RU2563406C2 - Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде (варианты) и способ сообщения энергии многофазной текучей среде - Google Patents

Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде (варианты) и способ сообщения энергии многофазной текучей среде Download PDF

Info

Publication number
RU2563406C2
RU2563406C2 RU2011135905/06A RU2011135905A RU2563406C2 RU 2563406 C2 RU2563406 C2 RU 2563406C2 RU 2011135905/06 A RU2011135905/06 A RU 2011135905/06A RU 2011135905 A RU2011135905 A RU 2011135905A RU 2563406 C2 RU2563406 C2 RU 2563406C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
diagonal
axial
section
centrifugal
Prior art date
Application number
RU2011135905/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011135905A (ru
Inventor
Лоренцо БЕРГАМИНИ
Витторио МИКЕЛАССИ
Original Assignee
Нуово Пиньоне С.п.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нуово Пиньоне С.п.А. filed Critical Нуово Пиньоне С.п.А.
Publication of RU2011135905A publication Critical patent/RU2011135905A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2563406C2 publication Critical patent/RU2563406C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D31/00—Pumping liquids and elastic fluids at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/12—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/181—Axial flow rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/181—Axial flow rotors
    • F04D29/183—Semi axial flow rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к турбоустановке и способу для сообщения энергии многофазной текучей среде. Турбоустановка содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень, секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с секцией осевой ступени, и секцию центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень, проточно соединенную с секцией диагональной ступени. Осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, диагональная ступень характеризуется значением угла от 5° до 80°, а центробежная ступень характеризуется значением угла от 80° до 90°. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты выполнения изобретения, рассмотренного в данном документе, относятся в целом к способам и установкам и, более конкретно, к устройствам и способам для нагнетания/сжатия многофазной текучей среды.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На протяжении последних лет с повышением стоимости ископаемого топлива возрос интерес к разработке новых областей добычи. Бурение на суше или в море связано с различными проблемами. Одна такая проблема заключается в том, что выходящая из скважины текучая среда на нефтяной основе содержит по меньшей мере первый и второй компоненты. Первый компонент может быть газом, а второй компонент может быть жидкостью. Кроме того, газообразный компонент может не растворяться в жидком компоненте и/или не смешиваться с ним. Таким образом, текучая среда на нефтяной основе представляет собой многофазную текучую среду.
Однако для извлечения текучей среды на нефтяной основе из скважины или для ее транспортировки по трубопроводу в промышленности используются насосы и компрессоры. Насос обычно используется для транспортировки текучей среды, тогда как компрессор используется для транспортировки газа. По этим причинам насосы проектируют с обеспечением их эффективной работы с жидкостями, а компрессоры проектируют с обеспечением их эффективной работы с газами. Вследствие различных составов газа и жидкости и различия законов физики, применяемых к этим текучим средам, насос не эффективен при наличии газа, а компрессор не эффективен при наличии жидкости в смеси.
Таким образом, для обработки многофазной текучей среды (например, текучей среды, содержащей по меньшей мере один газообразный и один жидкий компоненты) обычно используются различные последовательно соединенные насосы. В этом отношении в патенте США №5961282 (описание которого целиком включено в данный документ посредством ссылки) описана установка, которая содержит осевой насос, присоединенный с помощью соединительной части к центробежному насосу.
Осевой насос, как следует из его названия, сообщает энергию или давление жидкости, которая перемещается вдоль осевого направления насоса. Для иллюстрации на фиг.1 изображен осевой насос 10, содержащий корпус 12, в котором вокруг вала 16 выполнена неподвижная часть 14, обеспечивающая отклонение поступающей жидкости. Рабочее колесо 18 выполнено с возможностью вращения вместе с валом 16 и направления ускоренного потока жидкости. Если вал 16 проходит вдоль оси Z, то жидкость, проходящая от рабочего колеса 18, имеет по существу скорость v, вектор которой направлен вдоль оси Z. Прохождение жидкости, выходящей из рабочего колеса, по существу вдоль оси Z определяет насос как осевой насос, т.е. выходящая жидкость проходит вдоль оси насоса.
С другой стороны, центробежный насос обеспечивает прохождение жидкости, выходящей из рабочего колеса, по существу в радиальном направлении относительно оси насоса, как показано на фиг.2. На фиг.2 изображен центробежный насос 20, в котором жидкость выходит со скоростью v вдоль оси X, в радиальном направлении относительно оси насоса, совпадающей с осью Z. Направление поступления жидкости во впускное отверстие 22 показано на чертеже стрелкой А.
В патенте США №5961282 описано применение устройства 30 (см. фиг.3, которая соответствует фиг.2В указанного патента), которое содержит осевой насос 32 и центробежный насос 34. Во впускное отверстие 36 поступает текучая среда, на которую воздействует рабочее колесо, расположенное за неподвижной частью 38. После прохождения через осевой насос 32, поскольку вектор скорости текучей среды по существу параллелен валу 40, используется регулятор 42, прикрепленный к корпусу 44 и обеспечивающий отклонение поступающей текучей среды в канал 46 (впуск) центробежного насоса 34 при векторе скорости, по существу перпендикулярном валу 40. Лопатка 48 центробежного насоса 34 сообщает дополнительную энергию или давление жидкости, а также изменяет направление потока вдоль направления X, перпендикулярного оси насоса.
При использовании вышеуказанных и других способов нефтяной поток транспортируется, например, из нижней части скважины к поверхности с помощью насосной системы, которая содержит группу передних ступеней спирально-осевого типа, дополненный группой задних ступеней радиального типа (центробежных ступеней). Указанные две группы ступеней могут быть установлены на одной и той же оси.
Центробежные ступени могут эффективно нагнетать однофазные жидкости только в отсутствие газовой фазы. Как только объемная доля газа (ОДГ), которая определяет объемное соотношение газообразной и жидкой фаз, превышает несколько процентов, рабочие характеристики обычных центробежных ступеней ухудшаются, что препятствует надежной работе насоса. Для решения этой проблемы ОДГ снижают с помощью группы осевых ступеней, например, спирально-осевых для передних ступеней и радиальных для последних ступеней. Спирально-осевые ступени передней группы нечувствительны к высокой ОДГ и могут обеспечивать постепенное снижение ОДГ путем умеренного повышения давления до достижения радиальных ступеней последней группы, которые работают с более низкой ОДГ. Спирально-осевые ступени первой группы обеспечивают возможность работы с большой ОДГ, но за счет снижения степени повышения давления в каждой ступени. Это решение требует увеличения общего количества ступеней для получения требуемого выходного давления, что приводит к увеличению веса, длины вала и издержек.
Соответственно, существует необходимость в создании установок и способов, более совершенных по сравнению с вышерассмотренными устройствами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения предложена турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Указанная турбоустановка содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень и предназначенную для приема многофазной текучей среды через впускное отверстие и сжатия газообразной фазы указанной многофазной среды, секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с секцией осевой ступени, секцию центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень, проточно соединенную с секцией диагональной ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и вал, соединяющий секцию осевой ступени, секцию диагональной ступени и секцию центробежной ступени. Осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения предложена турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Указанная турбоустановка содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень и предназначенную для приема многофазной текучей среды через впускное отверстие и сжатия газообразной фазы указанной многофазной среды, секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с секцией осевой ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и вал, соединяющий секцию осевой ступени и секцию диагональной ступени. Осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, а диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°.
В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложена турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Указанная турбоустановка содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с впускным отверстием, секцию центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень, проточно соединенную с секцией диагональной ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и вал, соединяющий секцию диагональной ступени и секцию центробежной ступени. Диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложен способ сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Указанный способ включает этап проточного соединения секции осевой ступени с секцией диагональной ступени и с секцией центробежной ступени в указанном порядке, этап установки секции осевой ступени, секции диагональной ступени и секции центробежной ступени в корпусе, имеющем впускное отверстие и выпускное отверстие, и этап присоединения осевого рабочего колеса секции осевой ступени, диагонального рабочего колеса секции диагональной ступени и центробежного рабочего колеса секции центробежной ступени к валу. Секция осевой ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, секция диагональной ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а секция центробежной ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопроводительные чертежи, включенные в данную заявку и являющиеся ее составной частью, изображают один или более вариантов выполнения и совместно с описанием объясняют данные варианты выполнения. На чертежах:
фиг.1 изображает принципиальную схему обычного осевого насоса,
фиг.2 изображает принципиальную схему обычного центробежного насоса,
фиг.3 изображает принципиальную схему устройства, содержащего осевой насос, за которым расположен центробежный насос,
фиг.4 изображает принципиальную схему, на которой показан угол между потоком газа из рабочего колеса и осью вращения рабочего колеса,
фиг.5 изображает график, иллюстрирующий изменение объемной доли газа в зависимости от количества ступеней в турбоустановке, содержащей ступени различного типа,
фиг.6 изображает график, иллюстрирующий повышение давления, достигаемое с помощью различных ступеней, как функцию ОДГ текучей среды, проходящей через турбоустановку в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения,
фиг.7 изображает принципиальную схему турбоустановки, содержащей ступени различного типа,
фиг.8 изображает другую принципиальную схему турбоустановки, содержащей ступени различного типа, и
фиг.9 изображает блок-схему способа сообщения энергии многофазной текучей среде в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Приведенное ниже подробное описание не ограничивает данное изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения. Для простоты приведенные ниже варианты выполнения описаны с учетом терминологии и устройства осевых и центробежных насосов. Тем не менее рассмотренные далее варианты выполнения не ограничены указанными насосами и могут быть применены к другим устройствам, например компрессорам и турбоустановкам.
Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.
В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения турбоустановка содержит группу рабочих колес различных типов, подходящих для начального сжатия текучей среды с высоким процентным объемным содержанием газа и для достижения выходного давления при минимальном количестве ступеней. Конструкция турбоустановки содержит по меньшей мере две ступени из осевой, диагональной и радиальной ступеней. Такая конструкция обеспечивает широкий диапазон работоспособности при различном содержании газа в растворе текучей среды.
Предложенная турбоустановка способна повышать давление жидкостей в присутствии не растворенных в них газов. Условия эксплуатации включают жидкость, насыщенную газом. Указанная турбоустановка удовлетворяет требованиям, например, при нагнетании из нефтяных скважин, когда технологическая текучая среда содержит одну или более газообразных фаз, внедренных в одну или более жидких фаз, и, возможно, твердые частицы.
В данном описании термин «ступень» определяет устройство (установку) или часть установки, содержащую рабочее колесо (подвижную часть) любого типа (например, осевое, радиальное или диагональное) и диффузор (неподвижную часть) любого типа (лопаточный или спиральный, осевой, радиальный или диагональный).
В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения уменьшенное количество ступеней для получения заданного выходного давления достигается путем введения постепенного перехода между ступенями спирально-осевого и радиального типа. Постепенный переход может содержать подвижные части, например, рабочее колесо. Спирально-осевая ступень может представлять собой ступень осевого насоса, а радиальная ступень может представлять собой ступень центробежного насоса. Угол λ, который определяет различие между осевым типом и центробежным типом, показан на фиг.4 как угол между средним выходным потоком 50 рабочего колеса и осью 52, параллельной оси 58 вращения, в плоскости, содержащей ось 52. На фиг.4 изображена лопатка 54 рабочего колеса 56, имеющего ось 58 вращения. Лопатка 54 имеет переднюю кромку 60 и заднюю кромку 62. Текучая среда, перемещаемая лопаткой 54, сначала входит в контакт с передней кромкой 60 при перемещении в направлении 64 и отходит от задней кромки 62 лопатки в направлении 66, параллельном потоку 50. В одном варианте применения направление потока 50 перпендикулярно задней кромке 62.
Для осевой ступени величина λ составляет от 0° до 5°, тогда как для центробежной ступени величина λ составляет от 80° до 90°. Для диагональной ступени (насоса или компрессора) λ составляет от 5° до 80°.
Несмотря на то что осевые ступени в многоступенчатой установке (содержащей как осевые, так и центробежные ступени) снижают ОДГ в текучей среде, обеспечивая тем самым возможность более эффективного сжатия текучей среды центробежными ступенями, количество ступеней в такой установке превышает оптимальный минимум. На фиг.5 изображена зависимость количества ступеней от ОДГ и λ в такой установке. Данная установка (количество ступеней в которой превышает необходимое) содержит nhs осевых ступеней, за которыми расположено ncs центробежных ступеней, причем для осевых ступеней λ составляет меньше 5°, а для центробежных ступеней λ составляет больше 80° и меньше 90°. Количество ступеней зависит от размера насосов (ступеней) и состава текучей среды.
На фиг.5 изображена кривая 70, которая устанавливает зависимость процентной ОДГ (первая ось Y) для каждой ступени (представленной на оси X), и кривая 72, которая устанавливает зависимость величины угла λ (вторая ось Y) для каждой ступени, для установки, содержащей только осевые и радиальные ступени. Следует отметить, что на кривой 72 для первых nhs ступеней (осевых насосов) λ имеет нулевое значение, а для следующих ncs ступеней (центробежных насосов) λ имеет значение 90°.
Однако эта ситуация изменяется в случае, когда предложенная турбоустановка содержит nha осевых ступеней, nma диагональных ступеней и пса центробежных ступеней. На фиг.5 показано, что данная установка обеспечивает такую же ОДГ 73, как и предыдущая установка, при меньшем количестве ступеней (nha + nma + пса) вместо (nhs + ncs) ступеней. Это обусловлено тем, что nma диагональных ступеней дополнительно уменьшают ОДГ от значения, соответствующего кривой 70, до значения, соответствующего кривой 74, с обеспечением тем самым менее крутого изменения (см. кривую 76) значения λ от низкого значения (например, 0°) до высокого значения (например 90°), т.е. при переходе от осевой ступени к центробежной ступени. Менее крутой переход может быть определен, например, как имеющий по меньшей мере одно промежуточное значение угла между значениями 0° и 90°, например, функция угла λ имеет два значения между 0° и 90°, как показано точками 78а и 78b на фиг.5. Это изменение, вызванное диагональными ступенями, обеспечивает возможность быстрого снижения ОДГ, так как диагональные ступени более эффективны, чем спирально-осевые ступени при значениях ОДГ ниже порогового значения ОДГп, также показанного на фиг.5. Пример порогового значения ОДГп показан на фиг.6. На данном чертеже проиллюстрировано относительное повышение давления в ступени в зависимости от ОДГ для центробежной, диагональной и спирально-осевой ступеней. Следует отметить, что диагональная ступень становится более эффективной, чем спирально-осевая ступень, при ОДГ приблизительно 20-40%, что соответствует значению ОДГп в точке 79а. Другими словами, предложенная турбоустановка предназначена для использования с одной или более диагональными ступенями при значении ОДГ, лежащем в данном диапазоне, поскольку указанные ступени являются более эффективными, чем обычные спирально-осевые ступени. Переход от диагональных ступеней к центробежным ступеням может иметь место при ОДГ в диапазоне от 10 до 20%, например, в точке 79b, когда центробежная ступень более эффективна, чем диагональная ступень. Численные данные и пороговые значения, приведенные на фиг.6, являются иллюстративными и зависят от размера установки, количества ступеней, состава текучей среды и т.д. Таким образом, для одной турбоустановки значения, приведенные на фиг.6, являются точными, тогда как для другой турбоустановки эти значения должны быть скорректированы.
Диагональные ступени nma характеризуются углом λ, значение которого больше чем 5° и меньше чем 80°. Такая турбоустановка 80 схематически изображена на фиг.7. В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения турбоустановка 80 содержит корпус 82 и вал 84. Вал 84 может представлять собой единый вал или несколько присоединенных друг к другу валов. К валу 84 присоединены различные рабочие колеса 86а и 86f, выполненные с возможностью вращения вместе с валом. Каждое рабочее колесо содержит по меньшей мере одну соответствующую лопатку 88а и 88f, которая сообщает энергию и/или давление проходящей через нее текучей среде. Текучая среда поступает в турбоустановку 80 через впускное отверстие 90 и выходит из установки через выпускное отверстие 92. Несмотря на то, что установка, показанная на фиг.7, содержит 6 ступеней, данное количество не должно считаться минимальным, максимальным или оптимальным количеством ступеней для подобной установки. Указанные шесть ступеней изображены исключительно для иллюстрации. Кроме того, подразумевается, что в подобной установке не обязательно должны присутствовать ступени всех трех типов. Возможно выполнение турбоустановки только с осевыми и диагональными ступенями, только с диагональными и центробежными ступенями или со ступенями всех трех типов.
В данном иллюстративном варианте выполнения первые две ступени являются осевыми ступенями, как можно видеть по углу λ задней кромки лопаток рабочих колес, следующие две ступени являются диагональными ступенями, а последние две ступени являются центробежными ступенями. Количество ступеней также является иллюстративным, и комбинация ступеней, показанная на фиг.7, не должна считаться оптимальной конфигурацией. Например, возможно наличие одной осевой ступени, одной диагональной ступени и одной центробежной ступени.
Каждая лопатка 88a-88f, показанная на фиг.7, содержит соответствующий диффузор 94a-94f. Указанные диффузоры являются неподвижными, т.е. прикреплены к корпусу или другой неподвижной части турбоустановки. Указанные диффузоры предназначены для изменения потока текучей среды с обеспечением оптимизации эффективности каждой ступени. На фиг.7 также показана регулирующая поток секция 96 или переходной канал, также соединенный с корпусом и обеспечивающий переход потока текучей среды между осевой ступенью и диагональной ступенью.
Вал 84 турбоустановки может быть присоединен к приводному устройству 98, которое может представлять собой электродвигатель, двигатель, газовую турбину и т.д. В одном варианте применения все ступени расположены в одном корпусе 82, так что турбоустановка представляет собой единый узел оборудования. Турбоустановка может иметь цилиндрическую форму, обеспечивающую возможность ее введения в скважину для извлечения нефтяного потока.
В данном иллюстративном варианте выполнения для лопаток 88c-88d диагональных ступеней 3 и 4 значения угла λ лежат в диапазоне соответственно приблизительно от 30° до 44° и от 50° до 65°. В одном варианте применения угол диагональной ступени составляет от 20° до 60°. Как изложено выше, ступени турбоустановки могут быть выполнены в виде только насосов, только компрессоров или в виде комбинации насосов и компрессоров.
В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, изображенным на фиг.8, турбоустановка 80 для сообщения энергии многофазной текучей среде содержит корпус 82, имеющий впускное отверстие 90 и выпускное отверстие 92, секцию 100а осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень (ступень 1) и предназначенную для приема многофазной текучей среды через впускное отверстие 90 и сжатия газообразной фазы указанной многофазной среды, секцию 100b диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень (ступень 3), проточно соединенную с секцией осевой ступени, секцию 100с центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень (ступень 5), соединенную с секцией диагональной ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие 92, и вал 84, соединяющий секцию 100а осевой ступени, секцию 100b диагональной ступени и секцию 100 с центробежной ступени. Осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, изображенным на фиг.9, предложен способ сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Указанный способ включает этап 900 проточного соединения секции осевой ступени с секцией диагональной ступени и с секцией центробежной ступени в указанном порядке, этап 902 установки секции осевой ступени, секции диагональной ступени и секции центробежной ступени в корпусе, имеющем впускное отверстие и выпускное отверстие, и этап 904 присоединения осевого рабочего колеса секции осевой ступени, диагонального рабочего колеса секции диагональной ступени и центробежного рабочего колеса секции центробежной ступени к валу. Секция осевой ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, секция диагональной ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а секция центробежной ступени характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
В рассмотренных иллюстративных вариантах выполнения предложены устройство и способ для сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу. Следует понимать, что данное описание не ограничивает изобретение. Напротив, предполагается, что иллюстративные варианты выполнения охватывают альтернативные варианты, модификации и аналоги, находящиеся в рамках идеи и объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, для обеспечения всестороннего понимания заявленного изобретения в подробном описании иллюстративных вариантов выполнения изложен ряд характерных особенностей. Тем не менее специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможна реализация различных вариантов выполнения без учета данных характерных особенностей.
Несмотря на то, что особенности и элементы представленных иллюстративных вариантов выполнения описаны в вариантах выполнения в конкретных комбинациях, каждая особенность или элемент может использоваться отдельно без других особенностей и элементов либо в различных комбинациях с другими описанными особенностями и элементами или без них.
В приведенном описании примеры, характеризующие изобретение, используются для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения.

Claims (10)

1. Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, которая содержит по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу, содержащая
корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие,
секцию осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень и предназначенную для приема многофазной текучей среды через впускное отверстие и сжатия газообразной фазы указанной многофазной среды,
секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с секцией осевой ступени,
секцию центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень, проточно соединенную с секцией диагональной ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и
вал, соединяющий секцию осевой ступени, секцию диагональной ступени и секцию центробежной ступени,
причем осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°,
диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а
центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
2. Турбоустановка по п.1, в которой секция осевой ступени содержит по меньшей мере две осевые ступени, секция диагональной ступени содержит по меньшей мере две диагональные ступени, а секция центробежной ступени содержит по меньшей мере две центробежные ступени.
3. Турбоустановка по п.2, в которой каждая секция содержит ротор с рабочими колесами, выполненными с возможностью вращения вместе с валом, и диффузор, прикрепленный к корпусу и предназначенный для изменения направления соответствующего потока.
4. Турбоустановка по п.1, в которой впускное отверстие является осевым, а выпускное отверстие является радиальным.
5. Турбоустановка по п.1, дополнительно содержащая регулирующую секцию, расположенную между секцией осевой ступени и секцией диагональной ступени.
6. Турбоустановка по п.1, в которой объемное соотношение газообразной и жидкой фаз в многофазной текучей среде меньше заданного значения до поступления в секцию диагональной ступени.
7. Турбоустановка по п.1, в которой указанный угол, характеризующий диагональную ступень, составляет от 20° до 60°.
8. Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, которая содержит по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу, содержащая
корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие,
секцию осевой ступени, содержащую по меньшей мере одну осевую ступень и предназначенную для приема многофазной текучей среды через впускное отверстие и сжатия газообразной фазы указанной многофазной среды,
секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с секцией осевой ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и
вал, соединяющий секцию осевой ступени и секцию диагональной ступени,
причем осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°, а
диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°.
9. Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде, которая содержит по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу, содержащая
корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие,
секцию диагональной ступени, содержащую по меньшей мере одну диагональную ступень, проточно соединенную с впускным отверстием,
секцию центробежной ступени, содержащую по меньшей мере одну центробежную ступень, проточно соединенную с секцией диагональной ступени и предназначенную для выпуска многофазной текучей среды через выпускное отверстие, и
вал, соединяющий секцию диагональной ступени и секцию центробежной ступени,
причем диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а
центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
10. Способ сообщения энергии многофазной текучей среде, содержащей по меньшей мере одну жидкую фазу и одну газообразную фазу, включающий
проточное соединение секции осевой ступени с секцией диагональной ступени и с секцией центробежной ступени в указанном порядке,
установку секции осевой ступени, секции диагональной ступени и секции центробежной ступени в корпусе, имеющем впускное отверстие и выпускное отверстие, и
присоединение осевого рабочего колеса секции осевой ступени, диагонального рабочего колеса секции диагональной ступени и центробежного рабочего колеса секции центробежной ступени к валу,
причем осевая ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком осевого рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 0° до 5°,
диагональная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком диагонального рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 5° до 80°, а
центробежная ступень характеризуется значением угла между выпускным потоком центробежного рабочего колеса и осью, параллельной оси вращения вала, составляющим от 80° до 90°.
RU2011135905/06A 2010-08-31 2011-08-30 Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде (варианты) и способ сообщения энергии многофазной текучей среде RU2563406C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITCO2010A000047A IT1401868B1 (it) 2010-08-31 2010-08-31 Turbomacchina con stadio a flusso misto e metodo.
ITCO2010A000047 2010-08-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011135905A RU2011135905A (ru) 2013-03-10
RU2563406C2 true RU2563406C2 (ru) 2015-09-20

Family

ID=43739454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135905/06A RU2563406C2 (ru) 2010-08-31 2011-08-30 Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде (варианты) и способ сообщения энергии многофазной текучей среде

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9458863B2 (ru)
EP (1) EP2423510A3 (ru)
JP (1) JP6046885B2 (ru)
CN (1) CN102434463B (ru)
IT (1) IT1401868B1 (ru)
RU (1) RU2563406C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703774C1 (ru) * 2019-02-05 2019-10-22 Акционерное общество "Новомет-Пермь" Насос для перекачивания газожидкостной смеси

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO335019B1 (no) 2013-01-04 2014-08-25 Typhonix As Sentrifugalpumpe med koalescerende virkning, fremgangsmåte for utforming eller endring dertil, samt anvendelse
US10753187B2 (en) * 2014-02-24 2020-08-25 Ge Oil & Gas Esp, Inc. Downhole wet gas compressor processor
RU172460U1 (ru) * 2016-11-25 2017-07-11 Федеральное агентство научных организаций Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН) Ступень многоступенчатого центробежного насоса
FR3061240B1 (fr) * 2016-12-22 2019-05-31 Safran Aircraft Engines Procede ameliore de regulation d'un circuit d'alimentation
US10914494B2 (en) * 2018-02-27 2021-02-09 Newco H20 Llc Segmented cavitation boiler
WO2019191136A1 (en) 2018-03-26 2019-10-03 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Beam pump gas mitigation system
US10995581B2 (en) 2018-07-26 2021-05-04 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Self-cleaning packer system
CA3121135C (en) 2018-11-27 2023-08-29 Baker Hughes Holdings Llc Downhole sand screen with automatic flushing system
WO2020198411A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 Baker Hughes, A Ge Company, Llc High flow and low npshr horizontal pump with priming module
US11408265B2 (en) 2019-05-13 2022-08-09 Baker Hughes Oilfield Operations, Llc Downhole pumping system with velocity tube and multiphase diverter
WO2020243686A1 (en) 2019-05-30 2020-12-03 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Downhole pumping system with cyclonic solids separator
EP3686436A1 (en) 2019-07-31 2020-07-29 Sulzer Management AG Multistage pump and subsea pumping arrangement
KR20220092986A (ko) * 2019-11-13 2022-07-04 댄포스 아/에스 혼합 흐름 압축기용 능동 언로딩 장치
US11767850B2 (en) * 2020-02-10 2023-09-26 Saudi Arabian Oil Company Electrical submersible pump with liquid-gas homogenizer
CN111648966A (zh) * 2020-05-13 2020-09-11 洛阳瑞华新能源技术发展有限公司 一种使用末级分流主叶轮的2级或多级离心泵
CA3261905A1 (en) 2022-07-12 2024-01-18 Baker Hughes Oilfield Operations Llc IMPROVED EXTERNAL RECIRCULATION FOR VAPOR BLOCK RELIEF
US12152475B2 (en) 2022-10-18 2024-11-26 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Intake fluid density control system
US12503933B2 (en) 2023-10-11 2025-12-23 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Electric submersible pump gas evacuation system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961282A (en) * 1996-05-07 1999-10-05 Institut Francais Du Petrole Axial-flow and centrifugal pumping system
US6547514B2 (en) * 2001-06-08 2003-04-15 Schlumberger Technology Corporation Technique for producing a high gas-to-liquid ratio fluid
RU2232301C1 (ru) * 2003-04-24 2004-07-10 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Погружная насосная установка
RU70324U1 (ru) * 2007-11-01 2008-01-20 Александр Александрович Иванов Высокооборотный погружной мультифазный насос

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB704856A (en) 1950-04-24 1954-03-03 Rolls Royce Improvements relating to air compressors
JPS5817357B2 (ja) * 1978-03-07 1983-04-06 川崎重工業株式会社 多段タ−ボ形圧縮機
US5375976A (en) 1990-07-27 1994-12-27 Institut Francais Du Petrole Pumping or multiphase compression device and its use
GB9127474D0 (en) * 1991-12-30 1992-02-19 Framo Dev Ltd Multiphase fluid transport
US5562405A (en) 1994-03-10 1996-10-08 Weir Pumps Limited Multistage axial flow pumps and compressors
GB9526369D0 (en) 1995-12-22 1996-02-21 Weir Pumps Ltd Improved multistage pumps and compressors
FR2743113B1 (fr) 1995-12-28 1998-01-23 Inst Francais Du Petrole Dispositif de pompage ou de compression d'un fluide polyphasique a aubage en tandem
US6676364B1 (en) 1997-02-05 2004-01-13 Man Roland Druckmaschinen Stack changing device
FR2771024B1 (fr) * 1997-11-19 1999-12-31 Inst Francais Du Petrole Dispositif et procede de compression diphasique d'un gaz soluble dans un solvant
FR2782755B1 (fr) 1998-09-02 2000-09-29 Inst Francais Du Petrole Turmomachine polyphasique a melange de phases ameliore et methode associee
FR2787837B1 (fr) 1998-12-28 2001-02-02 Inst Francais Du Petrole Impulseur diphasique avec canal incurve dans le plan meridien
FR2787836B1 (fr) 1998-12-28 2001-02-02 Inst Francais Du Petrole Impulseur diphasique helico-radio-axial avec carenage incurve
US7150600B1 (en) * 2002-10-31 2006-12-19 Wood Group Esp, Inc. Downhole turbomachines for handling two-phase flow
US7241104B2 (en) * 2004-02-23 2007-07-10 Baker Hughes Incorporated Two phase flow conditioner for pumping gassy well fluid
US7481270B2 (en) 2004-11-09 2009-01-27 Schlumberger Technology Corporation Subsea pumping system
FR2899944B1 (fr) 2006-04-18 2012-07-27 Inst Francais Du Petrole Pompe polyphasique compacte
US8858154B2 (en) 2007-03-08 2014-10-14 Sulzer Pumpen Ag Pump system and method for delivering multi-phase mixtures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961282A (en) * 1996-05-07 1999-10-05 Institut Francais Du Petrole Axial-flow and centrifugal pumping system
US6547514B2 (en) * 2001-06-08 2003-04-15 Schlumberger Technology Corporation Technique for producing a high gas-to-liquid ratio fluid
RU2232301C1 (ru) * 2003-04-24 2004-07-10 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Погружная насосная установка
RU70324U1 (ru) * 2007-11-01 2008-01-20 Александр Александрович Иванов Высокооборотный погружной мультифазный насос

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703774C1 (ru) * 2019-02-05 2019-10-22 Акционерное общество "Новомет-Пермь" Насос для перекачивания газожидкостной смеси

Also Published As

Publication number Publication date
US9458863B2 (en) 2016-10-04
CN102434463B (zh) 2017-11-07
CN102434463A (zh) 2012-05-02
JP6046885B2 (ja) 2016-12-21
EP2423510A3 (en) 2017-12-13
EP2423510A2 (en) 2012-02-29
US20120057965A1 (en) 2012-03-08
RU2011135905A (ru) 2013-03-10
JP2012052541A (ja) 2012-03-15
IT1401868B1 (it) 2013-08-28
ITCO20100047A1 (it) 2012-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2563406C2 (ru) Турбоустановка для сообщения энергии многофазной текучей среде (варианты) и способ сообщения энергии многофазной текучей среде
Thin et al. Design and performance analysis of centrifugal pump
US8070426B2 (en) System, method and apparatus for open impeller and diffuser assembly for multi-stage submersible pump
US11396887B2 (en) Rotating diffuser pump
US20150044027A1 (en) System and apparatus for pumping a multiphase fluid
CA2543460A1 (en) Crossover two-phase flow pump
US20150315884A1 (en) Multiphase pressure boosting pump
RU2244164C1 (ru) Многоступенчатый погружной осевой насос
US20120093636A1 (en) Turbomachine and impeller
US12006949B2 (en) Multiphase pump
RU2730214C2 (ru) Горизонтальная насосная установка с узлом первичной ступени и отдельным узлом ступени с напором на всасывающей стороне насоса (NPSH) (варианты)
US11781556B2 (en) High energy density turbomachines
Cho et al. Design of centrifugal pump volute-type casing
CN206221284U (zh) 双进口导叶式水平中开多级离心泵
RU66789U1 (ru) Насос-диспергатор
CN103352875A (zh) 高抗汽蚀性能卧式自平衡多级离心泵
RU2243419C2 (ru) Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя
CN102454615A (zh) 多级离心泵
RU2263825C2 (ru) Компрессор газотурбинного двигателя
US20220333487A1 (en) Integrated power pump
Thete et al. Analysis and performance optimization of mixed flow impeller-a review
RU104649U1 (ru) Насосный агрегат для подачи питательной воды в парогенераторы энергоблоков аэс
RU132506U1 (ru) Многоступенчатый центробежный насос с промежуточным отбором перекачиваемой жидкости

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220426