상을 표현하는 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계 및 디퓨저의 날개각도를 표현하는 날개각 설계변수 결정단계를 포함할 수 있다. 이때, 자오면은 허브(11)의 중심선을 포함하는 디퓨저의 횡단면 중 일부이다.In the embodiment of the present invention, the design parameter determination step S20, which affects the objective function value, is a step of determining a meridional surface design parameter of a diffuser expressing a wing shape to generate a three-dimensional shape of the diffuser 5 And a wing angle design variable determining step of expressing the wing angle of the diffuser. At this time, the meridian plane is a part of the cross section of the diffuser including the center line of the hub 11.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저의 자오면을 도시한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저의 자오면과 기준 디퓨저의 자오면을 도시한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view illustrating a meridional plane of a diffuser and a reference diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 디퓨저는 임펠러 후단과 연결되어 있기 때문에 디퓨저의 자오면 설계는 임펠러 자오면과 상호 연관관계가 있을 수 있다. Referring to FIG. 4, in an embodiment of the present invention, the diffuser is connected to the rear end of the impeller, so that the design of the meridional surface of the diffuser may be correlated with the impeller meridian.

한편, 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 디퓨저의 자오면 설계 변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 출구부에서 허브부분의 반경(R4_h), 디퓨저 날개후단에서의 날개폭(b4), 디퓨저 날개 후단의 기울어진 각(φ4), 디퓨저 입구에서 디퓨저 출구 사이의 축방향 길이(Z4), 임펠러 출구의 허브부분과 디퓨저 입구의 허브부분 사이의 축방향 길이(Z3)일 수 있다.On the other hand, in the determination of the meridional surface design parameters of the diffuser, the meridional surface design parameters of the diffuser are the radius (R3_h) of the hub portion at the diffuser inlet, the blade width (b3) at the front of the diffuser wing, (R4_h) of the hub portion at the diffuser outlet, a blade width (b4) at the rear end of the diffuser wing, a tilted angle (? 4) at the rear end of the diffuser wing, an axial length (Z4) between the diffuser inlet and the diffuser outlet, And the axial length Z3 between the hub portion of the diffuser inlet and the hub portion of the diffuser inlet.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법은 디퓨저의 자오면 설계 변수를 8개로 선택하여 디퓨저(5)를 설계함으로써 고효율 및 고양정을 유지하면서 설계를 단순화하여 제작이 용이하고 유지 보수비를 절감할 수 있다. That is, according to the method of designing the diffuser according to the embodiment of the present invention, the diffuser 5 is designed by selecting eight design parameters of the diffuser, thereby simplifying the design while maintaining high efficiency and high lifting, can do.

도 5를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 설계 변수를 이용하여 디퓨저의 형상 도출 단계(S30)에서는 디퓨저 자오면에서 입구부의 제1 설계지점(x) 및 제2 설계지점(y)이 결정되면 출구부까지 직선으로 연결할 수 있다. 이때, 제1 설계지점은 허브측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 x %위치일 수 있고, 제2 설계지점은 쉬라우드측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 y %위치일 수 있다. 이때 x는 30 %일 수 있고, y 는 10 %일 수 있다. 이때 설계 변수 8개가 결정되면 제1 설계지점 및 제2 설계지점도 결정될 수 있다.5, when the first design point x and the second design point y of the inlet portion are determined in the diffuser meridian plane in the shape deriving step S30 of the diffuser by using design variables in the embodiment of the present invention, It can be connected straight to the part. In this case, the first design point may be x% position based on the length of the meridian surface at the hub side diffuser inlet, and the second design point may be y% position based on the length of the meridian surface at the shroud side diffuser inlet. Where x can be 30% and y can be 10%. At this time, if eight design variables are determined, the first design point and the second design point can be determined.

이때 설계 변수 8개는 디퓨저의 자오면 설계 변수로서 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 출구부에서 허브부분의 반경(R4_h), 디퓨저 날개후단에서의 날개폭(b4), 디퓨저 날개 후단의 기울어진 각(φ4), 디퓨저 입구에서 디퓨저 출구 사이의 축방향 길이(Z4), 임펠러 출구의 허브부분과 디퓨저 입구의 허브부분 사이의 축방향 길이(Z3)일 수 있다.In this case, eight design parameters are the meridional design parameters of the diffuser, the radius (R3_h) of the hub at the diffuser inlet, the blade width (b3) at the front of the diffuser wing, the tilted angle The radius (R4_h) of the hub portion, the blade width (b4) at the rear end of the diffuser wing, the inclined angle (4) at the rear end of the diffuser wing, the axial length Z4 between the diffuser inlet and the diffuser outlet, And the axial length Z3 between the hub portions of the diffuser inlet.

본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법은 디퓨저의 제1 설계 지점 및 제2 설계 지점을 확정한 후 각각 허브측 및 쉬라우드측 디퓨저의 출구부까지 연결하기 위해 직선을 이용할 수 있다. 즉, 디퓨저 자오면은 임펠러 자오면과 달리 허브 및 쉬라우드에서 2개의 직선을 이용하여 연결된다.The method of designing the diffuser according to an embodiment of the present invention may use a straight line to connect the first design point and the second design point of the diffuser to the outlet side of the hub side and the shroud side diffuser respectively. In other words, diffuser meridian is connected by two straight lines in hub and shroud, unlike impeller meridian.

도 6을 참고하면, 디퓨저의 날개각도를 표현하는 날개각 설계변수 결정단계에서 디퓨저의 날개 전개도 설계 변수는 출구부 시작점 TE start point, 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱 r_theta_total(h,m,s), 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(h,s), 입구 부분의 조정점 %CP_LE_(h,m,s), 및 출구부분의 조정점 %CP_TE_(h,m,s)를 포함하여 이루어지거나, 입구각 beta1_(h,m,s), 출구각 beta2_(h,m,s), 입구 직선부의 길이 %beta_LE_(h,m,s), 출구 직선부의 길이 %beta_TE_(h,m,s) 및 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각 d_theta(h,s)만으로 이루어진다.Referring to FIG. 6, in the blade angle design variable determining step for expressing the blade angle of the diffuser, the blade development design variable of the diffuser is determined by the exit start point TE start point, the sweep angle of the diffuser and the averaged radius r_theta_total (h, m, s (H, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the length of the inlet straight line portion% beta_LE_ (h, m, s), and the length of the exit straight line portion% beta_TE_ (H, m, s) of the entrance portion and the adjustment point% CP_TE_ (h, m, s) of the exit portion include the angle d_theta (H, m, s), the exit angle beta2_ (h, m, s), the length of the inlet straight line portion% beta_LE_ (h, m, s), and the length of the exit straight line portion% beta_TE_ , s) and an angle d_theta (h, s) inclined at the exit in the rotational direction.

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

이때, 도 6을 참고하면, 파라미터 h는 디퓨저 허브, m은 디퓨저 미드, s는 디퓨저 쉬라우드임을 특징으로 한다.Here, referring to FIG. 6, the parameter h is a diffuser hub, m is a diffuser mid, and s is a diffuser shroud.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저과 기준 디퓨저를 도시한 사시도이다.7 is a perspective view illustrating a diffuser and a reference diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 7을 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 종래의 디퓨저의 자오면 설계변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 최외각 지점에서의 반경(R4h), 디퓨저 최외각 지점에서의 날개폭(b4), 디퓨저 최외각 지점에서의 기울어진 각도(φ4), 디퓨저 출구부에서의 반경(R5h), 디퓨저 출구부에서의 날개폭(b5), 디퓨저 출구부에서의 기울어진 각도(φ5), 허브측 디퓨저 입구부 조정점(%CP1h), 허브측의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2h,%CP3h), 허브측 디퓨저 출구부 조정점(%CP4h), 디퓨저 입구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1h), 디퓨저 출구부의 허브 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4h), 쉬라우드측에서의 디퓨저 입구부 조정점(%CP1s), 쉬라우드측에서의 제1,2 디퓨저 최외각 지점 조정점(%CP2s,%CP3s), 쉬라우드측에서의 디퓨저 출구부 조정점(%CP4s), 디퓨저 입구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ1s), 및 디퓨저 출구부의 쉬라우드 곡선이 수평선과 이루는 각도(θ4s)를 포함할 수 있다.5 and 7, in the embodiment of the present invention, the meridional surface design parameters of the conventional diffuser are the radius (R3_h) of the hub portion at the diffuser inlet portion, the blade width (b3) at the front end of the diffuser wing, The angle at the outermost point of the diffuser (4), the radius at the exit of the diffuser (4), the angle at the outermost point of the diffuser (5) at the diffuser outlet, the tilted angle (5) at the diffuser outlet, the hub-side diffuser inlet adjustment point (% CP1h), the hub- (% CP2h,% CP3h), the hub side diffuser outlet adjustment point (% CP4h), the angle (? 1h) of the hub curve at the diffuser inlet with the horizontal line, the angle? 4h formed by the hub curve at the diffuser exit with the horizontal line, (% CP1s) at the diffuser inlet at the wood side, the first and second diffuser depths at the shroud side (% CP2s,% CP3s), the diffuser exit adjustment point (% CP4s) at the shroud side, the angle (θ1s) the shroud curve of the diffuser inlet with the horizontal line, and the shroud curve at the diffuser exit, And an angle [theta] 4s formed between them.

즉 종래의 디퓨저 자오면 설계 변수는 24개의 설계 변수로서 이를 통해 설계된 디퓨저(5a)의 형상은 도 7(a)에 도시된 바와 같이 항아리 형상과 유사할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저(5)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 원기둥 형상으로 형성될 수 있다,In other words, the conventional diffuser meridian design parameters are 24 design parameters, and the shape of the diffuser 5a designed through the diffuser meridian design parameters may be similar to the shape of the jar as shown in FIG. 7 (a). In this case, the diffuser 5 designed by the diffuser designing method according to the embodiment of the present invention may be formed into a cylindrical shape as shown in FIG. 7 (b)

도 8을 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 디퓨저의 양정과 효율에 영향을 미치는 상기 8개의 설계 변수로 수치해석 실험조건을 생성하였다. 이때, 사류 펌프 디퓨저(5)를 통과하는 작동유체는 25도의 물로 한다. 또한, 입구의 경계조건은 균일한 상태의 대기압력이고, 출구조건은 질량 유량이다.Referring to FIG. 8, numerical simulation conditions are generated by the eight design parameters that affect the head and the efficiency of the diffuser in an embodiment of the present invention. At this time, the working fluid passing through the extruder pump diffuser 5 is made of water at 25 degrees. Also, the boundary condition of the inlet is the atmospheric pressure in the uniform state, and the outlet condition is the mass flow rate.

본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법은 상기 도출된 디퓨저의 형상과 기준 디퓨저의 수치해석의 결과를 통해 상기 도출된 디퓨저의 설계가 타당한지 여부를 판단하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.The method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention may further include a step (S40) of determining whether the derived diffuser design is valid based on the shape of the derived diffuser and the result of numerical analysis of the reference diffuser .

기준 디퓨저와 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저를 수치해석을 통해 얻어진 목적함수를 비교한 데이터는 하기 표 1과 같다.Table 1 compares the objective function obtained by numerical analysis of the diffuser designed by the reference diffuser and the design method of the diffuser according to the embodiment of the present invention.

양정(m)Head (m) 효율(%)efficiency(%) 기준 디퓨저(5a)The reference diffuser 5a 13.6413.64 90.5790.57 도출된 디퓨저(5)The derived diffuser (5) 13.4613.46 88.4888.48

이와 같이 설계 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저의 목적함수인 양정은 13. 45이고 효율은 88.48 %로 계산된다. 따라서 기준 디퓨저(5a)은 고효율 모델과 비교하여도 양정 및 효유을 유지함을 확인할 수 있다.As a result of the design, the objective function of the diffuser designed by the design method of the diffuser according to the embodiment of the present invention is 13.45 and the efficiency is calculated as 88.48%. Therefore, it can be confirmed that the reference diffuser 5a maintains the head and hull even when compared with the high-efficiency model.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저를 구비하는 사류 펌프의 양정을 도시한 그래프이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저를 구비하는 사류 펌프의 효율을 도시한 그래프이다. 8 is a graph showing the head of a hydrodynamic pump having a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention. 9 is a graph showing the efficiency of a hydrodynamic pump having a diffuser designed according to a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저 설계 방법에 의해서 설계된 디퓨저를 구비하는 사류 펌프의 양정 및 효율은 기준 디퓨저와 비슷한 양상을 보임을 확인할 수 있다. 이때, Q/Qd는 유량비로서, 설계 유량에 대한 기준 모델의 유량비를 의미한다. Referring to FIGS. 8 and 9, it can be seen that the head and the efficiency of the hydrodynamic pump having the diffuser designed by the diffuser designing method according to the embodiment of the present invention are similar to those of the reference diffuser. At this time, Q / Qd is the flow rate ratio, which means the flow rate of the reference model to the design flow rate.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의해 설계된 디퓨저의 수치해석 경계조건 및 격자계를 도시한 사시도이다.10 is a perspective view illustrating a numerical analysis boundary condition and a lattice system of a diffuser designed by a method of designing a diffuser according to an embodiment of the present invention.

이때, 수치 해석으로 비교하는 단계에서는 사류 펌프의 설계 목표 값은 유한 체적법인 ANSYS사의 상용코드 ANSYS CFX-16.0을 사용하여 K-ω를 기초한 SST(shear stress transport) 난류 모델 해석을 통해 얻어질 수 있다.At this time, in the step of comparing by numerical analysis, the design target value of the multistage pump can be obtained through analysis of a shear stress transport (SST) turbulent flow model based on K-ω using the commercial code ANSYS CFX-16.0 of the finite volume corporation ANSYS .

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

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

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

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

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

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

본 발명의 일 실시예에 따른 사류 펌프용 디퓨저의 설계방법, 이에 의해 설계된 디퓨저 및 이를 구비한 사류 펌프는 기존의 고효율 및 고양정을 유지하면서 설계를 단순화하여 제작이 용이하고 콤팩트하여 유지 보수비를 절감할 수 있다.The design method of the diffuser for a domestic pump according to an embodiment of the present invention, the diffuser designed by the present invention, and the hydrodynamic pump having the same, can simplify the design while maintaining the existing high efficiency and high lifting, .

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

1 : 원심 및 사류 펌프 2 : 케이싱
3 : 흡입구 5 : 모터의 구동축
10 : 임펠러 30 : 디퓨저
32 : 디퓨저 날개 34 : 디퓨저 허브
36 : 디퓨저 쉬라우드 x : 제1 설계지점
y : 제2 설계지점
1: Centrifugal and extruder pump 2: Casing
3: Suction port 5: Drive shaft of the motor
10: impeller 30: diffuser
32: diffuser wing 34: diffuser hub
36: diffuser shroud x: 1st design point
y: 2nd design point

Claims (11)

임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 통해 유입된 유체를 외부로 배출시키는 디퓨저의 설계를 단순화하고 디퓨저를 콤팩트하게 설계하기 위한 디퓨저의 설계 방법으로서,
상기 디퓨저의 형상을 고려하여 목적함수 결정 단계;
상기 목적함수의 값에 영향을 미치는 설계 변수 결정 단계 및
상기 설계변수를 이용하여 디퓨저의 형상 도출 단계를 포함하는 디퓨저의 최적화 설계 방법.
A diffuser design method for simplifying a design of a diffuser connected to an impeller and discharging a fluid introduced through the impeller to the outside, and for designing a diffuser compactly,
Determining an objective function in consideration of the shape of the diffuser;
A design variable determining step of influencing a value of the objective function;
And deriving the shape of the diffuser using the design variables.
제1 항에 있어서,
상기 디퓨저의 형상을 고려하여 설계 변수 및 목적함수 결정 단계에서 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 400 내지 1200 Ns이내인 디퓨저의 설계 방법.
The method according to claim 1,
The non-velocity is determined by the flow quantity (Q), the heading (Ht), and the number of rotations (N), which are design specifications, in the design variables and objective function determining step in consideration of the shape of the diffuser, and the specific velocity is within 400 to 1200 Ns Method of designing an in - diffuser.
제2 항에 있어서,
상기 디퓨저의 형상을 고려하여 목적함수 결정 단계에서 상기 목적함수는 상기 디퓨저의 성능을 분석하기 위한 양정(Ht) 및 효율(ηt)인 디퓨저의 설계 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the objective function in the objective function determination step considering the shape of the diffuser is a head Ht and efficiency (t) for analyzing the performance of the diffuser.
제3 항에 있어서,
상기 디퓨저의 설계변수 결정 단계는
상기 디퓨저의 3차원 형상을 생성하기 위해 상기 디퓨저의 날개 형상을 표현하는 디퓨저 자오면 설계변수 결정단계;
상기 디퓨저의 날개 각도를 표현하는 상기 디퓨저 날개각 설계변수 결정단계를 포함하는 디퓨저의 설계 방법.
The method of claim 3,
The design variable determining step of the diffuser
A diffuser meridional surface design parameter determination step of expressing a shape of a blade of the diffuser to generate a three-dimensional shape of the diffuser;
And determining the design variables of the diffuser wing to express the wing angle of the diffuser.
제4 항에 있어서,
상기 디퓨저의 자오면 설계변수 결정단계에서 상기 디퓨저의 자오면 설계변수는 디퓨저의 자오면 설계 변수는 디퓨저 입구부에서 허브부분의 반경(R3_h), 디퓨저 날개전단에서의 날개폭(b3), 디퓨저 날개전단의 기울어진 각(φ3), 디퓨저 출구부에서 허브부분의 반경(R4_h), 디퓨저 날개후단에서의 날개폭(b4), 디퓨저 날개 후단의 기울어진 각(φ4), 디퓨저 입구에서 디퓨저 출구 사이의 축방향 길이(Z4), 임펠러 출구의 허브부분과 디퓨저 입구의 허브부분 사이의 축방향 길이(Z3)를 포함하는 디퓨저의 설계 방법.
5. The method of claim 4,
In the meridional surface design parameter determination step of the diffuser, the meridional surface design parameters of the diffuser are such that the meridional surface design parameters of the diffuser are the radius (R3_h) of the hub part at the diffuser inlet, the blade width (b3) at the front end of the diffuser wing, The radius of the hub portion at the diffuser outlet (R4_h), the blade width at the rear end of the diffuser wing (b4), the inclined angle at the rear end of the diffuser wing (4), the axial length between the diffuser inlet and the diffuser outlet (Z4), the axial length (Z3) between the hub portion of the impeller outlet and the hub portion of the diffuser inlet.
제4 항에 있어서,
상기 디퓨저의 날개각 설계변수 결정단계에서 상기 날개 전개도 설계 변수는 출구부 시작점(TE startpoint), 디퓨저의 스윕각과 평균된 반경의 곱(r_theta_total), 입구각(beta1_(h,m,s)), 출구각(beta2_(h,m,s)), 입구 직선부의 길이(%beta_LE_(h,m,s)), 출구 직선부의 길이(%beta_TE_(h,m,s)), 출구부에서 회전방향으로 기울어진 각(d_theta(h,s)), 입구 부분의 조정점(%CP_LE_(h,m,s)), 및 출구부분의 조정점(%CP_TE_(h,m,s)을 포함하는 디퓨저의 설계방법.
5. The method of claim 4,
In the wing angle design variable determining step of the diffuser, the vane development design parameter includes an exit start point (TE start point), a product of the sweep angle of the diffuser and the averaged radius (r_theta_total), the entrance angle (beta1_ (h, m, s) (H, m, s)), the length of the exit rectilinear section (% beta_TE_ (h, m, s) (H, m, s) including an adjustment point (CP_LE_ (h, m, s)) of the exit portion and an inclination angle d_theta Design method.
제1 항에 있어서,
상기 설계변수를 이용하여 디퓨저의 형상 도출 단계에서 상기 디퓨저 자오면에서 입구부의 제1 설계지점(x) 및 제2 설계지점(y)이 결정하고 상기 제1 설계지점 및 상기 제2 설계지점에서 상기 디퓨저의 자오면에서 출구부까지 직선으로 연결하는 디퓨저의 설계방법.
The method according to claim 1,
The first design point (x) and the second design point (y) of the entrance portion are determined in the diffuser meridian plane in the shape deriving step of the diffuser using the design variables, and at the first design point and the second design point, A method of designing a diffuser in a straight line from the meridian to the exit of
제7 항에 있어서,
상기 제1 설계지점은 허브측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 x %위치이고 상기 제2 설계지점은 쉬라우드측 디퓨저 입구부에서 자오면의 길이 기준 y %위치인 디퓨저의 설계 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the first design point is at the hub side diffuser inlet at x% of the length of the meridian face and the second design point is at y% of the length of the meridian at the shroud side diffuser inlet.
제8 항에 있어서,
상기 x는 30 %이고 상기 y 는 10 %인 디퓨저의 설계 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein x is 30% and y is 10%.
제1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 디퓨저의 설계 방법에 의하여 설계된 디퓨저.A diffuser designed by a method of designing a diffuser according to any one of claims 1 to 9. 제10 항에 따른 디퓨저;
상기 디퓨저의 내부에 설치되는 임펠러 및
상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 외주부로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱;을 포함하는 사류 펌프.

A diffuser according to claim 10;
An impeller installed inside the diffuser and
And a casing having an inlet formed to suck a fluid in front of the impeller and a discharge port configured to discharge the sucked fluid to an outer periphery of the impeller.

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