KR20200089954A - Centrifugal pump comprising partial diffuser vanes - Google Patents

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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a centrifugal pump, which includes: an impeller having a plurality of blades formed in the circumferential direction; and a plurality of diffusers extending from the impeller toward a gas outlet, wherein the diffuser includes: at least one diffuser is a vane positioned on a shroud side, and at least one diffuser is a vane positioned on a hub side. The centrifugal pump provided in one aspect of the present invention has high efficiency in the vicinity of the design flow rate including the partial diffuser vane, and at the same time can recover the static pressure in a wide flow rate range. In particular, the centrifugal pump including the partial diffuser vane in a specific arrangement can effectively delay the point in time when the slope of the pressure recovery coefficient becomes positive.

Description

부분 디퓨저 베인을 포함하는 원심펌프{Centrifugal pump comprising partial diffuser vanes}Centrifugal pump comprising partial diffuser vanes

부분 디퓨저 베인을 포함하는 원심펌프에 관한 것이다.It relates to a centrifugal pump comprising a partial diffuser vane.

원심펌프에서 디퓨저는 임펠러에 의해 얻은 속도에너지를 정압의 형태로 바꿔주는 역할을 담당하며, 종류에 따라 벌류트(volute), 베인 디퓨저(vaned diffuser)와 베인이 없는 디퓨저(vanless diffuser)로 구분할 수 있다. 이 중 베인디퓨저는 압력회복이 높은 장점이 있으나 임펠러와의 상호작용으로 인해 작동범위가 비교적 제한되는 단점이 있다. 반면, 베인이 없는 디퓨저의 경우 압력회복은 낮으나 작동범위가 넓은 장점이 있다. In the centrifugal pump, the diffuser plays a role of converting the velocity energy obtained by the impeller into a form of static pressure, and can be divided into a volute, a vaned diffuser, and a vanless diffuser depending on the type. have. Among these, the vane diffuser has an advantage of high pressure recovery, but has a disadvantage in that the operating range is relatively limited due to the interaction with the impeller. On the other hand, in the case of a vaneless diffuser, the pressure recovery is low, but the operating range is wide.

베인 디퓨저가 구비된 원심형 기계의 내부 유동과 성능 특성 연구에 대한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되었으며, 베인이 없는 디퓨저의 경우 성능 특성에 관한 연구보다는 회전 실속(rotating stall)과 같은 내부 유동 특성에 대한 연구가 수행된 바 있다. A study on the study of the internal flow and performance characteristics of a centrifugal machine equipped with a vane diffuser has been carried out by many researchers, and in the case of a vane-free diffuser, rather than a study on the performance characteristics, internal flow characteristics such as rotating stall Studies have been conducted on.

한편, 베인 디퓨저와 베인이 없는 디퓨저의 장점을 취하고자 이를 결합한 형태인 부분 디퓨저 베인(partial diffuser vane)에 대한 연구가 일부 연구자들에 의해 진행된 바 있다. Meanwhile, in order to take advantage of a vane diffuser and a vane-free diffuser, some researchers have studied a partial diffuser vane that combines them.

종래 Zhu 등은 원심펌프에 절반 베인 디퓨저(half vane diffuser)를 적용하여 실험을 진행한 바 있으며(International Communications in Heat and Mass Transfer 79 (2016) 114-127), 상기 문헌에는 익렬 형태의 베인 디퓨저에 대해 베인의 높이가 성능에 미치는 영향에 대해 분석된 내용이 개시되어 있다. 그러나, 선행 연구들은 대부분 실험을 통해 성능 특성만을 확인하였으므로 내부 유동 특성은 확인할 수 없었다.Conventionally, Zhu et al. have conducted experiments by applying a half vane diffuser to a centrifugal pump (International Communications in Heat and Mass Transfer 79 (2016) 114-127), and in the literature, the vane diffuser in the form of a blade row is used. Disclosed is an analysis of the effect of vane height on performance. However, most of the previous studies confirmed only the performance characteristics through experiments, so the internal flow characteristics could not be confirmed.

본 발명의 일 측면에서의 목적은 원심펌프의 수력효율과 내부 유동 특성이 우수한 원심펌프를 제공하는 데 있다.An object of one aspect of the present invention is to provide a centrifugal pump having excellent hydraulic efficiency and internal flow characteristics of a centrifugal pump.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention

원주 방향으로 형성된 다수개의 블레이드를 가진 임펠러; 및An impeller having a plurality of blades formed in a circumferential direction; And

상기 임펠러로부터 가스 출구 방향으로 연장 형성된 복수 개의 디퓨저를 포함하고,It includes a plurality of diffusers formed extending from the impeller toward the gas outlet,

적어도 1개 이상의 디퓨저는 슈라우드 측에 위치하는 베인을 포함하고,The at least one diffuser includes vanes located on the shroud side,

적어도 1개 이상의 디퓨저는 허브 측에 위치하는 베인을 포함하는 원심펌프가 제공된다.At least one diffuser is provided with a centrifugal pump comprising a vane located on the hub side.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프는 부분 디퓨저 베인을 포함하여 설계유량 부근에서의 높은 효율을 가짐과 동시에 넓은 유량 범위에서 정압을 회복할 수 있다. 특히, 부분 디퓨저 베인을 특정 배열로 포함하는 원심펌프는 압력회복계수의 기울기가 양이 되는 시점을 효과적으로 지연시킬 수 있다.The centrifugal pump provided in one aspect of the present invention includes a partial diffuser vane, has high efficiency in the vicinity of the design flow rate, and at the same time can recover static pressure in a wide flow range. In particular, a centrifugal pump including a partial diffuser vane in a specific arrangement can effectively delay the time point when the slope of the pressure recovery coefficient becomes positive.

도 1은 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프에서 하나의 임펠러 및 두개의 디퓨저를 포함하는 일부분을 나타낸 모식도이고;
도 3은 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프에서 임펠러 및 디퓨저의 단면을 나타낸 모식도이고;
도 4는 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프에서 하나의 임펠러 및 두개의 디퓨저를 포함하는 일부분과 내부에 위치하는 베인을 나타낸 모식도이고;
도 5는 실시예 및 비교예로 적용된 원심펌프 모델의 삼차원 형상을 나타낸 모식도이고;
도 6 (a)는 본 발명의 수치해석에 사용된 계산 영역과 경계조건을 나타낸 것이고; 도 6 (b)는 본 발명의 수치해석에 사용한 격자계의 예를 나타낸 것이고;
도 7은 디퓨저 출구에서의 피치(pitch) 방향 평균 전압 분포를 나타낸 것이고;
도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 대한 양정계수와 효율의 곡선들을 비교한 것이고;
도 9는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 대한 디퓨저 압력회복계수(CP) 곡선을 비교한 것이고;
도 10은 비교예 1에 대해 50% 스팬에서의 유량에 따른 디퓨저 압력회복계수 분포를 나타낸 것이고;
도 11은 비교예 1에 대해 50% 스팬에서의 유량에 따른 속도 벡터 분포를 나타낸 것이고;
도 12는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 디퓨저의 반경방향 위치에 따른 압력회복계수 분포를 나타낸 것이고;
도 13은 r/r 2 =1.06, 1.23과 1.40에서의 피치방향 평균 유동각 분포를 나타낸 것이고;
도 14는 Φ/ Φ d =0.6일 때 반경방향 위치에 따른 각 단면에서의 속도 분포를 나타낸 것이고;
도 15는 Φ/ Φ d =1.8일 때 디퓨저 영역에서 압력회복계수가 -1인 3차원 등위면(iso-surface) 분포를 나타낸 것이다.
1 is a schematic view showing an example of a centrifugal pump provided in one aspect of the present invention;
2 is a schematic view showing a portion including one impeller and two diffusers in a centrifugal pump provided in one aspect of the present invention;
3 is a schematic view showing a cross section of an impeller and a diffuser in a centrifugal pump provided in one aspect of the present invention;
4 is a schematic view showing a vane located inside and a part including one impeller and two diffusers in a centrifugal pump provided in one aspect of the present invention;
5 is a schematic view showing a three-dimensional shape of the centrifugal pump model applied in Examples and Comparative Examples;
Fig. 6 (a) shows the calculation region and boundary conditions used in the numerical analysis of the present invention; Figure 6 (b) shows an example of a grid system used in the numerical analysis of the present invention;
7 shows the average voltage distribution in the pitch direction at the exit of the diffuser;
8 is a comparison of the curves of the head lift coefficient and efficiency for Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;
9 is a comparison of the diffuser pressure recovery coefficient (CP) curves for Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;
10 shows the distribution of the diffuser pressure recovery coefficient according to the flow rate at 50% span for Comparative Example 1;
11 shows the velocity vector distribution according to the flow rate at 50% span for Comparative Example 1;
Figure 12 shows the pressure recovery coefficient distribution according to the radial position of the diffuser of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;
13 shows the average flow angle distribution in the pitch direction at r/r 2 =1.06, 1.23 and 1.40;
14 shows the velocity distribution in each cross section according to the radial position when Φ/ Φ d =0.6;
15 shows a three-dimensional iso-surface distribution with a pressure recovery coefficient of -1 in the diffuser region when Φ/ Φ d =1.8.

본 발명의 일 측면에서In one aspect of the invention

원주 방향으로 형성된 다수개의 블레이드를 가진 임펠러(100); 및An impeller 100 having a plurality of blades formed in a circumferential direction; And

상기 임펠러(100)로부터 가스 출구 방향으로 연장 형성된 복수 개의 디퓨저(200)를 포함하고,It includes a plurality of diffusers 200 formed extending from the impeller 100 toward the gas outlet,

적어도 1개 이상의 디퓨저(200)는 슈라우드(210) 측에 위치하는 베인(211)을 포함하고,At least one diffuser 200 includes a vane 211 located on the shroud 210 side,

적어도 1개 이상의 디퓨저(200)는 허브(220) 측에 위치하는 베인(221)을 포함하는 원심펌프(1000)를 제공한다.The at least one diffuser 200 provides a centrifugal pump 1000 including a vane 221 located on the hub 220 side.

이때, 도 1 내지 도 4에 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(1000)의 일례를 나타내었으며,At this time, FIGS. 1 to 4 show an example of the centrifugal pump 1000 provided in one aspect of the present invention,

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(1000)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a centrifugal pump 1000 provided in one aspect of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(1000)는 임펠러(100) 및 복수 개의 디퓨저(200)를 포함한다. 또한, 임펠러와 연결된 인입관(300)을 포함할 수 있다.1 and 2, the centrifugal pump 1000 provided in one aspect of the present invention includes an impeller 100 and a plurality of diffusers 200. In addition, it may include an inlet pipe 300 connected to the impeller.

상기 임펠러(100)는 원주 방향으로 형성된 다수개의 블레이드를 가지며, 회전 가능하도록 위치할 수 있다. 상기 임펠러의 형태는 제한되지 않으며, 일반적으로 원심펌프, 원심압축기 등에 적용되는 임펠러일 수 있다.The impeller 100 has a plurality of blades formed in a circumferential direction, and may be positioned to be rotatable. The shape of the impeller is not limited, and may be an impeller generally applied to a centrifugal pump, a centrifugal compressor, or the like.

상기 디퓨저(200)는 임펠러(100)로부터 가스 출구 방향으로 연장 형성된 것으로, 인입관(300)으로부터 인입되는 유체(예로, 가스)의 운동에너지를 정압으로 변환시킬 수 있다.The diffuser 200 is formed extending from the impeller 100 toward the gas outlet, and can convert kinetic energy of a fluid (eg, gas) drawn from the inlet pipe 300 into a static pressure.

종래 원심펌프의 임펠러 후단에 위치한 디퓨저는 임펠러에 의해 얻은 속도에너지를 정압의 형태로 바꿔주는 역할을 담당한다. 이중 베인 디퓨저(vaned diffuser)는 압력회복은 높은 장점이 있으나 임펠러와의 상호작용으로 인해 작동범위가 비교적 제한적인 단점이 있는 반면, 베인이 없는 디퓨저(vanless diffuser)의 경우 작동범위가 넓은 장점이 있으나 압력회복은 낮은 단점이 있다.The diffuser located at the rear end of the impeller of the conventional centrifugal pump plays a role of converting the velocity energy obtained by the impeller into a form of static pressure. The dual vane diffuser has the advantage of high pressure recovery, but has a relatively limited operating range due to the interaction with the impeller, while the vane diffuser has a wide operating range. Pressure recovery has a low drawback.

이에, 본 발명에서는 부분 디퓨저 베인(partial diffuser vane)이 적용된 원심펌프를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a centrifugal pump to which a partial diffuser vane is applied.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(100)에서 적어도 1개 이상의 디퓨저(200)는 슈라우드(210) 측에 위치하는 베인(211)을 포함하고, 적어도 1개 이상의 디퓨저(200)는 허브(220) 측에 위치하는 베인(221)을 포함한다. In the centrifugal pump 100 provided in one aspect of the present invention, at least one diffuser 200 includes a vane 211 positioned on the shroud 210 side, and at least one diffuser 200 is a hub ( 220) includes a vane 221 located on the side.

종래 디퓨저 내의 베인들은 공지되어 있다. 일반적으로, 슈라우드 벽과 허브 벽 사이에 완전히 연장된 베인들이 이용되어 왔다. 또한, 디퓨저의 벽들 사이에 완전히 연장되지는 않은 리브형 베인 또한 알려져 있다.The vanes in conventional diffusers are known. Generally, vanes that extend completely between the shroud wall and the hub wall have been used. Also known are ribbed vanes that do not extend completely between the walls of the diffuser.

이때, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(100)는 베인(211, 221)을 포함하고, 상기 베인 중 적어도 1개 이상은 슈라우드(210) 측에 위치한다. 이와 동시에, 상기 베인 중 적어도 1개 이상은 허브(220) 측에 위치한다.At this time, as shown in Figures 3 and 4, the centrifugal pump 100 provided in one aspect of the present invention includes a vane (211, 221), at least one or more of the vanes to the shroud 210 side Located. At the same time, at least one of the vanes is located on the hub 220 side.

상기 슈라우드(210) 측에 위치하는 베인(211)은 25% 내지 75%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하고, 30% 내지 70%의 스팬 높이를 가지는 것이 더욱 바람직하고, 40% 내지 60%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하며, 45% 내지 55%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하다. 상기 베인(211)은 슈라우드 벽에 형성되되 그 높이가 슈라우드 및 허브 사이 공간의 30% 내지 70% 크기일 수 있으며, 40% 내지 60% 크기일 수 있고, 45% 내지 55% 크기일 수 있다.The vane 211 located on the shroud 210 side preferably has a span height of 25% to 75%, more preferably a span height of 30% to 70%, and a span of 40% to 60% It is preferred to have a height, preferably to have a span height of 45% to 55%. The vane 211 is formed on the wall of the shroud, but its height may be 30% to 70% of the space between the shroud and the hub, and may be 40% to 60%, and 45% to 55%.

또한, 상기 허브(220) 측에 위치하는 베인(221)은 25% 내지 75%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하고, 30% 내지 70%의 스팬 높이를 가지는 것이 더욱 바람직하고, 40% 내지 60%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하며, 45% 내지 55%의 스팬 높이를 가지는 것이 바람직하다. 상기 베인(221)은 허브 벽에 형성되되 그 높이가 슈라우드 및 허브 사이 공간의 30% 내지 70% 크기일 수 있으며, 40% 내지 60% 크기일 수 있고, 45% 내지 55% 크기일 수 있다.In addition, the vane 221 located on the hub 220 side preferably has a span height of 25% to 75%, more preferably 30% to 70% of a span height, and 40% to 60% It is preferred to have a span height of 45% to 55%. The vane 221 is formed on the wall of the hub, but may have a height of 30% to 70% of the space between the shroud and the hub, 40% to 60%, and 45% to 55%.

나아가, 상기 복수 개의 디퓨저(200)는 슈라우드(210) 측에 위치하는 베인(211)을 포함하는 디퓨저 및 허브(220) 측에 위치하는 베인(221)을 포함하는 디퓨저가 번갈아 위치할 수 있다. 도 4를 참조하면, 하나의 디퓨저가 슈라우드 벽에 형성된 베인을 포함하는 경우, 이와 인접하게 위치한 디퓨저는 허브 벽에 형성된 베인을 포함한다.Further, the plurality of diffusers 200 may be alternately positioned with a diffuser including a vane 211 positioned on the shroud 210 side and a vane 221 positioned on the hub 220 side. Referring to FIG. 4, when one diffuser includes a vane formed on a shroud wall, the diffuser positioned adjacent thereto includes a vane formed on the hub wall.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프(1000)는 전술한 바와 같이 부분 디퓨저 베인을 포함하여 설계유량 부근에서의 높은 효율을 가짐과 동시에 넓은 유량 범위에서 정압을 회복할 수 있다. 특히, 부분 디퓨저 베인을 특정 배열로 포함하는 원심펌프는 압력회복계수의 기울기가 양이 되는 시점을 효과적으로 지연시킬 수 있다.As described above, the centrifugal pump 1000 provided in one aspect of the present invention includes a partial diffuser vane, has high efficiency in the vicinity of the design flow rate, and can recover static pressure in a wide flow range. In particular, a centrifugal pump including a partial diffuser vane in a specific arrangement can effectively delay the time point when the slope of the pressure recovery coefficient becomes positive.

이하 본 발명을 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 상세히 설명한다. 이하의 내용은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하는 것이고, 그 효과를 설명하기 위한 것일 뿐, 이하의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, comparative examples, and experimental examples. The following is intended to explain the present invention in more detail, and is merely for explaining the effect, and the scope of the present invention is not limitedly interpreted by the following description.

<< 실시예Example 1 및 1 and 비교예Comparative example 1 내지 3> 1 to 3>

도 5에 실시예 및 비교예로 적용된 원심펌프 모델의 삼차원 형상을 나타내었으며, 임펠러와 디퓨저의 세부 형상 정보는 하기 표 1에 나타내었다.5 shows the three-dimensional shape of the centrifugal pump model applied as examples and comparative examples, and detailed shape information of the impeller and the diffuser is shown in Table 1 below.

임펠러Impeller 디퓨저defuser 입구 곡률반경Entrance curvature radius R1=141.13R 1 =141.13 입구 곡률반경Entrance curvature radius R3=259.00R 3 =259.00 출구 곡률반경Exit curvature radius R2=258.60R 2 =258.60 출구 곡률반경Exit curvature radius R4=469.35R 4 =469.35 출구 폭Outlet width 38.4938.49 출구 폭Outlet width 4040 출구 블레이드 각도Outlet blade angle 22.3 deg22.3 deg 출구 블레이드 각도Outlet blade angle 10.21 deg10.21 deg 블레이드 수Blade count Z1=7Z 1 =7 블레이드 수Blade count Z2=8Z 2 =8

비교예 1(FDV)로 기준 형상인 간극이 없는 유로 형태의 디퓨저 베인을 형성하였고, 비교예 2(PHDV)로 허브에 설치한 50% 스팬 높이의 디퓨저 베인을 형성하였으며, 비교예 3(PTDV)으로 슈라우드에 설치한 50% 스팬 높이의 디퓨저 베인을 형성하였다.In Comparative Example 1 (FDV), a diffuser vane in the form of a channel without a gap as a reference shape was formed, and in Comparative Example 2 (PHDV), a diffuser vane of 50% span height installed in a hub was formed, and Comparative Example 3 (PTDV) As a result, a 50% span height diffuser vane installed in the shroud was formed.

실시예 1(PSDV)로 50% 스팬 높이의 베인을 허브와 슈라우드에 번갈아 설치한 형태인 디퓨저 베인을 나타내었다.In Example 1 (PSDV), a diffuser vane having a 50% span height vane alternately installed on a hub and a shroud is shown.

<< 실험예Experimental Example >>

- 수치해석 방법-Numerical analysis method

압축성 정상상태 유동 해석을 위해 상용 유동해석 프로그램인 ANSYS CFX 15.0을 사용하였으며, 임펠러 형상 정의, 격자계 생성, 경계조건 정의, 유동해석 및 결과분석은 각각 Blade-Gen, Turbo-Grid, CFX-Pre, CFX-Solver 및 CFX-Post를 사용하여 수행하였다. 난류모델로는 역압력 구배로 인한 유동 박리 예측에 효과적이며, 터보기계의 유동예측이 정확하다고 알려진 k-ω SST(shear stress transport) 모델을 사용하였다.For the analysis of compressible steady-state flow, ANSYS CFX 15.0, a commercial flow analysis program, was used, and the impeller shape definition, lattice system generation, boundary condition definition, flow analysis, and result analysis were Blade-Gen, Turbo-Grid, CFX-Pre, and CFX respectively. -It was carried out using Solver and CFX-Post. As a turbulence model, a k - ω shear stress transport (SST) model, which is effective in predicting flow separation due to a back pressure gradient and is known to be accurate for turbomachinery, was used.

도 6 (a)는 본 발명의 수치해석에 사용된 계산 영역과 경계조건을 나타낸다. 계산 영역은 입구 배관, 임펠러와 디퓨저로 구성하였으며, 주기조건을 이용하여 단일 또는 복수 유로의 임펠러와 디퓨저 영역을 포함하였다. 임펠러의 회전속도는 1710 rpm이며, 작동유체로는 20℃ 물과의 상사성을 고려하여 동점성 계수 15×10- 6 m2/s를 가지는 20℃의 공기를 사용하였다. 입구와 출구 경계조건으로는 각각 전압력과 질량유량을 부여하였다. 벽 조건은 점착조건을 사용하였으며, 정익-동익 경계면 처리방법으로는 동익 출구 유동을 원주 방향으로 평균하여 물성을 전달하는 방식인 stage 방식을 적용하였다.Fig. 6(a) shows the calculation region and boundary conditions used in the numerical analysis of the present invention. The calculation area consisted of inlet piping, impellers and diffusers, and included single or multiple impeller and diffuser areas using periodic conditions. The rotational speed of the impeller is 1710 rpm, the working fluid by taking into account the similarity of the copper 20 ℃ water viscosity 15 × 10 - was used as the air 20 ℃ having a 6 m 2 / s. Voltage and mass flow rates were given for the inlet and outlet boundary conditions, respectively. For the wall condition, the adhesive condition was used, and the stage method, which is a method of transferring properties by averaging the exit flow of the rotor in the circumferential direction, was applied as a method for treating the stator-to-wing interface.

도 6 (b)는 본 발명의 수치해석에 사용한 격자계의 예를 나타낸 것이다. 입구배관, 임펠러와 디퓨저 영역에 대해 육면체 격자로 구성하였으며, 고체 경계면 근처 첫 격자점의 y +를 1.2 이하로 유지하여 저 레이놀즈수(low-Reynolds number) SST 난류모델이 적용되도록 하였다. 격자의 수가 수치 해에 영향을 미치지 않는 격자계의 확보를 위해 격자의존성 테스트를 수행하였다. Figure 6 (b) shows an example of a lattice system used in the numerical analysis of the present invention. It consists of a hexahedral grid for the inlet piping, impeller and diffuser areas, and maintains the y + of the first lattice point near the solid interface below 1.2, so that a low-Reynolds number SST turbulence model is applied. A lattice dependence test was performed to secure a lattice system that did not affect the number of lattices.

도 7은 디퓨저 출구에서의 피치(pitch) 방향 평균 전압 분포를 나타낸 것으로, 77, 142 그리고 230만개의 격자 계를 사용하여 얻은 결과에 대해 비교하였다. 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이 142만개와 230만 개의 격자 계의 해석 결과는 비교적 큰 차이가 없기 때문에 해석 시간의 경제성의 확보를 위해 142만개의 격자계를 추후 해석에 일괄 적용할 격자계로 선정하였다.7 shows the average voltage distribution in the pitch direction at the exit of the diffuser, and the results obtained using 77, 142 and 2.3 million grating systems were compared. As can be seen in FIG. 7, since the results of the analysis of 1.42 million and 2.3 million grid systems do not differ significantly, 1.42 million grid systems were selected as grid systems to be collectively applied to future analysis in order to secure economic time of analysis.

연속 방정식과 운동량 방정식의 잔차(residual)가 10-4 이하이며, 해석 반복횟수 100번 당 성능함수의 변화 0.3% 이하가 되는 것을 수치해의 수렴 조건으로 사용하였다. Intel i7 2.67 GHz CPU가 장착된 PC를 사용하여 병렬계산을 수행한 결과 평균적으로 비교예 1(FDV)의 경우에는 3시간 30분, 비교예 2(PHDV)와 비교예 3(PTDV)은 8시간 그리고 실시예 1(PSDV)은 14시간 20분 가량 소요되었다.Residuals of continuous equations and momentum equations were 10 -4 or less, and changes in the performance function per analysis number of 100 times were 0.3% or less. As a result of performing parallel calculation using a PC equipped with an Intel i7 2.67 GHz CPU, on average, 3 hours and 30 minutes for Comparative Example 1 (FDV), 8 hours for Comparative Example 2 (PHDV) and Comparative Example 3 (PTDV) And Example 1 (PSDV) took about 14 hours and 20 minutes.

- 성능 함수-Performance function

부분 디퓨저 베인의 배열에 따른 수력성능의 정량적인 평가를 위해 본 연구에서는 다음과 같이 유량계수(Φ), 양정계수(ψ), 효율(η) 그리고 디퓨저 압력회복계수(C P,d )를 다음과 같이 정의하였다. For quantitative evaluation of hydraulic performance according to the arrangement of the partial diffuser vanes, the flow coefficient ( Φ ), lift coefficient ( ψ ), efficiency ( η ) and diffuser pressure recovery coefficient ( C P,d ) are as follows It was defined as

<수학식 1><Equation 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

<수학식 2><Equation 2>

Figure pat00002
Figure pat00002

<수학식 3><Equation 3>

Figure pat00003
Figure pat00003

<수학식 4><Equation 4>

Figure pat00004
Figure pat00004

(상기 수학식 1 내지 4에서 p, p T , Q, Τ, ω는 각각 압력, 전압력, 유량, 토크, 각속도를 나타내며, r 2 , b 2 는 각각 임펠러 출구 반지름, 임펠러 출구 폭을 나타낸다. 하첨자 1, 2, 3, 4는 임펠러 입구, 임펠러 출구, 디퓨저 입구, 디퓨저 출구를 각각 나타낸다.)(In Equations 1 to 4, p , p T , Q , Τ , and ω denote pressure, voltage, flow rate, torque, and angular velocity, respectively, and r 2 and b 2 denote impeller outlet radius and impeller outlet width, respectively. Subscripts 1, 2, 3, and 4 indicate the impeller inlet, impeller outlet, diffuser inlet, and diffuser outlet, respectively.)

디퓨저의 유효 작동 범위를 정의하기 위한 성능변수로, 압력회복계수가 최대인 지점에서의 유량과 설계 유량의 비(

Figure pat00005
) 및 압력회복계수가 0과 최대가 되는 지점에서의 유량의 차와 설계 유량의 비(
Figure pat00006
=(
Figure pat00007
-
Figure pat00008
)/
Figure pat00009
)를 정의하였다.Performance variable to define the effective operating range of the diffuser, the ratio of the flow rate to the design flow rate at the point where the pressure recovery coefficient is the maximum (
Figure pat00005
) And the ratio of the flow rate to the design flow rate at the point where the pressure recovery coefficient becomes 0 and the maximum (
Figure pat00006
=(
Figure pat00007
-
Figure pat00008
)/
Figure pat00009
).

- 결과 분석-Result analysis

도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 대한 양정계수와 효율의 곡선들을 비교한 것으로, 비교예 1(FDV)의 경우 Φ/Φ d=0.7 부근에서 최고 효율을 나타내며, 최고 효율점을 전후로 급격하게 감소하는 경향을 보인다. 비교예 2(PHDV), 비교예 3(PTDV) 및 실시예 1(PSDV)의 경우 Φ/Φ d=1.0 부근에서 최고 효율을 나타내며, 0.6<Φ/Φ d<1.4의 넓은 범위에서 완만한 기울기와 함께 높은 효율을 가짐을 확인할 수 있다. 양정계수의 경우 비교예 1(FDV)은 Φ/Φ d<0.7에서 큰 값을 보이며 이후 급격한 기울기로 감소하는 것을 확인할 수 있고, 비교예 2(PHDV), 비교예 3(PTDV) 및 실시예 1(PSDV)은 Φ/Φ d>0.7에서 비교예 1보다 큰 값을 보이며 유량이 증가함에 따라 완만한 기울기로 감소하는 것을 확인할 수 있다.8 is a comparison of the efficiency curves for Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 and the efficiency curves, and in Comparative Example 1 (FDV), shows the highest efficiency in the vicinity of Φ / Φ d = 0.7, and the highest efficiency point. It tends to decrease rapidly before and after. Comparative Example 2 (PHDV), Comparative Example 3 (PTDV) and Example 1 (PSDV) show the highest efficiency in the vicinity of Φ / Φ d =1.0, and a gentle slope over a wide range of 0.6< Φ / Φ d <1.4 It can be seen that it has a high efficiency. In the case of the positive head coefficient, Comparative Example 1 (FDV) shows a large value at Φ / Φ d <0.7, and then it can be confirmed that it decreases with a steep slope, Comparative Example 2 (PHDV), Comparative Example 3 (PTDV), and Example 1 (PSDV) shows a larger value than Comparative Example 1 at Φ / Φ d >0.7, and it can be seen that it decreases with a gentle slope as the flow rate increases.

도 9는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 대한 디퓨저 압력회복계수(C P ) 곡선을 비교한 것으로, 비교예 1(FDV)의 경우 Φ/Φ d=0.6에서 0.68의 높은 값을 보이나, 유량이 증가함에 따라 급격하게 감소하여 Φ/Φ d=0.95 부근에서 압력회복계수 값이 0을 나타냄으로써 더 이상 정압을 회복할 수 없는 상태에 이른다. 반면, 비교예 2(PHDV), 비교예 3(PTDV) 및 실시예 1(PSDV)의 경우 압력회복계수의 최댓값은 0.56 정도로 비교예 1(FDV)에 비해 낮은 값을 가지나, Φ/Φ d=1.8에 이르기까지 양의 디퓨저 압력회복계수 값을 가짐으로써 넓은 유량 범위에서 정압을 회복할 수 있음을 확인할 수 있다.Figure 9 is a comparison of the diffuser pressure recovery coefficient ( C P ) curve for Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, in the case of Comparative Example 1 (FDV) shows a high value of 0.68 in Φ / Φ d = 0.6, As the flow rate increases, it decreases rapidly, and the pressure recovery coefficient value is 0 near Φ / Φ d =0.95 to reach a state where no more static pressure can be recovered. On the other hand, in Comparative Example 2 (PHDV), Comparative Example 3 (PTDV) and Example 1 (PSDV), the maximum value of the pressure recovery coefficient is 0.56, which is lower than that of Comparative Example 1 (FDV), but Φ / Φ d = It can be seen that by having a positive diffuser pressure recovery coefficient value up to 1.8, it is possible to recover the static pressure over a wide flow range.

하기 표 2는 각 형상에 대한 주요 성능함수(η d , C p,d , Φ cp, max/Φ d, Φ op /Φ d) 값을 정리한 것이다. 설계유량에서의 효율(η d )의 경우 부분 디퓨저인 비교예 2(PHDV), 비교예 3(PTDV) 및 실시예 1(PSDV)이 비교예 1(FDV)에 비해 0.12 이상 높은 값을 가지는 것을 확인할 수 있고, 세가지 배열의 값의 크기는 큰 차이가 없었다. 설계유량에서의 압력회복계수(C p,d )는 비교예 1의 경우 -0.3222를 나타냄으로써 설계유량에서 큰 정압 손실이 발생하는 것을 알 수 있는 반면, 부분 디퓨저의 경우 양의 값을 가지며 이 중 실시예 1(PSDV)의 경우 0.5620으로 월등히 높은 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.Table 2 below summarizes the main performance functions ( η d , C p,d , Φ cp, max / Φ d , Φ op / Φ d ) for each shape. In the case of the efficiency ( η d ) at the design flow rate, the partial diffusers of Comparative Example 2 (PHDV), Comparative Example 3 (PTDV), and Example 1 (PSDV) have a value of 0.12 or more higher than Comparative Example 1 (FDV). As can be seen, the size of the values of the three arrays did not differ significantly. The pressure recovery coefficient ( C p,d ) at the design flow rate is -0.3222 in Comparative Example 1, indicating that a large static pressure loss occurs at the design flow rate, while the partial diffuser has a positive value, of which In the case of Example 1 (PSDV), it was confirmed that 0.5620 was a significantly higher value.

비교예 1(FDV)Comparative Example 1 (FDV) 비교예 2(PHDV)Comparative Example 2 (PHDV) 비교예 3(PTDV)Comparative Example 3 (PTDV) 실시예 1(PSDV)Example 1 (PSDV) ηη dd 0.78020.7802 0.90390.9039 0.90380.9038 0.90400.9040 CC p,dp,d -0.32222-0.32222 0.55440.5544 0.54850.5485 0.56200.5620 Φ cp, max/Φ d Φ cp, max / Φ d 0.60000.6000 1.05001.0500 1.15001.1500 0.95000.9500 Φ op /Φ d Φ op / Φ d 0.32500.3250 0.75000.7500 0.85000.8500 0.85000.8500

한편, 비교예 1(FDV)의 Φ cp, max/Φ dΦ op /Φ d 값은 각각 0.6000과 0.3250인데, 이는 압력회복계수의 기울기가 양이 되기 시작하는 지점이 0.6000으로 평가된 형상들 중 가장 작은 유량에서 압력회복계수의 기울기가 양으로 변하나, 압력회복계수가 양인 영역이 0.3250으로 타 형상들에 비해 매우 작아 평가된 형상들에 비해 상대적으로 좁은 작동 범위를 가진다. 반면, 실시예 1(PSDV)의 경우 비교예 2(PHDV)와 비교예 3(PTDV)에 비해 설계유량에서 가장 높은 효율(0.9040)을 가지며, 0.9500의 낮은 Φ cp, max/Φ d 값을 가짐으로써 저 유량 영역에서의 작동 안정성을 보이고 동시에 0.8500의 큰 Φ op /Φ d 값을 가져 상대적으로 넓은 작동 영역을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 실시예 1(PSDV)의 원심펌프가 수력성능이나 작동영역 확보에 있어 타 배열에 비해 가장 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다. On the other hand, the Φ cp, max / Φ d and Φ op / Φ d values of Comparative Example 1 (FDV) are 0.6000 and 0.3250, respectively, which are the shapes where the slope of the pressure recovery coefficient starts to be positive, evaluated to 0.6000. At the smallest flow rate, the slope of the pressure recovery coefficient changes to positive, but the area where the pressure recovery coefficient is positive is 0.3250, which is very small compared to other shapes and has a relatively narrow operating range compared to the evaluated shapes. On the other hand, Example 1 (PSDV) has the highest efficiency (0.9040) in the design flow rate compared to Comparative Example 2 (PHDV) and Comparative Example 3 (PTDV), and has a low Φ cp, max / Φ d value of 0.9500. By showing the operating stability in the low flow rate region, and having a large Φ op / Φ d value of 0.8500 at the same time, it has a relatively wide operating area. Therefore, it can be seen that the centrifugal pump of Example 1 (PSDV) according to the present invention has the best performance compared to other arrangements in securing hydraulic performance or operating area.

도 10은 비교예 1(FDV)에 대해 50% 스팬에서의 유량에 따른 디퓨저 압력회복계수 분포를 나타낸 것으로, Φ/Φ d=0.6의 경우 입구부를 제외한 영역에서 높은 압력회복계수 분포를 보이나, Φ/Φ d=0.8에서는 디퓨저 유로 내부에서 낮은 압력회복 계수를 보인다. 결국, Φ/Φ d=1.0에 이르러서는 입구부를 제외한 나머지 영역에서 낮은 압력회복을 나타내며, 특히 디퓨저 유로 초입부에서 낮은 압력회복계수 값을 보인다. 10 shows the distribution of the diffuser pressure recovery coefficient according to the flow rate at 50% span for Comparative Example 1 (FDV), in the case of Φ / Φ d = 0.6 shows a high pressure recovery coefficient distribution in the region except the inlet, Φ / Φ d = 0.8 shows a low pressure recovery coefficient inside the diffuser flow path. As a result, when Φ / Φ d =1.0, it shows a low pressure recovery in the rest of the area except the inlet, and especially a low pressure recovery coefficient value at the inlet of the diffuser flow.

도 11은 비교예 1(FDV)에 대해 50% 스팬에서의 유량에 따른 속도 벡터 분포를 나타낸 것으로, Φ/Φ d=0.6의 경우 디퓨저 베인 후연부에서 역류가 발생하기 시작하며, 유량이 증가함에 따라 디퓨저 흡입면 부근에서 역류 영역이 발달하는 것을 확인할 수 있다. 이는 디퓨저 내부 유로의 유효 면적 축소를 야기한다. 따라서 Φ/Φ d=1.0에서 확인할 수 있는 바와 같이 축소된 유로에서의 높은 유동 속도로 인해 압력을 충분히 회복시킬 수 없는 상태에 이른다(도 10 참조).Figure 11 shows the velocity vector distribution according to the flow rate at 50% span for Comparative Example 1 (FDV), in the case of Φ / Φ d = 0.6, the reverse flow begins to occur at the trailing edge of the diffuser vane, the flow rate increases Accordingly, it can be seen that a reverse flow region develops near the diffuser suction surface. This causes a reduction in the effective area of the flow path inside the diffuser. Therefore, as can be seen in Φ / Φ d = 1.0, a high flow rate in the reduced flow path leads to a state in which pressure cannot be sufficiently recovered (see FIG. 10).

도 12는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 디퓨저의 반경방향 위치에 따른 압력회복계수 분포를 나타낸 것이다. Φ/Φ d=0.6의 경우(도 12 (a)), 공통적으로 반경방향 거리가 증가함에 따라 압력회복계수도 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 비교예 1(FDV)의 경우 타 경우에 비해 1.05<r/r 2 <1.3의 영역에서 압력회복의 상승 폭이 증가하여 이후 타 경우에 비해 높은 값을 유지하며 증가하는 것을 확인할 수 있다. 부분 디퓨저(PHDV, PTDV, PSDV)의 경우 실시예 1(PSDV)이 전 구간에서 타 부분 디퓨저들에 비해 상대적으로 높은 압력회복계수를 가지는 것을 확인할 수 있다. 도 12 (b)(Φ/Φ d=1.0)에서는 비교예 1(FDV)과 부분 디퓨저의 압력회복계수 분포의 차이가 확연한 것을 확인할 수 있는데, 비교예 1(FDV)의 경우 r/r 2 =1.05 부근에서 1.3까지 급격하게 감소하고 이후 점차 증가하나 부분 디퓨저에 비해 상당히 낮은 압력회복계수 값을 가진다. 부분 디퓨저들의 경우 반경방향 위치에 따른 압력회복계수의 차이가 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 도 12 (c)는 Φ/Φ d=1.8에서의 비교예 2(PHDV), 비교예 3(PTDV), 실시예 1(PSDV)의 분포를 나타낸 것으로, 공통적으로 r/r 2 =1.25 부근에서 가장 작은 압력회복계수 값을 보이며 그 이후 점차 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 비교예 3(PTDV)의 경우 타 경우에 비해 감소폭이 상대적으로 작아 이후 구간에서도 상대적으로 높은 압력회복계수 값을 가진다.Figure 12 shows the pressure recovery coefficient distribution according to the radial position of the diffuser of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. In the case of Φ / Φ d = 0.6 (Fig. 12 (a)), it can be seen that the pressure recovery coefficient also increases as the radial distance increases in common. In the case of Comparative Example 1 (FDV), 1.05< It can be seen that in the region of r / r 2 <1.3, the rising width of the pressure recovery increases, and the value increases while maintaining a higher value than in other cases. In the case of partial diffusers (PHDV, PTDV, PSDV), it can be seen that Example 1 (PSDV) has a relatively high pressure recovery coefficient compared to other partial diffusers in all sections. In Figure 12 (b) ( Φ / Φ d = 1.0), it can be seen that the difference between the pressure recovery coefficient distribution of Comparative Example 1 (FDV) and the partial diffuser is obvious, and in Comparative Example 1 (FDV), r / r 2 = It decreases rapidly from around 1.05 to 1.3 and then increases gradually, but has a considerably lower pressure recovery coefficient value than a partial diffuser. In the case of the partial diffusers, it can be confirmed that the difference in the pressure recovery coefficient according to the radial position is not large. Figure 12 (c) shows the distribution of Comparative Example 2 (PHDV), Comparative Example 3 (PTDV), and Example 1 (PSDV) at Φ / Φ d =1.8, commonly in the vicinity of r / r 2 =1.25 It shows the smallest pressure recovery coefficient value and can be seen to increase gradually thereafter. In the case of Comparative Example 3 (PTDV), the reduction width is relatively small compared to other cases, and thus the pressure recovery coefficient value is relatively high in the subsequent section.

도 13은 r/r 2 =1.06, 1.23과 1.40에서의 피치방향 평균 유동각 분포를 나타낸 것이다. 도 13 (a)(Φ/Φ d=0.6)에서 비교예 2(PHDV)의 경우 r/r 2 값이 증가함에 따라 허브 부근에서의 유동각은 증가하나 쉬라우드 부근에서의 유동각은 음의 값을 유지하며, 반대로 비교예 3(PTDV)의 경우에는 쉬라우드 부근에서의 유동 각은 증가하나 허브 부근에서의 유동각은 음의 값을 유지한다. 이 때 음의 유동각은 유동의 역류가 발생함을 의미하며, 도 11에서 확인한 바와 같이 역류가 발생할 경우 디퓨저 내부 유로의 유효 면적이 감소하게 된다. 한편, 실시예 1(PSDV)은 입구부(r/r 2 =1.06)에서는 쉬라우드 부근에서 음의 유동 각을 가지나, r/r 2 =1.23에서 양의 값으로 바뀌며 최종적으로 스팬에 따라 일정한 유동각 분포를 나타낸다. Φ/Φ d=1.8일 때 r/r 2 의 변화에 따른 유동각 분포는 도 13 (c)와 같다. 비교예 2(PHDV)의 경우 입구부(r/r 2 =1.06)에서의 유동 각에 비해 유로 내부(r/r 2 =1.23, 1.40)에서의 유동각은 전 스팬 영역에 걸쳐 변화가 심했으며, 특히 30% 스팬 부근에서는 40°이상 감소한 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 3(PTDV)의 경우 입구부 유동각과 비교하였을 때 유로 내부에서의 유동각은 유사한 분포를 보이며, 실시예 1(PSDV)의 경우 타 경우에 비해 쉬라우드 부근에서의 유동각의 변화가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다.Figure 13 shows the average flow angle distribution in the pitch direction at r / r 2 =1.06, 1.23 and 1.40. 13 (a) ( Φ / Φ d = 0.6) in Comparative Example 2 (PHDV) r / r 2 As the value increases, the flow angle near the hub increases, but the flow angle near the shroud maintains a negative value. In contrast, in Comparative Example 3 (PTDV), the flow angle near the shroud increases, but the hub increases. The flow angle in the vicinity remains negative. At this time, the negative flow angle means that the reverse flow of the flow occurs, and as shown in FIG. 11, when the reverse flow occurs, the effective area of the flow path inside the diffuser is reduced. On the other hand, Example 1 (PSDV) has a negative flow angle in the vicinity of the shroud at the inlet ( r / r 2 =1.06), but changes to a positive value at r / r 2 =1.23 and finally flows constant according to the span. Each distribution is shown. The flow angle distribution according to the change of r / r 2 when Φ / Φ d =1.8 is as shown in Fig. 13 (c). In the case of Comparative Example 2 (PHDV), the flow angle inside the flow path ( r / r 2 =1.23, 1.40) compared to the flow angle at the inlet ( r / r 2 =1.06) was significantly changed over the entire span region. In particular, it can be seen that the reduction was over 40° in the vicinity of the 30% span. On the other hand, in Comparative Example 3 (PTDV), the flow angle inside the flow passage shows a similar distribution when compared to the inlet flow angle, and in Example 1 (PSDV), the change in the flow angle around the shroud compared to other cases It can be seen that is relatively large.

도 14는 Φ/Φ d=0.6일 때 반경방향 위치에 따른 각 단면에서의 속도 분포를 나타낸다. 비교예 2(PHDV)는 허브 부근에서 높은 속도를 나타내고, 비교예 3(PTDV)은 슈라우드 부근에서 높은 속도 분포를 나타내는 반면, 실시예 1(PSDV)은 앞의 두 경우에 비해 낮은 속도 분포를 보인다. 이는 도 13 (a)에서 설명하였던 바와 같이 디퓨저 베인이 없는 영역(비교예 2(PHDV)의 경우 슈라우드 부근, 비교예 3(PTDV)의 경우 허브 부근)에서의 역류의 발달로 인해 유효면적이 감소하여 베인 부근의 유로에서 높은 유동 속도를 가짐으로써 압력이 충분히 회복되지 못하는 것을 의미하며, 따라서 실시예 1(PSDV)의 Φ/Φ d=0.6에서의 디퓨저 압력회복계수 값이 다른 두 경우에 비해 상대적으로 큰 것으로 판단된다(도 12 (a) 참조).14 shows the velocity distribution in each cross section according to the radial position when Φ / Φ d =0.6. Comparative Example 2 (PHDV) shows a high velocity in the vicinity of the hub, Comparative Example 3 (PTDV) shows a high velocity distribution in the vicinity of the shroud, while Example 1 (PSDV) shows a lower velocity distribution than the previous two cases. . As described in FIG. 13(a), the effective area is reduced due to the development of reflux in the area without the diffuser vane (near the shroud in the case of Comparative Example 2 (PHDV) and in the hub in the case of Comparative Example 3 (PTDV)). Therefore, it means that the pressure is not sufficiently recovered by having a high flow velocity in the flow path near the vane, so the pressure recovery coefficient value of the diffuser in Example 1 (PSDV) of Φ / Φ d = 0.6 is relatively higher than the other two cases. It is judged to be large (see Fig. 12(a)).

도 15는 Φ/Φ d=1.8일 때 디퓨저 영역에서 압력회복계수가 -1인 3차원 등위면(iso-surface) 분포를 나타낸 것이다. 공통적으로 디퓨저 전연부로부터 시작된 낮은 압력분포가 디퓨저 흡입면, 상단부 그리고 유로 중간부까지 확장되어 있는 것을 확인할 수 있다. 등위면 분포의 상대적인 크기를 비교하였을 때 비교예 3(PTDV)의 경우 다른 두 경우에 비해 상대적으로 그 크기가 작은 것을 확인할 수 있다. 이는 디퓨저 입구부 유동각과 디퓨저의 위치 그리고 입사각에 따른 유동의 변화 때문으로 유추할 수 있다(도 13 (c) 참조). 비교예 3(PTDV)의 경우 입구부에서의 유동각 분포와 유동의 흐름에 따른 각도의 변화가 크지 않다. 반면, 비교예 2(PHDV)의 경우 입구 유동각에 비해 유동이 흐름에 따라 급격한 각도의 변화를 확인할 수 있는데, 이는 입구부 유동각에 비해 상대적으로 작은 허브의 디퓨저 각도로 인해 급격한 유동 변화를 야기하여 큰 유동 박리가 발생하였기 때문이고, 결국 도 12 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이 국부적인 압력회복 저하로 인해 낮은 디퓨저 압력회복계수 값을 가지는 것으로 확인된다.15 shows a three-dimensional iso-surface distribution with a pressure recovery coefficient of -1 in the diffuser region when Φ / Φ d =1.8. In common, it can be seen that the low pressure distribution starting from the leading edge of the diffuser extends to the diffuser suction surface, the upper end, and the middle of the flow path. When comparing the relative size of the isosurface distribution, it can be seen that Comparative Example 3 (PTDV) has a relatively small size compared to the other two cases. This can be inferred due to the change in flow according to the diffuser inlet flow angle, the diffuser position and the incident angle (see FIG. 13(c)). In Comparative Example 3 (PTDV), the distribution of the flow angle at the inlet and the angle change according to the flow of the flow are not large. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 (PHDV), it can be confirmed that the change of the sharp angle according to the flow compared to the inlet flow angle, which causes a rapid flow change due to the diffuser angle of the hub, which is relatively small compared to the inlet flow angle. It is because a large flow separation occurred, and as a result, as shown in FIG. 12(c), it was confirmed that the pressure recovery coefficient of the diffuser was low due to a decrease in local pressure recovery.

이와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 원심펌프는 부분 디퓨저 베인을 포함하여 설계유량 부근에서의 높은 효율을 가짐과 동시에 넓은 유량 범위에서 정압을 회복할 수 있다. 특히, 부분 디퓨저 베인을 특정 배열로 포함하는 원심펌프는 압력회복계수의 기울기가 양이 되는 시점을 효과적으로 지연시킬 수 있다.As such, the centrifugal pump provided in one aspect of the present invention includes a partial diffuser vane, has high efficiency in the vicinity of the design flow rate, and can recover static pressure in a wide flow range. In particular, a centrifugal pump including a partial diffuser vane in a specific arrangement can effectively delay the time point when the slope of the pressure recovery coefficient becomes positive.

상기에서 본 발명을 예시적으로 기술하였으며, 사용된 용어는 한정적이기보다는 설명을 위한 단어들인 것으로 의도하고자 함을 이해할 것이다. 상기의 교시내용을 고려하여 본 발명을 다양하게 변형 및 변경하는 것이 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항들의 범주 내에서, 기술 내용 내에서 구체적으로 열거한 것 외에 본 발명을 실시할 수 있음을 이해해야 한다.It will be understood that the invention has been described above by way of example, and that the terms used are intended to be words for description rather than limitation. It is possible to variously modify and change the present invention in consideration of the above teachings. Therefore, it should be understood that within the scope of the appended claims, the present invention may be practiced other than specifically listed in the description.

1000 : 원심펌프
100: 임펠러
200: 디퓨저
210: 슈라우드
211: 베인(슈라우드 측)
220 : 허브
221: 베인(허브 측)
300: 인입관
1000: centrifugal pump
100: impeller
200: diffuser
210: shroud
211: Bain (shroud side)
220: hub
221: Bain (hub side)
300: incoming tube

Claims (4)

원주 방향으로 형성된 다수개의 블레이드를 가진 임펠러; 및
상기 임펠러로부터 가스 출구 방향으로 연장 형성된 복수 개의 디퓨저를 포함하고,
적어도 1개 이상의 디퓨저는 슈라우드 측에 위치하는 베인을 포함하고,
적어도 1개 이상의 디퓨저는 허브 측에 위치하는 베인을 포함하는 원심펌프.
An impeller having a plurality of blades formed in a circumferential direction; And
It includes a plurality of diffusers formed extending from the impeller toward the gas outlet,
The at least one diffuser includes vanes located on the shroud side,
At least one diffuser is a centrifugal pump comprising a vane located on the hub side.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 디퓨저는,
슈라우드 측에 위치하는 베인을 포함하는 디퓨저 및 허브 측에 위치하는 베인을 포함하는 디퓨저가 번갈아 위치하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
According to claim 1,
The plurality of diffusers,
A centrifugal pump, characterized in that a diffuser comprising vanes located on the shroud side and a diffuser comprising vanes located on the hub side are alternately positioned.
제1항에 있어서,
상기 슈라우드 측에 위치하는 베인은 25% 내지 75%의 스팬 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
According to claim 1,
Centrifugal pump, characterized in that the vane located on the shroud side has a span height of 25% to 75%.
제1항에 있어서,
상기 허브 측에 위치하는 베인은 25% 내지 75%의 스팬 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
According to claim 1,
Centrifugal pump, characterized in that the vane located on the hub side has a span height of 25% to 75%.
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Citations (3)

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KR20010042969A (en) * 1998-04-24 2001-05-25 마에다 시게루 Mixed flow pump
JP2011089460A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Hitachi Plant Technologies Ltd Turbo type fluid machine
KR20170028367A (en) * 2014-06-24 2017-03-13 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Flow control structures for turbomachines and methods of designing the same

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