KR102623889B1 - Axial flow pump impeller design method using meridional shape design and blade angle distribution design to satisfy design specifications of high flow rate and high head, impeller and pump by the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계; 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및 상기 임펠러의 최적 형상과 미리 설정된 기준 임펠러를 비교하여 상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head, and to an impeller and pump designed thereby.
A method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining design specifications of the impeller; determining a specific speed of the impeller; determining design variables of the impeller; Deriving the optimal shape of the impeller; And it may include comparing the optimal shape of the impeller with a preset reference impeller to function the tendency of the design variable of the impeller according to the specific speed.
Description
본 발명은 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프에 관한 것이다. The present invention relates to a method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head, and to an impeller and pump designed thereby.
펌프는 일반 가정 및 산업에서의 유체 이송, 각종 플랜트 산업(화학, 원자력, 발전소 및 해양 플랜트 등)에 이용될 수 있다. 펌프는 작동방식에 따라서 왕복동식과 회전식인 용적형과, 원심력식인 터보형으로 분류될 수 있다. 여기서, 터보형 펌프의 형상은 요구되는 사양에 따라 형식이 분류될 수 있다. Pumps can be used for fluid transfer in general homes and industries, and in various plant industries (chemical, nuclear power, power plants, marine plants, etc.). Depending on the operation method, pumps can be classified into positive displacement type, which is reciprocating and rotary, and turbo type, which is centrifugal. Here, the shape of the turbo-type pump can be classified according to the required specifications.
펌프 사양이 저유량 및 고압을 요구되면 원심 펌프로 설계하고, 고유량 및 저압을 요구되면 축류 펌프로 설계할 수 있다. 또한, 펌프 형상은 설계 사양의 유량, 양정, 회전수로 인해 비속도가 정의되며, 비속도 및 펌프 작동 특성에 따라 원심, 사류, 축류 타입으로 구분될 수 있다. If the pump specifications require low flow and high pressure, it can be designed as a centrifugal pump, and if high flow and low pressure are required, it can be designed as an axial flow pump. In addition, the pump shape has a specific speed defined by the flow rate, head, and rotation speed of the design specifications, and can be classified into centrifugal, oblique flow, and axial flow types depending on the specific speed and pump operation characteristics.
여기서, 축류 펌프는 저양정, 고유량의 송수용으로 원심 및 사류 펌프보다 비속도가 높으며, 토출된 물은 임펠러에 의해 평행으로 흐르는 펌프이다. 그리고, 축류펌프의 임펠러의 자오면은 허브 및 쉬라우드의 입구, 출구 반경이 축방향으로 동일하게 설계하고, 임펠러의 날개각 분포는 익형설계 타입으로 설계된다. Here, the axial flow pump is a pump that has a higher specific speed than centrifugal and mixed flow pumps for low head and high flow water supply, and the discharged water flows in parallel by an impeller. In addition, the meridional surface of the impeller of the axial flow pump is designed so that the inlet and outlet radii of the hub and shroud are the same in the axial direction, and the impeller's blade angle distribution is designed as an airfoil design type.
이와 같은 종래의 축류 펌프에는 대한민국 공개실용신안 제20-1997-0002219 호 '축류식 모우터 펌프'가 있다. Such a conventional axial flow pump includes Korea Public Utility Model No. 20-1997-0002219, ‘Axial Flow Type Motor Pump’.
종래에는 요구되는 설계 사양에서 성능을 만족하는 펌프의 임펠러 형상을 도출하기 위해, 요구되는 설계 사양별로 펌프의 임펠러 최적 설계를 각각 실시하여야 하는 문제점이 있었다. In the past, in order to derive a pump impeller shape that satisfies the performance within the required design specifications, there was a problem in that the optimal design of the pump impeller had to be performed for each required design specification.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 설계 사양별로 펌프의 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법, 이에 의하여 설계된 임펠러 및 펌프를 제공하고자 한다.Developed based on the above technical background, one embodiment of the present invention is through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head that can optimize the performance of the pump impeller for each design specification. The purpose is to provide a design method for an axial flow pump impeller, and the impeller and pump designed thereby.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 펌프의 임펠러 설계 방법으로, 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계; 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계; 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및 상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is a pump impeller design method, the impeller determining design specifications; determining a specific speed of the impeller; determining design variables of the impeller; Deriving the optimal shape of the impeller; And it may include the step of functionalizing the tendency of the design variable of the impeller according to the specific speed.
또한, 상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계에서, 상기 설계 사양은 유량, 양정 및 회전수일 수 있다. Additionally, in the step of determining the design specifications of the impeller, the design specifications may be flow rate, head, and rotation speed.
또한, 상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계에서, 상기 비속도는 In addition, in the step of determining the specific speed of the impeller, the specific speed is
이고, 이때, Ns는 상기 비속도, Q는 상기 유량, H는 상기 양정, n은 상기 회전수이며, 상기 비속도는 상기 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정될 수 있다. , where Ns is the specific speed, Q is the flow rate, H is the head, and n is the rotation speed, and the specific speed can be determined by the flow rate, head, and rotation speed.
또한, 상기 비속도는 1000 ∼ 1400의 범위에서 결정될 수 있다. Additionally, the specific speed may be determined in the range of 1000 to 1400.
또한, 상기 임펠러의 날개는 5개로 마련될 수 있다. Additionally, the impeller may have five blades.
또한, 상기 임펠러의 효율은, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가질 수 있다. Additionally, the efficiency of the impeller may have a tendency for each unit section depending on the specific speed value in the specific speed range of 1000 to 1400.
또한, 상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계는, 상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 자오면을 설계하는 단계; 및 상기 임펠러의 날개각도를 표현하는 날개각을 설계하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, determining the design variables of the impeller includes designing a meridional plane representing the blade shape of the impeller; And it may include designing a blade angle representing the blade angle of the impeller.
또한, 상기 자오면을 설계하는 단계에서, 상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 날개의 허브 부분까지의 길이인 제1 길이, 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 날개의 쉬라우드 부분까지의 길이인 제2 길이를 포함할 수 있다. In addition, in the step of designing the meridional plane, the design variables of the meridional plane are a first length, which is the length from the central axis of the impeller to the hub portion of the wing, and a length from the central axis of the impeller to the shroud portion of the wing. It may include a second length.
또한, 상기 제1 길이의 상기 제2 길이에 대한 비율인 허브비는, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가질 수 있다. Additionally, the hub ratio, which is the ratio of the first length to the second length, may have a tendency for each unit section according to the specific speed value in the range of 1000 to 1400.
또한, 상기 허브비는 Y1= A1X2 - B1X + C1 이고, 이때, Y1는 상기 허브비, X는 상기 비속도, A1는 0.0000004 ∼ 0.0000005의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C1는 2 ∼ 3의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. In addition , the hub ratio is Y 1 = A 1 B 1 may be a constant determined in the range of 0.001 to 0.002, and C 1 may be a constant determined in the range of 2 to 3.
또한, 상기 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 날개각의 설계 변수는 상기 임펠러의 날개의 시위선의 길이인 시위길이, 상기 임펠러의 날개의 캠버선과 상기 임펠러의 날개의 시위선 사이의 최대 높이인 최대 캠버, 상기 임펠러의 날개의 전단으로부터 상기 최대 캠버까지의 길이인 최대 캠버의 위치까지의 거리, 자오선 대비 기울어진 각도를 포함할 수 있다. In addition, in the step of determining the design variable of the blade angle, the design variable of the blade angle is the chord length, which is the length of the chord line of the impeller blade, and the maximum distance between the camber line of the impeller blade and the chord line of the impeller blade. It may include the maximum camber, which is the height, the distance from the front end of the impeller blade to the position of the maximum camber, which is the length from the front end of the impeller blade to the maximum camber, and the tilt angle relative to the meridian.
또한, 상기 시위길이는, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 각각 단위 구간별로 경향성을 가질 수 있다. Additionally, the chord length may have a tendency for each unit section depending on the specific speed value in the specific speed range of 1000 to 1400.
상기 시위길이는 Y9=(Meridional length)/Cos(Setting angle) 이고, 이때, Y9는 상기 시위길이, Meridional length는 자오선의 길이, Setting angle은 자오선 대비 기울어진 각도일 수 있다. The chord length is Y 9 = (Meridional length)/Cos (Setting angle), where Y 9 may be the chord length, Meridional length may be the length of the meridian, and Setting angle may be the angle inclined relative to the meridian.
또한, 상기 자오선의 길이는 상기 날개의 허브에서 자오선의 길이인 허브 길이 및 상기 날개의 쉬라우드에서 자오선의 길이인 쉬라우드 길이를 포함하고, 상기 자오선 대비 기울어진 각도는 상기 날개의 허브에서 자오선 대비 기울어진 각도인 허브 각도 및 상기 날개의 쉬라우드에서 자오선 대비 기울어진 각도인 쉬라우드 각도를 포함할 수 있다. In addition, the length of the meridian includes a hub length, which is the length of the meridian at the hub of the wing, and a shroud length, which is the length of the meridian at the shroud of the wing, and the inclined angle relative to the meridian is relative to the meridian at the hub of the wing. It may include a hub angle, which is an inclined angle, and a shroud angle, which is an inclined angle relative to the meridian in the shroud of the wing.
상기 허브 길이는 Y2= A2X2 - B2X + C2 이고, 이때, Y2는 상기 허브 길이, X는 상기 비속도, A2는 0.0000003 ∼ 0.0000004의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C2는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. The hub length is Y 2 = A 2 may be a constant determined in the range of 0.001 to 0.002, and C 2 may be a constant determined in the range of 1 to 2.
상기 쉬라우드 길이는 Y3= - A3X2 - B3X + C3 이고, 이때, Y3는 상기 쉬라우드 길이, X는 상기 비속도, A3는 0.00000002 ∼ 0.00000003의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.0004 ∼ 0.0005의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. The shroud length is Y 3 = - A 3 , B 3 may be a constant determined in the range of 0.0004 to 0.0005, and C 3 may be a constant determined in the range of 1 to 2.
또한, 상기 허브 각도는 Y4= A4X2 - B4X + C4 이고, 이때, Y4는 상기 허브 각도, X는 상기 비속도, A4는 0.0000006 ∼ 0.0000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C4는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. In addition , the hub angle is Y 4 = A 4 B 4 may be a constant determined in the range of 0.001 to 0.002, and C 4 may be a constant determined in the range of 1 to 2.
상기 쉬라우드 각도는 Y5= A5X2 - B5X + C5 이고, 이때, Y5는 상기 쉬라우드 각도, X는 상기 비속도, A5는 0.000001 ∼ 0.000002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.003 ∼ 0.004의 범위에서 결정되는 상수, C5는 3 ∼ 4의 범위에서 결정되는 상수일 수 있다. The shroud angle is Y 5 = A 5 B 5 may be a constant determined in the range of 0.003 to 0.004, and C 5 may be a constant determined in the range of 3 to 4.
또한, 상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계는, 상기 임펠러의 효율인 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 및 반응표면기법에 의해 상기 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, deriving the optimal shape of the impeller includes determining key design variables that affect the design target value, which is the efficiency of the impeller; And it may include the step of identifying the conditions of optimal design variables that can optimize the design objective value by using a response surface technique.
또한, 주요 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 주요 설계 변수는 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 임펠러의 날개의 허브 부분까지의 길이인 제1 길이, 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 임펠러의 날개의 쉬라우드 부분까지의 길이인 제2 길이, 상기 임펠러의 날개의 시위선의 길이인 시위길이, 자오선 대비 기울어진 각도일 수 있다. In addition, in the step of determining the main design variables, the main design variables include a first length, which is the length from the central axis of the impeller to the hub portion of the blade of the impeller, and a shroud of the blade of the impeller from the central axis of the impeller. It may be a second length, which is the length to the part, a chord length, which is the length of the chord line of the impeller blade, and an inclined angle compared to the meridian.
또한, 상기 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 상기 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정될 수 있다. In addition, other than the main design variables, the remaining design variables can be fixed to optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and the response surface method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법에 의하여 설계된 임펠러는 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법에 의하여 설계될 수 있다. In order to achieve the above object, the impeller designed by the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is as follows: It can be designed using the axial flow pump impeller design method through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to any one of paragraph 13.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프는 제14 항에 따른 임펠러; 상기 임펠러가 내부에 설치되고 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 후방으로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱; 및 상기 임펠러에 일측부가 결합되고 구동장치에 타측부가 연결되며 상기 구동장치로부터 동력을 전달받아 상기 임펠러를 회전시키는 작동축을 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, a pump according to an embodiment of the present invention includes the impeller according to claim 14; a casing in which the impeller is installed and has an intake port formed to suck fluid toward the front of the impeller and an outlet formed to discharge the sucked fluid to the rear of the impeller; And one side is coupled to the impeller, the other side is connected to a driving device, and may include an operating shaft that rotates the impeller by receiving power from the driving device.
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 설계 사양별로 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 임펠러의 형상을 설계할 수 있다. The design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is to design the shape of the impeller that can optimize the performance of the impeller for each design specification. You can.
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 설계 변수 경향성을 이용하여 비속도별로 효율을 만족하는 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. The design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy a large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention uses the design variable tendency to design a pump impeller that satisfies efficiency for each specific speed. It can be designed.
도 1은 펌프의 분류도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법을 통해 임펠러를 도출하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 설계 변수를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 설계 변수를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 수치해석 경계조건을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법을 통해 설계된 비속도에 따른 임펠러를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 비속도에 따른 허브비를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법에 의해 설계된 임펠러의 비속도에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법의 설계 변수의 경향성을 이용하여 임펠러의 3차원 형상을 도출하는 과정을 나타낸 사례도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 이송이 가능하고 수력학적 성능이 향상되도록 날개각 분포 설계가 적용된 축류펌프 임펠러 설계 방법의 임펠러 설계 변수 결정 단계를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 이송이 가능하고 수력학적 성능이 향상되도록 날개각 분포 설계가 적용된 축류펌프 임펠러 설계 방법의 실험계획법을 이용한 임펠러의 최적화 형상 도출 단계를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a classification diagram of the pump.
Figure 2 shows a pump according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a flowchart of a design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the process of deriving an impeller through a design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows design variables of an impeller according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows design variables of an impeller according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a perspective view showing the boundary conditions of numerical analysis of an impeller according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows an impeller according to specific speed designed through a design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the hub ratio according to the specific speed of the impeller designed by the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention. .
Figure 10 is a graph showing the efficiency according to the specific speed of the impeller designed by the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 shows the three-dimensional shape of the impeller using the tendency of the design variables of the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention. This is an example showing the process.
Figure 12 shows the impeller design variable determination step of the axial flow pump impeller design method to which a blade angle distribution design is applied to enable large flow transfer and improve hydraulic performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 shows the step of deriving the optimized shape of the impeller using the design of experiment method of the axial flow pump impeller design method to which a blade angle distribution design is applied to enable large flow transfer and improve hydraulic performance according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented 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 not related to the description are omitted, and identical or similar components are given the same reference numerals throughout the specification.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1을 참고하면, 요구되는 사양에 따라 다양한 펌프가 있지만, 본 발명의 경우 그 중에서 터보 펌프에 대하여 설명하기로 한다. 터보 펌프는 비속도에 따라 원심식(Ns 100 ∼ 600), 사류식(Ns 400 ∼ 1400) 및 축류식(Ns 1200 이상)으로 분류할 수 있다. Referring to Figure 1, there are various pumps depending on the required specifications, but in the case of the present invention, the turbo pump will be described among them. Turbo pumps can be classified into centrifugal (Ns 100 ~ 600), cross-flow (Ns 400 ~ 1400), and axial flow (Ns 1200 or more) depending on the specific speed.
도 2를 참고하면, 본 발명은 익형 형상을 이용한 축류 펌프의 임펠러 설계 방법에 관한 것이다. 본 발명은 비속도와 임펠러의 설계 변수 사이에 일정한 경향성을 가지는 축류 펌프에 한정하며, 원심 펌프와 사류 펌프는 생략하기로 한다. Referring to Figure 2, the present invention relates to a method of designing an impeller of an axial flow pump using an airfoil shape. The present invention is limited to axial flow pumps with a certain tendency between specific speed and impeller design variables, and centrifugal pumps and gradient pumps will be omitted.
이하의 설명에서, 도 2에서 볼 때, 임펠러(10)쪽에서 작동축(30)쪽을 전방으로 규정하여 설명하고, 작동축(30)에서 임펠러(10)쪽을 후방으로 규정하여 설명한다. In the following description, when looking at FIG. 2, the description will be made with the impeller 10 side toward the operating shaft 30 being defined as the front, and the operating shaft 30 toward the impeller 10 being defined as the rear.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(1)는 임펠러 설계 방법에 의해 설계된 임펠러(10), 케이싱(20), 작동축(30)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the pump 1 according to an embodiment of the present invention may include an impeller 10, a casing 20, and an operating shaft 30 designed by an impeller design method.
케이싱(20)은 원통 형상으로 내부에 임펠러(10)가 설치될 수 있다. 그리고, 케이싱(20)은 임펠러(10)의 전방에 유체가 흡입되도록 흡입구(20a)가 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(20)은 임펠러(10)의 후방에 흡입된 유체가 배출되도록 배출구(20b)가 형성될 수 있다. The casing 20 has a cylindrical shape and an impeller 10 may be installed therein. Additionally, the casing 20 may have an intake port 20a formed in front of the impeller 10 to allow fluid to be sucked in. Additionally, the casing 20 may have an outlet 20b formed at the rear of the impeller 10 to discharge the sucked fluid.
임펠러(10)는 케이싱(20)의 흡입구(20a)와 배출구(20b) 사이에서 작동축(30)에 의해 고속으로 회전하면서 유체를 흡입하고 배출할 수 있다. The impeller 10 can suck in and discharge fluid while rotating at high speed between the intake port 20a and the discharge port 20b of the casing 20 by the operating shaft 30.
그리고, 도 2 및 도 5를 참고하면, 임펠러(10)는 회전축(11) 및 날개(13)를 포함할 수 있다. And, referring to FIGS. 2 and 5, the impeller 10 may include a rotation shaft 11 and wings 13.
회전축(11)은 작동축(30)에 연결될 수 있다. 그리고, 날개(13)는 회전축(11)의 외주면에 결합될 수 있다. 또한, 날개(13)에서 회전축(11)과 접촉되는 부분인 하단부는 허브이고, 날개(13)의 상단부는 쉬라우드로 규정하여 설명한다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법에 의해 설계된 임펠러(10)의 날개(13)는 5개로 마련될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. The rotation shaft 11 may be connected to the operating shaft 30. And, the wings 13 may be coupled to the outer peripheral surface of the rotation shaft 11. In addition, the lower part of the wing 13 that contacts the rotation axis 11 is defined as a hub, and the upper part of the wing 13 is defined as a shroud. In addition, the impeller 10 designed by the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is provided with five blades 13. It may be possible, but it is not limited to this.
본 발명은 비속도에 따른 축류 펌프 임펠러 형상의 경향성을 분석하기 위해, 축류 펌프 임펠러의 설계 변수를 정립하였고, 정립된 설계 변수 대상으로 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 분석하였다. In order to analyze the tendency of the axial flow pump impeller shape according to specific speed, the present invention established the design variables of the axial flow pump impeller, and analyzed the tendency of the design variables according to specific speed using the established design variables.
그리고, 선행연구로 최적 설계된 축류 펌프 펌프형상 및 선진문헌을 분석하여, 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 파악하였다. 또한, 축류 펌프 형상 및 선진문헌 기반으로 구축된 설계 변수의 경향성을 이용하여 축류 펌프 임펠러 형상을 설계하였다. 그리고, 설계 변수의 경향성을 이용하여 설계된 축류 펌프 임펠러 형상은 수치해석을 이용하여 성능을 검증하였다. 또한, 축류 펌프 임펠러의 자오면은 허브 및 쉬라우드의 입/출구 반경이 축방향으로 동일하게 설계하고, 임펠러의 날개각 분포는 익형설계 타입으로 설계된다.In addition, the optimally designed axial flow pump pump shape and advanced literature were analyzed through previous research to identify trends in design variables according to specific speed. In addition, the axial flow pump impeller shape was designed using the axial flow pump shape and the trends of design variables established based on advanced literature. In addition, the performance of the axial flow pump impeller shape designed using the trends of design variables was verified using numerical analysis. In addition, the meridional surface of the axial flow pump impeller is designed so that the inlet/outlet radii of the hub and shroud are the same in the axial direction, and the impeller's blade angle distribution is designed as an airfoil design type.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 설계 방법은 임펠러의 설계 사양 결정 단계(S10), 임펠러의 비속도 결정 단계(S20), 임펠러의 설계 변수 결정 단계(S30), 임펠러의 최적화 형상 도출 단계(S40), 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the impeller design method according to an embodiment of the present invention includes an impeller design specification determination step (S10), an impeller specific speed determination step (S20), an impeller design variable determination step (S30), and an impeller design step (S10). It may include a step of deriving an optimized shape (S40) and a step of functionalizing the tendency of the design variable according to the specific speed (S50).
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 비속도에 따라 임펠러의 자오면 형상 및 날개각도가 변화하는데, 이때 자오면 형상 및 날개각도 변화의 경향성을 파악하여 펌프의 임펠러 효율을 최적화시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head is that the meridional shape and blade angle of the impeller change depending on the specific speed. In this case, the meridional plane shape and blade angle change. By identifying trends in shape and blade angle changes, the pump's impeller efficiency can be optimized.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 임펠러의 설계 사양 결정 단계(S10)를 포함할 수 있다. 한편, 임펠러의 설계 사양 결정단계(S10)에서는 펌프(1)의 임펠러(10)를 설계할 때 요구되는 설계 사양인 유량(Q), 양정(H) 및 회전수(n)를 결정하며, 펌프(1)의 임펠러(10)를 설계할 때 요구되는 사양일 수 있다. Referring to FIG. 3, the design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention includes a step (S10) of determining design specifications of the impeller. can do. Meanwhile, in the impeller design specification determination step (S10), the flow rate (Q), head (H), and rotation speed (n), which are the design specifications required when designing the impeller (10) of the pump (1), are determined. This may be a required specification when designing the impeller 10 of (1).
이때, 유량(Q) 및 양정(H)은 축류 펌프(1)의 임펠러(10)가 회전하는 동안 기본적으로 만족해야 하는 사양이며, 회전수(n)는 모터의 사양에 따라 결정될 수 있다. At this time, the flow rate (Q) and head (H) are specifications that must be basically satisfied while the impeller 10 of the axial flow pump 1 rotates, and the rotation speed (n) can be determined according to the specifications of the motor.
한편, 효율은 주어진 유량과 양정에서 최고 효율이 되도록 펌프(1)의 임펠러(10)가 설계될 수 있다. 비속도에 따라 날개 형상 및 자오면 형상이 변화될 수 있다. Meanwhile, the impeller 10 of the pump 1 may be designed to have the highest efficiency at a given flow rate and head. The wing shape and meridional shape may change depending on the rain speed.
도 1을 참고하면, 비속도 결정 단계(S20)는 비속도를 결정하여 펌프(1)의 종류를 결정할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 펌프의 종류는 축류 펌프일 수 있다. Referring to FIG. 1, the specific speed determining step (S20) may determine the type of pump 1 by determining the specific speed, and in one embodiment of the present invention, the type of pump may be an axial flow pump.
이때, 비속도(Specific Speed, Ns)는 이하 식으로 정의된다.At this time, specific speed (Ns) is defined as the following equation.
이때, Ns는 비속도, Q는 유량(단위 : m3/min), H는 양정(단위 : m), n은 회전수(단위 : rpm)이다. At this time, Ns is the specific speed, Q is the flow rate (unit: m 3 /min), H is the head (unit: m), and n is the number of rotations (unit: rpm).
비속도는 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정될 수 있고, 무차원수로 마련될 수 있다. 다시 말해, 펌프 임펠러의 설계 사양인 유량(Q), 양정(H) 및 회전수(N)가 주어지면, 수학식1을 이용하여 비속도를 구할 수 있다. Specific speed can be determined by flow rate, head, and rotation speed, and can be provided as a dimensionless number. In other words, given the design specifications of the pump impeller, such as flow rate (Q), head (H), and rotation speed (N), the specific speed can be obtained using Equation 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 1000 ~ 1400의 범위에서 비속도가 결정될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 축류 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. In the design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention, the specific speed can be determined in the range of 1000 to 1400. In addition, the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention can design the impeller of the axial flow pump.
도 12를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 임펠러 설계 변수 결정 단계(S30)는 펌프의 임펠러의 3차원 형상을 생성하기 위해서 날개 형상을 표현하는 자오면의 설계 변수 결정 단계(S31) 및 날개각도를 표현하는 날개각의 설계 변수 결정 단계(S32)를 포함할 수 있다. 이때, 자오면은 허브의 중심선을 포함하는 임펠러의 횡단면 중 일부이다. Referring to FIG. 12, in one embodiment of the present invention, the impeller design variable determination step (S30) includes the design variable determination step (S31) of the meridional plane representing the blade shape and the blade angle to generate the three-dimensional shape of the impeller of the pump. It may include a design variable determination step (S32) of the blade angle expressing . At this time, the meridional plane is a part of the cross section of the impeller including the center line of the hub.
그리고, 축류 펌프 임펠러의 설계 변수는 자오면의 설계 변수와 날개각의 설계 변수로 각각 정립할 수 있다. In addition, the design variables of the axial flow pump impeller can be established as the design variables of the meridional plane and the design variables of the blade angle, respectively.
자오면의 설계 변수 결정 단계(S31)에서 자오면의 설계 변수는 자오면의 기본 틀을 잡기 위한 것으로, 제1 길이(Rh) 및 제2 길이(Rs)를 포함할 수 있다.In the meridian design variable determination step (S31), the meridian design variable is used to establish the basic frame of the meridional plane and may include a first length (Rh) and a second length (Rs).
제1 길이(Rh)는 임펠러의 중심축으로부터 날개의 허브까지의 길이일 수 있다. 제2 길이(Rs)는 임펠러의 중심축으로부터 날개의 쉬라우드까지의 길이일 수 있다. 이때, 제1 길이(Rh)는 임펠러의 회전축의 반경을 나타낼 수 있다. The first length (Rh) may be the length from the central axis of the impeller to the hub of the wing. The second length Rs may be the length from the central axis of the impeller to the shroud of the wing. At this time, the first length (Rh) may represent the radius of the rotation axis of the impeller.
제2 길이(Rs)는 임펠러 전체 크기를 나타낼 수 있다. 또한, 임펠러의 날개의 쉬라우드는 케이싱의 내경에 근접하므로, 제2 길이(Rs)는 케이싱의 내경을 나타낼 수 있다. 그리고, 제2 길이(Rs)를 통해 케이싱의 내부 면적을 산출하고, 제1 길이(Rh)를 통해 회전축의 면적을 산출하여, 케이싱의 내부 면적에서 회전축의 면적을 제외하여 임펠러의 입구 부분의 면적을 나타낼 수 있다. The second length (Rs) may represent the overall size of the impeller. Additionally, since the shroud of the impeller blade is close to the inner diameter of the casing, the second length Rs may represent the inner diameter of the casing. Then, the internal area of the casing is calculated through the second length (Rs), the area of the rotation axis is calculated through the first length (Rh), and the area of the rotation axis is subtracted from the internal area of the casing to determine the area of the inlet portion of the impeller. can indicate.
그리고, 제2 길이(Rs)에서 제1 길이(Rh)를 제외함으로써, 임펠러의 날개의 높이를 알 수 있다. 또한, 제1 길이(Rh)의 제2 길이(Rs)에 대한 비율인 허브비(Rh/Rs, hub ratio)를 통해 임펠러의 형상을 유추할 수 있다. And, by subtracting the first length (Rh) from the second length (Rs), the height of the impeller blades can be known. Additionally, the shape of the impeller can be inferred through the hub ratio (Rh/Rs, hub ratio), which is the ratio of the first length (Rh) to the second length (Rs).
날개각 설계 단계는 임펠러 날개의 입/출구 각도를 부드럽게 연결해주는 곡선으로 베지어 곡선 제어 방식과 고전적 곡선 제어 방식 두 가지로 정의할 수 있다.The blade angle design stage is a curve that smoothly connects the inlet/outlet angles of the impeller blades, and can be defined in two ways: Bezier curve control method and classical curve control method.
본 발명의 일 실시예에서는 베지어 곡선 제어 방식은 후술한다. 다만 본 발명의 날개각 설계 단계는 베지어 곡선 제어 방식에 한정되지는 않고 고전적 곡선 제어 방식을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the Bezier curve control method will be described later. However, the blade angle design step of the present invention is not limited to the Bezier curve control method and may further include a classical curve control method.
날개각의 설계 변수 결정 단계(S32)에서 날개각의 설계 변수는 시위길이(Chord(h,s)), 최대 캠버(Camber H), 최대 캠버의 위치까지의 거리(Camber D), 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)를 포함할 수 있다. In the blade angle design variable determination step (S32), the blade angle design variables are chord length (Chord(h,s)), maximum camber (Camber H), distance to the position of maximum camber (Camber D), and tilt relative to the meridian. A setting angle may be included.
시위길이(Chord(h,s))는 임펠러의 날개의 시위선의 길이이다. 여기서, 시위선(Chord line)은 날개의 전단부 꼭지점과 후단부 꼭지점을 직선으로 연결한 가상적인 선일 수 있다. Chord(h,s) is the length of the chord line of the impeller blade. Here, the chord line may be an imaginary line connecting the front end vertex and the rear end vertex of the wing with a straight line.
최대 캠버(Camber H)는 임펠러의 날개의 캠버선과 임펠러의 날개의 시위선 사이의 최대 높이일 수 있다. 여기서, 캠버선(Camber line)은 골격선으로, 날개 단면의 중심을 지나는 선일 수 있다. Maximum camber (Camber H) may be the maximum height between the camber line of the impeller blades and the chord line of the impeller blades. Here, the camber line is a skeleton line and may be a line passing through the center of the wing cross section.
최대 캠버의 위치까지의 거리(Camber D)는 임펠러의 날개의 전단으로부터 최대 캠버(Camber H)까지의 길이이다.The distance to the position of the maximum camber (Camber D) is the length from the front end of the impeller blade to the maximum camber (Camber H).
자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)는 날개의 각도를 의미할 수 있다. 다시 말해, 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)는 날개 면적 분포가 임펠러(10)의 회전축(11)의 중심축을 기준으로 기울어진 각을 나타낼 수 있다. The setting angle relative to the meridian may refer to the angle of the wing. In other words, the setting angle relative to the meridian may represent the angle at which the blade area distribution is inclined relative to the central axis of the rotation axis 11 of the impeller 10.
도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 실험계획법을 이용한 임펠러의 최적화 형상 도출 단계(S40)는 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계(S41), 반응표면기법에 의해 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 인자의 조건을 파악하는 단계(S42) 및 최적의 설계 변수 조건으로 반응 최적화 기법을 이용하여 임펠러의 최적화 형상을 도출하는 단계(S43)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 13, in one embodiment of the present invention, the step of deriving the optimized shape of the impeller using the design of experiment method (S40), the step of determining the main design variables affecting the design objective value (S41), and the step of determining the design objective by the response surface technique. It may include a step of identifying the conditions of optimal design factors that can optimize the values (S42) and a step of deriving the optimized shape of the impeller using a response optimization technique with optimal design variable conditions (S43).
이때, 실험계획법은 근대적 통계 해석법을 기반으로 이상 변동을 가져오는 많은 원인 중에서 중요한 원인을 적은 비용으로 선정하고 그 효과를 수량적으로 측정하는 방법이다. 그리고 동시에 두 종류 이상의 인자를 대상으로 하여 그들의 효과를 개별적으로 측정할 수 있다. At this time, the experimental design method is a method of selecting important causes among many causes of abnormal fluctuations at a low cost and measuring the effects quantitatively based on modern statistical analysis methods. And, by targeting two or more types of factors at the same time, their effects can be measured individually.
본 발명의 일 실시예에서 최적설계를 위한 수치최적화 기법으로 실험계획법의 반응표면기법(RSM, response surface method)을 사용하였다. In one embodiment of the present invention, the response surface method (RSM) of the design of experiment method was used as a numerical optimization technique for optimal design.
설계 변수에 따른 임펠러의 성능을 분석하기 위해서는 설계 목적 값을 정의해야 한다. 이때, 설계 목적 값은 임펠러의 성능을 나타내는 임펠러의 효율일 수 있다. In order to analyze the performance of an impeller according to design variables, the design objective value must be defined. At this time, the design objective value may be the efficiency of the impeller, which indicates the performance of the impeller.
2k 요인실험법이란 k개의 인자에 대해 각각의 인자의 수준을 실험을 수행하여 각 인자의 유의성을 판정하는 방식이다. 예를 들어, 3가지 인자의 모든 효과를 구하려면 실험의 크기를 8회로 하여 인자들의 주 효과와 교호작용을 구해야 한다.The 2 k factorial experiment method is a method of determining the significance of each factor by conducting an experiment on the level of each factor for k factors. For example, to find all the effects of three factors, the size of the experiment should be 8 and the main effects and interactions of the factors should be found.
주요 설계 변수 결정 단계(S41)에서, 주요 설계 변수는 제1 길이(Rh), 제2 길이(Rs), 시위길이(Chord(h,s)), 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)일 수 있다. In the main design variable determination step (S41), the main design variables may be the first length (Rh), the second length (Rs), the chord length (Chord(h,s)), and the tilt angle relative to the meridian (setting angle). there is.
그리고, 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정될 수 있다. In addition, the remaining design variables, excluding the main design variables, can be fixed to optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and response surface technique.
부가적으로, 최대 캠버의 위치까지의 거리(Camber D)는 시위길이(Chord(h,s))의 40% 내지 60%로 고정되고, 최대 캠버(Camber H)는 시위길이(Chord(h,s))의 30% 내지 50%로 고정될 수 있다. 그리고, 쉬라우드에서 날개의 최대 두께는 시위길이(Chord(s))의 4% 내지 6%로 고정되고, 허브에서 날개의 최대 두께는 시위길이(Chord(h))의 8% 내지 11%로 고정될 수 있다. Additionally, the distance to the position of the maximum camber (Camber D) is fixed at 40% to 60% of the chord length (Chord(h,s)), and the maximum camber (Camber H) is determined by the chord length (Chord(h,s) It can be fixed at 30% to 50% of s)). And, the maximum thickness of the wing at the shroud is fixed at 4% to 6% of the chord length (Chord(s)), and the maximum thickness of the wing at the hub is fixed at 8% to 11% of the chord length (Chord(h)). It can be fixed.
반응표면기법에 의해 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 인자의 조건을 파악하는 단계(S42)에서 반응표면기법은 복수의 변수 작용으로 반응이 복합적으로 나타나는 문제를 통계적으로 분석하는 방법이며, 여러 개의 설계 변수가 복합적인 작용을 함으로써 어떤 목적함수에 영향을 주고 있을 때 이러한 반응의 변화가 이루는 반응표면에 대한 통계적 분석방법이다. In the step (S42) of identifying the conditions of optimal design factors that can optimize the design objective value using the response surface technique, the response surface technique is a method of statistically analyzing problems in which responses appear complex due to the action of multiple variables, It is a statistical analysis method for the response surface formed by changes in response when several design variables influence an objective function through complex actions.
또한, 반응표면기법은 어떠한 요인들이 영향을 미치는가 뿐만 아니라 그 요인들이 어떠한 조합을 이루었을 때 가장 큰 효과를 줄 수 있는가를 추정할 수 있다.In addition, the response surface technique can estimate not only what factors have influence, but also what combination of factors can have the greatest effect.
일반적인 실험계획에서 요인들의 조합을 통한 효과의 유무를 추정한다고 하면 반응표면기법은 어떤 요인이 영향을 미치며 그 요인들이 가장 큰 효과를 보여줄 때의 식을 추정할 수 있다.In a general experiment plan, if you estimate the presence or absence of an effect through a combination of factors, the response surface technique can estimate which factors have an effect and the equation when those factors show the greatest effect.
본 발명에서 적용된 반응표면기법은 4인자 5수준의 실험으로 최적화를 수행한다. 이때 설계 변수는 자오면의 설계 변수인 제1 길이(Rh), 제2 길이(Rs), 날개각의 설계 변수인 시위길이(Chord(h,s)), 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle) 4가지로 선정하여 목적함수를 임펠러의 효율로 두고 반응 표면기법을 시행할 수 있다.The response surface technique applied in the present invention is optimized through experiments with 4 factors and 5 levels. At this time, the design variables are the first length (Rh) and second length (Rs), which are the design variables of the meridian plane, the chord length (Chord(h,s)), which is the design variable of the blade angle, and the tilt angle compared to the meridian (setting angle) 4 By selecting a branch, the response surface technique can be implemented with the objective function being the efficiency of the impeller.
본 발명의 일 실시예에서는 최적화 설계 변수 조건으로 반응 최적화 기법을 이용하여 임펠러의 최적화 형상을 도출하는 단계(S43)에서는 임펠러의 효율이 최적인 축류 펌프의 임펠러를 설계 목표값(target of design)으로 설정하였고, 목표값을 만족하는 형상을 결정하기 위하여 반응최적화(response optimization)기법을 이용하였다. In one embodiment of the present invention, in the step (S43) of deriving the optimized shape of the impeller using a response optimization technique with optimized design variable conditions, the impeller of the axial flow pump with optimal impeller efficiency is set to the target of design. was set, and a response optimization technique was used to determine a shape that satisfies the target value.
이를 통해 주요 설계 변수인 제1 길이(Rh), 제2 길이(Rs), 날개각의 설계 변수인 시위길이(Chord(h,s)), 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)가 최적화된 축류 펌프의 임펠러의 형상을 도출할 수 있다. Through this, the main design variables, the first length (Rh), the second length (Rs), the chord length (Chord(h,s)), which is the design variable of the blade angle, and the tilt angle relative to the meridian (setting angle) are optimized for axial flow. The shape of the pump's impeller can be derived.
그리고, 각 비속도별로 최적화된 축류 펌프의 임펠러의 형상에서의 설계 변수인 제1 길이(Rh), 제2 길이(Rs), 날개각의 설계 변수인 시위길이(Chord(h,s)), 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)의 수치들을 추출하여, 비속도에 따른 임펠러의 설계 변수들의 경향성을 함수화할 수 있다. In addition, the first length (Rh), the second length (Rs), which are design variables in the shape of the impeller of the axial flow pump optimized for each specific speed, and the chord length (Chord(h,s)), which is a design variable for the blade angle, By extracting the values of the setting angle relative to the meridian, the tendency of the impeller design variables according to specific speed can be functionalized.
도 8 내지 도 10을 참고하면, 본 발명에서는 비속도 1000, 1200, 1400에서의 최적화된 축류 펌프의 임펠러의 형상을 도출하고, 이 때의 설계 변수들을 추출하였다. Referring to Figures 8 to 10, in the present invention, the shape of the impeller of the optimized axial flow pump at specific speeds of 1000, 1200, and 1400 was derived, and the design variables at this time were extracted.
비속도에 따른 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계는 각 비속도별로 추출된 설계 변수들의 수치를 이용하여, 설계 변수의 경향성을 함수화할 수 있다. 설계 변수는 Ns1400급 축류펌프 임펠러 형상의 설계 변수로 무차원화 하였다.In the step of functionalizing the tendency of the design variables of the impeller according to specific speed, the tendency of the design variable can be functionalized using the numerical values of the design variables extracted for each specific speed. The design variables were non-dimensionalized as the design variables of the Ns1400 class axial flow pump impeller shape.
이를 통해, 제1 길이(Rh)의 제2 길이(Rs)에 대한 비율인 허브비(Rh/Rs)는 다음과 같은 수학식2로 도출될 수 있다. Through this, the hub ratio (Rh/Rs), which is the ratio of the first length (Rh) to the second length (Rs), can be derived from Equation 2 as follows.
여기서, Y1는 상기 허브비, X는 상기 비속도, A1는 0.0000004 ∼ 0.0000005의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C1는 2 ∼ 3의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 1 is the hub ratio , It is a constant that is determined.
바람직하게는 A1이 0.00000043, B1이 0.0017, C1이 2.2으로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 축류 펌프의 임펠러의 허브비(Rh/Rs)가 도출될 수 있다. 다시 말해, 수학식2를 통해 입력된 비속도에 따른 허브비(Rh/Rs)가 도출될 수 있고, 사용자는 허브비(Rh/Rs)를 이용하여 입력된 비속도에서 효율을 최대화시킬 수 있는 최적화된 축류 펌프의 임펠러를 용이하게 설계할 수 있다. Preferably, when A 1 is set to 0.00000043, B 1 to 0.0017, and C 1 to 2.2, the hub ratio (Rh/Rs) of the impeller of the axial flow pump optimized for each specific speed can be derived. In other words, the hub ratio (Rh/Rs) can be derived according to the input specific speed through Equation 2, and the user can maximize efficiency at the input specific speed using the hub ratio (Rh/Rs). The impeller of an optimized axial flow pump can be easily designed.
도 8, 9를 참고하면, 허브비(Rh/Rs)는 비속도가 커질수록 줄어드는 경향성을 나타낼 수 있다. Referring to Figures 8 and 9, the hub ratio (Rh/Rs) may tend to decrease as the specific speed increases.
또한, 시위길이(Chord(h,s))는 다음과 같은 수학식3으로 도출될 수 있다. Additionally, the chord length (Chord(h,s)) can be derived from Equation 3 as follows.
여기서, Y9는 시위길이(Chord(h,s))이고, Meridional length는 자오선의 길이이며, setting angle은 자오선 대비 기울어진 각도이다. Here, Y 9 is the chord(h,s), Meridional length is the length of the meridian, and setting angle is the inclined angle compared to the meridian.
그리고, 자오선의 길이(Meridional length)는 허브 길이(Meridional length(hub))와 쉬라우드 길이(Meridional length(shroud))를 포함할 수 있다. And, the meridional length may include the hub length (Meridional length (hub)) and the shroud length (Meridional length (shroud)).
여기서, 허브 길이(Meridional length(hub))는 날개의 허브에서 자오선의 길이이고, 쉬라우드 길이(Meridional length(shroud))는 날개의 쉬라우드에서 자오선의 길이일 수 있다. Here, the hub length (Meridional length(hub)) may be the length of the meridian at the hub of the wing, and the shroud length (Meridional length(shroud)) may be the length of the meridian at the shroud of the wing.
또한, 허브 길이(Meridional length(hub))는 다음과 같은 수학식4로 도출될 수 있다. Additionally, the hub length (Meridional length (hub)) can be derived from Equation 4 as follows.
여기서, Y2는 상기 허브 길이, X는 상기 비속도, A2는 0.0000003 ∼ 0.0000004의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C2는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 2 is the hub length, It is a constant that is determined.
바람직하게는 A2가 0.00000038, B2가 0.0014, C2가 2로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 허브 길이가 도출될 수 있다.Preferably, when A 2 is set to 0.00000038, B 2 to 0.0014, and C 2 to 2, an optimized hub length according to each specific speed can be derived.
또한, 쉬라우드 길이(Meridional length(shroud))는 다음과 같은 수학식5로 도출될 수 있다. Additionally, the shroud length (Meridional length (shroud)) can be derived from Equation 5 as follows.
여기서, Y3는 상기 쉬라우드 길이, X는 상기 비속도, A3는 0.00000002 ∼ 0.00000003의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.0004 ∼ 0.0005의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 3 is the shroud length, It is a constant determined from .
바람직하게는 A3이 0.000000026, B3이 0.00045, C3이 1.5로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 쉬라우드 길이가 도출될 수 있다.Preferably, when A 3 is set to 0.000000026, B 3 to 0.00045, and C 3 to 1.5, an optimized shroud length according to each specific speed can be derived.
그리고, 자오선 대비 기울어진 각도(setting angle)는 허브 각도(setting angle(hub))와 쉬라우드 각도(setting angle(shroud))를 포함할 수 있다. And, the setting angle relative to the meridian may include a hub angle (setting angle (hub)) and a shroud angle (setting angle (shroud)).
여기서, 허브 각도(setting angle(hub))는 날개의 허브에서 자오선 대비 기울어진 각도이고, 쉬라우드 각도(setting angle(shroud))는 날개의 쉬라우드에서 자오선 대비 기울어진 각도일 수 있다. Here, the setting angle (hub) may be an angle inclined relative to the meridian at the hub of the wing, and the shroud angle (setting angle (shroud)) may be an angle inclined relative to the meridian at the shroud of the wing.
또한, 허브 각도(setting angle(hub))는 다음과 같은 수학식6으로 도출될 수 있다. Additionally, the setting angle (hub) can be derived from Equation 6 as follows.
여기서, Y4는 상기 허브 각도, X는 상기 비속도, A4는 0.0000006 ∼ 0.0000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C4는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 4 is the hub angle, It is a constant that is determined.
바람직하게는 A4가 0.00000065, B4가 0.0012, C4가 1.5로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 허브 각도가 도출될 수 있다.Preferably, when A 4 is set to 0.00000065, B 4 to 0.0012, and C 4 to 1.5, an optimized hub angle according to each specific speed can be derived.
그리고, 쉬라우드 각도(setting angle(shroud))는 다음과 같은 수학식7로 도출될 수 있다. And, the shroud angle (setting angle (shroud)) can be derived from Equation 7 as follows.
여기서, Y5는 상기 쉬라우드 각도, X는 상기 비속도, A5는 0.000001 ∼ 0.000002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.003 ∼ 0.004의 범위에서 결정되는 상수, C5는 3 ∼ 4의 범위에서 결정되는 상수이다. Here , Y 5 is the shroud angle, It is a constant determined from .
바람직하게는 A5가 0.0000011, B5가 0.0033, C5가 3.2로 마련될 때, 각각의 비속도에 따른 최적화된 쉬라우드 각도가 도출될 수 있다.Preferably, when A 5 is set to 0.0000011, B 5 to 0.0033, and C 5 to 3.2, an optimized shroud angle according to each specific speed can be derived.
정리하면, 수학식4 및 수학식6을 통해 산출된 허브 길이(Meridional length(hub)) 및 허브 각도(setting angle(hub))를 통해 날개의 허브에서의 시위길이(Chord(h))를 산출할 수 있다. 그리고, 수학식5 및 수학식7을 통해 산출된 쉬라우드 길이(Meridional length(shroud)) 및 쉬라우드 각도(setting angle(shroud))를 통해 날개의 쉬라우드에서의 시위길이(Chord(s))를 산출할 수 있다. 따라서, 비속도를 통해 시위길이를 산출할 수 있다. In summary, the chord length (Chord (h)) at the hub of the wing is calculated through the hub length (Meridional length (hub)) and hub angle (setting angle (hub)) calculated through Equation 4 and Equation 6. can do. In addition, the chord length (Chord(s)) at the shroud of the wing is determined through the shroud length (meridional length (shroud)) and shroud angle (setting angle (shroud)) calculated through Equation 5 and Equation 7. can be calculated. Therefore, the chord length can be calculated through the specific speed.
상기 수학식2 내지 수학식7과 같이, 설계 변수의 경향성을 함수화하고, 데이터베이스(D/B)화 하면, 비속도별로 최적화된 설계 변수가 출력될 수 있다. As shown in Equations 2 to 7 above, if the tendency of the design variables is functionalized and converted into a database (D/B), design variables optimized for each specific speed can be output.
도 10은 Ns1000, Ns1200, Ns1400급 축류펌프 임펠러의 효율을 비교한 것이다. 효율은 Ns1400급 축류펌프 임펠러 형상의 효율로 무차원화 하였으며, 각 형상의 설계유량의 효율을 비교하였다. Figure 10 compares the efficiency of Ns1000, Ns1200, and Ns1400 class axial flow pump impellers. Efficiency was non-dimensionalized based on the efficiency of the Ns1400 class axial flow pump impeller shape, and the efficiency of the design flow rate of each shape was compared.
도 7을 참고하면, 각 형상의 효율은 수치해석을 이용하여 검증하였고, 비속도 변화에 따른 효율 경향성을 나타내었다. Referring to Figure 7, the efficiency of each shape was verified using numerical analysis, and the efficiency trend according to specific speed change was shown.
도 10을 참고하면, 임펠러의 효율은 비속도가 증가함에 따라 감소하는 경향성을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 10, the efficiency of the impeller may tend to decrease as the specific speed increases.
다양한 비속도의 데이터베이스를 확보하고, 비속도에 따른 설계 변수의 경향성을 파악하면, 요구되는 설계 사양 및 성능을 만족하는 축류 펌프의 임펠러 형상을 쉽게 설계할 수 있다. By securing a database of various specific speeds and identifying the trends of design variables according to specific speed, it is possible to easily design an impeller shape for an axial flow pump that satisfies the required design specifications and performance.
도 11은 비속도에 따른 설계 변수 경향성을 이용하여 축류 펌프 임펠러를 설계하는 절차를 나타낼 수 있다. Figure 11 shows a procedure for designing an axial flow pump impeller using design variable trends according to specific speed.
도 11을 참고하면, 비속도에 따른 축 류펌프 임펠러의 설계 변수의 경향성이 도출되었으므로, 비속도가 입력되면, 비속도에 따른 설계 변수 경향성을 이용하여 축류 펌프 임펠러 형상을 설계할 수 있다. Referring to FIG. 11, since the tendency of the design variable of the axial flow pump impeller according to the specific speed has been derived, when the specific speed is input, the shape of the axial pump impeller can be designed using the design variable tendency according to the specific speed.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 설계 사양별로 임펠러의 성능을 최적화할 수 있는 임펠러의 형상을 설계할 수 있다. As a result, the design method of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is the shape of the impeller that can optimize the performance of the impeller for each design specification. can be designed.
본 발명의 일 실시예에 따른 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법은 설계 변수 경향성을 이용하여 비속도별로 효율을 만족하는 펌프의 임펠러를 설계할 수 있다. The design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridional plane and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head according to an embodiment of the present invention is to design a pump impeller that satisfies efficiency by specific speed using design variable tendency. It can be designed.
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 claims described below. Those working in the relevant technical field will easily understand.
S10 : 설계 사양 결정 단계 S20 : 비속도 결정 단계
S30 : 설계 변수 결정 단계 S40 : 3차원 형상 도출 단계
1 : 펌프 10 : 임펠러
11 : 회전축 13 : 날개
20 : 케이싱 30 : 작동축 S10: Design specification decision step S20: Specific speed decision step
S30: Design variable determination step S40: 3D shape derivation step
1: Pump 10: Impeller
11: rotation axis 13: wing
20: Casing 30: Operating axis
Claims (23)
상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계;
상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계;
상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계;
상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계; 및
상기 비속도에 따른 상기 임펠러의 설계 변수의 경향성을 함수화하는 단계를 포함하고,
상기 임펠러의 설계 변수를 결정하는 단계는,
상기 임펠러의 날개 형상을 표현하는 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계; 및
상기 임펠러의 날개각도를 표현하는 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 자오면의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 자오면의 설계 변수는 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 날개의 허브 부분까지의 길이인 제1 길이, 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 날개의 쉬라우드 부분까지의 길이인 제2 길이를 포함하고,
상기 제1 길이의 상기 제2 길이에 대한 비율인 허브비는, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가지고,
상기 허브비는
Y1= A1X2 - B1X + C1
이고, 이때, Y1는 상기 허브비, X는 상기 비속도, A1는 0.0000004 ∼ 0.0000005의 범위에서 결정되는 상수, B1는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C1는 2 ∼ 3의 범위에서 결정되는 상수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. In the impeller design method of the pump,
determining design specifications of the impeller;
determining a specific speed of the impeller;
determining design variables of the impeller;
Deriving the optimal shape of the impeller; and
It includes the step of functionalizing the tendency of the design variables of the impeller according to the specific speed,
The step of determining the design variables of the impeller is,
Determining design variables of a meridional plane representing the blade shape of the impeller; and
It includes determining a design variable of the blade angle representing the blade angle of the impeller,
In the step of determining the design variable of the meridional plane, the design variable of the meridional plane is a first length that is the length from the central axis of the impeller to the hub portion of the wing, and a first length that is the length from the central axis of the impeller to the shroud portion of the wing. comprising a second length that is a length,
The hub ratio, which is the ratio of the first length to the second length, has a tendency for each unit section according to the specific speed value in the specific speed range of 1000 to 1400,
The herb fee
Y 1 = A 1
At this time, Y 1 is the hub ratio , A design method for an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head, which are constants determined in the range.
상기 임펠러의 설계 사양을 결정하는 단계에서, 상기 설계 사양은 유량, 양정 및 회전수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 1,
In the step of determining the design specifications of the impeller, the design specifications are flow rate, head, and rotation speed. A method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head.
상기 임펠러의 비속도를 결정하는 단계에서, 상기 비속도는
이고, 이때, Ns는 상기 비속도, Q는 상기 유량, H는 상기 양정, n은 상기 회전수이며,
상기 비속도는 상기 유량, 양정 및 회전수에 의해 결정되는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to clause 2,
In determining the specific speed of the impeller, the specific speed is
, where Ns is the specific speed, Q is the flow rate, H is the head, n is the rotation speed,
A method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution so that the specific speed satisfies the large flow rate and high head determined by the flow rate, head, and rotation speed.
상기 비속도는 1000 ∼ 1400의 범위에서 결정되는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to clause 3,
The specific speed is a design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head determined in the range of 1000 to 1400.
상기 임펠러의 날개는 5개로 마련되는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to clause 4,
A method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head of the impeller, which is provided with five blades.
상기 임펠러의 효율은, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 단위 구간별로 경향성을 가지는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법.According to clause 4,
The efficiency of the impeller is a method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head with a tendency for each unit section according to the specific speed value in the specific speed range of 1000 to 1400. .
상기 날개각의 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 날개각의 설계 변수는 상기 임펠러의 날개의 시위선의 길이인 시위길이, 상기 임펠러의 날개의 캠버선과 상기 임펠러의 날개의 시위선 사이의 최대 높이인 최대 캠버, 상기 임펠러의 날개의 전단으로부터 상기 최대 캠버까지의 길이인 최대 캠버의 위치까지의 거리, 자오선 대비 기울어진 각도를 포함하는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 1,
In the step of determining the design variable of the blade angle, the design variable of the blade angle is the chord length, which is the length of the chord line of the impeller blade, and the maximum height between the camber line of the impeller blade and the chord line of the impeller blade. Hydraulic design of meridian and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head including maximum camber, distance from the front end of the impeller blade to the maximum camber, and tilt angle relative to the meridian. Design method of axial flow pump impeller.
상기 시위길이는, 비속도 1000 ∼ 1400의 범위에서 상기 비속도 값에 따라 각각 단위 구간별로 경향성을 가지는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 11,
The chord length is a design method of an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head with a tendency for each unit section according to the specific speed value in the range of 1000 to 1400. .
상기 시위길이는
Y9=(Meridional length)/Cos(Setting angle)
이고, 이때, Y9는 상기 시위길이, Meridional length는 자오선의 길이, Setting angle은 자오선 대비 기울어진 각도인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 12,
The length of the chord is
Y 9 =(Meridional length)/Cos(Setting angle)
At this time, Y 9 is the chord length, Meridional length is the length of the meridian, and Setting angle is the inclined angle compared to the meridian. Design of the axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridian and blade angle distribution to satisfy large flow rate and high head. method.
상기 자오선의 길이는 상기 날개의 허브에서 자오선의 길이인 허브 길이 및 상기 날개의 쉬라우드에서 자오선의 길이인 쉬라우드 길이를 포함하고,
상기 자오선 대비 기울어진 각도는 상기 날개의 허브에서 자오선 대비 기울어진 각도인 허브 각도 및 상기 날개의 쉬라우드에서 자오선 대비 기울어진 각도인 쉬라우드 각도를 포함하는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 13,
The length of the meridian includes a hub length, which is the length of the meridian at the hub of the wing, and a shroud length, which is the length of the meridian at the shroud of the wing,
The inclined angle with respect to the meridian is a meridian and wing angle to satisfy high flow rate and high head, including a hub angle, which is an angle inclined with respect to the meridian at the hub of the wing, and a shroud angle, which is an angle inclined with respect to the meridian at the shroud of the wing. Design method of axial flow pump impeller through distribution hydraulic design.
상기 허브 길이는
Y2= A2X2 - B2X + C2
이고, 이때, Y2는 상기 허브 길이, X는 상기 비속도, A2는 0.0000003 ∼ 0.0000004의 범위에서 결정되는 상수, B2는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C2는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 14,
The hub length is
Y 2 = A 2
, where Y 2 is the hub length, A design method for an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head, which are constants determined in the range.
상기 쉬라우드 길이는
Y3= - A3X2 - B3X + C3
이고, 이때, Y3는 상기 쉬라우드 길이, X는 상기 비속도, A3는 0.00000002 ∼ 0.00000003의 범위에서 결정되는 상수, B3는 0.0004 ∼ 0.0005의 범위에서 결정되는 상수, C3는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 14,
The shroud length is
Y 3 = - A 3
, where Y 3 is the shroud length, A design method for an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the high flow rate and high head, which are constants determined in the range of .
상기 허브 각도는
Y4= A4X2 - B4X + C4
이고, 이때, Y4는 상기 허브 각도, X는 상기 비속도, A4는 0.0000006 ∼ 0.0000007의 범위에서 결정되는 상수, B4는 0.001 ∼ 0.002의 범위에서 결정되는 상수, C4는 1 ∼ 2의 범위에서 결정되는 상수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 14,
The hub angle is
Y 4 = A 4
, where Y 4 is the hub angle, A design method for an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the large flow rate and high head, which are constants determined in the range.
상기 쉬라우드 각도는
Y5= A5X2 - B5X + C5
이고, 이때, Y5는 상기 쉬라우드 각도, X는 상기 비속도, A5는 0.000001 ∼ 0.000002의 범위에서 결정되는 상수, B5는 0.003 ∼ 0.004의 범위에서 결정되는 상수, C5는 3 ∼ 4의 범위에서 결정되는 상수인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 14,
The shroud angle is
Y 5 = A 5
, where Y 5 is the shroud angle, A design method for an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the high flow rate and high head, which are constants determined in the range of .
상기 임펠러의 최적 형상을 도출하는 단계는,
상기 임펠러의 효율인 설계 목적 값에 영향을 미치는 주요 설계 변수를 결정하는 단계; 및
반응표면기법에 의해 상기 설계 목적 값을 최적화할 수 있는 최적의 설계 변수의 조건을 파악하는 단계를 포함하는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 1,
The step of deriving the optimal shape of the impeller is,
Determining key design variables that affect the design objective value, which is the efficiency of the impeller; and
Design of an axial flow pump impeller through hydraulic design of meridian and blade angle distribution to satisfy high flow rate and high head, including the step of identifying the conditions of optimal design variables that can optimize the design objective value by response surface technique. method.
주요 설계 변수를 결정하는 단계에서, 상기 주요 설계 변수는 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 임펠러의 날개의 허브 부분까지의 길이인 제1 길이, 상기 임펠러의 중심축으로부터 상기 임펠러의 날개의 쉬라우드 부분까지의 길이인 제2 길이, 상기 임펠러의 날개의 시위선의 길이인 시위길이, 자오선 대비 기울어진 각도인 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to clause 19,
In the step of determining the main design variable, the main design variable is a first length, which is the length from the central axis of the impeller to the hub portion of the blade of the impeller, and from the central axis of the impeller to the shroud portion of the blade of the impeller. A method of designing an axial flow pump impeller through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the second length, which is the length of the chord line of the blade of the impeller, and the large flow rate and high head which are the inclined angle with respect to the meridian.
상기 주요 설계 변수를 제외한 나머지 설계 변수들은 2k 요인실험법 및 상기 반응표면기법을 통해서 나온 결과값 중에서 최적화된 값으로 고정되는 대유량 및 고양정을 만족하도록 자오면 및 날개각 분포의 수력학적 설계를 통한 축류펌프 임펠러의 설계방법. According to claim 20,
Excluding the above major design variables, the remaining design variables are axial flow through hydraulic design of the meridional plane and blade angle distribution to satisfy the high flow rate and high head, which are fixed to the optimized values among the results obtained through the 2k factorial experiment method and the response surface technique. Design method of pump impeller.
상기 임펠러가 내부에 설치되고 상기 임펠러의 전방으로 유체가 흡입되도록 형성된 흡입구 및 상기 임펠러의 후방으로 상기 흡입된 유체가 배출되도록 형성된 배출구를 구비하는 케이싱; 및
상기 임펠러에 일측부가 결합되어 회전에 의해 상기 임펠러를 회전시키는 작동축을 포함하는 펌프.
Impeller according to claim 22;
a casing in which the impeller is installed and has an intake port formed to suck fluid toward the front of the impeller and an outlet formed to discharge the sucked fluid to the rear of the impeller; and
A pump including an operating shaft on one side of which is coupled to the impeller and rotates the impeller.
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP4436248B2 (en) * | 2002-07-12 | 2010-03-24 | 株式会社荏原製作所 | Inducer and pump with inducer |
KR101532631B1 (en) | 2013-12-20 | 2015-06-30 | 한국생산기술연구원 | Method for designing 150 ~ 1200 Ns centrifugal and mixed flow pump |
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Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP4436248B2 (en) * | 2002-07-12 | 2010-03-24 | 株式会社荏原製作所 | Inducer and pump with inducer |
KR101532631B1 (en) | 2013-12-20 | 2015-06-30 | 한국생산기술연구원 | Method for designing 150 ~ 1200 Ns centrifugal and mixed flow pump |
KR101679186B1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-12-07 | 한국생산기술연구원 | Optimal design method of impeller for centrifugal and mixed flow pump, impeller of centrifugal and mixed flow pump and centrifugal and mixed flow pump by the method |
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