Die Erfindung betrifft ein Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss Oberbegriff von Anspruch 6 sowie eine Förderanlage mit einem derartigen Pumpsystem.

Bei der Förderung von Mehrphasengemischen, wie beispielsweise Rohöl, das neben Erdöl auch Erdgas und häufig auch Wasser und Feststoffanteile wie z.B. Sand enthält, stellt sich das Problem, dass mit steigendem Gasanteil im Mehrphasengemisch der Wirkungsgrad der verwendeten Pumpvorrichtungen abnimmt. Beispielsweise ist bei niedrigen Gasdichten der Einsatz von Pumpvorrichtungen mit radialen Laufrädern bereits ab einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von grösser als 3 bis 5 % nicht mehr möglich oder wirtschaftlich. In herkömmlichen Förderanlagen wird deshalb bei höherem Gasanteil die gasförmige Phase der Mehrphasengemische in einem Separator von der flüssigen abgetrennt und die beiden Phasen getrennt gefördert, wobei für die Förderung der flüssigen Phase Radialpumpen eingesetzt werden. Der Nachteil derartiger Fördersysteme besteht darin, dass der darin verwendete Separator für die Phasentrennung ein vergleichsweise grosses Volumen aufweist.

Für Anwendungen, wo wenig Platz zur Verfügung steht, wird deshalb für die Förderung des Flüssiganteils eine Mehrphasenpumpe nach dem Separator eingesetzt, die es erlaubt, einen Separator mit einem kleineren Volumen zu verwenden, da die Mehrphasenpumpe in der Lage ist, Mehrphasengemische mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von mehr als 5 % zu fördern. Die Verwendung von Mehrphasenpumpen hat jedoch den Nachteil, dass die damit erzeugbare Förderhöhe auf maximal 1000 m begrenzt ist.

Für Anwendungen, wo wenig Platz zur Verfügung steht und gegebenenfalls eine grössere Förderhöhe benötigt wird, wurden zudem spezielle Pumpvorrichtungen für Mehrphasengemische entwickelt, die einlassseitig mindestens eine axiale Kompressionsstufe enthalten, um das volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnis der zu fördernden Mehrphasengemische soweit zu verringern, dass anschliessend herkömmliche Förderstufen mit radialen Laufrädern eingesetzt werden können. Normalerweise ist für die axiale Kompressionsstufe und die radialen Förderstufen eine gemeinsame Welle vorgesehen. In Dokument US 5 961 282 ist eine Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische offenbart, die mindestens eine axiale Pumpstufe und mindestens eine radiale Pumpstufe umfasst, die anschliessend an die axiale Pumpstufe angeordnet ist. Laut Dokument US 5 961 282 ist die offenbarte Pumpvorrichtung in der Lage, Mehrphasengemische mit einem beliebigen volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis zu fördern, wobei in einem Beispiel ein volumetrisches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von mindestens 40 % erwähnt ist. Gemäss Untersuchungen der Anmelderin ist die in US 5 961 282 offenbarte Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische insbesondere bei höheren Gas/Flüssigkeitsverhältnissen von beispielsweise 40 % und höher wirtschaftlich und von der Zuverlässigkeit her gesehen nicht optimal, da bei höheren Gas/Flüssigkeitsverhältnissen eine grössere Anzahl axialer Pumpstufen benötigt werden, welche die Pumpvorrichtung verteuern, und/oder höhere Drehzahlen von 5000 Umdrehungen/Minute und mehr notwendig sind, was den Aufwand für Lagerung und Schmierung erhöht und sich negativ auf die Zuverlässigkeit auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fördersystem und ein Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Verfügung zu stellen, sowie eine Förderanlage für Mehrphasengemische umfassend ein derartiges Fördersystem, welche für ein volumetrisches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von grösser als 20 % oder grösser als 40% oder grösser als 60 % geeignet sind, und welche einen vergleichsweise kompakten und Platz sparenden Aufbau, und je nach Anzahl der Förderstufen Förderhöhen von 50 m bis 2000 m und grösser ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das in Anspruch 1 definierte Pumpsystem, und das in Anspruch 6 definierte Verfahren gelöst, sowie durch die in Anspruch 10 definierte Förderanlage.

Das erfindungsgemässe Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen umfasst eine Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator umfasst, um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist. In einer typischen Anwendung ist die Pumpvorrichtung ausgelegt, um ein Mehrphasengemisch mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 20 % oder bis zu 30 % zu fördern. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist in einer oder mehreren oder sämtlichen der axialen Kompressionsstufen das Laufrad mit helico-axial ausgebildeten Schaufeln versehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante enthält die Pumpvorrichtung für Mehrphasengemisch eine bis sechs, insbesondere zwei bis vier axiale Kompressionsstufen.

Erfindungsgemäss ist ausgangsseitig der Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische eine Rückführleitung vorgesehen, um Mehrphasengemisch in den Separator zurückzuführen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung für Mehrphasengemisch einen Nennförderstrom Q_max auf und der Separator ein Volumen von höchstens V = 60s · Q_max oder höchstens V = 20s · Q_max.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Pumpsystem eine Steuereinheit, um die Drehzahl der Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische zu steuern, wobei am Separator mindestens ein Füllstandssensor vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist, um den Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung zu regeln.

In dem erfindungsgemässen Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase wird ein Mehrphasengemisch mittels einer Pumpvorrichtung gefördert, die eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad enthält und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axialen Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind. Zusätzlich wird in dem Verfahren in einem Separator einlassseitig der Pumpvorrichtung ein Teil der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase abgetrennt, und die flüssige Phase beziehungsweise das restliche Mehrphasengemisch mittels der Pumpvorrichtung auf eine Förderhöhe von mehr als 50 m oder mehr als 100 m oder mehr als 200 m gefördert.

Erfindungsgemäss wird über eine Rückführleitung Mehrphasengemisch in den Separator zurückgeführt, wenn der Füllstand im Separator einen minimalen Wert unterschreitet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator mittels eines oder mehreren Füllstandsensoren erfasst und bei Bedarf durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung automatisch gesteuert oder geregelt.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator unterbrochen, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, und/oder der Gasaustritt aus dem Separator über eine Gasaustrittsleitung durch Schliessen derselben unterbrochen, wenn der Füllstand im Separator den Einlass der Gasaustrittsleitung erreicht hat. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Förderstrom in einer an die Pumpvorrichtung angeschlossen auslassseitigen Förderleitung unterbrochen, beispielsweise mittels eines Rückflussventils oder Absperrmittels, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt.

Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Förderanlage umfassend ein Pumpsystem nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsvarianten und/oder ausgestattet zur Ausführung eines Verfahrens nach oben stehender Beschreibung.

Das erfindungsgemässe Pumpsystem und das erfindungsgemässe Verfahren haben den Vorteil, dass das Volumen des Separators klein gehalten werden kann, da dank der Kombination eines Separators mit einer nachfolgenden Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische mit hohem Gasanteil an die Phasentrennung im Separator keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen. Die Pumpvorrichtung fördert den flüssigen Anteil des Mehrphasengemisches aus dem Separator auch dann noch zufriedenstellend, wenn nur ein Teil der gasförmigen Phase oder Phasen abgetrennt werden und der flüssige Anteil noch grössere Mengen Gas enthält. Das Separatorvolumen kann deshalb wesentlich kleiner gewählt werden, als dies in vergleichbaren Fördersystemen mit Radialpumpen möglich ist. Darüber hinaus kann im erfindungsgemässen Pumpsystem und Verfahren auf Einbauten für die Gastrennung im Separator weitgehend oder ganz verzichtet werden, sodass das Gewicht des Separators gesenkt werden kann. Die in den Ausführungsformen und -varianten beschriebenen Steuer- und Regelverfahren ermöglichen darüber hinaus einen störungsfreien Betrieb, da damit der Füllstand im Separator auch bei kleinem Volumen desselben auf einem sicheren Wert gehalten wird und unerwünschte Betriebszustände wie mangelnde Füllung oder Überfüllung des Separators vermieden werden oder wenigstens keine schädlichen Auswirkungen auf das Pumpsystem haben.

Von Vorteil ist auch, dass trotz des vergleichsweise geringen Platzbedarfs sowohl der Gasanteil der zu fördernden Mehrphasengemische als auch die erzielbare Förderhöhe vergleichsweise hoch sein können. So kann beispielsweise das volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnis 40 % oder 60 % oder mehr betragen, bezogen auf die thermodynamischen Bedingungen am Einlass des Pumpsystems, während die Förderhöhe je nach Anzahl und Ausgestaltung der radialen Förderstufen zwischen 50 m und 2000 m und mehr betragen kann.

Die obige Beschreibung von Ausführungsformen dient lediglich als Beispiel. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems gemäss vorliegender Erfindung,

Fig. 2

ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems gemäss vorliegender Erfindung, und

Fig. 3

ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung.

Das in Fig. 1 gezeigte Pumpsystem 1 zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss vorliegender Erfindung umfasst eine Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung 3 enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem 1 einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator 2 umfasst um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Pumpvorrichtung 3 ausgelegt, um ein Mehrphasengemisch mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 20 % oder bis zu 30 % zu fördern.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist in einer oder mehreren oder sämtlichen der axialen Kompressionsstufe das Laufrad mit helico-axial ausgebildeten Schaufeln versehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante enthält die Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemisch eine bis sechs, insbesondere zwei bis vier axiale Kompressionsstufen. Mit der angegebenen Anzahl axialer Kompressionsstufen lassen sich wirtschaftlich besonders vorteilhafte Pumpsysteme für Mehrphasengemische herstellen. Ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung wird im Rahmen der Beschreibung von Fig. 3 näher erläutert.

Zusätzlich kann das Pumpsystem 1 fallweise eines oder mehrere der nachfolgend beschriebenen zusätzlichen Bauteile umfassen. Beispielsweise kann das Pumpsystem eine einlassseitige Förderleitung 4 enthalten, die zweckmässigerweise mit dem Separator 2 verbunden ist, um das zu fördernde Mehrphasengemisch dem Separator zu zuführen, oder eine Gasaustrittsleitung 5, die zweckmässigerweise mit dem Separator 2 verbunden ist, um den im Separator abgetrennten Teil der gasförmigen Phase oder Phasen wegzuführen. Falls die gasförmige Phase oder Phasen unter Überdruck stehen und/oder leichter als Luft sind, können diese ohne zusätzliche Fördermittel durch die Gasaustrittsleitung 5 entweichen. Weiter kann das Pumpsystem 1 eine auslassseitige Förderleitung 6 enthalten, die zweckmässigerweise mit einem Auslass der Pumpvorrichtung 3 verbunden ist, um von der Pumpvorrichtung geförderte Flüssigphasen und/oder Mehrphasengemische weiterzuleiten. Vorteilhafterweise wird in der auslassseitigen Förderleitung 6 ein Rückflussventil oder Absperrmittel 8 vorgesehen, um den Förderstrom zu unterbrechen, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt. Zur Erfassung des auslassseitigen Förderstromes kann zum Beispiel ein Durchflussaufnehmer 9 in der auslassseitigen Förderleitung 6 vorgesehen sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische einen maximalen Förderstrom Q_max auf und der Separator 2 ein Volumen von höchstens V = 60s · Q_max oder höchstens V = 20s · Q_max.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Pumpsystem 1 einen Antrieb 13 zum Antreiben der Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische und eine Steuereinheit 10, die mit dem Antrieb 13 verbunden ist, um die Drehzahl der Pumpvorrichtung zu steuern. Vorteilhafterweise ist am Separator 2 mindestens ein Füllstandssensor 11 vorgesehen, der mit der Steuereinheit 10 verbunden ist, um den Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 automatisch zu regeln.

In dem Pumpensystem zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss vorliegender Erfindung ist ausgangsseitig der Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische eine Rückführleitung 7 und optional ein Absperrventil 12 zum Absperren der Rückführleitung vorgesehen, um Mehrphasengemisch in den Separator 2 zurückzuführen, insbesondere wenn der Füllstand im Separator einen minimalen Wert unterschreitet.

Das Pumpsystem kann zusätzlich ein Absperrventil oder Absperrmittel 14 umfassen, das beispielsweise mit der Steuereinheit 10 verbunden sein kann, um die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator 2 über die einlassseitige Förderleitung 4 zu unterbrechen. Die Unterbrechung der Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss vorliegender Erfindung. Das gezeigte Pumpsystem 1 umfasst eine Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung 3 enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem 1 einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator 2 umfasst um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten lediglich darin, dass im zweiten Ausführungsbeispiel eine in Fig. 2 eingezeichnete Rückführleitung 7 in eine einlassseitige Förderleitung 4 des Pumpsystems 1 mündet, während in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Rückführleitung in den Separator 2 mündet. In beiden Fällen dient die Rückführleitung 7 dazu, durch die Pumpvorrichtung 3 geförderte Flüssigphasen und Mehrphasengemische in den Separator 2 zurückzuführen und ein zu starkes Absinken des Füllstandes im Separator zu vermeiden. Darüber hinaus wird bei der in Fig. 2 gezeigten Rückführvariante das zurückgeführte Mehrphasengemisch im Separator demselben Trennvorgang unterworfen, wie das frisch zugeführte Mehrphasengemisch. Weiter findet sich in Fig. 2 ein Absperrventil 15 zum Absperren einer Gasaustrittsleitung 5 des Separators, das jedoch lediglich eine Ausführungsvariante darstellt, die im Folgenden separat beschrieben wird, da sie unabhängig vom Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Das im Rahmen von Fig. 1 beschriebene Absperrventil 14 ist dagegen in Fig. 2 nicht nochmals eingezeichnet, obwohl es ebenfalls eine Ausführungsvariante darstellt, die unabhängig vom Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Die übrigen Merkmale, Eigenschaften und Ausführungsformen und -varianten des zweiten Ausführungsbeispiels sind identisch mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, weshalb im Folgenden auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.

Das Pumpsystem kann, wie erwähnt und in Fig. 2 gezeigt, ein Absperrventil oder Absperrmittel 15 umfassen, das beispielsweise mit der Steuereinheit 10 verbunden sein kann, um eine mit dem Separator 2 verbundene Gasaustrittsleitung 5 abzusperren. Das Absperren der Gasaustrittsleitung 5 ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, beispielsweise wenn der Füllstand die Gasaustrittsleitung erreicht.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung. Die Pumpvorrichtung 30 umfasst im Ausführungsbeispiel eine erste Stufengruppe mit einer oder mehreren, beispielsweise zwei axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad, um das volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnis der Mehrphasengemische zu verringern und die Phasenverteilung derselben zu homogenisieren, sowie zusätzlich eine zweite Stufengruppe mit mindestens einer Förderstufe 21.1 mit einem radialen Laufrad 25.1, die auslassseitig der ersten Stufengruppe angeordnet ist. Die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 können z.B. entsprechend den in Dokument GB-A-1 561 454 oder Dokument EP 0 486 877 A1 beschriebenen Pump- oder Kompressionsstufen ausgebildet sein. Zudem kann die erste Stufengruppe zum Beispiel einlassseitig eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit einem axialen Laufrad umfassen und auslassseitig eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit einem halbaxialen Laufrad. Weiter kann die zweite Stufengruppe der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Erzielung grösserer Förderhöhen, wie in Fig. 3 gezeigt, mit beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Förderstufen ausgestattet sein.

Mit Vorteil werden die axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 der ersten Stufengruppe und die radialen Förderstufen 21.1 der zweiten Stufengruppe jeweils in Reihe angeordnet. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, die radialen Förderstufen der zweiten Stufengruppe in zwei gegenläufige Untergruppen aufzuteilen, wodurch der Axialschubausgleich vereinfacht wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 der ersten Stufengruppe jeweils ein Laufrad 45.1, 45.2, welches helico-axial und/oder helico-axial geschlossen und/oder halbaxial ausgeführt ist, und an welchem eine oder mehrere Schaufeln, insbesondere mindestens zwei Schaufeln, ausgebildet sind. Vorteilhafterweise werden die Schaufeln z.B. auf einer Nabe befestigt, die auf einer Welle 32 der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen aufgezogen sein kann. Das Verhältnis zwischen Innen- und Aussendurchmesser der einen oder mehreren Schaufeln liegt einlassseitig typisch zwischen 0.3 und 0.95 und mit Vorteil zwischen 0.6 und 0.9. Die eine oder mehreren Schaufeln können beispielsweise einen Eintrittswinkel zwischen 2° und 50° und vorzugsweise zwischen 4° und 25° aufweisen sowie einen Austrittswinkel, der zwischen dem Eintrittswinkel und 60° liegt und vorzugsweise zwischen dem Eintrittswinkel und 25°. Weiter können die Schaufeln ein Profil aufweisen, das durch den Schnitt derselben mit der Oberfläche eines zum Laufrad koaxialen Zylinders gebildet wird, in welchem der Neigungswinkel des Profils zur axialen Richtung von der Eintrittskante der Schaufel bis zur Austrittskante kontinuierlich abnimmt, beispielsweise indem das Profil in der unmittelbaren Umgebung der Eintrittskante im Wesentlichen keine Krümmung aufweist und indem sich die Steilheit einer Kurve der Schaufelprofilkrümmung als Funktion des axialen Abstandes von der Eintrittskante mit zunehmendem Abstand von der Eintrittskante ständig vergrössert.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die erste Stufengruppe ein erstes Gehäuse 43, 43' und die zweite Stufengruppe ein zweites Gehäuse 23, 23', wobei die beiden Gehäuse 43, 43', 23, 23' miteinander verbunden sind, und wobei die beiden Gehäuse aus mehreren Gehäuseteilen 43, 43', 23, 23' aufgebaut sein können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die erste und zweite Stufengruppe eine gemeinsame Haltevorrichtung und/oder ein gemeinsames Gehäuse 33, in welchem die erste und zweite Stufengruppe angeordnet sind, und welches beispielsweise ein Gehäuseteil enthalten kann, das sich wenigstens über einen Teil der ersten sowie einen Teil der zweiten Stufengruppe erstreckt.

Mit Vorteil umfassen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 der ersten Stufengruppe und die mindestens eine Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe jeweils ein Laufrad 45.1,45.2, 25.1-25.4 und eine Leitvorrichtung 44.1, 44.2. 26.1, wobei die Leitvorrichtung 44.2 der letzten axialen Kompressionsstufe 41.2 der ersten Stufengruppe fluidleitend mit dem Laufrad 25.1 der ersten Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe verbunden ist, beispielsweise über einen oder mehrere Verbindungskanäle oder so genannte Rückführkanäle 36, die in dem oder den Gehäusen 33, 43, 43', 23, 23' vorgesehen sind. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können in dem oder den Verbindungs- oder Rückführkanälen 36 Leitelemente 34 vorgesehen sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen eine oder mehrere der axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 der ersten Stufengruppe, jeweils einen Diffusor 44.1, 44.2, insbesondere einen Diffusor mit mehreren Leitelementen, der fest mit dem ersten Gehäuse 43, 43' und/oder gemeinsamen Gehäuse 33 verbunden ist. Die Leitelemente können als Schaufeln ausgebildet sein, wobei der Diffusor beispielsweise zwischen 6 und 50 Schaufeln, vorzugsweise zwischen 12 und 30 Schaufeln aufweisen kann. Am Einlass des Diffusors 44.1, 44.2 können die Schaufeln z.B. im Wesentlichen tangential zur Strömung ausgerichtet sein und am Auslass im Wesentlichen in axialer Richtung. Falls das zugehörige Laufrad, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Nabe mit in Förderrichtung zunehmenden Durchmesser aufweist, wird der Diffusor im Zentrum vorteilhafterweise mit einer Nabe oder Hülle versehen, die in Förderrichtung einen abnehmenden Durchmesser aufweist sowie bei Bedarf eine Schnittlinie in einem axialen Längsschnitt, die einlass- und/oder auslassseitig achsparallel verläuft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1, 41.2 der ersten Stufengruppe und die mindestens eine Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe eine gemeinsame Rotationsachse auf, beispielsweise indem das oder die Laufräder 45.1, 45.2 der einen oder mehreren axialen Kompressionsstufen und das radiale Laufrad 25.1 der mindestens einen Förderstufe auf einer gemeinsamen Welle 32, 42 angeordnet sind. Die gemeinsame Welle kann im Bereich 42 der ersten Stufengruppe einen geänderten, vorzugsweise vergrösserten Durchmesser aufweisen oder eine entsprechende Nabe mit vergrössertem Durchmesser. Vorteilhafterweise ist die erste und zweite Stufengruppe der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen mit einem gemeinsamen Antrieb, der in Fig. 3 nicht gezeigt ist, versehen.

In der mindestens einen Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe umfasst das Laufrad 25.1 vorteilhafterweise eine oder mehrere Schaufeln zur Beschleunigung der zu fördernden Mehrphasengemische in zumindest teilweise radialer Richtung. Das Laufrad kann offen, halboffen oder geschlossen ausgeführt sein. Zweckmässigerweise umfasst die Förderstufe 21.1 ein Gehäuse 33, 23, das z.B. aus mehreren Gehäuseteilen 23, 23' aufgebaut sein kann. Vorteilhafterweise ist im Gehäuse eine Leitvorrichtung 26.1 ausgebildet, die aussen an das Laufrad 25.1 anschliesst und z.B. über einen Ringraum mit dem Laufrad der nächsten Förderstufe oder dem Auslass der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen verbunden sein kann.

Vorteilhafterweise ist die Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen für ein volumetrisches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 15 % oder bis zu 20% oder bis zu 30%, ausgebildet, bezogen auf die thermodynamischen Bedingungen am Einlass der ersten axialen Kompressionsstufe der ersten Stufengruppe.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens zur Förderung von Mehrphasengemischen mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase wird im Folgenden an Hand der Figuren 1 und 2 beschrieben. In dem Verfahren wird ein Mehrphasengemisch mittels einer Pumpvorrichtung 3 gefördert, die eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad enthält und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axialen Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind. Zusätzlich wird in dem Verfahren in einem Separator 2 einlassseitig der Pumpvorrichtung 3 die gasförmige Phase oder ein Teil derselben abgetrennt, und die flüssige Phase oder das restliche Mehrphasengemisch mittels der Pumpvorrichtung auf eine Förderhöhe von mehr als 50 m oder mehr als 100 m oder mehr als 200 m gefördert.

Eine der Schwierigkeiten bei der Förderung von Mehrphasengemischen ist die unregelmässige Zufuhr und Zusammensetzung des zu fördernden Mehrphasengemisches, die bei einem kleinen Volumen des Separators besonders störend in Erscheinung tritt. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird deshalb der Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator 2 mittels eines oder mehreren Füllstandsensoren 11 erfasst und bei Bedarf durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 automatisch gesteuert oder geregelt.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator 2 unterbrochen, beispielsweise mittels eines Absperrventils 14, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, und/oder der Gasaustritt aus dem Separator 2 über eine Gasaustrittsleitung 5 durch Schliessen derselben unterbrochen, beispielsweise mittels eines Absperrventils 15, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, zum Beispiel wenn der Füllstand den Einlass der Gasaustrittsleitung 5 erreicht hat. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Förderstrom in einer an die Pumpvorrichtung 3 angeschlossen auslassseitigen Förderleitung 6 unterbrochen, beispielsweise mittels eines Rückflussventils oder Absperrmittels 8, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt. Gemäss der Erfindung wird über eine Rückführleitung 7 Mehrphasengemisch in den Separator 2 zurückgeführt, wenn der Füllstand einen minimalen Wert unterschreitet. Die erwähnten Ausführungsvarianten des Verfahrens sind besonders dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator 2 trotz Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 nicht im gewünschten Bereich gehalten werden kann.

Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Förderanlage umfassend ein Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsvarianten und/oder ausgestattet zur Ausführung eines Verfahrens nach oben stehender Beschreibung.

Das oben stehend beschriebene Pumpsystem und das oben stehend beschriebene Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen sind für volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnisse von grösser als 40 % oder grösser als 60% geeignet, erlauben einen vergleichsweise kompakten und Platz sparenden Aufbau und einen sicheren Betrieb trotz stark schwankender Zufuhr des zu fördernden Mehrphasengemisches und ermöglichen je nach Anzahl der Förderstufen Förderhöhen von 50 m bis 2000 m und grösser.