NO333314B1

NO333314B1 - Turbo machine and impeller

Info

Publication number: NO333314B1
Application number: NO20092521A
Authority: NO
Inventors: Gunder Homstvedt; Tommy Westberg; Tarje Olderheim
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2013-04-29
Also published as: AU2010268114A1; GB2483576B; GB2483576A; GB201120212D0; BR112012000056A2; US20120093636A1; NO20092521A1; WO2011000821A1

Abstract

Turbomaskin for å øke trykket i et fluid eller en blanding av fluider, omfattende et innløp og et utløp, en kapsling, et roterbart skaft anordnet inne i kapslingen, diffusere eller tilsvarende operativt anordnet inne i turbomaskinen, og en innretning for rotasjon operativt koblet til skaftet. Turbomaskinen er særpreget ved at den omfatter: minst en impeller av en blandet strømningstype, impelleren har et innløp og et utløp, innløpet er nærmere en rotasjonsakse enn utløpet, og minst en ytterligere impeller anordnet på et felles eller operativt koblet skaft, valgt blant gruppen bestående av aksialimpellere anordnet oppstrøms blandet strømningstypeimpelleren og radialimpellere anordnet nedstrøms blandet strømningstypeimpelleren. Videre er det beskrevet en impeller for anvendelse i en turbomaskin for å øke trykket av et fluid eller en fluidblanding. Impelleren omfatter minst ett blad og er særpreget ved at den omfatter minst en fluidpassasjevei som fluidmessig kobler trykksiden av bladet med lesiden av bladet.Turbomachine for increasing the pressure of a fluid or a mixture of fluids, comprising an inlet and an outlet, a casing, a rotatable shaft arranged inside the casing, diffusers or similar operatively arranged inside the turbomachine, and a device for rotation operatively connected to the shaft . The turbomachine is characterized in that it comprises: at least one impeller of a mixed flow type, the impeller has an inlet and an outlet, the inlet is closer to an axis of rotation than the outlet, and at least one additional impeller arranged on a common or operatively connected shaft, selected from the group consisting of of axial impellers arranged upstream of the mixed flow type impeller and radial impellers arranged downstream of the mixed flow type impeller. Furthermore, an impeller is described for use in a turbomachine to increase the pressure of a fluid or a fluid mixture. The impeller comprises at least one blade and is characterized by the fact that it comprises at least one fluid passageway which fluidly connects the pressure side of the blade with the reading side of the blade.

Description

O ppfinnelsen område The invention area

Den foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr for å øke trykket av et fluid eller en blanding av fluider, slik som en blanding av olje, vann og gass. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en turbomaskin for å øke trykket av et fluid eller en blanding av fluider, og en impeller for anvendelse i en turbomaskin. The present invention relates to equipment for increasing the pressure of a fluid or a mixture of fluids, such as a mixture of oil, water and gas. More specifically, the invention relates to a turbo machine for increasing the pressure of a fluid or a mixture of fluids, and an impeller for use in a turbo machine.

O ppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk Background and prior art of the invention

En turbomaskin er en maskin som overfører energi mellom en rotor og et fluid, idet energien tilføres som kinetisk energi til fluidet eller tas ut som kinetisk energi fra fluidet. Turbomaskiner er en stor gruppe av maskiner, hvorav strømningsmaskiner er en type. For strømningsmaskiner med rotorer, slik som sentrifugalpumper og kompressorer, er den tilførte kinetiske energi assosiert med et økt statisk trykk ettersom den kinetiske energi i fluidet omdannes i innretninger for dette, slik som en diffuser, en volutseksjon eller lignende. Rotorene på strømningsmaskiner er vanligvis bladene på eneller flere impellere. Impellerne blir vanligvis anordnet i rekke på et skaft, antallet impellere i rekke bestemmes av nødvendig leveringstrykk. A turbo machine is a machine that transfers energy between a rotor and a fluid, as the energy is supplied as kinetic energy to the fluid or taken out as kinetic energy from the fluid. Turbomachines are a large group of machines, of which flow machines are one type. For flow machines with rotors, such as centrifugal pumps and compressors, the added kinetic energy is associated with an increased static pressure as the kinetic energy in the fluid is converted in devices for this, such as a diffuser, a volute section or the like. The rotors of flow machines are usually the blades of one or more impellers. The impellers are usually arranged in a row on a shaft, the number of impellers in a row is determined by the required delivery pressure.

Når olje, gass, kondensat og uunngåelig også ofte vann og muligens sand produseres fra et hydrokarbonreservoar under en sjøbunn, er en turbomaskin i stand til å øke trykket i en slik kompleks og ofte variabel blanding meget nyttig. Slike turbomaskiner kan plasseres på en sjøbunn ved et brønnhode og endog nede i en produksjonsbrønn. Bortsett fra alvorlige problemer forårsaket av mulig innhold av sand i blandingen, medfører gassinnholdet et problem for turbomaskinen, ettersom virkningsgraden tenderer mot å bli kraftig redusert ved økende gassvolumfraksjon (GVF) i blandingen. Noen slike turbomaskiner eksisterer og de blir vanligvis betegnet flerfasepumper. Slike flerfasepumper består av aksialstrøm type impellere eller aksial strøm type impellere kombinert med radial strøm type impellere, som beskrevet i US-patentpublikasjonene 4365932, 5375976, 5885058, 5961282, 6474939, 5562405, 5253977 og 6547514, og i patentpublikasjon JP 10288199.1 US 6547514 blir det første pumpetrinn betegnet en helikoaksial pumpe, men pumpen består av heliske impellere (paragraf 0021 og krav 10) for hvilke de fleste av strømningspartiklene følger en aksial vei, hvorfor impellerne er av aksialtypen men med en gradvis noe tykkere stamme, hvilket også er kjent for andre aksialimpellere eller -pumper. Fra US 5885058 er det gitt veiledning (Figurene 3, 4 og 6, kol. 10 linjer 4-13, kol.l 1 linjer 14-24) for å få remiksing av gass med tendens til å akkumuleres visse steder i impelleren, men kun som en spesifikk tobladskonstruksjon og en spesifikk tobladskonstruksjon med perforeringer koaksialt med en rotasjonssirkel. When oil, gas, condensate and inevitably also often water and possibly sand are produced from a hydrocarbon reservoir under a seabed, a turbomachine capable of increasing the pressure in such a complex and often variable mixture is very useful. Such turbomachines can be placed on a seabed at a wellhead and even down in a production well. Apart from serious problems caused by the possible content of sand in the mixture, the gas content presents a problem for the turbomachine, as the efficiency tends to be greatly reduced with increasing gas volume fraction (GVF) of the mixture. Some such turbomachines exist and they are usually called multiphase pumps. Such multi-phase pumps consist of axial flow type impellers or axial flow type impellers combined with radial flow type impellers, as described in US patent publications 4365932, 5375976, 5885058, 5961282, 6474939, 5562405, 5253977 and 6547514, and in patent publication JP 10271846915 US84195 first pump stage designated a helicoaxial pump, but the pump consists of helical impellers (paragraph 0021 and claim 10) for which most of the flow particles follow an axial path, why the impellers are of the axial type but with a gradually somewhat thicker stem, which is also known to others axial impellers or pumps. From US 5885058, guidance is given (Figures 3, 4 and 6, col. 10 lines 4-13, col. 1 lines 14-24) to obtain remixing of gas with a tendency to accumulate in certain places in the impeller, but only as a specific two-blade construction and a specific two-blade construction with perforations coaxial with a circle of rotation.

For ytterligere informasjon om turbomaskinene egnet for operasjon med flerfasefluid, henvises det til patentpublikasjonene nevnt ovenfor. For further information on the turbomachines suitable for operation with multiphase fluid, reference is made to the patent publications mentioned above.

Til tross for den ovennevnte teknologi er det et behov for alternative turbomaskiner og impellere, særlig turbomaksiner og impellere som kan tolerere større variasjon med hensyn til sammensetning av fluidblandinger, særlig innholdet av gass, mens høyt trykk og høy strømningsmengde fortsatt leveres pålitelig. Formålet med oppfinnelsen er å imøtekomme behovet. Despite the above-mentioned technology, there is a need for alternative turbomachines and impellers, particularly turbomachines and impellers that can tolerate greater variation with regard to composition of fluid mixtures, particularly gas content, while still delivering high pressure and high flow rates reliably. The purpose of the invention is to meet the need.

O ppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Formålet oppnås ved at det tilveiebringes en turbomaskin for å øke trykket i et fluid eller en blanding av fluider, omfattende et innløp og et utløp, en kapsling, et roterbart skaft anordnet inne i kapslingen, diffusere eller tilsvarende operativt anordnet inne i turbomaskinen, og en innretning for rotasjon operativt koblet til skaftet. Turbomaskinen er særpreget ved at den omfatter: minst en impeller av en blandet strømning type, impelleren har et innløp og et utløp, innløpet er nærmere en rotasjonsakse enn utløpet, og The purpose is achieved by providing a turbomachine for increasing the pressure in a fluid or a mixture of fluids, comprising an inlet and an outlet, a casing, a rotatable shaft arranged inside the casing, diffusers or equivalent operatively arranged inside the turbomachine, and a device for rotation operatively connected to the shaft. The turbo machine is characterized in that it comprises: at least one impeller of a mixed flow type, the impeller has an inlet and an outlet, the inlet is closer to an axis of rotation than the outlet, and

minst en ytterligere impeller anordnet på et felles eller operativt koblet skaft, valgt blant gruppen bestående av aksialimpellere anordnet oppstrøms blandet strømning type impelleren og radialimpellere anordnet nedtrøms blandet strømning type impelleren. at least one further impeller arranged on a common or operatively connected shaft, selected from the group consisting of axial impellers arranged upstream of the mixed flow type impeller and radial impellers arranged downstream of the mixed flow type impeller.

I sin enkleste form omfatter turbomaksinen ifølge oppfinnelsen en impeller av sann blandet strømning type på et roterbart skaft i en kapsling eller et hus, og en av de ytterligere impellere. Impelleren er en sann blandet strømning type impeller dersom alle strømningspartikler eller hele fluidstrømmen følger en strømningsvei med både en radial og en aksial komponent., fra innløpet til utløpet, hvilket i denne sammenheng er definert ved å ha innløpet nærmere en rotasjonsakse enn utløpet, fortrinnsvis er hele innløpet nærmere rotasjonsaksen enn utløpet. Følgelig er den indre del av utløpet fortrinnsvis utenfor den ytre del av innløpet, målt fra rotasjonsaksen. Og utløpet er lengre nedover langs rotasjonsaksen enn innløpet for en blandet strømning type impeller. For aksialimpellere har stømningspartiklene kun en aksialkomponent langs strømningsveien for minst en del av strømningsveien, mens for radialimpellere har strømningspartiklene kun en radial komponent for minst en del av strømningsveien. In its simplest form, the turbomaxine according to the invention comprises an impeller of true mixed flow type on a rotatable shaft in an enclosure or housing, and one of the further impellers. The impeller is a true mixed flow type of impeller if all flow particles or the entire fluid flow follows a flow path with both a radial and an axial component, from the inlet to the outlet, which in this context is defined by having the inlet closer to a rotation axis than the outlet, preferably the entire inlet closer to the axis of rotation than the outlet. Accordingly, the inner part of the outlet is preferably outside the outer part of the inlet, measured from the axis of rotation. And the outlet is further down the axis of rotation than the inlet for a mixed flow type impeller. For axial impellers, the flow particles only have an axial component along the flow path for at least part of the flow path, while for radial impellers, the flow particles only have a radial component for at least part of the flow path.

Turbomaskiner eller flerfasepumper ifølge oppfinnelsen omfatter en impeller av sann blandet strømning type, i kombinasjoner som ikke tidligere er kjent, med en eller flere yterligere impellere. Nærmere bestemt er det anordnet i turbomaskinene, langs veien for fluidstrøm fra innløp til utløp: er en eller flere aksialimpellere, fulgt av en eller flere blandet strømning type impellere, fulgt av en eller flare radialimpellere, hvilken utførelse er fordelaktig for høye til moderate gasvolumfraksjoner (GVF) og høyt trykkbehov. Alternativt er det anordnet, langs veien for fluidstrøm fra innløp til utløp: en eller flere aksialimpellere, fulgt av en eller flere blandet strømning type impellere, hvilken utførelse er mest fordelaktig for meget høye gass volumfraksj oner. Alternativt er det anordnet, langs veien for fluidstrøm fra innløp til utløp: en eller flere blandet strømning type impellere, fulgt av en eller flere radialimpellere, hvilken utførelse er fordelaktig for moderate gassvolumfraksjoner og høyt trykkbehov. Begrepet en eller flere dekker ethvert heltall fra en til så mange som nødvendig for å levere det ønskede trykk eller den ønskede gasskompresjon, slik som 1 til 5, 10 eller 15. Følgelig er turbomaskinene ifølge oppfinnelsen i stand til, under vann og/eller nede i borehull, å pumpe og komprimere en væske/gass fluidblanding ved meget høy GVF til et meget høyt trykk. Turbomachines or multiphase pumps according to the invention comprise an impeller of true mixed flow type, in combinations not previously known, with one or more additional impellers. More specifically, it is arranged in the turbomachines, along the path of fluid flow from inlet to outlet: is one or more axial impellers, followed by one or more mixed flow type impellers, followed by one or flare radial impellers, which design is advantageous for high to moderate gas volume fractions ( GVF) and high pressure demand. Alternatively, there is arranged, along the path of fluid flow from inlet to outlet: one or more axial impellers, followed by one or more mixed flow type impellers, which design is most advantageous for very high gas volume fractions. Alternatively, there is arranged, along the path of fluid flow from inlet to outlet: one or more mixed flow type impellers, followed by one or more radial impellers, which design is advantageous for moderate gas volume fractions and high pressure requirements. The term one or more covers any integer from one to as many as necessary to deliver the desired pressure or gas compression, such as 1 to 5, 10 or 15. Accordingly, the turbomachines of the invention are capable of, underwater and/or down in boreholes, to pump and compress a liquid/gas fluid mixture at very high GVF to a very high pressure.

Turbomaskinen inkluderer fortrinnsvis flere impellere, fortrinnsvis også av ytterligere eller andre typer og med hensiktsmessige diffusere eller tilsvarende anordnet mellom trinnene for å omvandle den kinetiske energi til trykk. Diffuserne eller tilsvarende kan være en del av kapslingen eller huset eller anordnes på skaftet mellom trinnene eller impellerne, i form av diffusere, statorer, rektifikatorer, adjustere eller volutkamre eller andre kjente innretninger. Skaftet kan være delt i flere avtakbare og derved utskiftbare deler, fortrinnsvis koaksialt koblet. Kapslingen kan være delt i flere deler, også indre og ytre deler. Innretningen for rotasjon er for eksempel en motor av enhver hensiktsmessig type. Konseptet med å ha aksialimpellere anordnet oppstrøms blandet strømning impellere og radialimpellere anordnet nedstrøms blandet strømning type impellere har å gjøre med toleransen for å håndtere gass og kapasiteten for å levere høyt trykk og høy strømningsmengde pålitelig. Nærmere bestemt kan aksialimpellere tolerere mer gass men levere lavere trykk mens radialimpellere kan tolerere mindre gass men levere høyere trykk. Følgelig kan høy toleranse for gass oppnås og høyt trykk oppnås, ettersom gassen suksessivt kan komprimeres og gass volumfraksj onen kan suksessivt reduseres til et nivå som kan håndteres effektivt av det neste trinn eller den neste impeller. The turbo machine preferably includes several impellers, preferably also of additional or other types and with appropriate diffusers or similarly arranged between the stages to convert the kinetic energy into pressure. The diffusers or similar can be part of the enclosure or housing or arranged on the shaft between the steps or impellers, in the form of diffusers, stators, rectifiers, adjusters or volute chambers or other known devices. The shaft can be divided into several removable and thereby replaceable parts, preferably coaxially connected. The enclosure can be divided into several parts, including inner and outer parts. The device for rotation is, for example, a motor of any suitable type. The concept of having axial impellers arranged upstream mixed flow impellers and radial impellers arranged downstream mixed flow type impellers has to do with the tolerance to handle gas and the capacity to deliver high pressure and high flow rate reliably. Specifically, axial impellers can tolerate more gas but deliver lower pressure, while radial impellers can tolerate less gas but deliver higher pressure. Consequently, high gas tolerance can be achieved and high pressure can be achieved, as the gas can be successively compressed and the gas volume fraction can be successively reduced to a level that can be efficiently handled by the next stage or the next impeller.

Fortrinnsvis er blandet strøm type impelleren av en bestemt utforming som er fordelaktig for å tolerere gass, og fortrinnsvis er ett eller flere trekk som forbedrer toleransen for gass innbefattet i noen eller alle impellere, særlig ledende eller oppstrøms impellere som opereres ved de høyeste gassvolumfraksjoner. Preferably, the mixed flow type impeller is of a particular design advantageous for tolerating gas, and preferably one or more features that improve gas tolerance are included in some or all of the impellers, particularly leading or upstream impellers operating at the highest gas volume fractions.

Turbomaskinen, som omfatter impellere med impellerblader, omfatter med fordel fluid passasjeveier anordnet for fluidmessig sammenkobling av trykksiden av et blad med lesiden av et blad, for å ha reblanding av gass og væske, idet fluid passasjeveiene fortrinnsvis er valgt blant perforeringer anordnet nær eller ved den indre kant eller ende av bladene, gap mellom bladet eller shrouden (shroud - hylse med blader, festet utenpå nav/hub/aksel) og en hub eller skaft, og fluid passasjeveier anordnet i hubben eller skaftet. Fortrinnsvis omfatter en eller flere impellere, særlig impellere av blandet strømning type, en hub anordnet på eller integrert med skaftet og en shroud med blader anordnet på utsiden av hubben rundt periferien på og mot innløpssiden av hub og impeller, et gap er anordnet mellom hubben og shrouden, gapet er dannet mellom den indre overflate av shrouden og den ytre overflate på hubben, fra innløpssiden på impelleren, gapet har fortrinnsvis form som et sylindrisk eller konisk skall eller et skruelinjeformet bånd. The turbomachine, which comprises impellers with impeller blades, advantageously comprises fluid passageways arranged for fluidly connecting the pressure side of a blade with the discharge side of a blade, in order to have remixing of gas and liquid, the fluid passageways preferably being selected from perforations arranged near or at the inner edge or end of the blades, gap between the blade or shroud (shroud - sleeve with blades, attached to the outside of the hub/hub/shaft) and a hub or shaft, and fluid passage ways arranged in the hub or shaft. Preferably, one or more impellers, in particular impellers of the mixed flow type, comprise a hub arranged on or integrated with the shaft and a shroud with blades arranged on the outside of the hub around the periphery of and towards the inlet side of the hub and impeller, a gap is arranged between the hub and the shroud, the gap is formed between the inner surface of the shroud and the outer surface of the hub, from the inlet side of the impeller, the gap is preferably shaped like a cylindrical or conical shell or a helical band.

Med fordel er minst noen impellerblader perforert, og for impellere med flere blader eller trykksatte volum mellom bladene er perforeringene ikke koaksiale som sett parallelt langs skaftet. Med fordel er impellerbladene perforert for et antall blader, perforeringene er ikke koaksiale, som sett langs en sirkel som krysser bladene, hvor sirkelen er koaksial med og vinkelrett til rotasjonsaksen. Nevnte ikke-koaksiale anordninger vil forbedreTeblandingen av gass med væske siden suksessive lommer av gass mellom bladene kan unngås ved å anordne perforeringne således at "nabo"-gasslommer elimineres. Videre har minst noen impellere med fordel blader med en klaring mellom bladene ved et parti nær skaftet, som sett parallelt med skaftet, fortrinnsvis har klaringen, som sett langs en linje parallelt med skaftet, i hovedsak form som et triangel med liten toppvinkel, og klaringen representerer en fluid lekkasjevei for fluid for reblanding av gass og væske. Advantageously, at least some impeller blades are perforated, and for impellers with several blades or pressurized volume between the blades, the perforations are not coaxial as seen parallel along the shaft. Advantageously, the impeller blades are perforated for a number of blades, the perforations being non-coaxial, as seen along a circle crossing the blades, the circle being coaxial with and perpendicular to the axis of rotation. Said non-coaxial devices will improve the mixing of gas with liquid since successive pockets of gas between the blades can be avoided by arranging the perforations so as to eliminate "neighboring" gas pockets. Furthermore, at least some impellers advantageously have blades with a clearance between the blades at a portion close to the shaft, as seen parallel to the shaft, preferably the clearance, as seen along a line parallel to the shaft, is substantially shaped like a triangle with a small apex angle, and the clearance represents a fluid leakage path for fluid for recombination of gas and liquid.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en impeller for anvendelse i en turbomaskin for å øke trykket av et fluid eller en fluidblanding, særlig anvendbar i en turbomaskin ifølge oppfinnelsen. Impelleren omfatter minst ett blad og er særpreget ved at den omfatter minst en fluid passasjevei som fluidmessig kobler trykksiden av bladet med lesiden av bladet, fortrinnsvis gjennom bladet eller rundt den indre kant eller ende av bladet. Fluid passasjeveien er fortrinnsvis valgt blant perforeringer anordnet nær eller ved den indre kant eller ende av bladet, slik som innenfor en bredde av bladet fra den indre kant eller ende av bladet, gap mellom bladet eller shrouden og en hub eller skaft, og fluid passasjeveier anordnet i hubben eller skaftet. Impellerbladene er med fordel perforerte for et antall blader, fortrinnsvis er perforeringene ikke koaksiale verken som sett langs en sirkel som krysser bladene, idet sirkelen er koaksial med og vinkelrett på rotasjonsaksen, eller som sett langs en akse parallell med skaftet. The invention also provides an impeller for use in a turbomachine to increase the pressure of a fluid or a fluid mixture, particularly usable in a turbomachine according to the invention. The impeller comprises at least one blade and is characterized by the fact that it comprises at least one fluid passageway which fluidly connects the pressure side of the blade with the lee side of the blade, preferably through the blade or around the inner edge or end of the blade. The fluid passageway is preferably selected from perforations arranged near or at the inner edge or end of the blade, such as within a width of the blade from the inner edge or end of the blade, gaps between the blade or shroud and a hub or shaft, and fluid passageways arranged in the hub or shaft. The impeller blades are advantageously perforated for a number of blades, preferably the perforations are not coaxial either as seen along a circle crossing the blades, the circle being coaxial with and perpendicular to the axis of rotation, or as seen along an axis parallel to the shaft.

I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er impelleren av en blandet strømning type, særpreget ved at den omfater: at den omfatter In a preferred embodiment of the invention, the impeller is of a mixed flow type, characterized in that it includes: that it includes

et innløp og et utløp, innløpet er nærmere en rotasjonsakse enn utløpet; an inlet and an outlet, the inlet being closer to an axis of rotation than the outlet;

en hub anordnet på eller integrert med et skaft, og en shroud med blader anordnet på utsiden av hubben rundt omkretsen derav, og et gap anordnet mellom hubben og shrouden. Gapet er fortrinnsvis dannet mellom den indre overflate på shrouden og den ytre overflate på hubben, fra innløpssiden av impelleren, gapet har fortrinnsvis form som et sylindrisk eller konisk skall eller skruelinjeformet bånd. Gapet representerer en a hub disposed on or integral with a shaft, and a bladed shroud disposed on the outside of the hub around the circumference thereof, and a gap disposed between the hub and the shroud. The gap is preferably formed between the inner surface of the shroud and the outer surface of the hub, from the inlet side of the impeller, the gap is preferably shaped like a cylindrical or conical shell or helical band. The gap represents a

fluid lekkasjevei for reblanding av gass og væske. Fortrinnsvis er hele innløpet nærmere en rotasjonsakse enn utløpet. Følgelig strømmer med fordel alle strømningspartiklene eller alt fluidet ut fra utløpet lengre bort fra rotasjonsaksen enn innløpet. Vinkelen for strømningen er fortrinnsvis aksial (dvs. parallelle med skaftet) for innløpet og omkring 10° til 70° fra aksialen for utløpet. Strømningspartiklene kan bli sett på som et fluidmolekyl eller en partikkel som definerer en strømningsbane ettersom det strømmer gjennom impelleren i drift. Hubben er fortrinnsvis konisk og bredest ved nedstrømssiden eller bakre side side, hvilket muliggjør enkel innfesting av shrouden ved nedstrømssiden eller bakre del av hubben med gjenger eller på annen hensiktsmessig måte, mens gapet dannes mellom grenseflatene mot oppstrømssiden, hvilken utforming også foretrekkes for de ytterligere impellere. fluid leakage path for recombination of gas and liquid. Preferably, the entire inlet is closer to an axis of rotation than the outlet. Consequently, all the flow particles or all the fluid flow from the outlet further away from the axis of rotation than the inlet. The angle of flow is preferably axial (ie parallel to the shaft) for the inlet and about 10° to 70° from axial for the outlet. The flow particles can be viewed as a fluid molecule or particle that defines a flow path as it flows through the impeller in operation. The hub is preferably conical and widest at the downstream side or rear side side, which enables easy attachment of the shroud at the downstream side or rear part of the hub with threads or in another appropriate way, while the gap is formed between the interfaces towards the upstream side, which design is also preferred for the additional impellers .

Fortrinnsvis har alle impellerblader en klaring mellom bladene og delen derav nærmest skaftet, for at antall impellere, som sett parallelt med skaftet, i hovedsak har klaringen form som en trekant med liten toppvinkel. Preferably, all impeller blades have a clearance between the blades and the part thereof closest to the shaft, so that the number of impellers, as seen parallel to the shaft, essentially has the clearance in the shape of a triangle with a small apex angle.

Enhver operativ kombinasjon av turbomaskinen ifølge oppfinnelsen, som defiinert i de uavhengige krav, med trekk nevnt elle illustretrt i dette dokument, er en del av oppfinnelsen. Enhver operativ kombinasjon av impelleren ifølge oppfinnelsen, som definert i respektivt uavhengig krav, med trekk nevnt eller illustrert i dette dokument, er en del av oppfinnelsen. Any operational combination of the turbo machine according to the invention, as defined in the independent claims, with features mentioned or illustrated in this document, is part of the invention. Any operative combination of the impeller according to the invention, as defined in the respective independent claim, with features mentioned or illustrated in this document, is part of the invention.

Figurer Figures

Den foreliggende oppfinnelse er illustrert med syv figurer, hvorav: The present invention is illustrated with seven figures, of which:

Figur 1 illustrerer en turbomaskin ifølge den foreliggende oppfinnelse, Figure 1 illustrates a turbo machine according to the present invention,

Figur 2 illustrerer en utterligere turbomaskin ifølge oppfinelsen, Figure 2 illustrates an additional turbo machine according to the invention,

Figur 3 illustrerer en impeller ifølge oppfinelsen, Figure 3 illustrates an impeller according to the invention,

Figur 4 illustrerer sammenlignende strømningsdata gjennom impellere ifølge oppfinnelsen og ikke ifølge oppfinnelsen, Figur 5 illustrerer sammenlignende strømningsdata gjennom impellere ifølge oppfinnelsen og ikke ifølge oppfinnelsen, Figur 6 illustrerer strømningsdata gjennom en impeller som ikke er ifølge oppfinnelsen, og Figure 4 illustrates comparative flow data through impellers according to the invention and not according to the invention, Figure 5 illustrates comparative flow data through impellers according to the invention and not according to the invention, Figure 6 illustrates flow data through an impeller not according to the invention, and

Figur 7 illustrerer strømningsdata gjennom en impeller ifølge oppfinnelsen. Figure 7 illustrates flow data through an impeller according to the invention.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det henvises til Fig. 1 som illustrerer en utførelse av en turbomaskin 1 i henhold til oppfinnelsen. Nærmere bestemt omfatter turbomaskinen 1 et innløp 2 og et utløp 3, en kapsling 4 og en dreibar aksel 5 anordnet i kapslingen, diffusere 6 eller lignende operativt anordnet i turbomaskinen, og en innretning 7 for rotasjon operativt koblet til akselen. Den illustrerte turbomaskin omfatter tre impellere 8 av en blandet strømning type anordnet på akselen, hvilke impellere har et innløp og et utløp, innløpet er nærmere en rotasjonsakse enn utløpet; tre aksialimpellere 9 anordnet oppstrøms for blandet strømning type impellerne og tre radialimpellere 10 anordnet nedstrøms for de blandede strømning type impellere. Reference is made to Fig. 1 which illustrates an embodiment of a turbo machine 1 according to the invention. More specifically, the turbomachine 1 comprises an inlet 2 and an outlet 3, an enclosure 4 and a rotatable shaft 5 arranged in the enclosure, diffusers 6 or similar operatively arranged in the turbomachine, and a device 7 for rotation operatively connected to the shaft. The illustrated turbomachine comprises three impellers 8 of a mixed flow type arranged on the shaft, which impellers have an inlet and an outlet, the inlet being closer to an axis of rotation than the outlet; three axial impellers 9 arranged upstream of the mixed flow type impellers and three radial impellers 10 arranged downstream of the mixed flow type impellers.

Det vises til Fig. 2 som illustrerer en ytterligere turbomaskin 1 ifølge oppfinnelsen, nærmere bestemt et lengdesnitt derav. De samme referansenumre som brukes i Fig. 1 er brukt for identiske eller lignende trekk også i Figur 2. Turbomaskinen vist på Figur 2 omfatter to impellere 8 av blandet strømning type, anordnet på akselen mot innløpet 2, og syv radialimpellere 10. Radialimpellerne 10 er fra venstre til høyre tre impellere, deretter ledes strømingen til radialimpelleren helt på enden av akselen, hvorfra strømningen suksessivt ledes gjennom de resterende radialimpellere tilbake langs akselen, til den aller siste impelleren nedenfor utløpet 3. Denne anordningen forbedrer stabiliteten i turbomaskinen ved å balansere ut aksialkrefter. For klarhet er bare noen av diffuserne referert til numerisk. Strømningen er ikke mulig å følge hele veien på et 2D-snitt, men en 3D-animasjon eller et stort antall påfølgende snitt vil medføre at strømningsveien kan følges gjennom hele maskinen. Anordningen for rotasjon er ikke spesielt relevant i denne sammenheng og er kjent per se, og er ikke illustrert. Diffuserne, lagre, pakninger og andre trekk er ikke spesielt relevant i denne sammenheng heller, og er også kjent per se, og blir derfor ikke drøftet nærmere. Reference is made to Fig. 2 which illustrates a further turbomachine 1 according to the invention, more specifically a longitudinal section thereof. The same reference numbers used in Fig. 1 are used for identical or similar features also in Figure 2. The turbo machine shown in Figure 2 comprises two impellers 8 of mixed flow type, arranged on the shaft towards the inlet 2, and seven radial impellers 10. The radial impellers 10 are from left to right three impellers, then the flow is directed to the radial impeller at the very end of the shaft, from where the flow is successively directed through the remaining radial impellers back along the shaft, to the very last impeller below outlet 3. This arrangement improves the stability of the turbomachine by balancing out axial forces . For clarity, only some of the diffusers are referenced numerically. It is not possible to follow the flow all the way on a 2D section, but a 3D animation or a large number of consecutive sections will mean that the flow path can be followed through the entire machine. The device for rotation is not particularly relevant in this context and is known per se, and is not illustrated. The diffusers, bearings, gaskets and other features are not particularly relevant in this context either, and are also known per se, and are therefore not discussed further.

Det vises til fig. 3 som illustrerer en impeller ifølge oppfinnelsen, mer spesifikt et lengdesnitt av en blandet strømning type impeller 8. Impelleren omfatter et innløp 11 og et utløp 12, innløpet er nærmere en rotasjonsakse, angitt med en stiplet linje, enn utløpet. En hub 13 er anordnet på eller integrert med en aksel, og en shroud 14 med blader er anordnet på hubben, på utsiden rundt periferien og vendt mot innløpsiden av impelleren. Et gap 15 eller en slisse er tilveiebrakt mellom hubben og shrouden. Reference is made to fig. 3 which illustrates an impeller according to the invention, more specifically a longitudinal section of a mixed flow type impeller 8. The impeller comprises an inlet 11 and an outlet 12, the inlet being closer to an axis of rotation, indicated by a dashed line, than the outlet. A hub 13 is arranged on or integrated with a shaft, and a shroud 14 with blades is arranged on the hub, on the outside around the periphery and facing the inlet side of the impeller. A gap 15 or slot is provided between the hub and the shroud.

Videre vises det til Figurene 4 og 5, hvilke illustrerer trykkhøyde og effektivitet ved 100% og 120% av BEP (Beste Virkningsgrad Punkt), henholdsvis med og uten en væske passasje i form av et gap (hub-blad klaring), som funksjon av GVF (Gass Volumfraksjon) ved pumpeinnløpet. Linjene er merket med "diamant" symbolene representerer trykkhøyde (hodet) H og markert med trekanter representerer virkningsgrad Eta. De stiplede linjene representerer data for en impeller i henhold til oppfinnelsen, med et hub gap. De heltrukne linjene er for en identisk impeller utenfor oppfinnelsen, uten et hub gap. En økning i trykkhøyden er generert for GVF mellom 5 og 40% til 100% av BEP. En meget betydelig økning i trykkhøyden er generert for GVF over ca 5% ved 120% av BEP. Dette illustrerer en del av den tekniske effekten av oppfinnelsen. Furthermore, reference is made to Figures 4 and 5, which illustrate pressure head and efficiency at 100% and 120% of BEP (Best Efficiency Point), respectively with and without a liquid passage in the form of a gap (hub-blade clearance), as a function of GVF (Gas Volume Fraction) at the pump inlet. The lines are marked with "diamonds", the symbols represent pressure head (head) H and those marked with triangles represent efficiency Eta. The dashed lines represent data for an impeller according to the invention, with a hub gap. The solid lines are for an identical impeller outside the invention, without a hub gap. An increase in pressure head is generated for GVF between 5 and 40% to 100% of BEP. A very significant increase in the pressure head is generated for GVF above about 5% at 120% of BEP. This illustrates part of the technical effect of the invention.

Videre vises det til Figurene 6 og 7, hvilke illustrerer akkumulert gass volum fraksjon i et tverrsnitt i midten av strømningsveien, med og uten et gap, henholdsvis. Gassvolum fraksjon er illustrert med en grå skala, jo mørkere tone jo høyere GVF. I Figur 6, uten gap og ikke ifølge oppfinnelsen, er den høyeste GVF i hjørnet mellom navet/hubben og bladet. I figur 7, med et gap og i henhold til oppfinnelsen, er det tydelig illustrert hvordan, på grunn av gapet, gass er blitt distribuert eller remikset, og trykket siden av bladet er praktisk talt fri for akkumulert gass eller luft, hvilket antas å være avgjørende for en god virkningsgrad. På figurene er bladet svakt hellende fra det horisontale og nesten parallelt til Y-aksen, mens navet eller hubben er på venstre side, med ca 45 helning fra bladet. Furthermore, reference is made to Figures 6 and 7, which illustrate accumulated gas volume fraction in a cross-section in the middle of the flow path, with and without a gap, respectively. Gas volume fraction is illustrated with a gray scale, the darker the tone the higher the GVF. In Figure 6, without a gap and not according to the invention, the highest GVF is in the corner between the hub/hub and the blade. In Figure 7, with a gap and according to the invention, it is clearly illustrated how, due to the gap, gas has been distributed or remixed, and the pressure side of the blade is practically free of accumulated gas or air, which is assumed to be crucial for a good degree of efficiency. In the figures, the blade is slightly inclined from the horizontal and almost parallel to the Y axis, while the hub or hub is on the left side, with an inclination of about 45 from the blade.

Claims

1. Turbomachine (1) for increasing the pressure of a fluid or a mixture of fluids, comprising an inlet (2) and an outlet (3), a casing (4), a rotatable shaft (5) arranged inside the casing, diffusers (6 ) or similarly operatively arranged inside the turbo machine, a device (7) for rotation operatively connected to the shaft, and at least one impeller (8, 9, 10) for increasing the pressure of a fluid or a mixture of fluids, the impeller comprising at least one blade, characterized in that the turbomachine comprises at least one impeller blade with an opening (15) through or around the impeller blade, close to the inner end of the blade, the hub or the shaft and transversely between main flow paths, so that mainly gas flows through the opening.

2. Turbo machine (1) according to claim 1, characterized in that the opening (15) is selected from perforations arranged near or at the inner edge or end of the blade, within one blade width from the inner edge of the blade, gap (15) between the blade or a sheath with blade and a hub or shaft, and apertures provided in the hub or shaft.

3. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that one or more impellers comprise a hub arranged on or integrated with the shaft and a sheath with blades arranged on the outside of the hub around its circumference and a gap (15) is arranged between the hub and the blades of the sheath.

4. Turbo machine according to one of claims 1-3, characterized in that along the path of fluid flow from inlet to outlet: one or more axial impellers are arranged, followed by one or more mixed flow type impellers, followed by

5. Turbo machine according to one of claims 1-3, characterized in that along the path of fluid flow from inlet to outlet: one or more axial impellers are arranged, followed by one or more mixed flow type impellers.

6. Turbo machine according to one of claims 1-3, characterized in that along the path of fluid flow from inlet to outlet: one or more mixed flow type impellers are arranged, followed by one or more radial impellers.

7. Turbo machine according to claim 1 or 2, characterized in that at least some impeller blades are perforated, and for impellers with several blades, the perforations for neighboring blades are not coaxial as seen parallel along the axis.

8. Turbo machine according to one of claims 1, 2 or 7, characterized in that the impeller blades are perforated for a number of blades, and for impellers with several blades, perforations for neighboring blades are not on the same rotation circle around the shaft.

9. Turbo machine according to one of claims 1-8, characterized in that at least some impellers have blades with a clearance between the blades at a part close to the shaft, preferably the clearance for neighboring blades, as seen along a line parallel to the shaft, essentially has the shape of a triangle with small top angle.

10. Impeller (8, 9, 10) for use in a turbo machine (1) to increase the pressure of a fluid or a mixture of fluids, the impeller comprising at least one blade, characterized in that it comprises at least one opening (15) which disconnects the pressure side from a blade with the lee side of the blade, the opening being arranged so that gas and liquid are re-mixed by essentially gas flowing through the flow path.

11. Impeller according to claim 10, characterized in that the opening (15) is selected from perforations arranged near or at the inner edge or end of the blades, within a blade width from the inner edge of the blade, gap (15) between the blade or a sheath and a hub or shaft, and openings provided in the hub or shaft.

12. Impeller according to claim 10, characterized in that it comprises an inlet and an outlet, the inlet being closer to an axis of rotation than the outlet, a hub provided on or integral with a shaft and a sheath of blades provided on the outside of the hub around the circumference thereof, and a gap (15) arranged between the hub and the blades of the sheath.

13. Impeller according to claim 12, characterized in that the gap (15) is formed between the inner edge of the blade of the casing and the outer surface of the hub, from the inlet side of the impeller.

14. Impeller according to one of claims 10 - 13, characterized in that for impellers with several blades, the impeller blades are perforated for a number of blades, preferably the perforations for neighboring blades are not coaxial as seen along an axis parallel to the shaft, and perforations for neighboring blades are not on the same circle of rotation around the axle.