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폐수 처리용 수중 축류 펌프 개발
Development of Submersible Axial Pump for Wastewater 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.37 no.2 = no.329, 2013년, pp.149 - 154  

윤정의 (강원대학교 삼척캠퍼스 메카트로닉스공학과)

초록
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본 연구는 7kW 모터로 $18.5m^3/min$의 유량을 양정(H) 0.5m로 공급할 수 있는 고농도 폐수처리용 3엽 수중 펌프의 블레이드를 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 블레이드의 축방향 비틀림 각, 블레이드의 길이 및 반경방향 비틀림 각을 설계변수로 선정하여 이들이 블레이드 효율에 미치는 영향을 상용 해석용 프로그램을 사용한 (ANSYS BladeGen, Turbo Grid, CFX) 전산해석을 통해 수행하였다. 해석 결과 블레이드의 축방향 비틀림각(${\beta}$)가 펌프의 효율에 가장 민감한 변수임을 알 수 있었으며, 축방향 비틀림각 $({\beta})=20^{\circ}$, 반경방향 비틀림 각 $({\alpha})=110^{\circ}$ 그리고 블레이드의 길이 (l)=240 mm 일 때 펌프의 최고 효율을 가지게 됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was performed to develop a high efficiency submersible axial pump for concentration wastewater treatment. To do this, we simulated the effect of some parameters such as the axial twist angle of a blade(${\beta}$), the radial twist angle of a blade(${\alpha}$) and the...

주제어

#날개 길이   #날개 형상   #폐수 펌프   #축류펌프  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구는 580rpm 7kW 모터로 18.5m3/min의 유량을 양정(H) 0.5m로 공급할 수 있는 고유량 저양정형 폐수처리용 수중 펌프의 블레이드를 개발하기 위해 수행하였다(이 경우 비속도=4195. 폐수처리용 경우 양정의 확보에 어려움이 있기 때문에 순수한 물을 수송하는 경우 보다 날개의 개수를 많이 가지게 설계를 하게 되며, 본 연구에서도 기존의 설계책 등에서 제시하고 있는 2개의 날개보다 1개 더 많은 3개의 날개를 가진 블레이드를 기준으로 펌프설계를 시작하였다.
  • 본 연구는 7kW 모터로 18.5m3/min의 유량을 양정(H) 0.5m로 공급할 수 있는 고농도 폐수처리용 3엽 수중 펌프의 블레이드를 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 블레이드의 축방향 비틀림각(β), 블레이드의 길이 (l) 및 반경방향 비틀림 각 (α)을 설계변수로 선정하여 이들이 블레이드 효율에 미치는 영향을 상용 해석용 프로그램을 사용한 (ANSYS BladeGen, Turbo Grid, CFX) 전산해석을 통해 수행하였으며, 그 결과 아래의 몇 가지 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원심펌프는 전체 펌프 시장의 몇 %를 차지하는가? 전체 펌프 시장의 50% 정도를 차지하는 원심펌프의 경우 그동안 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통해 보다 높은 효율과 신뢰성 확보를 위한 연구가 임펠러 설계를 중심으로 집중되어 왔으나, 슬러리 이송용 축류 재순환 펌프의 경우 상대적으로 연구결과가 많지 않다. 폐수 이송용 축류 재순환 펌프의 경우는 일반적인 축류 펌프와 달리 주로 고상의 입자가 상당수 포함된 액체를 대량으로 수송하는 용도로 사용하는 펌프로 비 속도(specific speed)가 2,500[rpm, m3/s, m] 이상의 값을 가지고 있다.
원심펌프의 연구는 무엇을 위주로 집중되어 왔는가? 전체 펌프 시장의 50% 정도를 차지하는 원심펌프의 경우 그동안 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통해 보다 높은 효율과 신뢰성 확보를 위한 연구가 임펠러 설계를 중심으로 집중되어 왔으나, 슬러리 이송용 축류 재순환 펌프의 경우 상대적으로 연구결과가 많지 않다. 폐수 이송용 축류 재순환 펌프의 경우는 일반적인 축류 펌프와 달리 주로 고상의 입자가 상당수 포함된 액체를 대량으로 수송하는 용도로 사용하는 펌프로 비 속도(specific speed)가 2,500[rpm, m3/s, m] 이상의 값을 가지고 있다.
폐수 이송용 축류 재순환 펌프는 어떻게 설계되고 있는가? 폐수 이송용 축류 재순환 펌프의 경우는 일반적인 축류 펌프와 달리 주로 고상의 입자가 상당수 포함된 액체를 대량으로 수송하는 용도로 사용하는 펌프로 비 속도(specific speed)가 2,500[rpm, m3/s, m] 이상의 값을 가지고 있다. 이와 같이 비속도가 2,500 이상의 값을 가지는 경우 Stefanoff 등이 제시한 기존의 방식을 사용할 경우 축류 펌프의 날개 수는 2개로 설계를 하지만 폐수 이송용의 경우 양정확보를 위해 3개로 설계하고 있다.(1,2) 이와 같이 기존의 일반 펌프에 사용되는 설계 식을 그대로 적용할 수 없는 폐수 이송용 축류 재순환 펌프 설계와 관련한 연구를 살펴보면, 먼저 최영석 등은 축류펌프 날개의 경사각, 입구각, 날개팁 코드 길이 등이 유량과 효율에 미치는 영향을 해석하였으며,(2)2006년 고성호 등은 고농도 폐수 정화를 위한 교반기에 사용되는 축류 수중 믹서와 관련하여 FLUNT를 사용하여 임펠러 입구형상이 유동 특성에 미치는 영향을 해석한 연구를 확인할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Stepanoff, A. J., 1957, Centrifugal and Axial Flow Pumps, John Wiley & Sons, Inc. 

  2. Choi, Y. S., Lee, J. H. and Kim, S. I., 2000, "A Numerical Study on the Effect of Blade Shapes on the Performance of the Propeller - type Submersible Mixers," Journal of Fluid Machinery, Vol. 3, No. 2, pp. 31-35. 

  3. Ko, S. H., Kwack, Y. K., Lee, S. H. and Jang, Y. S., 2006, "A Numerical Study on Flow Characteristics of Submersible Mixer According to the Design Parameters," Proceedings of the 4th National Congress on Fluids Engineering, pp. 1205-1208. 

  4. Kim, S., Choi, Y. S., Lee, K. Y. and Kim, J. H., 2011, "Hydrodynamic Design of Axial-flow Pump Impellers," Summer Conference of Society of Air-conditioning and refrigerating engineers of Korea, pp. 1123-1126. 

  5. Park, H. C., Kim, S., Lee, K. Y., Kim, J. H., Yoon, J. Y. and Choi Y. S., 2011, "Effect of Design Variables on the Performance of Axial-flow Pump Guide Vanes," Research and Development Conference of Fluid Machinery and Systems, pp. 596-597. 

  6. Imaichi, K., Murakami, Y., Tsurusaki, H. and Cho, K. R., 2002, The Basis of Pump Design, Daeyoung Sa. 

  7. Gulich, J. F., 2010, Centrifugal Pumps, Springer. 

  8. ANSYS CFX, 2009, ANSYS CFX User''s Guide Release 12.0, ANSYS Inc. 

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