Diseño Mecánico de Bombas Multietapas

-Optimización pesos de bases de equipos rotantes

-Optimización del diseño de un canalizador de succión para altas presiones

-Investigación de causa de falla de junta de cuerpo de bomba DMX

Ariel Cebollada – Engineering Manager

Cristian Giner – Product Engineer

Pablo Samiac – Project Engineer FLOWSERVE COORPORACION

FLOW SOLUTION GROUP

MENDOZA OPERATION

THE CORPORATION

THE CORPORATION

Location

Buenos Aires harbor

Chile harbor

THE CORPORATION

CURRENT MENDOZA OPERATIONS

• Total Area 39.274 m2

• Plant Building in 1960/62 & New and New shops Expansion

• Plant Area 12.260 m2

• Actual Manufacturing Area 10460m2

• Office Area 1.800 m2

MENDOZA PLANT LAYOUT

Mendoza Operation

SALES HISTORY

Historical Sales and CapEx - Comparative (2006 to 2013)

0,7 0,6

2,8

3,6

1,8

6,0

2,7

1,7

-

1

2

3

4

5

6

7

-

20

40

60

80

100

120

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

$ M

illio

ns

TotalSales

CapEx

$ M

illio

ns

Sales Growth (7 years) 311%, Capital Expenditure Investment (7 years) US$ 19 M

KEY PRODUCTS

HPX – Overhung API pump

WIK – Multistage, High

pressure&speed, Diffuser pump

WCC – Multistage, Diffuser Barrel

DMX – Multistage, Axially split

HDO and HSO – Multistage, Volute

Casing, Process Barrel

BB3 DMX pumps booked per year

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Domestic 14 23 24 8 2 20 22 9 19

Foreign 26 72 90 74 48 63 92 81 98

Interco 8 9 9 38 32 24 22 35 28

TOTAL 48 104 123 120 82 107 136 125 145

BB5 / MP pumps booked per year

BB5 / MP pumps booked per year

2011 2012 2013 2011 2012

Domestic 1 2 1 2 0

Foreign 3 6 4 0 7

Interco 0 2 8 0 0

TOTAL 4 10 13 2 7

BB5 MultiPhase

TEST CAPABILITIES

Power: 8000 HP (5880 kW)

Flow: 44000 USgpm (10000 m3/hr)

Pressure: 4500 PSI (300 Bar)

VFD for variable speed from 25 to 125Hz and variable voltage from 2.3 to 7.2kV

High energy baseplate for complete unit tests

Calibrated test lab motors up to

8000 HP (5880 kW)

TEST CAPABILITIES

High Energy Packages driven by Engines with Control System and

auxiliaries

ENGINEERING

Design and drafting of complex packages integrating centrifugal pump, driver ( electric motor, turbine, engines), VFD, Lube Oil System and Control & Monitoring Systems

Hydraulic and Mechanic Performance test review

Wide experience in design & application for Axially split multistage pumps (BB3)

Wide experience in in design & application for over hung pumps (OH2)

Wide experience in design & application for Axially split one or two stage pumps (BB1)

Pump operation control system development

ENGINEERING

Analysis capabilities

Structural FEA

Seismic analysis

Lateral natural frequencies and

damping factors

Lomakin and bearing coefficients

Bearing stability

Damped unbalance response

Torsional natural frequencies

Shaft stress analysis under

torsional natural frequencies

Structural / Deflections / Lifting

analysis of baseplates

Nozzle forces and moments

analysis

Equivalent Mass/Inertia/WR2

Hydraulic modifications &

troubleshooting

Vibration troubleshooting

ANSYS COMO HERRAMIENTA DE

INGENIERIA

EJEMPLOS PRESENTADOS

• OPTIMIZACION DE BASES

• OPTIMIZACION DE CANALIZADOR DE SUCCION PARA ALTAS PRESIONES

• INVESTIGACION DE CAUSA DE FALLA JUNTA DE CUERPO

OPTIMIZACION DE BASES

CRITERIOS DE DISEÑO DE BASES

- FUERZAS DE IZAJE – RESISTENCIA MECANICA - SEGURIDAD

- FUERZAS EN BRIDAS - RIGIDEZ

- FUERZAS DINAMICAS - RIGIDEZ

ESTUDIO DE IZAJE – DISEÑO ORIGINAL

FUERZAS EN BRIDAS – DISEÑO ORIGINAL

FUERZA EN BRIDAS – DISEÑO ORIGINAL

ESTUDIO DE IZAJE - DISEÑO NUEVO

ESTUDIO DE ESFUERZO DE BRIDAS

ESTUDIO DE ESFUERZO DE BRIDAS

CONCLUSIONES

Original

• Peso: 1167 kg

Deformaciones

• Flecha en Izaje: 1.15 mm

• Def. Shaft end My: 93 um

• Def. Shaft end Mz : 217 um

Reducción de 30.8% en el peso, que corresponde a un ahorro $AR 9000

por skid (sin contar la reducción en los pedestales del motor)

Nuevo Diseño

• Peso: 807kg

Deformaciones

• Flecha en Izaje: 0.29 mm

• Def. Shaft end My: 58 um

• Def. Shaft end Mz : 105 um

CONCLUSIONES

Original

• Peso: 220 kg

Deformaciones

• Def. Total My: 0.5 um

• Def. probe My: 0.6 um

• Def. Total Mz: 11 um

• Def. probe Mz: 15.6 um

Original

• Peso: 135 kg

Deformaciones

• Def. Total My: 1 um

• Def. probe My: 1.3um

• Def. Total Mz: 9 um

• Def. probe Mz: 12 um

Reducción de 38% en el peso, que corresponde a un ahorro $AR 2125 por

pedestal

OPTIMIZACION DE CANALIZADOR DE

SUCCION PARA ALTAS PRESIONES

BOMBA WIK – 9 ETAPAS

- CLIENTE: PETROBRAS

- SERVICIO: INJECCIÓN DE AGUA DE MAR

- UBICACIÓN: RESERVA TUPI BRASIL – BARCO DE INJECCIÓN

- CONDICIONES DE OPERACIÓN: 662m3/hr – 250 bar – 6.2MW

- PRESION DE PRUEBA: 524 barg

- MATERIAL: DUPLEX ASTM A182 S31803

OPTIMIZACION DE CANALIZADOR DE

SUCCION PARA ALTAS PRESIONES

Condición existente:

• La zona de succión no esta diseñada para resistir el

MAWP de descarga (máxima presión de trabajo

permitida)

• La prueba hidro-estatica se realiza sectorizada

Problema:

• Cliente requiere un equipo en donde todas las

zonas de succión soporten el MAWP de descarga

• No existe un diseño capaz de resistir 524 barg.

DISEÑO EXISTENTE

• ESTUDIO ESTRUCTURAL

Hidrotest Sa<Sy MAWP Sa<0.25Su

DISEÑO EXISTENTE

• ESTUDIO FLUIDODINÁMICO

Stream lines Flowserve Post-processor

DISEÑO NUEVO

• ESTUDIO ESTRUCTURAL

DISEÑO NUEVO

• ESTUDIO FLUIDODIMÁMICO

CONCLUSIONES - ESTRUCTURAL

Original

Tensión máxima: 1275 MPA

Tensión sobre nervio central >450MPA

Modificado

Tensión máxima: 695 MPA

Tensión sobre nervio central <450MPA

CONCLUSIONES - FLUIDODINAMICA

Original

Caída de presión: 2.2 ft

Eficiencia distribución de flujo: 89.8%

Modificado

Caída de presión: 2.5 ft

Eficiencia distribución de flujo: 89.2%

INVESTIGACION DE CAUSA DE FALLA

JUNTA DE CUERPO

DMX – Multistage, Axially split

INVESTIGACION DE CAUSA DE FALLA

JUNTA DE CUERPO DMX – Multistage, Axially split

INVESTIGACION DE CAUSA DE FALLA

JUNTA DE CUERPO

INVESTIGACION DE CAUSA DE FALLA

JUNTA DE CUERPO

• Conclusiones:

• Los espárragos principales del cuerpo de bomba no

estaban realizado la fuerza de tracción requerida para

garantizar el cierre.

• El torque aplicado a los espárragos fue el correcto, pero no

al momento de aplicarlo no se colocó la pasta anti-engrane

especial que garantiza un bajo coeficiente de rozamiento.