WO2014171809A2 - Bomba centrífuga vertical en línea multietapas - Google Patents

Bomba centrífuga vertical en línea multietapas Download PDF

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WO2014171809A2
WO2014171809A2 PCT/MX2014/000059 MX2014000059W WO2014171809A2 WO 2014171809 A2 WO2014171809 A2 WO 2014171809A2 MX 2014000059 W MX2014000059 W MX 2014000059W WO 2014171809 A2 WO2014171809 A2 WO 2014171809A2
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Heliodoro Marcial MENESES LUNA
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Bombas Internacionales Mexicanas, S.A De C.V.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/605—Mounting; Assembling; Disassembling specially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the present invention rests in the area of mechanical engineering, specifically it refers to a multistage vertical in-line centrifugal pump, which is designed to operate in low flow and high load conditions.
  • This device is focused on pumping crude oil and its derivatives. Given its versatility of assembly by modules, maintenance is facilitated, making it quick and expedited for inspection, with this the reduction of maintenance and improvised shutdowns is also achieved, since the equipment is integrated by agile disassembly modules. BACKGROUND.
  • Document PA / a / 2005/001682 refers to a method for adjusting the configuration of a rotary pump, which comprises axially adjusting the end portion of a housing at one end. of suction of the pump with respect to the rest of the housing and with respect to an inlet flange of the pump, it comprises opposite annular seat formations and an elastic separator comprising a plurality of elastic links to allow the variable gap between the formations to be closed seat.
  • This development has the limitation that it is not a centrifugal, multi-pass, vertical and in-line pump.
  • the present invention relates to a centrifugal pump that is multipass, vertical and in line:
  • Document Mx / a / 2008/009436 describes a centrifugal pump having a pump base with inductive inlet openings that receive molten metal into a driving chamber.
  • a driving structure in the driving chamber passes the metal in a radial direction through the inductive outlet inlet to a volute passage to discharge it into the metal reservoir in which the pump is located.
  • Document US5, H0,483 refers to a pump for the separation of absorbed particles in entrainment materials; certainly, it is a suction pump, however it is completely different in design and application to the proposal in this document.
  • WO / 2011/042646 refers to an electric pool pump, which leaves the field and object of the present invention, and its design does not allow it to be used for handling high density fluids.
  • Document CN2299171Y refers to a vertical and in-line centrifugal pump, whose main limitation with respect to the present invention, is that it is not multipass:
  • Figure 1. View of a 90 "section or front of the pump.
  • the present invention relates to a multi-phase in-line centrifugal pump for low flow and high load, it is a hydraulic machine that pumps various petroleum and chemical fluids at low expense and high load at a controlled synchronous operating speed and speed.
  • Its design and selection of metallurgies is attached to the standard required in the industry.
  • Its housing has suction and discharge nozzles in line, which allows the assembly in vertical series of diffusers that constantly integrate the pressure in stages until obtaining the desired pressure to then be pressurized in the pressure chamber and vent the total pressure to through the discharge nozzle of the housing. Consequently this model does not require water for the cooling system, it does not require oil and (or) grease for lubrication saving between 1.5 and 3.4 liters of lubricants. It does not require radial and high axial thrust bearings, does not require bearings and does not require hydraulic balancing drums.
  • the seal box allows to house cartridge-type mechanical seals and the explosion-proof vertical electric motor configuration absorbs the generated axial thrust. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION.
  • the present invention relates to a multistage vertical centrifugal pump for low flow and high load, it is a hydraulic machine that pumps various petroleum and chemical fluids at low expense and high load at controlled operating pressure and synchronous speed.
  • This pump has flanged suction and discharge nozzles in line that does not require the use of bearings for operation. It has a housing designed with suction and discharge nozzles in line that allows the assembly in vertical series of diffusers that integrate, at constant expense, the pressure in stages until obtaining the desired pressure to then be pressurized in the pressure chamber and vent the total pressure through the housing discharge nozzle.
  • the pump of the present invention does not require water for the cooling system, saving 18,925 liters of water (5GPM); does not require radial or high performance bearings; It does not require bearings or hydraulic balancing drums, nor does it require oil and (or) grease for lubrication. Its seal box allows to house cartridge-type mechanical seals.
  • the explosion-proof vertical electric motor configuration absorbs the axial thrust generated.
  • said centrifugal pump has a flanged suction nozzle (1) that feeds the fluid to a first impeller (2), which propels the fluid through a first diffuser (3) to the following impellers and diffusers (4), repeating the process throughout the pump stages.
  • the plurality of diffusers are assembled in multistage series that integrate the expense and pressure per stage until the desired conditions are hydraulically obtained. Thanks to this configuration, the diffuser body is covered by a pressure chamber vent the discharge nozzle and therefore does not require water for the cooling system.
  • impellers and diffusers are separated by means of an impeller spacer bushing (5), which are fixed at the top by means of a nut for securing impellers (6) and are mounted on an arrow (7) attached to it through of impeller cuffs (8).
  • the arrow (7) on its lower part, is assembled in a bushing (9) that is mounted in a housing (10) and on its upper part, is assembled in a mechanical seal housing bushing (11) .
  • the set of diffusers (3 and 4) are assembled and fastened by fastening bolts (12), fixed at the bottom of the housing (10) by means of a nut for fastening bolts (13) and to the housing of a mechanical seal ( 14) using the same nut for fastening bolts (13).
  • the mechanical seal housing (14) has among its functions to keep the pressure chamber (15) flooded through a plurality of holes or holes (16).
  • a seal system (mechanical seal) (17) is mounted on the mechanical seal housing (14), and a pump mamelon (18) is mounted on the upper end of the arrow.
  • An adjusting nut (19) is mounted on the pump's mamelon (18) and mounted on it is a rigid copy with spacer (20), which couples the impeller arrow (7) with the actuator arrow.
  • a mamelon on the side of the actuator (21) is mounted on the rigid copy with spacer (20).
  • the pressure chamber (15) discharges the fluid to a flanged discharge nozzle (22).
  • a controlled compression joint (23) and an "O ring” ring (24) are used.
  • a controlled compression seal (25) and an "O ring” ring (26) are used.
  • "O ring” rings (27) are placed to prevent fluid leakage in the assembly between the diffusers (3 and 4), between the last diffuser and the mechanical seal housing (14), by means of high-pressure screws (29 ), the pressure chamber (15) is coupled to the housing (10), where from said housing (10) a flanged tube (30) comes out to feed the lubrication system of the mechanical seal.
  • the flanged discharge nozzle (22) is preferred to be a nozzle, whose arrow is assembled from the bottom to a bushing mounted in the housing, thereby avoiding the use of bearings.
  • the present invention relates to a technological development which, as shown in Figures 1, 2 and 3, given its robust design, can be used, as an example illustrative, but not limiting, for the movement of crude oil and its derivatives,

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Abstract

La presente invención recae en el área mecánica, específicamente se refiere a una bomba centrífuga vertical en línea multipasos, la cual es diseñada para operar en condiciones de bajo flujo y alta carga; gracias a su diseño, resulta de fácil mantenimiento e inspección, no requiere aceite y(o) grasa para la lubricación, no requiere cojinetes radiales y de alto empuje axial, no requiere chumaceras y no requiere de tambores de balanceo hidráulico.

Description

BOMBA CENTRÍFUGA VERTICAL EN LÍNEA MULTIETAPAS.
DESCRIPCIÓN.
OBJETO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención recae en el área de ingeniería mecánica, específicamente se refiere a una bomba centrífuga vertical en línea multipasos, la cual está diseñada para operar en condiciones de bajo flujo y alta carga. Este dispositivo está enfocado en el bombeo de crudo y sus derivados. Dada su versatilidad de ensamble por módulos se facilita el mantenimiento, haciendo ágil y expedito para su inspección, con esto también se logra la disminución del mantenimiento y paros improvistos, toda vez que el equipo está integrado por módulos de ágil desensamble. ANTECEDENTES.
En el estado de la técnica, específicamente en lo relacionado a equipos de bombeo, se pueden encontrar con una gama diversa de equipos y(o) sistemas, dispositivos e instrumentos que ayudan a facilitar el manejo de los fluidos, sin embargo no se localizó alguno que presente los beneficios técnicos de la presente invención.
Dentro de los desarrollos localizados, a continuación se mencionan los más cercanos al objeto de protección del presente desarrollo, sin embargo presentan la principal limitante de que dichas tecnologías no son bombas robustas, debido a que requieren del uso de cojinetes, aceite o grasa para su lubricación, lo cual se evita con la presente invención, aspectos que las hace inadecuadas para trabajar en condiciones de bajo gasto y alta carga, además de que no cuentan con una cámara de compresión.
Otras diferencias en específico respecto al estado del arte se describen a continuación: El documento PA/a/2005/001682 se refiere a un método para ajustar la configuración de una bomba rotativa, que comprende ajustar axialmente la porción extrema de una carcasa en un extremo de succión de la bomba respecto al resto de la carcasa y respecto a una brida de entrada de la bomba, comprende formaciones de asiento anulares opuestos y un separador elástico que comprende una pluralidad de enlaces elásticos para permitir que se cierre la brecha variable entre las formaciones de asiento. Este desarrollo presenta la limitante de que no se trata de una bomba centrífuga, multipasos, vertical y en línea.
A diferencia de las siguientes patentes, la presente invención se refiere a una bomba centrífuga que es multipasos, vertical y en línea:
El documento Mx/a/2008/009436 describe una bomba centrífuga que tiene una base de bomba con aberturas inductoras de entrada que reciben metal fundido hacia una cámara impulsora. Una estructura impulsora en la cámara impulsora pasa el metal en una dirección radial a través de la entrada inductora de salida hacia un pasaje voluto para descargarlo en el depósito de metal en la cual se ubica la bomba. El documento US5,H0,483 se refiere a una bomba para la separación de partículas absorbidas en materiales de arrastre; ciertamente, se trata de una bomba de succión, sin embargo es completamente distinta en diseño y aplicación a la propuesta en este documento.
El documento WO/2011/042646 se refiere a una bomba eléctrica para piscina, lo cual sale del campo y objeto de la presente invención, además su diseño no le permite ser empleada para el manejo de fluidos de alta densidad.
Los siguientes documentos tienen la limitante de que sólo son bombas centrífugas multipasos, no presentan la ventaja técnica de ser verticales ni en línea: CN 201661504, CN 201407181, CN201874836U, CN201771783U, CN201747617U, CN101975168A, CN101936293, CN101892990A, CN101644269A.
El siguiente grupo de documentos se limitan a ser solamente bombas centrífugas verticales, que difieren de la presente invención que adicionalmente es multipasos y en línea: US 7,686,573 BG2, ES 1053407, ES2004307, CN 201277206 Los siguientes documentos se refieren a bombas centrífugas verticales y multipasos, sin embargo presentan la limitante de que no son en línea: ES 1003539, ES 0276130 El documento CN2523989Y, se refieren a una bomba centrífuga multipasos y en línea, cuya principal limitante respecto a la presente invención, es que su configuración no es vertical y requiere de cojinetes y lubricantes.
El documento CN2299171Y, se refieren a una bomba centrífuga vertical y en línea, cuya principal limitante respecto a la presente invención, es que no es multipasos:
Los documentos reportados se refieren a bombas para el desplazamiento de líquidos, sin embargo muchos de ellos no se pueden emplear en las condiciones de la presente invención, al ser de uso doméstico, para desplazar fluidos de baja densidad, son horizontales y requieren de cojinetes y lubricantes para mantenerlas en funcionamiento, así como sistemas de enfriamiento, lo cual se evita con la presente propuesta, con lo que se superan por mucho estas tecnologías.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.
Figura 1.- Vista de un corte a 90" o frontal de la bomba.
Figura 2.- Vista en detalle de la junta y anillo de la carcasa
Figura 3.- Vista en detalle de la junta y anillo de la cámara de presión
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
La presente invención se refiere a una bomba centrífuga en línea multipasos para bajo flujo y alta carga, es una maquina hidráulica que bombea diversos fluidos petrolíferos y químicos a bajo gasto y alta carga a una presión de operación y velocidad síncrona controladas. Su diseño y selección de metalurgias está apegado a la norma requerida en la industria. Su carcasa cuenta con toberas de succión y descarga en línea, que permite el ensamble en serie vertical de difusores que integran a gasto constante la presión por etapas hasta obtener la presión deseada para luego quedar presurizada en la cámara de presión y desfogar la presión total a través de la tobera de descarga de la carcasa. En consecuencia este modelo no requiere agua para el sistema de enfriamiento, no requiere aceite y(o) grasa para la lubricación ahorrando entre 1.5 y 3.4 litros de lubricantes. No requiere cojinetes radiales y de alto empuje axial, no requiere chumaceras y no requiere de tambores de balanceo hidráulico.
La caja de sello permite alojar sellos mecánicos tipo cartucho y la configuración del motor eléctrico vertical, a prueba de explosión, absorbe el empuje axial generado. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.
La presente invención se refiere a una bomba centrífuga vertical multipasos para bajo flujo y alta carga, es una maquina hidráulica que bombea diversos fluidos petrolíferos y químicos a bajo gasto y alta carga a con presión de operación y velocidad síncrona controladas.
Dicha bomba presenta boquillas bridadas de succión y descarga en línea que no requiere el uso de rodamientos para su funcionamiento. Cuenta con una carcasa diseñada con toberas de succión y descarga en línea que permite el ensamble en serie vertical de difusores que integran, a gasto constante, la presión por etapas hasta obtener la presión deseada para luego quedar presurizada en la cámara de presión y desfogar la presión total a través de la tobera de descarga de la carcasa.
Gracias a este diseño, la bomba de la presente invención: no requiere agua para el sistema de enfriamiento, ahorrando en una modalidad 18.925 litros de agua (5GPM); no requiere cojinetes radiales ni de alto desempeño; no requiere chumaceras ni tambores de balanceo hidráulico, así como tampoco requiere de aceite y(o) grasa para la lubricación. Su caja de sello permite alojar sellos mecánicos tipo cartucho.
Además, la configuración del motor eléctrico vertical a prueba de explosión absorbe el empuje axial generado.
Basándonos en la figura 1, dicha bomba centrífuga cuenta con una boquilla bridada de succión (1) que alimenta el fluido hacia un primer impulsor (2), el cual propulsa el fluido a través de un primer difusor (3) hacia los siguientes impulsores y difusores (4), repitiendo el proceso a lo largo de las etapas de la bomba. La pluralidad de difusores se encuentran ensamblados en serie multietapas que integran el gasto y presión por etapa hasta obtener hidráulicamente las condiciones deseadas. Gracias a esta configuración, el cuerpo de difusores queda cubierto por una cámara de presión a desfogar por la tobera de descarga y por lo tanto no requiere agua para el sistema de enfriamiento.
Los impulsores y difusores están separados a través de un buje espaciador de impulsores (5), los cuales se fijan por su parte superior mediante una tuerca para sujeción de impulsores (6) y están montados en una flecha (7) sujetos a esta a través de cufias de impulsores (8). Además, la flecha (7), por su parte inferior, está ensamblada en un buje (9) que se encuentra montado en una carcasa (10) y por su parte superior, está ensamblada en un buje de alojamiento del sello mecánico (11).
El conjunto de difusores (3 y 4) están ensamblados y sujetados mediante pernos de sujeción (12), fijados por su parte inferior a la carcasa (10) mediante una tuerca para pernos de sujeción (13) y al alojamiento de un sello mecánico (14) mediante la misma tuerca para pernos de sujeción (13).
Entre el conjunto de difusores (3 y 4) y la carcasa (10) existe un espacio que da lugar a una cámara de presión (15) que descarga el fluido hacia la tobera. El alojamiento del sello mecánico (14) tiene entre sus funciones mantener inundada la cámara de presión (15) através de una pluralidad de barrenos u orificios (16).
Sobre el alojamiento del sello mecánico (14) está montado un sistema de sellado (sello mecánico) (17), y en el extremo superior de la flecha está montado un mamelón de una bomba (18). Sobre el mamelón de la bomba (18) se monta una tuerca de ajuste (19) y montada sobre esta se encuentra un copie rígido con espaciador (20), el cual acopla a la flecha de impulsores (7) con la flecha del accionador. Sobre el copie rígido con espaciador (20) se monta un mamelón del lado del accionador (21).
La cámara de presión (15) descarga el fluido hacia una boquilla bridada de descarga (22). Donde para sellar la cámara de presión (15) a la carcasa (10), se utiliza una junta de compresión controlada (23) y un anillo "O ring" (24). Para sellar la cámara de presión (15) a la cámara del sello mecánico (14), se utiliza una junta de compresión controlada (25) y un anillo "O ring" (26). Además, se colocan anillos "O ring" (27) para evitar fugas del fluido en el montaje entre los difusores (3 y 4), entre el último difusor y el alojamiento del sello mecánico (14), mediante tornillos de alta presión (29), se acoplan la cámara de presión (15) a la carcasa (10), donde de dicha carcasa (10) sale un tubo bridado (30) para alimentar el sistema de lubricación del sello mecánico.
Finalmente, la boquilla bridada de descarga (22) se prefiere sea una tobera, cuya flecha esta ensamblada por la parte inferior a un buje montado en la carcasa, con lo que se evita el uso de cojinetes.
La presente invención se refiere a un desarrollo tecnológico que, como se muestra en las figuras 1, 2 y 3, dado su diseño robusto, puede ser utilizado, como ejemplo ilustrativo, más no limitativo, para el movimiento de crudo y sus derivados,
alimentación a generadores de vapor o sistemas a alta presión, etcétera.
VENTAJAS TÉCNICAS.
· Cuenta con una carcasa diseñada con boquillas bridadas de succión y descarga dispuestas en línea, lo que permite el diseño de instalaciones más eficientes.
• Presenta difusores ensamblados en serie multietapas que integran el gasto y presión por etapa hasta obtener hidráulicamente las condiciones deseadas.
• Presenta un cuerpo de difusores cubierto por una cámara de presión a desfogar por la boquilla bridada de descarga.
• No requiere agua para el sistema de enfriamiento, lo que implica ahorro de agua.
• No requiere aceite y(o) grasa para la lubricación, lo que implica ahorro de lubricantes y la hace ecológicamente amigable.
· No requiere cojinetes radiales y de alto empuje axial.
• No requiere chumaceras.
• No requiere de tambores de balanceo hidráulico.
• Disminución del mantenimiento y paros improvistos toda vez que el equipo está integrado por módulos de ágil desensamble que permiten la inspección y mantenimiento expedito.
• Nulos problemas de cavitación. Todas y cada una de las partes mecánicas integran factores de seguridad en condiciones críticas de servicio, sus metalurgias cumplen con las columnas de materiales indicadas en la norma requerida en la industria. Lo anterior garantiza alto desempeño, buen funcionamiento y larga vida útil del equipo.

Claims

REIVINDICACIONES.
1. Una bomba centrífuga vertical en línea multietapas, caracterizada porque cuenta con una boquilla bridada de succión que alimenta un fluido hacia una pluralidad de impulsores y difusores; dichos impulsores están montados en una flecha; además, la flecha, por su parte inferior, está ensamblada en un buje que se encuentra montado en una carcasa y por su parte superior, está ensamblada en un buje de alojamiento del sello mecánico. Entre el conjunto de difusores y la carcasa existe un espacio que da lugar a una cámara de presión que descarga el fluido una boquilla bridada de descarga.
2. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque los difusores se encuentran ensamblados en serie multietapas que integran el gasto y presión por etapa hasta obtener hidráulicamente las condiciones deseadas.
3. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo de difusores queda cubierto por una cámara de presión.
4. La bomba de la reivindicación 1, donde la cámara de presión descarga el fluido hacia la boquilla bridada de descarga.
5. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque sobre la boquilla de descarga se prefiere sea una tobera.
6. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque gracias a su diseño, no requiere agua para el sistema de enfriamiento.
7. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque gracias a su diseño, no requiere aceite y(o) grasa para la lubricación.
8. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque gracias a su diseño, no requiere cojinetes.
9. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque gracias a su diseño, no requiere chumaceras.
10. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque gracias a su diseño, no requiere de tambores de balanceo hidráulico.
11. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque el alojamiento del sello mecánico tiene entre sus funciones mantener inundada la cámara de presión a través de una pluralidad de orificios.
12. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque la flecha esta ensamblada por la parte inferior a un buje montado en la carcasa, con lo que se evita el uso de cojinetes.
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