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KR20210151274A - Design method of two vane pump impeller for wastewater treatment - Google Patents

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KR20210151274A
KR20210151274A KR1020200067580A KR20200067580A KR20210151274A KR 20210151274 A KR20210151274 A KR 20210151274A KR 1020200067580 A KR1020200067580 A KR 1020200067580A KR 20200067580 A KR20200067580 A KR 20200067580A KR 20210151274 A KR20210151274 A KR 20210151274A
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KR
South Korea
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variable
impeller
design
vane pump
wastewater
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KR1020200067580A
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Korean (ko)
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김진혁
김성
마상범
최영석
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원하는 사양의 투베인 펌프를 설계하기 위한 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 펌프 유입부부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되며 상호 대칭되는 한 쌍의 임펠러를 갖는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 있어서, a) 목적함수를 설정하는 단계; b) 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계; c) 상기 설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계; d) 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계; e) 도출된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 이용하여 상기 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계; 및 f) 도출된 상기 1차 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법을 제공한다.The present invention relates to a method for designing an impeller of a two-vane pump for wastewater, and more particularly, to a method for designing an impeller of a two-vane pump for wastewater for designing a two-vane pump of a desired specification. In the impeller design method of the two vane pump for wastewater, the configuration of the present invention for achieving the above object is formed to extend outwardly from the pump inlet in a streamlined shape and has a pair of mutually symmetrical impellers, a) the objective function setting up; b) setting design parameters for deriving the set objective function; c) setting maximum and minimum values of the design variables; d) deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis; e) deriving a linear function expression for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the derived value of the design variable; and f) deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design plan using the derived first-order function formula.

Description

오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법{DESIGN METHOD OF TWO VANE PUMP IMPELLER FOR WASTEWATER TREATMENT}Design method of impeller of two vane pump for wastewater {DESIGN METHOD OF TWO VANE PUMP IMPELLER FOR WASTEWATER TREATMENT}

본 발명은 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원하는 사양의 투베인 펌프를 설계하기 위한 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing an impeller of a two-vane pump for wastewater, and more particularly, to a method for designing an impeller of a two-vane pump for wastewater for designing a two-vane pump of a desired specification.

일반적으로 오폐수 펌프는 하수, 폐수 슬러지 등을 이송하는 펌프로, 여러 산업분야에서 다양하게 사용되고 있다.In general, a wastewater pump is a pump that transports sewage, wastewater sludge, and the like, and is widely used in various industrial fields.

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

보르텍스 펌프는 종래의 복수의 유로를 갖는 임펠러가 적용된 오폐수 펌프의 유로 막힘 현상을 방지하기 위하여 고안된 것으로써, 임펠러 길이를 짧게하여 유로를 넓게 확보하기 때문에 유로 막힘 현상이 발생하는 것을 방지하였다. 그러나, 상기 보르텍스 펌프는 임펠러의 길이가 짧아지면서 기존 오폐수 펌프에 비해 양정 효율이 30% 정도 밖에 미치지 못하는 문제점이 있다.The vortex pump is designed to prevent clogging of the flow path of a wastewater pump to which an impeller having a plurality of flow paths is applied. However, the vortex pump has a problem in that, as the length of the impeller is shortened, the lifting efficiency of the vortex pump is only about 30% lower than that of the conventional wastewater pump.

단일채널펌프는 임펠러의 내부에 하나의 유로를 형성하고, 임펠러의 회전에 따라 유로가 함께 회전하여 오폐수를 이송하도록 마련된다. 이처럼 마련된 단일채널펌프는 유로 막힘 현상이 발생하지 않으면서도 상기 보르텍스 펌프에 비해 양정효율이 2배 이상 높다는 장점이 있다. 그러나, 상기 단일채널펌프의 임펠러는 일반적인 임펠러와 달리 비대칭구조로 이루어져 있기 때문에, 단일채널펌프를 작동시 유체력의 분포가 일정하지 않아 진동이 크게 발생한다는 문제점이 있으며, 특히, 펌프 효율을 높이려 할수록 진동이 더욱 크게 증가하여 현장에 적용이 어렵다는 문제점이 있다.The single channel pump forms one flow path inside the impeller, and the flow path rotates together according to the rotation of the impeller to transport wastewater. The single-channel pump thus prepared has an advantage in that the lift efficiency is twice as high as that of the vortex pump without clogging the flow path. However, since the impeller of the single-channel pump has an asymmetric structure unlike a general impeller, there is a problem that the distribution of fluid force is not constant when operating the single-channel pump, so that vibration occurs greatly. There is a problem in that it is difficult to apply to the field as the vibration increases more significantly.

투베인 펌프는 두개의 임펠러가 대칭되는 구조로 마련되어 진동이 적고 유로가 넓어 일반적인 보르텍스 펌프에 비해 고형물도 잘 통과하는 장점이 있다.Two vane pumps have a symmetrical structure with two impellers, so there is little vibration and a wide flow path, so it has the advantage of passing solids better than general vortex pumps.

그러나, 종래에는 원하는 양정에 목표로 하는 효율과, 통과 가능한 고형물의 크기를 갖도록 임펠러의 구조를 설계하는 기술이 없어 원하는 사양을 제작하는데 많은 시행착오를 겪어야 하는 문제가 있었다.However, in the prior art, there is no technology for designing the structure of the impeller so as to have a target efficiency for a desired lift and a size of a solid that can pass through, so there is a problem in that a lot of trial and error has to be experienced in manufacturing a desired specification.

따라서, 목표로 하는 양정과 통과 가능한 고형물의 크기를 만족하면서 펌프 효율을 최대화할 수 있는 투베인 펌프의 임펠러 설계 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for an impeller design technology for a two-vane pump that can maximize pump efficiency while satisfying the target head and the size of passable solids.

한국등록특허 제10-1647394호Korean Patent No. 10-1647394

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 원하는 사양의 투베인 펌프를 설계하기 위한 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for designing an impeller of a two-vane pump for wastewater for designing a two-vane pump of a desired specification.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 펌프 유입부부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되며 상호 대칭되는 한 쌍의 임펠러를 갖는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 있어서, a) 목적함수를 설정하는 단계; b) 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계; c) 상기 설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계; d) 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계; e) 도출된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 이용하여 상기 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계; 및 f) 도출된 상기 1차 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법을 제공한다.In the impeller design method of the two vane pump for wastewater, the configuration of the present invention for achieving the above object is formed to extend outwardly from the pump inlet in a streamlined shape and has a pair of mutually symmetrical impellers, a) the objective function setting up; b) setting design parameters for deriving the set objective function; c) setting maximum and minimum values of the design variables; d) deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis; e) deriving a linear function expression for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the derived value of the design variable; and f) deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design plan using the derived first-order function formula.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 목적함수는, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a), the objective function may be the head, efficiency, and maximum volume of solids that can pass.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는,

Figure pat00001
상기 수학식에 의해 연산되며, 여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the maximum passable solid volume is,
Figure pat00001
It is calculated by the above formula, where D is a length in a tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the opposite impeller.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 설계변수는, 상기 임펠러 상에 복수의 지점에 대한 x축 및 y축 변위로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step b), the design variable may be characterized in that it consists of x-axis and y-axis displacements for a plurality of points on the impeller.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 설계변수는, 상기 유입부측에 형성된 임펠러 일단부에 위치한 제1 지점의 y축 변위인 제1 변수; 상기 유입부 단부로부터 제1 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제2 지점에서의 x축 변위인 제2 변수; 상기 제2 지점에서의 y축 변위인 제3 변수; 상기 유입부 단부로부터 제2 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제3 지점에서의 x축 변위인 제4 변수; 상기 제3 지점에서의 y축 변위인 제5 변수; 및 상기 임펠러의 타단부에 위치한 제4 지점의 y축 변위인 제6 변수를 포함하며, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점 및 제4 지점은 상기 임펠러 상에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step b), the design variable includes: a first variable that is a y-axis displacement of a first point located at one end of the impeller formed on the inlet side; a second variable, the x-axis displacement at a second point located a first distance away from the inlet end; a third variable, the y-axis displacement at the second point; a fourth variable, the x-axis displacement at a third point located a second distance away from the inlet end; a fifth variable, the y-axis displacement at the third point; and a sixth variable that is a y-axis displacement of a fourth point located at the other end of the impeller, wherein the first point, the second point, the third point, and the fourth point are located on the impeller can be done with

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제1 변수는, 초기 설정된 상기 제1 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -2% 내지 2% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step c), the first variable may be characterized in that it is provided to be set within the range of -2% to 2% of the entire length of the impeller at the initially set first point. .

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제2 변수는, 상기 제1 간격이 상기 임펠러 전체 길이의 10% 내지 50%인 범위로 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step c), the second variable may be characterized in that it is provided so that the first interval is set in a range of 10% to 50% of the entire length of the impeller.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제3 변수는, 초기 설정된 상기 제2 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step c), the third variable may be characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the initially set second point.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제4 변수는, 상기 제2 간격이 상기 임펠러 전체 길이의 50 내지 90%인 범위로 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step c), the fourth variable may be characterized in that it is provided so that the second interval is set in a range of 50 to 90% of the entire length of the impeller.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제5 변수는, 상기 c) 단계에서, 초기 설정된 상기 제3 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fifth variable may be characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the third point initially set in step c).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제6 변수는, 초기 설정된 상기 제4 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step c), the sixth variable may be characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the initially set fourth point.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계는, 상기 투베인 펌프의 임펠러의 자오면을 고정한 상태에서, 상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수, 제4 변수, 제5 변수 및 제 6변수의 값에 따라 형성된 임펠러의 형상에 대한 목적함수의 값이 2K요인 실험에 의해 도출되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step d), the first variable, the second variable, the third variable, the fourth variable, the fifth variable, and the sixth variable, in a state in which the meridian plane of the impeller of the tube vane pump is fixed. the value of the objective function for the shape of the impeller, formed in accordance with the value of the variable may be characterized in that adapted to be derived by the 2 K factor experiments.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 양정에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,

Figure pat00002
인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the linear function formula derived for the head is,
Figure pat00002
It can be characterized as being.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 효율에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,

Figure pat00003
인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the linear function formula derived for the efficiency is,
Figure pat00003
It can be characterized as being.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 통과 가능한 고형물 최대 부피에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,

Figure pat00004
인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step e), the linear function formula derived for the maximum passable solid volume is,
Figure pat00004
It can be characterized as being.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 의해 설계된 투베인 펌프를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a tube vane pump designed by the impeller design method of the tube vane pump for wastewater.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 분뇨, 오폐수, 오물, 및 고형물을 설계된 바에 따라 막힘 현상 없이 펌핑하여 고장 및 파손을 방지하고 높은 양정 효율을 갖는다.The effect of the present invention according to the above configuration is to prevent failure and damage by pumping manure, wastewater, filth, and solids without clogging as designed, and has high lifting efficiency.

또한, 본 발명의 최적 설계 방법에 따라 도출된 설계안을 이용하여 편리하게 원하는 목표 사양을 갖는 임펠러를 설계할 수 있다.In addition, it is possible to conveniently design an impeller having a desired target specification using a design plan derived according to the optimal design method of the present invention.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투베인 펌프의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유량비에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 설계변수로 설정된 지점을 나타낸 예시도이다.
도 6은 초기 설정된 중앙값에 따른 설계변수로 설계된 투베인 펌프 임펠러를 나타낸 예시도이다.
도 7의 (a)는 실험예1에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (b)는 실험예2에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (c)는 실험예3에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (d)는 실험예4에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (e)는 실험예5에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (f)는 실험예6에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (g)는 실험예7에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 7의 (h)는 실험예8에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (a)는 실험예9에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (b)는 실험예10에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (c)는 실험예11에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (d)는 실험예12에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (e)는 실험예13에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (f)는 실험예14에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (g)는 실험예15에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 8의 (h)는 실험예16에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 목적함수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 초기 설정된 중앙값에 따른 설계변수로 설계된 투베인 펌프 임펠러와 본 발명의 일실시예에 따라 최적 설계된 투베인 펌프 임펠러를 나타낸 예시도이다.
1 is a flowchart of a method for designing an impeller of a tube-vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary view of the tube vane pump according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the lift and efficiency according to the flow rate ratio according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing a point set as a design variable according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view showing a two-vane pump impeller designed as a design variable according to an initially set median value.
7 (a) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 1.
7 (b) is a two vane pump impeller according to Experimental Example 2.
7 (c) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 3.
7 (d) is a tube-vane pump impeller according to Experimental Example 4.
7 (e) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 5.
7 (f) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 6.
Figure 7 (g) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 7.
7(h) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 8.
Figure 8 (a) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 9.
Figure 8 (b) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 10.
Figure 8 (c) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 11.
8 (d) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 12.
Figure 8 (e) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 13.
8 (f) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 14.
Figure 8 (g) is a tube-vane pump impeller according to Experimental Example 15.
8 (h) is a tube-injection pump impeller according to Experimental Example 16.
9 is a graph showing the change of the objective function according to the change of the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary diagram illustrating a tube-injection pump impeller designed as a design variable according to an initially set median value and an optimally designed two-vane pump impeller according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

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

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. 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 this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투베인 펌프의 예시도이다.1 is a flowchart of an impeller design method of a tube vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view of a tube vane pump according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법을 설명하기 전에 먼저, 도 2를 참조하여 투베인 펌프의 기본적인 형상을 설명하도록 한다.Before describing the impeller design method of the tube vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, first, the basic shape of the tube vane pump will be described with reference to FIG. 2 .

본 발명의 투베인 펌프(100)는 허브(140)와 쉬라우드(150) 사이에 한 쌍의 임펠러(110, 120)가 형성되어 마련될 수 있다.The two vane pump 100 of the present invention may be provided with a pair of impellers 110 and 120 formed between the hub 140 and the shroud 150 .

여기서, 한 쌍의 상기 임펠러(110, 120)는 상호 대칭되게 마련되며, 펌프 유입부(130)부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되어 마련될 수 있다.Here, the pair of impellers 110 and 120 may be provided symmetrically to each other, and may be provided to extend outwardly from the pump inlet 130 in a streamlined shape.

보다 구체적으로, 상기 한 쌍의 임펠러(110, 120)는 상기 유입부(110)부터 유선형으로 곡선을 그리며 허브(140)의 바깥측으로 연장 형성된다. 이때, 상기 임펠러(110, 120)는 상기 유입부(130)측이 오목하도록 곡선이 형성되게 연장형성 될 수 있다.More specifically, the pair of impellers 110 and 120 is formed to extend outwardly of the hub 140 while drawing a streamlined curve from the inlet 110 . In this case, the impellers 110 and 120 may be extended to form a curved line so that the inlet 130 side is concave.

이처럼 마련된 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법은 먼저, 목적함수를 설정하는 단계(S10)가 수행될 수 있다.In the method for designing the impeller of the tube-vane pump for wastewater according to an embodiment of the present invention prepared as described above, first, the step of setting the objective function (S10) may be performed.

목적함수를 설정하는 단계(S10)에서, 상기 목적함수는 목표로 하는 사양에 관한 것으로, 본 발명에서는 상기 목적함수로, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피로 설정하였다.In the step of setting the objective function (S10), the objective function relates to a target specification, and in the present invention, the objective function is set as the lift, efficiency, and maximum volume of passable solids.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유량비에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the lift and efficiency according to the flow rate ratio according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 투베인 펌프(100)는 유량비에 따른 양정 및 효율에 대한 그래프가 동일하지 않다.Referring to Figure 3, the two vane pump 100 is not the same graph for the lift and efficiency according to the flow rate ratio.

구체적으로, 유량비에 따른 양정 그래프를 보면, 유량비가 증가할수록 양정은 감소한다.Specifically, looking at the lift graph according to the flow ratio, the head decreases as the flow ratio increases.

그리고, 유량비에 따른 효율 그래프를 보면, 유량비가 증가에 따라 효율은 증가하다가 어느 지점에선가 감소하는 2차원 곡선을 갖는다.And, looking at the efficiency graph according to the flow rate ratio, as the flow rate ratio increases, the efficiency increases and has a two-dimensional curve that decreases at some point.

또한, 양정과 효율만을 계산할 경우, 양정에 따른 최대 효율을 갖는 투베인 펌프를 설계해도 오폐수 펌프의 특성상 고형물에 의한 막힘 현상이 발생할 가능성이 높다.In addition, when only the head and efficiency are calculated, the possibility of clogging by solids is high due to the characteristics of the wastewater pump, even if a two-vane pump having the maximum efficiency according to the lift is designed.

따라서, 통과 가능한 고형물의 최대 크기를 목적함수에 포함하여 고려함으로 고형물의 통과가 가능함과 동시에 목표로 하는 양정에 따른 최대 효율을 도출할 수 있는 설계가 필요하다.Therefore, by considering the maximum size of passable solids in the objective function, it is necessary to design a design that allows solids to pass and at the same time derives maximum efficiency according to the target lift.

이에, 본 발명은 목적함수로, 양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피로 설정하였다.Therefore, in the present invention, as the objective function, the head, the efficiency, and the maximum volume of solids that can pass through were set.

상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는, 하기 수학식1에 의해 연산될 수 있다.The maximum volume of the passable solid may be calculated by Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 한다.Here, D is a length in a tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the impeller facing it.

목적함수를 설정하는 단계(S10) 이후에는, 설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S20)가 수행될 수 있다.After the step of setting the objective function ( S10 ), the step of setting design variables for deriving the set objective function ( S20 ) may be performed.

설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S20)에서, 상기 설계변수는, 상기 임펠러 상에 복수의 지점에 대한 x축 및 y축 변위로 이루어진 것일 수 있다.In the step of setting the design variable for deriving the set objective function (S20), the design variable may be composed of x-axis and y-axis displacement for a plurality of points on the impeller.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 A-A' 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S20)에서, 본 발명의 상기 설계변수는 제1변수, 제2 변수, 제3 변수, 제4 변수, 제5 변수, 및 제 6변수로서, 총 6개로 설정하였다.Referring to FIG. 4 , in the step of setting design variables for deriving a set objective function ( S20 ), the design variables of the present invention are a first variable, a second variable, a third variable, a fourth variable, and a fifth variable. , and as the sixth variable, a total of six were set.

다만, 설계변수의 수는 이에 한정되지 않으며 설계변수의 개수는 변경될 수 있으며, 이하, 6개의 설계변수로 최적 설계하는 경우에 대해 설명하도록 한다.However, the number of design variables is not limited thereto, and the number of design variables can be changed. Hereinafter, the case of optimal design with six design variables will be described.

제1 변수는 임펠러(110, 120)의 일단부에 위치한 제1 지점(11)의 y축 변위를 지칭한다. 이때, 상기 임펠러(110, 120)의 일단부는 펌프의 유입부(130)측을 의미한다.The first variable refers to the y-axis displacement of the first point 11 located at one end of the impellers 110 and 120 . In this case, one end of the impellers 110 and 120 means the inlet 130 side of the pump.

제2 변수는 상기 펌프 유입부(130) 단부로부터 제1 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제2 지점(12)에서의 x축 변위를 지칭한다.The second variable refers to the x-axis displacement at the second point 12 located at a point separated by a first interval from the end of the pump inlet 130 .

상기 제1 간격은, 상기 임펠러 전체 길이의 10 내지 50%인 범위로 설정되도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 제2 지점(12)은 상기 제1 지점(11)을 0으로 할 때, 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 10 내지 50%인 지점으로 설정될 수 있다.The first interval may be provided to be set in a range of 10 to 50% of the entire length of the impeller. That is, when the first point 11 is 0, the second point 12 may be set to a point that is 10 to 50% of the entire length of the impellers 110 and 120 .

제3 변수는 상기 제2 지점(12)에서의 y축 변위를 지칭한다.The third variable refers to the y-axis displacement at the second point 12 .

제4 변수는 상기 펌프 유입부(130) 단부로부터 제2 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제3 지점(13)에서의 x축 변위를 지칭한다.The fourth variable refers to the x-axis displacement at the third point 13 located at a point separated by a second interval from the end of the pump inlet 130 .

상기 제2 간격은, 상기 임펠러 전체 길이의 50 내지 90%인 범위로 설정되도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 제3 지점(13)은 상기 제1 지점(11)을 0으로 할 때, 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 50 내지 90%인 지점으로 설정될 수 있다.The second interval may be provided to be set in a range of 50 to 90% of the entire length of the impeller. That is, the third point 13 may be set to a point that is 50 to 90% of the entire length of the impellers 110 and 120 when the first point 11 is set to zero.

제5 변수는 상기 제3 지점(13)에서의 y축 변위를 지칭한다.The fifth variable refers to the y-axis displacement at the third point 13 .

제6 변수는 상기 임펠러(110, 120)의 타단부의 y축 변위를 지칭한다.The sixth variable refers to the y-axis displacement of the other end of the impellers 110 and 120 .

상기 제1 지점(11), 상기 제2 지점(12) 및 상기 제3 지점(13), 상기 제4 지점(14)은 모두 상기 임펠러(110, 120) 상에 위치한다.The first point 11 , the second point 12 , the third point 13 , and the fourth point 14 are all located on the impellers 110 and 120 .

설정된 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계(S20) 이후에는, 설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계(S30)가 수행될 수 있다.After the step (S20) of setting the design variables for deriving the set objective function, the step of setting the maximum and minimum values of the design variables (S30) may be performed.

설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계(S30)에서, 상기 제1 변수는, 초기 설정된 상기 제1 지점(11)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -2% 내지 2% 범위 내에서 변경 가능하도록 설정되도록 마련될 수 있다.In the step (S30) of setting the maximum and minimum values of the design variable, the first variable is in the range of -2% to 2% of the entire length of the impellers 110 and 120 at the initially set first point 11 It may be provided to be set to be changeable in .

상기 제2 변수는, 상기 임펠러(110, 120)의 전체 길이의 10% 내지 50%인 범위에서 변경 가능하도록 설정될 수 있으며, 설정된 값에 따라 제2 지점(12)이 결정될 수 있다.The second variable may be set to be changeable within a range of 10% to 50% of the total length of the impellers 110 and 120 , and the second point 12 may be determined according to the set value.

상기 제3 변수는, 초기 설정된 상기 제2 지점(12)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 변경 가능하게 설정될 수 있다.The third variable may be set to be changeable within a range of -5 to 5% of the entire length of the impellers 110 and 120 at the initially set second point 12 .

상기 제4 변수는, 상기 임펠러(110, 120)의 전체 길이의 50% 내지 90%인 범위에서 변경 가능하도록 설정될 수 있으며, 설정된 값에 따라 제3 지점(13)이 결정될 수 있다.The fourth variable may be set to be changeable within a range of 50% to 90% of the entire length of the impellers 110 and 120 , and the third point 13 may be determined according to the set value.

상기 제5 변수는, 초기 설정된 상기 제3 지점(13)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 변경 가능하게 설정되도록 마련될 수 있다.The fifth variable may be provided to be changeably set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impellers 110 and 120 at the initially set third point 13 .

상기 제6 변수는, 초기 설정된 상기 제4 지점(14)에서 상기 임펠러(110, 120) 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 변경 가능하게 설정되도록 마련될 수 있다.The sixth variable may be provided to be changeably set within the range of -5 to 5% of the total length of the impellers 110 and 120 at the initially set fourth point 14 .

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 설계변수로 설정된 지점을 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view showing a point set as a design variable according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 이처럼 설정된 설계변수들의 x축 및 y축 변위가 변경됨에 따라 상기 임펠러(110, 120)의 형상도 변경되어 목적함수의 값들이 변경될 수 있다.Referring to FIG. 5 , as the x-axis and y-axis displacements of the set design variables are changed, the shapes of the impellers 110 and 120 are also changed, so that the values of the objective function can be changed.

설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계(S30) 이후에는, 설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.After the step (S30) of setting the maximum and minimum values of the design variable, the step of deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis (S40) may be performed.

설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S40)는, 상기 임펠러(110, 120)의 자오면을 고정한 상태에서, 상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수, 제4 변수, 제5 변수 및 제 6변수의 값에 따라 형성된 임펠러(110, 120)의 형상에 대한 목적함수의 값을 2K요인 실험에 의해 도출하도록 마련될 수 있다.The step (S40) of deriving the value of the objective function according to the value of the set design variable through numerical analysis is the first variable, the second variable, the third variable while the meridian plane of the impellers 110 and 120 is fixed. a fourth variable and the fifth variable and can be adapted to the derived by the value of the objective function for the shape of the impeller (110, 120) formed in accordance with the values of the six variables in the experiment 2 K factor.

2K요인 실험에 따르면 설계변수가 6개이기 때문에 총 64번의 실험이 이루어져야 하나, 16번의 실험으로도 설계변수의 상호 작용에 따른 목적함수의 변화를 도출하는데 무리가 없다. According to the 2 K factor experiment, since there are 6 design variables, a total of 64 experiments must be performed.

따라서, 본 발명에서는 16번의 실험을 수행하기 위해 설정한 설계변수를 아래 표1에 나타냈다.Therefore, in the present invention, the design variables set for performing the 16 experiments are shown in Table 1 below.

실험예Experimental example 제1 변수first variable
(%)(%)
제2 변수second variable
(%)(%)
제3 변수third variable
(%)(%)
제4 변수4th variable
(%)(%)
제5 변수5th variable
(%)(%)
제6 변수6th variable
(%)(%)
중앙값median 00 3030 00 7070 00 00 1One -2-2 1010 -5-5 5050 -5-5 -5-5 22 22 1010 -5-5 5050 55 -5-5 33 -2-2 5050 -5-5 5050 55 55 44 22 5050 -5-5 5050 -5-5 55 55 -2-2 1010 55 5050 55 55 66 22 1010 55 5050 -5-5 55 77 -2-2 5050 55 5050 -5-5 -5-5 88 22 5050 55 5050 55 -5-5 99 -2-2 1010 -5-5 9090 -5-5 55 1010 22 1010 -5-5 9090 55 55 1111 -2-2 5050 -5-5 9090 55 -5-5 1212 22 5050 -5-5 9090 -5-5 -5-5 1313 -2-2 1010 55 9090 55 -5-5 1414 22 1010 55 9090 -5-5 -5-5 1515 -2-2 5050 55 9090 -5-5 55 1616 22 5050 55 9090 55 55

본 실험에서는 각 설계변수의 중앙값과, 각 설계변수의 설정된 최대값과 최소값의 조합으로 실험을 진행하였다.In this experiment, the experiment was conducted with a combination of the median value of each design variable and the set maximum and minimum values of each design variable.

도 6은 초기 설정된 중앙값에 따른 설계변수로 설계된 투베인 펌프 임펠러를 나타낸 예시도이다.6 is an exemplary view showing a two vane pump impeller designed as a design variable according to an initially set median value.

도 7의 (a)는 실험예1에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (b)는 실험예2에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (c)는 실험예3에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (d)는 실험예4에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (e)는 실험예5에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (f)는 실험예6에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (g)는 실험예7에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 7의 (h)는 실험예8에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.Figure 7 (a) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 1, Figure 7 (b) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 2, Figure 7 (c) is a tube vane according to Experimental Example 3 a pump impeller, (d) of FIG. 7 is a two-vane pump impeller according to Experimental Example 4, FIG. 7E is a two-vane pump impeller according to Experimental Example 5, and (f) of FIG. 7 is Experimental Example 6 According to the tube vane pump impeller, Figure 7 (g) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 7, Figure 7 (h) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 8.

도 8의 (a)는 실험예9에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (b)는 실험예10에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (c)는 실험예11에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (d)는 실험예12에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (e)는 실험예13에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (f)는 실험예14에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (g)는 실험예15에 따른 투베인 펌프 임펠러이고, 도 8의 (h)는 실험예16에 따른 투베인 펌프 임펠러이다.Figure 8 (a) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 9, Figure 8 (b) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 10, Figure 8 (c) is a tube vane according to Experimental Example 11 A pump impeller, (d) of FIG. 8 is a two-vane pump impeller according to Experimental Example 12, (e) of FIG. 8 is a two-vane pump impeller according to Experimental Example 13, and (f) of FIG. 8 is Experimental Example 14 According to the tube vane pump impeller, Figure 8 (g) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 15, Figure 8 (h) is a tube vane pump impeller according to Experimental Example 16.

도 6 내지 도 8은 표 1에 설정된 설계변수에 따른 임펠러의 형상을 나타낸 그림이다.6 to 8 are diagrams showing the shape of the impeller according to the design parameters set in Table 1.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 각 설계변수의 값의 변화에 따른 목적함수의 변화를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the change of the objective function according to the change of the value of each design variable according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 2k요인 실험에 따라 도출된 임펠러 형상에 따라 각 설계변수의 값에 따른 목적함수의 변화를 도출할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the change of the objective function according to the value of each design variable can be derived according to the impeller shape derived according to the 2k factor experiment.

도 9에 도시된 것처럼, 각 설계변수는 값이 증가함에 따라 각 목적함수의 값이 증가하거나 감소하는 경향이 있다.As shown in FIG. 9 , as the value of each design variable increases, the value of each objective function tends to increase or decrease.

일 예로, 제1 변수는 값이 증가함에 따라 양정 및 효율이 증가하는 반면에 통과 가능한 고형물 최대 부피는 감소함을 확인할 수 있다.As an example, it can be seen that, as the value of the first variable increases, the lift and efficiency increase while the maximum volume of passable solids decreases.

설정된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계(S40) 이후에는, 도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계(S50)가 수행될 수 있다.After the step (S40) of deriving the value of the objective function according to the value of the set design variable through numerical analysis, the first step for deriving the value of the objective function using the value of the objective function according to the value of the derived design variable A step (S50) of deriving a function expression may be performed.

도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계(S50)에서는, 2k요인 실험에 따라 도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 변화에 대한 회귀분석을 통해 설계변수를 미지수인 변수로 한 1차 함수식을 도출할 수 있다.In the step (S50) of deriving a linear function formula for deriving the value of the objective function using the value of the objective function according to the value of the derived design variable, the objective according to the value of the design variable derived according to the 2k factor experiment Through regression analysis of the change in the function, a linear function expression using the design variable as an unknown variable can be derived.

상기 양정은 하기 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.The head may be derived by Equation 2 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 효율은 하기 수학식 3에 의해 도출될 수 있다.The efficiency may be derived by Equation 3 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 통과 가능한 고형물 최대 크기는 하기 수학식4에 의해 도출될 수 있다.The maximum size of the passable solids may be derived by Equation 4 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 수학식2, 수학식3, 수학식4에서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수, x4는 제4 변수, x5는 제5변수, x6은 제6 변수 값이다.In Equations 2, 3, and 4, x 1 is a first variable, x 2 is a second variable, x 3 is a third variable, x 4 is a fourth variable, x 5 is a fifth variable, x 6 is the value of the sixth variable.

도출된 설계변수의 값에 따른 목적함수의 값을 이용하여 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계(S50) 이후에는, 도출된 1차 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계(S60)가 수행될 수 있다.After the step (S50) of deriving a linear function expression for deriving the value of the objective function using the value of the objective function according to the value of the derived design variable, the value of the design objective function is satisfied using the derived linear function expression A step (S60) of deriving the value of the design variable to a design plan may be performed.

도출된 1차 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계(S60)에서는 상기 수학식2, 수학식3, 수학식4를 이용하여 목적으로 하는 설계목적함수값을 만족하는 설계변수를 임펠러의 설계안으로 도출하도록 마련될 수 있다.In the step (S60) of deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design plan using the derived linear function formula, the target design objective function using Equations 2, 3, and 4 above It may be provided to derive design variables that satisfy the values as a design plan of the impeller.

일 예로, 양정의 설계목적함수값을 13m, 통과 가능한 고형물의 최대 크기에 대한 설계목적함수값을 12,121mm2으로 할 경우, 이를 만족하되, 효율은 최대로 나오게 할 수 있는 설계변수가 도출될 수 있다.As an example, if the design objective function value of the head is 13 m and the design objective function value for the maximum size of solids that can pass is 12,121 mm 2 , this can be satisfied, but a design variable capable of maximizing efficiency can be derived. have.

도 10은 초기 설정된 중앙값에 따른 설계변수로 설계된 투베인 펌프 임펠러와 본 발명의 일실시예에 따라 최적 설계된 투베인 펌프 임펠러를 나타낸 예시도이다.10 is an exemplary diagram illustrating a tube-injection pump impeller designed as a design variable according to an initially set median value and a tube-injection pump impeller optimally designed according to an embodiment of the present invention.

도 10의 (a)는 설계변수가 중간값인 상태의 임펠러이고, 도 10의 (b)는 본 발명에 따라 최적 설계된 투베인 펌프 임펠러(100)를 나타낸 예시도이다.Fig. 10 (a) is an impeller in a state in which the design variable is an intermediate value, and Fig. 10 (b) is an exemplary view showing an optimally designed two vane pump impeller 100 according to the present invention.

이처럼 최적 설계된 본 발명은 종래의 임펠러에 비해 같은 양정에서 더 큰 고형물을 통과시키는 것은 물론 효율도 더 높게 나타났다.As such, the optimally designed present invention showed higher efficiency as well as passing larger solids in the same head compared to the conventional impeller.

이처럼 본 발명에 따르면 분뇨, 오폐수, 오물, 및 고형물을 설계된 바에 따라 막힘 현상 없이 펌핑하여 고장 및 파손을 방지하고 높은 양정 효율을 가질 수 있다.As such, according to the present invention, it is possible to prevent failure and damage and to have high lifting efficiency by pumping manure, wastewater, filth, and solid matter without clogging as designed.

특히, 본 발명에 따르면 최적 설계 방법에 따라 도출된 설계안을 이용하여 편리하게 원하는 목표 사양을 갖는 임펠러를 설계할 수 있다.In particular, according to the present invention, an impeller having a desired target specification can be conveniently designed using a design plan derived according to an optimal design method.

전술한 바와 같이 마련된 본 발명은 설계 프로그램에 의해 자동으로 이루어지도록 마련될 수 있다.The present invention prepared as described above may be provided to be automatically made by a design program.

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

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

11: 제1 지점
12: 제2 지점
13: 제3 지점
14: 제4 지점
100: 투베인 펌프
110, 120: 임펠러
130: 유입부
140: 허브
150: 쉬라우드
11: 1st point
12: second point
13: 3rd point
14: 4th point
100: tube vane pump
110, 120: impeller
130: inlet
140: hub
150: shroud

Claims (16)

펌프 유입부부터 바깥측으로 유선형으로 연장 형성되며 상호 대칭되는 한 쌍의 임펠러를 갖는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 있어서,
a) 목적함수를 설정하는 단계;
b) 설정된 상기 목적함수를 도출하기 위한 설계변수를 설정하는 단계;
c) 상기 설계변수의 최대값 및 최소값을 설정하는 단계;
d) 설정된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 수치해석을 통해 도출하는 단계;
e) 도출된 상기 설계변수의 값에 따른 상기 목적함수의 값을 이용하여 상기 목적함수의 값을 도출하기 위한 1차 함수식을 도출하는 단계; 및
f) 도출된 상기 1차 함수식을 이용하여 설계목적함수값을 만족하는 상기 설계변수의 값을 설계안으로 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
In the impeller design method of the two vane pump for wastewater, which is formed to extend outward from the pump inlet in a streamlined shape and has a pair of symmetrical impellers,
a) setting an objective function;
b) setting design parameters for deriving the set objective function;
c) setting maximum and minimum values of the design variables;
d) deriving the value of the objective function according to the set value of the design variable through numerical analysis;
e) deriving a linear function expression for deriving the value of the objective function by using the value of the objective function according to the derived value of the design variable; and
f) Impeller design method of a two-vane pump for wastewater, characterized in that it comprises the step of deriving the value of the design variable that satisfies the design objective function value as a design using the derived first-order function formula.
제 1 항에 있어서,
상기 a) 단계에서,
상기 목적함수는,
양정, 효율, 통과 가능한 고형물 최대 부피인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
The method of claim 1,
In step a),
The objective function is
The impeller design method of the tube-vane pump for wastewater, characterized in that it is the maximum volume of solids that can pass through, such as lift, efficiency, and lift.
제 2 항에 있어서,
상기 통과 가능한 고형물 최대 부피는,
Figure pat00009

상기 수학식에 의해 연산되며,
여기서, D는 상기 임펠러의 펌프 유입부 단부로부터 마주보는 임펠러까지 접선 방향의 길이인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
3. The method of claim 2,
The maximum volume of solids that can pass through is,
Figure pat00009

It is calculated by the above formula,
Here, D is the impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that the length in the tangential direction from the end of the pump inlet of the impeller to the impeller facing.
제 1 항에 있어서,
상기 b) 단계에서,
상기 설계변수는,
상기 임펠러 상에 복수의 지점에 대한 x축 및 y축 변위로 이루어진 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
The method of claim 1,
In step b),
The design variable is
The impeller design method of the tube-vane pump for wastewater, characterized in that it consists of x-axis and y-axis displacement for a plurality of points on the impeller.
제 4 항에 있어서,
상기 b) 단계에서,
상기 설계변수는,
상기 유입부측에 형성된 임펠러 일단부에 위치한 제1 지점의 y축 변위인 제1 변수;
상기 유입부 단부로부터 제1 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제2 지점에서의 x축 변위인 제2 변수;
상기 제2 지점에서의 y축 변위인 제3 변수;
상기 유입부 단부로부터 제2 간격만큼 떨어진 지점에 위치한 제3 지점에서의 x축 변위인 제4 변수;
상기 제3 지점에서의 y축 변위인 제5 변수; 및
상기 임펠러의 타단부에 위치한 제4 지점의 y축 변위인 제6 변수를 포함하며,
상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점 및 제4 지점은 상기 임펠러 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
5. The method of claim 4,
In step b),
The design variable is
a first variable that is a y-axis displacement of a first point located at one end of the impeller formed on the inlet side;
a second variable, the x-axis displacement at a second point located a first distance away from the inlet end;
a third variable, the y-axis displacement at the second point;
a fourth variable, the x-axis displacement at a third point located a second distance away from the inlet end;
a fifth variable, the y-axis displacement at the third point; and
It includes a sixth variable that is the displacement of the y-axis of the fourth point located at the other end of the impeller,
The first point, the second point, the third point and the fourth point is an impeller design method of a tube-in pump for wastewater, characterized in that located on the impeller.
제 5 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 제1 변수는,
초기 설정된 상기 제1 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -2% 내지 2% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
In step c),
The first variable is
Impeller design method of a tube-injector pump for wastewater, characterized in that it is provided to be set within the range of -2% to 2% of the entire length of the impeller at the initially set first point.
제 5 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 제2 변수는,
상기 제1 간격이 상기 임펠러 전체 길이의 10% 내지 50%인 범위로 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
In step c),
The second variable is
The impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that the first interval is provided to be set in a range of 10% to 50% of the entire length of the impeller.
제 5 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 제3 변수는,
초기 설정된 상기 제2 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
In step c),
The third variable is
Impeller design method of the tube vane pump for wastewater, characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the initially set second point.
제 5 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 제4 변수는,
상기 제2 간격이 상기 임펠러 전체 길이의 50 내지 90%인 범위로 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
In step c),
The fourth variable is
The impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that the second interval is provided to be set in a range of 50 to 90% of the entire length of the impeller.
제 5 항에 있어서,
상기 제5 변수는,
상기 c) 단계에서,
초기 설정된 상기 제3 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
The fifth variable is
In step c),
The impeller design method of the tube-vane pump for wastewater, characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the initially set third point.
제 5 항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 제6 변수는,
초기 설정된 상기 제4 지점에서 상기 임펠러 전체 길이의 -5 내지 5% 범위 내에서 설정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
In step c),
The sixth variable is
The impeller design method of the tube-vane pump for wastewater, characterized in that it is provided to be set within the range of -5 to 5% of the entire length of the impeller at the initially set fourth point.
제 5 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 투베인 펌프의 임펠러의 자오면을 고정한 상태에서,
상기 제1 변수, 제2 변수, 제3 변수, 제4 변수, 제5 변수 및 제 6변수의 값에 따라 형성된 임펠러의 형상에 대한 목적함수의 값이 2K요인 실험에 의해 도출되도록 마련된 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
6. The method of claim 5,
Step d) is,
In the state in which the meridian surface of the impeller of the tube-vane pump is fixed,
The first variable, the said second variable, the third variable and the fourth variable, and the fifth parameter and the value of the objective function for the shape of the impeller is formed in accordance with the value of the sixth variable, and adapted to be derived by the 2 K factor experiment The impeller design method of the two vane pump for wastewater.
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 양정에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,
Figure pat00010

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수, x4는 제4 변수, x5는 제5변수, x6은 제6 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The linear function formula derived for the head is,
Figure pat00010

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable, x 4 is the fourth variable, x 5 is the fifth variable, and x 6 is the sixth variable)
The impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 효율에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,
Figure pat00011

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수, x4는 제4 변수, x5는 제5변수, x6은 제6 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The linear function formula derived for the efficiency is,
Figure pat00011

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable, x 4 is the fourth variable, x 5 is the fifth variable, and x 6 is the sixth variable)
The impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that
제 2 항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 통과 가능한 고형물 최대 부피에 대해 도출된 상기 1차 함수식은,
Figure pat00012

(여기서, x1은 제1 변수, x2는 제2 변수, x3은 제3 변수, x4는 제4 변수, x5는 제5변수, x6은 제6 변수)
인 것을 특징으로 하는 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법.
3. The method of claim 2,
In step e),
The linear function formula derived for the maximum passable solid volume is,
Figure pat00012

(where x 1 is the first variable, x 2 is the second variable, x 3 is the third variable, x 4 is the fourth variable, x 5 is the fifth variable, and x 6 is the sixth variable)
The impeller design method of the two vane pump for wastewater, characterized in that
제 1 항에 따른 오폐수용 투베인 펌프의 임펠러 설계방법에 의해 설계된 투베인 펌프.
A two-vane pump designed by the impeller design method of the two-vane pump for wastewater according to claim 1.
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