KR20230072650A - 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법 - Google Patents

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마상범
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뜩엥 느엔
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 유동방향으로 입구 가이드 베인이 구비된 축류펌프의 설계를 통해 탈설계점을 포함한 전반적으로 수력학적 성능이 향상된 축류펌프를 설계하는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법은, 블레이드를 구비하는 임펠러, 임펠러의 후단 측에 형성되어 임펠러를 통과하여 배출되는 유체를 가이드하는 디퓨저베인을 구비하는 출구가이드부, 및 임펠러의 전단 측에 형성되어 임펠러의 전단으로 유동하는 유체를 가이드하는 입구가이드베인을 구비하는 입구가이드부를 포함하는 축류펌프의 설계방법에 있어서, 입구가이드베인의 형상을 고려하여 목적함수를 설정하는 제1단계; 설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 제2단계; 설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 제3단계; 및 설계변수의 값을 변화시키면서 목적함수의 값 변화를 도출하는 제4단계를 포함한다.

Description

가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법 {A METHOD OF DESIGNING AN AXIAL-FLOW PUMP WITH GUIDE VANES}
본 발명은 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유동방향으로 입구 가이드 베인이 구비된 축류펌프의 설계를 통해 탈설계점을 포함한 전반적으로 수력학적 성능이 향상된 축류펌프를 설계하는 기술에 관한 것이다.
축류펌프는 저양정 대유량의 수송용으로 원심 및 사류펌프보다 비속도가 높으며, 토출된 물은 임펠러에 의해 축방향으로 평행하게 흐르는 펌프이다. 원심 및 사류펌프의 임펠러와 다르게 축류펌프의 임펠러의 자오면은 허브 및 쉬라우드의 입/출구 반경이 축방향으로 동일하게 설계됨으로써, 저양정 대유량 이송용으로 이용되고 있다.
이와 같은 저양정 대유량 이송용으로 이용되는 축류펌프는, 상시 운전을 수행하기 때문에, 부하조건의 변화에 따라 효율 변화가 상이하므로, 에너지 절감을 위하여 탈설계점에서도 효율을 높이는 설계가 필수적일 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-2012172호(발명의 명칭: 셀프 크리닝 기능을 갖는 백스윕 임펠러의 설계방법, 이 설계방법에 의해 제작된 백스윕 임펠러, 및 백스윕 임펠러를 구비한 수중축류펌프)에서는, 회전축이 연결되는 허브와 상기 허브를 중심으로 복수 개의 블레이드가 원주방향으로 이격되어 형성되는 셀프 크리닝 기능을 갖는 백스윕 임펠러의 설계방법에 있어서, 상기 백스윕 임펠러의 형상변수와 목적함수를 설정하는 단계, 상기 형상변수의 범위를 설정하는 설계영역 설정단계, 상기 설계영역 설정단계에서 설정된 상기 형상변수의 범위를 기초하여 LHS기법에 의해 목적함수를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 목적함수를 기초하여 RSA기법에 의해 형상변수의 최적값을 선택하는 단계를 포함하는 설계방법이 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-2012172호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유동방향으로 입구 가이드 베인이 구비된 축류펌프의 설계를 통해 탈설계점을 포함한 전반적으로 수력학적 성능이 향상된 축류펌프를 제공하는 것이다.
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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 블레이드를 구비하는 임펠러, 상기 임펠러의 후단 측에 형성되어 상기 임펠러를 통과하여 배출되는 유체를 가이드하는 디퓨저베인을 구비하는 출구가이드부, 및 상기 임펠러의 전단 측에 형성되어 상기 임펠러의 전단으로 유동하는 유체를 가이드하는 입구가이드베인을 구비하는 입구가이드부를 포함하는 축류펌프의 설계방법에 있어서, 상기 입구가이드베인의 형상을 고려하여 목적함수를 설정하는 제1단계; 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 제2단계; 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 제3단계; 및 상기 설계변수의 값을 변화시키면서 상기 목적함수의 값 변화를 도출하는 제4단계를 포함하고, 상기 제2단계는, 상기 입구가이드베인과 상기 임펠러 및 상기 디퓨저베인 각각의 3차원 형상을 생성하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1단계 또는 상기 제2단계에서, 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 전양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 1000 내지 1300 Ns일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1단계에서, 상기 목적함수는 전양정(Ht)과 출력(kW) 및 효율(ηt)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 설계변수는, 상기 입구가이드베인의 날개각인 가이드베인날개각일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가이드베인날개각은, 곡률을 구비하는 상기 입구가이드베인에서 상기 입구가이드베인 전단에 대해 상기 입구가이드베인 후단의 하나 이상의 지점이 각이동하여 상기 입구가이드베인이 휘어진 각도일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 입구가이드베인이 한 방향으로 일정하게 휘어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 입구가이드베인이 비틀어지면서 휘어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계는, 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a단계; 및 상기 입구가이드베인과 상기 블레이드 및 상기 디퓨저베인 각각에 대한 격자 수(nodes)를 설정하는 제3b단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3a단계는, 상기 블레이드의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-1단계; 상기 블레이드와 상기 입구가이드베인의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-2단계; 및 상기 블레이드와 상기 입구가이드베인 및 상기 디퓨저베인의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-3단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계에서는, 삼차원 비압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 이용하여 수치해석을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계에서는, 상기 입구가이드베인과 상기 임펠러 및 상기 디퓨저베인 각각을 통과하는 유체에 대한 난류유동 해석을 수행할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 입구가이드베인을 소정의 형상으로 형성시켜 입구가이드베인의 날개각과 임펠러의 블레이드에 대한 유체의 유동각의 차이인 영각을 맞춰주어, 축류펌프의 임펠러에서 발생하는 손실 저감을 통해, 수력학적 성능이 향상된 축류펌프를 제공하는 것이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러, 입구가이드부 및 출구가이드부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러, 입구가이드부 및 출구가이드부의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량에 따른 각각의 수치 변화에 대한 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드와 입구가이드베인의 익형 및 그에 따른 속도 삼각형에 대한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입구가이드부, 임펠러 및 출구가이드부 통과하는 유체의 유동해석을 위한 계산영역에 대한 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입구가이드베인, 임펠러 및 디퓨저베인 각각에 대한 격자 의존성 테스트를 위한 계산영역에 대한 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러, 입구가이드베인 및 디퓨저베인 각각의 격자 수 결정에 대한 표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 효율 변화 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 출력 변화 그래프이다.
도 12와 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 정적양정 변화 그래프이다.
도 15는 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 유동각 분포에 대한 이미지이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프 내 압력 분포에 대한 이미지이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유량에 따른 축류펌프 내 유체의 유동 라인에 대한 이미지이다.
도 18과 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유량에 따른 축류펌프 내 유체의 압력 분포에 대한 이미지이다.
도 20 내지 22 각각은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드의 각 스팬별 정압 변화에 대한 그래프이다.
도 23 내지 도 25 각각은 본 발명의 각 실시 예에 따른 입구가이드부, 임펠러 및 출구가이드부 결합체의 정면도와 측면도이다.
도 26은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화를 나타낸 그래프이다.
도 27은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 정적양정 변화를 나타낸 그래프이다.
도 28은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 29는 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 30은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 유속 분포에 대한 이미지이다.
도 31은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 압력 분포에 대한 이미지이다.
도 32는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드의 50% 스팬에서 유체의 정압 변화에 대한 그래프이다.
도 33은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드의 각 스팬에서의 유동각에 대한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 단면 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러(200), 입구가이드부(100) 및 출구가이드부(300)의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러(200), 입구가이드부(100) 및 출구가이드부(300)의 측면도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 축류펌프는, 블레이드(210)를 구비하는 임펠러(200), 임펠러(200)의 후단 측에 형성되어 임펠러(200)를 통과하여 배출되는 유체를 가이드하는 디퓨저베인(310)을 구비하는 출구가이드부(300), 및 임펠러(200)의 전단 측에 형성되어 임펠러(200)의 전단으로 유동하는 유체를 가이드하는 입구가이드베인(110)을 구비하는 입구가이드부(100)를 포함한다.
임펠러(200)는, 유체에 유동압을 제공하는 블레이드(210), 블레이드(210)의 내측 단부와 결합하여 블레이드(210)를 지지하는 임펠러허브(220) 및, 블레이드(210)의 외측 단부와 결합하여 블레이드(210)를 지지하는 임펠러쉬라우드를 구비할 수 있다. 또한, 출구가이드부(300)는 상기와 같은 디퓨저베인(310) 및, 디퓨저베인(310)과 결합하여 디퓨저베인(310)을 고정 지지하는 디퓨저허브(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 입구가이드부(100)는 상기와 같은 입구가이드베인(110) 및, 입구가이드베인(110)과 결합하여 입구가이드베인(110)을 고정 지지하는 입구가이드허브(120)를 구비할 수 있다.
여기서, 임펠러(200)는 회전을 수행하여 유체에 유동압을 제공할 수 있으며, 유체가 유입되는 측인 임펠러(200)의 전방에 형성된 입구가이드부(100)는 고정되게 형성되고, 유체가 배출되는 측인 임펠러(200)의 후방에 형성된 출구가이드부(300)도 고정되게 형성될 수 있다.
그리고, 블레이드(210)는 길이 방향 중심선을 기준으로 비틀어져 곡면을 구비하는 형상으로 형성될 수 있고, 디퓨저베인(310)도 길이 방향 중심선을 기준으로 비틀어져 곡면을 구비하는 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 축류펌프는, 유체가 통과하는 내부 공간을 구비하고 입구가이드부(100)와 임펠러(200) 및 출구가이드부(300)가 내부 공간에 형성된 케이스부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 케이스부는, 임펠러(200)가 설치되고 유체가 통과하는 공간을 제공하는 임펠러케이스(420), 입구가이드부(100)가 설치되고 유체가 통과하는 공간을 제공하는 입구케이스(410) 및, 출구가이드부(300)가 설치되고 유체가 통과하는 공간을 제공하는 출구케이스(430)를 구비할 수 있다.
입구케이스(410)로 유입된 유체는 입구가이드베인(110)에 의해 가이드되어 층류의 형태도 임펠러(200)로 유동할 수 있으며, 입구케이스(410)를 통과하여 임펠러케이스(420)로 유입된 유체는 임펠러(200)의 회전에 의해 유동압을 제공받아 펌핑되고, 임펠러케이스(420)를 통과한 유체는 출구케이스(430)로 유입되어 디퓨저베인(310)에 의해 가이드되어 난류가 억제되면서 배출될 수 있다.
이하, 본 발명의 설계방법에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 제1단계에서, 입구가이드베인(110)의 형상을 고려하여 목적함수를 설정할 수 있다. 목적함수는 전양정(Ht)과 출력(kW) 및 효율(ηt)일 수 있다. 이와 같은 목적함수에 관련된 각각의 수치는 축류펌프의 설계 시 요구되는 사양일 수 있으며, 여기서, 유량(Q) 및 전양정(Ht)은 임펠러(200)가 회전하는 동안 기본적으로 만족해야 하는 사양일 수 있다.
그리고, 효율(ηt)은 주어진 유량과 전양정에서 고효율이 되도록 축류펌프가 설계될 수 있으며, 본 발명에서는, 입구가이드베인(110)의 설계에 따른 축류펌프의 효율을 목적함수로 할 수 있으며, 유량(Q) 및 전양정(Ht)도 마찬가지로 입구가이드베인(110)의 설계에 따른 목적함수로 될 수 있다.
비속도는 설계 사양인 유량(Q), 전양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 비속도는 1000 내지 1300 Ns일 수 있다. 이와 같은 사항은 제2단계에서도 마찬가지이다.
비속도는 무차원수로서, 유량(Q), 전양정(Ht), 및 회전수(N)의 관계식에 의하여 펌프의 종류를 나타낼 수 있고, 따라서, 본 발명의 일 실시 예에서 펌프는 축류펌프이며, 이에 따라, 상기와 같이 비속도 범위가 형성될 수 있다.
상기된 제1단계 수행 후 제2단계에서는, 설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정할 수 있다. 그리고, 입구가이드베인(110)과 임펠러(200) 및 디퓨저베인(310) 각각의 3차원 형상을 생성하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 설계변수의 설정을 위해, 축류펌프의 다른 사양은 고정적으로 설정할 수 있다. 구체적으로, 상기된 케이스부 각 부위의 수치, 입구가이드부(100)와 출구가이드부(300) 및 임펠러(200) 각각의 각 부위의 수치에 대한 사항은 사전에 설정될 수 있다. 여기서, 입구가이드베인(110)과 관련하여 하기에서 가이드베인날개각을 변수로 설정하므로, 가이드베인날개각은 고정적인 설정에서 제외할 수 있다.
구체적으로, 블레이드(210)의 수는 4개, 입구가이드베인(110)의 수는 4개, 디퓨저베인(310)의 수는 7개로 설정되는 것과 같이 수치로 한정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량에 따른 각각의 수치 변화에 대한 표이다.
도 4와 도 5의 그래프와 표의 도출을 위해, 사전에 평면을 구비하는 입구가이드베인(110)인 평면형 입구가이드베인(113)을 구비하는 참고용 축류펌프에 대한 수치해석을 수행할 수 있으며, 여기서, 삼차원 비압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 이용한 수치해석을 수행할 수 있다.
도 4에서, 좌측 세로축은 양정(Head)에 대한 것이고, 우측 세로축은 효율(Efficiency)에 대한 것이며, 가로변은 유량(Q)에 대한 것이다. 그리고, 그래프에서, 삼각도트를 연결한 그래프는 전양정(Total head) 값에 대한 것이고, 원도트를 연결한 그래프는 정적양정(Static head)을 연결한 것이며, 사각도트를 연결한 그래프는 전효율(Total efficiency)을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 사전에 설정된 설계 사양(Desing specification)에 의한 유량(Q), 전양정(Ht) 및 출력(kW) 각각의 값과 수치해석(RANS)에 의한 유량(Q), 전양정(Ht) 및 출력(kW) 각각의 값을 비교한 표이고, 도 5의 (b)는 수치해석(RANS)에 의해서, 각각의 유량(Q)에 따른 전양정(Total Head), 정적양정(Static Head), 출력(Shaft Power) 및 전효율(Total Efficiency) 각각의 값을 나타낸 표이다.
사전에 설정된 설계 사양에서는, 본 발명의 축류펌프에 대한 유량(Q)을 7로 설정하였으며, 도 4와 도 5에서 보는 바와 같이, 유량(Q)을 7로 설정한 경우의 참고용 축류펌프의 수치해석에서 보는 바와 같이, 최고 전효율 값이 형성됨을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 설계방법은, 유량(Q)을 7에서 최고 전효율을 구현하도록 수행될 수 있다.
설계변수는, 입구가이드베인(110) 의 날개각인 가이드베인날개각일 수 있다. 가이드베인날개각은, 곡률을 구비하는 입구가이드베인(110)에서 입구가이드베인(110) 전단에 대해 입구가이드베인(110) 후단의 하나 이상의 지점 각이동하여 입구가이드베인(110)이 휘어진 각도일 수 있다.
여기서, 입구가이드베인(110)의 전단은 유체가 입구가이드부(100)로 유입되는 방향에 형성된 측의 블레이드날 부위를 의미하고, 입구가이드베인(110)의 후단은 임펠러(200)를 향하는 방향에 형성된 측의 블레이드날 부위를 의미할 수 있다. 여기서, 입구가이드베인(110)의 전단 부위의 표면은 유체의 이동 방향에 대해 평행할 수 있다.
상기와 같이 입구가이드베인(110)이 휘어짐에 따라, 임펠러(200)의 블레이드(210)에 대한 유체의 유동각과 가이드베인날개각의 차이인 영각을 맞춰줌으로써 본 발명의 축류펌프 임펠러(200)에서 발생하는 손실 저감을 통해, 전반적으로 수력학적 성능이 향상된 축류펌프의 설계가 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드(210)와 입구가이드베인(110)의 익형 및 그에 따른 속도 삼각형에 대한 모식도이다. 여기서, 도 6의 (a)는 입구가이드베인(110)이 형성되지 않은 사항에 대한 것이고, 도 6의 (b)는 평면형 입구가이드베인(113)이 형성된 사항에 대한 것이며, 도 6의 (c)는 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 사항에 대한 것이다.
도 6의 각각의 도면에서, U는 블레이드(210)의 회전 방향 벡터이고, w와 w', w" 및 w2 각각은 블레이드(210)로 유입되는 유체의 상대좌표계에 의한 유동 벡터이다. 그리고, c와 c' 및 c" 및 c2 각각은 블레이드(210)로 유체의 절대좌표계에 의한 유동 벡터이다.
β는 입구가이드베인(110) 없이 블레이드(210)로 향하는 유체의 각도이고, β'는 평면형 입구가이드베인(113)을 통과한 후 블레이드(210)로 향하는 유체의 각도이며, β"는 제1형상의 입구가이드베인(111)을 통과한 후 블레이드(210)로 향하는 유체의 각도이다.
여기서, β"는 제1형상의 입구가이드베인(111)의 가이드베인날개각일 수 있다. 그리고, c1θ, c2θ, c'1θ 및 c"1θ 각각은 β벡터와 c벡터의 사이각, w2벡터와 c2벡터의 사이각, w'와 c'의 사이각 및 w"와 c"의 사이각이다.
도 6의 벡터에 의한 해석에서 보는 바와 같이, c1θ, 및 c'1θ 보다 c"1θ이 작음을 확인할 수 있고, 이에 따라, 제1형상의 입구가이드베인(111)을 이용하는 경우 손실이 저감됨을 알 수 있으며, 본 발명의 설계방법은 이와 같은 효과를 구현하기 위함이다.
하기의 도 24에서 보는 바와 같이, 입구가이드베인(110)이 한 방향으로 일정하게 휘어질 수 있다. 이와 같은 경우에는, 입구가이드베인(110)이 비틀어지지 않고 일정하게 하나의 방향으로 휘어지는 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같은 입구가이드베인(110)을 제1형상의 입구가이드베인(111)이라고 할 수 있다.
하기의 도 25에서 보는 바와 같이, 입구가이드베인(110)이 비틀어지면서 휘어질 수 있다. 이와 같은 경우에는, 입구가이드베인(110)이 길이 방향 중심선을 기준으로 비틀어진 형상을 구비할 수 있다. 이와 같은 입구가이드베인(110)을 제2형상의 입구가이드베인(112)이라고 할 수 있다.
상기와 같이, 평면을 구비하는 입구가이드베인(110)이 설치된 참고용(Reference) 축류펌프와 비교하여, 제1형상의 입구가이드베인(111) 또는 제2형상의 입구가이드베인(112)이 설치된 본 발명의 축류펌프의 성능이 우수할 수 있고, 제2형상의 입구가이드베인(112) 보다는 제1형상의 입구가이드베인(111)의 성능이 우수할 수 있다. 이에 대해서는 하기의 입구가이드베인(110)의 형상에 따른 성능 비교에서 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입구가이드부(100), 임펠러(200) 및 출구가이드부(300) 통과하는 유체의 유동해석을 위한 계산영역에 대한 이미지이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입구가이드베인(111), 임펠러(200) 및 디퓨저베인(310) 각각에 대한 격자 의존성 테스트를 위한 계산영역에 대한 이미지이며, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임펠러(200), 입구가이드베인(110) 및 디퓨저베인(310) 각각의 격자 수 결정에 대한 표이다.
도 8의 (a)와 도 9의 (a)는 임펠러(200)만 설치된 경우에 대한 것이며, 도 8의 (b)와 도 9의 (b)는 임펠러(200)와 입구가이드베인(110)이 설치된 경우에 대한 것이고, 도 8의 (c)와 도 9의 (c)는 임펠러(200)와 입구가이드베인(110) 및 디퓨저베인(310)이 설치된 경우에 대한 것이다.
상기된 제2단계 수행 후 제3단계에서는, 설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출할 수 있다. 구체적으로, 가이드베인날개각의 변화에 따른 목적함수 값의 변화를 도출하여 펌프의 수력 성능 변화를 분석하기 위한 수치해석에 있어서, 제3단계에서는, 삼차원 비압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 이용하여 수치해석을 수행할 수 있다. 또한, 입구가이드베인(110)과 임펠러(200) 및 디퓨저베인(310) 각각을 통과하는 유체에 대한 난류유동 해석을 수행할 수 있다.
RANS방정식을 이용한 수치해석을 위해, 상용 유동해석 코드인 ANSYS CFX 19.0 등과 같은 ANSYS 프로그램을 이용할 수 있다. CFX Solver는 연속방정식을 압력 기반(pressure-based)방정식으로 변환하여 사용하고 운동량 방정식은 Algebraic multi-grid coupled solver를 이용하여 해석할 수 있다.
난류모델로는 Bardina 등에 의해 역 압력구배로 인한 유동박리의 예측 등의 난류유동 해석에 효과적인 k-ω SST(shear stress transport) 모델을 사용할 수 있다.
계산영역은 상기와 같은 케이스부, 입구가이드부(100), 출구가이드부(300) 및 임펠러(200)로 구성할 수 있으며, 회전방향의 주기조건을 이용하여 입구가이드부(100), 출구가이드부(300) 및 임펠러(200) 각 영역에 대한 해석을 수행할 수 있다.
유체로는 물을 선택할 수 있으며, 경계조건으로는 케이스부의 입구와 출구에 각각 전압과 각 구동 조건에 해당하는 질량 유량 조건을 부여할 수 있다. 회전하는 임펠러(200)와 고정된 입구가이드부(100)와 출구가이드부(300) 각각의 사이에서는 속도 혹은 전압을 원주방향으로 평균하여 해를 교환하는 방법인 stage(mixing plane) 기법을 적용할 수 있다.
전체 계산영역에 대해서는 소정의 도형의 격자계를 구성할 수 있다. 구체적으로, 전 계산영역에 육면체 격자계를 구성하고, 고체 벽면 부근에는 경계층 유동으로 인한 큰 속도 구배를 계산하기 위해 조밀한 격자를 사용하고, 블레이드(210) 근처에는 O-type 격자를 적용할 수 있다.
제3단계는, 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a단계; 및 입구가이드베인(110)과 블레이드(210) 및 디퓨저베인(310) 각각에 대한 격자 수(nodes)를 설정하는 제3b단계를 포함할 수 있다.
격자의 수나 분포가 해석 결과에 미치는 영향을 배제하기 위해 제3a단계가 수행될 수 있으며, 제3a단계는, 블레이드(210)의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-1단계; 블레이드(210)와 입구가이드베인(110)의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-2단계; 및 블레이드(210)와 입구가이드베인(110) 및 디퓨저베인(310)의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-3단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 8의 (a)와 도 9의 (a)에서 보는 바와 같이, 제3a-1단계에서는, 축류펌프 내에 임펠러(200)만 형성된 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 격자의존성 테스트를 수행할 수 있으며, 이에 따라, 각각의 격자 수에 따른 양정 값을 도출할 수 있다.
또한, 도 8의 (b)와 도 9의 (b)에서 보는 바와 같이, 제3a-2단계에서는, 축류펌프 내에 임펠러(200)와 입구가이드부(100)가 형성된 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 격자의존성 테스트를 수행할 수 있으며, 이에 따라, 각각의 양정 값에 따른 격자 수를 도출할 수 있다.
그리고, 도 8의 (c)와 도 9의 (c)에서 보는 바와 같이, 제3a-3단계에서는, 축류펌프 내에 임펠러(200)와 입구가이드부(100) 및 출구가이드부(300)가 형성된 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 격자의존성 테스트를 수행할 수 있으며, 이에 따라, 각각의 양정 값에 따른 격자 수를 도출할 수 있다.
제3b단계에서는, 제3a-1단계와 제3a-2단계 및 제3a-3단계 각각에서 도출된 데이터를 이용하여 블레이드(210), 입구가이드베인(110) 및 디퓨저베인(310) 각각의 해석을 위한 격자 수를 확정할 수 있다.
구체적으로, 제3a-1단계에서 도출된 데이터를 이용하여, 최대 양정 값(H1)인 9,286을 구현하고 GCIfine 값이 0.05미만인 0.037로 형성되는 격자 수(557,752)를 도출하여 블레이드(210)의 수치해석을 위한 격자 수로 이용할 수 있다.
또한, 제3a-2단계에서 도출된 데이터를 이용하여, 최대 양정 값(H1)인 9,319을 구현하고 GCIfine 값이 0.05미만인 0.0036으로 형성되는 격자 수(530,472)를 도출하여 블레이드(210)의 수치해석을 위한 격자 수로 이용할 수 있다.
그리고, 제3a-3단계에서 도출된 데이터를 이용하여, 최대 양정 값(H1)인 9,743을 구현하고 GCIfine 값이 0.05미만인 0.0025로 형성되는 격자 수(587,884)를 도출하여 블레이드(210)의 수치해석을 위한 격자 수로 이용할 수 있다.
상기된 제3단계 수행 후 제4단계에서는, 설계변수의 값, 즉, 가이드베인날개각을 변화시키면서 목적함수의 값 변화를 도출할 수 있다. 구체적으로, 상기와 같은 수치해석을 수행하여 테스트를 수행함으로써 가이드베인날개각의 변화 값에 따른 목적함수의 값 변화를 도출할 수 있으며, 이를 이용하여 축류펌프의 가이드베인날개각 가변시킬 수 있다.
상기와 같은 각각의 단계는, 본 발명의 설계 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 본 발명의 설계 시스템은, 목적함수, 설계변수 및 각각의 설계변수 의 범위가 입력되는 입력부; 입력부에 입력된 각각의 수치 값을 이용하여 축류펌프의 3차원 형상을 생성하고 수치해석을 수행하는 수치해석부; 및 수치해석부에서 생성된 결과 값을 이용하여 모델링을 수행하는 모델링부를 포함한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 효율 변화 그래프이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 출력 변화 그래프이며, 도 12와 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화 그래프이다. 그리고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 정적양정 변화 그래프이다.
도 10 내지 도 14에서, 원도트 그래프는 임펠러(200)(Impeller)만 설치된 축류펌프에 대한 그래프이고, 사각도트 그래프는 임펠러(200)(Impeller)와 입구가이드베인(110)(IGV)이 설치된 축류펌프에 대한 그래프이며, 삼각도트 그래프는 본 발명의 축류펌프에 대한 것이다.
도 10에서 보는 바와 같이, 4 내지 9의 유량(Q) 범위에서 안정적인 고효율의 전효율(Total efficiency)을 구현함을 확인할 수 있고, 본 발명의 축류펌프를 이용하는 가장 큰 전효율을 구현함을 확인할 수 있다.
또한, 도 11에서 보는 바와 같이, 3 내지 8의 유량(Q) 범위에서 안정적인 출력(Shaft power)를 구현함을 확인할 수 있으며, 도 12와 도 13에서 보는 바와 같이, 3 내지 8의 유량(Q) 범위에서, 본 발명의 축류펌프를 이용하는 경우 상대적으로 전양정(Total head)이 변화율이 적고, 7CMM의 유량에서는 본 발명의 축류펌프의 전양정 값이 가장 크게 형성됨을 확인할 수 있다. 그리고, 도 14에서 보는 바와 같이, 3 내지 8의 유량(Q) 범위에서 본 발명의 축류펌프의 정적양정(Static head) 값이 더 크게 형성되면서 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 축류펌프를 이용하는 경우, 소정의 유량 범위에서 각각의 수치 값의 변화율이 감소함과 동시에, 효율 및 양정의 증대를 구현할 수 있어, 축류펌프의 수력학적 성능이 향상됨을 확인할 수 있으며, 본 발명의 축류펌프에서 부하조건이 변하더라도 효율이 향상된 운전이 가능함을 확인할 수 있다.
도 15는 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 유동각 분포에 대한 이미지이다. 도 15의 (a)는 임펠러(200)만 형성된 경우에 대한 것이며, 도 15의 (b)는 임펠러(200)와 입구가이드베인(110)이 형성된 경우에 대한 것이다. 도 15에서 보는 바와 같이, 입구가이드베인(110)이 형성된 경우, 유체의 유동에 있어서 유속각 분포 편차가 감소하여 난류 발생 등이 억제됨을 확인할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류펌프 내 압력 분포에 대한 이미지이다. 도 16의 (a)는 임펠러(200)(Imp.)와 입구가이드베인(110)(IGV)이 형성된 경우에 대한 것이고, 도 16의 (b)는 본 발명의 축류펌프에 대한 것이다. 도 16에서 보는 바와 같이, 출구가이드부(300)을 통과한 후의 유체 압력이 증가하여 양정 효율이 증가함을 확인할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유량에 따른 축류펌프 내 유체의 유동 라인에 대한 이미지이다. 도 17은 본 발명의 축류펌프에 각각 다른 유량을 통과시키는 사항에 대한 것으로써, 도 17의 (a)는 3CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이고, 도 17의 (b)는 7CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이며, 도 17의 (c)는 10CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이다. 설계목표함수값인 유량 7CMM의 경우에서 난류 발생이 억제되고 유동 라인이 균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.
도 18과 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유량에 따른 축류펌프 내 유체의 압력 분포에 대한 이미지이다. 도 18과 도 19는 본 발명의 축류펌프에 각각 다른 유량을 통과시키는 사항에 대한 것이다.
도 18의 (a)는 3CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이고, 도 18의 (b)는 7CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이며, 도 18의 (c)는 10CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이다. 그리고, 도 19의 (a)는 1CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이고, 도 19의 (b)는 3CMM을 통과시키는 경우에 대한 것이다.
도 18과 도 19에서 보는 바와 같이, 설계목표함수값인 유량 7CMM의 경우에서 난류 발생이 억제되고, 유체의 유동 압력 분포에서의 편차가 감소함을 확인할 수 있다.
도 20 내지 22 각각은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드(210)의 각 스팬(span)별 정압 변화에 대한 그래프이다. 도 20은 20%스팬에 대한 것이고, 도 21은 50%스팬에 대한 것이며, 도 22는 80%스팬에 대한 것이다. 도 20 내지 도 22에서 보는 바와 같이, 유량이 1CMM인 경우보다 유량이 3CMM인 경우에 정압(Static Pressure) 변화 범위가 감소하므로, 적정 유량 범위에서 효율이 구현됨을 확인할 수 있다.
이하, 입구가이드베인(110)의 형상에 따른 성능 비교에 대해 설명하기로 한다.
상기와 같이 입구가이드베인(110)은, 제1형상의 입구가이드베인(111) 또는 제2형상의 입구가이드베인(112)으로 형성될 수 있으며, 또한, 비교를 위해 입구가이드베인(110)은 평면형 입구가이드베인(113)으로 형성될 수 있다.
도 23 내지 도 25 각각은 본 발명의 각 실시 예에 따른 입구가이드부(100), 임펠러(200) 및 출구가이드부(300) 결합체의 정면도와 측면도이다. 도 23 내지 도 25 각각에서, (a)는 정면도를 나타내고, (b)는 측면도를 나타낼 수 있다.
도 23은 평면형 입구가이드베인(113)이 형성된 경우에 대한 것이고, 도 24는 제2형상의 입구가이드베인(112)이 형성된 경우에 대한 것이며, 도 25는 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 대한 것이다. 각각의 입구가이드베인(110)의 형상에 대해서는 상기에 설명되어 있다.
도 26은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 전양정 변화를 나타낸 그래프이고, 도 27은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 정적양정 변화를 나타낸 그래프이며, 도 28은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 출력 변화를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 29는 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프의 유량 변화에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 26 내지 도 29에서, 삼각도트 그래프는 평면형 입구가이드베인(113)이 형성된 경우에 대한 것이고, 원도트 그래프는 제2형상의 입구가이드베인(112)이 형성된 경우에 대한 것이며, 사각도트 그래프는 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 대한 것이다.
도 26 내지 도 29에서 보는 바와 같이, 축류펌프로 공급된 유량(Q)에 따른 전양정(Total head), 정적양정(Static head), 출력(Shaft power) 및 전효율(Total efficiency) 각각의 성능에 있어서, 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 축류펌프에서 전반적으로 더 큰 성능 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 30은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 유속 분포에 대한 이미지이고, 도 31은 본 발명의 각 실시 예에 따른 축류펌프 내 압력 분포에 대한 이미지이다.
도 30과 도 31에서, (a)는 평면형 입구가이드베인(113)이 형성된 경우에 대한 것이고, (b)는 제2형상의 입구가이드베인(112)이 형성된 경우에 대한 것이며, (c)는 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 대한 것이다.
도 30의 (a)와 (b) 및 (c) 각각에서, 원형 점선 표시는 디퓨저베인(310)을 통과한 유체의 유동속도(velocity) 분포 칸투어(contour)를 나타내고 있으며, 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 칸투어의 면적이 감소하여 난류 발생이 억제되고 축류펌프의 효율이 증대됨을 확인할 수 있다.
그리고, 도 31의 (a)와 (b) 및 (c) 각각에서, 디퓨저베인(310)을 통과한 유체의 유동압(Absolute Pressure) 분포 칸투어(contour)를 나타내고 있으며, 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 디퓨저베인(310)을 통과한 유체의 압력이 증가하여, 양정을 증가시키고 효율이 증대되어 축류펌프의 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 32는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드(210)의 50% 스팬에서 유체의 정압(Static Pressure) 변화에 대한 그래프이고, 도 33은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드(210)의 각 스팬(Normalized span)에서의 유동각(Flow angle)에 대한 그래프이다.
도 30과 도 31에서, (a)는 평면형 입구가이드베인(113)이 형성된 경우에 대한 것이고, (b)는 제2형상의 입구가이드베인(112)이 형성된 경우에 대한 것이며, (c)는 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우에 대한 것이다.
도 31에서 보는 바와 같이, 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 축류펌프의 경우에 정압 범위가 더 넓게 형성됨을 확인할 수 있고, 도 32에서 보는 바와 같이, 제1형상의 입구가이드베인(111)이 형성된 경우 각각의 스팬에서의 유동각이 상대적으로 작게 형성됨을 확인할 수 있으며, 이에 따라, 제1형상의 입구가이드베인(111)을 이용하는 경우, 축류펌프의 효율 등의 수력학적 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
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 실시 예들은 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.
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.
100 : 입구가이드부
110 : 입구가이드베인
111 : 제1형상의 입구가이드베인
112 : 제2형상의 입구가이드베인
113 : 평면형 입구가이드베인
120 : 입구가이드허브
200 : 임펠러
210 : 블레이드
220 : 임펠러허브
300 : 출구가이드부
310 : 디퓨저베인
320 : 디퓨저허브
410 : 입구케이스
420 : 임펠러케이스
430 : 출구케이스

Claims (12)

  1. 블레이드를 구비하는 임펠러, 상기 임펠러의 후단 측에 형성되어 상기 임펠러를 통과하여 배출되는 유체를 가이드하는 디퓨저베인을 구비하는 출구가이드부, 및 상기 임펠러의 전단 측에 형성되어 상기 임펠러의 전단으로 유동하는 유체를 가이드하는 입구가이드베인을 구비하는 입구가이드부를 포함하는 축류펌프의 설계방법에 있어서,
    상기 입구가이드베인의 형상을 고려하여 목적함수를 설정하는 제1단계;
    설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 제2단계;
    설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 제3단계; 및
    상기 설계변수의 값을 변화시키면서 상기 목적함수의 값 변화를 도출하는 제4단계를 포함하고,
    상기 제2단계는, 상기 입구가이드베인과 상기 임펠러 및 상기 디퓨저베인 각각의 3차원 형상을 생성하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계 또는 상기 제2단계에서, 비속도는 설계 사양인 유량(Q), 전양정(Ht) 및 회전수(N)에 의해 결정되고, 상기 비속도는 1000 내지 1300 Ns인 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에서, 상기 목적함수는 전양정(Ht)과 출력(kW) 및 효율(ηt)인 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 설계변수는, 상기 입구가이드베인의 날개각인 가이드베인날개각인 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가이드베인날개각은, 곡률을 구비하는 상기 입구가이드베인에서 상기 입구가이드베인 전단에 대해 상기 입구가이드베인 후단의 하나 이상의 지점이 각이동하여 상기 입구가이드베인이 휘어진 각도인 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 입구가이드베인이 한 방향으로 일정하게 휘어지는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 입구가이드베인이 비틀어지면서 휘어지는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계는,
    격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a단계; 및
    상기 입구가이드베인과 상기 블레이드 및 상기 디퓨저베인 각각에 대한 격자 수(nodes)를 설정하는 제3b단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3a단계는,
    상기 블레이드의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-1단계;
    상기 블레이드와 상기 입구가이드베인의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-2단계; 및
    상기 블레이드와 상기 입구가이드베인 및 상기 디퓨저베인의 3차원 형상에 대한 격자 의존성 테스트를 수행하는 제3a-3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계에서는, 삼차원 비압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 이용하여 수치해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3단계에서는, 상기 입구가이드베인과 상기 임펠러 및 상기 디퓨저베인 각각을 통과하는 유체에 대한 난류유동 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 선택되는 어느 하나의 항의 가이드 베인을 구비하는 축류펌프 설계방법에 의해 설계된 입구가이드베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 축류펌프.
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