KR20190131313A - Single channel pump that can change output according to the impeller redesign - Google Patents

Single channel pump that can change output according to the impeller redesign Download PDF

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KR20190131313A
KR20190131313A KR1020180056024A KR20180056024A KR20190131313A KR 20190131313 A KR20190131313 A KR 20190131313A KR 1020180056024 A KR1020180056024 A KR 1020180056024A KR 20180056024 A KR20180056024 A KR 20180056024A KR 20190131313 A KR20190131313 A KR 20190131313A
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Abstract

The present invention relates to a single-channel pump changing the output in accordance with the redesign of an impeller, capable of designing a single-channel pump considering an interaction between an impeller and a volute casing, and enabling output to be quickly and conveniently changed. The present invention comprises: a volute casing taking and discharging fluids; and an impeller combined inside the volute casing to be rotatable, and having a flow path space extended in a circumferential direction to let the fluids flow through. In regard to the impeller, the cross section area of an internal flow path is changeably formed within a preset range considering an interaction with the volute casing, and in regard to the volute casing, the cross section area of an internal flow path is changeably formed in accordance with the angle of the volute casing considering an interaction with the impeller, and the cross section areas of the internal flow paths of the impeller and the volute casing are controlled at the same time to derive a design plan. The cross-section area of the internal path of the impeller according to the angle of the impeller is redesigned in response to output to be changed in a state in which the shape of the internal flow path of the volute casing designed in accordance with the design plan is fixed.

Description

임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프{SINGLE CHANNEL PUMP THAT CAN CHANGE OUTPUT ACCORDING TO THE IMPELLER REDESIGN}SINGLE CHANNEL PUMP THAT CAN CHANGE OUTPUT ACCORDING TO THE IMPELLER REDESIGN}

본 발명은 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임펠러와 벌류트 케이싱의 상호작용을 고려하여 단일채널펌프를 설계하고, 신속하고 편리하게 출력을 변경할 수 있도록 하기 위한 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a single channel pump capable of changing the output according to the impeller redesign, and more particularly, to design a single channel pump in consideration of the interaction between the impeller and the volute casing, so that the output can be changed quickly and conveniently The present invention relates to a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign.

일반적으로 오폐수 펌프는 하수, 폐수 슬러지 등을 이송하는 펌프로, 여러 산업분야에서 다양하게 사용되고 있다.In general, wastewater pumps are pumps for transporting sewage, wastewater sludge, etc., and are used in various industrial fields.

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

도 1은 종래의 보르텍스펌프 및 단일채널펌프의 내부를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing the interior of a conventional vortex pump and a single channel pump.

도 1의 (a)는 보르텍스(vortex) 펌프이다. 상기 보르텍스 펌프는 종래의 복수의 유로를 갖는 임펠러가 적용된 오폐수 펌프의 유로 막힘 현상을 방지하기 위하여 고안된 것으로써, 임펠러 길이를 짧게하여 유로를 넓게 확보하기 때문에 유로 막힘 현상이 발생하는 것을 방지하였다. 그러나, 상기 보르텍스 펌프는 임펠러의 길이가 짧아지면서 기존 오폐수 펌프에 비해 양정 효율이 30% 정도 밖에 미치지 못하는 문제점이 있다.(A) of FIG. 1 is a vortex pump. The vortex pump is designed to prevent a flow clogging phenomenon of a wastewater pump to which a conventional impeller having a plurality of flow passages is applied. Thus, the flow passage is prevented from occurring because the impeller length is shortened to secure a wide flow passage. However, the vortex pump has a problem that the head efficiency is less than 30% compared to the conventional wastewater pump as the length of the impeller is shortened.

도 1의 (b)는 단일채널펌프다. 상기 단일채널펌프는 임펠러의 내부에 하나의 유로를 형성하고, 임펠러의 회전에 따라 유로가 함께 회전하여 오폐수를 이송하도록 마련된다. 이처럼 마련된 단일채널펌프는 유로 막힘 현상이 발생하지 않으면서도 상기 보르텍스 펌프에 비해 양정효율이 2배 이상 높다는 장점이 있다. 그러나, 상기 단일채널펌프의 임펠러는 일반적인 임펠러와 달리 비대칭구조로 이루어져 있기 때문에, 단일채널펌프를 작동시 유체력의 분포가 일정하지 않아 진동이 크게 발생한다는 문제점이 있으며, 특히, 펌프 효율을 높이려 할수록 진동이 더욱 크게 증가하여 현장에 적용이 어렵다는 문제점이 있다.Figure 1 (b) is a single channel pump. The single channel pump forms one flow path inside the impeller, and the flow path is rotated together with the rotation of the impeller to provide waste water. The single channel pump provided as above has an advantage that the head efficiency is more than twice as high as that of the vortex pump without the flow clogging phenomenon. However, since the impeller of the single channel pump has an asymmetrical structure unlike a general impeller, when the single channel pump is operated, the distribution of the fluid force is not constant, which causes a large vibration. Particularly, the pump efficiency is improved. As the vibration increases more and more, there is a problem that it is difficult to apply to the field.

또한, 종래에는 단일채널펌프를 설계한 이후에 단일채널펌프의 출력을 변경할 시, 처음부터 임펠러와 벌류트 케이싱의 형상을 출력에 대응되게 재설계 해야만 하는 불편함이 있었다.In addition, conventionally, when changing the output of a single channel pump after designing a single channel pump, there was an inconvenience of redesigning the shape of the impeller and the volute casing corresponding to the output from the beginning.

따라서, 효율을 높이면서 유체력에 의해 유발되는 진동을 저감할 수 있고, 신속하고 편리하게 단일채널펌프의 출력을 변경할 수 있도록 단일채널펌프를 설계하는 기술이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technology of designing a single channel pump to reduce the vibration caused by the fluid force while increasing the efficiency and to change the output of the single channel pump quickly and conveniently.

미국등록특허 제6837684호 (2005.01.04)U.S. Patent # 6837684 (2005.01.04)

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 임펠러와 벌류트 케이싱의 상호작용을 고려하여 단일채널펌프를 설계하고, 신속하고 편리하게 출력을 변경할 수 있도록 하기 위한 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프에 관한 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to design a single channel pump in consideration of the interaction between the impeller and the volute casing, and the output change according to the impeller redesign to change the output quickly and conveniently A single channel pump is possible.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 유체가 유입 및 배출되는 벌류트 케이싱; 및 상기 벌류트 케이싱의 내부에 회전 가능하도록 결합되며, 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주 방향으로 연장 형성된 임펠러를 포함하며, 상기 임펠러는, 상기 벌류트 케이싱과의 상호작용을 고려하여 상기 임펠러의 각도에 따라 내부유로 단면적이 기설정된 범위 내에서 가변적으로 형성되고, 상기 벌류트 케이싱은, 상기 임펠러와의 상호작용을 고려하여 상기 벌류트 케이싱의 각도에 따라 내부유로 단면적이 기설정된 범위 내에서 가변적으로 형성되며, 상기 임펠러와 상기 벌류트 케이싱은 가변적으로 형성되는 각각의 내부유로 단면적이 동시에 제어되어 설계안이 도출되고, 상기 임펠러의 각도에 따른 상기 임펠러의 내부유로 단면적은, 상기 설계안이 도출된 이후에 상기 설계안에 따라 설계된 상기 벌류트 케이싱의 내부유로의 형상이 고정된 상태에서, 변경하고자 하는 출력에 대응되도록 재설계된 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a volute casing in which fluid is introduced and discharged; And an impeller rotatably coupled to the inside of the volute casing and having a flow path space through which a fluid can pass, extending in the circumferential direction, wherein the impeller is configured to consider the interaction with the volute casing. The cross-sectional area of the internal flow path is variably formed according to the angle of the volute casing, and the volute casing has a cross-sectional area of the internal flow path according to the angle of the volute casing in consideration of the interaction with the impeller. The impeller and the volute casing are variably formed, and the cross-sectional area of each of the internal flow paths that are variably formed is simultaneously controlled to derive a design plan. Afterwards the shape of the internal flow path of the volute casing designed according to the design In a fixed state, the present invention provides a single channel pump capable of changing the output according to an impeller redesign, which is redesigned to correspond to the output to be changed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 임펠러 및 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적은 설계변수에 의하여 생성된 베지어 곡선에 의하여 제어된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal flow path cross-sectional area of the impeller and the volute casing may be controlled by a Bezier curve generated by a design variable.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 설계변수는, 임펠러 각도에 따라 상기 임펠러의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 2개의 임펠러 제어점; 및 벌류트 케이싱 각도에 따라 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 3개의 벌류트 제어점을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the design variable may include two impeller control points that may vary in cross-sectional area of the internal flow path of the impeller according to the impeller angle; And three volute control points which may vary in cross-sectional area into an internal flow path of the volute casing according to the volute casing angle.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 벌류트 제어점은, 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 벌류트 케이싱 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 하며, 상기 벌류트 케이싱 각도를 가로축으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때, 상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 벌류트 제어점, 제2 벌류트 제어점 및 제3 벌류트 제어점을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the volute control point, the volute casing angle of the point where the smallest cross-sectional area of the internal flow path of the volute casing starts is 0 degrees, the largest point is 360 degrees, the bee When the lute casing angle is the horizontal axis and the internal flow path cross-sectional area of the volute casing is the vertical axis, it has a first volute control point, a second volute control point, and a third volute control point which are arbitrary points of the horizontal axis and the vertical axis. It may be characterized by.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 벌류트 케이싱의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제1 개시점으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 각도가 360도인 지점은 제1 종료점으로 하며, 상기 제1 개시점과 상기 제1 종료점 사이에서 3개의 상기 벌류트 제어점이 변할 때 상기 제1 개시점, 상기 제1 종료점 및 상기 3개의 벌류트 제어점으로 표현된 제1 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the point where the internal flow path cross-sectional area of the volute casing increases is the first starting point, and the point where the angle of the volute casing is 360 degrees is the first end point, and the first starting point And a first Bezier curve represented by the first starting point, the first end point, and the three volute control points when the three volute control points change between and the first end point. .

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 90도일 때 내부유로 단면적이 0이상 3000mm2이하이고, 상기 제2 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 180도일 때 내부유로 단면적이 0이상 6000 mm2이하이며, 상기 제3 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 270도일 때, 내부유로 단면적이 3000 mm2이상 6000 mm2이하인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first volute control point has an internal flow path cross-sectional area of 0 to 3000 mm 2 when the volute angle is 90 degrees, and the second volute control point is internal when the volute angle is 180 degrees. The flow path cross-sectional area is 0 or more and 6000 mm 2 or less, and the third volute control point may have an internal flow path cross-sectional area of 3000 mm 2 or more and 6000 mm 2 or less when the volute angle is 270 degrees.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 임펠러 제어점은, 상기 임펠러의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 임펠러 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 하며, 상기 임펠러 각도를 가로축으로 하고, 상기 임펠러의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때, 상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 임펠러 제어점 및 제2 임펠러 제어점을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the impeller control point, the impeller angle of the point where the smallest cross-sectional area of the internal flow path of the impeller starts at 0 degrees, the largest point is 360 degrees, and the impeller angle as the horizontal axis When the internal flow path cross-sectional area of the impeller is a vertical axis, the impeller may have a first impeller control point and a second impeller control point, which are arbitrary points of the horizontal axis and the vertical axis.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 임펠러의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제2 개시점으로 하고, 상기 임펠러 각도가 360도인 지점은 제2 종료점으로 하며, 상기 제2 개시점과 상기 제2 종료점 사이에서 2개의 상기 임펠러 제어점이 변할 때 상기 제2 개시점, 상기 제2 종료점 및 상기 2개의 제어점으로 표현된 제2 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the point where the internal flow path cross-sectional area of the impeller increases is the second starting point, the point of the impeller angle is 360 degrees as the second end point, the second starting point and the second end point And when the two impeller control points change between, generating a second Bezier curve represented by the second start point, the second end point, and the two control points.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 임펠러 제어점은 상기 임펠러 각도가 160도일 때 내부유로 단면적이 130 mm2이상 2330 mm2이하이고, 상기 제2 임펠러 제어점은 상기 임펠러 각도가 270도일 때 내부유로 단면적이 1600 mm2이상 3800 mm2이하인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first impeller control point is an internal flow path when the impeller angle is 160 degrees and the cross-sectional area is 130 mm 2 or more and 2330 mm 2 or less, and the second impeller control point is an internal flow path when the impeller angle is 270 degrees The cross-sectional area may be 1600 mm 2 or more and 3800 mm 2 or less.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 임펠러와 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적은 선정된 목적함수가 최종목적함수값을 갖도록 동시에 제어되어 설계된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the internal flow path of the impeller and the volute casing may be designed to be simultaneously controlled so that the selected objective function has a final objective function value.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 목적함수는, 펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the objective function may include a pump efficiency, a fluid force distribution region, and a center distance.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 펌프 효율은

Figure pat00001
(여기서, η=펌프 효율, ρ=밀도, g=중력가속도, H=수두, Q=체적 유량, P=동력)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the invention, the pump efficiency is
Figure pat00001
Where η = pump efficiency, ρ = density, g = gravity acceleration, H = head, Q = volumetric flow rate, and P = power.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유체력 분포영역은

Figure pat00002
인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fluid force distribution region is
Figure pat00002
It can be characterized by.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중심거리인 원점부터 상기 유체력 분포영역의 질량 중심점과의 거리는,

Figure pat00003
(Cx= 유체력 분포영역의 질량 중심점의 x축 좌표, Cy=유체력 분포영역의 질량 중심점의 y축 좌표)이며, 여기서,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the distance from the origin of the center distance from the center of mass of the fluid force distribution area,
Figure pat00003
(Cx = x-axis coordinate of the center of mass point of the fluid force distribution area, Cy = y-axis coordinate of the center of mass point of the fluid force distribution area)
Figure pat00004
,
Figure pat00005
It can be characterized by.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프를 적용한 배수 처리 장치를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a wastewater treatment apparatus applying a single channel pump capable of changing the output according to the impeller redesign.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 분뇨, 오폐수, 오물, 및 고형물과 같이 점도가 있는 슬러지를 막힘 현상 없이 펌핑하여 단일채널펌프의 고장 및 파손을 방지하고 높은 양정 효율을 갖는다.Effect of the present invention according to the configuration as described above, to prevent the failure and breakage of the single channel pump by pumping the sludge viscous, such as manure, waste water, dirt, and solids without clogging phenomenon and has a high head efficiency.

또한, 본 발명에 따르면, 임펠러와 벌류트 케이싱의 상호작용을 분석하여 단일채널펌프를 설계함으로써, 단일채널펌프가 높은 효율을 갖되, 유체력에 의해 유발되는 진동이 최소화되도록 설계될 수 있다.In addition, according to the present invention, by designing a single channel pump by analyzing the interaction between the impeller and the volute casing, the single channel pump may have a high efficiency, and may be designed to minimize vibration caused by the fluid force.

또한, 본 발명에 따르면, 펌프 출력이 변경될 필요가 있을 때, 최적 설계에 따라 도출된 설계안을 이용하여 신속하고 간편하게 임펠러의 형상을 원하는 펌프 출력을 얻을 수 있도록 변경할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the pump output needs to be changed, it is possible to change the shape of the impeller quickly and simply to obtain the desired pump output using the design scheme derived according to the optimum design.

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

도 1은 종래의 보르텍스펌프 및 단일채널펌프의 내부를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 1회전 동안의 유체력의 분포도를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 단일채널펌프를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 내부유로 통로를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 통로를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 벌류트 케이싱의 설계변수, 설계영역 및 베지어 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 임펠러의 설계변수, 설계영역 및 베지어 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 예상목적함수 값을 도출하는 단계의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 통해 벌류트 케이싱 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 통해 임펠러 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 실험점의 3개의 예상목적함수값을 각 축으로하여 나타낸 3차원 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 최종목적함수 값을 도출하는 단계의 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 실험점에 대한 펌프효율-유체력 분포영역, 펌프효율-중심거리, 유체력 분포영역-중심거리의 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 선택된 실험점에 대한 파레토 최적해 검증을 실시한 그래프이다.
도 16은 종래의 단일채널펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 단일채널펌프의 구간 압력 분포를 나타낸 예시도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법의 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계의 순서도이다.
도 18은 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 임펠러 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이다.
도 19는 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 1회전 동안의 유체력의 분포도를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing the interior of a conventional vortex pump and a single channel pump.
2 is a flow chart of a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary view showing the distribution of fluid force during one revolution in the design method of the single-channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a single channel pump designed by a method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating an internal flow passage of an impeller designed by a method of designing a single channel pump capable of changing output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view illustrating an internal flow passage of a volute casing designed by a method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing design variables, design regions, and Bezier curves of a volute casing in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing design variables, design regions, and Bezier curves of an impeller in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a step of deriving an expected objective function value in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the cross-sectional area of the internal flow path according to the volute casing angle through the experimental point determined through the Latin hypercube sampling in the design method of the single-channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention to be.
11 is a graph showing the cross-sectional area of the internal flow path according to the impeller angle through the experimental point determined through the Latin hypercube sampling in the design method of the single channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a three-dimensional graph showing three expected objective function values of an experimental point in each axis in a design method of a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
13 is a flow chart of the step of deriving the final purpose function value in the design method of the single-channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is the pump efficiency-fluid force distribution area, pump efficiency-center distance, fluid force distribution area for the experimental point in the design method of the single-channel pump which can change the output according to the impeller redesign according to an embodiment of the present invention It is a graph of the center distance.
FIG. 15 is a graph illustrating Pareto optimal solution verification for a selected experimental point in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an exemplary view showing a section pressure distribution of a single channel pump designed by a conventional single channel pump and a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a flowchart illustrating a step of redesigning an internal flow path shape of an impeller in a method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.
18 is a graph showing the cross-sectional area of the inner flow path according to the impeller angle of the comparative example and the embodiment according to the present invention.
19 is an exemplary view showing a distribution diagram of a fluid force during one rotation of a comparative example and an embodiment according to the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

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

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

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

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 1회전 동안의 유체력의 분포도를 나타낸 예시도이다.2 is a flow chart of a design method of a single channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is possible to change the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention Exemplary diagram showing the distribution of fluid force during one revolution in the design method of a single channel pump.

도 2에 도시된 바와 같이, 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법은 먼저, 단일채널펌프의 임펠러 및 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S210)을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 2, in the method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign, first, three objective functions are selected in consideration of the shapes of the impeller and the volute casing of the single channel pump (S210). ) Can be performed.

단일채널펌프의 임펠러 및 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S210)에서, 상기 목적함수는, 단일채널펌프를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리이다.In the step S210 of selecting three objective functions in consideration of the shapes of the impeller and the volute casing of the single channel pump, the objective function is a pump efficiency and fluid force distribution, which is a design specification required when designing a single channel pump. Area, center distance.

상기 펌프 효율은 하기의 수학식1과 같다.The pump efficiency is as shown in Equation 1 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, η=펌프 효율, ρ=밀도, g=중력가속도, H=수두, Q=체적 유량, P=동력이다.Where η = pump efficiency, ρ = density, g = gravity acceleration, H = head, Q = volumetric flow rate, and P = power.

상기 유체력 분포영역(As)은 하기의 수학식2를 통해 연산될 수 있으며, 유체력 분포영역은 도 3에 해칭된 면적과 동일하다.The fluid force distribution area As may be calculated through Equation 2 below, and the fluid force distribution area is equal to the area hatched in FIG. 3.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 중심거리(Ds)는 도 3에 도시된 바와 같이, 원점(O)부터 상기 유체력 분포영역(As)의 질량 중심점까지의 거리를 의미하며, 하기의 수학식3과 같다.As shown in FIG. 3, the center distance Ds means a distance from the origin point O to the center of mass of the fluid force distribution area As, as shown in Equation 3 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, Cx=유체력 분포영역의 질량 중심점(C)의 x축 좌표, Cy=유체력 분포영역의 질량 중심점(C)의 y축 좌표이다.Here, Cx = x-axis coordinate of the center of mass point C of a fluid force distribution area | region, Cy = y-axis coordinate of the center of mass point C of a fluid force distribution area | region.

그리고, Cx 및 Cy는 각각 하기의 수학식4 및 수학식5를 통해 계산될 수 있다.Cx and Cy may be calculated through Equations 4 and 5, respectively.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

상술한 수학식1은 본 발명인 단일채널펌프의 효율을 도출하도록 하며, 수학식 2 내지 수학식 5는 단일채널펌프의 진동의 발생 정도를 도출할 수 있도록 한다.Equation 1 is to derive the efficiency of the single channel pump of the present invention, Equation 2 to Equation 5 to derive the degree of vibration of the single channel pump.

상기 단일채널펌프의 임펠러 및 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S210) 이후에는, 임펠러 및 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 동시에 제어하여 상호작용을 분석하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S220)를 수행할 수 있다.After selecting three objective functions in consideration of the shapes of the impeller and the volute casing of the single channel pump (S210), design variables for analyzing the interaction by controlling the cross-sectional area of the impeller and the volute casing at the same time The step S220 of setting may be performed.

임펠러 및 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 동시에 제어하여 상호작용을 분석하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S220)를 구체적으로 설명하기 전에 먼저 하기 도면을 참조하여 단일채널펌프(100)에 대해 설명하도록 한다.Before describing the step (S220) of setting the design variables for analyzing the interaction by simultaneously controlling the cross-sectional area of the impeller and the volute casing at the same time, the single channel pump 100 will be described with reference to the following drawings. do.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 단일채널펌프를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 내부유로 통로를 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 통로를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a single channel pump designed by a method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an impeller material according to an embodiment of the present invention. 6 is a perspective view illustrating an internal flow path of an impeller designed by a design method of a single channel pump capable of changing an output according to a design, and FIG. 6 is a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention. A perspective view showing the inner flow passage of the volute casing designed by the design method of FIG.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 단일채널펌프(100)는 벌류트 케이싱(110)과 임펠러(120)를 포함한다.4 to 6, the single channel pump 100 designed by the design method of the single channel pump capable of changing the output according to the impeller redesign includes a volute casing 110 and an impeller 120.

상기 벌류트 케이싱(110)은 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주 방향으로 연장 형성된다. 구체적으로, 상기 벌류트 케이싱(110)은 유체가 통과할 수 있는 유로가 원주 방향으로 나선형으로 연장 형성될 수 있으며, 내부에 유체가 유입 및 배출될 수 있는 출구가 형성될 수 있다.The volute casing 110 has a flow path space through which fluid can pass and extends in the circumferential direction. In detail, the volute casing 110 may have a flow path through which the fluid can pass and spirally extend in the circumferential direction, and an outlet through which the fluid may flow in and out may be formed.

상기 임펠러(120)는 상기 벌류트 케이싱(110)의 내측에 마련되되, 유체의 유입 및 배출을 위해 회전 가능하도록 결합된다. 구체적으로, 상기 임펠러(120)는 상기 벌류트 케이싱(110)의 내부 중심에 설치될 수 있으며, 상기 임펠러(120)는 대체적으로 원통 형상으로 마련될 수 있으며, 만곡 형성될 수 있다. 그리고, 도시하지는 않았으나, 상기 임펠러(120)는 모터(미도시)와 연결된 구동축(미도시)과 연결되며, 상기 모터의 동력에 의해 회전 가능하도록 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 임펠러(120)는 회전시 유입되는 유체를 원심력을 이용하여 유동시킬 수 있다.The impeller 120 is provided inside the volute casing 110 and is coupled to be rotatable for inflow and outflow of fluid. Specifically, the impeller 120 may be installed in the inner center of the volute casing 110, the impeller 120 may be provided in a substantially cylindrical shape, it may be curved. And, although not shown, the impeller 120 is connected to a drive shaft (not shown) connected to a motor (not shown), it may be provided to be rotatable by the power of the motor. The impeller 120 provided as described above may flow the fluid introduced during rotation using centrifugal force.

또한, 상기 임펠러(120)는 블레이드리스(Bladeless) 임펠러일 수 있다. 이처럼 마련된 상기 임펠러(120)는 유체를 펌핑할 때, 막힘 현상으로 인해 유발되는 고장 및 파손을 방지할 수 있다.In addition, the impeller 120 may be a bladeless impeller. The impeller 120 provided as described above may prevent failure and breakage caused by a clogging phenomenon when the fluid is pumped.

설명의 편의를 위해, 전술한 바와 같이 마련된 단일채널펌프(100)의 벌류트 케이싱(110)은 유체가 유동되는 내부유로 단면적 중 가장 작은 단면적인 곳이 시작하는 지점의 벌류트 각도를 0도로 하고, 내부유로 단면적이 가장 큰 지점의 벌류트 각도를 360도로 한다.For convenience of description, the volute casing 110 of the single channel pump 100 prepared as described above has a volute angle of 0 degrees at the point where the smallest cross-sectional area of the internal flow path through which fluid flows starts. For example, the angle of the volute of the point where the internal flow path is the largest is 360 degrees.

또한, 상기 임펠러(120)는 유체가 유동되는 내부유로 단면적 중 가장 작은 부분이 시작되는 지점의 임펠러 각도를 0도로 하고, 내부유로 단면적이 가장 큰 지점의 임펠러 각도를 360도로 한다.In addition, the impeller 120 sets the impeller angle at the point where the smallest portion of the cross section of the internal flow path through which fluid flows is 0 degrees, and the impeller angle at the point at which the internal flow section has the largest cross section is 360 degrees.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 벌류트 케이싱의 설계변수, 설계영역 및 베지어 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 임펠러의 설계변수, 설계영역 및 베지어 곡선을 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing design variables, design regions, and Bezier curves of a volute casing in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention, and FIG. This is a graph showing the design variables, design area and Bezier curve of the impeller in the design method of the single channel pump whose output can be changed according to the redesign of the impeller according to the embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 더 참조하면, 임펠러 및 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 동시에 제어하여 상호작용을 분석하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S220)에서 상기 설계변수는, 임펠러 각도에 따라 상기 임펠러의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 2개의 임펠러 제어점 및 벌류트 케이싱 각도에 따라 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 3개의 벌류트 제어점을 포함한다.7 and 8, in the step S220 of setting the design variables for analyzing the interaction by controlling the cross-sectional area of the impeller and the volute casing at the same time, the design variables are the impeller according to the impeller angle. It includes two impeller control points that can change the cross-sectional area of the internal flow path and three volute control points that can change the cross-sectional area of the internal flow path of the volute casing according to the volute casing angle.

보다 구체적으로, 2개의 임펠러 제어점과 3개의 벌류트 제어점으로 이루어진 설계변수는, 각 임펠러 제어점과 벌류트 제어점을 변화시킴으로써, 임펠러 각도 및 벌류트 각도에 따른 내부 유로 단면적이 변화되도록 할 수 있다. 그리고, 임펠러 각도 및 벌류트 각도에 따라 변화한 내부 유로 단면적에 의해 설계된 임펄롸 벌류트의 내부 유로 형상은 상기 목적함수값에 영향을 미칠 수 있다.More specifically, the design variable consisting of two impeller control points and three volute control points may change the impeller angle and the volute control angle by changing the impeller control point and the volute control point. In addition, the shape of the internal flow path of the impulse volume volute designed by the internal flow path cross-sectional area changed according to the impeller angle and the volute angle may affect the target function value.

임펠러 및 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 동시에 제어하여 상호작용을 분석하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S220) 이후에는, 상기 설정된 설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 설계영역을 지정하는 단계(S230)를 수행할 수 있다.After setting the design variables for analyzing the interaction by simultaneously controlling the cross-sectional area of the impeller and the volute casing (S220), determining the upper and lower limits of the set design variables to designate the design area (S230). ) Can be performed.

구체적으로, 상기 설정된 설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 설계영역을 지정하는 단계(S230)에서, 상기 벌류트 제어점은, 상기 벌류트 케이싱(110)의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 벌류트 케이싱 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 할 수 있다. 그리고, 상기 벌류트 제어점은, 도 7에 도시된 것처럼 상기 벌류트 케이싱 각도를 가로축으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때, 상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 벌류트 제어점(111), 제2 벌류트 제어점(112) 및 제3 벌류트 제어점(113)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.Specifically, in the step S230 of determining the upper and lower limit values of the set design variable, the volute control point is a point at which a portion of the internal flow path of the volute casing 110 has the smallest cross section starts. The volute casing angle of is 0 degrees and the largest point can be 360 degrees. The volute control point is a first bee which is an arbitrary point of the horizontal axis and the vertical axis when the volute casing angle is the horizontal axis and the internal flow path cross-sectional area of the volute casing is the vertical axis, as shown in FIG. 7. It may be characterized by having a lute control point 111, the second volute control point 112 and the third volute control point 113.

그리고, 상기 제1 벌류트 제어점(111)은 상기 벌류트 각도가 90도일 때 내부유로 단면적이 0이상 3000 mm2 이하이고, 상기 제2 벌류트 제어점(112)은 상기 벌류트 각도가 180도일 때 내부유로 단면적이 0이상 6000 mm2 이하이며, 상기 제3 벌류트 제어점(113)은 상기 벌류트 각도가 270도일 때, 내부유로 단면적이 3000 mm2 이상 6000 mm2 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The first volute control point 111 has an internal flow path cross section of 0 to 3000 mm 2 when the volute angle is 90 degrees, and the second volute control point 112 is 180 degrees when the volute angle is 180 degrees. The internal flow path cross-sectional area is 0 or more and 6000 mm 2 or less, and the third volute control point 113 may have an internal flow path cross-sectional area of 3000 mm 2 or more and 6000 mm 2 or less when the volute angle is 270 degrees.

또한, 상기 임펠러 제어점은, 상기 임펠러(110)의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 임펠러 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 할 수 있다. 그리고, 상기 임펠러 제어점은, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 임펠러 각도를 가로축으로 하고, 상기 임펠러(120)의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때, 상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 임펠러 제어점(121) 및 제2 임펠러 제어점(122)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the impeller control point, the impeller angle of the point where the smallest cross-sectional area of the internal flow path of the impeller 110 starts at 0 degrees, the largest point may be 360 degrees. The impeller control point is a first impeller control point which is an arbitrary point between the horizontal axis and the vertical axis when the impeller angle is the horizontal axis and the internal flow path cross-sectional area of the impeller 120 is the vertical axis, as shown in FIG. 8. And a second impeller control point 122.

그리고, 상기 제1 임펠러 제어점(121)은 상기 임펠러 각도가 160도일 때 내부유로 단면적이 130 mm2 이상 2330 mm2 이하이고, 상기 제2 임펠러 제어점(122)은 상기 임펠러 각도가 270도일 때 내부유로 단면적이 1600 mm2 이상 3800 mm2 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The first impeller control point 121 has an internal flow path cross section of 130 mm 2 or more and 2330 mm 2 or less when the impeller angle is 160 degrees, and the second impeller control point 122 has an internal flow path when the impeller angle is 270 degrees. The cross-sectional area may be 1600 mm 2 or more and 3800 mm 2 or less.

상기 설정된 설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 설계영역을 지정하는 단계(S230)에서 상기 설계영역은 선행 계산을 통해서 목적함수인 펌프 효율이 급격하게 저하되거나, 유체력 분포영역 및 중심 거리에 의해 진동이 커지지 않는 범위 내로 결정된 것이다.In the step of designating the design region by determining the upper and lower limit values of the set design variable (S230), the design region is suddenly deteriorated by the pump function, which is the objective function, or vibrated by the fluid force distribution region and the center distance. This is determined within the range that does not grow.

상기 설정된 설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 설계영역을 지정하는 단계(S230) 이후에는, 지정된 설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 설계변수를 조합하는 단계(S240)를 수행할 수 있다.After determining the upper and lower limit values of the set design variable and designating the design region (S230), combining the design variables using a Bezier curve in the designated design region (S240) may be performed.

베지어 곡선(Bezier curve)은 현실적으로 얻을 수 있는 데이터를 이용하여 그 데이터들로 표현할 수 있는 가장 이상적인 수학적인 직선 혹은 곡선을 얻어내는 커브 피팅(Curve fitting) 방법 중 하나이다.Bezier curves are one of the curve fitting methods that produce the most ideal mathematical straight lines or curves that can be represented by using realistically available data.

구체적으로, 지정된 설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 설계변수를 조합하는 단계(S240)는 상기 벌류트 케이싱(110)의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제1 개시점(114)으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 각도가 360도인 지점은 제1 종료점(115)으로 하며, 상기 제1 개시점(114)과 상기 제1 종료점(115) 사이에서 3개의 상기 벌류트 제어점(111, 112, 113)이 변할 때 상기 제1 개시점(114), 상기 제1 종료점(115) 및 상기 3개의 벌류트 제어점(111, 112, 113)으로 표현된 제2 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.Specifically, in the step S240 of combining design variables using a Bezier curve in a designated design region, a point at which an internal flow path cross-sectional area of the volute casing 110 increases is defined as the first starting point 114. The point where the angle of the volute casing is 360 degrees is the first end point 115, and the three volute control points 111, 112, and 113 are disposed between the first start point 114 and the first end point 115. The second Bezier curve represented by the first start point 114, the first end point 115 and the three volute control points (111, 112, 113) when the change may be generated. .

또한, 상기 임펠러의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제2 개시점(123)으로 하고, 상기 임펠러 각도가 360도인 지점은 제2 종료점(124)으로 하며, 상기 제2 개시점(123)과 상기 제2 종료점(124) 사이에서 2개의 상기 임펠러 제어점(121, 122)이 변할 때 상기 제2 개시점(123), 상기 제2 종료점(124) 및 상기 2개의 제어점(121, 122)으로 표현된 제1 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the point where the internal flow path cross-sectional area of the impeller is increased is the second start point 123, the point of the impeller angle is 360 degrees the second end point 124, the second start point 123 and the Represented by the second starting point 123, the second end point 124, and the two control points 121, 122 when the two impeller control points 121, 122 change between the second end points 124. The first Bezier curve may be generated.

단, 본 발명의 일실시예에서는 2개의 임펠러 제어점(121, 122)과 3개의 벌류트 제어점(111, 112, 113)이 상하로만 이동되도록 하였으나, 이에 한정되지 않고, 좌우로 이동되도록 마련될 수도 있다.However, in one embodiment of the present invention, two impeller control points 121 and 122 and three volute control points 111, 112, and 113 are moved only up and down, but are not limited thereto, and may be provided to move left and right. have.

지정된 설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 설계변수를 조합하는 단계(S240) 이후에는, 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 설계변수에 따른 예상목적함수값을 도출하는 단계(S250)를 수행할 수 있다. After combining the design variables using the Bezier curve in the designated design area (S240), by performing numerical analysis using the combined design variables, deriving the expected objective function value according to the design variables (S250). Can be performed.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 예상목적함수 값을 도출하는 단계의 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a step of deriving an expected objective function value in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.

도 9를 더 참조하면, 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 설계변수에 따른 예상목적함수값을 도출하는 단계(S250)는 먼저, 설계영역에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링(LHS)을 통해 상기 설계변수로 이루어진 복수개의 실험점을 결정하는 단계(S251)를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 9 further, by performing numerical analysis using the combined design variables, deriving an expected objective function value according to the design variables (S250), first, through Latin hypercube sampling (LHS) in the design domain. Determining a plurality of experimental points made of the design variable (S251) may be performed.

실험점
1~25Experiment point
1-25 임펠러 내부유로 단면적Internal cross section of impeller 벌류트 케이싱 내부유로 단면적Internal flow path of the volute casing 제1 임펠러
제어점First impeller
Control point 제2 임펠러
제어점Second impeller
Control point 제1 벌류트
제어점First volute
Control point 제2 벌류트
제어점Second volute
Control point 제3 벌류트
제어점Third volute
Control point set1set1 713.6735713.6735 2273.4692273.469 1285.7141285.714 5397.965397.96 5510.20415510.2041 set2set2 23302330 2632.6532632.653 857.1429857.1429 3459.183459.18 4714.28574714.2857 set3set3 1342.2451342.245 3216.3273216.327 979.5918979.5918 2948.982948.98 30003000 set4set4 2240.2042240.204 2004.0822004.082 2571.4292571.429 3153.063153.06 3979.59183979.5918 set5set5 174.898174.898 3485.7143485.714 673.4694673.4694 2744.92744.9 3795.91843795.9184 set6set6 2195.3062195.306 3036.7353036.735 2387.7552387.755 3867.353867.35 5632.65315632.6531 set7set7 1117.7551117.755 2722.4492722.449 2204.0822204.082 500500 4408.16334408.1633 set8set8 893.2653893.2653 2497.9592497.959 2326.5312326.531 5091.845091.84 3489.79593489.7959 set9set9 1656.5311656.531 1689.7961689.796 1530.6121530.612 3969.393969.39 5081.63275081.6327 set10set10 1521.8371521.837 3530.6123530.612 367.3469367.3469 4173.474173.47 4897.95924897.9592 set11set11 1881.021881.02 3171.4293171.429 1775.511775.51 806.122806.122 3244.8983244.898 set12set12 1387.1431387.143 2183.6732183.673 30003000 2438.782438.78 5142.85715142.8571 set13set13 2015.7142015.714 2138.7762138.776 183.6735183.6735 1418.371418.37 5693.87765693.8776 set14set14 2150.4082150.408 3126.5313126.531 1346.9391346.939 1112.241112.24 5326.53065326.5306 set15set15 983.0612983.0612 3710.2043710.204 1653.0611653.061 1826.531826.53 4224.48984224.4898 set16set16 668.7755668.7755 3620.4083620.408 2938.7762938.776 4275.514275.51 3734.69393734.6939 set17set17 534.0816534.0816 16001600 551.0204551.0204 3255.13255.1 5265.30615265.3061 set18set18 803.4694803.4694 1644.8981644.898 2632.6532632.653 4785.714785.71 4653.06124653.0612 set19set19 1970.8161970.816 1734.6941734.694 1897.9591897.959 1214.291214.29 5020.40825020.4082 set20set20 848.3673848.3673 2542.8572542.857 61.2244961.22449 3051.023051.02 3918.36743918.3674 set21set21 2060.6122060.612 3755.1023755.102 734.6939734.6939 2132.652132.65 4102.04084102.0408 set22set22 1162.6531162.653 3665.3063665.306 2020.4082020.408 4683.674683.67 5448.97965448.9796 set23set23 1072.8571072.857 3351.023351.02 00 1622.451622.45 4836.73474836.7347 set24set24 2105.512105.51 2857.1432857.143 2081.6332081.633 5193.885193.88 4040.81634040.8163 set25set25 1925.9181925.918 3440.8163440.816 2755.1022755.102 2030.612030.61 4469.38784469.3878

실험점
26~50Experiment point
26-50 임펠러 내부유로 단면적Internal cross section of impeller 벌류트 케이싱 내부유로 단면적Internal flow path of the volute casing 제1 임펠러
제어점First impeller
Control point 제2 임펠러
제어점Second impeller
Control point 제1 벌류트
제어점First volute
Control point 제2 벌류트
제어점Second volute
Control point 제3 벌류트
제어점Third volute
Control point set26set26 1701.4291701.429 1914.2861914.286 1102.040821102.04082 3765.306123765.30612 3428.5713428.571 set27set27 444.2857444.2857 1779.5921779.592 1959.183671959.18367 908.163265908.163265 4775.514775.51 set28set28 1746.3271746.327 2902.0412902.041 2693.877552693.87755 3561.224493561.22449 3061.2243061.224 set29set29 758.5714758.5714 3306.1223306.122 2877.551022877.55102 1928.571431928.57143 5387.7555387.755 set30set30 623.8776623.8776 2318.3672318.367 795.918367795.918367 704.081633704.081633 3306.1223306.122 set31set31 264.6939264.6939 2228.5712228.571 918.367347918.367347 4887.75514887.7551 3612.2453612.245 set32set32 1791.2241791.224 2677.5512677.551 122.44898122.44898 1316.326531316.32653 3551.023551.02 set33set33 354.4898354.4898 2991.8372991.837 428.571429428.571429 3663.265313663.26531 5571.4295571.429 set34set34 1611.6331611.633 38003800 1836.734691836.73469 4377.551024377.55102 3857.1433857.143 set35set35 2285.1022285.102 3261.2243261.224 306.122449306.122449 4581.632654581.63265 3367.3473367.347 set36set36 1836.1221836.122 1869.3881869.388 1469.387761469.38776 1010.204081010.20408 3183.6733183.673 set37set37 1476.9391476.939 2363.2652363.265 244.897959244.897959 4071.428574071.42857 5755.1025755.102 set38set38 130130 2453.0612453.061 1408.163271408.16327 2642.857142642.85714 4346.9394346.939 set39set39 1432.0411432.041 2587.7552587.755 489.795918489.795918 55005500 4163.2654163.265 set40set40 1207.5511207.551 2408.1632408.163 1591.836731591.83673 1724.48981724.4898 5816.3275816.327 set41set41 938.1633938.1633 1959.1841959.184 2265.306122265.30612 2540.816332540.81633 3673.4693673.469 set42set42 1252.4491252.449 2767.3472767.347 1714.285711714.28571 3357.142863357.14286 4530.6124530.612 set43set43 1027.9591027.959 3575.513575.51 1224.48981224.4898 2234.693882234.69388 60006000 set44set44 578.9796578.9796 3395.9183395.918 1040.816331040.81633 5295.918375295.91837 4285.7144285.714 set45set45 1566.7351566.735 2093.8782093.878 2816.326532816.32653 4989.795924989.79592 5938.7765938.776 set46set46 219.7959219.7959 2812.2452812.245 2510.204082510.20408 4479.591844479.59184 4959.1844959.184 set47set47 399.3878399.3878 2946.9392946.939 1163.265311163.26531 602.040816602.040816 5204.0825204.082 set48set48 489.1837489.1837 3081.6333081.633 2142.857142142.85714 2336.734692336.73469 3122.4493122.449 set49set49 309.5918309.5918 2048.982048.98 2448.979592448.97959 2846.938782846.93878 5877.5515877.551 set50set50 1297.3471297.347 1824.491824.49 612.244898612.244898 1520.408161520.40816 4591.8374591.837

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 통해 벌류트 케이싱 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 통해 임펠러 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the cross-sectional area of the internal flow path according to the volute casing angle through the experimental point determined through the Latin hypercube sampling in the design method of the single-channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to an embodiment of the present invention And FIG. 11 is a graph showing the cross-sectional area of the internal flow path according to the impeller angle through the experimental point determined through Latin hypercube sampling in the design method of the single channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller according to the embodiment of the present invention. to be.

그리고, 표 1 및 표 2는 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 표로 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 상기 표 1 및 표 2는 제1 임펠러 제어점(121), 제2 임펠러 제어점(122), 제1 벌류트 제어점(111), 제2 벌류트 제어점(112) 및 제3 벌류트 제어점(113)을 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 선정하고, 이에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 표이다.And, Table 1 and Table 2 shows the experimental points determined through the Latin hypercube sampling in a table. More specifically, Table 1 and Table 2 are the first impeller control point 121, the second impeller control point 122, the first volute control point 111, the second volute control point 112 and the third volute control point (113) is selected through Latin hypercube sampling, and a table showing the cross-sectional area of the internal flow path.

또한, 도 10의 (a) 및 도 11의 (a)는 표 1의 실험점 1 내지 25를 이용하여 나타낸 베지어곡선이며, 도 10의 (b) 및 도 11의 (b)는 표 2의 실험점 26 내지 50을 이용하여 나타낸 베지어곡선이다.10 (a) and 11 (a) are Bezier curves shown using the experimental points 1 to 25 of Table 1, and FIGS. 10 (b) and 11 (b) are shown in Table 2, respectively. It is a Bezier curve shown using experimental points 26-50.

설계영역에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링(LHS)을 통해 상기 설계변수로 이루어진 복수개의 실험점을 결정하는 단계(S251)에서는 베지어 곡선을 통해 구한 상기 임펠러 제어점 및 상기 벌류트 제어점을 조합하여 최적의 목적함수 값을 계산할 복수개의 실험점을 결정한다. 도 10 및 도 11에 도시된 그래프는 라틴 하이퍼 큐브 샘플링을 통해 결정된 실험점을 이용하여 나타낸 복수의 베지어곡선을 확인할 수 있다. 이러한 베지어곡선은 모두 설계 영역 내에 위치함을 확인할 수 있다.In the determining of a plurality of experimental points made of the design variables through Latin hypercube sampling (LHS) in the design area (S251), an optimal objective function is obtained by combining the impeller control point and the volute control point obtained through a Bezier curve. Determine a plurality of experimental points for which the value is to be calculated. 10 and 11, a plurality of Bezier curves may be identified using experimental points determined through Latin hypercube sampling. It can be seen that these Bezier curves are all located within the design area.

설계영역에서 라틴 하이퍼 큐브 샘플링(LHS)을 통해 상기 설계변수로 이루어진 복수개의 실험점을 결정하는 단계(S251) 이후에는, 이전 단계에서 결정된 복수개의 실험점에 대한 정상 및 비정상 해석을 통해 상기 예상목적함수값을 도출하는 단계(S252)를 수행할 수 있다. 여기서, 예상목적함수값은 전술한 수치해석 방법을 통해 상기 실험점에 의해 정해진 임펠러와 벌류트의 내부 유로 형상을 갖는 단일채널펌프의 목적함수값을 계산한 값이다. 그리고 이때, 상기 임펠러 및 상기 벌류트 케이싱의 내부 유동장은 비압축성 3차원 정상 및 비정상상태로 가정된 상태에서 수치해석이 이루어질 수 있다.After determining (S251) a plurality of test points made of the design variables through a Latin hypercube sampling (LHS) in the design area, the expected purpose is determined through normal and abnormal analysis of the plurality of test points determined in the previous step. Deriving a function value may be performed (S252). Here, the expected objective function value is a value obtained by calculating the objective function value of the single channel pump having the internal flow path shape of the impeller and the volute determined by the test point through the numerical analysis method described above. And, at this time, the internal flow field of the impeller and the volute casing may be a numerical analysis in the assumed state of incompressible three-dimensional normal and abnormal state.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 실험점의 3개의 예상목적함수값을 각 축으로하여 나타낸 3차원 그래프이다.FIG. 12 is a three-dimensional graph showing three expected objective function values of an experimental point in each axis in a design method of a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.

결정된 복수개의 실험점에 대한 정상 및 비정상 해석을 통해 상기 예상목적함수값을 도출하는 단계(S252) 이후에는, 도출된 예상목적함수값을 변수로 한 3차원 파레토 최적해를 이용하여 임펠러와 벌류트 케이싱의 내부 유로 형상이 목적함수에 미치는 영향을 분석하는 단계(S253)를 더 수행할 수 있다. After deriving the predicted objective function value through normal and abnormal analysis of the determined plurality of experimental points (S252), impeller and volute casing using a three-dimensional Pareto optimal solution using the derived predicted objective function as a variable. Analyzing the influence of the internal flow path shape on the objective function may be further performed (S253).

구체적으로, 도출된 예상목적함수값을 변수로 한 3차원 파레토 최적해를 이용하여 임펠러와 벌류트 케이싱의 내부 유로 형상이 목적함수에 미치는 영향을 분석하는 단계(S253)에서는 도 12에 도시된 것처럼, 펌프효율, 중심거리, 유체력분포영역을 각각의 축으로 하는 3차원 그래프에 복수의 상기 실험점에 대해 각각 계산한 상기 예상목적함수값을 나타낼 수 있다. 그리고 도시된 그래프를 통해서, 임펠러 제어점과 벌류트 제어점의 조합으로 이루어진 상기 실험점에 의해 생성된 베지어곡선에 따라 설계된 단일채널펌프의 예상목적함수값을 상호 비교하여, 임펠러와 벌류트 케이싱의 내부 유로 형상이 목적함수에 미치는 영향을 분석할 수 있다.Specifically, in the step (S253) of analyzing the influence of the internal flow path shape of the impeller and the volute casing on the objective function using the three-dimensional Pareto optimal solution using the derived expected objective function value as shown in FIG. The predicted objective function value calculated for each of the plurality of test points may be represented on a three-dimensional graph having pump efficiency, a center distance, and a fluid force distribution area as respective axes. And through the graph shown, by comparing the predicted objective function value of the single channel pump designed according to the Bezier curve generated by the test point consisting of a combination of the impeller control point and the volute control point, the interior of the impeller and the volute casing Analyze the effect of flow path shape on the objective function.

이때, 최적 설계된 도 12에서의 제1 임펠러 제어점(121)의 내부유로 단면적은 300mm2 이상1650mm2 이하이고, 제2 임펠러 제어점(122)의 내부유로 단면적은 1600mm2 이상2750mm2 이하이며, 제1 벌류트 제어점(111)의 내부유로 단면적은 0 초과250mm2 이하이고, 제2 벌류트 제어점(112)의 내부유로 단면적은 1250mm2 이상2400mm2 이하이며, 제3 벌류트 제어점(113)의 내부유로 단면적은 4750mm2 이상6000mm2 이하로 마련될 수 있다.At this time, the internal flow path cross-sectional area of the first impeller, the control point 121 in the perfect design 12 is 300mm 2, more than 1650mm 2 or less, and the second is the internal flow path cross-sectional area of the impeller, the control point 122 is more than 1600mm 2 2750mm 2 or less, the first volute control point 111 inside the flow passage area is more than 0 of 250mm 2 or less, the two internal flow path cross-sectional area of involute control point (112) is more than 1250mm 2 2400mm 2 or less, the three inner flow path of the involute control point 113 The cross-sectional area may be provided to 4750mm 2 or more and 6000mm 2 or less.

그리고, 도 12에서의 설계변수로 조합된 예상목적함수값 중 펌프 효율(η)은 81.4% 이상 83.2% 이하이고, 유체력 분포영역(As)은 9800N2 이상 111400N2 이하이며, 중심거리(Ds)는 17.4N 이상 36.8N 이하일 수 있다.And, FIG pump efficiency (η) of the expected objective function in combination with the design parameters of the 12 is a 81.4% or more and less than 83.2%, Hydrodynamic distribution area (As) is more than 9800N 2 111400N 2 or less, the center distance (Ds ) May be greater than or equal to 17.4N and less than or equal to 36.8N.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 최종목적함수 값을 도출하는 단계의 순서도이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 실험점에 대한 펌프효율-유체력 분포영역, 펌프효율-중심거리, 유체력 분포영역-중심거리의 그래프이다.FIG. 13 is a flowchart illustrating a step of deriving a final purpose function value in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a graph of pump efficiency-fluid force distribution area, pump efficiency-center distance, fluid force distribution area-center distance for the experimental point in the design method of single channel pump whose output can be changed according to the impeller redesign.

도 13에 도시된 것처럼, 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 설계변수에 따른 예상목적함수값을 도출하는 단계(S250) 이후에는, 도출된 상기 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 최종목적함수값을 도출하는 단계(S260)를 수행할 수 있다. 그리고, 도출된 상기 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 최종목적함수값을 도출하는 단계(S260)는 먼저, 복수개의 실험점 중 임의의 실험점을 선택하는 단계(S261)를 수행할 수 있다.As shown in Figure 13, by performing a numerical analysis using the combined design variable, after deriving the expected objective function value according to the design variable (S250), by verifying the validity of the derived expected objective function value Deriving the final purpose function value (S260) may be performed. The derivation of the final objective function value by verifying the derived validity of the expected objective function value (S260) may first include selecting an experimental point of a plurality of experimental points (S261).

구체적으로, 도 14를 참조하면, 베지어곡선 내에 위치한 실험점들을 통해 도출한 예상목적함수값은 유체력분포영역이 작을수록 펌프 효율이 높아지고, 중심거리가 클수록 펌프효율이 높아짐을 알 수 있다. 또한, 유체력 분포영역이 클수록 중심거리는 작아지는 양상을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 단일채널펌프의 펌프 효율을 높이기 위해서는 유체력 분포영역은 감소시키고, 중심거리는 증가시켜야 한다. 그러나, 유체력의 중심거리가 증가할 경우, 단일채널펌프의 진동은 증가하게 된다.Specifically, referring to FIG. 14, it can be seen that the predicted objective function value derived from the experimental points located in the Bezier curve increases the pump efficiency as the fluid force distribution area is smaller and the pump efficiency as the center distance is larger. In addition, it can be seen that the larger the fluid force distribution area, the smaller the center distance. That is, to increase the pump efficiency of the single channel pump, the fluid force distribution area should be reduced and the center distance should be increased. However, when the center distance of the fluid force increases, the vibration of the single channel pump increases.

따라서, 복수개의 실험점 중 임의의 실험점을 선택하는 단계(S261)에서는 도 12 및 도 14에 도시된 것처럼, 복수개의 실험점 중에 임의의 실험점을 선택할 때, 목적으로 하는 펌프 효율을 갖되, 진동 발생이 허용되는 수치를 초과하지 않을 것으로 예상되는 실험점을 선택할 수 있다. 일 실시예에서는 예시를 위해 7개의 제1 실험점 내지 제7 실험점(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 선택하였다. 표 3에서 비교예는 벌류트 케이싱과 임펠러의 상호작용을 고려하지 않고, 벌류트 케이싱 각도 및 임펠러 각도에 따라 내부유로 단면적이 일정하게 증가하도록 설계된 종래의 펌프를 지칭한다.Therefore, in the step (S261) of selecting a random test point of the plurality of test points, as shown in Figure 12 and 14, when selecting a random test point of the plurality of test points, the desired pump efficiency, It is possible to select an experimental point at which vibration is expected not to exceed the allowable value. In one embodiment, seven first to seventh experimental points 131, 132, 133, 134, 135, 136, and 137 are selected for the purpose of illustration. The comparative example in Table 3 refers to a conventional pump designed to have a constant increase in cross-sectional area of the inner flow according to the volute casing angle and the impeller angle without considering the interaction of the volute casing with the impeller.

실험점Experiment point 제1 임펠러 제어점First impeller control point 제2 임펠러 제어점2nd impeller control point 제1 벌류트 제어점First volute control point 제2 벌류트 제어점2nd volute control point 제3 벌류트 제어점3rd volute control point 펌프 효율
[%]Pump efficiency
[%] 유체력 분포영역 [N2]Fluid force distribution area [N 2 ] 중심거리
[N]Center distance
[N] 비교예Comparative example 12301230 27002700 15001500 30003000 45004500 80.1180.11 82332.182332.1 32.2732.27 제1 실험점1st experimental point 725725 16311631 5555 19601960 57105710 83.04 83.04 17578.86 17578.86 30.20 30.20 제2 실험점2nd experimental point 934 934 1780 1780 55 55 1779 1779 5384 5384 82.83 82.83 30852.81 30852.81 26.02 26.02 제3 실험점3rd experimental point 1016 1016 2005 2005 47 47 1774 1774 5257 5257 82.61 82.61 42963.03 42963.03 23.37 23.37 제4 실험점4th experimental point 1126 1126 2232 2232 22 22 1710 1710 5095 5095 82.37 82.37 57475.14 57475.14 20.99 20.99 제5 실험점5th experimental point 1296 1296 2395 2395 21 21 1710 1710 4967 4967 82.09 82.09 73751.62 73751.62 19.28 19.28 제6 실험점6th experimental point 1388 1388 2535 2535 8 8 1669 1669 4887 4887 81.88 81.88 85877.71 85877.71 18.40 18.40 제7 실험점7th experimental point 15131513 26592659 44 16351635 48764876 81.64 81.64 100027.88 100027.88 17.77 17.77

복수개의 실험점 중 임의의 실험점을 선택하는 단계(S261) 이후에는, 선택된 상기 실험점을 변수로 한 가상펌프를 설계하는 단계(S262)를 수행할 수 있다.After selecting a test point from a plurality of test points (S261), a step (S262) of designing a virtual pump using the selected test point as a variable may be performed.

그리고, 선택된 상기 실험점을 변수로 한 가상펌프를 설계하는 단계(S262) 이후에는, 설계된 가상펌프의 검증목적함수값을 측정하는 단계(S263)를 수행할 수 있다. 즉, 설계된 가상펌프의 검증목적함수값을 측정하는 단계(S263)에서는, 상기 실험점의 설계변수로 설계된 가상펌프의 펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리를 측정할 수 있다. 상기 가상펌프의 검증목적함수값은 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 측정할 수 있으며, 실제 펌프를 제조하여 측정하는 것도 가능하다.In addition, after the designing the virtual pump using the selected experimental point as a variable (S262), a step of measuring the verification objective function value of the designed virtual pump may be performed (S263). That is, in the step of measuring the verification objective function value of the designed virtual pump (S263), the pump efficiency, the fluid force distribution region, and the center distance of the designed virtual pump as the design variable of the test point may be measured. The verification objective function value of the virtual pump may be measured using a simulation program, or may be measured by manufacturing an actual pump.

펌프 효율 [ % ]Pump efficiency [%] 유체력 분포영역 [N2]Fluid force distribution area [N 2 ] 중심거리 [N]Center distance [N] 비교예Comparative example 80.1180.11 82332.1282332.12 32.2732.27 제1 실험점1st experimental point 83.04 83.04 17578.86 17578.86 30.20 30.20 제1 측정점First measuring point 83.22 83.22 16438.58 16438.58 16.48 16.48 제2 실험점 2nd experimental point 82.83 82.83 30852.81 30852.81 26.02 26.02 제2 측정점2nd measuring point 82.85 82.85 24447.48 24447.48 22.59 22.59 제3 실험점 3rd experimental point 82.61 82.61 42963.03 42963.03 23.37 23.37 제3 측정점3rd measuring point 82.59 82.59 38314.19 38314.19 17.95 17.95 제4 실험점4th experimental point 82.37 82.37 57475.14 57475.14 20.99 20.99 제4 측정점4th measuring point 82.30 82.30 57391.07 57391.07 19.39 19.39 제5 실험점5th experimental point 82.09 82.09 73751.62 73751.62 19.28 19.28 제5 측정점5th measuring point 81.74 81.74 72204.73 72204.73 22.92 22.92 제6 실험점6th experimental point 81.88 81.88 85877.71 85877.71 18.40 18.40 제6 측정점6th measuring point 81.60 81.60 86480.01 86480.01 19.25 19.25 제7 실험점7th experimental point 81.64 81.64 100027.88 100027.88 17.77 17.77 제7 측정점7th measuring point 81.51 81.51 104415.40 104415.40 18.74 18.74

상기 표 4는 실험점의 예상목적함수값과 실제로 측정한 검증목적함수값을 비교한 표이다. 즉, 설계된 가상펌프의 검증목적함수값을 측정하는 단계(S263)에서는, 상기 표 4와 같이, 상기 실험점의 설계변수로 설계된 가상펌프의 펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리를 측정하여 나타낼 수 있다.Table 4 is a table comparing the expected objective function value of the test point and the actual measured objective function value. That is, in the step of measuring the verification objective function value of the designed virtual pump (S263), as shown in Table 4, the pump efficiency, the fluid force distribution area, and the center distance of the designed virtual pump as the design variable of the test point are shown. Can be.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에서 선택된 실험점에 대한 파레토 최적해 검증을 실시한 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating Pareto optimal solution verification for a selected experimental point in a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.

설계된 가상펌프의 검증목적함수값을 측정하는 단계(S263) 이후에는, 측정된 검증목적함수값과 예상목적함수값을 비교하여 검증함으로써, 최종목적함수값을 도출하는 단계(S264)를 수행할 수 있다.After measuring the verification objective function value of the designed virtual pump (S263), by comparing and verifying the measured verification objective function value and the expected objective function value, a step of deriving the final objective function value can be performed (S264). have.

측정된 검증목적함수값과 예상목적함수값을 비교하여 검증함으로써, 최종목적함수값을 도출하는 단계(S264)에서는, 선택된 상기 실험점의 예상목적함수값과 상기 실험점의 설계변수로 설계된 상기 가상펌프의 목적함수값을 측정한 검증목적함수값을 그래프에 나타내어 파레토 최적해 검증을 통해 비교할 수 있다.By comparing and verifying the measured verification objective function value and the expected objective function value, in deriving a final objective function value (S264), the virtual object designed as the expected objective function value of the selected experimental point and the design variable of the experimental point is selected. The objective value of the test, which measures the objective function of the pump, is shown on the graph and can be compared by Pareto optimal solution verification.

도 15에 도시된 것처럼, 제1 실험점 내지 제7 실험점(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)에 따른 예상목적함수값과 제1 실험점 내지 제7 실험점(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)의 설계변수로 설계된 가상펌프의 제1 측정점 내지 제7 측정점(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147)에 따른 검증목적함수값을 그래프에 나타내어 비교할 수 있다. As shown in FIG. 15, an expected objective function value according to the first to seventh experimental points 131, 132, 133, 134, 135, 136, and 137 and the first to seventh experimental points 131, A graph of the verification objective function according to the first to seventh measuring points 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147 of the virtual pump designed as design variables of 132, 133, 134, 135, 136, and 137. It can be shown in the comparison and compared.

일 예로, 도 15에 도시된 제1 측정점(141)의 경우, 펌프효율이 제1 실험점(131)에 비해 높고, 중심거리와 유체력 분포영역은 제1 실험점(131)에 비해 작은 것을 확인할 수 있다. 즉, 제1 실험점(131)의 설계변수로 인해 설계된 가상펌프는 실제로는 예상보다 더 펌프효율이 좋고, 진동이 작다는 것을 알 수 있다.For example, in the case of the first measurement point 141 shown in FIG. 15, the pump efficiency is higher than that of the first test point 131, and the center distance and the fluid force distribution area are smaller than the first test point 131. You can check it. That is, it can be seen that the virtual pump designed due to the design variable of the first experimental point 131 actually has better pump efficiency and smaller vibration than expected.

반면에, 제5 측정점(145)의 경우, 펌프효율이 제5 실험점(135)에 비해 낮고, 중심거리는 제5 실험점(135)에 비해 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 제5 실험점(135)의 설계변수로 인해 설계된 가상펌프는 실제로는 예상보다 더 펌프효율이 낮고, 진동이 크다는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the fifth measuring point 145, the pump efficiency is lower than that of the fifth experimental point 135, and the center distance is larger than that of the fifth experimental point 135. That is, the virtual pump designed due to the design variable of the fifth experimental point 135 is actually lower than the expected pump efficiency, it can be seen that the vibration is large.

이처럼, 측정된 검증목적함수값과 예상목적함수값을 비교하여 검증함으로써, 최종목적함수값을 도출하는 단계(S264)에서는, 검증목적함수값과 예상목적함수값을 비교하여 검증하여, 목표로 하는 펌프 효율을 갖되, 진동이 기설정된 허용치 이하로 발생하는 최종목적함수값을 도출할 수 있다.As such, by comparing and verifying the measured verification objective function value and the expected objective function value, in the derivation of the final objective function value (S264), the verification objective function value and the expected objective function value are compared and verified, It is possible to derive the final objective function value which has the pump efficiency but the vibration occurs below the predetermined allowable value.

따라서, 도출된 상기 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 최종목적함수값을 도출하는 단계(S260)에서는, 목표로 하는 펌프 효율 및 허용 가능한 진동 발생 정도에 대응되는 예상목적함수값을 갖는 실험점을 선택하고, 실제 측정한 검증목적함수값과 예상목적함수값을 비교하여 예상목적함수값의 타당성을 검증함으로써, 목표로 하는 펌프 효율을 갖되, 진동이 기설정된 허용치 이하로 발생하는 최종목적함수값을 도출할 수 있다.Therefore, in the step (S260) of deriving the final objective function value by verifying the validity of the derived expected objective function value, an experimental point having an expected objective function value corresponding to a target pump efficiency and an allowable vibration generation degree is obtained. By selecting and verifying the validity of the expected objective function value by comparing the measured objective function value with the expected objective function value, the final objective function value with the desired pump efficiency and the vibration occurring below the preset allowable value is determined. Can be derived.

도 16은 종래의 단일채널펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법에 의해 설계된 단일채널펌프의 구간 압력 분포를 나타낸 예시도이다.FIG. 16 is an exemplary view showing a section pressure distribution of a single channel pump designed by a conventional single channel pump and a method of designing a single channel pump whose output can be changed according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.

도 16의 (a)는 임펠러와 벌류트 케이싱의 상호작용을 고려하지 않고 설계된 일반적으로 상용되고 있는 단일채널펌프의 구간 압력 분포를 나타낸 것이고, (b), (c), (d)는 각각 순서대로 제1 실험점(131), 제4 실험점(134), 제7 실험점(137)의 설계변수로 설계된 단일채널펌프의 구간 압력 분포를 나타낸 것이다.(A) of FIG. 16 shows the sectional pressure distribution of a generally used single channel pump designed without considering the interaction between the impeller and the volute casing, and (b), (c), and (d), respectively, in order As shown in FIG. 1, the pressure distribution of a single channel pump designed as a design variable of the first experimental point 131, the fourth experimental point 134, and the seventh experimental point 137 is illustrated.

도 16에 도시된 것처럼, 제1 실험점(131), 제4 실험점(134), 제7 실험점(137)의 설계변수로 설계된 단일채널펌프는 종래의 단일채널펌프에 비해 구간 압력의 편차가 적어 진동이 적게 발생함을 알 수 있다. 여기서, 종래의 단일채널펌프는 벌류트 케이싱과 임펠러의 상호작용을 고려하지 않고, 벌류트 케이싱 각도 및 임펠러 각도에 따라 내부유로 단면적이 일정하게 증가하도록 설계된 종래의 펌프를 지칭한다.As shown in FIG. 16, the single channel pump designed as a design variable of the first experimental point 131, the fourth experimental point 134, and the seventh experimental point 137 has a variation in section pressure compared to a conventional single channel pump. It can be seen that less vibration occurs due to less. Here, the conventional single channel pump refers to a conventional pump designed to increase the cross-sectional area of the internal flow path in accordance with the volute casing angle and the impeller angle without considering the interaction between the volute casing and the impeller.

도출된 상기 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 최종목적함수값을 도출하는 단계(S260) 이후에는, 도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270)를 수행할 수 있다.After deriving the final purpose function value by verifying the validity of the derived target function value (S260), a step (S270) of deriving a design proposal according to the derived final purpose function value may be performed.

도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270)에서, 상기 설계안은 상기 최종목적함수값이 도출되도록 하는 설계변수 값의 조합인 것을 특징으로 할 수 있다.In the derivation of a design proposal according to the derived final purpose function value (S270), the design proposal may be a combination of design variable values for deriving the final purpose function value.

즉, 도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270)에서는 상기 최종목적함수값이 도출되도록 하는 설계변수 값의 조합을 도출하고, 이에 따라 단일채널펌프를 실제 설계하도록 할 수 있다.That is, in the derivation of a design plan according to the derived final purpose function value (S270), a combination of design variable values for deriving the final purpose function value may be derived, and accordingly, a single channel pump may be actually designed. .

도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270) 이후에는, 도출된 설계안에 따라 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 형상을 고정하는 단계 (S280)를 수행할 수 있다.After deriving a design plan according to the derived final purpose function value (S270), fixing the internal flow path shape of the volute casing designed according to the derived design plan (S280) may be performed.

도출된 설계안에 따라 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 형상을 고정하는 단계(S280)에서는, 벌류트 케이싱(110)의 내부 유로 형상인 벌류트 케이싱(110)의 벌류트 각도에 따른 단면적 및 높이를 고정하도록 마련될 수 있다.In fixing the shape of the internal flow path of the volute casing designed according to the derived design (S280), the cross-sectional area and the height according to the volute angle of the volute casing 110, which is the internal flow path shape of the volute casing 110, is fixed. It may be arranged to.

도출된 설계안에 따라 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 형상을 고정하는 단계(S280) 이후에는, 설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력과 상이한 목적 출력을 설정하는 단계(S290)를 수행할 수 있다.After fixing the shape of the internal flow path of the volute casing designed according to the derived design (S280), the step S290 of setting an output different from that of the single channel pump designed according to the design may be performed.

설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력과 상이한 목적 출력을 설정하는 단계(S290)에서는, 상기 설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력과는 상이한 목적 출력을 설정할 수 있다. 즉, 상기 목적 출력은 상기 설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력보다 높거나 낮게 설정될 수 있다. In the step S290 of setting an output different from that of the single channel pump designed according to the design, a target output different from that of the single channel pump designed according to the design may be set. That is, the target output can be set higher or lower than the output of the single channel pump designed according to the design.

설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력과 상이한 목적 출력을 설정하는 단계(S290) 이후에는, 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)를 수행할 수 있다.After setting the target output different from the output of the single channel pump designed according to the design (S290), the step of redesigning the internal flow path shape of the impeller to derive a redesign proposal of the single channel pump having the set target output (S300). Can be performed.

설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)에서는, 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 형상을 고정한 상태로, 상기 임펠러(120)의 내부유로 형상을 재설계하여 단일채널펌프(100)의 출력을 변경시킬 수 있다.In the step S300 of redesigning the internal flow path shape of the impeller so as to derive a redesign plan of the single channel pump having the set target output, the internal flow path of the impeller 120 is fixed while the internal flow path shape of the volute casing is fixed. By redesigning the shape, the output of the single channel pump 100 can be changed.

일 예로, 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)에서 도출된 설계안이 4kW급 단일채널펌프인 경우, 5kW급 단일채널펌프가 필요할 때, 최적화 설계를 처음부터 재수행하는 것은 많은 시간이 소요될 수 있다.For example, when the design scheme derived in step S300 of redesigning the internal flow path of the impeller to derive a redesign plan of a single channel pump having a set target output is a 4kW class single channel pump, a 5kW class single channel pump is required. When performing an optimization design from the beginning, it can be time consuming.

이 경우, 도출된 설계안에 따라 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로의 형상을 고정한 상태에서 임펠러의 내부유로 단면적을 증가시켜 4kW급 단일채널펌프의 출력을 5kW급으로 증가시킬 수 있다.In this case, the output of the 4kW single channel pump can be increased to 5kW by increasing the cross-sectional area of the impeller while fixing the shape of the internal flow path of the volute casing designed according to the derived design.

여기서, 상기 임펠러(120)의 높이는 상기 벌류트 케이싱(110)을 그대로 사용하기 위해서는 더 증가시키는 것이 불가능하다. 따라서, 상기 임펠러(120)의 높이를 고정한 상태에서 넓이를 증가시켜 상기 임펠러(120)의 단면적이 증가되도록 할 수 있다.Here, the height of the impeller 120 can not be further increased in order to use the volute casing 110 as it is. Therefore, the cross-sectional area of the impeller 120 may be increased by increasing the width in a state where the height of the impeller 120 is fixed.

즉, 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)에서, 상기 벌류트 케이싱(110)은 상기 설계안대로 내부유로 형상이 고정되고, 상기 임펠러(120)는 재설계에 따라 내부유로 형상이 변경될 수 있다.That is, in the step S300 of redesigning the internal flow path shape of the impeller to derive the redesign plan of the single channel pump having the set target output, the volute casing 110 is fixed in the internal flow path shape according to the design plan. The impeller 120 may be changed in the shape of the internal flow path according to the redesign.

이하, 보다 구체적으로, 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)를 설명하도록 한다.Hereinafter, more specifically, the step (S300) of redesigning the internal flow path shape of the impeller to derive a redesign plan of a single channel pump having a set target output will be described.

도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프의 설계방법의 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계의 순서도이다.FIG. 17 is a flowchart illustrating a step of redesigning an internal flow path shape of an impeller in a method of designing a single channel pump capable of changing an output according to an impeller redesign according to an embodiment of the present invention.

도 17에 도시된 것처럼, 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)는 먼저, 단일채널펌프의 임펠러 및 고정된 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S310)를 수행할 수 있다.As shown in FIG. 17, the step S300 of redesigning the internal flow path shape of the impeller to derive a redesign plan of the single channel pump having the set target output includes first, the shape of the impeller and the fixed volute casing of the single channel pump. In consideration of this, the step S310 of selecting three objective functions may be performed.

단일채널펌프의 임펠러 및 고정된 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S310)에서, 상기 목적함수는, 단일채널펌프를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리이다.In selecting the three objective functions in consideration of the shape of the impeller and the fixed volute casing of the single channel pump (S310), the objective function is a pump specification, which is a design specification required when designing a single channel pump. Fitness distribution area, center distance.

상기 목적함수의 펌프 효율, 유체력 분포영역 및 중심거리는 전술한 바와 동일함으로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Since the pump efficiency, the fluid force distribution region and the center distance of the objective function are the same as described above, a detailed description thereof will be omitted.

단일채널펌프의 임펠러 및 고정된 벌류트 케이싱의 형상을 고려하여 3개의 목적함수를 선정하는 단계(S310) 이후에는, 임펠러의 내부유로 단면적을 제어하여 고정된 벌류트 케이싱과의 상호작용을 분석하기 위한 임펠러의 재설계변수를 설정하는 단계(S320)를 수행할 수 있다.After selecting three objective functions in consideration of the shapes of the impeller and the fixed volute casing of the single channel pump (S310), the interaction with the fixed volute casing is analyzed by controlling the cross-sectional area of the impeller. Setting the redesign parameters of the impeller may be performed (S320).

임펠러의 내부유로 단면적을 제어하여 고정된 벌류트 케이싱과의 상호작용을 분석하기 위한 임펠러의 재설계변수를 설정하는 단계(S320)에서, 재설계변수는 전술한 설계변수와 실질적으로 동일하다. 다만, 임펠러의 내부유로 단면적을 제어하여 고정된 벌류트 케이싱과의 상호작용을 분석하기 위한 임펠러의 재설계변수를 설정하는 단계(S320)에서의 재설계변수는 상기 벌류트 케이싱(110)을 제외한 상기 임펠러(120)를 재설계하기 위한 설계변수인 것을 특징으로 한다.In the step S320 of setting the redesign parameters of the impeller for analyzing the interaction with the fixed volute casing by controlling the cross-sectional area of the impeller, the redesign parameters are substantially the same as the aforementioned design variables. However, the redesign variables in the step S320 of setting the impeller redesign for analyzing the interaction with the fixed volute casing by controlling the cross-sectional area of the impeller are not the volute casing 110. Characterized in that it is a design variable for redesigning the impeller 120.

임펠러의 내부유로 단면적을 제어하여 고정된 벌류트 케이싱과의 상호작용을 분석하기 위한 임펠러의 재설계변수를 설정하는 단계(S320) 이후에는, 설정된 재설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 재설계영역을 지정하는 단계(S330)를 수행할 수 있다.After setting the redesign parameters of the impeller for analyzing the interaction with the fixed volute casing by controlling the cross-sectional area of the impeller (S320), the upper and lower limits of the set redesign parameters are determined to determine the redesign area. It may be performed (S330) to specify.

설정된 재설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 재설계영역을 지정하는 단계(S330)에서, 상기 재설계영역은 상기 설계영역과 마찬가지로, 상기 임펠러(120)의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 임펠러 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 할 수 있다. 그리고, 상기 임펠러 제어점은, 상기 임펠러 각도를 가로축으로 하고, 상기 임펠러(120)의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때, 상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 임펠러 제어점(121) 및 제2 임펠러 제어점(122)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In the step of designating the redesigned area by determining the upper limit value and the lower limit value of the set redesigned variable, the redesigned area is the same as the design area, where the portion having the smallest cross-sectional area of the internal flow path of the impeller 120 starts. The impeller angle of the point is 0 degrees and the largest point can be 360 degrees. The impeller control point is a first impeller control point 121 and a second impeller which are arbitrary points of the horizontal axis and the vertical axis when the impeller angle is the horizontal axis and the internal flow path cross-sectional area of the impeller 120 is the vertical axis. It may be characterized by having a control point (122).

설정된 재설계변수의 상한값 및 하한값을 결정하여 재설계영역을 지정하는 단계(S330) 이후에는, 지정된 재설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 재설계변수를 조합하는 단계(S340)가 수행될 수 있다.After determining the upper limit value and the lower limit value of the set redesigned variable and designating the redesigned area (S330), combining the redesigned variables using the Bezier curve in the designated redesigned area (S340) may be performed. .

지정된 재설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 재설계변수를 조합하는 단계(S340)는, 전술한 지정된 설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 설계변수를 조합하는 단계(S240)와 실질적으로 동일하다. 다만, 지정된 재설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 재설계변수를 조합하는 단계(S340)는 상기 임펠러(120)의 재설계변수만을 조합하는 것을 특징으로 한다.Combining the redesign variables using the Bezier curves in the designated redesign region (S340) is substantially the same as combining the design variables using the Bezier curves in the designated design region (S240). However, in the step S340 of combining the redesign variables using the Bezier curve in the designated redesign region, the redesign variables of the impeller 120 may be combined.

지정된 재설계영역에서 베지어 곡선을 이용하여 재설계변수를 조합하는 단계(S340) 이후에는, 임펠러의 조합된 재설계변수와 고정된 벌류트 케이싱의 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 재설계변수에 따른 재설계 예상목적함수값을 도출하는 단계(S350)가 수행될 수 있다.After the step S340 of combining the redesign variables using the Bezier curve in the designated redesign area, by performing numerical analysis using the combined redesign variables of the impeller and the combined design variables of the fixed volute casing. In operation S350, a value of the redesign prediction objective function according to the redesign variable may be derived.

임펠러의 조합된 재설계변수와 고정된 벌류트 케이싱의 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 재설계변수에 따른 재설계 예상목적함수값을 도출하는 단계(S350)는, 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 설계변수에 따른 예상목적함수값을 도출하는 단계(S250)와 실질적으로 동일하다. 다만, 임펠러의 조합된 재설계변수와 고정된 벌류트 케이싱의 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 재설계변수에 따른 재설계 예상목적함수값을 도출하는 단계(S350)는, 임펠러의 조합된 재설계변수와 설계안에 따라 내부 유로 형상이 고정된 벌류트 케이싱의 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 재설계변수에 따른 재설계 예상목적함수값을 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.By performing numerical analysis using the combined redesign parameters of the impeller and the combined design variables of the fixed volute casing, the step of deriving the redesign expected target function value according to the redesign variables is performed in step S350. By performing a numerical analysis using the variable, it is substantially the same as the step (S250) of deriving the expected objective function value according to the design variable. However, by performing numerical analysis using the combined redesign variables of the impeller and the combined design variables of the fixed volute casing, the step of deriving the predicted objective function value according to the redesign variables is performed (S350). Numerical analysis is performed by using the combined design variables of the volute casing with the internal recirculation shape fixed according to the combined redesign variables and the design scheme, to derive the predicted objective function value according to the redesign variables. can do.

임펠러의 조합된 재설계변수와 고정된 벌류트 케이싱의 조합된 설계변수를 이용하여 수치해석을 수행함으로써, 재설계변수에 따른 재설계 예상목적함수값을 도출하는 단계(S350) 이후에는, 도출된 재설계 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 재설계 최종목적함수값을 도출하는 단계(S360)가 수행될 수 있다.By performing numerical analysis using the combined redesign variables of the impeller and the combined design variables of the fixed volute casing, after the step (S350) of deriving the predicted objective function value according to the redesign variables, the derived A step (S360) of deriving the final design function value of the redesign may be performed by verifying the validity of the redesign expected purpose function value.

도출된 재설계 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 재설계 최종목적함수값을 도출하는 단계(S360)는, 도출된 상기 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 최종목적함수값을 도출하는 단계(S260)와 실질적으로 동일하다.Deriving the final purpose function value of the redesigned by verifying the validity of the derived redesign expected purpose function value (S360), deriving the final purpose function value by verifying the validity of the derived expected function value (S260) Is substantially the same as

도출된 재설계 예상목적함수값의 타당성을 검증하여 재설계 최종목적함수값을 도출하는 단계(S360) 이후에는, 도출된 재설계 최종목적함수값에 따라 재설계안을 도출하는 단계(S370)가 수행될 수 있다.After deriving the redesigned final purpose function value by verifying the validity of the derived redesign expected purpose function value (S360), the step of deriving a redesign proposal according to the derived redesign final purpose function value is performed (S370). Can be.

도출된 최종목적함수값에 따라 재설계안을 도출하는 단계(S370)에서, 상기 재설계안은 상기 재설계 최종목적함수값이 도출되도록 하는 상기 임펠러(120)의 재설계변수 값의 조합과, 설계안에 따라 도출되어 고정된 상기 벌류트 케이싱(110)의 설계변수 값의 조합일 수 있다.In the deriving a redesign proposal according to the derived final purpose function value (S370), the redesign proposal is a combination of the redesign parameter value of the impeller 120 to derive the redesign final purpose function value, and the design proposal It may be a combination of design variable values of the volute casing 110 derived and fixed accordingly.

도 18은 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 임펠러 각도에 따른 내부유로 단면적을 나타낸 그래프이고, 도 19는 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 1회전 동안의 유체력의 분포도를 나타낸 예시도이다.18 is a graph showing the cross-sectional area of the internal flow path according to the impeller angle of the comparative example and the embodiment according to the present invention, Figure 19 is an exemplary view showing a distribution of the fluid force during one rotation of the comparative example and the embodiment according to the present invention.

도 18 및 도 19에서, 비교예1은 도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270)에서 도출된 본 발명에 따른 설계안에 따라 설계된 4kW급 단일채널펌프이고, 비교예2는 5.5kW급 단일채널펌프로서, 임펠러 각도에 따른 내부유로의 단면적이 일정하게 증가하는 종래의 단일채널펌프이다.18 and 19, Comparative Example 1 is a 4kW class single channel pump designed according to the design plan according to the present invention derived in the step S270 of deriving a design plan according to the final purpose function value derived, Comparative Example 2 is It is a 5.5kW class single channel pump, which is a conventional single channel pump in which the cross-sectional area of the internal flow path increases with constant impeller angle.

그리고, 실시예는 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S280)에 의해 설계된 재설계안에 따라 재설계된 5.5kW급 단일채널펌프이다. 즉, 도 18 및 도 19에 도시된 실시예는 벌류트 케이싱(120)이 최초 설계안에 따라 고정된 상태에서, 임펠러(110)를 목적으로 하는 출력에 대응되도록 재설계한 단일채널펌프이다.In addition, the embodiment is a 5.5kW class single channel pump redesigned according to the redesign scheme designed by the step S280 of redesigning the internal flow path shape of the impeller to derive the redesign scheme of the single channel pump having the set target output. That is, the embodiment shown in FIGS. 18 and 19 is a single channel pump redesigned to correspond to the output for the impeller 110 with the volute casing 120 fixed according to the original design.

도 18에서, 실시예는 임펠러 각도에 따라 비교예1에 비해 전체적으로 증가된 상태임을 확인할 수 있다.In Figure 18, the embodiment can be seen that the overall increase compared to Comparative Example 1 according to the impeller angle.

펌프 효율 [ % ]Pump efficiency [%] 유체력 분포영역 [N2]Fluid force distribution area [N 2 ] 중심거리 [N]Center distance [N] 비교예1Comparative Example 1 83.2983.29 85632.8385632.83 56.7556.75 비교예2Comparative Example 2 81.7281.72 145056.80145056.80 31.7331.73 실시예EXAMPLE 82.5882.58 11103.2611103.26 14.24214.242

그리고, 상기 표 5와 도 19를 참조하면, 실시예는 비교예 1 및 비교예2에 따른 종래의 단일채널펌프에 비해 중심거리 및 유체력 분포영역이 작은 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to Table 5 and FIG. 19, it can be seen that the embodiment has a smaller center distance and fluid force distribution area than conventional single channel pumps according to Comparative Examples 1 and 2.

즉, 실시예는 본 발명의 재설계방법에 따라 5.5kW급으로 최적 설계된 임펠러를 적용한 단일채널펌프는 비교예1 및 비교예2에 비해, 진동이 작으며, 펌프 효율도 비교예 1및 비교예3 사이에 위치하여 높은 펌프 효율을 유지하는 것을 확인할 수 있다.That is, the embodiment is a single channel pump applying the impeller optimally designed to 5.5kW class according to the redesign method of the present invention, the vibration is less than the comparative example 1 and the comparative example 2, the pump efficiency is also comparative example 1 and comparative example It can be seen that it is located between 3 to maintain a high pump efficiency.

따라서, 본 발명은 도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270)에서 도출된 설계안이 있으면, 원하는 펌프의 출력에 따라 다시 최적 설계를 할 필요 없이 간편하게 펌프의 새로운 출력에 대한 설계안을 도출할 수 있다. Therefore, the present invention, if there is a design drawing derived in the step S270 of deriving the design plan according to the derived final purpose function value, the design plan for the new output of the pump simply need not be optimized again according to the output of the desired pump Can be derived.

즉, 본 발명은 도출된 상기 최종목적함수값에 따라 설계안을 도출하는 단계(S270) 이후에, 단일채널펌프의 출력 변경 니즈가 있을 때, 도출된 설계안에 따라 설계된 벌류트 케이싱의 내부유로 형상을 고정하는 단계(S280), 설계안에 따라 설계된 단일채널펌프의 출력과 상이한 목적 출력을 설정하는 단계(S290) 및 설정된 목적 출력을 갖는 단일채널펌프의 재설계안을 도출하도록 임펠러의 내부유로 형상을 재설계하는 단계(S300)을 순차적으로 수행하여 상기 임펠러(120)의 내부유로 형상을 변경함으로써, 기존의 설계안을 이용하여 펌프 효율을 유지하고, 펌프의 진동은 적게 유지하면서도 펌프의 출력을 간편하게 변경할 수 있다.That is, the present invention after the step of deriving the design plan according to the derived final purpose function value (S270), when there is an output change needs of the single-channel pump, the internal flow path shape of the volute casing designed according to the derived design plan Re-designing the internal flow path of the impeller so as to derive a redesign of the single-channel pump having a set target output (S290) and a set target output different from the output of the single channel pump designed according to the design step (S280) By sequentially performing the step (S300) to change the shape of the internal flow path of the impeller 120, it is possible to easily change the output of the pump while maintaining the pump efficiency using the existing design, while maintaining the pump vibration less .

그리고 본 발명은 배수 처리 장치에 적용될 수 있다.And the present invention can be applied to the wastewater treatment apparatus.

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

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

100: 단일채널펌프
110: 벌류트 케이싱
120: 임펠러100: single channel pump
110: volute casing
120: impeller

Claims (15)

유체가 유입 및 배출되는 벌류트 케이싱; 및
상기 벌류트 케이싱의 내부에 회전 가능하도록 결합되며, 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주 방향으로 연장 형성된 임펠러를 포함하며,
상기 임펠러는, 상기 벌류트 케이싱과의 상호작용을 고려하여 상기 임펠러의 각도에 따라 내부유로 단면적이 기설정된 범위 내에서 가변적으로 형성되고,
상기 벌류트 케이싱은, 상기 임펠러와의 상호작용을 고려하여 상기 벌류트 케이싱의 각도에 따라 내부유로 단면적이 기설정된 범위 내에서 가변적으로 형성되며,
상기 임펠러와 상기 벌류트 케이싱은 가변적으로 형성되는 각각의 내부유로 단면적이 동시에 제어되어 설계안이 도출되고,
상기 임펠러의 각도에 따른 상기 임펠러의 내부유로 단면적은, 상기 설계안이 도출된 이후에 상기 설계안에 따라 설계된 상기 벌류트 케이싱의 내부유로의 형상이 고정된 상태에서, 변경하고자 하는 출력에 대응되도록 재설계된 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.A volute casing into which fluid is introduced and discharged; And
It is rotatably coupled to the interior of the volute casing, the flow path space through which the fluid can pass comprises an impeller extending in the circumferential direction,
The impeller is formed in a variable range within the predetermined cross-sectional area according to the angle of the impeller in consideration of the interaction with the volute casing,
The volute casing has a variable internal cross-sectional area in a predetermined range in accordance with the angle of the volute casing in consideration of the interaction with the impeller,
The impeller and the volute casing are controlled at the same time the cross-sectional area of each of the internal flow path is formed to be variable, the design scheme is derived,
The internal flow path cross-sectional area of the impeller according to the angle of the impeller is redesigned to correspond to the output to be changed in a state where the shape of the internal flow path of the volute casing designed according to the design after the design is derived is fixed. Single-channel pump capable of changing the output according to the redesign of the impeller. 제 1 항에 있어서,
상기 임펠러 및 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적은 설계변수에 의하여 생성된 베지어 곡선에 의하여 제어된 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 1,
The internal channel cross-sectional area of the impeller and the volute casing is controlled by a Bezier curve generated by a design variable, the output can be changed according to the impeller redesigned single channel pump. 제 2 항에 있어서,
상기 설계변수는,
임펠러 각도에 따라 상기 임펠러의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 2개의 임펠러 제어점; 및
벌류트 케이싱 각도에 따라 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적이 변할 수 있는 3개의 벌류트 제어점을 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 2,
The design variable,
Two impeller control points whose cross-sectional area of the internal flow path of the impeller may be changed according to an impeller angle; And
Single channel pump capable of changing the output according to the impeller redesign, characterized in that it comprises three volute control points that can change the cross-sectional area of the internal flow path of the volute casing according to the volute casing angle. 제 3 항에 있어서,
상기 벌류트 제어점은,
상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 벌류트 케이싱 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 하며, 상기 벌류트 케이싱 각도를 가로축으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때,
상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 벌류트 제어점, 제2 벌류트 제어점 및 제3 벌류트 제어점을 갖는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 3, wherein
The volute control point is,
The volute casing angle at the point where the smallest cross-sectional area of the volute casing starts is 0 degrees, the largest point is 360 degrees, and the volute casing angle is the horizontal axis, and the inside of the volute casing is When the flow path cross section is vertical
And a first volute control point, a second volute control point, and a third volute control point, which are arbitrary points of the horizontal axis and the vertical axis. 제 4 항에 있어서,
상기 벌류트 케이싱의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제1 개시점으로 하고, 상기 벌류트 케이싱의 각도가 360도인 지점은 제1 종료점으로 하며, 상기 제1 개시점과 상기 제1 종료점 사이에서 3개의 상기 벌류트 제어점이 변할 때 상기 제1 개시점, 상기 제1 종료점 및 상기 3개의 벌류트 제어점으로 표현된 제1 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 4, wherein
A point at which the internal flow path cross-sectional area of the volute casing is increased is a first starting point, and a point at which the angle of the volute casing is 360 degrees is a first end point, and a distance between the first start point and the first end point is 3; Generate a first Bezier curve represented by the first start point, the first end point, and the three volute control points when the two volute control points change; Channel pump. 제 5 항에 있어서,
상기 제1 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 90도일 때 내부유로 단면적이 0이상 3000mm2이하이고, 상기 제2 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 180도일 때 내부유로 단면적이 0이상 6000 mm2이하이며, 상기 제3 벌류트 제어점은 상기 벌류트 각도가 270도일 때, 내부유로 단면적이 3000 mm2이상 6000 mm2이하인 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 5,
The first volute control point has an internal flow path cross section of 0 to 3000 mm 2 when the volute angle is 90 degrees, and the second volute control point has an internal flow path cross section of 0 to 6000 mm 2 when the volute angle is 180 degrees. Or less, wherein the third volute control point has an internal flow path cross-sectional area of 3000 mm 2 or more and 6000 mm 2 or less when the volute angle is 270 degrees. 제 3 항에 있어서,
상기 임펠러 제어점은,
상기 임펠러의 내부유로 단면적이 가장 작은 부분이 시작하는 지점의 임펠러 각도는 0도로 하고, 가장 큰 지점을 360도로 하며, 상기 임펠러 각도를 가로축으로 하고, 상기 임펠러의 내부유로 단면적을 세로축으로 할 때,
상기 가로축과 상기 세로축의 임의의 점인 제1 임펠러 제어점 및 제2 임펠러 제어점을 갖는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 3, wherein
The impeller control point,
When the impeller angle at the point where the smallest cross section of the internal flow path of the impeller starts is 0 degrees, the largest point is 360 degrees, the impeller angle is set to the horizontal axis, and the internal flow path of the impeller is set to the vertical axis,
And a first channel impeller control point and a second impeller control point which are arbitrary points of the horizontal axis and the vertical axis. 제 7 항에 있어서,
상기 임펠러의 내부 유로 단면적이 증가하는 지점을 제2 개시점으로 하고, 상기 임펠러 각도가 360도인 지점은 제2 종료점으로 하며, 상기 제2 개시점과 상기 제2 종료점 사이에서 2개의 상기 임펠러 제어점이 변할 때 상기 제2 개시점, 상기 제2 종료점 및 상기 2개의 제어점으로 표현된 제2 베지어 곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 7, wherein
The point where the internal flow path cross-sectional area of the impeller is increased is the second starting point, the point where the impeller angle is 360 degrees, the second end point, and the two impeller control points between the second starting point and the second end point. And a second Bezier curve represented by the second start point, the second end point, and the two control points when changed, wherein the output can be changed according to an impeller redesign. 제 8 항에 있어서,
상기 제1 임펠러 제어점은 상기 임펠러 각도가 160도일 때 내부유로 단면적이 130 mm2이상 2330mm2이하이고, 상기 제2 임펠러 제어점은 상기 임펠러 각도가 270도일 때 내부유로 단면적이 1600mm2이상 3800mm2이하인 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 8,
The first impeller, the control point is the impeller an angle of 160 degrees when the internal flow path cross-sectional area is more than 130 mm 2 2330mm 2 or less, the second impeller control point is that the inner channel cross-sectional area 1600mm 2, more than 3800mm 2 or less when the impeller angle 270 degrees Single channel pump with adjustable output depending on the impeller redesign. 제 1 항에 있어서,
상기 임펠러와 상기 벌류트 케이싱의 내부유로 단면적은 선정된 목적함수가 최종목적함수값을 갖도록 동시에 제어되어 설계된 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 1,
The internal channel cross-sectional area of the impeller and the volute casing is controlled and controlled at the same time so that the selected objective function has a final purpose function value. 제 10 항에 있어서,
상기 목적함수는,
펌프 효율, 유체력 분포영역, 중심거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 10,
The objective function is,
Single channel pump capable of varying output according to impeller redesign, including pump efficiency, fluid force distribution area, and center distance. 제 11 항에 있어서,
상기 펌프 효율은
Figure pat00011
(여기서, η=펌프 효율, ρ=밀도, g=중력가속도, H=수두, Q=체적 유량, P=동력)인 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 11,
The pump efficiency is
Figure pat00011
Where η = pump efficiency, ρ = density, g = gravity acceleration, H = head, Q = volumetric flow rate, and P = power. 제 11 항에 있어서,
상기 유체력 분포영역은
Figure pat00012
인 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 11,
The fluid force distribution region is
Figure pat00012
Single channel pump that can change the output according to the impeller redesign. 제 13 항에 있어서,
상기 중심거리인 원점부터 상기 유체력 분포영역의 질량 중심점과의 거리는,
Figure pat00013
(Cx= 유체력 분포영역의 질량 중심점의 x축 좌표, Cy=유체력 분포영역의 질량 중심점의 y축 좌표)이며,
여기서,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
인 것을 특징으로 하는 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프.The method of claim 13,
The distance from the origin, which is the center distance, to the center of mass of the fluid force distribution region,
Figure pat00013
(Cx = x-axis coordinate of the center of mass in the fluid force distribution, Cy = y-axis coordinate of the center of mass in the fluid force distribution)
here,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
Single channel pump that can change the output according to the impeller redesign. 제 1 항에 따른 임펠러 재설계에 따라 출력 변경이 가능한 단일채널펌프를 적용한 배수처리 장치.A wastewater treatment system using a single channel pump whose output can be changed according to the impeller redesign according to claim 1.
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