EP0781929A1 - Device for pumping or compressing a multi-phase fluid comprising tandem blading - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for compressing multiphase fluids which, before being compressed and under the pressure and temperature conditions considered, consist of a mixture in particular of a liquid phase and a gaseous phase which are not dissolved in the liquid, this liquid may or may not be saturated with gas.
- the compression device or compression cell according to the invention is particularly well suited for pumping a multiphase fluid, for example, but not exclusively, a multiphase petroleum effluent composed of a mixture of water, oil and gas, and possibly solid particles. Pumping such an effluent poses problems which are all the more difficult to solve since, under the thermodynamic conditions in which the multiphase fluid is found before pumping, the value of the volumetric ratio of gas to liquid is greater.
- volumetric ratio of gas and liquid, hereinafter abbreviated as “volumetric ratio” or GLR from the English “Gas Liquid Ratio”, is defined as the ratio of the volume of fluid in gaseous state to volume of fluid in the liquid state, the value of this ratio being in particular a function of the thermodynamic conditions of the multiphase fluid.
- one solution consists in separating the liquid phase from the gas phase before pumping, and in treating the phases separately, in separate compression circuits respectively adapted to communicate a compression value to an essentially liquid phase. or to an essentially gaseous phase.
- separate circuits respectively adapted to communicate a compression value to an essentially liquid phase. or to an essentially gaseous phase.
- blading profiles making it possible to obtain this result, in particular the applicant's patents FR-2,157,437, FR-2,333,139, FR-2,471,501 and FR-2,665,224, which specify profiles.
- these profiles relate to simple blades, that is to say comprising only one piece unlike the blades, called “tandem blade", which comprise for the same group, at least two blades .
- the skeleton of a blade is defined as the surface at all points equidistant from the pressure side and suction side of this blade. So when we consider the intersection of a blade with a current surface of the flow of the fluid around this blade, a blade profile can be described by means of the geometric coordinates of the camber line and the law of distribution of the thickness of dawn along this line.
- the device according to the present invention uses tandem blades, comprising blades formed by one or more profiles or blades.
- the first blade called for example the main blade
- the second blade is called, for example, auxiliary blade.
- each of these blades makes it possible to optimize the compression of a multiphase fluid and to remix at least part of the liquid phase coming from a first group of blades with at least part of the gas phase coming from the preceding group of blades. We thus promotes the meeting of at least part of the gaseous phase which flows near the upper surface and at least part of the liquid phase which circulates on the side of the lower surface.
- the different blades forming a blade can be completely separated from each other or even derive from a blade in which are arranged orifices, or passage openings, each of the parts separated by these orifices being able to be assimilated to a blade.
- the present invention relates to a device for compressing or pumping a multiphase fluid comprising at least one gaseous phase and at least one liquid phase, the device comprising a hollow casing having an inlet orifice and at least one orifice evacuation of said multiphase fluid, at least one rotor which can rotate inside said casing along an axis of rotation Ox, said rotor consisting of a hub and at least one blade integral with this hub, said blade comprises a first blade At 1d and a second dawn At 2d .
- said blade G j comprises a first blade A 1j and a second blade A 2j , each of the blades having a leading edge a ij and a trailing edge f ij , the angle ⁇ made by the tangent to the curve of the skeleton, said angle being counted from the leading edge a ij of at least one of said first and / or second blade relative to the peripheral or tangential direction of the device is between 0 and 45 °.
- the skeleton of a blade is defined as the surface at all points equivalent to the pressure side and suction side of this blade.
- the present invention also relates to a device comprising for example at least one impeller comprising two blades or group of blades G 1 , G 2 each comprising a first blade A 1j and a second blade A 2j .
- the device comprises for example a rectifier and / or an impeller comprising at least two groups of blades G 1 , G 2 each comprising a first blade (A 11 , A 12 ) and a second blade (A 21 , A 22 ), the geometrical characteristics of said first and second blades of each of the groups of blades and the positioning of the different groups of blades relative to one another are for example determined as a function of three of the parameters given in claims 2 and / or 3, parameter 1, parameter 2 and parameter 3, each of these parameters belonging to the intervals cited above.
- the geometric characteristics of at least one impeller and / or at least one rectifier of the compression device are for example specified using the fourth parameter, the value of the camber ratio ⁇ j being chosen in combination with the three values of the parameters of claims 2 and / or 3.
- the maximum thickness ratio of the first and second blades e1 / e2 is for example between 0.5 and 1, for an impeller and / or a rectifier.
- the thickness e1 of the first blade is between 2 and 10 mm and / or the thickness e2 of the second blade is between 2 and 20 mm.
- a blade is for example connected to a previous blade and / or a next blade using a mechanical element.
- the device comprises for example at least one rectifier and at least one impeller, the impeller is for example disposed before the impeller when we consider the direction of flow of the fluid.
- the device comprises for example at least one impeller and at least two rectifiers, the impeller being for example disposed between the two rectifiers.
- the invention also relates to a device for compressing or pumping a multiphase fluid comprising at least one gaseous phase and at least one liquid phase, the device comprising a hollow casing having an inlet port and an outlet port for said fluid multiphase, at least one rotor able to rotate inside said casing along an axis of rotation Ox, said rotor consisting of a hub and at least one blade integral with this hub, said blade comprising a first face or upper surfaces and a second face designated lower surface.
- the device for compressing or pumping a multiphase fluid is characterized in that said blade is provided over at least part of its length with one or more openings making it possible to put the two said lower and upper surfaces in communication, in order to favor the meeting of at least part of the gaseous phase flowing near the upper surface and at least part of the liquid phase flowing on the side of the lower surface.
- the invention also relates to a multiphase pump intended for example for pumping effluents of the multiphase petroleum type. It is characterized in that it comprises at least one impeller and at least one rectifier which has one of the geometric characteristics, for example previously mentioned.
- a multiphase pump intended for pumping multiphase petroleum effluent, comprising for example a liquid phase, a gas phase and possibly a solid phase in the form of particles.
- fluid will denote a multiphase fluid comprising in particular a liquid phase and a gaseous phase, and optionally a solid phase which may be in the form of solid particles, for example sand or viscous particles such hydrate agglomerates.
- the liquid phase can in particular consist of liquids having different natures, just as the gas phase can consist of gases of different nature.
- the fluid comprises phases of different natures inside and outside the compression device, unlike monophasic fluids which can undergo transformations inside the device.
- Figures 1 and 1A show schematically and in axial section a particular, non-limiting, embodiment of the device according to the invention provided for pumping a multiphase petroleum effluent.
- the pumping device comprises a hollow casing 1, which is for example cylindrical to be easily introduced into a well, for non-limiting applications of the device according to the invention relating to the pumping of effluents into a production well.
- the casing 1 is provided with at least one orifice 2 for admitting the multiphase fluid and at least one discharge orifice 3, which communicates with the flow circuit of the pumped fluid.
- This circuit is shown diagrammatically by a pipe or pipe 4 at the end of which the casing 1 is fixed by any suitable means known to those skilled in the art, for example a thread referenced 5 in the figure.
- the intake orifice 2 is in the form of openings made in the wall of the casing 1, and the pumping device comprises at these orifices a deflector 14 integral with the casing 1 for deflect the fluid after it has entered the casing and impart to it a speed having a substantially axial direction, that is to say substantially parallel to the axis of rotation of the pump.
- a rotor comprising a shaft 6 driven in rotation by motor means 7 (FIG. 1), such as for example, but not exclusively, an electric motor, and possibly a transmission member, shown schematically in 8 (FIG. 1) making it possible in particular to adapt the speed of rotation of the motor shaft to the speed of rotation at which the shaft 6 must be driven.
- motor means 7 such as for example, but not exclusively, an electric motor, and possibly a transmission member, shown schematically in 8 (FIG. 1) making it possible in particular to adapt the speed of rotation of the motor shaft to the speed of rotation at which the shaft 6 must be driven.
- the shaft 6 is for example held in position by at least two separate bearings 9 and 10, for example described in the applicant's patent FR-2,471,501.
- the bearing 10 is made integral with the casing 1 by radial arms 11, so that the spaces between these radial arms allow the fluid to flow in the direction indicated by the arrow F ⁇ .
- At least one element or stage adapted to increase the total energy of the fluid.
- the device also includes one or more rectifying elements.
- a rectifier 24, 25, 26
- each rectifier being secured to the casing 1, for example, by means of fixing screws 27 .
- rectifiers is not necessary for the implementation of the device according to the invention. Nevertheless, it offers a non-negligible advantage because it makes it possible to guide the fluid or effluent through the different stages of the compression device.
- FIG. 2 represents, in perspective view, a nonlimiting example of embodiment of a pressurizing element or impeller stage essentially comprising a hub 28 integral with the shaft 6 which, during the operation of the device, is driven in rotation in the direction indicated by the arrow R.
- This hub 28 comprises at least one blade 30 composed of two blades 30a and 30b, hereinafter called first blade or main blade and second blade or auxiliary blade, whose geometrical characteristics and positioning are one with respect to the other are given in relation to FIG. 3.
- the number of blades 29, 30 is in no way limiting and given by way of example only. In general, this number is chosen to facilitate the static and dynamic balancing of the rotor.
- the height of the blades is such that the shape which they define during their rotation is complementary to the bore which, in this embodiment, is cylindrical.
- the effective profile of a tandem blade or a group of blades corresponding to the profile that the blade would have if it were made up of a single part may be substantially identical to one of the profiles described in patents FR-2,157,437, FR-2,333,139, FR-2,471,501 and FR-2,665,224 of the applicant, the latter defining the profile of a blade from the section variation of an orthoradial channel defined by two successive blades.
- the profile of a tandem blade comprising a first blade 30a and a second blade 30b can in fact be assimilated to an effective profile taking into account the profiles of each of the blades. It is also possible to define an orthoradial channel as the channel delimited by two effective blades or group of blades.
- each blade of a tandem blade can be chosen according to one of the profiles described in these patents.
- the number of tandem blades that is to say groups of blades arranged in tandem with respect to each other, is always preferably greater than 2.
- this number of blades can be between 3 and 8, and preferably between 4 and 6, in particular for impellers whose outside diameter of the blades is large, for example between 200 and 400mm.
- the blades forming a blade or a group of blades and the arrangement of the blades and / or blades relative to each other inside the compression device have characteristics determined geometries, for example using at least one of the parameters given in FIG. 3.
- each group of blades G j comprises, for example two blades A 1j and A 2j arranged one after the other, but could without departing from the scope of the invention be extended to groups of blades with a number of blades greater than 2.
- the groups of blades are designated in FIG. 3, respectively by G 1 and G 2 .
- Each of the groups includes a first dawn A 1j or main dawn and a second dawn A 2j or auxiliary dawn.
- a representation to describe a blade in a simple way is to define its geometric layout on the developed surface of the cylindrical envelope at the outside radius.
- the axis of rotation is represented by the line m, and the line p corresponds to the peripheral or tangential direction of the compression device.
- the arrow E ⁇ corresponds to the direction of flow of the multiphase fluid entering the compression device.
- a vane A ij has a leading edge referenced in the figure "a ij " and a trailing edge "f ij ", where i is the number of a vane A ij inside the group d 'vanes indexed j.
- a group of blades G j is associated with a first blade labeled A 1j and a second blade labeled A 2j , for example, A 11 corresponds to the first blade of the first blade group G 1 and A 21 corresponds to the second dawn of this same group of blades.
- chord is defined for a blade as the distance between its leading edge a ij and its trailing edge f ij . It is marked on the right m respectively by C Fj for the first dawn A 1j and C Rj for the second dawn A 2j .
- the characteristics of the compression device are determined, for example, from at least one parameter chosen from a set of characteristic parameters, specific to the blades and to the position of the groups of blades. The choice thus makes it possible to delimit an optimal operating range for the compression device.
- the values of at least one of the three parameters previously defined are chosen.
- the three parameters are chosen from the three intervals previously given and a fourth parameter chosen in combination with the first three is associated with them to optimize the compression operation.
- This fourth parameter is, for example the camber ratio ⁇ j determined for a group of blades and defined as the ratio of the value of the camber ⁇ Fj of the first blade A 1j to the value of the camber ⁇ Rj of the second dawn A 2d for a given group of dawn.
- This parameter is preferably chosen in the range [0.5; 1].
- the camber ratio ⁇ j determined for a group of vanes of a rectifier is preferably chosen from the interval [0.10; 1].
- the following three parameters are selected to produce the impellers and / or for the rectifiers: the tangential offset h relative to the pitch t, the ratio r j / C Tj and the chord ratio R Cj .
- This defines a field of pumping or compression devices adapted to communicate to a multiphase type fluid, for example an oil effluent, a compression value sufficient to ensure its transfer from a production location for example a source or a well. production to a place of destination, such as a processing platform or an intermediate place, without having to separate the phases.
- a section offered for the flow of the fluid in an impeller and / or a rectifier is for example defined by the total area of passage of the fluid in a plane Pi perpendicular to the axis of rotation of the device and located between the inlet and the device output.
- the total area evolves for example according to a substantially constant law and bounded by a minimum area value and a maximum value, chosen so that the ratio of two areas chosen for two planes Pi as defined above is preferably included in the interval [2.2; 0.45].
- the impellers have a passage area for the fluid in question in their outlet plane limited according to the value of the corresponding area in their inlet plane.
- the ratio of maximum thicknesses of the first and of the second vane e1 / e2 is preferably chosen in the interval [0.6; 1] for an impeller and preferably chosen in the range [0.5; 1] for a rectifier.
- the geometric characteristics of the groups of blades for the movable or impeller wheels are defined for example by values chosen so that the ratio of the outside diameter of the wheel expressed in mm, to the number of blades belongs to the interval [40; 60].
- the multiphase fluid is driven by a speed having at least one axial component and one circumferential component.
- a rectifier increases the static pressure by eliminating or at least reducing the circumferential components of the flow speed of the fluid.
- a multi-stage pumping or compression device is formed for example by a succession of several compression stages formed for example by a movable wheel (impeller) preceded or succeeded by a fixed wheel (rectifier), according to the direction of flow of the fluid .
- the passage section offered to the fluid is for example substantially continuous and the flow of the fluid takes place in a preferred direction aligned with the axis of rotation of the device.
- FIG. 4 illustrates the different flows of the different phases, liquid and gaseous in a pumping or compression device, in particular during their flow in a channel delimited by two tandem blades.
- FIG. 4 there is shown in a diagram identical to that of FIG. 3, two groups of blades G 1 and G 2 and dashed lines corresponding to the groups of blades G 0 and G 3 arranged on one side and the other of the two groups previously defined.
- a flow passage is defined between the lower surface I 1j of the first blade and the upper surface E 2j of the second blade, for example.
- the passage p 1 corresponds to the flow passage located between the two blades A 11 , A 12 of the first group of blades and p 2 the flow passage located between the blades A 12 , A 22 of the second group of blades, the flow passages each having a width the value of which is fixed by the positioning of the two blades within the same group of blades.
- This flow channel makes it possible to remix at least part of the liquid phase coming from a flow channel with, at least, part of the gaseous phase circulating in an adjacent flow channel.
- the multiphase fluid to which it is desired to communicate a certain energy value circulates between two groups of successive tandem blades, for example the flow channel E 1 and according to the arrow E ⁇ for example.
- the fluid decomposes into a liquid fraction l 1 which migrates towards the lower surface side I 11 of the vane A 11 and a gaseous fraction g 1 which is attracted towards the upper surface side E 21 of the first blade A 12 of the second group of blades.
- the liquid fraction I 1 attracted by the pressure side I 11 flows through the flow passage p 1 and also opens into the flow channel E 0 , continues to circulate until it mixes with at least part of the gas fraction g 0 coming from the separation of the liquid and gas phases in the flow channel E 0 .
- the gas g 0 and liquid I1 phases by re-mixing make it possible to at least partially compensate for the phenomenon of segregation of the liquid and gas phases which appears during the pumping of a multiphase fluid and which contributes to the reduction in efficiency for pumping.
- the presence of a flow passage between two blades of a group of blades appreciably improves the efficiency of the compression devices in comparison with the efficiency obtained with a blade formed of a single blade with substantially identical surface and equivalent geometry.
- the dimension of the flow passage is for example chosen from the set of parameters previously defined.
- FIG. 5 is a perspective view of a group of blades which are for example connected to each other by at least one mechanical element 40.
- a first blade is for example connected to at least the following blade (taking the meaning flow) and / or at a previous dawn.
- This mechanical element 40 can be positioned anywhere along and / or across the width of a blade and can take any geometric shape which respects the flow of the fluid, that is to say which does not disturb fluid flow.
- the presence of at least one mechanical element makes it possible to maintain the distance between the blades, and to make the specific arrangement of the blades respect each other. It thus plays the role of mechanical reinforcement of the device.
- Figure 6 shows schematically an alternative embodiment of the device according to the invention for which a group of blades is obtained from a blade provided with one or more orifices distributed over at least part of its length.
- the parts of the blade separated by these orifices thus form "sub-blades" which each have a function substantially identical to the function fulfilled by the blades A ij described in FIG. 3.
- the lights or orifices distributed along the blade 50 thus allow the passage of the liquid and gaseous fractions circulating respectively near the pressure side of the blade and the suction side of the blade and coming from adjacent channels, for example as it is depicted in Figure 3.
- Figure 6 there is shown a shape which can be taken by a gas pocket or a liquid pocket.
- the liquid fraction tends to pass through at least one of the openings 51 to mix with the gaseous fraction flowing on the upper side and thus form a multiphase mixture.
- the value of the GLR ratio is notably reduced, due to the enrichment of the gas fraction with a liquid part and the compression of the multiphase fluid is improved, by compensating for the separation originating from the step of compression of the multiphase fluid. as described above in relation to FIG. 4.
- the orifices or mixing lights may have different geometries and selected dimensions, in particular depending on the nature of the phases constituting the fluid to facilitate the passage of these phases towards one another.
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de compression de fluides polyphasiques qui, avant d'être comprimés et dans les conditions de pression et de température considérées, sont constitués d'un mélange notamment d'une phase liquide et d'une phase gazeuse non dissoutes dans le liquide, ce liquide pouvant être ou non saturé en gaz.The present invention relates to a device for compressing multiphase fluids which, before being compressed and under the pressure and temperature conditions considered, consist of a mixture in particular of a liquid phase and a gaseous phase which are not dissolved in the liquid, this liquid may or may not be saturated with gas.
Le dispositif de compression ou cellule de compression selon l'invention est particulièrement bien adapté pour le pompage d'un fluide polyphasique, par exemple, mais non exclusivement, un effluent pétrolier polyphasique composé d'un mélange d'eau, d'huile et de gaz, et éventuellement de particules solides. Le pompage d'un tel effluent pose des problèmes d'autant plus difficiles à résoudre que, dans les conditions thermodynamiques où se trouve le fluide polyphasique avant pompage, la valeur du rapport volumétrique du gaz au liquide est plus grande.The compression device or compression cell according to the invention is particularly well suited for pumping a multiphase fluid, for example, but not exclusively, a multiphase petroleum effluent composed of a mixture of water, oil and gas, and possibly solid particles. Pumping such an effluent poses problems which are all the more difficult to solve since, under the thermodynamic conditions in which the multiphase fluid is found before pumping, the value of the volumetric ratio of gas to liquid is greater.
On rappelle que le rapport volumétrique de gaz et de liquide, dénommé par la suite en abrégé "rapport volumétrique" ou GLR de l'anglais "Gas Liquid Ratio", est défini comme le rapport du volume de fluide à l'état gazeux au volume de fluide à l'état liquide, la valeur de ce rapport étant notamment fonction des conditions thermodynamiques du fluide polyphasique.It is recalled that the volumetric ratio of gas and liquid, hereinafter abbreviated as "volumetric ratio" or GLR from the English "Gas Liquid Ratio", is defined as the ratio of the volume of fluid in gaseous state to volume of fluid in the liquid state, the value of this ratio being in particular a function of the thermodynamic conditions of the multiphase fluid.
Quelque soit la conception des pompes utilisées (pompes alternatives, pompes rotatives ou pompes à effet de trompe), de bons résultats sont obtenus lorsque la valeur du rapport volumétrique du fluide est très faible voire nulle, car le fluide se comporte alors comme un fluide monophasique liquide. Ces matériels sont encore utilisables lorsque leurs conditions de fonctionnement ne laissent pas apparaître de phénomènes susceptibles de permettre la vaporisation d'une partie importante du gaz dissous dans le liquide, ou lorsque la valeur du rapport volumétrique à l'entrée de la pompe est au plus égale à 0,2. L'expérience montre qu'au-delà de cette valeur, l'efficacité de ces appareils décroît très rapidement.Whatever the design of the pumps used (reciprocating pumps, rotary pumps or trumpet pumps), good results are obtained when the value of the volumetric ratio of the fluid is very low or even zero, because the fluid then behaves like a single-phase fluid liquid. These materials are still usable when their operating conditions do not reveal phenomena capable of allowing the vaporization of a large part of the gas dissolved in the liquid, or when the value of the volumetric ratio at the inlet of the pump is at most equal to 0.2. Experience shows that beyond this value, the efficiency of these devices decreases very quickly.
Pour améliorer le fonctionnement des appareils existants, une solution consiste à séparer la phase liquide de la phase gazeuse avant le pompage, et à traiter séparément les phases, dans des circuits distincts de compression respectivement adaptés pour communiquer une valeur de compression à une phase essentiellement liquide ou à une phase essentiellement gazeuse. La mise en oeuvre de circuits séparés n'est pas toujours possible et conduit souvent à des systèmes de pompage plus encombrants, plus coûteux et plus complexes.To improve the functioning of existing devices, one solution consists in separating the liquid phase from the gas phase before pumping, and in treating the phases separately, in separate compression circuits respectively adapted to communicate a compression value to an essentially liquid phase. or to an essentially gaseous phase. The implementation of separate circuits is not always possible and often leads to more bulky, more expensive and more complex pumping systems.
C'est pourquoi, on a essayé de développer des dispositifs de pompage adaptés, non seulement à augmenter l'énergie totale du fluide polyphasique, mais capables de produire un fluide polyphasique dont la valeur du rapport volumétrique en sortie de dispositif de pompage est inférieur à la valeur qu'il possède avant pompage.This is why, we have tried to develop suitable pumping devices, not only to increase the total energy of the multiphase fluid, but capable of producing a multiphase fluid whose value of the volumetric ratio at the output of the pumping device is less than the value it has before pumping.
L'art antérieur décrit différents profils d'aubage permettant d'obtenir ce résultat, notamment les brevets du demandeur FR-2.157.437, FR-2.333.139, FR-2.471.501 et FR-2.665.224, qui précisent des profils d'aubage ou encore une géométrie choisie pour la section de passage du fluide délimitée par deux aubages successifs. Dans tous les cas, ces profils concernent des aubages simples, c'est-à-dire ne comportant qu'une seule pièce à la différence des aubages, dits "aubage en tandem", qui comportent pour un même groupe, au moins deux aubes.The prior art describes various blading profiles making it possible to obtain this result, in particular the applicant's patents FR-2,157,437, FR-2,333,139, FR-2,471,501 and FR-2,665,224, which specify profiles. blading or a geometry chosen for the fluid passage section delimited by two successive blades. In all cases, these profiles relate to simple blades, that is to say comprising only one piece unlike the blades, called "tandem blade", which comprise for the same group, at least two blades .
Les performances du pompage de fluide polyphasique comprenant des aubages dits "simples", peuvent être améliorées.The performance of multiphase fluid pumping comprising so-called "simple" blades can be improved.
Ainsi, l'art antérieur décrit, par exemple dans l'article " Optimization for Rotor Blades of Tandem Design for Axial Flow Compressors", paru dans le journal of Engineering for Power, Vol. 102, page 369 en Avril 1980, l'utilisation de dispositifs de compression comportant des pales ayant des profils tandem.Thus, the prior art described, for example in the article "Optimization for Rotor Blades of Tandem Design for Axial Flow Compressors", published in the journal of Engineering for Power, Vol. 102, page 369 in April 1980, the use of compression devices comprising blades having tandem profiles.
Néanmoins, l'enseignement de cet art antérieur concerne uniquement la compression de fluide monophasique, c'est-à-dire qui, à l'entrée du dispositif de compression, sont constitués essentiellement d'une phase unique, soit liquide soit gazeuse. Les caractéristiques géométriques des pales de type tandem décrites dans ce document sont particulièrement bien adaptées à la compression d'un fluide monophasique dont le comportement en compression ne peut néanmoins être comparé au comportement d'un fluide possédant plusieurs phases, par exemple des fluides ayant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, et donc qui ne sont pas adaptées au pompage d'un fluide polyphasique.However, the teaching of this prior art only relates to the compression of monophasic fluid, that is to say which, at the inlet of the compression device, essentially consist of a single phase, either liquid or gas. The geometrical characteristics of the tandem type blades described in this document are particularly well suited to the compression of a monophasic fluid whose behavior in compression cannot however be compared to the behavior of a fluid having several phases, for example fluids having at least one liquid phase and at least one gas phase, and therefore which are not suitable for pumping a multiphase fluid.
Il a été découvert, et c'est l'un des objets de la présente invention, que l'on peut améliorer le pompage de fluide polyphasique en utilisant des aubages de type tandem ou "aubage en tandem" ayant une configuration géométrique adaptée pour comprimer un fluide polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase vapeur ou gazeuse, les proportions de ces deux phases pouvant varier dans le temps.It has been discovered, and this is one of the objects of the present invention, that it is possible to improve the pumping of multiphase fluid by using tandem or "bladed in tandem" type blades having a geometrical configuration suitable for compressing a multiphase fluid comprising at least one liquid phase and at least one vapor or gas phase, the proportions of these two phases can vary over time.
Pour rappel et dans toute la suite de la description, on définit le squelette d'une aube comme la surface en tout point équidistante des faces intrado et extrado de cette aube. Ainsi, lorsque l'on considère l'intersection d'une aube avec une surface de courant de l'écoulement du fluide autour de cette aube, on peut décrire un profil d'aube au moyen des coordonnées géométriques de la ligne de cambrure et de la loi de répartition de l'épaisseur d'aube suivant cette ligne.As a reminder and in the rest of the description, the skeleton of a blade is defined as the surface at all points equidistant from the pressure side and suction side of this blade. So when we consider the intersection of a blade with a current surface of the flow of the fluid around this blade, a blade profile can be described by means of the geometric coordinates of the camber line and the law of distribution of the thickness of dawn along this line.
Dans toute la suite de la description les références suivantes seront utilisées :
- Aij : désigne une aube ayant le numéro i dans le groupe d'aubes j,
- aij : désigne le bord d'attaque d'une aube Aij,
- fij : le bord de fuite d'une aube Aij,
- Gj : se réfère au groupe d'aubes,
- CTj : corde totale d'un groupe d'aubes qui correspond à la corde définie à partir d'une pale ayant un profil équivalent au profil déterminé à partir de l'ensemble des aubes,
- CFj : corde de la première aube d'un groupe d'aubes,
- CRj : corde de la seconde aube d'un groupe d'aubes, pour des groupes d'aubes comportant deux aubes, mais qui pourrait sans sortir du cadre de l'invention être étendue à un nombre supérieur à 2,
- h le décalage tangentiel qui correspond à la distance (fij , aij ) projetée sur la direction périphérique (perpendiculaire à l'axe de rotation),
- α angle qui est défini sur des cylindres sensiblement coaxiaux de rayons constants dont l'axe est confondu avec l'axe de rotation de la machine. Sur ces surfaces, α est l'angle que fait la direction périphérique (perpendiculaire à l'axe de rotation) et la tangente en un point quelconque à la courbe tracée par le squelette tel que défini précédemment.
- A ij : designates a blade with the number i in the group of blades j,
- a ij : designates the leading edge of a blade A ij ,
- f ij : the trailing edge of a blade A ij ,
- G j : refers to the group of blades,
- C Tj : total chord of a group of blades which corresponds to the chord defined from a blade having a profile equivalent to the profile determined from all the blades,
- C Fj : chord of the first blade of a group of blades,
- C Rj : chord of the second blade of a group of blades, for groups of blades comprising two blades, but which could without going beyond the scope of the invention be extended to a number greater than 2,
- h the tangential offset which corresponds to the distance (f ij , a ij ) projected onto the peripheral direction (perpendicular to the axis of rotation),
- α angle which is defined on substantially coaxial cylinders of constant radii whose axis coincides with the axis of rotation of the machine. On these surfaces, α is the angle made by the peripheral direction (perpendicular to the axis of rotation) and the tangent at any point on the curve drawn by the skeleton as defined above.
Pour obtenir l'amélioration précitée, le dispositif selon la présente invention utilise des aubages en tandem, comprenant des pales formées par un ou plusieurs profils ou aubes.To obtain the aforementioned improvement, the device according to the present invention uses tandem blades, comprising blades formed by one or more profiles or blades.
Par exemple, lorsque la pale ou le groupe d'aubes Gj comporte deux aubes A1j et A2j, la première aube, dénommée par exemple aube principale est celle qui voit le fluide en écoulement, ou la particule de fluide, la première, et la seconde aube est dénommée par exemple aube auxiliaire.For example, when the blade or group of blades G j has two blades A 1j and A 2j , the first blade, called for example the main blade, is the one which sees the fluid in flow, or the particle of fluid, the first, and the second blade is called, for example, auxiliary blade.
Les caractéristiques géométriques particulières de chacune de ces aubes, ainsi que leur disposition l'une par rapport à l'autre, permettent d'optimiser la compression d'un fluide polyphasique et de remélanger au moins une partie de la phase liquide provenant d'un premier groupe d'aubes avec au moins une partie de la phase gazeuse provenant du groupe d'aubes précédent. On favorise ainsi la rencontre d'une partie au moins de la phase gazeuse qui s'écoule à proximité de la face extrados et d'une partie au moins de la phase liquide qui circule du côté de la face intrados.The particular geometrical characteristics of each of these blades, as well as their arrangement with respect to each other, make it possible to optimize the compression of a multiphase fluid and to remix at least part of the liquid phase coming from a first group of blades with at least part of the gas phase coming from the preceding group of blades. We thus promotes the meeting of at least part of the gaseous phase which flows near the upper surface and at least part of the liquid phase which circulates on the side of the lower surface.
Les différentes aubes formant une pale peuvent se trouver totalement séparées les unes des autres ou encore dériver d'une aube dans laquelle se trouvent disposés des orifices, ou lumières de passage, chacune des parties séparées par ces orifices pouvant être assimilée à une aube.The different blades forming a blade can be completely separated from each other or even derive from a blade in which are arranged orifices, or passage openings, each of the parts separated by these orifices being able to be assimilated to a blade.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de compression ou de pompage d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le dispositif comportant un carter creux ayant un orifice d'admission et au moins un orifice d'évacuation dudit fluide polyphasique, au moins un rotor pouvant tourner à l'intérieur dudit carter selon un axe de rotation Ox, ledit rotor étant constitué d'un moyeu et d'au moins une pale solidaire de ce moyeu, ladite pale comporte une première aube A1j et une seconde aube A2j.Thus, the present invention relates to a device for compressing or pumping a multiphase fluid comprising at least one gaseous phase and at least one liquid phase, the device comprising a hollow casing having an inlet orifice and at least one orifice evacuation of said multiphase fluid, at least one rotor which can rotate inside said casing along an axis of rotation Ox, said rotor consisting of a hub and at least one blade integral with this hub, said blade comprises a first blade At 1d and a second dawn At 2d .
Il est caractérisé en ce que ladite pale Gj comporte une première aube A1j et une seconde aube A2j, chacune des aubes ayant un bord d'attaque aij et un bord de fuite fij, l'angle α que fait la tangente à la courbe du squelette, ledit angle étant compté à partir du bord d'attaque aij d'au moins une desdites première et/ou seconde aube par rapport à la direction périphérique ou tangentielle du dispositif est compris entre 0 et 45°.It is characterized in that said blade G j comprises a first blade A 1j and a second blade A 2j , each of the blades having a leading edge a ij and a trailing edge f ij , the angle α made by the tangent to the curve of the skeleton, said angle being counted from the leading edge a ij of at least one of said first and / or second blade relative to the peripheral or tangential direction of the device is between 0 and 45 °.
Pour rappel et dans la suite de la description, on définit le squelette d'une aube comme la surface en tout point équivalente des faces intrado et extrado de cette aube. Lorsque l'on considère l'intersection d'une aube avec une surface de courant de l'écoulement autour de cette aube, on peut décrire un profil d'aubes au moyen des coordonnées géométriques de la ligne de courbure et de la loi de répartition de l'épaisseur d'aube suivant cette ligne.As a reminder and in the following description, the skeleton of a blade is defined as the surface at all points equivalent to the pressure side and suction side of this blade. When we consider the intersection of a vane with a current flow surface around this vane, we can describe a vane profile using the geometric coordinates of the line of curvature and the distribution law the blade thickness along this line.
La présente invention concerne aussi un dispositif comportant par exemple au moins un impulseur comportant deux pales ou groupe d'aubes G1, G2 comportant chacune une première aube A1j et une seconde aube A2j.The present invention also relates to a device comprising for example at least one impeller comprising two blades or group of blades G 1 , G 2 each comprising a first blade A 1j and a second blade A 2j .
Il est caractérisé en ce que les caractéristiques géométriques de la première et/ou de la seconde aube de chacun des groupes d'aubes Gj et le positionnement des différents groupes d'aubes l'un par rapport à l'autre sont déterminés en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi les quatre paramètres suivants :
- paramètre 1 : le décalage tangentiel h rapporté au pas t, exprimé sous la forme du rapport h/t, où t est le pas correspondant à la distance entre les deux bords de fuite f21 et f22 correspondant aux secondes aubes A21 et A22 de chacun des groupes d'aubes G1 et G2, la valeur du paramètre 1 est compris dans l'intervalle [0,95 ; 1,05],
- paramètre 2 : le rapport du recouvrement axial rj et de la corde totale CTj correspondant à un groupe d'aubes Gj qui est compris dans l'intervalle de valeurs [0,0 ; 0,15],
- paramètre 3 : le rapport de corde RCj = (CFj / CRj) défini pour un groupe d'aubage Gj par le rapport de la valeur de la corde CFj de la première aube à la valeur de la corde de la seconde aube CRj pour un des groupes d'aubage compris entre [0,5 ; 1,5],
- paramètre 4 : le rapport de cambrure Φj défini par la valeur de la cambrure ΦFj de la première aube à la valeur de la cambrure ΦRj de la seconde aube d'un même groupe d'aubage, compris entre [0,5 ; 1].
- parameter 1: the tangential offset h related to the pitch t, expressed in the form of the ratio h / t, where t is the pitch corresponding to the distance between the two trailing edges f 21 and f 22 corresponding to the second blades A 21 and A 22 of each of the groups of blades G 1 and G 2 , the value of the parameter 1 is included in the interval [0.95; 1.05],
- parameter 2: the ratio of the axial overlap r j and the total chord C Tj corresponding to a group of blades G j which is included in the range of values [0,0; 0.15],
- parameter 3: the chord ratio R Cj = (C Fj / C Rj ) defined for a vane group G j by the ratio of the value of the chord C Fj of the first dawn to the value of the chord of the second vane C Rj for one of the vane groups between [0.5; 1.5],
- parameter 4: the camber ratio Φ j defined by the value of the camber Φ Fj of the first blade to the value of the camber Φ Rj of the second blade of the same blade group, between [0.5; 1].
Le dispositif comporte au moins un redresseur comportant deux pales ou groupe d'aubes G1, G2 comportant chacune une première aube A1j et une seconde aube A2j. Il est caractérisé en ce que les caractéristiques géométriques de la première et/ou de la seconde aube de chacun des groupes d'aubes Gj et le positionnement des différents groupes d'aubes l'un par rapport à l'autre sont déterminés en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi les quatre paramètres suivants :
- paramètre 1 : le décalage tangentiel h rapporté au pas t, exprimé sous la forme du rapport h/t, où t est le pas correspondant à la distance entre les deux bords de fuite f21 et f22 correspondant aux secondes aubes A21 et A22 de chacun des groupes d'aubes G1 et G2, la valeur du paramètre 1 est compris dans l'intervalle [0,60 ; 0,80],
- paramètre 2 : le rapport du recouvrement axial rj et de la corde totale CTj correspondant à un groupe d'aubes Gj qui est compris dans l'intervalle de valeurs [-0,01; 0,05],
- paramètre 3 : le rapport de corde RCj = (CFj / CRj) défini pour un groupe d'aubage Gj par le rapport de la valeur de la corde CFj de la première aube à la valeur de la corde de la seconde aube CRj pour un des groupes d'aubage compris entre [0,5 ; 1,5],
- paramètre 4 : le rapport de cambrure Φj défini par la valeur de la cambrure ΦFj de la première aube à la valeur de la cambrure ΦRj de la seconde aube d'un même groupe d'aubage, compris entre [0,10 ; 1].
- parameter 1: the tangential offset h related to the pitch t, expressed in the form of the ratio h / t, where t is the pitch corresponding to the distance between the two trailing edges f 21 and f 22 corresponding to the second blades A 21 and A 22 of each of the groups of blades G 1 and G 2 , the value of the parameter 1 is included in the interval [0.60; 0.80],
- parameter 2: the ratio of the axial overlap r j and the total chord C Tj corresponding to a group of blades G j which is included in the range of values [-0.01; 0.05],
- parameter 3: the chord ratio R Cj = (C Fj / C Rj ) defined for a vane group G j by the ratio of the value of the chord C Fj of the first dawn to the value of the chord of the second vane C Rj for one of the vane groups between [0.5; 1.5],
- parameter 4: the camber ratio Φ j defined by the value of the camber Φ Fj of the first blade to the value of the camber Φ Rj of the second blade of the same blade group, between [0.10; 1].
Le dispositif comporte par exemple un redresseur et/ou un impulseur comportant au moins deux groupes d'aubes G1, G2 comportant chacun une première aube (A11, A12) et une seconde aube (A21, A22), les caractéristiques géométriques desdites première et seconde aubes de chacun des groupes d'aubes et le positionnement des différents groupes d'aubage l'un par rapport à l'autre sont par exemple déterminés en fonction de trois des paramètres donnés dans les revendications 2 et/ou 3, le paramètre 1, le paramètre 2 et le paramètre 3, chacun de ces paramètres appartenant aux intervalles cités ci-dessus.The device comprises for example a rectifier and / or an impeller comprising at least two groups of blades G 1 , G 2 each comprising a first blade (A 11 , A 12 ) and a second blade (A 21 , A 22 ), the geometrical characteristics of said first and second blades of each of the groups of blades and the positioning of the different groups of blades relative to one another are for example determined as a function of three of the parameters given in
Les caractéristiques géométriques d'au moins un impulseur et/ou d'au moins un redresseur du dispositif de compression sont par exemple précisées à l'aide du quatrième paramètre, la valeur du rapport de cambrure Φj étant choisie en combinaison aux trois valeurs des paramètres de les revendications 2 et/ou 3.The geometric characteristics of at least one impeller and / or at least one rectifier of the compression device are for example specified using the fourth parameter, the value of the camber ratio Φ j being chosen in combination with the three values of the parameters of
Le rapport des épaisseurs maximum du premier et du second aubage e1/e2 est par exemple compris entre 0,5 et 1, pour un impulseur et/ou un redresseur.The maximum thickness ratio of the first and second blades e1 / e2 is for example between 0.5 and 1, for an impeller and / or a rectifier.
L'épaisseur e1 de la première aube est comprise entre 2 et 10 mm et/ou l'épaisseur e2 de la seconde aube est comprise entre 2 et 20 mm.The thickness e1 of the first blade is between 2 and 10 mm and / or the thickness e2 of the second blade is between 2 and 20 mm.
Une aube est par exemple reliée à une aube précédente et/ou une aube suivante à l'aide d'un élément mécanique.A blade is for example connected to a previous blade and / or a next blade using a mechanical element.
Le dispositif comporte par exemple au moins un redresseur et au moins un impulseur, l'impulseur est par exemple disposé avant l'impulseur lorsque l'on considère le sens de l'écoulement du fluide.The device comprises for example at least one rectifier and at least one impeller, the impeller is for example disposed before the impeller when we consider the direction of flow of the fluid.
Le dispositif comporte par exemple au moins un impulseur et au moins deux redresseurs, l'impulseur étant par exemple disposé entre les deux redresseurs.The device comprises for example at least one impeller and at least two rectifiers, the impeller being for example disposed between the two rectifiers.
L'invention concerne également un dispositif de compression ou de pompage d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le dispositif comportant un carter creux ayant un orifice d'admission et un orifice d'évacuation dudit fluide polyphasique, au moins un rotor pouvant tourner à l'intérieur dudit carter selon un axe de rotation Ox, ledit rotor étant constitué d'un moyeu et d'au moins une pale solidaire de ce moyeu, ladite pale comprenant une première face ou extrados et une seconde face désignée intrados.The invention also relates to a device for compressing or pumping a multiphase fluid comprising at least one gaseous phase and at least one liquid phase, the device comprising a hollow casing having an inlet port and an outlet port for said fluid multiphase, at least one rotor able to rotate inside said casing along an axis of rotation Ox, said rotor consisting of a hub and at least one blade integral with this hub, said blade comprising a first face or upper surfaces and a second face designated lower surface.
Le dispositif de compression ou de pompage d'un fluide polyphasique est caractérisé en ce que ladite pale est pourvue sur au moins une partie de sa longueur d'une ou plusieurs ouvertures permettant de mettre en communication les deuxdites faces intrados et extrados, afin de favoriser la rencontre d'au moins une partie de la phase gazeuse s'écoulant à proximité de la face extrados et d'au moins une partie de la phase liquide circulant du côté de la face intrados.The device for compressing or pumping a multiphase fluid is characterized in that said blade is provided over at least part of its length with one or more openings making it possible to put the two said lower and upper surfaces in communication, in order to favor the meeting of at least part of the gaseous phase flowing near the upper surface and at least part of the liquid phase flowing on the side of the lower surface.
L'invention concerne aussi une pompe polyphasique destinée par exemple au pompage d'effluents de type polyphasique pétrolier. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un impulseur et au moins un redresseur qui présente une des caractéristiques géométriques par exemple précédemment mentionnée.The invention also relates to a multiphase pump intended for example for pumping effluents of the multiphase petroleum type. It is characterized in that it comprises at least one impeller and at least one rectifier which has one of the geometric characteristics, for example previously mentioned.
Elle s'applique aussi à la définition d'une pompe polyphasique destinée au pompage d'effluent polyphasique pétrolier, comportant par exemple une phase liquide, une phase gazeuse et éventuellement une phase solide se présentant sous la forme de particules.It also applies to the definition of a multiphase pump intended for pumping multiphase petroleum effluent, comprising for example a liquid phase, a gas phase and possibly a solid phase in the form of particles.
Comparé aux dispositifs comprenant des aubages dits "simples", la structure de type tandem appliquée notamment au domaine du pompage de fluide polyphasique, tel un effluent pétrolier, dans une configuration optimisée définie ci-dessus, confère au dispositif de compression les avantages suivants :
- elle permet de minimiser la séparation des phases liquide et gaz contenues dans l'effluent en favorisant au moins en partie leur remélange de phases,
- les pertes d'énergie hydraulique sont minimisées car :
- * l'aubage est mieux adapté à l'incidence de l'écoulement entrant dans le dispositif de compression,
- * le taux de décélération du fluide, élevé dans le cas de cambrures d'aubage fortes et ayant notamment pour conséquence d'augmenter les pertes hydrauliques et les risques de décollement de l'écoulement, s'en trouve minimisé, et
- au niveau du stator, la structure tandem des pales améliore le guidage du fluide et permet ainsi d'égaliser les vitesses des filets fluides dans la section de sortie.
- it makes it possible to minimize the separation of the liquid and gas phases contained in the effluent by at least partially promoting their remixing of phases,
- hydraulic energy losses are minimized because:
- * the blading is better adapted to the incidence of the flow entering the compression device,
- * the rate of deceleration of the fluid, high in the case of strong blade camber and having in particular the consequence of increasing the hydraulic losses and the risks of flow delamination, is minimized, and
- at the level of the stator, the tandem structure of the blades improves the guidance of the fluid and thus makes it possible to equalize the speeds of the fluid threads in the outlet section.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, à la compression ou pompage d'un effluent polyphasique de type pétrolier, comportant au moins une phase liquide, une phase gazeuse et éventuellement une phase solide, en se référant aux dessins annexés où :
- les figures 1 et 1A représentent schématiquement et en coupe axiale, un mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention pour le pompage, d'un effluent polyphasique,
- la figure 2 montre un impulseur ou roue mobile, vu en perspective,
- la figure 3 est une figure développée de la trace résultant de l'intersection des pales avec une surface cylindrique de rayon fixe, montrant les paramètres de définition d'une géométrie aubages tandem selon l'invention,
- la figure 4 schématise le mélange des flux de la phase gazeuse et de la phase liquide
- la figure 5 schématise un exemple de dispositif selon l'invention pour lequel les différents groupes d'aubes sont reliées par un moyen mécanique, et
- la figure 6 est un exemple de réalisation simpliste d'aubages selon l'invention pourvus de lumières permettant d'optimiser le mélange des phases.
- FIGS. 1 and 1A show schematically and in axial section, a particular embodiment of the device according to the invention for pumping, a multiphase effluent,
- FIG. 2 shows an impeller or mobile wheel, seen in perspective,
- FIG. 3 is a developed figure of the trace resulting from the intersection of the blades with a cylindrical surface of fixed radius, showing the parameters for defining a tandem blade geometry according to the invention,
- Figure 4 shows schematically the mixture of gas phase and liquid phase flows
- FIG. 5 shows diagrammatically an example of a device according to the invention for which the different groups of blades are connected by mechanical means, and
- Figure 6 is a simplistic embodiment of blades according to the invention provided with lights to optimize the mixing of phases.
Dans ce qui suit, on désignera sous le mot "fluide", un fluide polyphasique comportant notamment une phase liquide et une phase gazeuse, et éventuellement une phase solide qui peut se présenter sous forme de particules solides par exemple du sable ou des particules visqueuses tels des agglomérats d'hydrates. La phase liquide peut notamment être constituée de liquides ayant de natures différentes, de même que la phase gazeuse peut être constituée de gaz de nature différentes.In what follows, the term "fluid" will denote a multiphase fluid comprising in particular a liquid phase and a gaseous phase, and optionally a solid phase which may be in the form of solid particles, for example sand or viscous particles such hydrate agglomerates. The liquid phase can in particular consist of liquids having different natures, just as the gas phase can consist of gases of different nature.
Le fluide comporte des phases de natures différentes à l'intérieur et à l'extérieur du dispositif de compression, contrairement à des fluides monophasiques qui peuvent subir des transformations à l'intérieur du dispositif.The fluid comprises phases of different natures inside and outside the compression device, unlike monophasic fluids which can undergo transformations inside the device.
Les figures 1 et 1A représentent schématiquement et en coupe axiale un mode particulier, non limitatif, de réalisation du dispositif selon l'invention prévu pour le pompage d'un effluent polyphasique pétrolier.Figures 1 and 1A show schematically and in axial section a particular, non-limiting, embodiment of the device according to the invention provided for pumping a multiphase petroleum effluent.
Le dispositif de pompage comporte un carter creux 1, qui est par exemple cylindrique pour être facilement introduit dans un puits, pour des applications non limitatives du dispositif selon l'invention relative au pompage d'effluents dans un puits de production. Le carter 1 est pourvu d'au moins un orifice 2 d'admission du fluide polyphasique et d'au moins un orifice d'évacuation 3, qui communique avec le circuit d'écoulement du fluide pompé. Ce circuit est schématisé par une canalisation ou conduite 4 à l'extrémité de laquelle le carter 1 est fixé par tout moyen approprié connu de l'homme du métier par exemple un filetage référencé 5 sur la figure.The pumping device comprises a hollow casing 1, which is for example cylindrical to be easily introduced into a well, for non-limiting applications of the device according to the invention relating to the pumping of effluents into a production well. The casing 1 is provided with at least one
Dans l'exemple illustré par la figure 1A, l'orifice d'admission 2 se présente sous forme de lumières pratiquées dans la paroi du carter 1, et le dispositif de pompage comporte au niveau de ces orifices un déflecteur 14 solidaire du carter 1 pour dévier le fluide après son entrée dans le carter et lui imprimer une vitesse ayant une direction sensiblement axiale, c'est-à-dire sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la pompe.In the example illustrated by FIG. 1A, the
A l'intérieur du carter 1 est placé un rotor comportant un arbre 6 entraîné en rotation par des moyens moteurs 7 (figure 1), tels que par exemple, mais non exclusivement, un moteur électrique, et éventuellement un organe de transmission, schématisé en 8 (figure 1) permettant notamment d'adapter la vitesse de rotation de l'arbre du moteur à la vitesse de rotation à laquelle doit être entraîné l'arbre 6.Inside the casing 1 is placed a rotor comprising a
L'arbre 6 est par exemple maintenu en position par au moins deux paliers distincts 9 et 10, par exemple décrit dans le brevet du demandeur FR-2.471.501.The
Le palier 10 est rendu solidaire du carter 1 par des bras radiaux 11, de façon que les espaces entre ces bras radiaux permettent l'écoulement du fluide dans le sens indiqué par la flèche
Des détails concernant le montage des paliers 9 et 10 sont donnés explicitement dans le brevet FR 2.471.501, notamment les montages pour obtenir l'étanchéité entre les différentes pièces du dispositif et sont de plus suffisamment connus de l'homme de métier pour ne pas être décrits plus en détail ci-après.Details concerning the mounting of the
Entre les orifices d'admission 2 et d'évacuation 3 du dispositif de pompage et à l'intérieur du carter 1, est placé au moins un élément ou étage adapté à augmenter l'énergie totale du fluide.Between the
Sur la figure 1, on a représenté trois éléments ayant pour fonction d'augmenter l'énergie du fluide, référencés 17, 18 et 19. Ce nombre n'est pas limitatif et dépend de l'augmentation de pression que l'on désire obtenir. Ces éléments sont dénommés ci-après impulseurs.In Figure 1, there are shown three elements having the function of increasing the energy of the fluid, referenced 17, 18 and 19. This number is not limiting and depends on the increase in pressure which it is desired to obtain. . These elements are referred to below as impellers.
Ces éléments décrits ci-après en détail à la figure 3 sont solidaires de l'arbre 6 sur lequel ils sont, par exemple, emmanchés à force, l'écartement entre les éléments étant assuré par des entretoises 20 à 23.These elements described below in detail in FIG. 3 are integral with the
De préférence, le dispositif comporte aussi un ou plusieurs éléments redresseurs. Par exemple, un redresseur (24, 25, 26) est placé à la sortie de chaque élément de mise en pression (17, 18, 19), chaque redresseur étant solidaire du carter 1, par exemple, au moyen de vis de fixation 27.Preferably, the device also includes one or more rectifying elements. For example, a rectifier (24, 25, 26) is placed at the outlet of each pressurizing element (17, 18, 19), each rectifier being secured to the casing 1, for example, by means of fixing screws 27 .
La présence de redresseurs n'est pas nécessaire à la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention. Néanmoins, il offre un avantage non négligeable car il permet de guider le fluide ou effluent à travers les différents étages du dispositif de compression.The presence of rectifiers is not necessary for the implementation of the device according to the invention. Nevertheless, it offers a non-negligible advantage because it makes it possible to guide the fluid or effluent through the different stages of the compression device.
Il est bien entendu que les jeux entre les éléments de mise en pression et le carter et les jeux entre les éléments de mise en pression et les redresseurs sont réduits de manière connue par l'homme de métier à leur valeur minimale compatible avec le fonctionnement de la pompe.It is understood that the clearances between the pressurizing elements and the casing and the clearances between the pressurizing elements and the rectifiers are reduced in a manner known by a person skilled in the art to their minimum value compatible with the operation of the pump.
La figure 2 représente, vue en perspective, un exemple non limitatif de réalisation d'un élément de mise en pression ou étage impulseur comportant essentiellement un moyeu 28 solidaire de l'arbre 6 qui, pendant le fonctionnement du dispositif, est entraîné en rotation dans le sens indiqué par la flèche R. Ce moyeu 28 comporte au moins une pale 30 composée de deux aubes 30a et 30b, dénommés ci-après première aube ou aube principale et seconde aube ou aube auxiliaire, dont les caractéristiques géométriques et le positionnement l'une par rapport à l'autre sont donnés en relation avec la figure 3. Le nombre de pales 29, 30 n'est nullement limitatif et donné à titre d'exemple uniquement. En général, ce nombre est choisi pour faciliter l'équilibrage statique et dynamique du rotor. La hauteur des pales est telle que la forme qu'elles délimitent pendant leur rotation est complémentaire de l'alésage qui, dans cet exemple de réalisation, est cylindrique.FIG. 2 represents, in perspective view, a nonlimiting example of embodiment of a pressurizing element or impeller stage essentially comprising a
Le profil effectif d'une pale tandem ou d'un groupe d'aubes correspondant au profil qu'aurait l'aube si elle était constituée en une seule partie, peut être sensiblement identique à l'un des profils décrits dans les brevets FR-2.157.437, FR-2.333.139, FR-2.471.501 et FR-2.665.224 du demandeur, ce dernier définissant le profil d'une aube à partir de la variation de section d'un canal orthoradial défini par deux pales successives. Le profil d'une pale tandem comprenant une première aube 30a et une seconde aube 30b peut en effet être assimilé à un profil effectif tenant compte des profils de chacune des aubes. Il est aussi possible de définir un canal orthoradial comme le canal délimité par deux pales effectives ou groupe d'aubes.The effective profile of a tandem blade or a group of blades corresponding to the profile that the blade would have if it were made up of a single part, may be substantially identical to one of the profiles described in patents FR-2,157,437, FR-2,333,139, FR-2,471,501 and FR-2,665,224 of the applicant, the latter defining the profile of a blade from the section variation of an orthoradial channel defined by two successive blades. The profile of a tandem blade comprising a first blade 30a and a
De même, chaque aube d'une pale tandem peut être choisie selon l'un des profils décrits dans ces brevets.Likewise, each blade of a tandem blade can be chosen according to one of the profiles described in these patents.
Le nombre de pales tandem, c'est-à-dire des groupes d'aubes disposées en tandem l'une par rapport à l'autre, est toujours de préférence supérieur à 2.The number of tandem blades, that is to say groups of blades arranged in tandem with respect to each other, is always preferably greater than 2.
Sans sortir du cadre de la présente invention, ce nombre de pales peut être compris entre 3 et 8, et de préférence entre 4 et 6, notamment pour des impulseurs dont le diamètre extérieur des pales est important, compris par exemple entre 200 et 400mm.Without departing from the scope of the present invention, this number of blades can be between 3 and 8, and preferably between 4 and 6, in particular for impellers whose outside diameter of the blades is large, for example between 200 and 400mm.
Pour assurer et optimiser la compression d'un fluide polyphasique, les aubes formant une pale ou un groupe d'aubes et la disposition des pales et/ou des aubes les unes par rapport aux autres à l'intérieur du dispositif de compression présentent des caractéristiques géométriques déterminées, par exemple à l'aide d'au moins un des paramètres donnés sur la figure 3.To ensure and optimize the compression of a multiphase fluid, the blades forming a blade or a group of blades and the arrangement of the blades and / or blades relative to each other inside the compression device have characteristics determined geometries, for example using at least one of the parameters given in FIG. 3.
Dans l'exemple décrit à la figure 3, chaque groupe d'aubes Gj comporte, par exemple deux aubes A1j et A2j disposées l'une à la suite de l'autre, mais pourrait sans sortir du cadre de l'invention être étendu à des groupes d'aubes comportant un nombre d'aubes supérieur à 2.In the example described in FIG. 3, each group of blades G j comprises, for example two blades A 1j and A 2j arranged one after the other, but could without departing from the scope of the invention be extended to groups of blades with a number of blades greater than 2.
Les groupes d'aubes sont désignés sur la figure 3, respectivement par G1 et G2. Chacun des groupes comprend une première aube A1j ou aube principale et une seconde aube A2j ou aube auxiliaire.The groups of blades are designated in FIG. 3, respectively by G 1 and G 2 . Each of the groups includes a first dawn A 1j or main dawn and a second dawn A 2j or auxiliary dawn.
Une représentation pour décrire une pale de manière simple, est de définir son tracé géométrique sur la surface développée de l'enveloppe cylindrique au rayon extérieur .A representation to describe a blade in a simple way, is to define its geometric layout on the developed surface of the cylindrical envelope at the outside radius.
Sur la figure 3, l'axe de rotation est représenté par la droite m, et la droite p correspond à la direction périphérique ou tangentielle du dispositif de compression. La flèche
De manière générale, une aube Aij comporte un bord d'attaque référencé sur la figure "aij" et un bord de fuite " fij", où i est le numéro d'une aube Aij à l'intérieur du groupe d'aubes indicé j.Generally, a vane A ij has a leading edge referenced in the figure "a ij " and a trailing edge "f ij ", where i is the number of a vane A ij inside the group d 'vanes indexed j.
Ainsi à un groupe d'aubes Gj, on associe une première aube indicée A1j et une seconde aube indicée A2j, par exemple, A11 correspond à la première aube du premier groupe d'aubage G1 et A21 correspond à la seconde aube de ce même groupe d'aubes.Thus a group of blades G j is associated with a first blade labeled A 1j and a second blade labeled A 2j , for example, A 11 corresponds to the first blade of the first blade group G 1 and A 21 corresponds to the second dawn of this same group of blades.
La corde est définie pour une aube comme étant la distance entre son bord d'attaque aij et son bord de fuite fij. Elle est repérée sur la droite m respectivement par CFj pour la première aube A1j et CRj pour la seconde aube A2j.The chord is defined for a blade as the distance between its leading edge a ij and its trailing edge f ij . It is marked on the right m respectively by C Fj for the first dawn A 1j and C Rj for the second dawn A 2j .
Il est aussi possible de définir la longueur de corde totale CTj pour un groupe d'aubes Gj, repérée sur la droite m par la projection de la distance séparant le bord d'attaque a11 de la première aube, et le bord de fuite f21 de la seconde aube pour un même groupe d'aubes Gj.It is also possible to define the total chord length C Tj for a group of blades G j , identified on the right m by the projection of the distance separating the leading edge a 11 from the first blade, and the edge of leakage f 21 of the second blade for the same group of blades G j .
Les caractéristiques du dispositif de compression sont déterminées, par exemple, à partir d'au moins un paramètre choisi parmi un ensemble de paramètres caractéristiques, propres aux aubes et à la position des groupes d'aubes. Le choix permet ainsi de délimiter un domaine de fonctionnement optimal pour le dispositif de compression.The characteristics of the compression device are determined, for example, from at least one parameter chosen from a set of characteristic parameters, specific to the blades and to the position of the groups of blades. The choice thus makes it possible to delimit an optimal operating range for the compression device.
L'ensemble des paramètres, à partir desquels sont sélectionnées ces caractéristiques, comprend par exemple, au moins les trois paramètres suivants :
- le décalage tangentiel h, correspondant à la distance entre le bord d'attaque a21 de la seconde aube A21 du premier groupe d'aube G1, et le bord de fuite f12 de la première aube A12 du second groupe d'aube G2. La valeur de ce paramètre est par exemple exprimée en fonction du pas t, et donné sous la forme d'un rapport h/t. Le pas t correspond à la distance entre les deux bords de fuite f21 et f22 correspondant aux aubes auxiliaires A21 et A22 des premiers et second groupes d'aubes G1 et G2,
- le recouvrement axial "rj" repéré par rapport à la direction m et qui correspond au recouvrement de la première aube A1j du groupe d'aubes Gj et de la seconde aube A2j du même groupe d'aubes Gj, avantageusement on définit la valeur relative de recouvrement "rj" rapportée à la corde CFj de la première aube d'un groupe d'aubes,
- le rapport de corde RCj = (CFj / CRj) défini, par exemple, par le rapport de la valeur de la corde CFj de la première aube à la valeur de la corde de la seconde aube CRj, pour le groupe d'aubes Gj.
- the tangential offset h, corresponding to the distance between the leading edge a 21 of the second blade A 21 of the first group of blades G 1 , and the trailing edge f 12 of the first blade A 12 of the second group of dawn G 2 . The value of this parameter is for example expressed as a function of the step t, and given in the form of an h / t ratio. The pitch t corresponds to the distance between the two trailing edges f 21 and f 22 corresponding to the auxiliary blades A 21 and A 22 of the first and second groups of blades G 1 and G 2 ,
- the axial overlap "r j " identified with respect to the direction m and which corresponds to the overlap of the first blade A 1j of the group of blades G j and of the second blade A 2j of the same group of blades G j , advantageously we defines the relative recovery value "r j " referred to the chord C Fj of the first blade of a group of blades,
- the chord ratio R Cj = (C Fj / C Rj ) defined, for example, by the ratio of the value of the chord C Fj of the first dawn to the value of the chord of the second dawn C Rj , for the group vanes G j .
Par un choix approprié des valeurs d'au moins un des trois paramètres précédemment définis, il est possible d'obtenir un dispositif de compression optimisé.By an appropriate choice of the values of at least one of the three parameters previously defined, it is possible to obtain an optimized compression device.
Selon un mode de réalisation préférentiel pour le dispositif de pompage ou de compression selon l'invention, on choisit les valeurs d'au moins un des trois paramètres précédemment définis.According to a preferred embodiment for the pumping or compression device according to the invention, the values of at least one of the three parameters previously defined are chosen.
Pour définir un impulseur, on choisit de préférence la valeur d'au moins un des trois paramètres dans les intervalles donnés ci-après :
- * le décalage tangentiel h rapporté au pas t est compris dans l'intervalle [0,95; 1,05],
- * le rapport rj/CTj appartient à l'intervalle [0,0 ; 0,15],
- * le rapport de corde RCj est compris entre [0,5 ; 1,5 ]
- * the tangential offset h related to the step t is included in the interval [0.95; 1.05],
- * the ratio r j / C Tj belongs to the interval [0,0; 0.15],
- * the chord ratio R Cj is between [0.5; 1.5]
On définit ainsi une géométrie pour les aubes et une disposition d'au moins deux groupes d'aubes, pour un impulseur, afin d'obtenir un fonctionnement optimal du dispositif de compression d'un fluide polyphasique.This defines a geometry for the blades and an arrangement of at least two groups of blades, for an impeller, in order to obtain optimal operation of the device for compressing a multiphase fluid.
Avantageusement, on choisit les trois paramètres parmi les trois intervalles précédemment donnés et on leur associe un quatrième paramètre choisi en combinaison aux trois premiers pour optimiser l'opération de compression. Ce quatrième paramètre est, par exemple le rapport de cambrure Φj déterminé pour un groupe d'aubes et défini comme le rapport de la valeur de la cambrure ΦFj de la première aube A1j à la valeur de la cambrure ΦRj de la seconde aube A2j pour un groupe d'aube donné.Advantageously, the three parameters are chosen from the three intervals previously given and a fourth parameter chosen in combination with the first three is associated with them to optimize the compression operation. This fourth parameter is, for example the camber ratio Φ j determined for a group of blades and defined as the ratio of the value of the camber Φ Fj of the first blade A 1j to the value of the camber Φ Rj of the second dawn A 2d for a given group of dawn.
La valeur de ce paramètre est de préférence choisi dans l'intervalle [0,5; 1].The value of this parameter is preferably chosen in the range [0.5; 1].
De manière identique on définit un redresseur par exemple en choisissant ces caractéristiques de la manière suivante :
- * le décalage tangentiel h rapporté au pas t est compris dans l'intervalle [0,60; 0,80],
- * le rapport rj/CTj appartient à l'intervalle [-0,01 ; 0,05],
- * le rapport de corde RCj est compris entre [0,5; 1,5 ]
- * the tangential shift h related to the step t is included in the interval [0.60; 0.80],
- * the ratio r j / C Tj belongs to the interval [-0.01; 0.05],
- * the chord ratio R Cj is between [0.5; 1.5]
On définit ainsi une géométrie pour les aubes et une disposition d'au moins deux groupes d'aubes, au niveau des redresseurs, permettant d'obtenir un fonctionnement préférentiel du dispositif de compression d'un fluide polyphasique.This defines a geometry for the blades and an arrangement of at least two groups of blades, at the level of the rectifiers, making it possible to obtain preferential operation of the device for compressing a multiphase fluid.
Dans ce cas, le rapport de cambrure Φj déterminé pour un groupe d'aubes d'un redresseur, et défini comme le rapport de la valeur de la cambrure ΦFj de la première aube A1j à la valeur de la cambrure ΦRj de la seconde aube A2j pour un groupe d'aube donné, est de préférence choisi dans l'intervalle [0,10; 1].In this case, the camber ratio Φ j determined for a group of vanes of a rectifier, and defined as the ratio of the value of the camber Φ Fj of the first blade A 1j to the value of the camber Φ Rj of the second blade A 2j for a given group of blades, is preferably chosen from the interval [0.10; 1].
Selon un mode de réalisation préférentiel, on sélectionne pour réaliser les impulseurs et/ou pour les redresseurs, les trois paramètres suivants: le décalage tangentiel h rapporté au pas t, le rapport rj/CTj et le rapport de corde RCj . On délimite ainsi un domaine de dispositifs de pompage ou de compression adapté à communiquer à un fluide de type polyphasique, par exemple un effluent pétrolier, une valeur de compression suffisante pour assurer son transfert d'un endroit de production par exemple une source ou un puits de production vers un lieu de destination, tel qu'une plate-forme de traitement ou encore un lieu intermédiaire, sans avoir à séparer les phases.According to a preferred embodiment, the following three parameters are selected to produce the impellers and / or for the rectifiers: the tangential offset h relative to the pitch t, the ratio r j / C Tj and the chord ratio R Cj . This defines a field of pumping or compression devices adapted to communicate to a multiphase type fluid, for example an oil effluent, a compression value sufficient to ensure its transfer from a production location for example a source or a well. production to a place of destination, such as a processing platform or an intermediate place, without having to separate the phases.
Une section offerte pour l'écoulement du fluide dans un impulseur et/ou un redresseur est par exemple définie par l'aire totale de passage du fluide dans un plan Pi perpendiculaire à l'axe de rotation du dispositif et situé entre l'entrée et la sortie du dispositif. L'aire totale évolue par exemple selon une loi sensiblement constante et bornée par une valeur minimum d'aire et une valeur maximum, choisies pour que le rapport de deux aires choisi pour deux plans Pi tels que définis précédemment est inclus de préférence dans l'intervalle [ 2,2; 0,45].A section offered for the flow of the fluid in an impeller and / or a rectifier is for example defined by the total area of passage of the fluid in a plane Pi perpendicular to the axis of rotation of the device and located between the inlet and the device output. The total area evolves for example according to a substantially constant law and bounded by a minimum area value and a maximum value, chosen so that the ratio of two areas chosen for two planes Pi as defined above is preferably included in the interval [2.2; 0.45].
Il en résulte notamment que selon un mode de réalisation optimisé les impulseurs présentent une aire de passage du fluide considéré dans leur plan de sortie limitée suivant la valeur de l'aire correspondante dans leur plan d'entrée.As a result, in particular, according to an optimized embodiment, the impellers have a passage area for the fluid in question in their outlet plane limited according to the value of the corresponding area in their inlet plane.
Selon un mode de réalisation du dispositif, le rapport des épaisseurs maximum du premier et du second aubage e1/e2, est de préférence choisi dans l'intervalle [0,6; 1] pour un impulseur et de préférence choisi dans l'intervalle [0,5; 1] pour un redresseur.According to one embodiment of the device, the ratio of maximum thicknesses of the first and of the second vane e1 / e2, is preferably chosen in the interval [0.6; 1] for an impeller and preferably chosen in the range [0.5; 1] for a rectifier.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les caractéristiques géométriques des groupes d'aubes pour les roues mobiles ou impulseurs sont définies par exemple par des valeurs choisies pour que le rapport du diamètre extérieur de la roue exprimée en mm, sur le nombre de pales appartienne à l'intervalle [40 ; 60].According to a preferred embodiment, the geometric characteristics of the groups of blades for the movable or impeller wheels are defined for example by values chosen so that the ratio of the outside diameter of the wheel expressed in mm, to the number of blades belongs to the interval [40; 60].
Selon un mode de réalisation particulier pour lequel seuls les impulseurs présentent une des caractéristiques de l'invention telles que décrites précédemment, il est possible d'utiliser un redresseur de tout type, connu de l'homme de métier, et pouvant présenter notamment des caractéristiques adaptées aux caractéristiques de l'étage impulseur.According to a particular embodiment for which only the impellers have one of the characteristics of the invention as described above, it is possible to use a rectifier of any type, known to a person skilled in the art, and which can in particular have characteristics adapted to the characteristics of the impeller stage.
A la sortie d'un étage impulseur, le fluide polyphasique est animé d'une vitesse ayant au moins une composante axiale et une composante circonférentielle. Comme il est bien connu des spécialistes, l'utilisation d'un redresseur permet d'augmenter la pression statique en supprimant ou au moins en réduisant les composantes circonférentielles de la vitesse d'écoulement du fluide.At the output of an impeller stage, the multiphase fluid is driven by a speed having at least one axial component and one circumferential component. As is well known to specialists, the use of a rectifier increases the static pressure by eliminating or at least reducing the circumferential components of the flow speed of the fluid.
Il est possible pour réaliser le dispositif de pompage ou de compression selon l'invention, de respecter par exemple les dispositions des différents éléments, par exemple les impulseurs et les redresseurs, données par exemple dans l'un des brevets du demandeur FR 2.333.139, FR 2.471.501, ou FR 2.665.224.It is possible to produce the pumping or compression device according to the invention, to comply for example with the provisions of the various elements, for example the impellers and the rectifiers, given for example in one of the applicant's patents FR 2,333,139 , FR 2,471,501, or FR 2,665,224.
Ainsi un dispositif de pompage ou de compression multiétages est formé par exemple par une succession de plusieurs étages de compression formés par exemple par une roue mobile (impulseur) précédée ou succédée par une roue fixe (redresseur), selon le sens d'écoulement du fluide. La section de passage offerte au fluide est par exemple sensiblement continue et l'écoulement du fluide s'effectue selon une direction préférentielle alignée avec l'axe de rotation du dispositif.Thus a multi-stage pumping or compression device is formed for example by a succession of several compression stages formed for example by a movable wheel (impeller) preceded or succeeded by a fixed wheel (rectifier), according to the direction of flow of the fluid . The passage section offered to the fluid is for example substantially continuous and the flow of the fluid takes place in a preferred direction aligned with the axis of rotation of the device.
Afin de mieux comprendre les phénomènes agissant lors du pompage d'un fluide polyphasique dans un dispositif de compression comportant des pales tandem, la figure 4 illustre les différents flux des différentes phases, liquide et gazeuse dans un dispositif de pompage ou compression, notamment lors de leur écoulement dans un canal délimité par deux pales tandem.In order to better understand the phenomena acting during the pumping of a multiphase fluid in a compression device comprising tandem blades, FIG. 4 illustrates the different flows of the different phases, liquid and gaseous in a pumping or compression device, in particular during their flow in a channel delimited by two tandem blades.
Ainsi sur la figure 4, on a représenté dans un diagramme identique à celui de la figure 3, deux groupes d'aubes G1 et G2 et des lignes en pointillés correspondant aux groupes d'aubes G0 et G3 disposés de part et d'autre des deux groupes précédemment définis.Thus in FIG. 4, there is shown in a diagram identical to that of FIG. 3, two groups of blades G 1 and G 2 and dashed lines corresponding to the groups of blades G 0 and G 3 arranged on one side and the other of the two groups previously defined.
De cette façon, on délimite plusieurs canaux d'écoulement du fluide indicés E0, E1, E2 situés respectivement entre les groupes d'aubes G0 et G1, G1 et G2, G2 et G3.In this way, several fluid flow channels are identified, E 0 , E 1 , E 2 located respectively between the groups of blades G 0 and G 1 , G 1 and G 2 , G 2 and G 3 .
A chacune des aubes, on associe une référence Iij désignant le côté intrados de l'aube et Eij le côté extrados de l'aube.To each of the blades, there is associated a reference I ij designating the pressure side of the blade and E ij the suction side of the blade.
Pour chaque groupe d'aubes, on définit un passage d'écoulement compris entre l'intrados I1j de la première aube et extrados E2j de la seconde aube, par exemple.For each group of blades, a flow passage is defined between the lower surface I 1j of the first blade and the upper surface E 2j of the second blade, for example.
Ainsi, sur la figure 4, le passage p1 correspond au passage d'écoulement situé entre les deux aubes A11, A12 du premier groupe d'aubes et p2 le passage d'écoulement situé entre les aubes A12, A22 du second groupe d'aubes, les passages d'écoulement ayant chacun une largeur dont la valeur est fixée par le positionnement des deux aubes à l'intérieur d'un même groupe d'aubes.Thus, in FIG. 4, the passage p 1 corresponds to the flow passage located between the two blades A 11 , A 12 of the first group of blades and p 2 the flow passage located between the blades A 12 , A 22 of the second group of blades, the flow passages each having a width the value of which is fixed by the positioning of the two blades within the same group of blades.
Ce canal d'écoulement permet de remélanger au moins une partie de la phase liquide provenant d'un canal d'écoulement avec, au moins, une partie de la phase gazeuse circulant dans un canal d'écoulement adjacent.This flow channel makes it possible to remix at least part of the liquid phase coming from a flow channel with, at least, part of the gaseous phase circulating in an adjacent flow channel.
En effet, lors de son passage dans un élément de mise en pression, et sous l'effet de la rotation, on observe une séparation des phases composant le fluide polyphasique, notamment la séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse, référencées respectivement lk et gk, avec k indice associé au canal dans lequel circule le fluide (E0, E1, E2).Indeed, during its passage through a pressurizing element, and under the effect of the rotation, a separation of the phases composing the multiphase fluid is observed, in particular the separation of the liquid phase and the gaseous phase, referenced respectively l k and g k , with k index associated with the channel in which the fluid circulates (E 0 , E 1 , E 2 ).
Sous l'effet d'un gradient de pression transverse, la phase liquide lk est entraînée vers la face de l'aube en surpression, l'intrados de l'aube alors que la phase gazeuse gk va au contraire migrer vers la face en dépression de l'aube ou extrados. Ce phénomène est aussi vu dans les dispositifs de compression comportant des aubages dits aubages simples.Under the effect of a transverse pressure gradient, the liquid phase l k is entrained towards the face of the blade under overpressure, the lower surface of the blade while the gas phase g k will on the contrary migrate towards the face in dawn depression or upper surface. This phenomenon is also seen in compression devices comprising blades called simple blades.
Selon le schéma représenté sur la figure 4, le fluide polyphasique auquel on souhaite communiquer une certaine valeur d'énergie circule entre deux groupes de pales tandem successives, par exemple le canal d'écoulement E1 et selon la flèche
A l'intérieur de ce canal, le fluide se décompose en une fraction liquide l1 qui migre vers le côté intrados I11 de l'aube A11 et une fraction gazeuse g1 qui est attirée vers le côté extrados E21 de la première aube A12 du second groupe d'aubes.Inside this channel, the fluid decomposes into a liquid fraction l 1 which migrates towards the lower surface side I 11 of the vane A 11 and a gaseous fraction g 1 which is attracted towards the upper surface side E 21 of the first blade A 12 of the second group of blades.
La fraction liquide I1 attirée par le côté intrados I11 s'écoule à travers le passage d'écoulement p1 et débouchant aussi dans le canal d'écoulement E0, continue de circuler jusqu'à se mélanger avec au moins une partie de la fraction gazeuse g0 provenant de la séparation des phases liquide et gazeuse dans le canal d'écoulement E0.The liquid fraction I 1 attracted by the pressure side I 11 flows through the flow passage p 1 and also opens into the flow channel E 0 , continues to circulate until it mixes with at least part of the gas fraction g 0 coming from the separation of the liquid and gas phases in the flow channel E 0 .
Les phases gazeuse g0 et liquide I1 en se remélangeant, permettent de compenser au moins en partie le phénomène de ségrégation des phases liquide et gazeuse qui apparaît lors du pompage d'un fluide polyphasique et qui contribue à la diminution de rendement pour le pompage.The gas g 0 and liquid I1 phases by re-mixing, make it possible to at least partially compensate for the phenomenon of segregation of the liquid and gas phases which appears during the pumping of a multiphase fluid and which contributes to the reduction in efficiency for pumping.
Ce phénomène se reproduit au niveau de chacun des passages d'écoulement et donc au niveau de chaque groupe d'aubes, les fluides gazeux et liquide, provenant par exemple de canaux adjacents sont remélangés.This phenomenon is reproduced at the level of each of the flow passages and therefore at the level of each group of blades, the gaseous and liquid fluids, coming for example from adjacent channels are remixed.
Avantageusement, la présence d'un passage d'écoulement entre deux aubes d'un groupe d'aubes améliore sensiblement le rendement des dispositifs de compression en comparaison du rendement obtenu avec une pale formée d'une aube unique à surface et géométrie équivalente sensiblement identique.Advantageously, the presence of a flow passage between two blades of a group of blades appreciably improves the efficiency of the compression devices in comparison with the efficiency obtained with a blade formed of a single blade with substantially identical surface and equivalent geometry. .
La dimension du passage d'écoulement est par exemple choisie à partir de l'ensemble de paramètres précédemment définis.The dimension of the flow passage is for example chosen from the set of parameters previously defined.
La figure 5 est une vue en perpective d'un groupe d'aubes qui sont par exemple reliées entre elles par au moins un élément mécanique 40. Ainsi une première aube est par exemple reliée à au moins l'aube suivante (en prenant le sens d'écoulement ) et/ou à une aube précédente. Cet élément mécanique 40 peut être positionné à tout endroit le long et/ou dans la largeur d'une aube et peut prendre n'importe quelle forme géométrique qui respecte l'écoulement du fluide, c'est-à-dire qui ne perturbe pas l'écoulement du fluide.FIG. 5 is a perspective view of a group of blades which are for example connected to each other by at least one
Avantageusement la présence d'au moins un élément mécanique permet de maintenir la distance entre les aubes, et de fait respecter la disposition spécifique des aubes entre elles. Il joue ainsi le rôle de renfort mécanique du dispositif.Advantageously, the presence of at least one mechanical element makes it possible to maintain the distance between the blades, and to make the specific arrangement of the blades respect each other. It thus plays the role of mechanical reinforcement of the device.
La figure 6 schématise une variante de réalisation du dispositif selon l'invention pour lequel on obtient un groupe d'aubes à partir d'une aube pourvue d'un ou plusieurs orifices distribués sur au moins une partie de sa longueur. Les parties de l'aube séparées par ces orifices forment ainsi des "sous-aubes" qui ont chacune une fonction sensiblement identique à la fonction remplie par les aubes Aij décrites sur la figure 3.Figure 6 shows schematically an alternative embodiment of the device according to the invention for which a group of blades is obtained from a blade provided with one or more orifices distributed over at least part of its length. The parts of the blade separated by these orifices thus form "sub-blades" which each have a function substantially identical to the function fulfilled by the blades A ij described in FIG. 3.
Les lumières ou orifices distribués le long de l'aube 50 permettent ainsi le passage des fractions liquide et gazeuse circulant respectivement à proximité du côté intrados de l'aube et du côté extrados de l'aube et provenant de canaux adjacents, par exemple comme il est décrit à la figure 3.The lights or orifices distributed along the
Sur la figure 6, on a représenté une forme pouvant être prise par une poche de gaz ou une poche de liquide.In Figure 6, there is shown a shape which can be taken by a gas pocket or a liquid pocket.
La fraction liquide a tendance à passer à travers au moins une des lumières 51 pour se mélanger à la fraction gazeuse circulant du côté extrados et former ainsi un mélange polyphasique. De cette manière, on diminue notamment la valeur du rapport GLR, du fait de l'enrichissement de la fraction gazeuse avec une partie liquide et on améliore la compression du fluide polyphasique, en compensant la séparation provenant de l'étape de compression du fluide polyphasique comme il a été décrit précédemment en relation avec la figure 4.The liquid fraction tends to pass through at least one of the
Les orifices ou lumières de mélange peuvent présenter des géométries différentes et des dimensions choisies, notamment en fonction de la nature des phases constituant le fluide pour faciliter le passage de ces phases l'une vers l'autre.The orifices or mixing lights may have different geometries and selected dimensions, in particular depending on the nature of the phases constituting the fluid to facilitate the passage of these phases towards one another.
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