FR2787837A1 - Impulseur diphasique avec canal incurve dans le plan meridien - Google Patents
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Abstract
Impulseur amélioré adapté à communiquer ou à recevoir de l'énergie à ou à partir d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit impulseur comportant une section d'entrée et une section de sortie, au moins un canal d'écoulement délimité par au moins un moyeu et deux aubes successives.L'impulseur comporte une longueur axiale Lt et un rayon de courbure moyen Rh(z), pris dans le plan méridien, ledit rayon de courbure Rh (z) étant déterminé au moins sur une partie de la longueur Lt pour limiter la séparation des phases dudit fluide polyphasique à l'intérieur du canal d'écoulement.
Description
L'invention concerne une amélioration apportée aux impulseurs diphasiques
hélico
radio axiaux équipant des dispositifs de compression ou de détente.
Elle vise notamment les impulseurs hélico axiaux de compression tels que ceux décrits dans les brevets du demandeur FR 2.333.139, FR 2.471.501 et FR 2.665.224 dans lesquels, le fluide se présente sous la forme d'un écoulement dans une enveloppe
essentiellement cylindrique.
Elle peut aussi s'appliquer pour des impulseurs de détente o le transfert d'énergie
s'effectue du fluide vers le rotor.
On utilisera par la suite indifféremment le terme de compression polyphasique (ou
diphasique) ou le terme de pompage polyphasique (ou diphasique).
Dans la suite de la description on désigne par
: " plan méridien d'un impulseur ", tout plan qui passe par l'axe de rotation, À C plan radial d'un impulseur,", tout plan perpendiculaire à l'axe de rotation, * - canal de l'impulseur", délimité par au moins deux aubes successives une paroi
intérieure et une enveloppe extérieure.
Dans ce qui suit, on désignera par l'expression " fluide polyphasique " * soit un fluide monophasique gazeux ou exclusivement liquide dans lequel un gaz est totalement dissous, soit un fluide multiphasique comportant notamment une phase liquide et une phase gazeuse éventuellement des particules solides telles que du sable ou des particules visqueuses tel des agglomérats d'hydrates. La phase liquide peut être constituée de plusieurs liquides de natures différentes, de même, la phase gazeuse peut être constituée de
plusieurs gaz de natures différentes.
L'art antérieur décrit notamment des impulseurs de type hélico axial comportant une enveloppe extérieure ouverte et cylindrique et une enveloppe intérieure circulaire dans le
plan méridien et fermée par un moyeu.
L'invention concerne un impulseur amélioré adapté à communiquer ou à recevoir de l'énergie à un fluide polyphasique ou à partir d'un fluide polyphasique, comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit impulseur comportant une section d'entrée et une section de sortie, au moins un canal d'écoulement délimité par au moins un moyeu et deux aubes successives. Il est caractérisé en ce qu'il comporte une longueur axiale Lt et un rayon de courbure moyen Rh(z) (pris dans le plan méridien), ledit rayon de courbure Rh(z) étant déterminé au moins sur une partie de la longueur Lt pour limiter la séparation des
phases dudit fluide polyphasique à l'intérieur du canal d'écoulement.
Le rayon moyen de courbure Rh est par exemple déterminé à partir d'un rayon de courbure initial connu en mettant en ceuvre au moins les étapes suivantes: * on choisit une valeur Z0 sur la position axiale, on connaît la valeur de Anc(z) correspondante, À On choisit une valeur de départ At_max = At_max_1 valable pour toutes les valeurs de z, * On calcule Ac(z): on compare la valeur connue de Anc(z) à la valeur de Atmax, a) Anc(z) ≤ Atmax, alors Ac(z) peut prendre toute valeur comprise entre 0 et (W sin P)2 cosy Atmax -Anc(z) avec Rh(z) =- Ac(z), et on choisit une de ces Ac(z) valeurs, b) Anc(z) > At_max, alors Ac(z) = At_max - Anc(z) avec (W sin,6)z cosy Rh(z) = - (Wsin,3) cosy Ac(z) c) on détermine la courbure et la pente de l'entrée de l'impulseur à la sortie de l'impulseur en partant du point T(Zo), on obtient Tl en entrée correspondant à un angle y1 et T2 en sortie de l'impulseur correspondant à un angle y2, * on vérifie que l'angle y correspondant à la pente T(z) est compris entre -90 et +90 degrés, si en un point quelconque, I'angle devient inférieur à -90 degrés ou supérieur à 90 degrés, alors on diminue la valeur At_max_1, et on réitbre le calcul de Ac(z) jusqu'à
obtenir une valeur d'angle appartenant à un intervalle [yl; y2] donné.
On peut choisir pour valeur initiale de Z0 la valeur correspondant à la valeur Anc(Zo) minimum.
On choisit par exemple les valeurs des angles y1 ou y2 égales ou différentes.
Selon une variante de réalisation, I'impulseur est pourvu d'un élément supplémentaire disposé sur l'enveloppe extérieure des aubes de façon à limiter les fuites entre l'entrée et la sortie de l'impulseur, ledit élément étant disposé par exemple au moins à l'extrémité haute pression de l'impulseur. L'invention concerne aussi une méthode de fabrication d'un impulseur tel que décrit précédemment. La méthode est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes: le rayon de courbure initial dudit impulseur étant connu, * on choisit une valeur Z0 sur la position axiale, on connaît la valeur de Anc(z) correspondante, on choisit une valeur de départ Atmax = At_max_1 valable pour toutes les valeurs de z, * on calcule Ac(z): on compare la valeur connue de Anc(z) à la valeur de At_max, a) Anc(z) ≤ At_max, alors Ac(z) peut prendre toute valeur comprise entre 0 et (Wsin /3)2 cos y At_max -Anc(z) avec Rh(z) = Ac(z), et on choisit une de ces valeurs, (W sin/p)2 COSY b) Anc(z) > At_max, alors Ac(z) = Atmax -Anc(z) avec Rh(z) =- (Wsinc Ac(z) c) on détermine la courbure et la pente de l'entrée de l'impulseur à la sortie de I'impulseur en partant du point T(Zo), on obtient Tl en entrée correspondant à un angle yl et T2 en sortie de l'impulseur correspondant à un angle y2, * on vérifie que l'angle y correspondant à la pente T(z) est compris entre et +90 degrés, si en un point quelconque, I'angle devient inférieur à -90 degrés ou supérieur à 90 degrés, alors on diminue la valeur At_max_1, et on réitère le calcul de Ac(z) jusqu'à
obtenir une valeur d'angle appartenant à un intervalle [yl; y2] donné.
L'invention concerne aussi un dispositif adapté à communiquer de l'énergie à un fluide ou à recevoir de l'énergie à partir d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit dispositif comportant au moins un carter,
au moins un impulseur tel que décrit précédemment.
Selon une variante de réalisation le dispositif comporte un ou plusieurs impulseurs pourvus d'un élément supplémentaire disposé sur l'enveloppe extérieure des aubes de façon à limiter les fuites entre la sortie et l'entrée de l'impulseur. L'impulseur ou le dispositif selon l'invention s'appliquent particulièrement bien au
pompage des effluents pétroliers.
L'invention sera mieux comprise au vu des figures suivantes illustrant de manière simplifiée et non limitative plusieurs modes de réalisation du dispositif, parmi lesquelles * la figure 1 schématise un dispositif selon l'art antérieur, * les figures 2 et 3 montrent les vitesses et les composantes principales de l'accélération radiale * la figure 4 montre les angles de la vitesse d'écoulement, et * la figure 5 montre un exemple de dispositif de pompage comportant au moins un
impulseur selon l'invention.
La figure 1 représente un impulseur hélico axial 1 avec un canal 2 convergent, une enveloppe du canal extérieure rectiligne et une enveloppe intérieure (rayon de courbure sensiblement constant dans le plan méridien). L'impulseur est équipé de plusieurs aubes Ai ou pales solidaires d'un moyeu 3, le canal d'écoulement du fluide polyphasique étant délimité par le moyeu, deux aubes successives Ai, Ai+l et le carter 4. Le moyeu est solidaire d'un
arbre de rotation 5.
La forme du moyeu et celle de l'enveloppe extérieure peuvent être sensiblement
identiques à celles données dans le brevet FR 2.665.224.
Les figures 2 et 3 rappellent les vitesses de l'écoulement polyphasique ainsi que les composantes principales de l'accélération radiale, paramètre important dans le processus de séparation des phases lors du fonctionnement d'un impulseur en régime d'écoulement diphasique. La figure 2 représente le squelette d'une aube Ai d'un impulseur hélico axial vu dans une direction radiale (selon un rayon de l'impulseur), ainsi que le triangle des vitesses à l'entrée de l'impulseur. Les vitesses U, Vet W représentent respectivement la vitesse
périphérique d'entraînement, la vitesse absolue de l'écoulement dans un repère fixe (X -
radial, Y-tangentiel, Z-axial) et la vitesse relative de l'écoulement dans un repère mobile,
celui de l'impulseur par exemple, avec la relation vectorielle: V = U + W/.
La référence Ai sur la figure représente une aube d'un impulseur, E l'entrée de I'impulseur et S la sortie de cet impulseur. La figure 3 représente les composantes principales de l'accélération radiale jouant un rôle actif dans le processus de séparation des phases lors du fonctionnement d'un
impulseur en régime diphasique.
Les différentes accélérations sont par exemple référencées de la manière suivante:
A1 est l'accélération centrifuge d'entraînement dans le repère fixe (Xradial,Y-
tangentiel, Z-axial) dirigée vers les X positifs (extérieur de l'impulseur), A2 est l'accélération centrifuge de l'écoulement dans le repère mobile, également dirigée vers les X positifs, A3 est l'accélération de Coriolis, A4 est l'accélération centrifuge résultant de la courbure du canal de l'écoulement dans le plan méridien. C'est cette dernière composante qui va permettre notamment de
définir la caractéristique spécifique de l'impulseur selon l'invention.
Les autres composantes de l'accélération radiale ne sont pas montrées sur le schéma pour des raisons de simplification. Elles comprennent la composante radiale A5 de l'accélération centrifuge créée lors du déplacement de l'écoulement le long de l'aube de l'impulseur, et la composante radiale A6 de l'accélération générée par le changement d'aire
lors du déplacement de l'écoulement dans le canal.
De manière générale on peut considérer au moins trois accélérations radiales Anc = correspond à un canal non courbe dans le plan méridien, (A1+A2+A3+A5+A6) ces valeurs étant détaillées ci-dessus, Ac = est l'accélération centrifuge résultant de la courbure du canal de l'écoulement dans le plan méridien ou A4, et
AT = Anc + Ac.
Sous l'expression <, courbure de canal o, et dans le cadre de cette invention, on distingue au moins 3 enveloppes caractéristiques dans le plan méridien, à une position axiale donnée; Cint = enveloppe intérieure du canal qui est fermée par le moyeu, Cmoy = enveloppe moyenne du canal qui correspond à la trajectoire moyenne suivie par l'écoulement du fluide, Cext = enveloppe extérieure du canal; cette enveloppe peut être matérialisée ou
non par la paroi interne d'un couvercle extérieur.
Sur la figure 4, I'indice y désigne une composante tangentielle, les angles /3 et y représentent respectivement la position du vecteur vitesse relative par rapport à l'axe des Y et la position de la projection du vecteur vitesse dans le plan XOZ par rapport à l'axe des Z.
Sur cette figure la référence Rh représente le rayon de courbure moyen.
L'accélération de Coriolis, A3, est dirigée vers les X négatifs (cas du schéma) lorsque le produit de par la composante tangentielle de W est négatif. Elle est dirigée
vers les X positifs dans le cas contraire.
L'accélération centrifuge, A4, s'exerçant sur le fluide polyphasique est dirigée vers les X négatifs dans le cas de courbure présentant une dérivée seconde positive et vers les X
positifs dans le cas contraire.
L'accélération centrifuge, A5, s'exerçant sur le fluide polyphasique est dirigée vers les X négatifs ou positifs selon la forme de l'aube. La composante radiale est généralement
faible en comparaison des autres accélérations.
L'accélération, A6, s'exerçant sur le fluide polyphasique est dirigée vers les X négatifs ou positifs selon l'orientation du canal et la variation d'aire dans la direction de déplacement de l'écoulement. La composante radiale est généralement faible en
comparaison des autres accélérations.
Lorsque les composantes radiales A5 et A6 ne peuvent être négligées, elles seront
prises en compte dans le calcul de Anc.
Les caractéristiques spécifiques de l'impulseur objet de la présente invention sont définies en utilisant l'idée suivante: pour obtenir de bonnes performances lorsque l'on souhaite communiquer de l'énergie a un fluide polyphasique, I'accélération résultante
s'exerçant sur les phases présentant des différences de densité doit être faible.
Le rayon de courbure moyen du canal d'écoulement est défini de manière à éviter la séparation des phases liquide et gazeuse par exemple en mettant en oeuvre les étapes de la
méthode décrite ci-après.
Rappel de définitions et de caractéristiques propres à l'art antérieur On associe un point T(z) de la courbure moyenne du canal d'écoulement aux angles
de la vitesse définis précédemment (figure 4).
La figure 5 représente schématiquement et en coupe axiale, un exemple particulier non limitatif d'un ensemble de pompage comportant au moins un impulseur présentant un
rayon de courbure moyen adapté.
Un tel ensemble est par exemple utilisé pour le pompage d'un effluent polyphasique pétrolier. Dans cet exemple, la référence 20 désigne un carter dans lequel sont disposées plusieurs cellules de compression. Le carter 20 comporte au moins un orifice d'admission 21 et au moins un orifice d'évacuation 22 du fluide polyphasique dont on cherche à élever
I'énergie.
Une cellule de compression comporte par exemple un impulseur référencé li, ayant pour fonction d'augmenter l'énergie du fluide et un redresseur Ri, i correspond au rang de la cellule de compression. L'impulseur comporte plusieurs aubes Ai ou pales qui sont solidaires
d'un moyeu 24.
Les impulseurs sont solidaires d'un arbre de rotation 23 sur lequel ils sont maintenus
en place selon des moyens connus de l'homme du métier.
En règle générale, une cellule de compression comporte un couple formé d'un impulseur et d'un redresseur. Toutefois, il est possible sans sortir du cadre de l'invention
d'avoir une cellule de compression formée d'un impulseur li uniquement.
Le redresseur Ri suivant un impulseur li sera choisi par exemple pour vérifier les éléments suivants: 0 I'angle d'entrée du redresseur Ri est sensiblement égal à l'angle de sortie de l'impulseur li dans le plan méridien, et 0 l'angle de sortie du redresseur Ri sensiblement égal à l'angle d'entrée de
I'impulseur li+1 suivant dans le plan méridien.
de façon à éviter toute désadaptation hydraulique entre les éléments tournants et les
éléments fixes.
Rappels Les paramètres U, V, W, 3 et y ainsi que leurs composantes sont fonction du point T(z) considéré sur la courbure du canal. Un impulseur possède une longueur Lt, qui sera par la suite considérée comme la longueur unité, la valeur de z repérant un point P sur le rayon de courbure variant de O à 1. Rappel concernant un canal selon l'art antérieur de la figure 1 Dans un canal selon l'art antérieur, I'accélération radiale A4 varie peu entre l'entrée et la sortie de l'impulseur (rayon de courbure du moyeu sensiblement constant) et est en certaines zones du canal soit trop importante soit trop faible compte tenu des différentes valeurs prises selon la direction axiale par les accélérations radiales autres que A4. La forme de l'enveloppe moyenne du canal (Cmoy) est par conséquent mal adaptée à la limitation de la séparation des phases dans le canal. Par la suite, on décrit comment limiter la séparation des phases en adaptant la forme de l'enveloppe moyenne aux variations selon la direction
axiale des accélérations radiales.
Par simplification, par la suite, on fait abstraction des accélérations A5 et A6.
Toutefois, ces accélérations peuvent être incluses dans Anc(z) sans changer la procédure
de calcul du rayon de courbure Rh(z) au point T(z).
Anc(z) défini précédemment (correspondant à une forme moyenne de l'enveloppe Cmoy rectiligne) vérifie la relation W2 u w-2 i f 2 Anc(z)= +2-W ± - R(U+Wy) (1)
R R Y R R
Lorsque l'accélération de Coriolis est dirigée vers les X négatifs, un équilibrage partiel des accélérations (entre A1 et A2, d'une part et A3, d'autre part) s'établit, comme montré par le membre de gauche de l'équation (1). L'équilibrage total (correspondant à une accélération résultante nulle) entre ces trois accélérations est obtenu lorsque Wy=-U
comme montré par le membre de droite de l'équation (1).
Un transfert d'énergie (détente ou compression) du rotor vers le fluide ne peut s'obtenir que lorsqu'il se produit un changement de quantité de mouvement entre l'entrée et la sortie comme indiqué par l'équation d'Euler: H = U2V2y - UVly, (2) o 1 et 2 désignent les conditions d'entrée et de sortie de l'impulseur. Il résulte des équations (1) et (2) qu'un déséquilibre des accélérations à tendance à s'amplifier lorsque le
transfert d'énergie augmente.
Méthode permettant de déterminer le rayon de courbure moyen du canal d'écoulement du fluide et d'obtenir l'effet recherché par la présente invention, i.e, limiter la séparation des phase liquide et gazeuse: Par rapport à l'art antérieur on tient compte d'un paramètre supplémentaire qui est
l'accélération centrifuge A4.
Dans la direction radiale, en faisant abstraction des accélérations de moindre amplitude, A5 et A6, quatre accélérations sont prises en compte dans le mode de séparation des phases. Ces accélérations ont pour somme:
U2 U W2
- +2-W ± + -A4 = + A4 AT(Z) (3)
R R Y R R W
(WsinI)2 cosy avec Ac(z) = A4 = - Rh(z) l'accélération centrifuge due à la courbure du
canal dans le plan méridien.
Lorsque l'accélération A4 est dirigée vers les X négatifs, le déséquilibre des accélérations correspondant à l'équation (1) est réduit. Il en résulte un moindre effet de séparation des phases et par conséquent une meilleure efficacité au cours d'une conversion énergétique polyphasique. Un équilibrage total (correspondant à une accélération résultante nulle) entre ces diverses accélérations est plus facilement réalisable en présence de l'accélération A4 (équation 3) qu'en l'absence de A4 (équation 1) même lorsque Wy est
différent de -U.
Méthode de calcul On part d'un impulseur ayant un rayon de courbure initial connu, la valeur Anc(z) est connue pour toutes les valeurs de z. On cherche à minimiser la valeur AT. Le nouveau rayon de courbure moyen du canal d'écoulement pris dans un plan méridien est déterminé par exemple de la manière suivante: * Avec Z=0 définissant l'entrée du canal d'écoulement et Z=1 définissant la sortie, on détermine le point Z0 correspondant à la valeur minimum de Anc(z), A Z=Zo0, on choisit par exemple une pente nulle (T(Zo)=0) dans le plan méridien pour l'enveloppe Cmoy. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de prendre une valeur différente de 0 sans changer la procédure de calcul de Rh(Z), * On choisit une valeur de départ Atmax = At_max_1 valable pour toutes les valeurs de z,
* On calcule Ac(z).
on compare la valeur connue de Anc(z) à la valeur de At_max, Deux cas a), b) peuvent se présenter: a) Anc(z) ≤ At_max, alors Ac(z) peut prendre toute valeur comprise entre 0 et (W sin p)2 cos y
At_max -Anc(z) avec Rh(z) - Ac(Z) et on choisit une de ces valeurs.
Ac(z) Dans cette condition Rh(z) est négatif et la concavité de l'enveloppe Cmoy est orientée vers les x négatifs, (Wsin/3)2 cosy b) Anc(z) > Atmax, alors Ac(z) = At_max -Anc(z) avec Rh(z) =- Ac(z) Ac(z) Dans cette condition Rh(z) est positif et la concavité de l'enveloppe Cmoy est orientée vers les X positifs, * En procédant par exemple du point Z0 vers l'entrée du canal d'écoulement, on obtient une pente Tl à l'entrée pour l'enveloppe Cmoy et de la même façon par exemple du point ZO vers la sortie avec une pente T2 en sortie. On détermine ainsi la courbure de l'impulseur en tout point. A une pente Tj correspond une valeur d'angle yj; avec j=1 pour l'entrée de l'impulseur et j=2 pour la sortie de l'impulseur. On obtient donc des valeurs Tl et T2
correspondant deux valeurs d'angle y1 et y2.
* En un point quelconque, I'angle y correspondant à la pente T(z) doit être compris entre -90 et +90 degrés. Au cours de la procédure de calcul, si en un point quelconque, I'angle devient inférieur à -90 degrés ou supérieur à 90 degrés, alors on diminue la valeur d'origine d'At_max et on réitère le calcul jusqu'à obtenir une valeur d'angle comprise
entre -90 et 90 , [ yl, y2].
Pour des raisons propres à la fonction de l'impulseur (compression, détente, ou autres applications spécifiques), si les valeurs absolues des pentes sont trop élevées alors on diminue la valeur d'origine d'Atmax et on réitère le calcul jusqu'à obtenir une valeur
d'angle comprise entre -90 et 90 .
Il est possible de choisir des valeurs d'At_max différentes entre l'entrée et la sortie du
canal d'écoulement.
En fonction de la nature des impulseurs et de leur fonction (compression, détente ou autres applications) il est possible de définir des valeurs pour les angles yl, y2
correspondantes aux pentes T1 et T2 différentes des valeurs spécifiées ci-dessus -90, 90 .
Exemple de réalisation A - Exemple numérique concernant la courbure du canal dans le plan méridien et la
réduction correspondante de l'accélération radiale.
Cas d'un impulseur hélico axial tournant à 3000 rpm. Distance moyenne du centre du canal à l'axe de rotation, au milieu de l'impulseur =0.114 m Position axiale Entrée de l'impulseur Milieu de l'impulseur Sortie de l'impulseur Rayon de courbure du 0.060 m 2. 00 m 0.035 m canal dans le plan méridien Angle Béta 0.300 rad 0.224 rad 0.140 rad Angle Gamma -0.140 rad 0.00 rad 0.340 rad Vitesse relative W 26.3 m/s 36.3 m/s 52.6 m/s Vitesse d'entraînement U 35.7 ms 35.7 m/s 35.7 m/s Accélération Ac -990 m/s2 -30 m/s2 -1510 m/s2 Accélérations Anc 1000 m/s2 0 m/s2 2340 m/s2 Accélérations AT 10 m/s2 -30 m/s2 830 m/s2 Les valeurs du tableau sont applicables au centre du canal à une position axiale donnée. Ce sont des valeurs moyennes en ce qui concerne les angles, les vitesses et les rayons. En ce qui concerne les accélérations ce ne sont pas des valeurs moyennes mais les valeurs
correspondant aux valeurs moyennes des angles, des vitesses et des rayons.
Le tableau montre que dans le cas d'un canal rectiligne dans le plan méridien, il résulte de la transformation d'énergie une accélération radiale résiduelle qui varie de l'ordre de 0 m/s2 (au milieu du canal) à 2340 m/s2 au niveau de la sortie en passant par 1000 m/s2 au niveau de l'entrée. L'introduction de courbures du canal dans un plan méridien à l'entrée et à la sortie de l'impulseur permet de ne pas dépasser une accélération radiale résiduelle de l'ordre de 800 m/s2 (valeur correspondant aux valeurs moyennes d'angle, de vitesse et de rayon en
sortie de l'impulseur).
La courbure du canal est ajustée de l'entrée vers la sortie de façon à minimiser l'accélération résiduelle comme indiqué par le tableau cidessus: rayon de courbure faible à l'entrée, augmentant en direction du milieu de l'impulseur puis diminuant à nouveau en direction de la sortie de l'impulseur. Deux lois de progression géométrique peuvent, par exemple, être utilisées pour les variations du rayon de courbure en fonction de la position axiale: une
première pour la partie amont et une seconde pour la partie aval.
Selon une variante de réalisation l'impulseur comportant un canal ayant un rayon de courbure défini selon les étapes prémentionnées est pourvu d'un couvercle dont la pente sur l'enveloppe extérieure à l'extrémité du couvercle est déterminée pour limiter les fuites entre
l'entrée et la sortie de l'impulseur.
La forme de ce couvercle est par exemple obtenue en mettant en oeuvre les étapes de la méthode décrite dans la demande de brevet FR 9816521 ayant pour titre, Impulseur
diphasique hélico-radio-axial avec carénage incurvé,.
Par exemple pour un impulseur de compression * on détermine dans ce cas la valeur de l'angle y2 pour une enveloppe extérieure Cext prédéfinie, * on détermine la valeur de l'angle du couvercle à donner à la sortie de l'impulseur en utilisant comme valeur initiale pour 02 définie cidessous, la valeur de y2 et en mettant en oeuvre par exemple les étapes développées ci-après: On part des données suivantes: m la vitesse de rotation de l'impulseur, N exprimée en tours par seconde, la distance de la partie extérieure du couvercle (point C) à l'axe de rotation, Rc, en
sortie d'impulseur, Rc2.
lI'angle formé par la tangente de la surface extérieure du couvercle, au point C, avec l'axe de rotation dans le plan méridien en sortie d'impulseur, 02 = le jeu radial entre le couvercle et la partie fixe, en sortie, J2 la pression en sortie de l'impulseur, P2 => la pression à l'entrée de l'impulseur, P1 A une vitesse de rotation, N, un rayon, Rc2, et un angle, 02, il s'établira une condition
de fuite. Les fuites tendent à se réduire lorsque l'angle 02 augmente.
On suppose dans un premier temps que la forme extérieure du couvercle est identique à la forme extérieure du canal.
Les paramètres suivants sont par exemple calculés en sortie de l'impulseur.
Paramètres donnés Hauteur du jeu dans une direction perpendiculaire à la surface du couvercle JP2 = J2/cos(02) Surface de révolution du jeu perpendiculairement à la surface du couvercle: Sj2 = 2* t *Rc2*Jp2 Détermination de la force exercée par la pression Force exercée par la pression, de la sortie vers l'entrée de l'impulseur au niveau du jeu FP2 = Sj2*(P2-PI) Accélération centrifuge au rayon Rc2: Ax2 = (2* n *N)2*Rcz Détermination de la force exercée par l'accélération centrifuge sur la masse de fluide La composante de l'accélération centrifuge tangentiellement au couvercle est: Ac2 = Ax2 * sin(02) Le volume de révolution, V délimité par la surface extérieure du couvercle, une enveloppe parallèle à cette surface prise à une distance JP2, sur une longueur axiale, Lz, est défini par V = 2* n *Rmz*Lz*Jp2
Rmz étant le rayon extérieur moyen du couvercle sur la longueur Lz.
La masse du volume de fluide contenu dans le volume de révolution correspondant est:
M=V*po o po est la densité du liquide.
La force exercée par l'accélération centrifuge sur la masse de fluide M contenu dans le volume de révolution est Fc=Ac2*M = Ax2 * sin(02)* 2* Tn *Rmz*Lz*Jp2 po A partir de ces deux valeurs de force et de la condition d'équilibrage recherchée pour limiter les fuites on déduit la valeur de la pente à donner au niveau de la partie du couvercle disposée en sortie de l'impulseur. On donne la valeur de la pente à l'aide de la valeur Lz ou la valeur de l'angle y On déduit par exemple la valeur de Lz de l'égalité précédente: Lz = Rc2*(P2-P,)/Rmz/Ax2/sin(02)/ po On vérifie que la valeur de Lz est inférieure à une valeur maximale Lmax, si Lz<Lmax alors la valeur de l'angle 02 correspondante est acceptable, 10. si Lz > Lmax on augmente la valeur de l'angle jusqu'à obtenir une valeur
de Lz inférieure ou égale à Lmax.
La valeur de Lmax est par exemple égale à environ 20% de la longueur axiale de
l'impulseur, Lt.
Sans sortir du cadre de l'invention, on peut appliquer cette méthode à un impulseur de détente en partant de la valeur de l'angle yl et en déterminant la valeur de 01. Dans ce
cas on déterminera la pente pour l'entrée du couvercle, endroit de haute pression.
Dans tous les exemples de réalisation donnés ci-dessus, le nombre, l'épaisseur et le matériau des aubes ainsi que l'épaisseur et le matériaudu couvercle sont déterminés de façon à assurer l'intégrité du système compte tenu des efforts mécaniques s'exerçant sur les parties internes de l'impulseur et résultant principalement de la vitesse de rotation et du couple transmis. Ces méthodes de calcul sont connues de l'Homme du métier et ne seront
donc pas explicitées.
Le nombre, I'épaisseur et l'angle 3 des aubes sont déterminés sur un plan
hydraulique selon l'état de l'art ou les brevets antérieurs.
Claims (7)
1 - Impulseur amélioré adapté à communiquer ou à recevoir de l'énergie à ou à partir d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit impulseur comportant une section d'entrée et une section de sortie, au moins un canal d'écoulement délimité par au moins un moyeu et deux aubes successives, caractérisé en ce que ledit impulseur comporte une longueur axiale Lt et un rayon de courbure moyen Rh(z), pris dans le plan méridien, ledit rayon de courbure Rh(z) étant déterminé au moins sur une partie de la longueur Lt pour limiter la séparation des phases dudit fluide polyphasique à
l'intérieur du canal d'écoulement.
2 - Impulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit rayon moyen de courbure est déterminé à partir d'un rayon de courbure initial connu en mettant en oeuvre au moins les étapes suivantes: * on choisit une valeur Zo sur la position axiale, on connaît la valeur de Anc(z) correspondante, On choisit une valeur de départ At_max = At_max_1 valable pour toutes les valeurs de z, * On calcule Ac(z): on compare la valeur connue de Anc(z) à la valeur de At_max, a) Anc(z) ≤ At_max, alors Ac(z) peut prendre toute valeur comprise entre 0 et (Wsin f)2 cosy At_max -Anc(z) avec Rh(z) =- (), et on choisit une de ces Ac(z) valeurs, (Wsin,B)z cost b) Anc(z) > At_max, alors Ac(z) = Atmax -Anc(z) avec Rh(z) =- (Wsin)2 cosy Ac(z) c) on détermine la courbure et la pente de l'entrée de l'impulseur à la sortie de l'impulseur en partant du point T(Zo), on obtient Tl en entrée correspondant à un angle yl et T2 en sortie de l'impulseur correspondant à un angle y2, on vérifie que l'angle y correspondant à la pente T(z) est compris entre -90 et +90 degrés, si en un point quelconque, I'angle devient inférieur à -90 degrés ou supérieur à 90 degrés, alors on diminue la valeur At_max_l, et on réitère le calcul de Ac(z) jusqu'à
obtenir une valeur d'angle appartenant à un intervalle [yl; y2] donné.
3 - Impulseur selon la revendication 2 caractérisé en ce l'on choisit pour valeur initiale de Zo
la valeur correspondant à la valeur Anc(Z0) minimum.
4 - Impulseur selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on choisit la valeur de l'angle
y1 égale ou différente de la valeur de l'angle y2.
- Impulseur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte un
élément supplémentaire disposé sur l'enveloppe extérieure des aubes de façon à limiter les fuites entre l'entrée et la sortie de l'impulseur, ledit élément étant disposé au moins au
niveau de l'extrémité haute pression de l'impulseur.
6 - Méthode de fabrication d'un impulseur selon une des revendications 1 à 4 caractérisée
en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes: le rayon de courbure initial dudit impulseur étant connu, a on choisit une valeur Z0 sur la position axiale, on connaît la valeur de Anc(z) correspondante, * On choisit une valeur de départ Atmax = At_max_l valable pour toutes les valeurs de z, * On calcule Ac(z): on compare la valeur connue de Anc(z) à la valeur de At_max, a) Anc(z) ≤ Atmax, alors Ac(z) peut prendre toute valeur comprise entre 0 et (Wsin,)2 cosy At_max - Anc(z) avec Rh(z)= -, et on choisit une de ces Ac(z) valeurs, b) Anc(z) > At_max, alors Ac(z) = Atmax -Anc(z) avec Rh(z) = (Wsn)2 cos Ac(z) c) on détermine la courbure et la pente de l'entrée de l'impulseur à la sortie de l'impulseur en partant du point T(Zo), on obtient T1 en entrée correspondant à un angle y1 et T2 en sortie de l'impulseur correspondant à un angle y2, on vérifie que l'angle y correspondant à la pente T(z) est compris entre -90 et +90 degrés, si en un point quelconque, l'angle devient inférieur à -90 degrés ou supérieur à 90 degrés, alors on diminue la valeur At_max_1, et on réitère le calcul de Ac(z) jusqu'à
obtenir une valeur d'angle appartenant à un intervalle [yl; y2] donné.
7 - Dispositif adapté à communiquer ou à recevoir de l'énergie à un fluide polyphasique ou à partir d'un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un impulseur selon une des
revendications 1 à 6.
8 - Utilisation de l'impulseur selon l'une des revendications 1 à 5 ou du dispositif selon la
revendication 7 au pompage des effluents pétroliers.
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