JPH074371A - ポンプ輸送または多相圧縮装置とその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】液相と気相からなる多相流体を効果的に圧縮す
るための装置と該装置の使用方法を得る。 【構成】ハウジング１と、吸込み部４１と吐出し部４２
を有するインペラーとからなり、該インペラーは軸と該
軸を中心に回転するｎ個の翼を有する軸対称ハブ２８か
らなり、該翼は前縁Ｃ１、Ｃ２と後縁Ｃ’１、Ｃ’２を
有し、該流体は吸込み部４１からインペラーに流入し吐
出し部４２から流出し、該軸は流体の進行方向を向いて
おり、回転翼２９、３０の数は２または２以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、ポンプ輸送の前に所定の温
度、圧力条件下では気体で飽和させることができる液体
と、液体に溶解しない気体からなる多相流体混合物をポ
ンプ輸送するための装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】油分と気体の混合からなる二相石油流出
液などの、しかしこれに限定されない多相流体は、ポン
プ輸送の際いくつかの問題を伴い、ポンプ輸送前に二相
流体が熱力学的状態にあって気体と液体の比率が高いと
さらにやっかいな問題を呈する。以下にＧＬＲと略記す
る気体と液体の比率は、気体状の流体の体積に対する液
体状の流体の体積の比率と定義され、この値は二相の流
体が熱力学的条件に依存する。気体液体比がゼロの場
合、流体は単相流体の液体としての挙動を示すため、使
用するポンプの構成（交液流式ポンプ、回転ポンプ、落
水送風機式ポンプ）とは関係なく、好結果が得られる。
液体中の気体の大部分が蒸発するような現象をもたらさ
ない運転条件下、あるいは、ポンプの吸込み口での気体
と液体の比率がせいぜい0.2の場合にも、これらの装置
を使用できる。この値をこえると、装置の効果が急速に
低下し、ほとんど使えなくなる。従来の装置の作業性能
を改善するために、ポンプ輸送の前に液相から気相を分
離し、これらを別個のポンプ回路で別々に処理する。し
かし個別の回路を使用できない場合もあり、またいずれ
にしてもポンプ作業が複雑になる。そのため、二相流体
の全エネルギーを増大させるのみならず、装置の吐出口
での気体液体比がポンプ輸送前の流体中の比より小さい
二相流体を吐出できるようなポンプ輸送装置の開発が試
みられている。その結果、いくつかの衝動タービンブレ
ードの形状が仏国特許出願第 2,157,437、 2,333,139、
2,471,501 号などに記載されている。

【０００４】

【発明の要約】本発明装置は、液体、液体と気体の混合
物、気体のすべてに適しており、圧縮セル、または圧縮
ポンプセルと呼ぶことができる。本書では圧縮セルと称
する。本発明は、従来のものより気体液体比が高い二相
流体のポンプ輸送効率を高くすることのできる翼、翼配
列またはパドルを用いた装置に関する。特に、本発明
は、ＧＬＲとは無関係に、最適運転範囲では圧縮効率が
40％または50％をこえるような多相流体の処理が可能な
装置に関する。圧縮セルは一般に、インパルサーとディ
フューザーの２つの部分からなり 、このうちインパル
サーが基本となる。インパルサーは通常回転軸に装着さ
れ、この軸に固定または嵌合されている。ディフューザ
ーは静止しており、装置本体と一体をなす。これらセル
を数個つなげて装着したものがポンプの水力セルを構成
する。回転装置の構造に関する従来の規則によれば、該
軸はポンプ本体に含まれる機械的なジャーナル軸受けユ
ニットと一体になった軸受けによって２箇所以上の点で
支持される。ポンプは吸込み、吐出し手段からなる。圧
縮セルは各々寸法が同一の場合も、異なる場合もある。
圧縮セルは基本的にはその幾何学的形状によって決ま
る。本発明の目的は、液相と気相からなる多相流体を圧
縮するための装置を提供することにあり、この装置はハ
ウジングと、吸込み口と吐出し口を有するインペラーか
らなり、該インペラーは軸Ｏｘと軸対称をなし該軸を中
心に回転するｎ個の翼を有する軸対称ハブからなり、該
翼は前縁と後縁を有する。流体は吸込み口から該パルサ
ーに入り、吐出し口から出るが、該軸は流体の進行方向
を向いており、回転翼の数は２枚またはそれ以上になっ
ている。本発明装置は連続する２枚の翼によって規定さ
れる少なくとも１本の管路または通路からなることを特
徴とし、ここで翼の形状の正半径方向断面Ｓ（ｘ）が、
その長さの少なくとも一部分の５％以内、好ましくは３
％以内であり、下の式が成り立ち、 Ｓ（ｘ）＝ａｘ² ＋ ｂ（ｃ−ｘ²）^1/2 ＋ ｄ 該一部分とは２つの正半径方向の平面に挟まれた部分で
あって、変数ｘは前記翼の前縁を通る半径方向の平面に
ほぼ対応する原点をもつ前記軸の横座標に対応し、前記
一部分を規定する２つの半径方向の平面は横座標 ｘ₁、
ｘ₂ を有し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、はパラメータである。パ
ラメータａの値は以下に等しい： ａ ＝１／ｎ ｘ π 式中、π = 3.141...とし、ｎはインペラーの翼の数に
等しい。 ｂ、ｃの値は以下に等しい： ｂ = 1/n [2πＭ + e/sin Ｂｃ] 及び c ＝ Ａ = (Ｍ
- Ｒ₁)² ｎ：インペラーの翼の数 ｅ：翼の厚み Ｂ：弦の角度 ｌ：翼の軸方向長さ Ｒ1：吸込み口での翼最小半径 Ｒ2：吸込み口での翼最大半径 Ｒ3：吐出し口での翼最小半径 パラメータｄの値は以下の式で表すことができる。 ｄ = 1/n [(R₂ - M)(π(R₂ + M) +e/sin Bc - (M - R₁)
²] 翼は対称軸として軸Ｏｘを有する回転シリンダー内に内
接する上縁を有する。管路の一部分は管路の全長に相当
してもよい。内輪角としては、翼の吸込み角は４から２
４°、好ましくは４から１２°であり、外輪角は２から
２３°、好ましくは２から１１°である。翼のくぼみは ＢｓＭ - Ｂｅｍ と規定され、０から３０°、好ましくは６から１２°で
あり、ＢｓＭは翼の平均吐出し角度、Ｂｅｍは翼の平均
吸込み角度を表す。翼の平均厚みは前縁、後縁の隣接領
域の外側で３から５mmである。翼の数は３から８枚、、
好ましくはエリアリミッターを含め４から６枚とする。
翼の内輪吐出し角度は４から５４°、好ましくは１０か
ら２４°とし、外輪角度を２から５８°、好ましくは８
から２３°とする。厚みゼロの翼と、前記軸に対する円
筒形表面の交線によって規定される翼の平均的な輪郭ま
たは骨格は、この輪郭と該軸がなす角度が前縁から後縁
に向かって単調に減少し、またその曲線が、傾斜面に対
する曲線横軸座標で、値が翼の前縁から後縁にむかって
増大する横軸座標の関数としての翼の輪郭の曲率をあら
わすようなものとなっている。前記曲線は反転点を１つ
有することができる。本発明装置はブレードディフュザ
ーで構成することもできる。このディフュザーは翼が８
から３０枚、好ましくは１５から２５枚とする。インペ
ラーの外径に対する軸方向長さは 0.10 から 0.40、好
ましくは 0.15から 0.20 とする。ディフュザーのハブ
は軸Ｏｘを中心とした回転の形をもち、軸方向の平面に
あってこの形を作っている線は反転点を少なくとも１つ
有する。この線はディフュザーの吸込み口と吐出し口に
対応する線の両端で上記軸に平行な接線を有する。本発
明はまた、多相ポンプに上記装置を少なくとも１基用い
ること、また多相石油流出液のポンプ輸送にかかる多相
ポンプを用いることに関する。構造が簡単で堅固で経済
的な本発明装置の利点は、以下の説明と添付図面から明
らかになる。以下の記載では、「流体」なる語はガス状
の単相流体、気体が完全に溶解した全面的に液状流体、
または気相と液相からなる多相流体、ならびに砂などの
固体粒子、水和凝集物などの粘性粒子などを意味するも
のとする。液相は、異なる種類の液体で構成されてよい
ことは明らかであり、同様に、気相も数種類の気体で構
成されていてよい。第１図は、ポンプ輸送装置の一実施
例を軸方向断面で示すが、本発明を限定するものではな
い。この装置は石油の多相流出液をポンプ輸送するよう
に設計されている。第１図の実施例では、ポンプ輸送装
置の吸込み口２と吐出し口３の間で、かつハウジング内
部に、本発明による圧縮セルが少なくとも１個設けられ
ている。このセルは流体の合計エネルギーを増大させる
ようになっている。第１図では参照番号１７ー１９で示
すインペラーが３個設けられている。この数は限定的な
ものではなく、所望の圧力増加によって決まる。これら
の構成要素は以下に詳述するが、例えば主軸６に固定さ
れてこれと一体をなし、ブレース２０から２３によって
間隔が保たれている。好ましくは、ディフューザー２４
乃至２６のようなディフューザーもしくはストレートナ
ーを各インペラーの吐出し口に配置し、たとえば固定ス
クリュー２７（図面では一点鎖線で示す）によってハウ
ジング１と一体にする。各インペラー、ディフューザー
のカップリング（17, 24; 19, 26)と、ハウジングの一
部分とで圧縮セルが構成される。番号１４はデフレクタ
ーを表す。第１図では、ブレースとディフューザー、イ
ンペラーとハウジング、インペラーとディフューザーの
間の隙間を大幅に拡大してわかりやすくしてあるが、流
体の漏れを最小限に抑え、またポンプ輸送装置の構成部
品が操作温度で膨張して詰まりを起こさないように、こ
れらの隙間はポンプの機械操作とも適合する最小値に設
定しなければならない。第２図はインペラー段階の部分
の非制限的実施例を概略斜視図で示す。インペラーは基
本的には主軸６と一体になったハブ２８からなり、装置
の作動時、この主軸６は矢印ｒ’で示す方向に回転す
る。第２図では翼２９、３０が示されているが、数はこ
れに限定されない。一般に、翼の数は回転子の静止時、
動態時のバランスの取りやすさを考えて決める。翼の高
さは、回転時に翼が動く範囲の形状が、円筒形として示
すハウジング１の内孔に対して補完的となるようなもの
とする。翼はハブ２８に挿入しこれに溶接で固定しても
よいが、ハブと翼を成型またはフライス加工でユニット
として一体化するのが望ましい。インペラーとディスト
リビューターはらせん形である。第３図は本発明による
インペラーの寸法を規定する。ハブの断面を示す該略図
であり、翼の軌跡ｔが描かれている。 Ｒ₂： パルス、したがってセルの外径を表す。 ２Ｒ₂： インペラーの外径で、頻繁に用いられる公称
直径を表す。 Ｒ₁： 第３図左側、吸込み面側のハブの半径を表
す。 Ｒ₃： 第１図右側、吐出し面側のハブの半径を表
す。 ｌ ： インペラーの軸方向長さ、すなわち、吸込み
面と吐出し面との間の距離。 Ｐ₁Ｐ₂： ハブと回転軸Ｏｘを通る軸方向平面との交線
にあたる曲線を表す。 Ｏｘ ： 回転軸を表し、Ｏは前述の吸込み面との交線
軸上の点を表す。 Ｐ₁点では： 曲線Ｐ₁Ｐ₂からＰ₁点への接線は吸込み面
に垂直であり、したがって この接線は軸Ｏｘ
に平行である。 第３図斜線部分は軸対称ハブに相当する。第４図はイン
ペラーの翼の輪郭を示す。翼は前述のハブに巻回されて
おり、翼の数ｎは常に２またはそれ以上であることが望
ましい。数は３から８、特に翼外径が100から400mmのイ
ンペラーの場合は４から６が望ましい。翼を最もわかり
やすく説明するために、円筒形ハウジングをＲ₃とＲ₂の
間にありうる外径ｒにむけて展開した展開面（第４図）
上での翼の輪郭を示す。第４図では、 − 直線４１で示す吸込み面の軌跡Ｃ１Ｃ２、 − 直線４２で示す吸込み面の軌跡Ｃ'１Ｃ'２、 を示す。２本の直線４１、すなわちＣ１、Ｃ２ と直線
４２、すなわちＣ'1、Ｃ'2は互いに平行であり、上記イ
ンペラーの長さとして記載したｌの間隔がある。第４図
には軸Ｏｘの軌跡も描かれているが、この回転軸は吸込
み面から吐出し面に伸びる方向を向いている。矢印Ｆ’
は、翼の進行方向を示す。翼はハブと一体になってい
て、以下の幾何学形状を有する。翼は各々、内輪面３１
と外輪面３２の２つの面と、Ｃ１点（またはＣ２点）に
位置する前縁とＣ'１点（またはＣ'２点）に位置する後
縁からなり、外輪と内輪との距離である厚みを有する。
翼の角度は以下の通り規定される（第５、６図参照）。 − 内輪吸込み角ＢｅＩ： 内輪のＣ１（またはＣ２）
での接線と吸込み面の軌跡４１との角度 − 外輪吸込み角度ＢｅＥ： 外輪のＣ１（またはＣ
２）での接線と吸込み面の軌跡との角度 内輪吐出し角度ＢｓＩ，外輪吐出し角度ＢｓＥも点Ｃ'
１，点Ｃ'２と吐出し面の軌跡４２との角度として同様
に規定される。次いで、いずれの輪郭についても、弦
（ｃｏｒｄ）の角度Ｂｃが規定される。すなわち、弦Ｃ
１Ｃ'ｌ，またはＣ'１Ｃ'２の角度で、点Ｃ１とＣ'１
（またはＣ２とＣ'２）をまず結ぶ直線と、軌跡または
吐出し面の角度が決まる。これら種々の角度は直線４１
または４２に平行な方向から規定される。第６図は後縁
近辺で弦が内輪の輪郭と一緒になって重なったところを
示す。弦Ｃ１Ｃ’１の長さはしたがって、上記１／ｓｉ
ｎＢｃに等しく、ｌ、Ｂｃの値は上に定義の通りとす
る。翼の数をｎとすると、長さの関係式Ｃ１Ｃ２ ＝ ２
πＲ₂／ｎによって２枚の翼の間の軸Ｏｘに垂直な平面
内にある正半径方向距離が決まる。実際の翼の形状は第
４図のこの平面における内輪と外輪の軌跡によって決ま
る。Ｃ１をＣ’１と結ぶ内輪のカーブは、Ｃ１から計算
した翼の曲線座標の関数としての二次式によって決める
ことができる。この曲線は点Ｃ１で角ＢｅＩをなす軌跡
と、点Ｃ’１で角度ＢｓＩをなす軌跡とに正接してい
る。Ｃ１をＣ’１と結ぶ外輪のカーブは、Ｃ１から計算
した翼の曲線座標の関数としての四次式によって決める
ことができ、このカーブはＣ１近辺で角度ＢｅＥをな
し、Ｃ’１近辺で角度ＢｓＥをなす接線を有する。翼の
骨格すなわち翼の平均強度（mean fiber) は四次式によ
って表すことができる。翼の曲げ半径ρｍは曲線座標の
関数としてもとめることもできる。したがって、曲線１
／ρｍ、特に平均強度曲線が求められる。最後に、平均
強度ｄ（１／ρｍ）ｄｓの曲線座標の関数として、曲率
の変化曲線が求められる。曲線ｄ（１／ρｍ）ｄｓは、
増大する曲線であり、反転点を伴って連続的に増大す
る。仏国特許第２,３３３,１３９号に記載の骨格形状を
用いることができる。翼の厚みが一定でない場合、ある
いは横座標の関数としての翼厚の実寸に従う式、または
翼の厚みとして固定値を用いる式に用いることができる
と考えられない場合、翼の厚みは小さく、この厚みは翼
の平均厚みであってもよい（ほぼ３から５mm；産業上の
応用分野によっては、翼の厚みがこれより大きい場合も
ある）。翼は一般に前縁、後縁で薄くなっている。現行
技術では、前縁、後縁については第４図の平面における
軌跡が半径約１mm（最小値0.5mm、最大値2.5mm)の半円
であるような形状がみとめられる。翼のくぼみは平均吐
出し角度ＢｓＭと平均吸込み角度ＢｅＭ（または平均強
度）の差として求められる。より正確にいえば、ＢｓＥ
とＢｓＩは吐出し口で規定され、次式が第一次で与えら
れる。 ＢｓＭ 〜 （ＢｓＥ + ＢｓＩ）／２ この場合、精度は数パーセントである。同様にして、次
式が与えられる。 ＢｅＭ 〜 （ＢｅＩ + ＢｅＥ）／２ 差、ＢｓＭ - ＢｅＭとして与えられる翼のくぼみがこ
れらインペラーの特徴の１つである。くぼみの角度は６
から１２°が望ましいが、場合によって０から３０°の
範囲に及んでもよい。吸込み角度も特定の値のなかから
選ばれる。 − ＢｅＩ： ４から２４°、望ましくは４から１２° − ＢｅＥ： ２から２３°、望ましくは２から１１° 翼間の正半径距離は、軸Ｏｘ（第４図）に垂直な（すな
わち第４図の平面に垂直な）正半径方向の平面で測定し
た、一段前の翼の内輪の一点と外輪の一点との間の距離
として与えられる。この距離は常に軸Ｏｘをもつ円筒表
面で計算され、常に円筒形３３の半径ｒの関数としてパ
ラメータ化される。半径ｒ（第２図参照）は、公称半径
Ｒ₂より小さいが、Ｒ₂にきわめて近い値までとりうる。
幾何学的のみならず、技術的、物理的にも、厳密にいえ
ばこの正半径方向の距離は、横座標ｘ（Ｏｘでの）をも
つ正半径方向平面であれば、ある一点Ｍでの値に等し
い。 ２πｒ／ｎ − ｅ／ｓｉｎ（Ｂ ある一点Ｍ） ｒ： 基準円筒形の半径 ｎ： パルサーの翼の数 ｅ： 翼の厚み Ｂ ある一点Ｍ： ある一点での骨格の角度、すなわち
平均強度 この距離も、実際現場に適用したものの場合、平均強度
が翼の弦に集まるよう配置した２枚の翼の間の正半径距
離に幾何学的に等しい。その結果次式が得られる。 距離= ２πｒ／ｎ - ｅ／ｓｉｎＢｃ 容量流速、公称流速の点で、ポンプ、圧縮機すべてを同
軸らせんポン プ（helicoaxial ）とする。 インペラーの吸込み、吐出し断面は、オイラーの法則な
どを適用して、所望の公称運転条件との関係で速度の三
角形から決めることができる。正半径方向断面が水圧管
路を規定する。本発明のインペラーについては、水圧管
路の断面、すなわち管路の正半径方向断面の旋回は、で
きれば翼の半径方向厚みを考慮して決める。この旋回断
面は以下の幾何学パラメータ（上記に定義）を考慮す
る： − Ｒ₂、Ｒ１、Ｒ₃、ｌ − ｎ： 翼の数 − Ｂｃ： 弦の角度 − ｅ： 翼の厚み、上述のごとく、この厚みはゼ
ロ、一定、一定ではない、と仮定することができる。実
際にはあり得ないが、厚みをゼロまたは一定と仮定する
と、先に提案した式に実際上の誤差を認める必要が生じ
る。 断面はＯｘ上のある一点ｘについて求められ、また翼の
輪郭の弦の曲線座標の関数としても求めることができ
る。式で用いられるパラメータを以下に挙げる。 Ｍ = [ｌ² + (Ｒ₃ ² − Ｒ₁ ²)]/２（Ｒ₃ − Ｒ₁） Ａ = (Ｍ − Ｒ₁）² = [ｌ² + (Ｒ₃ − Ｒ₁）²］²／
［２（Ｒ₃ − Ｒ₁）］２ Ｂ = Ｒ₂ ² − Ｍ² − Ａ 厚みゼロの理論上の翼の水圧管路の断面Ｓ１は次式で表
される。 Ｓ₁（ｘ）＝（π／ｎ）［ｘ² ＋ ２Ｍ（Ａ − ｘ²）^1/2
− Ｂ］ 翼の正半径方向断面Ｓ２は次式で表される。 Ｓ₂（ｘ）＝［Ｒ₂ − Ｍ − （Ａ − ｘ²）^1/2］（ｅ／
sinＢｃ） 水圧管路Ｓの真の正半径方向断面は次式で表される。 Ｓ（ｘ）＝ Ｓ₁（ｘ） − Ｓ₂（ｘ） よって、次式が成り立つ。 Ｓ(x)＝（１／ｎ）［πｘ² ＋ （Ａ − ｘ²）^1/2（２π
Ｍ ＋ ｅ／sinＢｃ）＋ (Ｒ₂ − Ｍ）（π（Ｒ₂ ＋
Ｍ） ＋ ｅ／sinＢｃ）− （Ｍ − Ｒ₁）²］ となる。管路がすべて同じではない場合、ｎを翼の数と
してではなく、各管路の相対吸込み断面に関するパラメ
ータとして考えることができる。輪郭の弦上のある一点
での曲線座標の関数としての式は、ｘにｓ／ｓｉｎＢｃ
を代入するだけで得られ、ここでＳは曲線座標を表す。
本発明によれば、少なくとも１つの管路の正半径方向断
面は、Ｓ（ｘ）をあたえる式で示されるような旋回をす
る。にもかかわらず、この式については、２つの座標正
半径方向平面ｘ１，ｘ２（第７図）の誤差は５％以下、
望ましくは３％以下である。管路断面は製造時の公差を
特に考慮して、できるかぎり上の式で与えられるものに
近づけるのが望ましいのは当然である。軸Ｏｘの距離ｘ
１、ｘ２については、先に既に示した精度条件で正半径
方向断面のヴァリエーションを与える式が検証されてい
るが、この距離はインペラーの長さの少なくとも８０
％、望ましくは９０％以上に等しい。翼の前縁と後縁で
のテーパー率があるため、必要があれば正半径方向断面
のヴァリエーションを与える式を完全にチェックするこ
とも可能であり、またハブの長さができるだけ大きいと
ころでは、翼の両端である一定長さにわたりピッチがす
べて同じでなくてもよい。翼のテーパー率に対応したこ
れらの長さは、最大厚み（通常旋回翼の長さの中心にあ
る、または翼の平均厚み）のパーセントとして計算する
厚みの差の関数として求めることができる。曲線座標ｌ
ｒから計算した骨格の曲線座標についてのこれらの長さ
を以下に挙げる。 ａ） ｌｒ ＝ ３％，前縁から。ここで必要な長さは、
翼の厚みを平均厚みの５０％以上に確保する。 ｂ） ｌｒ ＝ ３％，前縁の前で。ここから翼の厚みは
平均厚みの５０％以下。本発明によれば、インペラーの
長さとその外径との比率は１０から４０％、望ましくは
１５から２５％である。インペラー段階での吐出し口で
は、流体は少なくとも軸方向の要素を１つ、円周方向の
要素を１つもつ速度によって駆動される。専門家にはよ
く知られていることであるが、ストレートナーを用いる
ことにより、流体流速から円周方向要素を取り除くか、
少なくとも小さくして、静圧を大きくすることが可能に
なる。このストレートナーは、第８、９図に示すインペ
ラー段階での特性に適合する特性をもったものであれば
公知のものでよい。第８図は、インペラー（点線で示
す）とストレートナー（実線で示す）を含むアセンブリ
ーの断面を示す。第９図は、ディストリビューターの一
翼と半径ｒの円筒形表面との交線の展開軌跡を示す該略
図である。ストレートナーは、少なくとも２本のパドル
３５を担持するスリーブ３４からなる。パドル３５に固
定したリング３６は、例えば２７として図示するネジな
どの助けを借りてストレートナーとハウジング１を一体
に保持することができる。スリーブ３４の外径は吸込み
側から吐出し側に向けて、漸次小さくなり、第１の部分
Ｍ’Ｎ’は軸に平行に測定したストレートナー全長の少
なくとも３０％をしめ、この値はディストリビューター
の吸込み側での翼の平均直径Ｄｍの少なくとも３０％に
等しい。したがって、流体の通路となる断面は、矢印で
示す流動方向を考えた場合、一次または二次法則にした
がって増大する。パドル３５は流体の流れを整流するの
に適した輪郭をもつ。整流の入口側ではこの輪郭は流れ
に対してほぼ正接するのに対し、第１の部分Ｍ’Ｎ’の
端部ではパドルの輪郭は装置の軸を通る平面に正接し、
傾斜角はこの第１の部分で漸次変化する。ストレートナ
ーの製作を容易にするために、パドルの第１部分Ｍ’
Ｎ’には一定の曲げ半径が与えられる。パドルの残る部
分Ｎ’Ｐ’は軸方向に配置され、この部分のハブは円筒
形をなす。ストレートナーの右側吸込み断面Ｓｅはスト
レートナーの前段にある段インペラーの吐出し断面Ｓｓ
より大きく設定して、Ｓｅ／Ｓｓ比が１から1.2 、望ま
しくは1.1 から1.15になるようにする。一方、ディスト
リビューターの吸込みと、吐出しの右側断面のＳｓ／Ｓ
ｅ比は、１より大で、望ましくは２から３とする。 イ
ンペラーの翼の後縁とストレートナーの翼の前縁との間
の小さな軸方向隙間については既に説明したが、装置の
使用条件に従ってテストを実施する際技術者が間隔を設
定して設置することも可能である。本発明の主旨から逸
脱することなく変更が可能である。例えば第１０図に示
すように、ストレートナーのパドルの外輪は、交差する
平面の一部を加工して得ることもできる。スリーブは、
圧縮セルの軸Ｏｘを中心にして線３６ Ｍ’、Ｔ’、
Ｎ’、Ｐ’が回転してできる回転形状で構成することが
できる利点がある。この線は少なくとも２つの部分から
なる。第１の部分Ｍ’Ｔ’は、この線に対して中心が軸
Ｏｘと同じ側にある円の弧に相当し、第２の部分Ｔ’と
Ｍ’は、望ましくは第１の円弧Ｍ’Ｔ’とおなじ半径を
もち、第１の円弧Ｍ’Ｔ’の円の中心に対し前記の線の
反対側に中心をもつ円の弧に相当する。２つの円弧Ｍ’
Ｔ’とＴ’Ｎ’は、望ましくは接線が平行になる点Ｔ’
で つながっており、この場合、Ｔ’はカーブＭ’Ｔ’
Ｎ’の反転点である。円弧Ｍ’Ｔ’の軸Ｏｘ上の正射影
は、円弧Ｔ’Ｎ’またはカーブＴ’Ｐ’のいずれかの対
応する長さに等しくなりうる。線Ｍ’Ｔ’Ｎ’Ｐ’の
Ｍ’、Ｐ’での接線は軸Ｏｘに平行であり、軸Ｏｘに平
行な第３の直線部分Ｎ’Ｐ’を含みうる。前述の線Ｍ’
Ｔ’Ｎ’Ｐ’は圧縮セルの軸方向の平面で既に説明し
た。インペラーとストレートナーの長さは同じでもよ
い。第７図に、軸Ｏｘ上の座標の関数としてのインペラ
ーの管路の正半径方向断面の変形例に対応する２つのカ
ーブを示す。この軸の原点はインペラーの吸込み面に対
応し、この面は気体の流れに対し最も下流側にある前縁
の断面で構成される。このカーブ３７のこの部分はイン
ペラーの長さに対応する座標１まで伸びており、座標ｘ
１とｘ２は領域ｘ１とｘ２を規定しており、この領域内
では正半径方向の断面Ｓの変形例について先に与えられ
た式が、先に述べた精度条件に基づいて満たされてい
る。ｘ１は１ - ｘ２ に等しくてもよい。 長さｘ１は、翼の厚みが平均厚みの８０または９０％に
なった長さでもよい。一般に、この長さは曲線座標の長
さの３％になる。同様に、ｘ２は翼の厚みが平均厚みに
対し１０または２０％以上の偏差を生じる領域ｘ２、ｌ
の始点として求めることもできる。Ｓｅにおけるカーブ
３７の接線は水平となる。第７図は、座標点１でのカー
ブに対する接線３９が負の傾斜をもつことを示す。カー
ブ４３はディフュザーの管路の１つの正半径方向断面の
旋回にｎｒ／ｎｉを乗したものに対応し、ここでｎ_Rは
翼またはパドルの数、ｎIはパルサーの翼またはパドル
の数に対応する。カーブ４３は、座標ｌとｌ₃の間の連
続曲線であり、特異点を持たない。このカーブは反転点
４４を持つ。この反転点の座標は、望ましくは（l + ｌ
₃)/２にほぼ等しい。座標ｌに対応しインペラーとディ
フュザーとの間に隙間を有するディフュザーの吸込み口
に対する接線４５は、ほぼ水平（L.a.d.軸Ｏｘに平行）
である。接線４６が軸Ｏｘに平行なディフュザーの吐出
し口についても同じことがいえる。長さｌ₃ - ｌは、デ
ィフュザーの軸方向長さに等しい。パルサーの管路の吐
出し断面Ｓｓは、ディフュザーの吸込み口断面と厳密に
等しいことが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】二相流出液（油井からの）のポンプ輸送に適し
た、本発明のポンプ輸送装置の実施例の軸方向断面概略
図である。

【図２】インペラーを示す斜視図である。

【図３】翼を含むインペラーの断面図である。

【図４】翼と円筒形表面の交点が描く軌跡を示す図であ
る。

【図５、６】翼の前縁と後縁の詳細を示す図である。

【図７】軸方向座標の関数としての通路断面の旋回を示
す図である。

【図８、９】整流ストレートナーを示す。

【図１０】ストレートナーの翼あるいはパドルの他の実
施例を示す。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、ハブとハブの軸を中心に
   回転し前縁と後縁を有するｎ個の翼とからなる吸込み部
   と吐出し部を有するインペラーとからなり、液相と気体
   からなる多相流体を圧縮するための装置において、該流
   体は吸込み部からインペラーに流入して吐出し部から流
   出し、該軸は該流体の進行方向に向けられており、回転
   翼の数が２または２以上であり、翼の正半径方向の断面
   がその長さの少なくとも一部分で下式 Ｓ（ｘ） = ａｘ² + ｂ（ｃ - x²）^1/2 + d の５％、望ましくは３％以内である形状を有する２枚の
   連続する翼によって管路または通路がすくなくとも１本
   規定され、該一部分が２つの正半径方向の面の間にあ
   り、変数ｘは該翼の前縁を通る半径方向の平面にほぼ対
   応する原点をもつ前記軸の座標に対応し、該一部分を規
   定している半径方向の平面が座標として ｘ₁とｘ₂ を有
   し、ａ，ｂ，ｃ，ｄがパラメータであることを特徴とす
   る多相流体圧縮装置。
2. 【請求項２】 π＝3.141...であり、ｎはインペラーの
   翼の数に等しい時、ａ = π／ｎが成り立つことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】 ｂ = （１／ｎ）［２πＭ + ｅ／sinBc]、 ｃ = A = (Ｍ - Ｒ１）² であり、式中 Ｍ = (l² + Ｒ₃ ² - Ｒ₁ ²）／［２（Ｒ₃ - Ｒ₁）］ ｎ：インペラーの翼の数 ｅ：翼の厚み Ｂｃ：弦の角度 ｌ：翼の軸方向長さ Ｒ1：吸込み部での翼の最小半径 Ｒ2：吸込み部での翼の最大半径 Ｒ3：吐出し部での翼の最小半径 であることを特徴とする前記いずれかの特許請求の範囲
   に記載の装置。
4. 【請求項４】 d = (1/n)[(R₂ - M)(π(R₂ + M) + e/si
   nBc) - (M - R₁)²]であり、ｎ、ｅ、Ｂｃ、ｌＲ₁、
   Ｒ₂、Ｒ₃の定義が第３項のものと対応する、前記特許請
   求の範囲のいずれかに記載の装置。
5. 【請求項５】 該翼が、該軸を回転軸とする回転円筒形
   に内接する上縁を有することを特徴とする、前記特許請
   求の範囲のいずれかに記載の装置。
6. 【請求項６】 該管路の該一部分が該管路の全長に対応
   することを特徴とする、前記特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載の装置。
7. 【請求項７】 該管路の該一部分がインペラー長さの少
   なくとも８０％、望ましくはこの長さの少なくとも９０
   ％に対応することを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第５項に記載の装置。
8. 【請求項８】 翼の吸込み角度が、内輪角４から２４
   °、望ましくは４から１２°であり、外輪角２から２３
   °、望ましくは２から１１°であることを特徴とする前
   記特許請求の範囲のいずれかの項に記載の装置。
9. 【請求項９】 翼のくぼみが０から３０°、望ましくは
   ６から１２°であることを特徴とする前記特許請求の範
   囲のいずれかの項に記載の装置。
10. 【請求項10】 翼の厚みが、前縁と後縁の隣接領域の外
    側で３から５mmであることを特徴とする前記特許請求の
    範囲のいずれかの項に記載の装置。
11. 【請求項11】 翼の数がエリアリミッタを含め３から
    ８、望ましくは４から６であることを特徴とする前記特
    許請求の範囲のいずれかの項に記載の装置。
12. 【請求項12】 該翼の内輪吐出し角が４から ５４°、
    望ましくは１０から２４°、外輪角が２から５８°、望
    ましくは８から２３°であることを特徴とする前記特許
    請求の範囲のいずれかの項に記載の装置。
13. 【請求項13】 厚みゼロの翼の交線によって規定され、
    該軸に対して円筒形の表面を有する翼の平均輪郭、すな
    わち骨格は、この輪郭と該軸とがなす角度が前縁から後
    縁に向かって一律に減少するような輪郭であり、座標の
    関数としての翼の輪郭に沿った曲率の値を表す曲線が、
    翼の前縁から後縁に向かって増大する傾斜面で曲がるこ
    とを特徴とする、前記特許請求の範囲のいずれかの項に
    記載の装置。
14. 【請求項14】 該曲線が反転点を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. 【請求項15】 ディフューザーからなることを特徴とす
    る本発明による装置。
16. 【請求項16】 翼からなることを特徴とする特許請求の
    範囲第15項に記載の装置。
17. 【請求項17】 該ディフューザーが８から３０枚、望ま
    しくは１５から２５枚の翼をもつことを特徴とする特許
    請求の範囲第１６項に記載の装置。
18. 【請求項18】 パルサーの外径に対する軸方向の長さが
    0.10から0.40、望ましくは0.15から0.20であることを特
    徴とする、前記特許請求の範囲のいずれかの項に記載の
    装置。
19. 【請求項19】 ディフューザーのハブが軸Ｏｘを中心と
    する回転形状を有し、この回転形状をもたらす軸方向平
    面上の線は、少なくとも反転点を１つもつことを特徴と
    する、前記特許請求の範囲のいずれか項に記載の装置。
20. 【請求項20】 該線がこの線の両端で該軸に平行な接線
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記
    載の装置。
21. 【請求項21】 前記特許請求の範囲のいずれかに記載の
    装置を多相ポンプに少なくとも１基用いること。
22. 【請求項22】 多相石油流出液のポンプ輸送を目的とし
    た多相ポンプに前記特許請求の範囲のいずれかに記載の
    装置を少なくとも１基用いること。