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技術 多相流体のポンプ給送又は圧縮のためのタンデム式の羽根を有する装置

出願人 アンスティテュフランセデュペトロル
発明者 レジースヴィラジーネクリスチャンブラトゥフローランスペッテル
出願日 1997年1月6日 (24年0ヶ月経過) 出願番号 1997-000034
公開日 1997年7月29日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1997-195985
状態 未査定
技術分野 非容積形ポンプ細部一般 非容積型ポンプ 非容積形ポンプのロータ 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 向ラップ 液体ポケット 幾何学的輪郭 整流要素 圧縮セル 中空ケーシング 半径方向アーム 付加記号
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図面 (7)

課題

一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体圧縮又はポンプ給送するための、効率の高められた装置を提供する。

解決手段

タンデム式の第1の羽根(A1j)及び第2の羽根(A2j)を含む一以上の羽根群を含み、その際形状寸法的特性が一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体の圧縮又はポンプ給送を最適化するように決定する。

概要

背景

用いたポンプの型(往復ポンプ回転ポンプ又はホーン効果ポンプ)が何であれ、良好な結果はその流体の上記容積比の値が非常に低いか、又はでさえある場合に得られ、と言うのはその場合にその流体が液体単一相流体としての挙動をするからである。これらの物質は、その運転条件がその液体の中に溶解している気体の大きな部分の蒸発許容するような現象をもたらさないとき、又はそのポンプ入口における上記容積比が最大で0.2であるときに用いることができる。経験から、この値以上ではこれらの装置の有効性が非常に急速に減少することが知られている。

現存の各種装置の運転状態を改善するための技術手段の1つは、ポンプ給送に先立ってその気相から液相を分離し、そしてそれらの各相を別々に、それぞれ或る圧縮値を主として液態の相に、又は主として気相に与えるのに適している別個圧縮回路の中で処理することよりなる。それら別個の回路は常に使用できるものではなく、そしてしばしばより大型で、より高価な、かつより複雑なポンプ給送系に導く。

これが、その多相流体の全エネルギーを高めるのに適しているばかりでなく、そのポンプ給送装置の出口における容積比の値がポンプ給送の前のそのものの値以下であるような多相流体を作り出すことをも可能とするような種々のポンプ給送装置を開発しようとしてきた理由である。

従来技術はこのような結果を得ることができる種々の羽根断面形状記述しており、中でも、本出願人のフランス特許FR−2,157,437、同FR−2,333,139、同FR−2,471,501及び同FR−2,665,224は、前後に続く2枚の羽根によって定められる流体流れ断面について選ばれる厳密な羽根の断面形状又は形状寸法を記述している。いずれの場合にもこれらの断面形状は、或る単一群の中で少なくとも2枚の羽根を含む「タンデム式羽根」と呼ばれる羽根と異なり、単一部材よりなる単一羽根に関するものである。

「単一」羽根による多相流体のポンプ給送の作業率が改善できる。

このように、従来技術は、例えば1980年4月に、雑誌“Journalof Engineering for Power”, Vol. 102,369頁に発表された報文「各種軸流圧縮機のためのタンデム式のロータ羽根についての最適化」におけるように、タンデム式のいくつかの羽根を含む圧縮装置の使用を記述している。

しかしながらこの従来技術の教示は単一相流体、すなわちその圧縮装置の入口において主として液状又は気体状の単一相よりなる流体の圧縮にのみ関するものである。この文献に記載されているタンデム式羽根の形状寸法的特性は、特に圧縮における挙動がそれにもかかわらずいくつかの相を有する流体、例えば一以上の1つの液相と一以上の気相とを含む流体の挙動と比較できないような単一相流体の圧縮によく適しており、従ってそれらは多相流体のポンプ給送には適さない。

概要

一以上の液相と一以上の気相とを含む多相の流体の圧縮又はポンプ給送するための、効率の高められた装置を提供する。

タンデム式の第1の羽根(A1j)及び第2の羽根(A2j)を含む一以上の羽根群を含み、その際形状寸法的特性が一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体の圧縮又はポンプ給送を最適化するように決定する。

目的

効果

実績

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請求項1

一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体を圧縮するための、又はポンプ給送するための装置において、前記流体のための一以上の吸込口(2)と一以上の吐出口(3)とを有する一以上の中空ケーシング(1)と、回転軸Oxを有し前記中空ケーシングの中で回転することのできる、ハブ(28)と前記ハブに固定される一以上のベーンGj よりなる一以上のロータとを含み、前記ベーンGj は第1の羽根A1jと第2の羽根A2jとを含み、これらの羽根の各々はリーデインエッジaijとテーリングエッジfijとを有し、少なくとも前記第1及び/又は第2の羽根(A1j、A2j)の前記リーデイングエッジaijにより定められる、スケルトン曲線の接線により形成される角度αが0度以上45度以下である装置。

請求項2

二以上のベーン又はそれぞれ第1の羽根A1jと第2の羽根A2jとを有する羽根群G1 、G2 を含む一以上のインペラーを備え、前記羽根群Gj の第1及び/又は第2の羽根の形状寸法的特性及びこれらの羽根群の相互の配置が下記の4つのパラメータ、すなわち、パラメータ1:h/tの比の形で表わされる、ピッチtに対する接線方向偏倚h(但しtは、各群の羽根G1 及びG2 の各第2の羽根A21及びA22に相当するそれら2つのテーリングエッジf21とf22との間の距離に相当するピッチであって、このパラメータの値は0.95ないし1.05の範囲にある)パラメータ2:羽根群Gj の軸方向ラップrj と全翼弦長CTjとの比rj/CTj(この値は0.01ないし0.15の範囲にある)パラメータ3:羽根群Gj において、第1の羽根の翼弦長CFjの値の第2の羽根の翼弦長CRjの値に対する比により定義される弦長比RCj=(CFj/CRj)(この値は0.5ないし1.5の範囲にある)パラメータ4:同一群の第2の羽根のキャンバーΦRjの値に対する第1の羽根のキャンバーΦFjの値により定義されるキャンバー比Φj (この値は0.10ないし1の範囲にある)より選ばれた一以上のパラメータに従い決定される、請求項1に記載の装置。

請求項3

第1の羽根A1jと第2の羽根A2jとを有する一以上の整流器を含み、羽根群Gjの第1及び/又は第2の羽根の形状寸法的特性及びこれらの羽根群の相互の配置が下記の4つのパラメータ、すなわちパラメータ1:h/tの比の形で表わされる、ピッチtに対する接線方向偏倚h(但しtは、各群の羽根G1 及びG2 の各第2の羽根A21及びA22に相当するそれら2つのテーリングエッジf21とf22との間の距離に相当するピッチであって、このパラメータの値は0.60ないし0.80の範囲にある)パラメータ2:羽根群Gj の軸方向ラップrj と全翼弦長CTjとの比rj/CTj(その値は−0.01ないし0.05の範囲にある)パラメータ3:羽根群Gj において、第1の羽根の翼弦長CFjの値の第2の羽根の翼弦長CRjの値に対する比により定義される弦長比RCj=(CFj/CRj)(この値は0.5ないし1.5の範囲にある)パラメータ4:同一群の第2の羽根のキャンバーΦRjの値に対する第1の羽根のキャンバーΦFjの値により定義されるキャンバー比Φj (この値は0.10ないし1の範囲にある)より選ばれた一以上のパラメータに従い決定される、請求項1に記載の装置。

請求項4

一以上のインペラー及び/又は一以上の整流器を含み、これらがそれぞれ少なくとも2つの羽根群G1 、G2 を備え、この羽根群G1 、G2がそれぞれ第1の羽根(A11、A12)と第2の羽根(A21、A22)とを有し、前記第1の羽根及び第2の羽根の形状寸法的特性及びこれらの羽根群の相互の配置が、請求項2及び/又は3にあげたパラメータ1、パラメータ2及びパラメータ3に従って決定され、その際これらのパラメータの各々は請求項2及び/又は3にあげた各範囲にある、請求項1ないし3のいずれかに記載の装置。

請求項5

一以上のインペラー及び/又は一以上の整流器の形状寸法的特性が前記パラメータ4により決定され、キャンバー比Φj の値が請求項2及び/又は3のパラメータ1、パラメータ2及びパラメータ3の値と組み合わせて選ばれる、請求項2ないし4のいずれかに記載の装置。

請求項6

第1及び/又は第2の羽根の最大厚さの比e1 /e2 が、一のインペラー及び/又は一の整流器について、0.5ないし1の範囲にある、請求項1ないし5のいずれかに記載の装置。

請求項7

第1の羽根の厚さe1 が2mm以上10mm以下であり、及び/又は第2の羽根の厚さe2 が2mm以上20mm以下である、請求項5に記載の装置。

請求項8

一のベーンが前のベーン及び/又は後のベーンに、機械的手段(40)により結合されている、請求項1ないし7のいずれかに記載の装置。

請求項9

一以上のインペラーと一以上の整流器とを含み、前記インペラーが流れの方向に対してディフューザの前に配置されている、請求項1ないし8のいずれかに記載の装置。

請求項10

一以上のインペラーと二以上の整流器とを含み、前記インペラーが前記二つの整流器の間に配置されている、請求項1ないし8のいずれかに記載の装置。

請求項11

一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体を圧縮するための、又はポンプ給送するための装置において、前記多相流体のための1つの吸込口と1つの吐出口とを有する中空ケーシングと、回転軸Ox有し前記中空ケーシングの中で回転することのできるロータを含み、該ロータは、中心ボスと該中心ボスに固定される一以上のベーン(50)よりなり、該ベーンは上部面及び下部面とを有しており、該ベーンに、上部面に沿って流れる気相の少なくとも或る部分と下部面に沿って循環する液相の少なくとも或る部分の接触を容易にするための前記下部面と上部面とを連通する一以上の開口(51)が設けられた装置。

請求項12

請求項1ないし11のいずれかに記載の装置を石油の多相流出物のポンプ給送のための多相ポンプとして使用する方法。

技術分野

0001

本発明は、圧縮されるに先立ってその与えられた温度及び圧力の条件のもとに中でも液相と、この液体の中に溶解されない気相との混合物よりなり、そしてこの液体は気体飽和されていても飽和されていなくてもよいような多相流体を圧縮するための装置に関する。

0002

本発明の圧縮装置又は圧縮セルは特に、例えば、必ずしもそれのみに限るものではないが、水、油及びガス、並びに場合により固体粒子の混合物よりなる多相の石油流出物のような多相流体をポンプ給送するのによく適している。このような流体のポンプ給送は、気体/液体の容積比の値がポンプ給送前のその流体の熱力学的条件のもとでより高いために解決がなおさら困難であるようないくつかの問題を提起する。

0003

以下において「容積比」又はGLR(気体/液体比)と簡略化した形で呼ぶところの気体/液体容積比はその液体状態におけるその流体の容積に対するその気体状態におけるその流体の容積の比率として定義され、そしてこの比の値が、中でもその多相流体の熱力学的条件に依存する。

背景技術

0004

用いたポンプの型(往復ポンプ回転ポンプ又はホーン効果ポンプ)が何であれ、良好な結果はその流体の上記容積比の値が非常に低いか、又はでさえある場合に得られ、と言うのはその場合にその流体が液体単一相流体としての挙動をするからである。これらの物質は、その運転条件がその液体の中に溶解している気体の大きな部分の蒸発許容するような現象をもたらさないとき、又はそのポンプ入口における上記容積比が最大で0.2であるときに用いることができる。経験から、この値以上ではこれらの装置の有効性が非常に急速に減少することが知られている。

0005

現存の各種装置の運転状態を改善するための技術手段の1つは、ポンプ給送に先立ってその気相から液相を分離し、そしてそれらの各相を別々に、それぞれ或る圧縮値を主として液態の相に、又は主として気相に与えるのに適している別個圧縮回路の中で処理することよりなる。それら別個の回路は常に使用できるものではなく、そしてしばしばより大型で、より高価な、かつより複雑なポンプ給送系に導く。

0006

これが、その多相流体の全エネルギーを高めるのに適しているばかりでなく、そのポンプ給送装置の出口における容積比の値がポンプ給送の前のそのものの値以下であるような多相流体を作り出すことをも可能とするような種々のポンプ給送装置を開発しようとしてきた理由である。

0007

従来技術はこのような結果を得ることができる種々の羽根断面形状記述しており、中でも、本出願人のフランス特許FR−2,157,437、同FR−2,333,139、同FR−2,471,501及び同FR−2,665,224は、前後に続く2枚の羽根によって定められる流体流れ断面について選ばれる厳密な羽根の断面形状又は形状寸法を記述している。いずれの場合にもこれらの断面形状は、或る単一群の中で少なくとも2枚の羽根を含む「タンデム式羽根」と呼ばれる羽根と異なり、単一部材よりなる単一羽根に関するものである。

0008

「単一」羽根による多相流体のポンプ給送の作業率が改善できる。

0009

このように、従来技術は、例えば1980年4月に、雑誌“Journalof Engineering for Power”, Vol. 102,369頁に発表された報文「各種軸流圧縮機のためのタンデム式のロータ羽根についての最適化」におけるように、タンデム式のいくつかの羽根を含む圧縮装置の使用を記述している。

0010

しかしながらこの従来技術の教示は単一相流体、すなわちその圧縮装置の入口において主として液状又は気体状の単一相よりなる流体の圧縮にのみ関するものである。この文献に記載されているタンデム式羽根の形状寸法的特性は、特に圧縮における挙動がそれにもかかわらずいくつかの相を有する流体、例えば一以上の1つの液相と一以上の気相とを含む流体の挙動と比較できないような単一相流体の圧縮によく適しており、従ってそれらは多相流体のポンプ給送には適さない。

発明が解決しようとする課題

0011

本発明者等は、一以上の液体の相と一以上の蒸気又は気体の相とを含み、これら2つの相の割合が時間とともに変化するような多相流体を圧縮するのに適しているタンデム式のいくつかの羽根、すなわち「タンデム羽根」を使用することによって、本発明の目的の1つである、多相流体のポンプ給送を改善することができることを見出した。

0012

以下の記述において、羽根のスケルトンとは、その羽根の下部面及びそれら羽根の上方面に対していかなる点においても等距離であるような面と定義される。

0013

羽根の回りを流れている流体の面とのその羽根の交面を考えたときに、この羽根の断面形状はその羽根の曲線幾何学的座標及びこの線に沿うその羽根の厚さの変化する態様から定義することができる。

0014

以下の記述において下記の略記号を用いる:
*Aij:羽根群jにおける第i番目の羽根
*aij:羽根Aijのリーデインエッジ
*fij:羽根Aijのテーリングエッジ
*Gj :羽根群
*CTj:全部の羽根から決定される断面形状に等価の断面形状を有する羽根により定義される翼弦長に相当する羽根群の全翼弦長
*CFj:羽根群のうちの第1の羽根の翼弦長
*CRj:2枚の羽根(但しこれは本発明の技術的範囲を逸脱することなく2よりも大きな数に増大できる)を含む群について、或る羽根群の第2の羽根の翼弦長
*h :間隔(fij、aij)の、周縁方向(回転軸に対して垂直の)への投影に相当する接線方向偏倚
*α :実質的に共軸の一定半径の、各面の上に軸が存在する円筒表面の上で定められる角度〔この角度αは、周縁方向の直線(回転軸に対して垂直となる)と、前に定義したスケルトンにより定められる曲線上の任意の点における接線との間の角度である〕

課題を解決するための手段

0015

上記効果を得るため、本発明の装置はタンデム式の羽根を用いる。タンデム式の羽根は一つ以上のベーンを含んでいても良い。

0016

例えば、そのベーン又は羽根群Gj が2枚の羽根A1j及びA2jを含むときに、例えば主羽根と呼ばれる第1の羽根がその流れている流体又は流体粒子を受ける最初のものであり、そして第2の羽根は、例えば補助羽根と呼ばれる。

0017

これらの羽根の形状寸法的特性及び配置により、多相流体の圧縮を最適化することができる。さらに、第1の羽根群からやってくる液体の少なくとも1部をその前の羽根群からやってくる気体の少なくとも1部と再混合させることができる。

0018

ベーンを形成する羽根は互いに完全に分離されているか、又は、いくつかの開口部又は移送ポートを備えた1枚の羽根より導かれていることができ、そしてこれらポートにより分離された各部分のそれぞれを1枚の羽根と細分することができる。

0019

すなわち本発明は、一以上の液相と一以上の気相とを含む多相流体を圧縮するための、又はポンプ給送するための装置において、この装置が、上記流体のための一以上の吸込口と一以上の吐出口とを有する一以上の中空ケーシング、及びこのケーシングの中で回転軸Ox を有して回転することのできる、ハブとこのハブに固定されている一以上のベーンGj とよりなる一以上のロータを含む、上記装置に関する。これは、上記ベーンGj が第1の羽根A1jと第2の羽根A2jとを含み、これらの羽根の各々がリーデイングエッジaijとテーリングエッジfijとを有し、少なくとも上記第1及び/又は第2の羽根(A1j、A2j)の上記リーデイングエッジaijから定められる、スケルトン曲線に対する接線により形成される角度αが、例えば0度と45度との間であることを特徴とするものである。

0020

以下において、羽根のスケルトンとは、羽根内輪及び羽根外輪に対していかなる点においても等価である面として定義される。或る羽根の、この羽根の周りの流れの面との交叉を考えたときに、各羽根の断面形状はその弯曲線の幾何学的座標及びこの線に沿う羽根の厚さの分布規則により記述することができる。

発明を実施するための最良の形態

0021

具体例の1つによれば、この装置は、少なくとも2つのベーン、又はそれぞれ第1の羽根A1jと第2の羽根A2jとの含まれる羽根群G1 、G2 を含む、一以上のインペラーを含み、その際各羽根群Gj の第1及び/又は第2の羽根の形状寸法的特性及びそれら種々の羽根群の相互の配置が、例えば下記の4つのパラメータ、すなわち
パラメータ1:h/tの比の形で表わされる、ピッチtに対する接線方向偏倚h(但しtは、各群の羽根G1 及びG2 の各第2の羽根A21及びA22に相当するそれら2つのテーリングエッジf21とf22との間の距離に相当するピッチであって、このパラメータの値は0.95ないし1.05の範囲にある)
パラメータ2:羽根群Gj に相当する軸方向ラップrj と全翼弦長との比(その値は0.01ないし0.15の範囲にある)
パラメータ3:或る群の羽根Gj について、それら羽根群の1つについてのその第1の羽根の翼弦長CFjの値の第2の羽根の翼弦長CRjの値に対する比により定義される弦長比RCj=(CFj/CRj)(0.5と1.5との間にある)
パラメータ4:同一群の第2の羽根のキャンバーΦRjの値に対する第1の羽根のキャンバーΦFjの値により定義されるキャンバー比Φj (0.10ないし1の範囲にある)
より選ばれた一以上のパラメータに従い決定される。

0022

この装置は、例えばそれぞれ第1の羽根(A11、A12)と第2の羽根(A21、A22)とを含む例えば一以上のインペラー及び/又は整流器を含み、その際各羽根群の上記第1及び第2の羽根の形状寸法的特性及びそれら種々の羽根群の相互の配置が、例えば特許請求の範囲の請求項2及び/又は3にあげられた3つのパラメータ、すなわちパラメータ1、パラメータ2及びパラメータ3に従い決定され、その際これらのパラメータのそれぞれは、例えば前の各範囲の1つに属する。

0023

一以上のインペラー及び/又は一以上の整流器の形状寸法的特性は、例えば第4のパラメータにより明示され、その際キャンバー比Φj の値は前述の各パラメータの3つの値と組み合わせて選ばれ、そして1つのインペラー又は1つの整流器に従って選ばれる。

0024

第1及び/又は第2の羽根の最大厚さの比e1 /e2 は1つのインペラー及び/又は1つの整流器について、例えば0.5と1との間の範囲にある。

0025

第1の羽根の厚さe1 は、例えば2mmと10mmとの間の範囲に、及び/又は第2の羽根の厚さe2 は2mmと20mmとの間の範囲にある。

0026

具体例の1つによれば、1つのベーンは、例えば前置されたベーン及び/又は後置されたベーンに、例えば或る機械的手段により結合されている。

0027

この装置は、例えば一以上のインペラーと一以上の整流器とを含み、その際上記インペラーは、例えば、流れの方向に見てディフューザの前に置かれている。

0028

具体例の1つによればこの装置は、例えば一以上のインペラーと少なくとも2つのディフューザと含み、その際上記インペラーは、例えばそれら2つのディフューザの間に置かれている。

0029

本発明はまた、一以上の気相と一以上の液相とを含む多相流体を圧縮するための、又はポンプ給送するための装置にも関し、その際この装置は、上記多相流体のための吸込口と吐出口とを有する中空ケーシング、及びこのケーシングの中で回転軸Ox を有して回転することのできる、ハブと、このハブに固定されている、第1面又は上部面及び第2面又は下部面を有する一以上のベーンとよりなる一以上のロータを含む。これは、上記ベーンがその長さの少なくとも或る部分にわたり、上部面に隣接して流れている気相の少なくとも或る部分と遭遇し易くするため及び下部面側の上を循環している液相の少なくとも或る部分と遭遇し易くするために、上記下部面と上部面とに連通することを許容する1つ又はいくつかの開口を備えていることを特徴とする。

0030

本発明はまた、例えば多相の石油流出物を例えばポンプ給送するのに用いられる多相ポンプにも関する。この多相ポンプは、一以上のインペラー及び/又は前にあげた特性の1つを示す一以上の整流器を含むことによって特徴付けられる。

0031

「単一」羽根を含む装置と比較して、中でも石油流出物のような多相流体のポンプ給送に適用されるタンデム式の設計は、上に定義した最適化された形態においてその圧縮装置に以下にあげる諸利点をもたらす。
(1)流体中に含まれる液相及び気相を少なくとも部分的に再混合するのを促進させることによりこれらの相の分離を最小限にすることができる。
(2)水動力損失を最小限に抑制することができる。本発明における羽根が、圧縮装置中の流れを円滑にするように設計されているためである。また、流体の減速を最小限に抑制することができる。(流体の減速は、水動力損失及び流体の流れの分離をもたらす。特に羽根のキャンバーが大きい場合に高くなる。)
(3)ステータ水準において、羽根をタンデム式に設計しているため、流体の流れを改善し、出口部において流体細流の速度を均一にすることができる。

0032

本発明の他の諸特徴及び他の諸利点は、一以上の液相、1つの気体そう及び場合により固体相を含む石油型の多相の流出物を圧縮し、又はポンプ給送する用途についての非制限的な適用例のいくつかの具体例について添付の図面の参照のもとに以下にあげる記述から明らかとなるであろう。

0033

以下の記述において「流体」の語は、中でも、液相及び気相並びに場合により、例えば砂又は水和凝集体のような固体粒子の形の固体相を含む多相流体を意味する。その液相は種々異なる体よりなり、気相は異なった種々の気体よりなるものであってもよい。

0034

本発明における流体は、圧縮装置の内側及び外側において異なった性質の種々の相を含む。装置内部で相転換し得る単一の相からなる流体を指すものではない。

0035

多相石油流出物をポンプ給送するための本発明の装置の特別な、かつ非制限的な具体例の1つを図1(A)及び図1(B)に軸方向断面で図式的に示す。

0036

このポンプ給送装置は、生産油井における種々の流出物をポンプ給送するための本発明の装置の非制限的な適用例について、その井戸の中に容易に投入できるように、例えば円筒形の中空ケーシング1を含む。ケーシング1には、一以上の多相流体吸込口2及びポンプ給送される流体の流れ回路と連通する一以上の排出ポート3が設けられている。この回路はライン又はパイプ4で示されており、その端部にケーシング1が、例えば図における参照数字5を付したねじ付き支持部のような当業者に公知のいずれかの好適な手段によって固定されている。

0037

図1(B)に示されている例においては、入口2はケーシングの壁の中に設けられたいくつかのポートの形を有し、そしてそのポンプ給送装置はこれらポートの水準において、ケーシング1に流体がこのケーシング内に流入した後でこれを転向させ、そして実質的にこれに対して軸方向、すなわちポンプの回転軸に実質的に平行な方向の速度を伝達するための、ケーシング1に固定されているデフレクタ14を含む。

0038

例えば、それのみに限られるものではないが、電気モータのような原動手段7(図1(A))により回転駆動される軸棒6、及び場合により、中でもモータの軸の回転速度を軸棒6の駆動される回転速度に適合させることのできる伝動装置がケーシング1の中に配置されている。

0039

軸棒6は、例えば本出願人のフランス特許FR−2,471,501に記述されているような、例えば少なくとも2つの異なった支持体9及び10によって所定位置に保たれる。

0040

支持体10は半径方向のいくつかのアーム11によって、これら半径方向アームの間の間隙がその流体を矢印Fで示した方向へ流れることを許容するようにケーシング1に固定されている。

0041

支持体9及び10の取り付けについての詳細は明確にフランス特許FR−2,471,501にあげられており、中でも、当業者に充分知られていて以下において詳細を記述する必要がないような、この装置の種々の部材の間の密封を得ることを許容する取り付け手段が記述されている。

0042

その流体の全エネルギーを上昇させるのに適した一以上の要素又は段階がそのポンプ給送装置の吸込口2と吐出口3との間でケーシング1の中に配置されている。

0043

図1(A)には3つの要素が示されているが、これらの機能は参照数字17、18及び19を付した流体のエルネギーを上昇させることである。この数は制限的ではなくて所望の圧力上昇に依存する。これらの要素は以下においてインペラーと呼ぶ。

0044

以下ににおいて図3について詳細に記述されるこれらの要素は軸棒6に固定されており、この上にそれらは、例えばプレス嵌めされ、各要素の間の間隔はブレース20ないし23によって与えられる。

0045

この装置はまた、好ましくは1つ又はそれ以上の整流要素をも含む。例えば、整流器(24、26)が各圧力上昇用要素(17、18、19)の出口のところに配置されており、各整流器はケーシング1に、例えば固定ねじ27によって固定されている。

0046

それら整流器の存在は本発明の装置に必須のものではない。しかし、流体又は流出物の圧縮装置中の流れを円滑にすることができるとういう利点を提供する。

0047

それら圧力上昇用要素とケーシングとの間のクリアランス及びそれら圧力上昇用要素とそれら整流器との間のクリアランスは、当業者によく知られた態様でそのポンプの運転受容できる最小値に低下させられる。

0048

図2は、この装置の運転時に矢印Rにより示されている方向へ回転駆動される軸棒6に固定されたハブ28を主として含む圧力上昇用要素、すなわちインペラー段階の非制限的な具体例の斜視図である。このハブ28は、以下において第1の羽根又は主羽根と、そして第2の羽根又は補助羽根と呼ばれる2枚の羽根30a及び30bよりなる一以上のベーン30を含み、このものの形状寸法的特性及び相互間の配置は図3についてあげてある。ベーン29、30の数は制限的ではなく、そしてこれは例示のためにのみあげたものである。一般にこの数はロータの静的並びに動的なバランスを促進するように選ばれる。それらベーンの高さは、それらが回転している間にそれらが画定する形状が、この例においては円筒形であるそのくりぬき合致するようなものである。

0049

タンデムベーン又はその羽根が単一部材でできているときの断面形状に相当する羽根群の有効断面形状は本出願人のフランス特許FR−2,157,437、同FR−2,333,139、同FR−2,471,501及び同FR−2,665,224に記述されている各種断面形状の1つと実質的に同じであることができ、その際後者は2枚の相連なったベーンにより定められる正半径方向導溝の断面の変化から羽根の断面形状を画定する。第1の羽根30aと第2の羽根30bとを含むタンデムベーンの断面形状は実際にそれら羽根のそれぞれの断面形状を考慮した有効断面形状に匹敵できる。すなわち2つの有効ベーン又は羽根群によって定められる導溝として正半径方向導溝を定義することができる。

0050

同様に、タンデムベーンのそれぞれの羽根はこれら各特許公報に記述されているそれらの断面形状に従い選ぶことができる。

0051

タンデムベーン、すなわち相互に対してタンデム式に配置されている羽根群の数は好ましくは常に2よりも大きい。

0052

本発明の技術的範囲より逸脱することなく、中でも例えば200mmと400mmとの間の大きな外直径のベーンを有するインペラーについて、それらベーンの数は3と8との間、好ましくは4と6との間であることができる。

0053

多相流体の圧縮を実施し、そして最適化するために、ベーン又は羽根群を形成するそれぞれの羽根及びそれらベーン及び/又は羽根の圧縮装置内での相互間のレイアウトは、例えば図3に示すパラメータの少なくとも1つにより決定される形状寸法的特性を有する。

0054

図3に示した例においては各羽根群Gj は、例えば相前後して配置された2枚の羽根A1j及びA2jを含むが、但しこれは本発明の記述的範囲より逸脱することなく、2よりも大きな数の羽根を含む羽根群に広げることも可能である。

0055

図3に羽根群がG1 及びG2 により示されている。各群は第1の羽根又は主羽根A1j及び第2の羽根又は補助羽根A2jを含む。

0056

ベーンの簡単な表示の1つは外半径について配置された円筒包絡面展開された面の上のそのものの幾何学的輪郭を定義することよりなる。

0057

図3において回転軸は線mで表わされており、そして線pはその圧縮装置の主方向又は接線方向に相当する。矢印Eはこの圧縮装置の中に流入する多相流体の流れ方向に相当する。

0058

一般に、羽根Aijは図の中に参照記号“aij”を付して示してあるリーデイングエッジと、及びテーリングエッジ“fij”を含むが、その際iは記号jを付けた羽根群の中のAijの番号である。

0059

すなわち、記号A1jを付した第1の羽根及び記号A2jを付した第2の羽根は羽根群Gj に組み合わされるものであり、例えばA11は第1の羽根群G1 の第1の羽根に相当し、そしてA21はこの羽根群の第2の羽根に相当する。

0060

翼弦長は1つの羽根についてそのリーデイングエッジaijとそのテーリングエッジfijとの間の距離として定義される。これはそれぞれ第1の羽根A1jについてはCFjで、そして第2の羽根についてはCRjで線mの上に示されている。

0061

羽根群Gj について、線mの上にこの羽根群Gj の中の第1の羽根のリーデイングエッジa11とその第2の羽根のテーリングエッジf21との間の距離の投影によって示されている全翼弦長CTjを定義することもできる。

0062

本発明の圧縮装置の諸特性は、例えばその羽根群のそれらの羽根及びその位置に特異的な1組の特性パラメータから選ばれる一以上のパラメータより決定される。この選択により、その圧縮装置についての最適運転範囲を画定することができる。

0063

本発明の圧縮装置の諸特性値を決めるパラメータとして、例えば下記の3つのパラメータを含む:第1の羽根群G1 の第2の羽根A21のリーデイングエッジa21と第2の羽根群G2 の第1の羽根A12のテーリングエッジf12との間の距離に相当する接線方向偏倚h。このパラメータの値は、例えばh/tの比の形で与えられるピッチtの関数として表わされる。ピッチtは第1の羽根群G1 と第2の羽根群G2 との各補助羽根A21及びA22に対応する2つのテーリングエッジf21とf22との間の距離に相当する。羽根群Gj の第1の羽根A1jとその同じ羽根群Gj の第2の羽根A2jとのラップに相当する方向mについての軸方向ラップ「rj 」。このラップ「rj 」の値は好ましくは羽根群の第1の羽根の翼弦長CFjについて定義される。例えば羽根群Gj の第1の羽根の翼弦長CFjの値とその第2の羽根の翼弦長CRjとの値との比によって定義されるRCj=(CFj/CRj)。

0064

上に定義した3つのパラメータの少なくとも1つの値を適当に選ぶことが、最適化された圧縮装置を得ることができる。

0065

その装置の好ましい具体例の1つによれば、これらのパラメータの少なくとも1つの値は好ましくは以下にあげるようなそれぞれの範囲内で選ばれる:インペラーを定義するためには上記の3つのパラメータの少なくとも1つの値は好ましくは下記の各範囲内で選ばれる:
*接線方向偏倚hのピッチtに対する比は0.95ないし1.05の範囲内である。
*rj /CTjの比は0.00ないし0.15の範囲内である。
*弦長比RCjは0.5ないし1.5の範囲内である。

0066

すなわち多相流体を圧縮するための装置の最適の運転状態を得ることを許容するインペラーについての少なくとも2つの羽根群の各羽根の形状寸法及び配置を定義することができる。

0067

好ましくは、それら3つのパラメータは上述の3つの範囲から選ばれ、そしてこの最初の3zのパラメータと組み合わせて選ばれる第4のパラメータは、その圧縮運転を最適化するようにそれと組み合わされる。この第4のパラメータは、例えば1つの羽根群について決定されるキャンバー比Φj であり、そして与えられた羽根群についてその第1の羽根A1jのキャンバーΦFjの値の第2の羽根A2jのキャンバーΦRjの値に対する比として定義される。

0068

このパラメータの値は好ましくは0.5ないし1の範囲内で選ばれる。

0069

同様に、整流器又はディフューザはこれらの特性値を下にあげるそれぞれの範囲内で選ぶことによって決定される。
*接線方向偏倚hのピッチtに対する比は0.60ないし0.80の範囲内である。
*rj /CTjの比は−0.01ないし0.05の範囲内である。
*弦長比RCjは0.5ないし1.5の範囲内である。

0070

すなわち、多相流体を圧縮するための装置の最適の運転状態を得ることを許容するディフューザについて少なくとも2つの羽根群の各羽根の寸法及びそれら群の配置を定義することができる。

0071

この場合にディフューザについては、羽根群について決定され、そして与えられた羽根群についての第2の羽根A2jのキャンバーΦRjの値に対する第1の羽根A1jのキャンバーΦFjの値の比として定義されるキャンバー比Φj は好ましくは0.10ないし1の範囲内で選ばれる。

0072

インペラー及び/又は整流器についてはその流体の流れのための面積は、例えばこの圧縮装置の回転軸に垂直でこの圧縮装置の入口と出口との間に位置している面p1 内に取ったその流体の全流路面積により定義される。

0073

この面積の値は実質的に一定的な態様に従って変化し、そしてこれは最少値と最大値とにより限定され、その際これら2つの値は好ましくは2つの面p1 についての2つの面積が2.2ないし0.45の範囲内になるように選ばれる。

0074

最適化された具体例の1つによれば、出口面において取ったそのインペラーの上記面積の値はその内側面の上記面積の値に従い定義され、かつ限定される。

0075

具体例の1つによれば、インペラーについては第1の羽根の最大厚さと第2の羽根のそれのとの比e1 /e2 は0.6ないし1の範囲内であり、そして整流器については好ましくは0.5ないし1の範囲内である。

0076

好ましい具体例の1つによれば、インペラーについての羽根群の形状寸法的特性は、例えばmmで表わしたホイールの外直径の、ベーンの数に対する比が40ないし60の範囲内であるように選ばれた値によって定義される。

0077

例えば、前に記述したような特性値を有するインペラーを含む装置の具体例の1つによれば、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、当業者によく知られた、特性値がインペラーのそれに適合化された整流器を使用することができる。インペラー段階の出口においてその多相流体は少なくとも軸方向成分周方向成分とを有するような速度を有する。当業者によく知られているように、整流器の使用はその流体の流れ速度の周方向成分を抑制するか、又は少なくとも低下させることによってその静圧の上昇を許容する。

0078

本発明の技術的範囲から逸脱することなく、中でも本出願人のフランス特許FR−2,33,139、同FR−2,471,501又は同FR−2,665,224に記述されている種々の装置を使用することができる。

0079

例えば、多段階圧縮装置の上の圧縮用装置の1つは、一連のいくつかの圧縮機段階を含み、これら段階のそれぞれは、例えば一以上のインペラー及び1つの整流器を包含し、その際その整流器は流れ方向にみてそのインペラーの前又後方に配置されている。

0080

すなわち、その流体の流れの面積は、例えば実質的に連続的な態様で変化し、その際その流れている流体は例えばその装置の回転軸に沿っている。

0081

いくつかのタンデム羽根を含む圧縮装置の中での多相流体のポンプ給送の間に起こる種々の現象をよりよく理解するために、図4には、液状及び気体状の種々の相のポンプ給送用又は圧縮用の装置の中での、中でも2つのタンデム羽根によって定められる導溝を通って流れるときの異なった流れが示されている。

0082

すなわち、図4図3に示したと同様な図において2つの羽根群G1 及びG2を有しており、そしてその点線は、上にあげたそれら2つの群の両側に位置する羽根群G0 及びG3 に相当する。

0083

そのようにして、それぞれ羽根群Go とG1 、G1 とG2 及びG2 とG3 の間に位置する流体の流れ導溝E0 、E1 及びE2 が定められる。

0084

羽根の下面を示す参照記号Iij及び羽根の上面を示す参照記号Eijがそれぞれの羽根と組み合わされている。

0085

各羽根群について、例えば第1の羽根の下面Iijと第2の羽根の上面E2jとの間に含まれる流路が定められる。

0086

すなわち図4において流路p1 は第1の羽根群の2枚の羽根A11とA12との間に位置する流路に相当し、そしてp2 は第2の羽根群の各羽根A12とA22との間に位置する流路に相当し、その際それら流路はそれぞれ、その値が羽根群の中の2枚の羽根の配置によって決定されるような幅を有する。

0087

この流れ導溝は流れ導溝からやってくる液相の少なくとも1部を隣接の流れ導溝の中で循環している気相の少なくとも1部と再混合することを許容する。

0088

実際に、それが圧力上昇要素を通って流れるときに回転の作用のもとで多相流体を形成する各相、中でもそれぞれ参照記号lk 及びgk を付した液相と気相との分離が観測され、その際付加記号k は流体(E0 、E1 、E2 )の循環する導溝を示す。

0089

横断方向の圧力勾配の作用のもとで液相lk は、羽根の負圧側面、すなわち上面へ向かい回り込む気相gk と異なり、その羽根の過圧側面、すなわち羽根の下面へ向かって押しやられる。この現象は単一羽根としてのいくつかの羽根を含む圧縮装置においても起こる。

0090

図4に示したパターンによれば、或る値のエネルギーがそれへ伝達されるべき多相流体は相前後したタンデムベーンの2つの群の間で、例えば流路E1 の中で流れ、そして例えば矢印Eによって示された方向へ流れる。

0091

この流路内でその流体は第2の羽根群の羽根A11の下面I11へ移ってゆくその液体フラクションl1 と、及びその第1の羽根A12の上面E21へ向かって引き寄せられる気相g1 とに分かれる。

0092

下面I11に引き寄せられる液体フラクションl1 は流路p1 を通って流れ、そして流れ導溝E0 の中へも流れてこれが流れ導溝E0 の中でも液相と気相との分離からもたらされる気相g0 の少なくとも1部と混合するまで循環し続ける。

0093

その気相g0 と液相l1 とは再混合しながら多相流体のポンプ給送の間に現れ、そしてポンプ給送効率を低下させるのに貢献する液相と気相との分離現象を少なくとも部分的に相殺することを許容する。

0094

この現象はそれら流路のそれぞれの水準において起こり、そして従って各羽根群の水準において起こるが、その際、例えば隣接の導溝からやってくるそれら気体状及び液状の流体は再混合される。

0095

好ましくは、1つの羽根群の2枚の羽根の間に流路が存在することは、その圧縮装置の、実質的に等価の表面及び形状を有する単一羽根よりなるベーンを用いて得られる効率に比してその圧縮装置の効率を実質的に改善する。

0096

この流路の寸法は、例えば上に定義したパラメータの組から選ばれる。

0097

図5は、例えば互いに少なくとも機械的手段により結合された1つの羽根群の斜視図的な切断図である。すなわち第1の羽根は例えば流れ方向に考えて後続する羽根に、及び/又は先行する羽根に結合される。この機械的要素40はその羽根の長手方向に沿い、及び/又は幅に沿ういかなる点に配置されてもよい。いくつかの形状寸法をこの機械的手段の実現のために、その流体の流れの中に乱れを導入しないような全ての可能な形状を考えることができる。

0098

好ましくは、それら機械的手段は各羽根の間の距離を保ち、そしてそのようにしくつかの形状寸法をこの機械的手段の実現のために、その流体の流れの中に乱れを導入しないような全ての可能な形状を考えることができる。

0099

好ましくは、それら機械的手段は各羽根の間の距離を保ち、そしてそのようにし各羽根の相互の特別な順序を決めることを許容する。

0100

これは機械的な補強が得られることを許容する。

0101

図6は本発明の装置において羽根群がその長さの少なくとも1部にわたり分布された1つ以上のポートを備えた羽根より得られるような変形具体例を図式的に示す。すなわちこれらのポートにより分離される羽根の部分はそれぞれ図3に示した各羽根Aijの機能と実質的に同一の機能を有する「補助羽根」を形成する。

0102

すなわち羽根50に沿って分布されたそれら開口又はポートは、図3において記述したように、それぞれその羽根の下面の近傍及び上面の近傍において循環しており、そして隣接の各導溝からやってくる液体状及び気体状のフラクションの通過を許容する。

0103

図6は、気体ポケット又は液体ポケットにより取られることのできる形状を示す。

0104

その液体フラクションは各ポート51の少なくとも1つを通過しようとして上面の上で循環している気体フラクションと混合し、そしてそのようにして多相混合物を形成する。GLR比の値は、そのようにしてその気体フラクションの液体部分による富化の結果として著しく減少し、そしてその多相流体の圧縮は図4について上に記述したように多相流体の分離段階によりもたらされる分離の相殺によって改善される。

0105

それら混合用開口又はポートは、中でもその流体を形成する各相の性質に従って、それらの相の相互の方向への通過を促進するように選ばれる異なった形状及び寸法を有することができる。

発明の効果

0106

「単一」羽根を含む装置と比較して、中でも石油流出物のような多相流体のポンプ給送に適用されるタンデム式の設計は、上に定義した最適化された形態においてその圧縮装置に以下にあげる諸利点をもたらす。
(1)流体中に含まれる液相及び気相を少なくとも部分的に再混合するのを促進させることによりこれらの相の分離を最小限にすることができる。
(2)水動力損失を最小限に抑制することができる。本発明における羽根が、圧縮装置中の流れを円滑にするように設計されているためである。また、流体の減速を最小限に抑制することができる。(流体の減速は、水動力損失及び流体の流れの分離をもたらす。特に羽根のキャンバーが大きい場合に高くなる。)
(3)ステータの水準において、羽根をタンデム式に設計しているため、流体の流れを改善し、出口部において流体細流の速度を均一にすることができる。

0107

本発明の他の諸特徴及び他の諸利点は、一以上の液相、1つの気体そう及び場合により固体相を含む石油型の多相の流出物を圧縮し、又はポンプ給送する用途についての非制限的な適用例のいくつかの具体例について添付の図面の参照のもとに以下にあげる記述から明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明

0108

図1本発明の装置の一具体例の説明図及び部分切断説明図である。
図2インペラー又は羽根車の斜視図である。
図3本発明におけるタンデム式羽根の各パラメータを説明するベーンの半径の円筒面との交叉面の展開図である。
図4気相と液相との混合状態の図式説明図である。
図51群の羽根が機械的手段により結合されている具体例の説明図である。
図6各相の混合を最適化するためのポートを備えた本発明の羽根の具体例の簡単な説明図である。

--

0109

1ケーシング
2吸込口
3排出ポート
4パイプ
5 ねじ
6軸棒
7原動手段
8伝動装置
9、10支持体
11半径方向アーム
14デフレクタ
17、18、19流体
20ないし23ブレース
24、25、26整流器
28 ハブ
29、30ベーン
30a、30b羽根
Aij 羽根
G1 、G2羽根群
Iij 下面
Eij 上面
aij リーデイングエッジ
fij テーリングエッジ

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