JPH09195985A - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【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。
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。 【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。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】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で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の流体を圧縮するため
の装置に関する。
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で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の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。
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。
/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。
【0004】
【従来の技術】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、又は零でさ
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を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。
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、又は零でさ
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を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の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。
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の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。
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を記述しており、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。
きる種々の羽根断面形状を記述しており、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。
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 Enginee
ring for Power”, Vol. 10
2,369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。
年4月に、雑誌“Journalof Enginee
ring for Power”, Vol. 10
2,369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。
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。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
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
羽根の曲線の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。
羽根の交面を考えたときに、この羽根の断面形状はその
羽根の曲線の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のリーデイングエッジ *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〕
る: *Aij:羽根群jにおける第i番目の羽根 *aij:羽根Aijのリーデイングエッジ *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〕
【0015】
【課題を解決するための手段】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。
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。
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。
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。
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。
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
厚さの分布の規則により記述することができる。
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
厚さの分布の規則により記述することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【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。
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】
【実施例】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
物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。
も、液相及び気相並びに場合により、例えば砂又は水和
物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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、2
6)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。
以上の整流要素をも含む。例えば、整流器(24、2
6)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。
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に受容できる最小値に低下させられ
る。
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に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に合致するようなものであ
る。
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に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−2,157,43
7、同FR−2,333,139、同FR−2,47
1,501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。
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−2,157,43
7、同FR−2,333,139、同FR−2,47
1,501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。
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。
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。
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。
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A
2j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。
は、例えば相前後して配置された2枚の羽根A1j及びA
2j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。
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
て配置された円筒状包絡面の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。
て配置された円筒状包絡面の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。
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“a
ij”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。
ij”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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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Φ
Fj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。
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Φ
Fj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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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と周方向成分
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。
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と周方向成分
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−2,33,1
39、同FR−2,471,501又は同FR−2,6
65,224に記述されている種々の装置を使用するこ
とができる。
く、中でも本出願人のフランス特許FR−2,33,1
39、同FR−2,471,501又は同FR−2,6
65,224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は後方に配置されている。
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は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。
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。
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は図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。
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G
1 、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。
1 、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。
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。
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。
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。
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。
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l
k 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。
k 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。
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l
1 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。
根A11の下面I11へ移ってゆくその液体フラクションl
1 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【0106】
【発明の効果】「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。
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。
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。
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。
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5】1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。
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。
本発明の羽根の具体例の簡単な説明図である。
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン ブラトゥ フランス国 78860 サン ノム ラ ブ ラテッシ レ ヴェルジェ ド ラ ラン シェール 35 (72)発明者 フローラン スペッテル フランス国 69250 ナービール スール サオーヌ アヴェニュ ヴィッセル 15 /7
Claims (12)
- 【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グエッ
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10
mm以下であり、及び/又は第2の羽根の厚さe2 が2
mm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用
ポンプとして使用する方法。
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