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.