JP2613363B2 - 多段式ターボ型多相流ポンプ - Google Patents
多段式ターボ型多相流ポンプInfo
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Description
流ポンプ、特に、油・ガス田あるいは醗酵工場等におい
て使用される、多量の気体を含む気液二相流体を二相流
状態のままポンプ効率を低下させることなく同時に昇圧
し、輸送することができる多段式ターボ型多相流ポンプ
に関するものである。
相流状態のまま同時に輸送するために使用されるポンプ
には、ターボ型ポンプ、容積型ポンプ、ダイアフ
ラムポンプ、ハイドロブースターポンプ等がある。
用として広く用いられており、半径流型、斜流型、軸流
型等の形式のものである。しかし、従来型のターボ型
ポンプは、気体混入比率が10から15%以上になる
と、気体によってポンプ入口が閉塞されて、ポンプとし
て機能しなくなるのが現状である。
は、この分野では広く研究開発ターゲットとして試験さ
れており、気体混合比率も90%程度まで対応可能なこ
とがわかっている。しかし、容積型ポンプは、高速化が
困難であるために装置が大型になってしまい、更に、砂
等の異物の混入に対して損傷し易い。
いことから開発が進められている段階のものである。し
かし、、のポンプに比べると、付属する機械部品の
数が多く、しかも、ダイヤフラム等の耐久性に難点があ
る。
ーボ型ポンプの前段に液体中から気体を分離するための
気体分離装置を備えたもので、この分離装置によって液
体から気体を分離した後、ターボ型ポンプで駆動したピ
ストンを用いて液体のみを輸送する容積型のポンプであ
る。このポンプは、最終段において液体に分離した気体
を混ぜて気液同時に輸送できるような構造になってい
る。しかし、ダイアフラムポンプと同様に、付属する
機械部品の数が多く、しかも、ピストンや軸封部の耐久
性に難点がある。
部品を選定したとしても、スクリュー羽根車、ダイヤフ
ラム、ピストン等の摺動部や軸封部の寿命の点から、メ
ンテナンスの頻度は、当然に他の形式のポンプより多く
なる。
に関して、更に検討を加えた結果、気液二相流体中に砂
等の異物が混入するような環境下で使用されることを考
慮すると、ターボ型ポンプが最適であるという知見を得
た。
型ポンプでは、気体混入比率が高い場合、ターボ型ポン
プのみでは使用することができず、ターボ型ポンプの前
段に、液体中から気体を分離するための気体分離装置を
設ける必要があり、スペースおよびコスト的に不利であ
った。
が、1991年10月11日に日本機械学会から発行さ
れた日本機械学会第69期全国大会講演会講演論文集V
ol.B、第168から170頁に開示されている。以
下、このポンプを従来ポンプという。この従来ポンプ
は、羽根車入口部の気泡滞留領域の気体を真空ポンプに
より抽気することによって、二相流体から液相を分離
し、これに高い揚程を与える単段式ターボ型ポンプであ
る。
た従来ターボ型ポンプは、抽気した気体を捨てる構造に
なっているので、例えば、天然ガスと石油とからなる気
液二相流体を輸送する場合、ガスと石油との同時輸送は
行えなかった。なお、抽気された気体を液体と再び混合
させて輸送するには、新たに気体圧縮機が必要となり、
また、真空ポンプにも余計な動力が必要であった。
ポンプの有する問題点を解決することにあり、多量の気
体を含む気液二相流体を二相流状態のままポンプ効率を
低下させることなく同時に昇圧し、輸送することができ
る多段式ターボ型多相流ポンプを提供することにある。
ングの、羽根車の基部分に近い流体入口部分に設けられ
た抽気口と、前記第1ケーシング以後の各ケーシング
の、羽根車の基部分に近い流体入口部分に設けられた気
体噴射口と、前記第1ケーシング以後の各ケーシングの
周壁に設けられた圧力流体入口と、前記第1ケーシング
以後の各ケーシング毎に設けられたエジェクターとから
なり、前記エジェクターの各々は、前記圧力流体入口か
らの圧力流体を駆動流体として、前記抽気口から抽気さ
れた、前記第1ケーシング内に滞留した気体を、前記気
体噴射口から前記第1ケーシング以後の各ケーシング内
の気泡滞留領域またはその上流部に噴射させて前記気泡
を下流側に押し出し、かくして、気泡の滞留による流路
の狭まりを防止して、気体混入比率が高い気液二相流体
の気液同時輸送を可能とすることに特徴を有するもので
ある。
の各々の駆動水の供給口および前記抽気口に切替バルブ
を設け、羽根車に沿って流れる流体の流れの上流側と下
流側との間の圧力差に基づいて、両切替バルブの開閉を
行うことにある。
流体は、天然ガスと石油とからなるものであることにあ
る。
の抽気された気体を第1ケーシング以降のケーシング内
の気泡滞留領域またはその上流部に噴射させて、滞留気
泡を下流側に押し出せば、気泡の滞留による流路の狭ま
りが防止できるので、気体混入比率の高い気液二相流体
をポンプ効率を低下させることなく、しかも、気液を同
時に輸送することが可能となる。更に、第1ケーシング
内の滞留気体の抽気および次段ケーシング内への滞留気
体の噴射に、次段ケーシング内からの圧力流体を駆動流
体とするエジェクターを用いれば、他の動力源を使用す
ることなく、ポンプ自身のエネルギーによって気体の抽
気および噴射の両方が行えるので、設備の簡素化が図れ
る。
給口および抽気口に切替バルブを設け、羽根車の上流側
と下流側との間の圧力差に基づいて、両切替バルブの開
閉を行えば、気体混入比率が高くなってポンプ効率が低
下した時のみに抽気操作を行わせることができるので、
ポンプの運転効率をより上げることができる。
らなるものである場合には、気液同時輸送効果は特に大
きい。
プの一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
ポンプの一実施態様を示す子午面部分断面図である。こ
のポンプは、シュラウドを持たない開放型羽根車を有す
る3段式多相流ポンプであるが、3段以上の多相流ポン
プであってもよいことは勿論である。
根間に中間羽根(図示せず)を有する第1、第2、第3
羽根車であり、回転軸2に放射状に且つ回転軸2の軸線
方向に間隔をあけて固定されている。3A、3B、3C
は、羽根車1A、1B、1Cを収容する第1、第2、第
3ケーシング、4は、ケーシング3A、3B、3C内の
渦巻室、5は、ケーシング3A、3B、3C内の流体入
側に固定した出口案内羽根、6は、ケーシング3A、3
B、3C内の流体出側に、出口案内羽根5と対向して固
定した戻り流路案内羽根である。
の基部に近い流体入口部分に設けられた抽気口、8は、
抽気口7に設けられた抽気用切替バルブ、9Aは、第2
ケーシング3Bの、羽根車1Bの基部に近い流体入口部
分に設けられた第1気体噴射口、9Bは、第3ケーシン
グ3Cの、羽根車1Cの基部に近い流体入口部分に設け
られた第2気体噴射口、10Aは、第2ケーシング3B
の周壁に設けられた第1圧力流体入口、10Bは、第3
ケーシング3Cの周壁に設けられた第2圧力流体入口で
ある。
エジェクター11Aは、第2ケーシング3Bの圧力流体
入口10Aからの圧力流体を駆動流体として第1ケーシ
ング3Aの抽気口7から抽気された、第1ケーシング3
A内(渦巻室4内)の羽根車1Aの基部分に滞留した気
体を、第1気体噴射口9Aから第2ケーシング3B内の
気泡滞留領域である羽根車1Bの基部分またはその上流
部に噴射させて滞留気泡を下流側に押し出す作用を有す
る。11Bは、第2エジェクターである。第2エジェク
ター11Bは、第3ケーシング3Cの圧力流体入口10
Bからの圧力流体を駆動流体として第1ケーシング3A
の抽気口7から抽気された、第1ケーシング3A内の前
記滞留気体を、第2気体噴射口9Bから第3ケーシング
3C内の気泡滞留領域である羽根車1Cの基部分または
その上流部に噴射させて滞留気泡を下流側に押し出す作
用を有する。12は、第1および第2エジェクター11
A、11Bの駆動流体の供給口に設けられた切替バルブ
である。なお、エジェクターに用いる圧力流体は、下流
側のケーシングの抽気口から抽気すれば良く、直後のケ
ーシングからの抽気に限定されないことはいうまでもな
い。
の部分が子午面流路の曲がりによる遠心力により比較的
低圧になること、および、この部分の半径が小さく回転
する羽根車により生じる流体の遠心力による圧力上昇が
まだ不十分であることによる。
段式ターボ型多相流ポンプによれば、次のようにして、
例えば、天然ガスが混入する石油からなる気液二相流体
の気液同時輸送が行われる。
Bによって抽気された第1ケーシング3A内の滞留天然
ガスは、第1気体噴射口9Aから第2ケーシング3Bの
気泡滞留領域またはその上流部に噴射され、同時に、第
2気体噴射口9Bから第3ケーシング3Cの気泡滞留領
域またはその上流部に噴射される。これによって、第1
羽根車1Aを通過するガス量が大幅に減少して、第1羽
根車1Aの入口部分での滞留気泡による流路の閉塞を防
止できる。これと同時に、第2および第3ケーシング3
B、3C内の滞留気泡が下流側に順次、押し出されるの
で、第2および第3ケーシング3B、3C内の流路の気
泡による閉塞が防止される。従って、天然ガス混入比率
の高い石油をポンプ効率を下げることなく、しかも、天
然ガスと石油とを同時に輸送することができる。
高圧の石油が前段の羽根車に流入して損失が大きくなる
恐れがあるが、この場合には、例えば、第1ケーシング
3Aの第1羽根車1Aの上流側の圧力と下流側の圧力と
を圧力センサー13A、13Bによって検出し、これら
の間の差圧を求め、この差圧に基づいて、抽気用切替バ
ルブ8およびエジェクター用バルブ12を開閉すれば、
より効率的な運転が可能となる。即ち、差圧とポンプ効
率との関係を予め求めておき、差圧がある値になってポ
ンプ効率が低下した時に、両バルブ8、12を開いて滞
留ガスの抽気機能を働かせるようにする。なお、圧力セ
ンサー13A、13Bによって差圧を検出する代わり
に、差圧計によって直接差圧を計測しても良い。
相流体を輸送する場合であるが、この発明のポンプは、
これ以外に、有用なガスと液体との同時輸送に適用する
ことができることはいうまでもない。
たせた場合と持たせなかった場合との揚程低下率(H/
H0 )と入口ボイド率(α0 )との関係の一例を示す。
図から明らかなように、抽気機能を持たせた場合には、
入口ボイド率を一定とした場合、明らかに揚程低下率の
低下量が少ないことが分かる。
程であり、下記(1)式によって定義される値であり、
H0 は、同一の質量を揚水するときの液単相流時の揚程
の値である。 H=(1−x)Hl +xHg --- (1) 但し、上記(1)おいて、 Hl (液相)=(pd −ps )/ρl g+(cld 2−cls 2)/2g--- (2) Hg (気相)=(1/pg g)dp+(cgd 2−cgs 2)/2g --- (3) 但し、上記(2)、(3)において、 x:気相の全流体に対する質量流量比(クオリティ) p:絶対圧力、 ρ:密度、 c:平均流速、 添字l:液相、g:気相、d:吐出側、s:吸引側をそ
れぞれ示す。
ば、以下のような工業上有用な効果がもたらされる。
気し、この気体を第1ケーシング以降のケーシング内の
気泡滞留領域またはその上流部に噴射させて、滞留気泡
を下流側に押し出せば、気泡の滞留による流路の狭まり
が防止できるので、気体混入比率の高い気液二相流体を
ポンプ効率を低下させることなく、しかも、気液を同時
に輸送することが可能となる。
よび次段ケーシング内への滞留気体の噴射に、次段ケー
シング内からの圧力流体を駆動流体とするエジェクター
を用いれば、他の動力源を使用することなく、ポンプ自
身のエネルギーで気体の抽気および噴射が行えるので、
設備の簡素化が図れる。
口および抽気口に切替バルブを設け、羽根車の上流側と
下流側との間の圧力差に基づいて、両切替バルブの開閉
を行えば、気体混入比率が高くなってポンプ効率が低下
した時のみに抽気操作を行わせることができるので、ポ
ンプの運転効率をより上げることができる。
施態様を示す子午面部分断面図である。
フである。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1ケーシングの、羽根車の基部分に近
い流体入口部分に設けられた抽気口と、前記第1ケーシ
ング以後の各ケーシングの、羽根車の基部分に近い流体
入口部分に設けられた気体噴射口と、前記第1ケーシン
グ以後の各ケーシングの周壁に設けられた圧力流体入口
と、前記第1ケーシング以後の各ケーシング毎に設けら
れたエジェクターとからなり、前記エジェクターの各々
は、前記圧力流体入口からの圧力流体を駆動流体とし
て、前記抽気口から抽気された、前記第1ケーシング内
に滞留した気体を、前記気体噴射口から前記第1ケーシ
ング以後の各ケーシング内の気泡滞留領域またはその上
流部に噴射させて前記気泡を下流側に押し出し、かくし
て、気泡の滞留による流路の狭まりを防止して、気体混
入比率が高い気液二相流体の気液同時輸送を可能とする
ことを特徴とする多段式ターボ型多相流ポンプ。 - 【請求項2】 前記エジェクターの各々の駆動流体の供
給口および前記抽気口に切替バルブを設け、羽根車に沿
って流れる流体の流れの上流側と下流側との間の圧力差
に基づいて、両切替バルブの開閉を行うことを特徴とす
る、請求項1記載の多段式ターボ型多相流ポンプ。 - 【請求項3】 前記気液二相流体は、天然ガスと石油と
からなるものであることを特徴とする、請求項1または
2記載の多段式ターボ型多相流ポンプ。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP33327594A JP2613363B2 (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 多段式ターボ型多相流ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08170596A JPH08170596A (ja) | 1996-07-02 |
JP2613363B2 true JP2613363B2 (ja) | 1997-05-28 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP33327594A Expired - Fee Related JP2613363B2 (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 多段式ターボ型多相流ポンプ |
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KR101287748B1 (ko) * | 2012-04-05 | 2013-07-19 | 지효근 | 마이크로버블발생장치용 펌프 |
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-
1994
- 1994-12-15 JP JP33327594A patent/JP2613363B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH08170596A (ja) | 1996-07-02 |
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