ES2542881T3

ES2542881T3 - Diseño de cabezal en "O"

Info

Publication number: ES2542881T3
Application number: ES09703055.5T
Authority: ES
Inventors: Jose Ramon Gutierrez; Richard J. O'donnell; Timothy Michael Dach; Steven Edwin Webster
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: BRPI0907217B1; CA2714895C; WO2009091801A1; US20090180874A1; AU2009205419A1; MX2010007724A; BRPI0907217A2; RU2010133724A; CN105134663A; CN102007303A; RU2501981C2; PL2245315T3; AU2009205419B2; CA2714895A1; EP2245315A1; US8226352B2; EP2245315B1; EP2245315A4

Abstract

Un cabezal de descarga (100) que comprende: una placa de montaje (102) de motor configurada para el montaje sobre o en un motor (200); una placa de base (104) configurada para el montaje sobre o en un conjunto de bomba (300); una transición acodada (106) montada sobre la placa de base configurada para proporcionar una descarga desde el conjunto de bomba; un tubo de alojamiento de cierre (108) acoplado a la transición acodada, configurado para recibir un cierre mecánico o disposición de empaquetamiento; tubos de soporte (110) dispuestos entre la placa de montaje de motor y la placa de base; caracterizado por nervios (112) dispuestos entre los tubos de soporte y el tubo de alojamiento de cierre, configurados para impedir el movimiento substancialmente lateral y torsional, incluyendo el movimiento debido a las fuerzas hidráulicas de reacción en una boquilla de la bomba y a la inercia de un accionador.

Description

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DESCRIPCIÓN

Diseño de cabezal en “O”

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1.: Campo de la Invención La presente invención se refiere a un cabezal de descarga; y más particularmente a un cabezal de descarga para una bomba vertical de múltiples etapas de alta presión, que incluye bombas de turbina vertical para el manejo de sólidos (VTSH – Vertical Turbine Solids Handling, en inglés).

2.: Breve descripción de la técnica relacionada Se conocen en el sector las bombas VTSH, que operan en una posición vertical y emplean un conjunto de tazón que incluye un impulsor giratorio sumergido en un cuerpo de líquido o fluido para ser bombeado que arrastra material fibroso y otros sólidos. Las bombas VTSH son típicamente más eficientes en un amplio rango de capacidades que las bombas convencionales para el manejo de sólidos, y pueden ser utilizadas con una gran variedad de accionadores de superficie estándar, eliminado así la necesidad de accionadores sumergibles.

A modo de ejemplo, las figuras 1 y 2 muestran un conjunto de bomba VTSH conocido de Fairbanks Morse Plumps, donde la figura 1 muestra un diagrama de un conjunto de bombas de turbina vertical para el manejo de sólidos (VTSH) indicado de manera general como 10 por Fairbanks Morse Pumps, donde las figuras 2a a 2d muestran un dibujo del conjunto conocido de bomba VTSH mostrado en la figura 1. En general, la bomba VTSH 10 tiene un cabezal 12 acoplado entre una bomba indicada en general como 20 a un motor 30. En general, como se muestra, la bomba incluye impulsores de manejo de sólidos contenidos con paletas de guía bien redondeadas, romas, y una forma de hidroala gruesa para asegurar el paso de grandes sólidos y de materiales fibrosos largos; el difusor de descarga tiene tres paletas bien redondeadas dispuestas simétricamente que sirven para equilibrar las fuerzas hidráulicas radiales y para eliminar la carga radial del impulsor; la campana de succión tiene cuatro paletas de guía para mejorar el flujo que entra en el impulsor y la ausencia de un cojinete de cola elimina toda obstrucción al flujo de los residuos hacia el impulsor; toda la longitud de la columna está provista de una placa de separación vertical interna alineada con las salidas verticales de la paleta del tazón; la placa de separación continúa en la conexión de descarga, evitando la acumulación de residuos en el tubo de cierre del eje; puede existir una conexión de superficie

o subterránea; y los ejes y cojinetes están completamente encerrados, lubricados separadamente y aislados del líquido bombeado. En particular, el cabezal 12 tiene un tubo de alojamiento de cierre 14 acoplado entre una transición acodada 16 y una placa de montaje 18 para el asentamiento del motor 20; y el tubo de alojamiento de cierre 14 tiene unas aberturas 14a diametralmente opuestas para permitir el acoplamiento del eje 20a de la bomba 20 y el eje 30a del motor 30 utilizando un acoplamiento 40. Un inconveniente de este diseño de bomba VTSH, es que el tubo de alojamiento de cierre 14 dificulta el acoplamiento entre sí del eje 20a de la bomba 20 y del eje 30a del motor 30 utilizando el acoplamiento 40.

Se conocen también otras bombas VTSH, que incluyen las Patentes de Estado Unidos Nº 4.063.849 y 5.496.150 y JP 61-098992 donde la patente ‘849 describe una bomba de descarga que tiene un codo de descarga con aberturas diametralmente opuestas, y donde la patente ‘150 describe una bomba VTSH que tiene un codo de descarga 30 sin ninguna abertura diametralmente opuesta.

Existe una necesidad en la industria de un diseño de bomba VTSH que haga más rápido y fácil el acoplamiento entre sí del eje de una bomba y del eje de un motor.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un cabezal de descarga nuevo y único que dispone de una placa de montaje en motor configurada para el montaje sobre o en un motor; una placa de base configurada para el montaje sobre o en un conjunto de bomba; una transición acodada montada sobre la placa de base configurada para proporcionar descarga desde el conjunto de bomba; un tubo de alojamiento de cierre acoplado a la transición acodada, configurado para recibir una cierre mecánico o disposición de empaquetamiento; tubos de soporte dispuestos entre la placa de montaje del motor y la placa de base; y nervios dispuestos entre los tubos de soporte y el tubo de alojamiento de cierre, configurados para impedir el movimiento substancialmente lateral y torsional, incluyendo el movimiento debido a fuerzas hidráulicas de reacción en una boquilla de bomba y a la inercia de un accionador.

El cabezal de descarga de acuerdo con la presente invención hace más rápido y fácil el acoplamiento entre sí del eje de una bomba y del eje de un motor en tales bombas VTSH en comparación con las técnicas conocidas en el sector.

De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, el cabezal de descarga puede incluir una o más de las características que siguen:

Los tubos de soporte pueden incluir una configuración con 4 tubos de soporte para soportar el peso del motor vertical, el par de torsión, el empuje de la bomba hacia abajo y las fuerzas y momentos de la boquilla. El alcance de la invención no pretende estar limitado al número de tubos de soporte. Por ejemplo, las

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realizaciones que incluyen más o menos de 4 tubos de soporte se consideran dentro del alcance de la invención.

El cabezal de descarga puede estar configurado para proporcionar un acceso de 360 grados al acoplamiento y al 5 alojamiento del cierre.

El cabezal de descarga puede estar configurado para proporcionar dos veces las cargas de boquilla según el estándar API 610, incluyendo el API 610 de ediciones 8ª y 10ª, para proporcionar rigidez del cabezal de descarga para soportar fuerzas y momentos según el API.

10 El cabezal de descarga puede estar configurado para formar parte de una bomba vertical de múltiples etapas de alta presión.

El cabezal de descarga puede estar configurado para tener un codo de 3 ingletes sin nervios de soldadura para 15 soportar fuerzas y momentos más corto que los codos convencionales.

El cabezal de descarga puede estar configurado para tener una longitud de altura acortada para mejorar la vibración total de la bomba debido a una menor distancia de voladizo desde la base al cojinete superior del motor.

20 El cabezal de descarga puede estar configurado para tener una menor amplitud de vibración total conseguida a partir de un movimiento relativo máximo de aproximadamente 76 µm (0,003 pulgadas) entre el tubo de alojamiento de cierre y la placa de montaje del motor.

La placa de montaje, la placa de base, la transición acodada, el tubo de alojamiento de cierre, el tubo de soporte y

25 nervios adicionales del cabezal de descarga pueden estar configurados para tener una configuración de diseño optimizada, cuyas dimensiones se generan realizando un análisis estructural estático y dinámico para condiciones de diseño específicas que define una configuración específica utilizando un diseño paramétrico del cabezal de descarga.

30 El cabezal de descarga puede configurarse para tener un tubo de alojamiento de cierre menor que los tubos de alojamiento conocidos, y dimensionarse para reducir la cantidad de pérdidas hidráulicas, tener una mejor distribución de presión hidráulica en la transición acodada y facilitar la instalación del cierre mecánico o la disposición de empaquetamiento. El cabezal de descarga puede estar configurado para tener una menor área de la placa de base, de manera que el ángulo del soporte del tubo sea aproximadamente 80° frente a 60 a 70° del dispositivo de la

35 competencia utilizado para aplicaciones de bomba de alta presión.

El cabezal de descarga puede configurarse para tener una flexión mínima del soporte del tubo realizando un análisis mediante elementos finitos (FEA – Finite Element Analysis, en inglés) durante su diseño para evaluar la flexión del tubo optimizando la sección transversal requerida.

40 Los nervios adicionales pueden incluir 4 nervios adicionales conectados desde los soportes de tubo al tubo de alojamiento de cierre. El alcance de la invención no pretende estar limitado al número de nervios adicionales. Por ejemplo, se consideran realizaciones dentro del alcance de la invención que incluyen más o menos de los 4 nervios adicionales.

45 El cabezal de descarga puede configurarse sin nervios externos, puesto que la frecuencia natural se controla realizando un análisis mediante elementos finitos (FEA) durante su diseño y variando el grosor de la pared de la transición acodada y de la sección transversal de los tubos de soporte.

50 La transición acodada puede estar configurada con una soldadura de reborde de descarga que tiene una conexión soldada al extremo. El alcance de la invención no pretende estar limitado al tipo o clase de conexión soldada. Por ejemplo, se consideran realizaciones dentro del alcance de la invención que incluyen la utilización de otros tipos o clases de conexión soldada.

55 La presente invención proporciona una rigidez de la estructura de soporte del motor que supera en aproximadamente 2 veces las cargas de la boquilla según el API y la máxima presión nominal del reborde de la boquilla con un movimiento relativo máximo de aproximadamente 76 µm (0,003 pulgadas) entre el tubo de alojamiento de cierre y la placa de base del motor. El diseño convencional actual para el mismo tamaño analizado tiene un movimiento relativo de aproximadamente 305 µm (0,012 pulgadas) utilizando 1 vez las cargas de la boquilla

60 según el API.

Además, en la presente invención el diseño de cada componente puede ser personalizado utilizando análisis mediante elementos finitos (FEA) sobre la base de un modelo paramétrico optimizado para múltiples tamaños de soporte de cabezal de descarga / motor que no existían antes. Resultaría evidente para un experto en la materia que

65 las técnicas de análisis mediante elementos finitos son conocidas en el sector, y que el alcance de la presente

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invención no pretende limitarse al uso de algún tipo o clase particular de análisis mediante elementos finitos ya sea conocido actualmente o que se desarrolle posteriormente en el futuro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El dibujo incluye las figuras siguientes:

La figura 1 muestra un diagrama de unos conjuntos de bomba de turbina vertical para el manejo de sólidos (VTSH) de Fairbanks Morse Pumps. La figura 2, que incluye las figuras 2a a 2d, muestra un dibujo de ensamble de un conjunto de bombas de turbina vertical para el manejo de sólidos VTSH mostrado en la figura 1. La figura 3 es un diagrama de un diseño de cabezal en “O” de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. La figura 4 es un diagrama de sección transversal del diseño de cabezal en “O” de la presente invención. La figura 5, que incluye las figuras 5a a 5d, muestra un dibujo de ensamble del diseño del cabezal en “O” mostrado en las figuras 3 – 4 de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, donde la figura 5c es una vista de sección transversa del detalle de montaje mostrado en la figura 5b a lo largo de las líneas B – B, y donde la figura 5d es una vista de sección transversal del detalle de la cierre mostrado en la figura 5c a lo largo de las líneas C – C. La figura 6, que incluye las figuras 6a – 6d, muestra un diagrama del proceso de automatización de la optimización, en el que las figuras 6a – 6c muestran las etapas del proceso de automatización de la optimización, y donde la figura 6d muestra una clave relacionada con los detalles presentados en las etapas de las figuras 6a – 6c.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las figuras 3 – 5 muestran, a modo de ejemplo, un diseño de cabezal en “O” para un cabezal de descarga indicado de manera general como 100 de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención.

El cabezal de descarga 100 caracteriza a una placa de montaje 102 de un motor configurada para el montaje sobre

o en un motor 200 (véase la figura 5); una placa de base configurada para el montaje sobre o en un conjunto de bomba indicado de manera general como 300 en la figura 5; una transición acodada 106 montada en la placa de base 104 configurada para proporcionar una descarga desde el conjunto de bomba 300; un tubo de alojamiento de cierre 108 acoplado a la transición acodada 106 configurado para recibir un cierre mecánico o una disposición de empaquetamiento indicado de manera general como 400; tubos de soporte 110 dispuestos entre la placa de montaje 102 del motor y la placa de base 104; y nervios 112 dispuestos entre los tubos de soporte 110 y el tubo de alojamiento de cierre 108 configurados para impedir el movimiento substancialmente lateral y torsional, incluyendo el movimiento debido a las fuerzas hidráulicas de reacción en una boquilla de bomba y a la inercia de un accionador.

El diseño de cabezal en “O” de acuerdo con la presente invención puede incluir una o más de las siguientes características:

-configuración con 4 tubos de soporte 110 para soportar el peso del motor vertical, el par de torsión, el empuje de la bomba hacia abajo y las fuerzas y momentos de la boquilla; -acceso de 360 grados al acoplamiento y al alojamiento de cierre: esto es importante, puesto que ayuda al personal de mantenimiento a quitar fácilmente los componentes de acoplamiento y de cierre; -el diseño global del cabezal en “O” es para dos veces las cargas según el estándar API 610 de ediciones 8ª y 10ª de la boquilla: este es el cambio más importante, puesto que implica que la rigidez del cabezal de descarga soporte las fuerzas y momentos según el API; -el diseño global del cabezal en “O” cumple el estándar API 610 de ediciones 8ª y 10ª para los mercados de petróleo y gas, y el químico: una consideración de diseño importante cumple los requisitos de la sección VIII del estándar ASME para diseño, y la sección IX para soldadura y, puede ser utilizada para bombas verticales de múltiples etapas de alta presión; -como se muestra, la transición acodada 106 está formada como un codo de 3 ingletes más corto sin soldar los nervios para soportar fuerzas y momentos; -una longitud más corta de la altura: esto mejora la vibración total de la bomba debido a una distancia con menor voladizo desde la base al cojinete de la parte superior del motor; -una menor amplitud de vibración total: conseguida a partir de un movimiento relativo máximo de aproximadamente 76 µm (0,003 pulgadas) entre el tubo de alojamiento de cierre 108 y la placa de base 102 del tubo de soporte; -una configuración optimizada del diseño: cada orden de trabajo tiene un análisis estático y dinámico estructural realizado para condiciones de diseño específicas, que define la configuración específica utilizando un diseño paramétrico del cabezal de descarga; -un tubo pequeño de alojamiento de cierre 108: esta característica reduce la cantidad de pérdidas hidráulicas, proporciona una mejor distribución de la presión hidráulica en la transición acodada, y facilita la instalación del cierre mecánico o la disposición del empaquetamiento 400 (figura 5); -una menor área de la placa de base: el ángulo del soporte de 4 tubos es aproximadamente 80° frente a 60 a 70° del dispositivo de la competencia conocido utilizado para aplicaciones de bombas de alta presión;

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-una flexión mínima del soporte del tubo: el análisis mediante elementos finitos (FEA) se realiza en cada orden de trabajo para evaluar la flexión del tubo para la optimización de la sección transversal requerida. Los 4 nervios 112 adicionales de los tubos de soporte 110 hasta el tubo de alojamiento de cierre 108 se utilizan para impedir el movimiento lateral y torsional debido a las fuerzas hidráulicas de reacción en la boquilla de

5 bomba y a la inercia del accionador. -no se necesitan nervios externos: la frecuencia natural se controla mediante la realización de un FEA en cada orden de trabajo y variando el grosor de pared de la sección transversal de los soportes acodados y del tubo; -la transición acodada 106 tiene un reborde de descarga 106a que tiene una soldadura de reborde de

10 descarga 106b con una conexión soldada en el extremo.

Las dimensiones del diseño de cabezal en “O” 100 dependerán de la aplicación particular; así, el alcance de la invención no pretende estar limitado a ningún conjunto particular de dimensiones. En la aplicación provisional cuyo beneficio reclama esta solicitud, las dimensiones se incluyeron en las figuras 5a a 5d a modo de ejemplo, pero el

15 alcance de la presente invención no pretende estar limitado en modo alguno a las mismas. En efecto, las dimensiones forman parte de una configuración de diseño específica para un cliente particular. En este sentido, se comprende que se considera que las realizaciones de la presente invención tienen dimensiones distintas de las mostradas en las figuras 5a a 5d de la solicitud provisional.

20 Proceso de herramienta de optimización del cabezal de descarga La figura 6 muestra un diagrama que tiene las etapas de un proceso de optimización del cabezal de descarga de las figuras 6a – 6c que puede ser utilizado para el diseño del cabezal de descarga mostrado y descrito en relación con las figuras 3 – 5.

25 A modo de ejemplo, una descripción de un proceso de optimización de cabezal de descarga, que resultaría evidente para una persona experta en la materia es como sigue:

El proceso de la herramienta de optimización (OT – Optimization Tool, en inglés) puede realizarse en cuatro etapas principales:

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1.: Fase de Eprism

2.: Configuración de la OT

3.: Análisis y optimización de la OT

4.: Generación de dibujo de la OT

35 Fase de Eprism: El punto de inicio de la herramienta de optimización es desde el Eprism, que es una aplicación basada en Java conocida en el sector, cuando el ingeniero de aplicación completa la selección de la bomba sobre la base de las condiciones hidráulicas. Es importante observar que el alcance de la invención no pretende utilizar solo la aplicación

40 Eprism, puesto que se consideran realizaciones que utilizan otros tipos o clases de tales programas de optimización bien conocidos actualmente o que se desarrollen con posterioridad en el futuro. Eprism tiene un enlace incorporado a través del cual el ingeniero de aplicación activa la aplicación de la herramienta de optimización enviando el archivo XML de eprism. El archivo XML de eprism contiene datos como el tamaño de la descarga, la presión del hidrotest, el tipo de diseño, el BD del motor, muchos otros detalles de dimensiones para el diseño del cabezal. Esta información

45 se publica en Eprism a partir de un trabajo previo y de planos estándar utilizando una regla 80 – 20. Cuando se genera el archivo XML, entonces la aplicación de herramienta de optimización se abrirá a través del explorador de Internet. La herramienta de optimización y Eprism son de operación independiente a partir de este punto.

Configuración de la OT:

50 El archivo XML generado desde Eprism se almacenará en un ordenador local bajo c:\documents and settings\username\prismtemp\eprism_proe\*.xml. Se puede hacer clic en el botón “Guardar como” en la página de configuración. Esta acción crea un modelo de diseño por ordenador (CAD – Computer Aided Design, en inglés) en 3D parametrizado (Pro/E Wildfire2.0) a partir de un directorio maestro a un directorio de usuario (modelo de usuario) en el propio servidor que se cambiará también de acuerdo con el requisito que utiliza el archivo XML. Una vez que el

55 modelo se ha copiado en el directorio, la herramienta actualiza los parámetros del modelo Pro/E en el modelo del usuario de acuerdo con los valores del archivo XML. El modelo de CAD paramétrico en 3D se construye utilizando directrices de diseño de VPO para procesos de fabricación tales como soldaduras, tamaños de tubos, espesor, voladizo de placa, etc. Los espesores de tubo se establecen utilizando Sch40 que es un elemento estándar / en stock. En el caso del cabezal en “O”, existirá una holgura de 12,7 mm (media pulgada) a cada lado del tubo de

60 descarga y del tubo de soporte.

La herramienta muestra los valores proporcionados al usuario a partir del archivo xml de Eprism en forma de una tabla / desplegable. El usuario tiene la opción de cambiar los parámetros si es necesario en la página de configuración. Se hace clic en el botón “Configurar parámetros” para configurar los nuevos valores en el modelo

65 CAD en 3D del usuario. Por ejemplo, el usuario puede actualizar el BD del motor, la especificación del ala, el tipo de

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diseño del cabezal, etc. Si todos los parámetros están configurados, entonces el usuario necesita hacer clic en el “Página de análisis” de la herramienta.

El diseñador puede acceder a la herramienta directamente en el momento utilizando un ID de inicio de sesión y contraseña, pero típicamente necesita obtener el archivo XML de Eprism mediante un ingeniero de aplicación mediante transferencia de correo electrónico / carpeta.

Análisis y optimización de la OT: El análisis y optimización de la OT es una fase importante en la herramienta de optimización y es el núcleo de la herramienta. Todos los análisis se realizan típicamente utilizando Pro/Mechanica, aunque el alcance de la invención no pretende estar limitado al mismo. Esta fase tiene cinco subfases.

1.: Análisis estático

2.: Optimización estática

3.: Análisis de frecuencia de lengüeta

4.: Optimización de frecuencia de lengüeta

5.: Análisis estático (basado en el modelo de frecuencia de lengüeta)

La herramienta muestra todas las cargas que se aplicarán en el modelo del cabezal. Las cargas consideradas en el análisis son, por ejemplo, cargas de boquilla (comerciales, según el API, etc.), presión de hidrotest, peso del motor, par de torsión del motor, empuje de la bomba hacia abajo, peso del conjunto de columna y tazón, aunque el alcance de la invención pretende incluir otros tipos o clases de cargas bien conocidas actualmente o que se desarrollen posteriormente en el futuro. El usuario tiene la flexibilidad de actualizar los valores de carga en la página web. El análisis se realiza utilizando dos modelos diferentes -shell y sólido. Todos los ingenieros de aplicación tendrán acceso al análisis del modelo shell y el diseñador tendrá acceso a ejecutar el análisis utilizando los modelos shell o sólido. En general, los modelos shell llevan mucho menos tiempo que el modelo sólido. El análisis del modelo sólido es típicamente más preciso en comparación con el shell, pero el modelo shell está muy ajustado de manera que la desviación de los resultados entre el shell y el sólido puede minimizarse.

1. Análisis estático: La herramienta aplica las cargas anteriormente mencionadas en el modelo y realiza el análisis estático lineal. La herramienta revisa las siguientes salidas del modelo a partir del análisis de acuerdo con las directrices del análisis estructural VPO

•: Todas las flexiones verticales de las placas deben ser típicamente menores de, por ejemplo, aproximadamente 0,42 mm/m (0,005 (in/ft.).

•: Flexión relativa (normal al eje de la bomba) entre la placa central en la que los montantes del cierre mecánico y de la placa superior deben ser menores típicamente de, por ejemplo, aproximadamente 102 µm (0,004 pulgadas.).

•: La máxima tensión de cortadura en las intersecciones del tubo debe estar típicamente por debajo de la tensión admisible basada en los estándares comerciales o del API.

•: La tensión en los pernos debe estar típicamente por debajo de la tensión admisible basada en los estándares comerciales o del API.

Un resumen del resultado de los análisis se muestra en la página web para revisión e impresión. Si alguna de las salidas no cumple las directrices del análisis, entonces la herramienta muestra un mensaje “El modelo debe ser optimizado”. Esto hace que el usuario pase a una subfase de optimización estática. Si se supera el análisis, entonces al usuario se le recomienda que realice un análisis de frecuencia de lengüeta.

2. Análisis de optimización estático: La herramienta tiene una lógica predefinida para llegar al modelo optimizado para diferentes escenarios. A modo de ejemplo, se explica lo que sigue para el diseño del cabezal en “O”:

a) Si alguna placa no cumple los criterios de flexión vertical, entonces la herramienta automáticamente aumentará el espesor de la placa existente en, por ejemplo, un incremento de 3,175 mm (aproximadamente 1/8 pulgadas) y realiza de nuevo un análisis estático hasta que la flexión de la placa cumple los criterios. b) Si la máxima tensión de cortadura excede el límite, entonces el espesor del tubo de la boquilla se incrementa hasta el siguiente espesor de boquilla utilizando el diagrama de tubo estándar. c) Si no se cumple la flexión relativa, entonces el espesor del tubo de la chimenea se incrementará como etapa b. En algunos casos, el tubo existente puede no cumplir utilizando también un espesor máximo; entonces la herramienta actualizará el tubo de la chimenea hasta el siguiente tamaño de tubo estándar disponible con espesor de tubo SCH40. Asimismo, la relación de diseño se construye de manera que la chimenea no exceda el diámetro del tubo de descarga. Se proporcionaron también cuatro nervios entre el tubo de soporte y el centro para una mejor estabilidad (menos flexión – normal al eje de la bomba).

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Dado que el modelo es paramétrico, el cambio en el diámetro del tubo de la chimenea cambiará también el diámetro exterior de la placa central, guardando automáticamente el ID de la placa requerido para el alojamiento de cierre.

5 d) Si la tensión de perno no cumple el estándar, entonces la herramienta actualizará el diámetro del perno y ejecuta de nuevo el análisis. Tras un cierto tamaño, la herramienta reinicia el tamaño del perno al tamaño original y prueba a incrementar el número de pernos. Siempre que se aumenta el tamaño del perno, la herramienta comprueba la disponibilidad del material en la placa. Si es necesario,

10 actualiza el diámetro de la placa o el diámetro del círculo del perno. e) Si no se cumplen múltiples criterios, entonces la herramienta actuará sobre las reglas de optimización anteriores en una única ejecución siempre que sea posible reducir el tiempo de solución. f) La herramienta ejecuta un número “N” de iteraciones basado en la complejidad y en la proximidad de los resultados del modelo inicial hasta la zona de seguridad. Tras terminar las iteraciones, la

15 herramienta alcanza el modelo optimizado con los resultados actualizados para revisión e impresión. g) En algún caso, para las condiciones de carga dadas, la herramienta no pudo encontrar una solución óptima. Entonces, presentará al usuario una ventana emergente recomendando “DIRÍJASE A LA FÁBRICA”.

20 3. Análisis de la frecuencia de lengüeta: La herramienta está preparada para introducir información acerca de la frecuencia de lengüeta del motor que es suministrada por el fabricante del motor. La herramienta considera la frecuencia de lengüeta del motor en la determinación de la frecuencia de lengüeta del sistema (cabezal y motor). La directriz de análisis seguida es, por ejemplo, aproximadamente +/-25 % de diferencia con respecto a la velocidad de operación. Tras

25 realizar el análisis de la frecuencia de lengüeta, los resultados se imprimen con un margen de seguridad para revisión e impresión. En caso de que la frecuencia del sistema caiga por debajo del +/-25 %, entonces la herramienta recomienda al usuario realizar un “Análisis de optimización de la frecuencia de lengüeta”.

Si la frecuencia de lengüeta es correcta, entonces el usuario podrá pasar a la fase final – Generación de 30 dibujo de la OT.

4. Análisis de la optimización de la frecuencia de lengüeta: En el caso del cabezal en “O”, la frecuencia de lengüeta será drásticamente alterada cambiando el espesor y el tamaño del tubo de soporte. El modelo paramétrico gestiona el diámetro de la placa inferior sobre la base

35 del diámetro del tubo de soporte y de la abertura del colector. Siempre, el tubo de soporte debe tener un soporte rígido a su parte inferior de manera que los soportes del tubo estén situados en la placa inferior sobre la base de los diámetros de la abertura del colector. Una vez que el modelo está optimizado para las condiciones de la frecuencia de lengüeta, entonces la herramienta realizará la ejecución final del análisis estático.

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5. Análisis estático (Análisis del modelo de la etapa 4): Antes de generar el plano, la herramienta ejecuta de nuevo un análisis estático si hay un cambio en el modelo basado en el análisis de la frecuencia de lengüeta (etapa 3 y 4). Esta etapa asegura que el modelo final optimizado ha sufrido análisis estático y de frecuencia de lengüeta. Si el análisis resulta fallido, entonces

45 el proceso se repetirá con este modelo desde la etapa 1, o bien el usuario podrá ir a la fase final – Generación de plano de OT.

Generación de plano de OT: La herramienta genera el plano de fabricación para el cabezal de descarga sobre la base del modelo optimizado en 50 el formato PDF con las opciones “Abrir” / “Guardar” en el ordenador del usuario.

Para los ingenieros de aplicación, el plano enumera el material para los componentes sobre la base del archivo XML

o de las entradas de configuración. También en el plano, se muestra el mensaje “PLANO SOLO PARA COTIZACIÓN” para asegurar que no está liberado para fabricación.

55 Para los ingenieros de diseño, no se muestra una lista de materiales porque los detalles de materiales se mostrarán en la BM. El plano solo para cotización no se mostrará.

La descripción mencionada anteriormente en el diagrama mostrado en la figura 6 se proporciona solo a modo de

60 ejemplo. El alcance de la invención pretende incluir otros tipos o clases de procesos de optimización bien conocidos actualmente o que se desarrollen posteriormente en el futuro, que pueden ser utilizados para diseñar el cabezal de descarga mostrado y descrito en relación con las figuras 3 – 5, así como otros tipos y clases de tubos de soporte para otros tipos y clases de aplicaciones, todas dentro del espíritu de la presente invención, como resultará evidente para un experto en la materia.

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Alcance de la Invención Resultará evidente que, a menos que se diga otra cosa en esta memoria, cualquiera de las características descritas relativas a una realización particular de esta memoria puede ser también aplicada, utilizada o incorporada con cualquier otra realización descrita en esta memoria. Asimismo, los dibujos de esta memoria no están dibujados a

5 escala.

Aunque la invención ha sido descrita e ilustrada con respecto a realizaciones de ejemplo de la misma, las anteriores y otras adiciones y omisiones diferentes pueden realizarse en las mismas y a las mismas sin separarse del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1.

Un cabezal de descarga (100) que comprende:

una placa de montaje (102) de motor configurada para el montaje sobre o en un motor (200); una placa de base (104) configurada para el montaje sobre o en un conjunto de bomba (300); una transición acodada (106) montada sobre la placa de base configurada para proporcionar una descarga desde el conjunto de bomba; un tubo de alojamiento de cierre (108) acoplado a la transición acodada, configurado para recibir un cierre mecánico o disposición de empaquetamiento; tubos de soporte (110) dispuestos entre la placa de montaje de motor y la placa de base; caracterizado por nervios (112) dispuestos entre los tubos de soporte y el tubo de alojamiento de cierre, configurados para impedir el movimiento substancialmente lateral y torsional, incluyendo el movimiento debido a las fuerzas hidráulicas de reacción en una boquilla de la bomba y a la inercia de un accionador.
2.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los tubos de soporte incluyen una configuración con 4 tubos de soporte configurados para soportar el peso del motor vertical, el par de torsión, el empuje de la bomba hacia abajo y las fuerzas y momentos de la boquilla.
3.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tubo de alojamiento de cierre está configurado para proporcionar un acceso de 360 grados al acoplamiento y al alojamiento del cierre.
4.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para proporcionar dos veces las cargas de la boquilla según el estándar API 610, con el fin de proporcionar rigidez al cabezal de descarga para soportar fuerzas y momentos según el API.
5.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para formar parte de una bomba vertical de múltiples etapas de alta presión.
6.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener un codo de 3 ingletes sin nervios de soldadura para soportar fuerzas y momentos.
7.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener una menor longitud de la altura para mejorar la vibración total de la bomba debido a una menor distancia de voladizo desde la base al cojinete en la parte superior del motor.
8.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener una amplitud de vibración total conseguida a partir de un movimiento relativo máximo de aproximadamente 76 µm (0,003 pulgadas) entre el tubo de alojamiento de cierre y la placa de montaje del motor.
9.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada componente, incluyendo la placa de montaje, la placa de base, la transición acodada, el tubo de alojamiento de cierre, el tubo de soporte y nervios adicionales, del cabezal de descarga está configurado para tener una configuración de diseño optimizada, cuyas dimensiones se generan realizando un análisis estático y dinámico estructural para condiciones de diseño específicas que define una configuración específica utilizando diseño paramétrico del cabezal de descarga.
10.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener un tubo de alojamiento de cierre dimensionado para reducir la cantidad de pérdidas hidráulicas, proporcionar una mejor distribución de la presión hidráulica en la transición acodada y facilitar la instalación del cierre mecánico o la disposición de empaquetamiento.
11.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener un área de placa de base, configurado de manera que el ángulo de soporte del tubo es aproximadamente 80° frente a 60 a 70° de un dispositivo utilizado para aplicaciones de bomba de alta presión.
12.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado para tener una mínima flexión del soporte del tubo realizando un análisis mediante elementos finitos (FEA) durante su diseño para evaluar la flexión del tubo optimizando la sección transversal requerida.
13.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los nervios adicionales incluyen 4 nervios adicionales conectados cada uno desde uno respectivo de cuatro soportes de tubos al tubo de alojamiento de cierre.
14.

Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cabezal de descarga está configurado sin nervios externos, puesto que la frecuencia natural se controla realizando un análisis mediante elementos finitos (FEA) durante su diseño y variando el espesor de la pared de la sección transversal de la transición acodada y de los soportes de tubo.

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15. Un cabezal de descarga de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la transición acodada está configurada con un reborde de descarga que tiene una soldadura de reborde de descarga con una conexión soldada en el extremo.

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