KR102379832B1 - Method for designing a propeller type micro aberration and a propeller type micro aberration designed thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법은 유체의 유동 각도를 보정하는 인렛 가이드 베인과 상기 인렛 가이드 베인으로부터 소정의 간격 이격되어 배치되고 상기 유체에 의해 회전되는 러너를 포함하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법으로, 상기 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계; 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계; 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 선정된 설계영역에서 수치해석을 수행하는 단계; 및 상기 수치해석의 결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method for designing a propeller type micro aberration and to a propeller type micro aberration designed thereby.
A propeller-type micro aberration design method according to an embodiment of the present invention includes an inlet guide vane for correcting a flow angle of a fluid and a runner spaced apart from the inlet guide vane by a predetermined distance and rotated by the fluid. A method of designing a type micro aberration, the method comprising: determining an objective function and a design variable in consideration of a shape of the propeller type micro aberration; selecting a design area for determining upper and lower limits of the design variable; combining design variables in the selected design area; determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables; performing numerical analysis in the selected design area; and searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis.

Description

프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차{Method for designing a propeller type micro aberration and a propeller type micro aberration designed thereby}A method for designing a propeller type micro aberration and a propeller type micro aberration designed thereby

본 발명은 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing a propeller type micro aberration and to a propeller type micro aberration designed thereby.

일반적으로 수차는 수력발전에서 물의 위치에너지를 기계적 에너지로 바꾸어주는 것으로, 크게 대수력과 소수력으로 나눌 수 있다. 대수력 수차는 용량이 10MW이상으로 대당 가격은 수십억에서 수백억 내외이며, 소수력 수차도 수억에서 수십억의 고가 설비이다.In general, aberration converts the potential energy of water into mechanical energy in hydroelectric power generation, and it can be largely divided into large hydropower and small hydropower. Large hydro aberrations have a capacity of 10MW or more, and the price per unit ranges from billions to tens of billions of dollars.

이러한 고가 수차임에도 불구하고 최초 구입 시에 수차의 성능인 효율을 시험할 수 있는 전문 인력 및 전용 장비의 부재로 제대로 된 제품 성능 검증을 수행하지 못하는 경향이 있다.Despite such an expensive aberration, there is a tendency that proper product performance verification cannot be performed due to the absence of professional personnel and dedicated equipment capable of testing the efficiency, which is the performance of the aberration, at the time of initial purchase.

수차는 다른 유체기계나 산업기계와 달리 유량계법, 압력시간법, 상대유량법, 열역학적방법 등 시험방법이 여러 가지가 있고 각 방법별 특성이 달라 전문가가 아니면 성능 측정 수행이 어려우며, 국내 전문 인력, 전용 장비, 시험기술 등의 부족으로 해외 제조사들의 기술 의존도가 심한 편이다. 따라서, 제조사가 제시하는 성능을 검증 없이 그대로 사용하여야 하였다. Unlike other fluid or industrial machines, there are several test methods for aberration, such as flow meter method, pressure time method, relative flow method, and thermodynamic method. Due to the lack of dedicated equipment and testing technology, foreign manufacturers are highly dependent on technology. Therefore, the performance suggested by the manufacturer had to be used as it is without verification.

이에 선진국과의 수차 기술 격차를 줄이기 위해 성능시험분석 전문가가 아니더라도 수차를 운영하고 관리하는 준전문가 수준의 인력도 수력터빈 효율시험을 진행할 수 있는 수력터빈 효율 측정 전용 장비의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, in order to reduce the aberration technology gap with advanced countries, there is a need to develop equipment for measuring hydro turbine efficiency that enables even semi-professional level personnel who operate and manage aberrations, even if they are not experts in performance test analysis, to conduct hydro turbine efficiency tests. .

지금까지 수차는 제조사가 초기 설계 시 설정한 러너를 그대로 적용하여 제작, 설치 후 추가적인 최적화 작업 없이 사용자는 수차를 운영하였다.Until now, the user operated the aberration without additional optimization after manufacturing and installation by applying the runner set by the manufacturer at the time of initial design.

하지만 실제 수차를 제작하고 현장에 설치하면, 관로나 수로 형상 또는 높이에 의한 손실 등 설계 시 가정한 값들과 차이가 많이 나기 때문에 초기설정한 러너 조합에 오차가 발생하는 문제점이 있다. 이에 따라 효율과 발전능력이 하락하여 연간 발전량이 감소하는 문제점이 있다.However, when an actual water wheel is manufactured and installed on site, there is a problem in that an error occurs in the initially set runner combination because there is a large difference from the values assumed during the design, such as loss due to the shape or height of the pipe or water channel. Accordingly, there is a problem in that the efficiency and power generation capacity are lowered, so that the annual power generation amount is decreased.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 전체 유량범위에서 수차의 효율을 향상시킬 수 있도록 수차를 설계할 수 있는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차를 제공하고자 한다.Developed based on the above technical background, an embodiment of the present invention is a design method of a propeller type micro aberration capable of designing a water wheel to improve the efficiency of the aberration over the entire flow rate range, and a propeller type designed thereby We want to provide micro-aberration.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법은 유체의 유동 각도를 보정하는 인렛 가이드 베인과 상기 인렛 가이드 베인으로부터 소정의 간격 이격되어 배치되고 상기 유체에 의해 회전되는 러너를 포함하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법으로, 상기 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계; 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계; 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 선정된 설계영역에서 수치해석을 수행하는 단계; 및 상기 수치해석의 결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, in the design method of a propeller type micro aberration according to an embodiment of the present invention, an inlet guide vane for correcting a flow angle of a fluid and a predetermined distance from the inlet guide vane are disposed, and A method of designing a propeller-type micro aberration including a runner rotated by a runner, the method comprising: determining an objective function and design parameters in consideration of a shape of the propeller-type micro aberration; selecting a design area for determining upper and lower limits of the design variable; combining design variables in the selected design area; determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables; performing numerical analysis in the selected design area; and searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis.

또한, 상기 목적함수는 전체 유량범위에서 수차의 효율(η)이고, 상기 설계 변수는 상기 목적함수에 영향을 미칠 수 있는 상기 인렛 가이드 베인과 상기 러너 사이의 거리(L), 상기 러너의 입구 각도(Beta1) 및 상기 러너의 출구 각도(Beta2)일 수 있다. In addition, the objective function is the aberration efficiency (η) over the entire flow range, and the design variables are the distance (L) between the inlet guide vane and the runner that may affect the objective function, and the inlet angle of the runner (Beta1) and the exit angle of the runner (Beta2).

또한, 상기 러너의 입구 각도(Beta1)는 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)를 포함하고, 상기 러너의 출구 각도(Beta2)는 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 포함할 수 있다. In addition, the entrance angle of the runner (Beta1) includes the entrance Hub-Span angle of the runner (Beta1_h), the entrance Mid-Span angle of the runner (Beta1_m), and the entrance Tip-Span angle of the runner (Beta1_s), The exit angle Beta2 of the runner may include an exit Hub-Span angle of the runner (Beta2_h), an exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and an exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s).

또한, 상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계에서 상기 거리(L)는 4 mm 이상 6 mm 이하이고, 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도 이상 7도 이하이며, 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도 이상 5도 이하이고, 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 -5도 이상 5도 이하이며, 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도 이상 5도 이하이고, 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 -5도 이상 5도 이하이며, 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 -5도 이상 5도 이하일 수 있다. In addition, in the step of selecting a design area for determining the upper and lower limits of the design variable, the distance (L) is 4 mm or more and 6 mm or less, and the inlet Hub-Span angle (Beta1_h) of the runner is -7 degrees or more 7 is less than or equal to, the inlet Mid-Span angle (Beta1_m) of the runner is -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the inlet Tip-Span angle (Beta1_s) of the runner is -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the exit of the runner The Hub-Span angle (Beta2_h) is -5 degrees or more and 5 degrees or less, the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m) is -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s) is It may be -5 degrees or more and 5 degrees or less.

또한, 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계에서는 상기 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 조합하여 상기 목적함수의 민감도를 파악할 수 있다. In addition, in the step of determining the major design variables that have a major effect on the objective function by the 2k factorial experimental method among the combined design variables, the distance (L), the runner's inlet Hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet Mid-Span Angle (Beta1_m), Runner's Inlet Tip-Span Angle (Beta1_s), Runner's Outlet Hub-Span Angle (Beta2_h), Runner's Outlet Mid-Span Angle (Beta2_m), and Runner's Outlet Tip-Span Angle (Beta2_s) ) to determine the sensitivity of the objective function.

또한, 상기 수치해석의 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계는 수치해석을 통해 최적의 설계 변수 값을 결정하고 최적의 형상을 결정할 수 있다. In addition, in the step of searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis, it is possible to determine the optimal value of the design variable and determine the optimal shape through the numerical analysis.

또한, 상기 설계 영역을 선정하는 단계는 상기 설계 변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the selecting of the design region may further include a boundary condition fixing step of fixing boundary conditions to determine the objective function for the design variable.

또한, 작동유체는 25도의 물로 고정될 수 있다. In addition, the working fluid can be fixed with water at 25 degrees.

또한, 상기 최적점은 상기 거리(L)는 4 mm, 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도, 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도, 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 5도, 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도, 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 5도, 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 5도 일 수 있다. In addition, the optimal point is that the distance L is 4 mm, the inlet Hub-Span angle of the runner (Beta1_h) is -7 degrees, the inlet Mid-Span angle of the runner (Beta1_m) is -5 degrees, the runner's The inlet Tip-Span angle (Beta1_s) is 5 degrees, the exit Hub-Span angle of the runner (Beta2_h) is -5 degrees, the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m) is 5 degrees, the exit Tip-Span of the runner is 5 degrees The angle Beta2_s may be 5 degrees.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차일 수 있다. On the other hand, in order to achieve the above object, the propeller type micro aberration designed by the design method of the propeller type micro aberration according to an embodiment of the present invention is the propeller type micro aberration according to any one of claims 1 to 9. It may be a propeller-type micro aberration designed by the design method of

또한, 상기 인렛 가이드 베인의 출구 Hub-Span 각도는 상기 인렛 가이드 베인의 출구 Tip-span 각도와 같거나 보다 클 수 있다. In addition, the outlet hub-span angle of the inlet guide vane may be equal to or greater than the outlet tip-span angle of the inlet guide vane.

또한, 상기 러너는 상기 인렛 가이드 베인으로부터 4mm 이상 6mm 이하 이격될 수 있다. Also, the runner may be spaced apart from the inlet guide vane by 4 mm or more and 6 mm or less.

또한, 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 동일 또는 다르게 설정될 수 있다. In addition, the inlet Hub-Span angle of the runner (Beta1_h), the inlet Mid-Span angle of the runner (Beta1_m), and the inlet Tip-Span angle of the runner (Beta1_s) may be set to be the same or different.

또한, 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 동일 또는 다르게 설정될 수 있다. In addition, the exit hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the exit mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and the exit Tip-Span angle (Beta2_s) of the runner may be set to be the same or different.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법은 수차의 효율을 향상시킬 수 있는 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 도출하여 발전량을 향상시킬 수 있다. The design method of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention can improve the amount of power generation by deriving the shape of the propeller-type micro aberration capable of improving the efficiency of the aberration.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법은 전체 유량범위에서 수차의 효율을 향상시킬 수 있는 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 도출시킬 수 있다. The design method of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention can derive the shape of the propeller-type micro aberration capable of improving the efficiency of the aberration over the entire flow rate range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 인렛 가이드 베인 및 러너의 단면 일부를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수 변화에 따른 수차의 효율 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 효율을 최대화하기 위한 것을 나타낸 것이다.
도 6은 설계 변수가 수차의 효율에 미치는 정도를 나타낸 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수 변화에 따른 수차의 출력 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 출력을 최대화하기 위한 것을 나타낸 것이다.
도 9는 설계 변수가 수차의 출력에 미치는 정도를 나타낸 것이다. 1 is a flowchart illustrating a design method of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.
2 shows a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a portion of a cross section of an inlet guide vane and a runner of the propeller type micro aberration according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing changes in aberration efficiency according to a change in design parameters of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention using a main effect plot.
5 is a diagram illustrating a method for maximizing the efficiency of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.
6 shows the degree of the design variable affecting the efficiency of the aberration.
7 is a graph showing a change in the output of an aberration according to a change in a design variable of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention using a main effects plot.
8 is a diagram illustrating a method for maximizing the output of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.
9 shows the degree of the design variable affecting the output of the aberration.

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

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a design method of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 인렛 가이드 베인과 러너를 포함하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)이다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)은 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수를 결정하는 단계(S110), 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계(S120), 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계(S130), 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계(S140), 선정된 설계영역에서 수치해석을 수행하는 단계(S150), 수치해석의 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. 1, the present invention is a design method (S100) of a propeller-type micro aberration including an inlet guide vane and a runner. And, in the design method (S100) of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention, the step (S110) of determining the objective function and the design variable in consideration of the shape of the propeller-type micro aberration, the upper and lower limits of the design variable The step of selecting a design area to be determined (S120), the step of combining design variables in the selected design area (S130), and determining the main design variables that have a major influence on the objective function by the 2k factorial experiment method among the combined design variables It may include a step (S140), a step of performing a numerical analysis in the selected design area (S150), and a step (S160) of searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis.

먼저, 도2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차에 대해 설명한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)에 대해 설명하기로 한다. First, with reference to FIG. 2 , after describing the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention, a design method ( S100 ) of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차를 나타낸 것이다. 2 shows a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차(100)는 케이싱(110), 샤프트(120), 인렛 가이드 베인(130), 러너(140)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the propeller-type micro aberration 100 according to an embodiment of the present invention may include a casing 110 , a shaft 120 , an inlet guide vane 130 , and a runner 140 .

케이싱(110)은 내부에 유체가 통과하는 유로가 형성되고, 관으로 마련될 수 있다. 여기서, 유체는 A 측으로 유입되고 B 측으로 배출될 수 있다. 즉, A측이 Inlet이고, B 측이 Outlet으로 마련될 수 있다. The casing 110 may have a flow path through which a fluid passes therein, and may be provided as a tube. Here, the fluid may be introduced to the A side and discharged to the B side. That is, the A side may be an Inlet and the B side may be provided as an Outlet.

샤프트(120)는 케이싱(110)의 내부에 배치되고 러너(140)에 의해 회전되어 유체의 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 수 있다. 인렛 가이드 베인(130)은 케이싱(110)의 내부에 고정되고 유체의 유동 각도를 보정할 수 있다. 또한, 인렛 가이드 베인의 출구 Hub-Span 각도(130B_h)는 인렛 가이드 베인의 출구 Tip-span 각도(130B_s)와 같거나 보다 클 수 있다. 여기서, Hub는 샤프트(120)측을 의미하고, Tip은 케이싱(110)측을 의미할 수 있다. 다시 말해, 인렛 가이드 베인의 출구 Hub는 인렛 가이드 베인(130) 중 샤프트(120)에 가까운 곳을 의미할 수 있다. 그리고, 인렛 가이드 베인의 출구 Tip은 인렛 가이드 베인(130) 중 케이싱(110)에 가까운 곳을 의미할 수 있다. The shaft 120 may be disposed inside the casing 110 and rotated by the runner 140 to convert the energy of the fluid into mechanical energy. The inlet guide vane 130 is fixed to the inside of the casing 110 and may correct the flow angle of the fluid. In addition, the outlet hub-span angle 130B_h of the inlet guide vane may be equal to or greater than the outlet tip-span angle 130B_s of the inlet guide vane. Here, the hub may mean the shaft 120 side, and the tip may mean the casing 110 side. In other words, the outlet hub of the inlet guide vane may refer to a location close to the shaft 120 among the inlet guide vanes 130 . Also, the exit tip of the inlet guide vane may refer to a place close to the casing 110 among the inlet guide vanes 130 .

러너(140)는 인렛 가이드 베인(130)으로부터 소정의 간격 이격되어 샤프트(120)에 연결될 수 있다. 그리고, 러너(140)는 유체에 의해 이동되어 샤프트(120)를 회전시킬 수 있다. 또한, 러너(140)는 인렛 가이드 베인(130)으로부터 4mm 이상 6mm 이하 이격될 수 있다. The runner 140 may be spaced apart from the inlet guide vane 130 by a predetermined distance and may be connected to the shaft 120 . In addition, the runner 140 may be moved by the fluid to rotate the shaft 120 . Also, the runner 140 may be spaced apart from the inlet guide vane 130 by 4 mm or more and 6 mm or less.

그리고, 러너의 입구 각도(Beta1) 및 러너의 출구 각도(Beta2)는 Hub, mid, Tip-span에서 각각 동일 또는 다르게 설정될 수 있다. In addition, the runner's entrance angle (Beta1) and the runner's exit angle (Beta2) may be set to be the same or different in the hub, mid, and tip-span, respectively.

여기서, 러너(140)의 Hub는 샤프트(120)측을 의미하고, Tip은 케이싱(110)측을 의미할 수 있다. 또한, 러너(140)의 Mid-Span은 Hub와 Tip의 중간지점일 수 있다. 다시 말해, 러너(140)의 Hub는 러너(140) 중 샤프트(120)에 가까운 곳을 의미할 수 있다. 그리고, 러너(140)의 Tip은 러너(140) 중 케이싱(110)에 가까운 곳을 의미할 수 있다. 또한, 러너(140)의 Mid-Span은 러너(140)의 중간지점일 수 있다. Here, the hub of the runner 140 may mean the shaft 120 side, and the tip may mean the casing 110 side. Also, the Mid-Span of the runner 140 may be a midpoint between the Hub and the Tip. In other words, the hub of the runner 140 may mean a location close to the shaft 120 among the runners 140 . And, the tip of the runner 140 may mean a place close to the casing 110 among the runners 140 . Also, the Mid-Span of the runner 140 may be a midpoint of the runner 140 .

그리고, 러너의 입구 각도(Beta1)는 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)를 포함할 수 있다. 또한, 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 동일 또는 다르게 설정될 수 있다. In addition, the runner entrance angle Beta1 may include the runner entrance hub-Span angle (Beta1_h), the runner entrance Mid-Span angle (Beta1_m), and the runner entrance Tip-Span angle (Beta1_s). In addition, the runner's inlet Hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet Mid-Span angle (Beta1_m), and the runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s) may be set to be the same or different.

그리고, 러너의 출구 각도(Beta2)는 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 포함할 수 있다. 또한, 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 동일 또는 다르게 설정될 수 있다. In addition, the exit angle Beta2 of the runner may include the exit Hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and the exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s). In addition, the exit hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and the exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s) may be set to be the same or different.

또한, 인렛 가이드 베인(130)과 러너(140)의 배치 및 러너(140)의 형상에 의해 프로펠러형 마이크로 수차(100)의 효율(η)이 변경될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)은 인렛 가이드 베인(130)과 러너(140) 사이의 거리(L), 러너의 입구 각도(Beta1) 및 러너의 출구 각도(Beta2)를 변경시켜 수차의 효율(η)을 향상시킬 수 있는 프로펠러형 마이크로 수차(100)를 설계할 수 있다. In addition, the efficiency η of the propeller type micro aberration 100 may be changed by the arrangement of the inlet guide vane 130 and the runner 140 and the shape of the runner 140 . And, the design method (S100) of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention is the distance (L) between the inlet guide vane 130 and the runner 140, the entrance angle of the runner (Beta1), and the exit of the runner The propeller type micro aberration 100 capable of improving the aberration efficiency η by changing the angle Beta2 may be designed.

이하에서는 수차의 효율(η) 및 수차의 출력(P)을 향상시키기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차를 설계하는 방법(S100)에 대해 설명한다. 부가적으로, 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법은 수두 2.5m, 설계 유량 12cmm, 설계 회전속도 962rpm인 조건에서 프로펠러형 마이크로 수차를 설계할 수 있다. Hereinafter, a method ( S100 ) of designing a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention in order to improve the aberration efficiency (η) and the aberration output (P) will be described. In addition, the design method of the propeller type micro aberration can design the propeller type micro aberration under the conditions of a head of 2.5 m, a design flow rate of 12 cmm, and a design rotation speed of 962 rpm.

도1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 인렛 가이드 베인과 러너를 포함하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)이다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)은 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수를 결정하는 단계(S110), 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계(S120), 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계(S130), 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계(S140), 선정된 설계영역에서 수치해석을 수행하는 단계(S150), 수치해석의 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. 1, the present invention is a design method (S100) of a propeller-type micro aberration including an inlet guide vane and a runner. And, in the design method (S100) of the propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention, the step (S110) of determining the objective function and the design variable in consideration of the shape of the propeller-type micro aberration, the upper and lower limits of the design variable The step of selecting a design area to be determined (S120), the step of combining design variables in the selected design area (S130), and determining the major design variables having a major influence on the objective function by 2k factorial experiment among the combined design variables It may include a step (S140) of performing a numerical analysis in the selected design area (S150), and a step (S160) of searching for an optimal point in the design area through the results of the numerical analysis.

본 발명의 일 실시예에 따른 목적함수 및 설계 변수 결정단계(S110)는 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수 결정할 수 있다. 그리고, 목적함수 및 설계 변수 결정단계(S110)에서는 목적함수를 최대화하기 위하여 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 결정하는 설계 변수를 선택할 수 있다. In the step S110 of determining the objective function and design variable according to an embodiment of the present invention, the objective function and the design variable may be determined in consideration of the shape of the propeller-type micro aberration. In addition, in the objective function and design variable determination step ( S110 ), a design variable for determining the shape of the propeller-type micro aberration in order to maximize the objective function may be selected.

이때, 목적함수는 수차의 효율(η)일 수 있다. 수차의 효율(η)은 유체가 인렛 가이드 베인을 통과한 후 러너에 부딪힐 때, 발생하는 유동 손실을 감소시킴으로써 향상시킬 수 있다. 즉, 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법(S100)은 수차의 효율(η)을 최대화할 수 있도록 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 결정하는 것에 목적이 있으므로 목적함수는 수차의 효율(η)일 수 있다.In this case, the objective function may be the aberration efficiency (η). The efficiency (η) of the aberration can be improved by reducing the flow losses that occur when the fluid hits the runner after passing through the inlet guide vanes. That is, since the design method (S100) of the propeller-type micro aberration aims to determine the shape of the propeller-type micro aberration to maximize the efficiency (η) of the aberration, the objective function may be the efficiency (η) of the aberration.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 목적함수인 수차의 효율(η)에 영향을 미칠 것이라 인식되는 설계 변수들은 인렛 가이드 베인과 러너 사이의 거리(L), 러너의 입구 각도(Beta1) 및 러너의 출구 각도(Beta2)일 수 있다. 그리고, 러너의 입구 각도(Beta1)는 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)를 포함할 수 있다. 또한, 러너의 출구 각도(Beta2)는 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 포함할 수 있다. 2 and 3 , in an embodiment of the present invention, the design variables recognized to affect the aberration efficiency (η), which is the objective function, are the distance (L) between the inlet guide vane and the runner, and the inlet of the runner. angle (Beta1) and exit angle of the runner (Beta2). In addition, the runner entrance angle Beta1 may include the runner entrance hub-Span angle (Beta1_h), the runner entrance Mid-Span angle (Beta1_m), and the runner entrance Tip-Span angle (Beta1_s). In addition, the exit angle (Beta2) of the runner may include the exit Hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and the exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s).

그리고, 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)에 따라 러너의 형상이 변경될 수 있다. And, the runner's inlet hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet mid-Span angle (Beta1_m), the runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s), the runner's outlet hub-Span angle (Beta2_h), the runner's outlet mid - The shape of the runner can be changed according to the span angle (Beta2_m) and the exit tip-span angle of the runner (Beta2_s).

또한, 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 상기에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. In addition, the runner's inlet hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet mid-Span angle (Beta1_m), the runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s), the runner's outlet hub-Span angle (Beta2_h), the runner's outlet mid -Span angle (Beta2_m) and exit Tip-Span angle (Beta2_s) of the runner have been described above, so a detailed description will be omitted.

또한, 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려한 설계 변수는 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.In addition, the design variables considering the shape of the propeller-type micro aberration are distance (L), the runner's inlet hub-span angle (Beta1_h), the runner's inlet mid-span angle (Beta1_m), and the runner's inlet tip-span angle (Beta1_s). , the exit hub-span angle of the runner (Beta2_h), the exit mid-span angle of the runner (Beta2_m), and the exit tip-span angle of the runner (Beta2_s), but are not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계(S120)에서는 수차의 효율(η)을 최대화하기 위해 설계 변수의 범위를 한정함으로써 적절한 설계영역을 설정할 수 있다.In the step (S120) of selecting a design area for determining upper and lower limits of a design variable according to an embodiment of the present invention, an appropriate design area can be set by limiting the range of design variables to maximize the aberration efficiency (η). there is.

설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정 단계(S120)에서는 거리(L)는 4 mm 이상 6 mm 이하이고, 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도 이상 7도 이하일 수 있다. 그리고, 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도 이상 5도 이하이고, 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 -5도 이상 5도 이하일 수 있다. 또한, 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도 이상 5도 이하이고, 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 -5도 이상 5도 이하일 수 있다. 그리고, 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 -5도 이상 5도 이하일 수 있다.In the design area selection step (S120) to determine the upper and lower limits of the design variable, the distance L is 4 mm or more and 6 mm or less, and the runner's inlet Hub-Span angle (Beta1_h) may be -7 degrees or more and 7 degrees or less. . In addition, the runner's inlet mid-span angle (Beta1_m) may be -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the runner's inlet tip-span angle (Beta1_s) may be -5 degrees or more and 5 degrees or less. In addition, the exit hub-Span angle (Beta2_h) of the runner may be -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the exit Mid-Span angle (Beta2_m) of the runner may be -5 degrees or more and 5 degrees or less. In addition, the exit Tip-Span angle (Beta2_s) of the runner may be -5 degrees or more and 5 degrees or less.

이와 같이 설계 변수와 설계영역이 결정되면 해석을 위한 최적의 격자계를 구성하게 되는데 본 발명에서는 격자의존성을 제거하기 위한 테스트를 실행할 수 있다. 또한, 격자계는 ANSYS TurboGrid를 사용하여 정렬격자계(structured grid)로 생성하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고정변수를 선정하는 단계(S120)에서는 수치해석결과의 신뢰성을 높이기 위해 격자테스트를 수행하고, 프로펠러형 마이크로 수차(100)의 경계조건을 나타낼 수 있다. 부가적으로, 프로펠러형 마이크로 수차(100)는 샤프트(120)를 기준으로 형상이 일정한 패턴을 이루므로, 패턴에 해당하는 영역을 분리하여 테스트를 수행할 수 있다.When the design variables and the design area are determined in this way, an optimal grid system for analysis is configured. In the present invention, a test for removing grid dependence can be performed. In addition, the grid system was created as a structured grid using ANSYS TurboGrid. In the step (S120) of selecting a fixed variable according to an embodiment of the present invention, a grid test may be performed to increase the reliability of the numerical analysis result, and the boundary condition of the propeller-type micro aberration 100 may be indicated. Additionally, since the propeller-type micro aberration 100 forms a uniform pattern with respect to the shaft 120 , a test may be performed by separating a region corresponding to the pattern.

또한, 프로펠러형 마이크로 수차의 비압축성 난류흐름(turbulent flow) 분석을 위해 3차원 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식을 이용할 수 있다. 난류의 흐름을 분석하기 위해 난류모델(turbulent model)은 유동박리(flow separation)의 예측에 유리한 Shear Stress Transport model을 사용할 수 있다.In addition, the three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equation can be used to analyze the incompressible turbulent flow of the propeller-type micro aberration. To analyze the flow of turbulent flow, the turbulent model can use the Shear Stress Transport model, which is advantageous for the prediction of flow separation.

그리고, 설계 영역을 선정하는 단계는 설계 변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the step of selecting the design area may further include a boundary condition fixing step of fixing a boundary condition in order to determine an objective function for the design variable.

여기서, 입구인 케이싱(110)의 Inlet(A)에서의 경계 조건은 전체 압력 101,325 [Pa] + Alpha [Pa]인 조건이고, 출구인 케이싱(110)의 Outlet(B)에서의 경계 조건은 정압 101,325 [Pa]일 수 있다. 또한, 작동유체는 상온(25도의 물로 고정될 수 있다. Here, the boundary condition at the Inlet (A) of the casing 110, which is the inlet, is a condition of total pressure 101,325 [Pa] + Alpha [Pa], and the boundary condition at the Outlet (B) of the casing 110 as the outlet is static pressure 101,325 [Pa]. In addition, the working fluid may be fixed at room temperature (25 degrees water).

상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계(S130)에서 설계 변수인 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 제어하여 목적함수가 최대가 될 수 있는 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 조합할 수 있다. In the step (S130) of combining the design variables in the selected design area, the design variable distance (L), the runner's inlet hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet mid-Span angle (Beta1_m), and the runner's inlet tip -Span angle (Beta1_s), exit hub-span angle of runner (Beta2_h), exit mid-span angle of runner (Beta2_m), and exit tip-span angle of runner (Beta2_s) can be controlled to maximize the objective function. Distance (L), runner's inlet hub-Span angle (Beta1_h), runner's inlet mid-span angle (Beta1_m), runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s), runner's outlet hub-Span angle (Beta2_h), runner You can combine the exit mid-span angle of the runner (Beta2_m) and the exit tip-span angle of the runner (Beta2_s).

본 발명의 일 실시예에서 선정된 설계 영역에서 상기 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계(S140)에서는 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하기 위해 실험계획법을 사용할 수 있다. 실험계획법은 이상변동을 가져오는 원인 중에서 중요한 원인을 적은 비용으로 선정하고 효과를 수량적으로 측정하기 위한 방법으로, 두 종류의 인자를 대상으로 하여 인자들의 효과를 개별적으로 측정할 수 있다.In the step (S140) of determining a major design variable that has a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the design variables in the design area selected in an embodiment of the present invention, the design variables are selected in the selected design area. Design of experiments can be used to combine. The design of experiment method is a method to quantitatively measure the effect by selecting important causes from among the causes of abnormal fluctuations at a low cost.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수에 의한 유동특성을 알아보기 위해 실험계획법 중 하나인 2k 요인실험법을 사용할 수 있고, 분석은 상용프로그램인 Minitab 14를 사용할 수 있다. 다시 말해, 설계 변수를 조합하는 단계는 2k 요인실험법을 통해 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수에 의한 수차의 효율(η) 변화를 알아볼 수 있다. 이를 통해 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 조합하여 목적함수의 민감도를 파악할 수 있다.In order to examine the flow characteristics due to the design variables of the propeller type micro aberration according to an embodiment of the present invention, a 2k factorial experiment method, which is one of the experimental design methods, may be used, and a commercial program Minitab 14 may be used for the analysis. In other words, in the step of combining the design variables, the change in the efficiency (η) of the aberration due to the design variables of the propeller type micro aberration can be checked through the 2k factorial experiment method. This gives the distance (L), the runner's inlet hub-span angle (Beta1_h), the runner's inlet mid-span angle (Beta1_m), the runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s), and the runner's outlet hub-span angle (Beta2_h). , the runner's exit mid-span angle (Beta2_m) and the runner's exit tip-span angle (Beta2_s) can be combined to determine the sensitivity of the objective function.

선정된 설계 변수는 2k 요인실험 및 CFD를 활용하여 설계 변수 변화에 따른 효율 및 출력 변화를 분석할 수 있다. Efficiency and output change according to the design variable change can be analyzed using the 2k factorial experiment and CFD for the selected design variable.

2k 요인실험법에 적용된 실험조건은 하기 표 1과 같다.The experimental conditions applied to the 2 k factor test method are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112020073827610-pat00003
Figure 112020073827610-pat00003

2k 요인실험법이란 k개의 인자에 대해 각각의 인자의 수준을 실험을 수행하여 각 인자의 유의성을 판정하는 방식이다. 이때, 7가지 인자의 모든 효과를 구하려면 실험의 크기를 27 = 128회로 하여 인자들의 주 효과와 교호 작용을 구해야 한다.The 2 k factor test method is a method to determine the significance of each factor by performing an experiment on the level of each factor for k factors. At this time, in order to obtain all the effects of the 7 factors, the size of the experiment should be 2 7 = 128 times, and the main effects and interactions of the factors should be obtained.

본 발명의 일 실시예에서 관심 있는 인자의 수, 실행할 수 있는 실험의 수, 비용, 시간 등을 고려하여 의미가 적은 고차의 상호작용을 교락시켜서 실험의 횟수를 적게 하는 일부실시법(fractional factorial designs)으로 2k 요인실험을 수행하였다. 본 발명의 일 실시예에서 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 설계 변수 조합 결정 단계(S130)에서는 16개의 조합된 실험점 중에서 2k 요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 설계 변수 조합을 결정한다.In one embodiment of the present invention, considering the number of factors of interest, the number of experiments that can be executed, cost, time, etc., fractional factorial designs that reduce the number of experiments by confounding high-order interactions with little meaning (fractional factorial designs) ), a 2k factor experiment was performed. In the determining step (S130) of the design variable combination that has a major influence on the objective function by the 2k factorial experiment among the combined design variables in an embodiment of the present invention, the 2k factorial experiment is used to determine the objective function among 16 combined experimental points. Determine the combination of design variables that have a major impact.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수 변화에 따른 수차의 효율(BEP) 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a change in aberration efficiency (BEP) according to a change in a design parameter of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention using a main effects plot.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 효율을 최대화하기 위한 것을 나타낸 것이다. 5 is a diagram illustrating a method for maximizing the efficiency of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.

도 6은 설계 변수가 수차의 효율에 미치는 정도를 나타낸 차트(Pareto Chart)이다. 6 is a chart (Pareto Chart) showing the degree to which design variables affect the efficiency of aberration.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 변수 변화에 따른 수차의 출력(P) 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a change in the output (P) of an aberration according to a change in a design parameter of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention using a main effects plot.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 출력을 최대화하기 위한 것을 나타낸 것이다. 8 is a diagram illustrating a method for maximizing the output of a propeller-type micro aberration according to an embodiment of the present invention.

도 9는 설계 변수가 수차의 출력에 미치는 정도를 나타낸 차트(Pareto Chart)이다. 9 is a chart (Pareto Chart) showing the degree to which the design variable affects the output of the aberration.

설계 변수가 압력 손실에 미치는 영향을 주 효과도표(Main effects plot)를 이용하여 7개 인자의 주 영향력을 분석하였다. 주 효과도표의 분석결과를 종합하면, 설계 변수가 수차의 효율(η), 수차의 출력(P)에 영향을 주는 정도를 알 수 있으며, 특히, 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)가 수차의 효율(η), 수차의 출력(P)에 큰 영향을 준다. 즉, 러너의 출구 각도(Beta2)를 제어함으로써 수차의 효율(η), 수차의 출력(P)을 향상시킬 수 있다. The main effects of 7 factors were analyzed using a main effects plot on the effect of design variables on pressure loss. Combining the analysis results of the main effect chart, it is possible to know the degree to which the design variables affect the aberration efficiency (η) and the aberration output (P). The exit mid-span angle (Beta2_m) of the runner and the exit tip-span angle of the runner (Beta2_s) have a great influence on the aberration efficiency (η) and the aberration output (P). That is, by controlling the exit angle Beta2 of the runner, the aberration efficiency (η) and the aberration output (P) can be improved.

이때, 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 증가할수록 수차의 효율, 수차의 출력이 향상될 수 있다. 그리고, 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 감소할수록 수차의 효율(η), 수차의 출력(P)이 향상될 수 있다. At this time, as the runner inlet Tip-Span angle (Beta1_s), the runner outlet Mid-Span angle (Beta2_m), and the runner exit Tip-Span angle (Beta2_s) increase, the aberration efficiency and the aberration output can be improved. And, as the distance (L), the runner's inlet Hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet Mid-Span angle (Beta1_m), and the runner's outlet Hub-Span angle (Beta2_h) decrease, the aberration efficiency (η), aberration The output P of may be improved.

또한, 압력손실에 영향을 주는 설계 변수는 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 거리(L), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h) 순으로 수차의 효율(η), 수차의 출력(P)에 영향을 줄 수 있다.In addition, the design variables that affect the pressure loss are the runner's outlet tip-span angle (Beta2_s), the runner's outlet mid-span angle (Beta2_m), the runner's outlet hub-span angle (Beta2_h), and the runner's inlet tip-span angle (Beta2_h). Angle (Beta1_s), distance (L), runner's inlet mid-span angle (Beta1_m), and runner's inlet hub-Span angle (Beta1_h), in order, affect the efficiency of the aberration (η) and the output (P) of the aberration. can

본 발명의 일 실시예에서 선정된 설계 영역에서 수치해석을 수행하는 단계(S150)는 복수개의 실험점에서 수치 해석을 통해 목적함수 값을 얻을 수 있다. 또한, 프로펠러형 마이크로 수차(100)의 내부 유동특성은 수치해석(Computational fluid dynamics)을 활용하여 분석할 수 있다. 이때 프로펠러형 마이크로 수차(100)의 내부 유동해석은 상용 3차원 점섬유체 해석 프로그램인 ANSYS CFX-17.1를 통해 해석할 수 있다. 부가적으로, 상기 설계 변수들에 따른 수차의 효율(η)과 수차의 출력(P)은 다음과 같이 도출될 수 있다. In an embodiment of the present invention, performing numerical analysis in the selected design area ( S150 ) may obtain an objective function value through numerical analysis at a plurality of experimental points. In addition, the internal flow characteristics of the propeller-type micro aberration 100 may be analyzed using computational fluid dynamics. At this time, the internal flow analysis of the propeller-type micro aberration 100 can be analyzed through ANSYS CFX-17.1, a commercial three-dimensional point fiber body analysis program. Additionally, the efficiency (η) of the aberration and the output (P) of the aberration according to the design parameters can be derived as follows.

(1) η = 85.1 - 0.0110Beta1_h - 0.0241Beta1_m + 0.0308Beta1_s - 0.0354Beta2_h + 0.0856Beta2_m + 0.152Beta2_s - 0.135L (1) η = 85.1 - 0.0110Beta1_h - 0.0241Beta1_m + 0.0308Beta1_s - 0.0354Beta2_h + 0.0856Beta2_m + 0.152Beta2_s - 0.135L

(2) P = 2533 - 0.66Beta1_h - 1.40Beta1_m + 1.13 Beta1_s - 2.26Beta2_h + 1.20Beta2_m + 4.92Beta2_s - 3.93L (2) P = 2533 - 0.66Beta1_h - 1.40Beta1_m + 1.13 Beta1_s - 2.26Beta2_h + 1.20Beta2_m + 4.92Beta2_s - 3.93L

본 발명의 일 실시예에서 수치해석의 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계(S160)에서는 수치해석을 수행하는 단계에서 얻어진 결과를 토대로 하여 설계영역에서 최적점을 탐색한다. In an embodiment of the present invention, in the step of searching for the optimum point in the design domain through the result of the numerical analysis ( S160 ), the optimum point is searched for in the design domain based on the result obtained in the step of performing the numerical analysis.

그리고, 최적점은 거리(L)는 4 mm, 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도, 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도, 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 5도, 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도, 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 5도, 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 5도 일 수 있다. 또한, 최적점에서의 프로펠러형 마이크로 수차는 전체 유량범위에서 수차의 효율(η) 및 출력(P)이 향상될 수 있다. And, the optimal point is the distance (L) of 4 mm, the runner's inlet hub-span angle (Beta1_h) is -7 degrees, the runner's inlet mid-span angle (Beta1_m) is -5 degrees, and the runner's inlet tip-span angle is -5 degrees. (Beta1_s) is 5 degrees, the exit hub-span angle of the runner (Beta2_h) is -5 degrees, the exit mid-span angle of the runner (Beta2_m) is 5 degrees, and the exit tip-span angle of the runner (Beta2_s) is 5 degrees can In addition, in the propeller-type micro aberration at the optimum point, the efficiency (η) and output (P) of the aberration can be improved in the entire flow rate range.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the following claims. Those in the technical field to which it belongs will readily understand.

100 : 프로펠러형 마이크로 수차
110 : 케이싱 120 : 샤프트
130 : 인렛 가이드 베인 140 : 러너
L : 거리 Beta1 : 러너의 입구 각도
Beta1_h : 러너의 입구 Hub-Span 각도 Beta1_m : 러너의 입구 Mid-Span 각도
Beta1_s : 러너의 입구 Tip-Span 각도 Beta2 : 러너의 출구 각도
Beta2_h : 러너의 출구 Hub-Span 각도 Beta2_m : 러너의 출구 Mid-Span 각도
Beta2_s : 러너의 출구 Tip-Span 각도 100: propeller type micro aberration
110: casing 120: shaft
130: inlet guide vane 140: runner
L: Distance Beta1: Entrance angle of the runner
Beta1_h : The runner's inlet hub-span angle Beta1_m : the runner's inlet mid-span angle
Beta1_s : the runner's inlet tip-span angle Beta2 : the runner's exit angle
Beta2_h : Exit Hub-Span Angle of Runner Beta2_m : Exit Mid-Span Angle of Runner
Beta2_s : Runner's exit Tip-Span angle

Claims (14)

유체의 유동 각도를 보정하는 인렛 가이드 베인과 상기 인렛 가이드 베인으로부터 소정의 간격 이격되어 배치되고 상기 유체에 의해 회전되는 러너를 포함하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법으로서,
상기 프로펠러형 마이크로 수차의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계 변수를 결정하는 단계;
상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계;
상기 선정된 설계 영역에서 상기 설계 변수를 조합하는 단계;
상기 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계;
상기 선정된 설계영역에서 수치해석을 수행하는 단계; 및
상기 수치해석의 결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함하고,
상기 목적함수는 전체 유량범위에서 수차의 효율(η)이고, 상기 설계 변수는 상기 목적함수에 영향을 미칠 수 있는 상기 인렛 가이드 베인과 상기 러너 사이의 거리(L), 상기 러너의 입구 각도(Beta1) 및 상기 러너의 출구 각도(Beta2)이며,
상기 러너의 입구 각도(Beta1)는 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)를 포함하고,
상기 러너의 출구 각도(Beta2)는 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 포함하며,
상기 설계 영역을 선정하는 단계는 상기 설계 변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함하고,
작동유체는 25도의 물로 고정되며,
상기 수차의 효율(η)은
η = 85.1 - 0.0110Beta1_h - 0.0241Beta1_m + 0.0308Beta1_s - 0.0354Beta2_h + 0.0856Beta2_m + 0.152Beta2_s - 0.135L 이고,
상기 수차의 효율(η)이 최적화되는 최적점에서 상기 거리(L)는 4 mm, 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도, 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도, 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 5도, 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도, 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 5도, 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 5도 인 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법. A design method of a propeller-type micro aberration comprising: an inlet guide vane for correcting a flow angle of a fluid; and a runner spaced apart from the inlet guide vane by a predetermined distance and rotated by the fluid,
determining an objective function and design parameters in consideration of the shape of the propeller-type micro aberration;
selecting a design area for determining upper and lower limits of the design variable;
combining the design variables in the selected design area;
determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables;
performing numerical analysis in the selected design area; and
Including the step of searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis,
The objective function is the aberration efficiency (η) over the entire flow range, and the design variables are the distance (L) between the inlet guide vane and the runner that can affect the objective function, the entrance angle of the runner (Beta1) ) and the exit angle of the runner (Beta2),
The entrance angle of the runner (Beta1) includes the entrance Hub-Span angle of the runner (Beta1_h), the entrance Mid-Span angle of the runner (Beta1_m), and the entrance Tip-Span angle of the runner (Beta1_s),
The exit angle of the runner (Beta2) includes the exit Hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m), and the exit Tip-Span angle of the runner (Beta2_s),
The step of selecting the design area further includes a boundary condition fixing step of fixing boundary conditions to determine the objective function for the design variable,
The working fluid is fixed with water at 25 degrees,
The aberration efficiency (η) is
η = 85.1 - 0.0110Beta1_h - 0.0241Beta1_m + 0.0308Beta1_s - 0.0354Beta2_h + 0.0856Beta2_m + 0.152Beta2_s - 0.135L,
At the optimum point where the aberration efficiency (η) is optimized, the distance (L) is 4 mm, the inlet Hub-Span angle of the runner (Beta1_h) is -7 degrees, and the inlet Mid-Span angle (Beta1_m) of the runner is -5 degrees, the inlet Tip-Span angle of the runner (Beta1_s) is 5 degrees, the outlet Hub-Span angle of the runner (Beta2_h) is -5 degrees, the exit Mid-Span angle of the runner (Beta2_m) is 5 degrees, The design method of the propeller type micro aberration where the exit Tip-Span angle (Beta2_s) of the runner is 5 degrees. 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역을 선정하는 단계에서 상기 거리(L)는 4 mm 이상 6 mm 이하이고, 상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h)는 -7도 이상 7도 이하이며, 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m)는 -5도 이상 5도 이하이고, 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 -5도 이상 5도 이하이며, 상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h)는 -5도 이상 5도 이하이고, 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m)는 -5도 이상 5도 이하이며, 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 -5도 이상 5도 이하인 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법. According to claim 1,
In the step of selecting the design area for determining the upper and lower limits of the design variable, the distance (L) is 4 mm or more and 6 mm or less, and the inlet Hub-Span angle (Beta1_h) of the runner is -7 degrees or more and 7 degrees or less and the runner's inlet Mid-Span angle (Beta1_m) is -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the runner's inlet Tip-Span angle (Beta1_s) is -5 or more and 5 degrees or less, and the runner's outlet Hub- Span angle (Beta2_h) is -5 degrees or more and 5 degrees or less, the exit Mid-Span angle (Beta2_m) of the runner is -5 degrees or more and 5 degrees or less, and the exit Tip-Span angle (Beta2_s) of the runner is -5 A design method of a propeller-type micro aberration with a degree greater than or equal to 5 degrees. 제1 항에 있어서,
상기 조합된 설계 변수 중에서 2k 요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계에서는 상기 거리(L), 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m), 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s), 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)를 조합하여 상기 목적함수의 민감도를 파악하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법. According to claim 1,
In the step of determining the major design variables that have a major impact on the objective function by the 2 k factorial experiment method among the combined design variables, the distance (L), the runner's inlet Hub-Span angle (Beta1_h), the runner's inlet Mid- Set the span angle (Beta1_m), the runner's inlet tip-span angle (Beta1_s), the runner's outlet hub-span angle (Beta2_h), the runner's outlet mid-span angle (Beta2_m), and the runner's outlet tip-span angle (Beta2_s). A design method of a propeller-type micro aberration to determine the sensitivity of the objective function in combination. 제1 항에 있어서,
상기 수치해석의 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계는 수치해석을 통해 최적의 설계 변수 값을 결정하고 최적의 형상을 결정하는 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법.According to claim 1,
The step of searching for an optimal point in the design area through the result of the numerical analysis is a design method of a propeller type micro aberration that determines an optimal design variable value and an optimal shape through a numerical analysis. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항, 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 프로펠러형 마이크로 수차의 설계 방법에 의하여 설계된 프로펠러형 마이크로 수차.A propeller type micro aberration designed by the design method of the propeller type micro aberration according to any one of claims 1, 4 to 6. 제10 항에 있어서,
상기 인렛 가이드 베인의 출구 Hub-Span 각도는 상기 인렛 가이드 베인의 출구 Tip-span 각도와 같거나 보다 큰 프로펠러형 마이크로 수차.11. The method of claim 10,
The outlet hub-span angle of the inlet guide vane is equal to or greater than the outlet tip-span angle of the inlet guide vane. 제10 항에 있어서,
상기 러너는 상기 인렛 가이드 베인으로부터 4mm 이상 6mm 이하 이격된 프로펠러형 마이크로 수차.11. The method of claim 10,
The runner is a propeller-type micro aberration spaced apart from the inlet guide vane by 4 mm or more and 6 mm or less. 제10 항에 있어서,
상기 러너의 입구 Hub-Span 각도(Beta1_h), 상기 러너의 입구 Mid-Span 각도(Beta1_m) 및 상기 러너의 입구 Tip-Span 각도(Beta1_s)는 동일 또는 다르게 설정되는 프로펠러형 마이크로 수차.11. The method of claim 10,
A propeller-type micro aberration in which the inlet Hub-Span angle of the runner (Beta1_h), the inlet Mid-Span angle of the runner (Beta1_m) and the inlet Tip-Span angle of the runner (Beta1_s) are set to be the same or different. 제10 항에 있어서,
상기 러너의 출구 Hub-Span 각도(Beta2_h), 상기 러너의 출구 Mid-Span 각도(Beta2_m) 및 상기 러너의 출구 Tip-Span 각도(Beta2_s)는 동일 또는 다르게 설정되는 프로펠러형 마이크로 수차.11. The method of claim 10,
A propeller-type micro aberration in which the outlet Hub-Span angle of the runner (Beta2_h), the outlet Mid-Span angle of the runner (Beta2_m) and the outlet Tip-Span angle of the runner (Beta2_s) are set to be the same or different.
KR1020200087762A 2020-07-15 2020-07-15 Method for designing a propeller type micro aberration and a propeller type micro aberration designed thereby KR102379832B1 (en)

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KR101808077B1 (en) * 2016-08-16 2018-01-18 한국생산기술연구원 Design metod of volute for centrifugal and mixed flow pump for improving performance, volute of centrifugal and mixed flow pump designed by the method and centrifugal and mixed flow pump having the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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김진우 외 5명, "실험계획법(2k 요인시험)을 활용한 날개각의 변화가 엇회전 펌프수차의 효율에 미치는 영향에 관한 연구", 신재생에너지 13(1),(2017.3.31.)*
서준원 외 5명, "사류펌프 임펠러 중간스팬의 날개분포변화에 따른 성능특성에 관한 수치해석적 연구", 2014 한국유체기계학회 학술대회 논문집,(2014.11.30.)*

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