Diseño de cabezal en "O".

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.

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

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.

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.

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 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.

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 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.

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.

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.

La transición acodada puede estar configurada con una soldadura de reborde de descarga que tiene una conexión... [Seguir leyendo]

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.

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.