專利名稱：帶有串聯(lián)式葉片的多相流體泵送或壓縮裝置的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為1996年12月30日、申請(qǐng)?zhí)枮?6117975.9、名稱為“帶有串聯(lián)式葉片的多相流體泵送或壓縮裝置”的中國專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種用于壓縮多相流體的裝置，所述流體在被壓縮前，在一定的壓力和溫度條件下是由一液相和一不溶解在該液相中的氣相的混合物組成的，所述液體可以是，也可以不是被氣體所飽和。
根據(jù)本發(fā)明的這一壓縮裝置或壓縮單元特別適合于泵送一多相流體，例如(但并不排它)由水、油及氣體，或者可能還有固體顆粒的混合物組成的多相原油流體。由于這種流體在被泵送之前在熱力學(xué)條件下的氣/液體積比的比值較高，所以泵送它會(huì)更加困難。
在下文中，氣/液體積比將被縮稱為“體積比”或GLR(氣/液比率)。應(yīng)注意的是，它實(shí)際上是定義為氣態(tài)下的流體體積相對(duì)液態(tài)下的流體體積的比值，這個(gè)比值主要取決于多相流體的熱力學(xué)條件。
不管所用的泵采用的是何種設(shè)計(jì)(活塞泵、旋轉(zhuǎn)泵或喇叭效應(yīng)泵)，當(dāng)流體的體積比非常小或甚至為零時(shí)都能獲得很好的效果，這是因?yàn)榱黧w這時(shí)表現(xiàn)為一液體的單相流體。這適用于這樣的一些材料，即，它們在工作時(shí)不會(huì)讓溶解在液體中的大部分氣體蒸發(fā)，或在泵入口處的體積比不超過0.2。由經(jīng)驗(yàn)可知，體積比在該值之上時(shí)，裝置的效用會(huì)降低得很快。
為了改進(jìn)現(xiàn)有裝置的工作，現(xiàn)在有這樣一種解決方案，它包括在泵送之前將液相與氣相分離，隨后，在各自的壓縮回路中分別壓縮已分離的液、氣兩相，所述回路的壓縮值分別適合于一主液相或一主氣相的壓縮值。不能總是用分開的回路，而且它通常會(huì)使泵送系統(tǒng)較大、昂貴和復(fù)雜。
這就是為什么需要研制既能增加多相流體的總能量，又能使多相流體在泵裝置出口處的體積比低于其被泵送之前的體積比的泵裝置的原因。
已有技術(shù)中揭示了能得到這種結(jié)果的各種葉片形狀，特別是在本申請(qǐng)人的法國專利FR-2,157,437，F(xiàn)R-2,333,139，F(xiàn)R-2,471,501和FR-2,665,224中揭示了幾種精密的葉片外形或幾何形狀，它們被選用于連續(xù)兩個(gè)葉片所限定的流體流動(dòng)部分。在任何情況下，與那些在一單個(gè)組中包括至少兩個(gè)葉片的被稱作“串聯(lián)式葉片”的葉片不同，這些有關(guān)形狀的設(shè)計(jì)只涉及包括一單件的各種單葉片。
帶有“單”葉片的多相流體泵送裝置是可以改進(jìn)的。
已有技術(shù)中，例如1980年4月公開在《動(dòng)力工程》雜志(Journal ofEngineering for Power)第102期369頁上的題為“對(duì)軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)式葉片的最優(yōu)化設(shè)計(jì)”中描述了包括串聯(lián)式葉片的壓縮裝置的使用情況。
然而，該已有技術(shù)的教導(dǎo)僅僅是涉及單相流體，也就是在壓縮裝置的入口處主要是由液體或氣體的單相所組成的流體的壓縮情況。該文件中描述的串聯(lián)式葉片的幾何特性特別適用于單相流體的壓縮，這種單相流體的壓縮行為不能與具有幾個(gè)相的流體，例如帶有至少一個(gè)液相和至少一個(gè)氣相的的流體相比，因此它們不適于用來泵送多相的流體。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，亦即本發(fā)明的一個(gè)目的在于，可以采用串聯(lián)式的葉片或稱“串聯(lián)葉片”來改進(jìn)多相流體的泵送，所述葉片的幾何構(gòu)造適于壓縮包括至少一個(gè)液相和至少一個(gè)汽相或氣相的多相流體，且這兩個(gè)相的比例可能隨時(shí)間變化。
在下文中，葉片的骨架被定義為具有最小厚度的葉片與平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的圓柱面的交線。
下文中將使用以下標(biāo)號(hào)Aij指的是j組葉片中編號(hào)是i的葉片，aij指的是一葉片Aij的前緣，fij指的是一葉片Aij的后緣，Gj指的是成組的葉片，CTj一葉片組的總弦長，它相應(yīng)于一個(gè)形狀等效于由該組所有葉片確定的形狀的葉片所確定的弦長，CFj一組葉片中第一葉片的弦長，CRj一組葉片中第二葉片的弦長，該組葉片中包括兩個(gè)葉片，但如果數(shù)量超過2，也不偏離本發(fā)明的范圍，h指的是切向偏移，它是第一葉片組的第二葉片的前緣和第二葉片組的第一葉片的后緣之間的距離，α是被定義在大致同軸、等半徑的圓柱面上的一個(gè)角，這些圓柱面的軸線與機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸線重合，α是周邊方向(垂直于旋轉(zhuǎn)軸線)和前述骨架所限定的曲線上任何一點(diǎn)的切線之間的夾角。
為了獲得上述的改進(jìn)，本發(fā)明的裝置中采用了包括由一種或幾種形狀的葉片組合而成的串聯(lián)式葉片。
例如，當(dāng)葉輪或葉片組Gj包括兩個(gè)葉片A1j和A2j時(shí)，第一葉片被稱作主葉片，它首先接收流動(dòng)的流體或流體顆粒，而第二葉片被稱作輔助葉片。
這些葉片的特別的幾何特性以及它們相對(duì)安置的方式可使對(duì)一多相流體的壓縮達(dá)到最優(yōu)化，并且能使從一第一葉片組來的液相的至少一部分與從上述葉片組來的氣相的至少一部分重新混合。
形成一葉輪的各葉片總的是可互相分開的，或者可由一個(gè)設(shè)有諸開口或傳送口的葉片來形成，由這些開口分開的每個(gè)部分可以被看作一個(gè)葉片。
因此，本發(fā)明提供了一種用于壓縮或泵送一包括至少一個(gè)液相和至少一個(gè)氣相之多相流體的裝置，該裝置包括至少一個(gè)中空殼體，它具有用于所述流體的至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口；至少一個(gè)可在所述殼體內(nèi)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線Ox轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括一轂件以及至少一個(gè)固定于該轂件的葉輪Gj，其特征是，所述葉輪Gj包括一第一葉片A1j和一第二葉片A2j，每個(gè)葉片均具有一前緣aij和一后緣fij，葉片骨架曲線的切線形成了角度α，所述角度是由至少所述第一和/或第二葉片(A1j，A2j)的所述前緣aij限定的，其大小在0°-45°之間。
應(yīng)注意的是，考慮到葉片與圍繞該葉片的流動(dòng)流體之間的相交，可以用葉片曲線的幾何坐標(biāo)以及沿葉片曲線的厚度分布來描述葉片的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置包括至少一個(gè)推進(jìn)器，該推進(jìn)器包括至少兩個(gè)葉輪或葉片組G1，G2，每個(gè)葉片組均包括一第一葉片A1j和一第二葉片A2j，每個(gè)葉片組Gj的第一和/或第二葉片的幾何特性以及各葉片組相互之間的位置關(guān)系是按照下面四個(gè)參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)來選擇的，這些參數(shù)是參數(shù)1切向偏移距離h與間距t的比值，它可用h/t的形式來表示，這里的間距t是葉片組G1和G2的第二葉片A21和A22的后緣f21和f22之間的距離，參數(shù)1的大小是在0.95-1.05之間，參數(shù)2軸向重疊值rj相對(duì)一葉片組Gj的總弦長CTj的比值，其大小是在-0.01-0.15之間，參數(shù)3葉片組Gj的弦長比RCj＝(CFj/CRj)，它是一個(gè)葉片組中第一葉片的弦長值CFj相對(duì)第二葉片的弦長值CRj的比值，其大小在0.5-1.5之間，參數(shù)4弧長比Фj，它是同一葉片組中第一葉片的弧長值ФFj與第二葉片的弧長值ФRj的相對(duì)比值，其大小在0.10-1之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置包括至少一個(gè)整流器，每個(gè)整流器均包括一第一葉片A1j和一第二葉片A2j，每個(gè)葉片組Gj的第一和/或第二葉片的幾何特性以及各葉片組相互之間的位置關(guān)系是按照下面四個(gè)參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)來選擇的，這些參數(shù)是參數(shù)5切向偏移距離h與間距t的比值，它可用h/t的形式來表示，這里的間距t是葉片組G1和G2的第二葉片A21和A22的后緣f21和f22之間的距離，參數(shù)1的大小是在0.60-0.80之間，參數(shù)6軸向重疊值rj相對(duì)一葉片組Gj的總弦長CTj的比值，其大小是在-0.01-0.05之間，參數(shù)7葉片組Gj的弦長比RCj＝(CFj/CRj)，它是一個(gè)葉片組中第一葉片的弦長CFj相對(duì)第二葉片的弦長CRj的比值，其大小在0.5-1.5之間，參數(shù)8弧長比Фj，它是同一葉片組中第一葉片的弧長值ФFj與第二葉片的弧長值ФRj的比值，其大小在0.10-1之間。
所述裝置可包括至少一個(gè)推進(jìn)器和/或至少一個(gè)整流器或發(fā)散器，它們每個(gè)均包括至少兩個(gè)葉片組G1，G2，這些葉片組均包括一第一葉片(A11，A12)和一第二葉片(A21，A22)，每個(gè)葉片組的所述第一和/或第二葉片的幾何特性以及各葉片組相互之間的位置關(guān)系取決于上述參數(shù)1、參數(shù)2、參數(shù)3和參數(shù)4中的三個(gè)和/或參數(shù)5、6、7和8中的三個(gè)。
至少一個(gè)推進(jìn)器和至少一個(gè)整流器的幾何特性是由一第四參數(shù)來決定的，弧長比Фj的大小是結(jié)合前述的那三個(gè)參數(shù)值并且是按照一推進(jìn)器或一整流器來進(jìn)行選擇的。
用于一推進(jìn)器和/或一發(fā)散器的第一和/或第二葉片的最大厚度之比e1/e2應(yīng)在0.5到1之間。
第一葉片的厚度e1是在2到10mm之間，而第二葉片的厚度e2是在2到20mm之間。
根據(jù)一實(shí)施例，一個(gè)葉輪可通過例如一機(jī)械裝置連接于它的前一個(gè)葉輪或后一個(gè)葉輪。
所述裝置包括至少一個(gè)推進(jìn)器和至少一個(gè)整流器，考慮到流動(dòng)方向，推進(jìn)器被放置在所述發(fā)散器之前。
根據(jù)一實(shí)施例，所述裝置包括至少一個(gè)推進(jìn)器和至少兩個(gè)整流器，所述推進(jìn)器被放置在所述兩個(gè)整流器之間。
本發(fā)明涉及一種用于壓縮或泵送一包括至少一個(gè)液相和至少一個(gè)氣相之多相流體的裝置，該裝置包括至少一個(gè)中空殼體，它具有用于所述多相流體的至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口；至少一個(gè)可在所述殼體內(nèi)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線Ox轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括一轂件以及至少一個(gè)固定于該轂件上的葉輪，所述葉輪包括一第一表面或稱上表面以及一第二表面或稱下表面。其特點(diǎn)是，所述葉輪沿其長度方向的至少一部分上設(shè)有一個(gè)或若干個(gè)開口，它們溝通了所述上、下表面，因而有利于在上表面一側(cè)流動(dòng)的氣相的至少一部分與在下表面一側(cè)流動(dòng)的液相的至少一部分相遇。
本發(fā)明涉及一種用于泵送一多相原油流體的多相流體泵。該多相泵的特征是，它包括能體現(xiàn)一前述特性的至少一個(gè)推進(jìn)器和/或至少一個(gè)整流器。
與包括“單”葉片的裝置相比，在一最優(yōu)化結(jié)構(gòu)下的串聯(lián)式設(shè)計(jì)特別適用于泵送如原油流體之類的多相流體，它可為壓縮裝置帶來下列好處—通過至少部分地重新混合多相流體的各個(gè)相，使得包含在該流體內(nèi)的液相和氣相的分離現(xiàn)象減至最??；—水能的損失可減至最小，這是因?yàn)?諸葉片更適于流體進(jìn)入壓縮裝置，*流體的減速度被減至最小，而當(dāng)葉片腔室較大時(shí)，流體的減速度很大，會(huì)增加水力損失并導(dǎo)致流動(dòng)分離，以及*在定子級(jí)上，葉片的串聯(lián)設(shè)計(jì)可改進(jìn)流體的導(dǎo)向，因而可使流體的速度在出口管段處得以平穩(wěn)下來。
通過下文中結(jié)合附圖對(duì)壓縮或泵送一原油型多相流體(包括至少一個(gè)液相、一個(gè)氣相，還可能有一個(gè)固相)的非限制性實(shí)施例所作的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將得以顯現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的、旨在泵送一多相流體的裝置的示意圖；圖1A是多相流體泵送裝置的軸向剖視圖；圖2是推進(jìn)器或葉輪的立體圖；圖3是葉輪與一半徑恒定的圓柱面相交而產(chǎn)生的交線的陰影圖，示出了根據(jù)本發(fā)明限定的一串聯(lián)式葉片幾何形狀的各參數(shù)；圖4示出了氣相和液相的混合流的情況；圖5示出了本裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中，示出了一葉片組中的兩葉片用一機(jī)械裝置連接的情況；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的、設(shè)有使相混合最優(yōu)化的開口之葉片的簡單的實(shí)施例。
在下文中，“流體”這個(gè)詞指的是一種多相流體，它包括一液相、一氣相、以及可能還有以固體顆粒(例如砂，或水合物團(tuán)塊之類的粘性顆粒)形式存在的固相。液相可以由幾中性質(zhì)不同的液體組成，而氣相則由性質(zhì)不同的幾種氣體組成。
與在壓縮裝置內(nèi)能經(jīng)受變化的單相流體不同，該多相流體包括在壓縮裝置內(nèi)外具有不同性質(zhì)的若干相。
圖1和1A示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的、旨在泵送一多相原油流體的裝置的特定但非限制性的實(shí)施例。
該泵送裝置包括一中空殼體1，它可是圓筒形的，以便能方便地進(jìn)入一油井內(nèi)運(yùn)行，用本發(fā)明的裝置在產(chǎn)油井內(nèi)泵送流體僅僅是一個(gè)非限制性的應(yīng)用。殼體1上設(shè)有至少一個(gè)多相流體入口2，以及至少一個(gè)連通于泵送流體回路的排放口3。該回路是由一管線或管子4來表示的，在其端部可以用本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員都熟知的合適的裝置，例如在圖中由標(biāo)號(hào)5表示的螺紋頭來緊固殼體1。
在圖1A所示的例子中，入口2是設(shè)置在殼體1之側(cè)壁上的口子，在這些入口的水平線上，泵裝置包括一固定在殼體1上的偏轉(zhuǎn)器14，該偏轉(zhuǎn)器在流體進(jìn)入殼體后偏轉(zhuǎn)流體，并且使流體的速度大致沿軸線的方向，也就是大致平行于泵之旋轉(zhuǎn)軸線。
殼體1內(nèi)設(shè)有一包括轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)子，它通過一例如(但并不排它)電動(dòng)機(jī)之類的驅(qū)動(dòng)裝置7(圖1)，以及一可能有的、使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)軸6之轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)裝置8(圖1)來帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)軸6可以用例如本申請(qǐng)人的專利FR-2,471,501中描述的至少兩個(gè)不同的軸承9和10來保持定位。
軸承10是通過諸徑向臂11而緊固于殼體1的，因此，可使流體在箭頭F所示的方向上穿過徑向臂之間的間隙流動(dòng)。
FR-2,471,501專利中清楚地示出了有關(guān)軸承9和10的安裝情況，這種特別的安裝可使裝置的各部件之間獲得密封，這對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員而言是無需詳細(xì)描述的。
在泵裝置的入口2和出口3之間、在殼體1內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)可增加流體總能量的元件或級(jí)段。
圖1A示出標(biāo)號(hào)為17，18和19的三個(gè)能增加流體能量的元件。元件的數(shù)量沒有什么限制，它取決于所需的壓力增量。這些元件在下文中將被稱作推進(jìn)器。
圖3中詳細(xì)地示出了這些元件，它們可以是例如壓配地固定于轉(zhuǎn)軸6，各元件之間設(shè)有支柱20到23。
該裝置最好是還包括一個(gè)或多個(gè)整流器。例如，在每個(gè)增壓元件(17，18，19)的出口處可分別放置一整流器(24，25，26)，每個(gè)整流器均通過例如緊固螺絲27之類的裝置固定于殼體1。
整流器對(duì)本發(fā)明的裝置而言并不是必須的。然而，由于它可以引導(dǎo)流體通過壓縮裝置的各個(gè)級(jí)段，因此可以提供很大的好處。
諸增壓元件和殼體之間的空隙以及增壓元件和整流器之間的空隙當(dāng)然可以通過本技術(shù)領(lǐng)域熟知的方法來降低到最小值，以與泵的工作相協(xié)調(diào)。
圖2是一增壓元件或推進(jìn)器的非限制性實(shí)施例的立體圖，所述增壓元件主要包括一固定于轉(zhuǎn)軸6的轂件28、它在裝置工作過程中于箭頭 所示的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。轂件28包括至少一個(gè)葉輪30，它是由在下文中分別被稱作第一葉片或主葉片以及第二葉片或輔助葉片的兩葉片30a和30b組成的，圖3中給出了它們的幾何特性和相互之間的位置關(guān)系。葉輪29和30的數(shù)量是沒有限制的，這里僅僅是為了舉例說明。通常，這個(gè)數(shù)量應(yīng)該是有所選擇的，以利于轉(zhuǎn)子的靜平衡和動(dòng)平衡。葉輪的高度定在當(dāng)它們在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所確定的形狀與孔是互補(bǔ)的，在該例子中孔是圓柱形。
串聯(lián)式葉輪或葉片組的有效形狀與由單件組成的葉片形狀相對(duì)應(yīng)，單個(gè)葉片的形狀大致等同于本申請(qǐng)人的專利FR-2,157,437，F(xiàn)R-2,333,139，F(xiàn)R-2,471,501和FR-2,665,224中所揭示形狀中的一個(gè)，后者限定了一種隨著由兩個(gè)連續(xù)葉片形成的一個(gè)正徑向(orthoradial)通道的截面而變化的葉片形狀。一串聯(lián)葉輪的外形是由一第一葉片30a和一第二葉片30b構(gòu)成的，該外形事實(shí)上可以看作是將該兩葉片的各自外形綜合起來的一個(gè)有效外形。因此，就可將一個(gè)正徑向通道定義為由兩個(gè)有效葉輪或葉片組所確定的通道。
類似的是，一串聯(lián)葉輪的每個(gè)葉片都可根據(jù)這些專利中描述的形狀來作出選擇。
串聯(lián)葉輪的數(shù)量，也就是互相串聯(lián)的葉片組的數(shù)量最好是大于2。
葉輪的數(shù)量可以是3到8之間，最好是在4到6之間，特別是對(duì)外徑較大(例如200到400mm之間)葉輪的推進(jìn)器而言尤其如此，而這并不偏離本發(fā)明的范圍。
為了進(jìn)行多相流體的壓縮并使之最優(yōu)化，組成了一葉輪或葉片組的各葉片，以及在壓縮裝置中葉輪和/或葉片的相互位置均呈現(xiàn)出例如由圖3中所示的至少一個(gè)參數(shù)所確定的幾何性質(zhì)。
在圖3所示的例子中，每組葉片Gj均包括一個(gè)接一個(gè)設(shè)置的兩個(gè)葉片A1j和A2j，但葉片組也可以包括兩個(gè)以上的葉片，這并不偏離本發(fā)明的范圍。
在圖3中葉片組分別是由G1和G2來表示的，每個(gè)葉片組均包括一第一葉片或主葉片A1j和一第二葉片或輔助葉片A2j。
要在其展開面上確定葉輪幾何輪廓時(shí)，葉輪可簡單表示為相對(duì)于外徑定位的圓柱形包跡線。
在圖3中，線m表示旋轉(zhuǎn)軸線，而線p則對(duì)應(yīng)于壓縮裝置的外周或切向。箭頭 對(duì)應(yīng)于多相流體進(jìn)入壓縮裝置的方向。
和通常一樣，葉片Aij包括一在圖中由標(biāo)號(hào)“aij”表示的前緣以及一后緣“fij”，這里的i是葉片Aij在一由j表示的葉片組中的編號(hào)。
因此，由A1j表示的第一葉片和由A2j表示的第二葉片都屬于葉片組Gj，例如，A11對(duì)應(yīng)于第一葉片組G1的第一葉片，而A21則對(duì)應(yīng)于該葉片組的第二葉片。
一葉片的前緣aij和其后緣fij之間的距離就是該葉片的弦長。在線m上分別用CFj表示第一葉片A1j的弦長，用CRj表示第二葉片A2j的弦長。
在線m上還可以用CTj來表示一葉片組Gj的總弦長，也就是在同一葉片組Gj中從第一葉片的前緣a11到第二葉片f21之間的距離在線m上的投影。
例如，從針對(duì)葉片和針對(duì)葉片組位置的一組參數(shù)中選擇至少一個(gè)參數(shù)，就可以確定壓縮裝置的特性。因而，這樣的選擇便可以確定壓縮裝置的最佳工作范圍。
可選擇特性的參數(shù)包括例如下面三個(gè)參數(shù)一切向的偏移距離h，它對(duì)應(yīng)于第一葉片組G1的第二葉片A21的前緣a21和第二葉片組G2的第一葉片A12的后緣f12之間的距離。這個(gè)參數(shù)值的大小可以表示為例如間距t的函數(shù)，即h/t。間距t對(duì)應(yīng)于第一和第二葉片組G1和G2的輔助葉片組A21和A22的后緣f21和f22之間的距離。
—軸向重疊“rj”，它對(duì)應(yīng)于葉片組Gj的第一葉片A1j和同一葉片組Gj的第二葉片A2j之間在m方向上的重疊部分，把這個(gè)相對(duì)重疊值“rj”相對(duì)于葉片組的第一葉片之弦長Cfj來限定是較為有利的。
—弦長比RCj＝(CFj/CRj)，它是葉片組Gj中第一葉片的弦長CFj相對(duì)第二葉片的弦長CRj的比值。
對(duì)上面三個(gè)參數(shù)中的至少一個(gè)作出選擇就可以獲得一個(gè)最優(yōu)化的壓縮裝置。
根據(jù)該裝置的較佳實(shí)施例，對(duì)這些參數(shù)中至少一個(gè)作出的選擇最好落在下述范圍內(nèi)為了確定一個(gè)推進(jìn)器，對(duì)三個(gè)參數(shù)中至少一個(gè)作出的選擇最好落在下述范圍內(nèi)
*切向偏移h和間距t的比值應(yīng)在0.95-1.05的范圍內(nèi)；*rj/CTj的比值應(yīng)在-0.00-0.15的范圍內(nèi)；*弦長比的范圍應(yīng)為0.5-1.5。
這樣就可以限定一推進(jìn)器的諸葉片的幾何形狀和包括至少兩個(gè)葉片組之配置，以使一用來壓縮多相流體的裝置獲得最佳的工作狀況。
較佳的是，在上述三個(gè)范圍中對(duì)三個(gè)參數(shù)作出選擇，并且結(jié)合這三個(gè)參數(shù)選擇一與壓縮機(jī)工作的最優(yōu)化也相關(guān)的第四參數(shù)。這第四參數(shù)可以是例如由一個(gè)葉片組所決定的弧長比Фj，它是某一葉片組中第一葉片A1j的弧長值ФFj與第二葉片A2j的弧長值ФRj的相對(duì)比值。
這個(gè)參數(shù)的大小最好是在0.5-1的范圍內(nèi)加以選擇。
同樣的是，可通過在下面范圍內(nèi)選擇這些特性來確定一整流器或發(fā)散器。
*切向偏移h和間距t的比值應(yīng)在0.60-0.80的范圍內(nèi)；*rj/CTj的比值應(yīng)在-0.01-0.05的范圍內(nèi)；*弦長比RCj的范圍應(yīng)為0.5-1.5。
這樣就可以確定一推進(jìn)器的諸葉片的幾何形狀和包括至少兩個(gè)葉片組之配置，以使一用來壓縮多相流體的裝置獲得最佳的工作狀況。
在這種情況下，對(duì)發(fā)散器來說，一個(gè)葉片組的弧長比Фj，即某一葉片組中第一葉片A1j的弧長值ФFj與第二葉片A2j的弧長值ФRj的比值最好是在0.10-1的范圍內(nèi)。
對(duì)一個(gè)推進(jìn)器和/或一個(gè)整流器而言，供流體流動(dòng)的面積是沿著垂直于壓縮裝置之旋轉(zhuǎn)軸線的平面P1的流體通道的整個(gè)面積，而這個(gè)P1平面是位于壓縮裝置的入口和出口之間。
這個(gè)面積的大小是按照一個(gè)基本上恒定的方式來變化的，它并且被限制在一最小值和一最大值之間，這兩個(gè)值是有選擇的，以便使兩個(gè)平面P1的兩個(gè)面積之比值最好是在2.2-0.45之間。
根據(jù)一個(gè)最佳的實(shí)施例，沿著出口平面的推進(jìn)器的面積是根據(jù)內(nèi)部平面的面積大小來確定的。
根據(jù)一實(shí)施例，用于一推進(jìn)器的第一和/或第二葉片的最大厚度之比e1/e2應(yīng)在0.6-1之間，而用于一整流器的最大厚度應(yīng)為0.5-1。
根據(jù)一個(gè)較佳實(shí)施例，用于一推進(jìn)器的葉片組的幾何性質(zhì)是通過選擇這樣一個(gè)比值來確定的，即，葉輪的外徑(以mm表示)相對(duì)葉輪數(shù)量的比值，其大小是在40-60之間。
根據(jù)該裝置的一個(gè)實(shí)施例，例如，在一個(gè)包括顯示了前述特性的推進(jìn)器的裝置中，可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下采用一個(gè)本技術(shù)領(lǐng)域熟知的整流器，該整流器的特性適合于前述的推進(jìn)器。
在推進(jìn)器的出口處，多相流體速度有至少一個(gè)軸向的分量和一個(gè)周向的分量。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員都知道，用整流器可以抑制或者至少是減少流體流速的周向分量，因而可以增加靜壓力。
在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，特別是可以采用本申請(qǐng)人的專利FR-2,333,139，F(xiàn)R-2,471,501或FR-2,665,224中所描述的那些配置。
例如，一用于多級(jí)壓縮的壓縮裝置，它包括若干個(gè)相連的壓縮級(jí)段，每個(gè)壓縮級(jí)段中均包括至少一個(gè)推進(jìn)器和一個(gè)整流器，整流器是沿著流體流動(dòng)的方向而放置在推進(jìn)器之前或之后的。
因此，供流體流動(dòng)的區(qū)域是以一個(gè)基本上連續(xù)的方式變化的，例如，沿著裝置的旋轉(zhuǎn)軸線來流動(dòng)。
為了更好地理解在用一壓縮裝置來泵送多相流體的過程中所發(fā)生的現(xiàn)象，圖4中示出了不同相的流體(液態(tài)和氣態(tài))在一泵或壓縮裝置中的流動(dòng)情況，特別是它們流經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)葉片之間所形成之通道的情況。
圖4以類似于圖3的方式示出了兩個(gè)葉片組G1和G2，在這兩個(gè)葉片組的兩側(cè)設(shè)置了葉片組G0和G3。
在葉片組G0和G1、G1和G2、G2和G3之間分別形成了幾個(gè)流體流動(dòng)的通道E0、E1和E2。
標(biāo)號(hào)Iij表示該葉片的下表面，而標(biāo)號(hào)Eij則表示該葉片的上表面。
對(duì)每個(gè)葉片組而言，在例如第一葉片的下表面I1j和第二葉片的上表面E2j之間形成了一流動(dòng)通路。
因此，在圖4中，標(biāo)號(hào)P1對(duì)應(yīng)于第一葉片組的兩個(gè)葉片A11和A12之間的流動(dòng)通路，而P2則對(duì)應(yīng)于第二葉片組的葉片A12和A22之間的流動(dòng)通路，該兩通路的寬度各取決于一組葉片中兩個(gè)葉片之間的相對(duì)位置。
這一流動(dòng)通道可重新混合至少一部分從一流動(dòng)通道來的液相以及至少一部分在一相鄰?fù)ǖ乐醒h(huán)的氣相。
實(shí)際上，當(dāng)流體通過一增壓器并且處于旋轉(zhuǎn)作用之下時(shí)，可以觀察到形成多相流體的相發(fā)生分離，特別是分別由標(biāo)號(hào)lk和gk表示的液相和氣相發(fā)生分離，這里的下標(biāo)k相應(yīng)于流體在其中循環(huán)的通道(E0，E1，E2)。
在一橫向壓力梯度的作用下，液相l(xiāng)k被驅(qū)向葉片的過壓面或稱下表面，而氣相gk則轉(zhuǎn)移到葉片的欠壓面或上表面。這種現(xiàn)象在僅包括簡單葉片的壓縮裝置中也會(huì)發(fā)生。
如圖4所示，帶有一定能量的多相流體在兩個(gè)連續(xù)的串聯(lián)葉輪之間，例如通道E1中沿著箭頭E所示的方向循環(huán)流動(dòng)。
在該通道內(nèi)，流體分成一個(gè)朝葉片A11之下表面I11流動(dòng)的液體分量11和一個(gè)朝著第二葉片組的第一葉片A12的上表面流動(dòng)的氣體分量g1。
朝下表面I11流動(dòng)的液體分量l1流經(jīng)通路p1后流入通道E0，連續(xù)地循環(huán)，直至它與在流動(dòng)通道E0中液相和氣相分離出的至少一部分氣體分量g0相混合。
氣相g0和液相l(xiāng)1的重新混合可至少部分地補(bǔ)償在泵送多相流體的過程中產(chǎn)生的液相和氣相分離的現(xiàn)象，而這種分離會(huì)降低泵送的效率。
這種現(xiàn)象發(fā)生在每個(gè)流動(dòng)通路那一個(gè)水平高度上，因此，在每一葉片組的水平上，來自鄰近通道的氣體和液體得以重新混合。
較佳的是，相對(duì)于一由具有大致相同的等效表面和幾何形狀的單葉片組成的那種葉輪所獲得的效率而言，在一葉片組的兩個(gè)葉片之間設(shè)置一流動(dòng)通路可大大提高壓縮裝置的效率。
流動(dòng)通路的尺寸大小可以從例如上述的參數(shù)組中選取。
圖5是藉至少一個(gè)機(jī)械裝置而互相連接起來的一組葉片的立體圖。這樣，考慮到流動(dòng)方向，一第一葉片可連接于下一個(gè)葉片和/或連接于前一個(gè)葉片。機(jī)械裝置40可以設(shè)置在葉片長度方向和/或?qū)挾确较蛏系娜魏我稽c(diǎn)上。有若干種幾何形狀可適合于這種機(jī)械裝置，所有可能的幾何形狀都應(yīng)對(duì)流體的流動(dòng)不引進(jìn)干擾。
較佳的是，該機(jī)械裝置可以使葉片之間保持一定的距離，并且因而使葉片按照特定順序互相連接起來。
它可獲得一個(gè)機(jī)械的加強(qiáng)。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化型的實(shí)施例，其中構(gòu)成葉片組的葉片上至少沿其長度部分分布了一個(gè)或多個(gè)開口。因此，由這些開口分隔開的葉片部分便形成了諸“子葉片”，它們的功能大致和圖3中所示的葉片Aij相同。
沿葉片50分布的諸開口形成了分別在葉片的下表面附近和上表面附近循環(huán)流動(dòng)、并且從鄰近通道(如圖3所示)來的液體和氣體分量的通路。
圖6示出了一氣囊或一液囊可能具有的形狀。
液體分量趨向于經(jīng)過至少一個(gè)開口51，以與在上表面一側(cè)循環(huán)流動(dòng)的氣體分量相混合而形成一個(gè)多相混合物。由于氣體分量中摻入了一部分液體，所以GLR的比值顯著降低，可通過結(jié)合圖4描述的那種對(duì)在多相流體的分離級(jí)段造成的分離進(jìn)行補(bǔ)償而進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)多相流體的壓縮。
混合開口可具有不同的形狀和尺寸，要根據(jù)形成流體的各相的性質(zhì)來加以選擇，以利于這些相相互之間的通連。
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮或泵送一包括至少一個(gè)液相和至少一個(gè)氣相之多相流體的裝置，該裝置包括至少一個(gè)中空殼體，它具有用于所述流體的至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口；至少一個(gè)可在所述殼體內(nèi)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(Ox)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括一中心轂件以及至少一個(gè)固定于該中心轂件的葉輪，所述葉輪包括一第一表面或稱上表面以及一第二表面或稱下表面，其中所述葉輪(50)沿其長度方向的至少一部分設(shè)有一個(gè)或幾個(gè)開口(51)，它們溝通了所述上、下表面，因而有利于在上表面一側(cè)流動(dòng)的氣相的至少一部分和在下表面一側(cè)流動(dòng)的液相的至少一部分相遇。
全文摘要
一種多相流體泵送或壓縮裝置，它包括至少一個(gè)葉片組(G
文檔編號(hào)F04D29/32GK1392346SQ0113394
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月28日
發(fā)明者雷吉斯·維爾拉金, 克里斯蒂安·布拉圖, 弗洛朗·斯拜特 申請(qǐng)人:法國石油研究所