混成流段を備えたターボ機械及びその方法
【課題】混成流段を備えたターボ機械及びその方法を提供すること。
【解決手段】多相流体にエネルギーを与える方法及びターボ機械。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含む軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含む遠心段部分と、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【解決手段】多相流体にエネルギーを与える方法及びターボ機械。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含む軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含む遠心段部分と、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、方法及びシステムに関し、より詳細には、多相流体を圧送／圧縮するための機構及び技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年間、化石燃料の価格の上昇に伴って、新しい生産現場を開発することへの関心が高まっている。陸上又は海上での採掘は様々な問題をもたらす。このような問題の１つは、坑井から産出される石油流体が少なくとも第１及び第２の成分を含むことである。第１の成分はガスであり、第２の成分は液体とすることができる。加えて、ガス成分は、液体成分に溶解及び／又は混合しない場合がある。従って、石油流体は多相流体である。
【０００３】
しかしながら、石油流体の坑井からの抽出又はパイプに沿った輸送においては、当該業界ではポンプ及び圧縮機が使用される。通常、液体の輸送にはポンプが使用され、他方、ガスの輸送には圧縮機が使用される。これらの理由により、ポンプは、液体に対して効率的であるように設計され、他方、圧縮機は、ガスに対して効率的であるように設計される。ガス及び液体の異なる組成、及びこれらの液体に適用される物理法則が異なる理由から、ポンプは混合物中にガスが存在するときには効率的ではなく、また、圧縮機は、混合物中に液体が存在するときには効率的ではない。
【０００４】
従って、多相流体（例えば、少なくとも１つのガス成分と１つの液体成分とを含む）の取り扱いにおいては、直列に接続された種々のポンプを使用することが通常となっている。この点に関して、米国特許第５，９６１，２８２号（その開示事項全体が引用により本明細書に組み込まれる）は、接続部を介して遠心ポンプに接続された軸流ポンプを含むシステムを開示している。
【０００５】
軸流ポンプは、文字通り、ポンプの軸方向に沿って移動する液体にエネルギー又は圧力を加える。例証として、図１は、ステータ部１４がシャフト１６の周りに設けられ、流入する液体を偏向させるように構成されたケーシング１２を有する軸流ポンプ１０を示している。インペラ１８は、シャフト１６と共に回転し、加速された液体を配向するよう構成される。シャフト１６が軸線Ｚに沿って延びるとみなされる場合、インペラ１８から流出する液体は、軸線Ｚに沿って実質的に速度ｖを有する。インペラから出て実質的に軸線Ｚに沿って移動する液体の特性によって、ポンプは軸流ポンプであると判断され、すなわち、出力液体はポンプの軸線に沿って流れる。
【０００６】
スペクトルの他端においては、遠心ポンプは、図２に示すように、インペラから出る液体をポンプの軸線から実質的に半径方向に流れるようにする。図２は、液体が軸線Ｘに沿って且つＺ上に位置するポンプの軸線から半径方向に速度ｖで出力される遠心ポンプ２０を示している。液体は、入口２２において矢印Ａに沿って流入するよう図示されている。
【０００７】
米国特許第５，９６１，２８２号を参照すると、この引例は、軸流ポンプ３２及び遠心ポンプ３４を有するシステム３０（米国特許第５，９６１，２８２号の図２Ｂに対応する図３を参照）を用いて開示されている。流体が入口３６に入り、ステータ部３８の後に設けられたインペラによって作用される。軸流ポンプ３２を通過した後では、流体はシャフトに実質的に平行な速度を有するので、ケーシング４４に固定されるアジャスタ４２を用いて、シャフト４０に対して実質的に垂直な速度で流入流体を遠心ポンプ３４の通路４６（入力）に入るように偏位させる。遠心ポンプ３４のブレード４８は更に、液体にエネルギー又は圧力を加え、ポンプの軸線上に垂直な方向Ｘに沿った流れ方向も変化させる。
【０００８】
上記の引例及び他の引例の方法を用いると、石油廃液は、例えば、半径方向タイプの後方段（遠心段）のセットと相補的な同軸螺旋型の前方段のセットを含むポンプシステムを用いることによって坑井の底から表面まで輸送される。この２つの段のセットは、同じ軸線上にスタックすることができる。
【０００９】
遠心段は、ガス相が存在しない場合に限り単一相の液体を効率的に圧送することができる。ガス相と液体相の容積率の比を測定するガス容積率（ＧＶＦ）が数パーセントを超えるとすぐに、従来の遠心段性能が悪化し、ポンプの安全な作動ができなくなる。この問題を避けるために、ＧＶＦは、例えば、前方段における同軸螺旋の軸方向段と最終段における半径方向段のセットを用いることによって低減される。同軸螺旋段の前方セットは、高ＧＶＦに耐性があるので、低ＧＶＦで作動する半径方向段の最終セットに到達する前に中間の圧力増大を通じてＧＶＦを漸次的に低下させることができる。同軸螺旋段の第１のセットは、大きなＧＶＦを扱うことができるが、段当たりの圧力増大の低下が犠牲となる。この解決策は、所望の吐出圧力に達するために全体の段数の増大を必要とし、結果として重量、シャフト長、及びコストの増加を招く。
【００１０】
従って、上述のシステムよりも優れたシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，９６１，２８２号公報
【発明の概要】
【００１２】
１つの例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を接続するシャフトと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１３】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続され且つ出口において多相流体を出力するよう構成された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、軸方向段部分及び混成流段部分を接続するシャフトと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１４】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、入口に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、混成流段部分及び遠心段部分を接続するシャフトと、を含む。混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１５】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法がある。本方法は、軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続するステップと、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供するステップと、軸方向段部分の軸方向インペラ、混成流段部分の混成流インペラ、及び遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続するステップと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の軸方向ポンプの概略図。
【図２】従来の遠心ポンプの概略図。
【図３】軸方向ポンプ及びその後に続く遠心ポンプを含むシステムの概略図。
【図４】インペラからのガス流とインペラの回転軸線との間の角度の概略図。
【図５】種々のタイプの段を含むターボ機械における段数に対するガス容積率の変化を示すグラフ。
【図６】例示的な実施形態による、ターボ機械を流れる流体のＧＶＦの関数として種々の段により達成される圧力上昇を示すグラフ。
【図７】種々のタイプの段を有するターボ機械の概略図。
【図８】種々のタイプの段を有するターボ機械の別の概略図。
【図９】例示的な実施形態による、多相流体にエネルギーを与える方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。
【００１８】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する異なる図面における同じ参照符号は同じ又は同様の要素とみなす。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。以下の実施形態は、簡略化のために軸流ポンプ及び遠心ポンプの用語を用いて且つその構造に関して説明している。しかしながら、以下で検討する実施形態は、これらのポンプに限定されず、例えば、圧縮機又は他のターボ機械などの他のシステムに適用することができる。
【００１９】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態によれば、ターボ機械は、高容積パーセンテージのガスを用いて流体の圧縮を開始し、最小の段数で吐出圧力に到達させるのに好適な異なるタイプのインペラのセットを含む。ターボ機械の構造は、軸方向段、混成流段、及び半径方向段のうちの少なくとも２つを含む。この構造は、液状流体のマトリクスにおいて可変のガス含有量の下で広範な作動性を可能にする。
【００２１】
新規のターボ機械は、液体中に溶解しないガスの存在下で液体圧力を増大させることができる。作動条件はガスで飽和した液体を含む。ターボ機械は、例えば、油井から圧送する必要性に対処し、ここではプロセス流体は、１つ又はそれ以上の液相及び場合によっては固体粒子中に埋め込まれた１つ又はそれ以上のガス相を含む。
【００２２】
この開示事項において、「段」とは、何らかのタイプ（例えば、軸方向、半径方向、又は混成流）のインペラ（可動部）と、何らかのタイプ（ベーン付き又はスクロール型、軸方向又は半径方向又は混成流）のディフューザ（固定部）とを有するシステム（機械）又は機械の一部として定義される。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、所与の吐出圧力を得るための段数の低減は、同軸螺旋段と半径方向段との間での漸次的な移行を導入することによって達成される。漸次的な移行は、例えば、インペラなどの可動部品を含むことができる。同軸螺旋段は軸方向ポンプ段とすることができ、半径方向段は遠心ポンプ段とすることができる。軸方向タイプ対遠心タイプを定める角度ラムダ（λ）は、平均インペラ出口流５０と、軸線５２を含む平面内の回転軸線５８に平行な軸線５２との間の角度として図４に示される。図４は、回転軸線５８を有するインペラ５６のブレード５４を示している。ブレード５４は、前縁６０と後縁６２とを有する。ブレード５４によって移動される流体は、方向６４に沿って移動するときに最初に前縁６０に接触し、流れ５０と平行な方向６６に沿ってブレードの後縁６２から流出する。１つの応用において、流れ５０の方向は後縁６２に垂直である。
【００２４】
軸方向段は、０°から５°の範囲のλ値を有し、遠心段は８０°から９０°の範囲のλ値を有する。混成流段（ポンプ又は圧縮機）は、５°から８０°の範囲のλ値を有する。
【００２５】
多段機械（軸方向段及び遠心段の両方を含む）における軸方向段は、流体のＧＶＦを低減し、従って、遠心段がより効率的に流体を圧縮することができるが、このような機械の段数は最適最小よりも多い。図５は、このような機械におけるＧＶＦ及びλと相関付けられた段数を示している。この機械（必要数よりも多くの段を有する）は、ｎｈｓの軸方向段の後にｎｃｓの遠心段を有し、軸方向段が５°よりも小さいλを有し、遠心段が８０°よりも大きく９０°よりも小さいλを有する。段の数は、ポンプ（段）のサイズ及び流体の組成に依存する。
【００２６】
図５は、ＧＶＦパーセンテージ（第１のＹ軸）を各段（Ｘ軸上に示される）と相関付けた曲線７０と、値λ（第２のＹ軸）を軸方向及び半径方向段のみを有する機械における各段と相関付けた曲線７２とを示している。曲線７２は、第１のｎｈｓ段（軸方向ポンプ）のλがゼロの値を示し、次のｎｃｓ段（遠心段）のλが９０°の値を示している点に留意されたい。
【００２７】
しかしながら、新規のターボ機械がｎｈａ軸方向段、ｎｍａ混成流段、及びｎｃａ遠心段を有する場合には、この状況は変化する。図５は、この機械が従来の機械のように（ｎｈｓ＋ｎｃｓ）段ではなく、より少ない数の段（ｎｈｓ＋ｎｍａ＋ｎｃａ）を用いて同じＧＶＦ７３を達成することを示している。このことは、ｎｍａ混成流段がＧＶＦ値を曲線７０から曲線７４に更に低下させ、従って、λが低い値（例えば、０°）から高い値（例えば、９０°）まで、すなわち軸方向相から遠心相まで低勾配（曲線７６を参照）で遷移することができることに起因して起こっている。低勾配の遷移は、例えば、０°と９０°との間の少なくとも１つの中間値を有するものとして定義することができ、例えば、λ角関数は、図５において点７８ａ及び７８ｂにより示されるように、ゼロから９０の間の２つの値を有する。混成流段に起因したこの遷移により、混成流段が図５にも示される所与のＧＶＦ閾値ＧＶＦthを下回り同軸螺旋段よりも効果的であるように、ＧＶＦが迅速に低下することができるようになる。閾値ＧＶＦthの実施例が図６に示される。この図は、遠心段、混成流段、及び同軸螺旋段におけるＧＶＦに対する１段にわたる相対圧力上昇を示している。混成流段は、ＧＶＦth７９ａに相当する２０から４０％付近での同軸螺旋段よりも高効率である点に留意されたい。換言すると、新規のターボ機械は、ＧＶＦがこの範囲にあるときには、従来の同軸螺旋段よりも効率的であるように、１つ又はそれ以上の混成流段を用いるよう設計されている。混成流段から遠心段への移行は、ＧＶＦが１０から２０％の範囲にあるとき、例えば、遠心段が混成流段よりも効率的である点７９ｂにおいて行うことができる。図６に示す数及び閾値は例証であり、機械のサイズ、段数、流体組成、その他によって決まる。従って、あるターボ機械において、図６に示す値は正確な値であるが、他のターボ機械では、これらの値は調整されなければならない。
【００２８】
混成流段ｎｍａは、５°よりも大きく且つ８０°よりも小さい値を有する角度λによって特徴付けられる。このようなターボ機械８０が図７に概略的に示されている。この例示的な実施形態によれば、ターボ機械８０は、ケーシング８２及びシャフト８４を有する。シャフト８４は、単一シャフト、或いは互いに接続された複数のシャフトとすることができる。種々のインペラ８６ａ〜８６ｆがシャフト８４に接続され、シャフトと共に回転するよう構成される。各インペラは、少なくとも１つの対応するブレード８８ａから８８ｆを有し、通過する流体にエネルギー及び／又は圧力を加える。流体は、入口９０にてターボ機械８０に流入し、出口９２にて機械から流出する。図７に示す機械が６つの段を有しているが、これは、このような機械における段の最小数、最大数、又は最適数であることを示唆するものではない。６つの段は単なる例証に過ぎない。加えて、３つの全てのタイプの段がこのような機械において存在することを示唆すべきではない。軸方向段及び混成流段のみ、混成流段及び遠心段のみ、又は３つの全ての段を備えたターボ機械を有することも想起される。
【００２９】
この例示的な実施形態において、最初の２つの段は、インペラのブレードの後縁のλによって認識できるように軸方向段であり、次の２つの段が混成流段であり、最後の２つの段が遠心段である。この場合も同様に、段の数は例示的なものであり、図７に示す組み合わせが最適構成であることを示唆するものではない。例えば、１つの軸方向段、１つの混成流段、及び１つの遠心段を有することも可能である。
【００３０】
図７の各ブレード８８ａ〜８８ｆは、対応するディフューザ９４ａ〜９４ｆを有する。これらのディフューザは固定であり、すなわち、ターボ機械のケーシング又は別の非可動部分に固定される。ディフューザは、流体の流れを変化させ、各段の効率を最適化するよう構成される。また図７には、同様にケーシングに固定され、軸方向段と混成流段との間の流体流の移行を行うよう構成される流れ調整部分９６又は移行チャンネルが見える。
【００３１】
ターボ機械のシャフト８４は、ドライバー９８に接続することができ、該ドライバーは、電気モータ、エンジン、ガスタービン、その他とすることができる。ある応用において、全ての段は、ターボ機械が一体成形の機器であるように単一のケーシング８２内に置かれる。ターボ機械は、石油廃液抽出のために坑井に入ることができるような円筒形状を有することができる。
【００３２】
この例示的な実施形態において、混成流段３及び４のブレード８８ｃ及び８８ｄは、それぞれ約３０°から４４°、及び５０°から６５°の範囲の値の角度λを有する。１つの応用において、混成流段の角度は、２０°から６０°の間の値を有する。上記で検討したように、ターボ機械の段は、ポンプのみ、圧縮機のみ、又はポンプと圧縮機の組み合わせとして実装することができる。
【００３３】
図８に示す例示的な実施形態によれば、多相流体にエネルギーを与えるターボ機械８０は、入口９０及び出口９２を有するケーシング８２と、少なくとも１つの軸方向段（段１）を含み、入口９０を介して多相流体を受け取り且つ該多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分１００ａと、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段（段３）を含む混成流段部分（１００ｂ）と、混成流段部分に接続された少なくとも１つの遠心段（段５）を含み、出口９２を通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分１００ｃと、軸方向段部分１００ａ、混成流段部分１００ｂ、及び遠心段部分１００ｃを接続するシャフト８４と、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００３４】
図９に示す例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法がある。本方法は、軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続するステップ９００と、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供するステップ９０２と、軸方向段部分の軸方向インペラ、混成流段部分の混成流インペラ、及び遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続するステップ９０４と、を含む。軸方向段部分は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段部分は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００３５】
開示される例示的な実施形態は、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるシステム及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定することを意図していない点は理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【００３７】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
８０ ターボ機械
８２ ケーシング
８４ シャフト
８８ａ〜８８ｆ ブレード
９０ 入口
９２ 出口
９４ａ〜９４ｆ ディフューザ
１００ａ 軸方向段部分
１００ｂ 混成流段部分
１００ｃ 遠心段部分
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、方法及びシステムに関し、より詳細には、多相流体を圧送／圧縮するための機構及び技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年間、化石燃料の価格の上昇に伴って、新しい生産現場を開発することへの関心が高まっている。陸上又は海上での採掘は様々な問題をもたらす。このような問題の１つは、坑井から産出される石油流体が少なくとも第１及び第２の成分を含むことである。第１の成分はガスであり、第２の成分は液体とすることができる。加えて、ガス成分は、液体成分に溶解及び／又は混合しない場合がある。従って、石油流体は多相流体である。
【０００３】
しかしながら、石油流体の坑井からの抽出又はパイプに沿った輸送においては、当該業界ではポンプ及び圧縮機が使用される。通常、液体の輸送にはポンプが使用され、他方、ガスの輸送には圧縮機が使用される。これらの理由により、ポンプは、液体に対して効率的であるように設計され、他方、圧縮機は、ガスに対して効率的であるように設計される。ガス及び液体の異なる組成、及びこれらの液体に適用される物理法則が異なる理由から、ポンプは混合物中にガスが存在するときには効率的ではなく、また、圧縮機は、混合物中に液体が存在するときには効率的ではない。
【０００４】
従って、多相流体（例えば、少なくとも１つのガス成分と１つの液体成分とを含む）の取り扱いにおいては、直列に接続された種々のポンプを使用することが通常となっている。この点に関して、米国特許第５，９６１，２８２号（その開示事項全体が引用により本明細書に組み込まれる）は、接続部を介して遠心ポンプに接続された軸流ポンプを含むシステムを開示している。
【０００５】
軸流ポンプは、文字通り、ポンプの軸方向に沿って移動する液体にエネルギー又は圧力を加える。例証として、図１は、ステータ部１４がシャフト１６の周りに設けられ、流入する液体を偏向させるように構成されたケーシング１２を有する軸流ポンプ１０を示している。インペラ１８は、シャフト１６と共に回転し、加速された液体を配向するよう構成される。シャフト１６が軸線Ｚに沿って延びるとみなされる場合、インペラ１８から流出する液体は、軸線Ｚに沿って実質的に速度ｖを有する。インペラから出て実質的に軸線Ｚに沿って移動する液体の特性によって、ポンプは軸流ポンプであると判断され、すなわち、出力液体はポンプの軸線に沿って流れる。
【０００６】
スペクトルの他端においては、遠心ポンプは、図２に示すように、インペラから出る液体をポンプの軸線から実質的に半径方向に流れるようにする。図２は、液体が軸線Ｘに沿って且つＺ上に位置するポンプの軸線から半径方向に速度ｖで出力される遠心ポンプ２０を示している。液体は、入口２２において矢印Ａに沿って流入するよう図示されている。
【０００７】
米国特許第５，９６１，２８２号を参照すると、この引例は、軸流ポンプ３２及び遠心ポンプ３４を有するシステム３０（米国特許第５，９６１，２８２号の図２Ｂに対応する図３を参照）を用いて開示されている。流体が入口３６に入り、ステータ部３８の後に設けられたインペラによって作用される。軸流ポンプ３２を通過した後では、流体はシャフトに実質的に平行な速度を有するので、ケーシング４４に固定されるアジャスタ４２を用いて、シャフト４０に対して実質的に垂直な速度で流入流体を遠心ポンプ３４の通路４６（入力）に入るように偏位させる。遠心ポンプ３４のブレード４８は更に、液体にエネルギー又は圧力を加え、ポンプの軸線上に垂直な方向Ｘに沿った流れ方向も変化させる。
【０００８】
上記の引例及び他の引例の方法を用いると、石油廃液は、例えば、半径方向タイプの後方段（遠心段）のセットと相補的な同軸螺旋型の前方段のセットを含むポンプシステムを用いることによって坑井の底から表面まで輸送される。この２つの段のセットは、同じ軸線上にスタックすることができる。
【０００９】
遠心段は、ガス相が存在しない場合に限り単一相の液体を効率的に圧送することができる。ガス相と液体相の容積率の比を測定するガス容積率（ＧＶＦ）が数パーセントを超えるとすぐに、従来の遠心段性能が悪化し、ポンプの安全な作動ができなくなる。この問題を避けるために、ＧＶＦは、例えば、前方段における同軸螺旋の軸方向段と最終段における半径方向段のセットを用いることによって低減される。同軸螺旋段の前方セットは、高ＧＶＦに耐性があるので、低ＧＶＦで作動する半径方向段の最終セットに到達する前に中間の圧力増大を通じてＧＶＦを漸次的に低下させることができる。同軸螺旋段の第１のセットは、大きなＧＶＦを扱うことができるが、段当たりの圧力増大の低下が犠牲となる。この解決策は、所望の吐出圧力に達するために全体の段数の増大を必要とし、結果として重量、シャフト長、及びコストの増加を招く。
【００１０】
従って、上述のシステムよりも優れたシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，９６１，２８２号公報
【発明の概要】
【００１２】
１つの例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を接続するシャフトと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１３】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、軸方向段部分に流体接続され且つ出口において多相流体を出力するよう構成された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、軸方向段部分及び混成流段部分を接続するシャフトと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１４】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械がある。ターボ機械は、入口及び出口を有するケーシングと、入口に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、混成流段部分及び遠心段部分を接続するシャフトと、を含む。混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００１５】
更に別の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法がある。本方法は、軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続するステップと、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供するステップと、軸方向段部分の軸方向インペラ、混成流段部分の混成流インペラ、及び遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続するステップと、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の軸方向ポンプの概略図。
【図２】従来の遠心ポンプの概略図。
【図３】軸方向ポンプ及びその後に続く遠心ポンプを含むシステムの概略図。
【図４】インペラからのガス流とインペラの回転軸線との間の角度の概略図。
【図５】種々のタイプの段を含むターボ機械における段数に対するガス容積率の変化を示すグラフ。
【図６】例示的な実施形態による、ターボ機械を流れる流体のＧＶＦの関数として種々の段により達成される圧力上昇を示すグラフ。
【図７】種々のタイプの段を有するターボ機械の概略図。
【図８】種々のタイプの段を有するターボ機械の別の概略図。
【図９】例示的な実施形態による、多相流体にエネルギーを与える方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。
【００１８】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する異なる図面における同じ参照符号は同じ又は同様の要素とみなす。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。以下の実施形態は、簡略化のために軸流ポンプ及び遠心ポンプの用語を用いて且つその構造に関して説明している。しかしながら、以下で検討する実施形態は、これらのポンプに限定されず、例えば、圧縮機又は他のターボ機械などの他のシステムに適用することができる。
【００１９】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態によれば、ターボ機械は、高容積パーセンテージのガスを用いて流体の圧縮を開始し、最小の段数で吐出圧力に到達させるのに好適な異なるタイプのインペラのセットを含む。ターボ機械の構造は、軸方向段、混成流段、及び半径方向段のうちの少なくとも２つを含む。この構造は、液状流体のマトリクスにおいて可変のガス含有量の下で広範な作動性を可能にする。
【００２１】
新規のターボ機械は、液体中に溶解しないガスの存在下で液体圧力を増大させることができる。作動条件はガスで飽和した液体を含む。ターボ機械は、例えば、油井から圧送する必要性に対処し、ここではプロセス流体は、１つ又はそれ以上の液相及び場合によっては固体粒子中に埋め込まれた１つ又はそれ以上のガス相を含む。
【００２２】
この開示事項において、「段」とは、何らかのタイプ（例えば、軸方向、半径方向、又は混成流）のインペラ（可動部）と、何らかのタイプ（ベーン付き又はスクロール型、軸方向又は半径方向又は混成流）のディフューザ（固定部）とを有するシステム（機械）又は機械の一部として定義される。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、所与の吐出圧力を得るための段数の低減は、同軸螺旋段と半径方向段との間での漸次的な移行を導入することによって達成される。漸次的な移行は、例えば、インペラなどの可動部品を含むことができる。同軸螺旋段は軸方向ポンプ段とすることができ、半径方向段は遠心ポンプ段とすることができる。軸方向タイプ対遠心タイプを定める角度ラムダ（λ）は、平均インペラ出口流５０と、軸線５２を含む平面内の回転軸線５８に平行な軸線５２との間の角度として図４に示される。図４は、回転軸線５８を有するインペラ５６のブレード５４を示している。ブレード５４は、前縁６０と後縁６２とを有する。ブレード５４によって移動される流体は、方向６４に沿って移動するときに最初に前縁６０に接触し、流れ５０と平行な方向６６に沿ってブレードの後縁６２から流出する。１つの応用において、流れ５０の方向は後縁６２に垂直である。
【００２４】
軸方向段は、０°から５°の範囲のλ値を有し、遠心段は８０°から９０°の範囲のλ値を有する。混成流段（ポンプ又は圧縮機）は、５°から８０°の範囲のλ値を有する。
【００２５】
多段機械（軸方向段及び遠心段の両方を含む）における軸方向段は、流体のＧＶＦを低減し、従って、遠心段がより効率的に流体を圧縮することができるが、このような機械の段数は最適最小よりも多い。図５は、このような機械におけるＧＶＦ及びλと相関付けられた段数を示している。この機械（必要数よりも多くの段を有する）は、ｎｈｓの軸方向段の後にｎｃｓの遠心段を有し、軸方向段が５°よりも小さいλを有し、遠心段が８０°よりも大きく９０°よりも小さいλを有する。段の数は、ポンプ（段）のサイズ及び流体の組成に依存する。
【００２６】
図５は、ＧＶＦパーセンテージ（第１のＹ軸）を各段（Ｘ軸上に示される）と相関付けた曲線７０と、値λ（第２のＹ軸）を軸方向及び半径方向段のみを有する機械における各段と相関付けた曲線７２とを示している。曲線７２は、第１のｎｈｓ段（軸方向ポンプ）のλがゼロの値を示し、次のｎｃｓ段（遠心段）のλが９０°の値を示している点に留意されたい。
【００２７】
しかしながら、新規のターボ機械がｎｈａ軸方向段、ｎｍａ混成流段、及びｎｃａ遠心段を有する場合には、この状況は変化する。図５は、この機械が従来の機械のように（ｎｈｓ＋ｎｃｓ）段ではなく、より少ない数の段（ｎｈｓ＋ｎｍａ＋ｎｃａ）を用いて同じＧＶＦ７３を達成することを示している。このことは、ｎｍａ混成流段がＧＶＦ値を曲線７０から曲線７４に更に低下させ、従って、λが低い値（例えば、０°）から高い値（例えば、９０°）まで、すなわち軸方向相から遠心相まで低勾配（曲線７６を参照）で遷移することができることに起因して起こっている。低勾配の遷移は、例えば、０°と９０°との間の少なくとも１つの中間値を有するものとして定義することができ、例えば、λ角関数は、図５において点７８ａ及び７８ｂにより示されるように、ゼロから９０の間の２つの値を有する。混成流段に起因したこの遷移により、混成流段が図５にも示される所与のＧＶＦ閾値ＧＶＦthを下回り同軸螺旋段よりも効果的であるように、ＧＶＦが迅速に低下することができるようになる。閾値ＧＶＦthの実施例が図６に示される。この図は、遠心段、混成流段、及び同軸螺旋段におけるＧＶＦに対する１段にわたる相対圧力上昇を示している。混成流段は、ＧＶＦth７９ａに相当する２０から４０％付近での同軸螺旋段よりも高効率である点に留意されたい。換言すると、新規のターボ機械は、ＧＶＦがこの範囲にあるときには、従来の同軸螺旋段よりも効率的であるように、１つ又はそれ以上の混成流段を用いるよう設計されている。混成流段から遠心段への移行は、ＧＶＦが１０から２０％の範囲にあるとき、例えば、遠心段が混成流段よりも効率的である点７９ｂにおいて行うことができる。図６に示す数及び閾値は例証であり、機械のサイズ、段数、流体組成、その他によって決まる。従って、あるターボ機械において、図６に示す値は正確な値であるが、他のターボ機械では、これらの値は調整されなければならない。
【００２８】
混成流段ｎｍａは、５°よりも大きく且つ８０°よりも小さい値を有する角度λによって特徴付けられる。このようなターボ機械８０が図７に概略的に示されている。この例示的な実施形態によれば、ターボ機械８０は、ケーシング８２及びシャフト８４を有する。シャフト８４は、単一シャフト、或いは互いに接続された複数のシャフトとすることができる。種々のインペラ８６ａ〜８６ｆがシャフト８４に接続され、シャフトと共に回転するよう構成される。各インペラは、少なくとも１つの対応するブレード８８ａから８８ｆを有し、通過する流体にエネルギー及び／又は圧力を加える。流体は、入口９０にてターボ機械８０に流入し、出口９２にて機械から流出する。図７に示す機械が６つの段を有しているが、これは、このような機械における段の最小数、最大数、又は最適数であることを示唆するものではない。６つの段は単なる例証に過ぎない。加えて、３つの全てのタイプの段がこのような機械において存在することを示唆すべきではない。軸方向段及び混成流段のみ、混成流段及び遠心段のみ、又は３つの全ての段を備えたターボ機械を有することも想起される。
【００２９】
この例示的な実施形態において、最初の２つの段は、インペラのブレードの後縁のλによって認識できるように軸方向段であり、次の２つの段が混成流段であり、最後の２つの段が遠心段である。この場合も同様に、段の数は例示的なものであり、図７に示す組み合わせが最適構成であることを示唆するものではない。例えば、１つの軸方向段、１つの混成流段、及び１つの遠心段を有することも可能である。
【００３０】
図７の各ブレード８８ａ〜８８ｆは、対応するディフューザ９４ａ〜９４ｆを有する。これらのディフューザは固定であり、すなわち、ターボ機械のケーシング又は別の非可動部分に固定される。ディフューザは、流体の流れを変化させ、各段の効率を最適化するよう構成される。また図７には、同様にケーシングに固定され、軸方向段と混成流段との間の流体流の移行を行うよう構成される流れ調整部分９６又は移行チャンネルが見える。
【００３１】
ターボ機械のシャフト８４は、ドライバー９８に接続することができ、該ドライバーは、電気モータ、エンジン、ガスタービン、その他とすることができる。ある応用において、全ての段は、ターボ機械が一体成形の機器であるように単一のケーシング８２内に置かれる。ターボ機械は、石油廃液抽出のために坑井に入ることができるような円筒形状を有することができる。
【００３２】
この例示的な実施形態において、混成流段３及び４のブレード８８ｃ及び８８ｄは、それぞれ約３０°から４４°、及び５０°から６５°の範囲の値の角度λを有する。１つの応用において、混成流段の角度は、２０°から６０°の間の値を有する。上記で検討したように、ターボ機械の段は、ポンプのみ、圧縮機のみ、又はポンプと圧縮機の組み合わせとして実装することができる。
【００３３】
図８に示す例示的な実施形態によれば、多相流体にエネルギーを与えるターボ機械８０は、入口９０及び出口９２を有するケーシング８２と、少なくとも１つの軸方向段（段１）を含み、入口９０を介して多相流体を受け取り且つ該多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分１００ａと、軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段（段３）を含む混成流段部分（１００ｂ）と、混成流段部分に接続された少なくとも１つの遠心段（段５）を含み、出口９２を通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分１００ｃと、軸方向段部分１００ａ、混成流段部分１００ｂ、及び遠心段部分１００ｃを接続するシャフト８４と、を含む。軸方向段は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００３４】
図９に示す例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法がある。本方法は、軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続するステップ９００と、軸方向段部分、混成流段部分、及び遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供するステップ９０２と、軸方向段部分の軸方向インペラ、混成流段部分の混成流インペラ、及び遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続するステップ９０４と、を含む。軸方向段部分は、軸方向インペラ出口流とシャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、混成流段部分は、混成流インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、遠心段は、遠心インペラ出口流と、シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される。
【００３５】
開示される例示的な実施形態は、少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるシステム及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定することを意図していない点は理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【００３７】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
８０ ターボ機械
８２ ケーシング
８４ シャフト
８８ａ〜８８ｆ ブレード
９０ 入口
９２ 出口
９４ａ〜９４ｆ ディフューザ
１００ａ 軸方向段部分
１００ｂ 混成流段部分
１００ｃ 遠心段部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ前記多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、
前記軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、前記出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、
前記軸方向段部分、前記混成流段部分、及び前記遠心段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項２】
前記軸方向段部分が少なくとも２つの軸方向段を含み、前記混成流段部分が少なくとも２つの混成流段を含み、前記遠心段部分が少なくとも２つの遠心段を含む、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記各段が、シャフトと共に回転するよう構成されたインペラと、ケーシングに固定され且つ対応する流れの方向を変えるよう構成されたディフューザとを有するロータを含む、請求項２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記入口が軸方向にあり、前記出口が半径方向にある、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記軸方向段部分と前記混成流段部分との間に調整部を更に備える、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記多相流体のガス相が、前記混成流段部分に流入する前に所定値を下回る液体相に対する容積比を有する、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記混成流段の角度が２０°と６０°の間の値を有する、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項８】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ前記多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、
前記軸方向段部分に流体接続され且つ前記出口において前記多相流体を出力するよう構成された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記軸方向段部分及び前記混成流段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項９】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
前記入口に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、前記出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、
前記混成流段部分及び前記遠心段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項１０】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法であって、
軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続する段階と、
前記軸方向段部分、前記混成流段部分、及び前記遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供する段階と、
前記軸方向段部分の軸方向インペラ、前記混成流段部分の混成流インペラ、及び前記遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続する段階と、
を含み、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、方法。
【請求項１】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ前記多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、
前記軸方向段部分に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、前記出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、
前記軸方向段部分、前記混成流段部分、及び前記遠心段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項２】
前記軸方向段部分が少なくとも２つの軸方向段を含み、前記混成流段部分が少なくとも２つの混成流段を含み、前記遠心段部分が少なくとも２つの遠心段を含む、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記各段が、シャフトと共に回転するよう構成されたインペラと、ケーシングに固定され且つ対応する流れの方向を変えるよう構成されたディフューザとを有するロータを含む、請求項２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記入口が軸方向にあり、前記出口が半径方向にある、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記軸方向段部分と前記混成流段部分との間に調整部を更に備える、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記多相流体のガス相が、前記混成流段部分に流入する前に所定値を下回る液体相に対する容積比を有する、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記混成流段の角度が２０°と６０°の間の値を有する、請求項１に記載のターボ機械。
【請求項８】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
少なくとも１つの軸方向段を含み、入口を介して多相流体を受け取り且つ前記多相流体のガス相を加圧するよう構成された軸方向段部分と、
前記軸方向段部分に流体接続され且つ前記出口において前記多相流体を出力するよう構成された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記軸方向段部分及び前記混成流段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項９】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与えるターボ機械であって、
入口及び出口を有するケーシングと、
前記入口に流体接続された少なくとも１つの混成流段を含む混成流段部分と、
前記混成流段部分に流体接続された少なくとも１つの遠心段を含み、前記出口通って多相流体を出力するよう構成された遠心段部分と、
前記混成流段部分及び前記遠心段部分を接続するシャフトと、
を備え、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、ターボ機械。
【請求項１０】
少なくとも１つの液体相と１つのガス相とを含む多相流体にエネルギーを与える方法であって、
軸方向段部分を混成流段部分及び遠心段部分にこの順序で流体接続する段階と、
前記軸方向段部分、前記混成流段部分、及び前記遠心段部分を入口及び出口を有するケーシングに提供する段階と、
前記軸方向段部分の軸方向インペラ、前記混成流段部分の混成流インペラ、及び前記遠心段部分の遠心インペラをシャフトに接続する段階と、
を含み、前記軸方向段は、軸方向インペラ出口流と前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で０°から５°の間の値を有する角度によって定義され、前記混成流段は、混成流インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で５°から８０°の間の値を有する角度によって定義され、前記遠心段は、遠心インペラ出口流と、前記シャフトの回転軸線に平行な軸線との間で８０°と９０°の間の値を有する角度によって定義される、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５２５４１（Ｐ２０１２−５２５４１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１８５５１４（Ｐ２０１１−１８５５１４）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５５１４（Ｐ２０１１−１８５５１４）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【Ｆターム（参考）】
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