專(zhuān)利名稱(chēng)：具有混流級(jí)的渦輪機(jī)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開(kāi)的主題的實(shí)施例主要涉及方法和系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于泵送/ 壓縮多相流體的機(jī)構(gòu)和技術(shù)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去數(shù)年間，隨著化石燃料價(jià)格的升高，對(duì)開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)領(lǐng)域的關(guān)注日益增加。 岸上或離岸的鉆探引發(fā)了各種問(wèn)題。一個(gè)這樣的問(wèn)題是，出自油井的石油流體至少包括第一組分和第二組分。第一組分可為氣體，而第二組分可為液體。此外，氣體組分可能不會(huì)溶解和/或混合到液體組分中。因此，石油流體為多相流體。然而，為了從油井提取石油流體或?yàn)榱藢⑵溲毓苈份斔?，在本行業(yè)中使用了泵和壓縮機(jī)。泵通常用于輸送液體，而壓縮機(jī)用于輸送氣體。出于這些原因，泵設(shè)計(jì)成對(duì)于液體有效，而壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成對(duì)于氣體有效。由于氣體和液體的成分不同以及應(yīng)用于這些流體的物理定律不同，故泵當(dāng)氣體存在于混合物中時(shí)便不高效，而壓縮機(jī)當(dāng)液體存在于混合物中時(shí)也不高效。因此，為了處理多相流體(例如，至少包括氣體組分和液體組分的流體)，通常使用串聯(lián)連接的各種泵。在此方面，美國(guó)專(zhuān)利No. 5，961，282(其全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文中)公開(kāi)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括經(jīng)由連接部分連接到離心泵上的軸流泵。軸流泵如其名稱(chēng)所暗示的那樣，將能量或壓力給予沿泵的軸向方向行進(jìn)的液體。 為了說(shuō)明，圖1示出了具有殼體12的軸向泵10，在殼體12中，定子部分14構(gòu)造成圍繞軸 16提供和用以使引入液體偏轉(zhuǎn)。葉輪18構(gòu)造成用以與軸16 —起旋轉(zhuǎn)以及用以引導(dǎo)加速的液體。如果軸16認(rèn)作是沿軸線Z延伸，則離開(kāi)葉輪18的液體大致具有沿軸線Z的速度ν。 離開(kāi)葉輪的液體大致沿軸線Z移動(dòng)的這種特性決定了泵為軸流泵，也即輸出液體沿泵的軸線流動(dòng)。另一方面，離心泵使離開(kāi)葉輪的液體從泵的軸線大致沿徑向流動(dòng)，如圖2中所示。 圖2示出了離心泵20，在其中液體以速度ν從處于Z上的泵軸線徑向地沿軸線X輸出。液體示為沿箭頭A在入口 22處進(jìn)入。轉(zhuǎn)到美國(guó)專(zhuān)利No. 5，961，觀2，該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了使用具有軸向泵32和離心泵34 的系統(tǒng)30 (參見(jiàn)圖3，其對(duì)應(yīng)于美國(guó)專(zhuān)利No. 5，961，282的圖2B)。流體進(jìn)入入口 36，且通過(guò)提供在定子部分38后方的葉輪起作用。在穿過(guò)軸向泵32之后，當(dāng)流體具有大致平行于軸40的速度時(shí)，固定到殼體44上的調(diào)整器42用于使引入的流體偏離，以便以大致垂直于軸40的速度進(jìn)入離心泵34的通道46 (輸入)。離心泵34的葉片48還將能量或壓力給予液體，且還沿垂直于泵軸線的方向X改變流動(dòng)方向。利用上述參考文件和其它參考文獻(xiàn)的方法，石油流出物例如通過(guò)使用泵系統(tǒng)從油井底部輸送至地面，該泵系統(tǒng)包括由一組徑向型后級(jí)(離心級(jí))輔助的一組螺旋軸向型前級(jí)。兩組級(jí)可在相同軸線上疊置。在沒(méi)有氣相的情況下，離心級(jí)能夠高效地僅泵送單相液體。一旦測(cè)量氣相與液相的體積率比例的氣體體積分?jǐn)?shù)(GVF)超過(guò)若干百分比，則常規(guī)離心級(jí)的性能便會(huì)劣化和妨礙泵的安全操作。為了避免此問(wèn)題，GVF通過(guò)一組軸向級(jí)(例如，用于前級(jí)的螺旋軸向級(jí)) 以及用于末級(jí)的徑向級(jí)而減小。前組的螺旋軸向級(jí)容許高GVF，且它們?cè)诘竭_(dá)以較低GVF操作的末組的徑向級(jí)之前，能夠通過(guò)適中的壓力升高來(lái)逐漸地減小GVF。第一組螺旋軸向級(jí)能夠處理大的GVF，但以每級(jí)壓力升高的減小為代價(jià)。這種解決方案需要增加總體級(jí)數(shù)來(lái)達(dá)到所期望的排出壓力，而這導(dǎo)致重量、軸長(zhǎng)度和成本的增加。此外，期望的是提供優(yōu)于上述系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，存在一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，該多相流體至少包括液相和氣相。渦輪機(jī)包括具有入口和出口的殼體；軸向級(jí)部分，其包括至少一個(gè)軸向級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由入口接收多相流體和用以壓縮多相液體的氣相；混流級(jí)部分，其包括流體地連接到軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)；離心級(jí)部分，其包括流體地連接到混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由出口輸出多相流體；以及軸，其連接軸向級(jí)部分、混流級(jí)部分和離心級(jí)部分。軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至5°之間的值的角所限定，混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有80°至90°之間的值的角所限定。根據(jù)又一示例性實(shí)施例，存在一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，該多相流體至少包括液相和氣相。渦輪機(jī)包括具有入口和出口的殼體；軸向級(jí)部分，其包括至少一個(gè)軸向級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由入口接收多相流體和用以壓縮多相液體的氣相；混流級(jí)部分， 其包括流體地連接到軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)，且構(gòu)造成用以在出口處輸出多相流體；以及軸，其連接軸向級(jí)部分和混流級(jí)部分。軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至5°之間的值的角所限定，以及混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定。根據(jù)又一示例性實(shí)施例，存在一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，該多相流體至少包括液相和氣相。渦輪機(jī)包括具有入口和出口的殼體；混流級(jí)部分，其包括流體地連接到入口上的至少一個(gè)混流級(jí)；離心級(jí)部分，其包括流體地連接到混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由出口輸出多相流體；以及軸，其連接混流級(jí)部分和離心級(jí)部分?；炝骷?jí)由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有 80°至90°之間的值的角所限定。根據(jù)又一示例性實(shí)施例，存在一種將能量給予多相流體的方法，該多相流體至少包括液相和氣相。該方法包括將軸向級(jí)部分按此順序流體地連接到混流級(jí)和離心級(jí)部分上的步驟；將軸向級(jí)部分、混流級(jí)部分和離心級(jí)部分提供到具有入口和出口的殼體中的步驟； 以及將軸向級(jí)部分的軸向葉輪、混流級(jí)部分的混流葉輪和離心級(jí)部分的離心葉輪連接到軸上的步驟。軸向級(jí)部分由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至 5°之間的值的角所限定，混流級(jí)部分由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有80°至90°之間的值的角所限定。


并入說(shuō)明書(shū)中且組成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，且結(jié)合說(shuō)明一起來(lái)闡述這些實(shí)施例。在附圖中圖1為常規(guī)軸向泵的簡(jiǎn)圖；圖2為常規(guī)離心泵的簡(jiǎn)圖；圖3為包括軸向泵和緊接的離心泵的系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖4為來(lái)自于葉輪的氣流與葉輪旋轉(zhuǎn)軸線之間的角的簡(jiǎn)圖；圖5為示出氣體體積分?jǐn)?shù)對(duì)包括各種類(lèi)型級(jí)的渦輪機(jī)的級(jí)數(shù)的變化的圖表；圖6為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由各種級(jí)實(shí)現(xiàn)的隨流過(guò)渦輪機(jī)的流體GVF而變化的壓力上升的圖表；圖7為具有各種類(lèi)型的級(jí)的渦輪機(jī)的簡(jiǎn)圖；圖8為具有各種類(lèi)型的級(jí)的渦輪機(jī)的另一簡(jiǎn)圖；以及圖9為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的將能量給予多相流體的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)示例性實(shí)施例的如下描述參照了附圖。不同圖中的相同標(biāo)號(hào)表示相同或相似的元件。如下詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下實(shí)施例將關(guān)于軸向泵和離心泵的術(shù)語(yǔ)和結(jié)構(gòu)來(lái)描述。然而，下文所述的實(shí)施例并不限于這些泵，而是可應(yīng)用于其它系統(tǒng)，例如，壓縮機(jī)或其它渦輪機(jī)
整個(gè)說(shuō)明書(shū)所提及的"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"意指結(jié)合實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)包括在所公開(kāi)的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，出現(xiàn)在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中多個(gè)位置的短語(yǔ)〃在一個(gè)實(shí)施例中〃或〃在實(shí)施例中〃并非必然地指代同一實(shí)施例。此外， 具體的特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可以任何適合的方式結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。根據(jù)示例性實(shí)施例，渦輪機(jī)包括不同類(lèi)型的一組葉輪，其適于以較高氣體體積百分比啟動(dòng)流體的壓縮和以最少的級(jí)數(shù)達(dá)到排出壓力。渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)包括軸向級(jí)、混流級(jí)和徑向級(jí)中的至少兩個(gè)。該結(jié)構(gòu)容許在液態(tài)流體基質(zhì)中氣態(tài)內(nèi)容物可變的情況下有寬廣的可操作性。新型渦輪機(jī)能夠在存在氣體不溶于液體的情況下增大液體的壓力。操作狀態(tài)包括飽和含有氣體的液體。該渦輪機(jī)解決了例如從油井泵送的需要，其中過(guò)程流體包括混入一種或多種液相的一種或多種氣相，以及可能的固體顆粒。為了本公開(kāi)內(nèi)容的目的，“級(jí)"限定為系統(tǒng)(機(jī)器)或機(jī)器的一部分，其具有任何類(lèi)型(例如，軸向、徑向或混流)的葉輪(活動(dòng)部分)，以及任何類(lèi)型(導(dǎo)葉或渦管型，軸向或徑向或混流)的擴(kuò)散器(靜止部分)。根據(jù)示例性實(shí)施例，通過(guò)在螺旋軸向型級(jí)和徑向型級(jí)之間引入逐漸過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了減少達(dá)到給定排出壓力的級(jí)數(shù)。逐漸過(guò)渡可包括活動(dòng)部分，例如葉輪。螺旋軸向級(jí)可為軸向泵級(jí)，而徑向級(jí)可為離心泵級(jí)。限定軸向型對(duì)離心型的角λ在圖4中示為平均葉輪出口流50與軸線52之間的角，該軸線52平行于包括軸線52的平面中的旋轉(zhuǎn)軸線58。圖4示
6出了具有旋轉(zhuǎn)軸線58的葉輪56的葉片M。葉片M具有前緣60和后緣62。將由葉片M 移動(dòng)的流體在沿方向64移動(dòng)時(shí)首先接觸前緣60，且沿平行于流動(dòng)50的方向66離開(kāi)葉片的后緣62。在一種應(yīng)用中，流動(dòng)50的方向垂直于后緣62。軸向級(jí)具有在0°至5°范圍內(nèi)的λ值，而離心級(jí)具有在80°至90°范圍內(nèi)的λ 值?；炝骷?jí)(泵或壓縮機(jī))具有在5°至80°范圍內(nèi)的λ。盡管多級(jí)機(jī)器(包括軸向級(jí)和離心級(jí)兩者)中的軸向級(jí)減小了流體中的GVF，從而容許離心級(jí)更高效地壓縮流體，但對(duì)于這種機(jī)器的級(jí)數(shù)大于最佳的最小數(shù)目。圖5示出了與對(duì)于這種機(jī)器的GVF和λ相關(guān)的級(jí)數(shù)。該機(jī)器(其具有多于所需的級(jí))具有nhs軸向級(jí)，后面是ncs離心級(jí)，其中軸向級(jí)具有小于5°的λ，而離心級(jí)具有大于80°且小于90° 的λ。級(jí)數(shù)取決于泵(級(jí))的尺寸和流體的成分。圖5示出了使GVF百分?jǐn)?shù)(第一 Y軸)與各級(jí)(表示在X軸上)相關(guān)聯(lián)的曲線70， 以及使λ值(第二 Y軸)與僅具有軸向級(jí)和徑向級(jí)的機(jī)器的各級(jí)相關(guān)聯(lián)的曲線72。注意的是，曲線72示出了對(duì)于第一 nhs級(jí)(軸向泵)的λ為零值，以及對(duì)于下一 ncs級(jí)(離心泵)的λ為90°的值。然而，當(dāng)新型渦輪機(jī)具有nha軸向級(jí)、nma混流級(jí)和nca離心級(jí)時(shí)，這種情況會(huì)變化。圖5示出了這種機(jī)器以較少的級(jí)數(shù)(nhs+nma+nca)替代對(duì)于之前機(jī)器的(nhs+ncs)級(jí)而實(shí)現(xiàn)相同GVF 73。這會(huì)發(fā)生，因?yàn)閚ma混流級(jí)將GVF值從曲線70進(jìn)一步降低至曲線74， 從而容許λ以較不急劇的方式(參見(jiàn)曲線76)從低值(例如，0° )過(guò)渡至高值(例如， 90° )，也即從軸向階段過(guò)渡至離心階段。較不急劇的過(guò)渡例如可限定為具有處于0°至 90°之間的至少一個(gè)中間值，例如，λ角函數(shù)具有如圖5中的點(diǎn)78a和78b所示的零至九十之間的兩個(gè)值。當(dāng)混流級(jí)比螺旋軸向級(jí)更為有效時(shí)，由混流級(jí)造成的這種過(guò)渡容許GVF快速地減小到也在圖5中示出的給定GVF閾值GVFth以下。圖6中示出了閾值GVFth的實(shí)例。 該圖示出了跨過(guò)級(jí)的相對(duì)壓力上升對(duì)離心級(jí)、混流級(jí)和螺旋軸向級(jí)的GVF。注意的是，在對(duì)應(yīng)于GVFth 79a的大約20%至40%處，混流級(jí)變?yōu)楸嚷菪S向級(jí)更為高效。換言之，新型渦輪機(jī)設(shè)計(jì)成在GVF處于這個(gè)范圍時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)混流級(jí)比常規(guī)的螺旋軸向級(jí)更為高效。 從混流級(jí)到離心級(jí)的過(guò)渡可發(fā)生在GVF處于10%至20%的范圍內(nèi)時(shí)，例如，在離心級(jí)比混流級(jí)更為高效時(shí)的點(diǎn)79b處。圖6中所示的數(shù)目和閾值是示范性的，且取決于機(jī)器的尺寸、 級(jí)數(shù)、流體成分等。因此，對(duì)于一種渦輪機(jī)，圖6中所示的值是準(zhǔn)確的，而對(duì)于其它渦輪機(jī)則這些值必須調(diào)整?；炝骷?jí)nma其特征在于具有大于5°且小于80°的角λ。圖7中示意性地示出了這種渦輪機(jī)80。根據(jù)該示例性實(shí)施例，渦輪機(jī)80具有殼體82和軸84。軸84可為單個(gè)軸或彼此連接的多個(gè)軸。各種葉輪86a和86f連接到軸84上，且構(gòu)造成與軸一起旋轉(zhuǎn)。各葉輪均至少具有對(duì)應(yīng)的葉片88a至88f，該葉片88a至88f將能量和/或壓力給予經(jīng)過(guò)的流體。流體在入口 90處進(jìn)入渦輪機(jī)80，且在出口 92處離開(kāi)機(jī)器。盡管圖7中所示的機(jī)器具有6級(jí)，但不應(yīng)推斷為這是對(duì)于此種機(jī)器最少、最多或最佳的級(jí)數(shù)。六個(gè)級(jí)僅是為了示范。 此外，不應(yīng)推斷為所有三種類(lèi)型的級(jí)都將存在于此種機(jī)器中。構(gòu)想出的是，使渦輪機(jī)僅具有軸向級(jí)和混流級(jí)、僅具有混流級(jí)和離心級(jí)，或具有所有三個(gè)級(jí)。在該示例性實(shí)施例中，頭兩級(jí)為軸向級(jí)，其可由葉輪葉片后緣的λ識(shí)別，接著的兩級(jí)為混流級(jí)，以及末兩級(jí)為離心級(jí)。再次的是，級(jí)數(shù)是示例性的，且不應(yīng)推斷為圖7中所
7示的組合為最佳構(gòu)造。例如，可能具有一個(gè)軸向級(jí)、一個(gè)混流級(jí)和一個(gè)離心級(jí)。圖7中的各葉片88a至88f均具有對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散器9 至94f。這些擴(kuò)散器為靜止的，也即固定到殼體或渦輪機(jī)的其它非活動(dòng)部分上。擴(kuò)散器構(gòu)造成用以改變流體流以優(yōu)化各級(jí)的效率。在圖7中還可看到，流動(dòng)調(diào)整部分96或過(guò)渡通路也固定到殼體上且構(gòu)造成用以產(chǎn)生在軸向級(jí)和混流級(jí)之間的流體流的過(guò)渡。渦輪機(jī)的軸84可連接到驅(qū)動(dòng)器98上，該驅(qū)動(dòng)器98可為電動(dòng)馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。在一種應(yīng)用中，所有級(jí)都安置在單個(gè)殼體82中，使得渦輪機(jī)為單件式設(shè)備。渦輪機(jī)可具有圓柱形，以便能夠進(jìn)入油井來(lái)提取石油流出物。在該示例性實(shí)施例中，混流級(jí)3和4的葉片88c和88d具有角λ，其分別具有在大約30°至44°和50°至65°的范圍內(nèi)的值。在一種應(yīng)用中，混流級(jí)的角具有20°至60° 之間的值。如上文所述，渦輪機(jī)的級(jí)可僅實(shí)現(xiàn)為泵、僅實(shí)現(xiàn)為壓縮機(jī)，或?qū)崿F(xiàn)為泵和壓縮機(jī)的組合。根據(jù)圖8中所示的示例性實(shí)施例，一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)80包括殼體82，其具有入口 90和出口 92 ；軸向級(jí)部分100a，其包括至少一個(gè)軸向級(jí)(級(jí)1)且構(gòu)造成用以經(jīng)由入口 90接收多相流體和用以壓縮多相流體的氣相；混流級(jí)部分(100b)，其包括流體地連接到軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)(級(jí)幻；離心級(jí)部分100c，其包括連接到混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)(級(jí)5)且構(gòu)造成用以經(jīng)由出口 92輸出多相流體；以及軸84，其連接軸向級(jí)部分100a、混流級(jí)部分IOOb和離心級(jí)部分100c。軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至5°之間的值的角所限定，混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有80°至90° 之間的值的角所限定。根據(jù)圖9中所示的示例性實(shí)施例，存在一種用于將能量給予多相流體的方法，該多相流體至少包括液相和氣相。該方法包括將軸向級(jí)部分按此順序連接到混流級(jí)部分和離心級(jí)部分上的步驟900 ；將軸向級(jí)部分、混流級(jí)部分和離心級(jí)部分提供到具有入口和出口的殼體中的步驟902 ；以及將軸向級(jí)部分的軸向葉輪、混流級(jí)部分的混流葉輪和離心級(jí)部分的離心葉輪連接到軸上的步驟904。軸向級(jí)部分由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至5°之間的值的角所限定，混流級(jí)部分由在混流葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有80°至90°之間的值的角所限定。所公開(kāi)的示例性實(shí)施例提供一種用于將能量給予至少包括液相和氣相的多相流體的系統(tǒng)和方法。應(yīng)當(dāng)理解的是，此描述并非意圖限制本發(fā)明。相反，示例性實(shí)施例旨在涵蓋包括在如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的備選方案、變型和等同布置。 此外，在示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)所主張發(fā)明的充分理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解到，可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施各種實(shí)施例。盡管本示例性實(shí)施例的特征和元件在實(shí)施例中以特定的組合進(jìn)行描述，但各特征或元件也可在不具有該實(shí)施例的其它特征和元件的情況下單獨(dú)地使用，或在具有或不具有本文所公開(kāi)的其它特征和元件的情況下以各種組合來(lái)使用。
本書(shū)面說(shuō)明使用了所公開(kāi)主題的實(shí)例來(lái)使本領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍局黝}，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本主題可取得專(zhuān)利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所想到的其它實(shí)例。這些其它實(shí)例認(rèn)為處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，所述多相流體至少包括液相和氣相，所述渦輪機(jī)包括殼體，所述殼體具有入口和出口 ；軸向級(jí)部分，所述軸向級(jí)部分包括至少一個(gè)軸向級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由所述入口接收所述多相流體和用以壓縮所述多相液體的氣相；混流級(jí)部分，所述混流級(jí)部分包括流體地連接到所述軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)；離心級(jí)部分，所述離心級(jí)部分包括流體地連接到所述混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由所述出口輸出所述多相流體；以及軸，所述軸連接所述軸向級(jí)部分、所述混流級(jí)部分和所述離心級(jí)部分， 其中，所述軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定，所述角具有0°至5°之間的值，所述混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有5°至80°之間的值，以及所述離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有80°至90°之間的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸向級(jí)部分包括至少兩個(gè)軸向級(jí)， 所述混流級(jí)部分包括至少兩個(gè)混流級(jí)，以及所述離心級(jí)部分包括至少兩個(gè)離心級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)，其特征在于，各級(jí)均包括具有構(gòu)造成用以與所述軸一起旋轉(zhuǎn)的葉輪的轉(zhuǎn)子，以及固定到所述殼體上且構(gòu)造成用以改變對(duì)應(yīng)流動(dòng)的方向的擴(kuò)散ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述入口為軸向的，以及所述出口為徑向的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)還包括 在所述軸向級(jí)部分與所述混流級(jí)部分之間的調(diào)整部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，在進(jìn)入所述混流級(jí)部分之前，所述多相流體的氣相相對(duì)于所述液相具有低于預(yù)定值的體積比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述混流級(jí)的角具有處于20°至60° 之間的值。
8.一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，所述多相流體至少包括液相和氣相，所述渦輪機(jī)包括殼體，所述殼體具有入口和出口 ；軸向級(jí)部分，所述軸向級(jí)部分包括至少一個(gè)軸向級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由所述入口接收所述多相流體和用以壓縮所述多相液體的氣相；混流級(jí)部分，所述混流級(jí)部分包括流體地連接到所述軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)，且構(gòu)造成用以在所述出口處輸出所述多相流體；以及軸，所述軸連接所述軸向級(jí)部分和所述混流級(jí)部分，其中，所述軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定，所述角具有0°至5°之間的值，以及所述混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有5°至80°之間的值。
9.一種用于將能量給予多相流體的渦輪機(jī)，所述多相流體至少包括液相和氣相，所述渦輪機(jī)包括殼體，所述殼體具有入口和出口 ；混流級(jí)部分，所述混流級(jí)部分包括流體地連接到所述入口上的至少一個(gè)混流級(jí)；離心級(jí)部分，所述離心級(jí)部分包括流體地連接到所述混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)，且構(gòu)造成用以經(jīng)由所述出口輸出所述多相流體；以及軸，所述軸連接所述混流級(jí)部分和所述離心級(jí)部分，其中，所述混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定，所述角具有5°至80°之間的值，以及所述離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有80°至90°之間的值。
10.一種用于將能量給予多相流體的方法，所述多相流體至少包括液相和氣相，所述方法包括將軸向級(jí)部分按此順序流體地連接到混流級(jí)部分和離心級(jí)部分上；將所述軸向級(jí)部分、所述混流級(jí)部分和所述離心級(jí)部分提供到具有入口和出口的殼體中；以及將所述軸向級(jí)部分的軸向葉輪、所述混流級(jí)部分的混流葉輪和所述離心級(jí)部分的離心葉輪連接到軸上，其中，所述軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定，所述角具有0°至5°之間的值，所述混流級(jí)由在混流葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有5°至80°之間的值，以及所述離心級(jí)由在離心葉輪出口流與平行于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的角所限定， 所述角具有80°至90°之間的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有混流級(jí)的渦輪機(jī)及方法。具體而言，提供了一種用于將能量給予多相流體的方法及渦輪機(jī)。該渦輪機(jī)包括具有入口和出口的殼體；包括至少一個(gè)軸向級(jí)的軸向級(jí)部分；混流級(jí)部分，其包括流體地連接到軸向級(jí)部分上的至少一個(gè)混流級(jí)；以及離心級(jí)部分，其包括流體地連接到混流級(jí)部分上的至少一個(gè)離心級(jí)。軸向級(jí)由在軸向葉輪出口流與平行于軸旋轉(zhuǎn)軸線的軸線之間的具有0°至5°之間的值的角所限定，混流級(jí)由在具有5°至80°之間的值的角所限定，以及離心級(jí)由在具有80°至90°之間的值的角所限定。
文檔編號(hào)F04D29/40GK102434463SQ20111026867
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者L·貝爾加米尼, V·米歇拉西 申請(qǐng)人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司