FR2743113A1 - Dispositif de pompage ou de compression d'un fluide polyphasique a aubage en tandem - Google Patents

Abstract

Dispositif de compression ou de pompage 'un fluide polyphasique comportant au moins un groupe d'aubes (Gj) comprenant par exemple une première aube (A1 j) et une seconde aube (A2 j) de type tandem, dont les caractéristiques géométriques sont déterminées pour optimiser la compression ou le pompage d'un fluide polyphasique comprenant au mois une phase liquide et au moins une phase gazeuse.

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.

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 o se trouve le fluide polyphasique avant pompage, la

valeur du rapport volumétrique du gaz au liquide est plus grande.

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.

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.

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.

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.

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.

Les performances du pompage de fluide polyphasique comprenant

des aubages dits "simples", peuvent être améliorées.

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.

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.

I 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.

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, À 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.

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.

Par exemple, lorsque la pale ou le groupe d'aubes Gj comporte deux aubes AIj 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.

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.

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.

Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de compression 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 extrado

et une seconde face désignée intrado.

Il est caractérisé en ce que la pale est pourvue sur au moins une partie de sa longueur d'une ou plusieurs ouvertures permettant de faire communiquer la face extrado et la face intrado au moins, afin de favoriser la rencontre d'au moins une partie de la phase gazeuse s'écoulant à proximité de la face extrado et d'au moins une partie de la phase liquide circulant à

proximité et du côté de la face intrado.

La présente invention concerne aussi un dispositif de compression comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, le dispositif comportant au moins un carter creux ayant un orifice d'admission et un orifice d'évacuation du dit fluide, au moins un rotor pouvant tourner à l'intérieur de ce carter, selon un axe de rotation Ox, ledit rotor étant constitué d'un moyeu et d'au moins une pale Gj solidaire de ce moyeu Il est caractérisé en ce que la pale Gj comporte au moins une première aube Alj et une seconde aube A2j disposées par exemple l'une à la suite de l'autre, chacune des aubes ayant un bord d'attaque aij et un bord de fuite fij, l'angle a que fait la tangente au squelette d'au moins une des aubes avec la direction périphérique ou tangentielle du dispositif compté à partir du bord

d'attaque étant positif ou nul.

De préférence, la valeur de cet angle est comprise entre 0 et 45 .

Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins deux pales ou encore deux groupes d'aubes G1 et G2, chacun des groupes comportant par exemple une première aube Alj et une seconde aube A2j, j correspondant à l'indice du groupe d'aube (1 ou 2), les. caractéristiques géométriques de la première et/ou de la seconde aube de chacun des groupes d'aubage et le positionnement des différents groupes d'aubes G1, G2, l'un par rapport à l'autre sont déterminés en fonction d'au moins un des paramètres choisi parmi les quatre paramètres suivants: * paramètre 1: le décalage tangentiel h rapporté au pas t, exprimé sous la forme du rapport h/t, o t est le pas correspondant à la distance entre les deux bords de fuite f21 et f22 des secondes aubes A21 et A22 de chacun des groupes d'aubage G1 et G2, dont la valeur est de préférence choisie dans l'intervalle [0,60; 0,80], * paramètre 2: le rapport du recouvrement axial "rj" des deux aubes en considérant un groupe d'aubes, à la corde totale CTj, dont la valeur appartient de préférence à 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 considéré pour un groupe d'aubes, est de préférence compris dans l'intervalle [0,5; 1,5], * paramètre 4: le rapport de cambrure Dj défini par la valeur de la cambrure cFj de la première aube à la valeur de la cambrure DRj de la seconde aube d'un même groupe d'aubes, dont la valeur est, par

exemple, comprise dans l'intervalle [0,1; 1].

Le dispositif selon l'invention comportant au moins deux pales ou groupes d'aubes G1, G2 comprenant chacune une première aube respectivement (All, A12) et une seconde aube respectivement (A21, A22), les caractéristiques géométriques de chaque aube appartenant à un groupe d'aubes et le positionnement des groupes d'aubes les uns par rapport aux autres sont déterminés par exemple en fonction au moins de trois des quatre paramètres définis ci-dessus et notamment le paramètre 1, le paramètre 2 et le paramètre 3 choisis dans les intervalles de valeurs précitées. Avantageusement, les caractéristiques géométriques du dispositif de compression sont précisées à l'aide du paramètre 4, le rapport de cambrure D j, dont la valeur est choisie en combinaison aux trois paramètres précédemment cités Selon un mode de réalisation du dispositif, le rapport de l'épaisseur maximale el de la première aube et de l'épaisseur maximale e2 de la seconde aube pour un même groupe d'aubes, el/e2, est, par exemple,

compris entre 0,5 et 1.

A l'intérieur d'un groupe d'aubes, l'épaisseur maximale el de la première aube Alj est, par exemple, comprise entre 2 et 10 mm et

l'épaisseur maximale e2 de la seconde aube est comprise entre 2 et 20 mm.

La présente invention s'applique particulièrement bien, par exemple, à la détermination des caractéristiques des aubes et des pales pour une

pompe polyphasique.

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.

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 À 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.

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 o: * 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, et * la figure 5 est un exemple de réalisation simpliste d'aubages selon l'invention pourvus de lumières permettant d'optimiser le mélange des 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.

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. Les figures 1 et!A 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.

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.

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'està-

dire sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la pompe.

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.

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.

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 F. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

De même, chaque aube d'une pale tandem peut être choisie selon

l'un des profils décrits dans ces brevets.

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. 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.

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.

Dans l'exemple décrit à la figure 3, chaque groupe d'aubes Gj comporte, par exemple deux aubes Alj 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.

Les groupes d'aubes sont désignés sur la figure 3, respectivement par G1 et G2. Chacun des groupes comprend une première aube Alj ou aube

principale et une seconde aube A2j ou aube auxiliaire.

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.

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 E correspond au sens de l'écoulement du fluide

polyphasique entrant dans le dispositif de compression.

De manière générale, une aube Aij comporte un bord d'attaque référencé sur la figure "aij" et un bord de fuite " fij", o i est le numéro

d'une aube Aij à l'intérieur du groupe d'aubes indicé j.

Ainsi à un groupe d'aubes Gj, on associe une première aube indicée Alj et une seconde aube indicée A2j, par exemple, All correspond à la première aube du premier groupe d'aubage G1 et A21 correspond à la

seconde aube de ce même groupe d'aubes.

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 Alj et CRj pour la seconde

aube A2j.

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 il 2743113 séparant le bord d'attaque all de la première aube, et le bord de fuite f21de la

seconde aube pour un même groupe d'aubes Gj.

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.

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 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 Alj du groupe d'aubes G jet 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.

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.

De préférence, on choisit 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 [0,60; 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] On définit ainsi une géométrie pour les aubes et une disposition d'au moins deux groupes d'aubes, permettant d'obtenir un fonctionnement optimal du dispositif de compression d'un fluide polyphasique, délimitant ainsi un domaine de dispositif de pompage ou de compression adapté à communiquer à un fluide polyphasique, tel un effluent pétrolier, une valeur de compression suffisante pour le transférer d'un endroit de production, par exemple une source, vers un lieu de destination par exemple une plate-forme de traitement, sans faire appel à la séparation des phases. 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 (j déterminé pour un groupe d'aubes et défini comme le rapport de la valeur de la cambrure (DFj de la première aube Alj à la valeur de la cambrure OIRj de la seconde aube A2j pour un groupe d'aube donné. La valeur de ce paramètre est de préférence choisi dans l'intervalle

[0,10; 1].

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].

Les domaines de dispositifs de compression précédemment définis ont été donnés pour caractériser les impulseurs d'un dispositif de compression. Ils peuvent sans sortir du cadre de l'invention, être appliqués pour définir les caractéristiques des impulseurs disposés en aval d'un étage

de compression dans la plupart des dispositifs de compression.

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 vitessed'écoulement du fluide. Ce redresseur peut être de tout type connu et

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notamment peut avoir des caractéristiques adaptées à celles de l'étage impulseur. 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.

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 GO et G3 disposés de part et d'autre des

deux groupes précédemment définis.

De cette façon, on délimite plusieurs canaux d'écoulement du fluide indicés Eo, El, E2 situés respectivement entre les groupes d'aubes GO et G1,

Gi et G2, G2 et G3.

A chacune des aubes, on associe une référence Iij désignant le côté

intrados de l'aube et Eij le côté extrados de l'aube.

Pour chaque groupe d'aubes, on définit un passage d'écoulement compris entre l'intrados Iîj de la première aube et extrados E2j de la seconde

aube, par exemple.

Ainsi, sur la figure 4, le passage pi correspond au passage d'écoulement situé entre les deux aubes All, 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.

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.

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 (EO, El, E2).

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.

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 E par exemple.

A l'intérieur de ce canal, le fluide se décompose en une fraction liquide Il qui migre vers le côté intrados Ill de l'aube All et une fraction gazeuse gi qui est attirée vers le côté extrados E21 de la première aube A12

du second groupe d'aubes.

La fraction liquide l1 attirée par le côté intrados I1l s'écoule à travers le passage d'écoulement pl et débouchant aussi dans le canal d'écoulement Eo, continue de circuler jusqu'à se mélanger avec au moins une partie de la fraction gazeuse go provenant de la séparation des phases liquide et gazeuse

dans le canal d'écoulement E0.

Les phases gazeuse go et liquide l1 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.

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. 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.

La dimension du passage d'écoulement est par exemple choisie à

partir de l'ensemble de paramètres précédemment définis.

La figure 5 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.

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.

Sur la figure 5, on a représenté une forme pouvant être prise par une

poche de gaz ou une poche de liquide.

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.

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.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - 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, caractérisé en ce que ladite pale (50) est pourvue sur au moins une partie de sa longueur d'une ou plusieurs ouvertures (51) 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.

2 - Dispositif de compression ou de pompage d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, le dispositif comportant au moins un carter creux (1) ayant au moins un orifice d'admission (2) et au moins un orifice d'évacuation (3) dudit fluide, au moins un rotor pouvant tourner à l'intérieur de ce carter, selon un axe de rotation Ox, ledit rotor étant constitué d'un moyeu (28) et d'au moins une pale Gj solidaire de ce moyeu, caractérisé en ce que ladite pale Gj comporte une première aube Alj et une seconde aube A2j, chacune des aubes ayant un bord d'attaque aij et un bord de fuite fij, l'angle a que fait la tangente au squelette d'au moins une desdites première et/ou seconde aube par rapport à la direction périphérique ou tangentielle du dispositif compté

à partir du bord d'attaque est positif ou nul.

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux pales ou groupe d'aubes G1, G2 comportant chacune une première aube Aij et une seconde aube A2j, et 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, o 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 Dj défini par la valeur de la cambrure DFj de la première aube à la valeur de la cambrure DRj de la

seconde aube d'un même groupe d'aubage, compris entre [0,10; 1].

4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il

comporte au moins deux groupes d'aubes G1, G2 comportant chacune une première aube (All, A12) et une seconde aube (A21, A22), et caractérisé en ce que 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 déterminés en fonction de trois des paramètres donnés dans la revendication 3, le paramètre 1, le paramètre 2 et le paramètre 3, chacun de ces paramètres appartenant aux intervalles

donnés dans la revendication 3.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les caractéristiques géométriques du dispositif de compression sont précisées à l'aide du quatrième paramètre, la valeur du rapport de cambrure éj étant choisie en combinaison aux trois valeurs des paramètres de la revendication 4.

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le

rapport des épaisseurs maximum du premier et du second aubage el/e2 est

compris entre 0,5 et 1.

7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce

que l'épaisseur el 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.

8 - Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes

dans une pompe polyphasique.

9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans une pompe

polyphasique destinée au pompage d'effluent polyphasique pétrolier.