АГРЕГАТ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Российский патент 1997 года по МПК B04B5/08 B01D59/20 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения газовых смесей в поле центробежных сил, а именно к агрегатам газовых центрифуг, установленных на общем опорном основании, из которых формируются разделительные каскады.

Известен агрегат газовых центрифуг, содержащий размещенные по окружности в вакуумируемой цилиндрической камере газовые центрифуги с вертикальными роторами, внутри каждого из которых расположены L-образные отборные трубки, горизонтальные участки которых с входными отверстиями на концах ориентированы в круговом направлении, а у центрифуги, расположенной в центре цилиндрической камеры, ориентированы произвольно [1]
Однако подобные агрегаты с указанным размещением центрифуг не являются оптимальными по занимаемой площади формируемых из них разделительных каскадов, и, как показала практика, с точки зрения уменьшения производственной площади и обеспечения удобства монтажа каскадов предпочтительным является размещение центрифуг в агрегатах параллельными рядами.

Известен также агрегат газовых центрифуг, содержащий установленные на опорном основании параллельными рядами вертикальные центрифуги, соединенные с основанием нижними фланцами корпусов ступенчато со смещением по высоте на толщину фланца, при этом верхние и нижние торцы центрифуг расположены в параллельных плоскостях, а фланцы соседних центрифуг частично перекрывают друг друга [2]
В таком агрегате уменьшается собственная площадь при сохранении удобства монтажа центрифуг.

Ближайшим техническим решением к предложенному является агрегат газовых центрифуг, включающий размещенные на опорном основании в два или более параллельных ряда газовые центрифуги заборного типа, каждая из которых содержит вертикальный цилиндрический полый ротор с торцевой крышкой, установленный в корпусе на нижнем подпятнике и верхнем магнитном подшипнике и снабженный неподвижной трубкой подачи исходной газовой смеси, проходящей через центральное отверстие его торцевой крышки, и L-образными трубками отбора разделенных фракций, входные отверстия радиальных участков которых расположены у торцов ротора вблизи его боковой стенки, и общие трубопроводы подачи и отбора, подключенные к указанным трубкам каждого ротора [3]
Данный агрегат, как и агрегат согласно аналогу [2] имеет, относительное плотное по занимаемой им площади размещение центрифуг на опорном основании и меньшую длину коммуникаций (трубопроводов и электрокабеля), проходящих вдоль параллельных рядов машин. Однако в таком агрегате, сформированном из центрифуг заборного типа, то-есть снабженных неподвижными отборными трубками, входные отверстия которых расположены вблизи боковых стенок в полости вертикальных цилиндрических роторов, которые опираются в нижней части на опорные подпятники, а в верхней части поддерживаются магнитными подшипниками, плотное размещение центрифуг в параллельных рядах усиливает взаимное влияние постоянных магнитов верхних подшипников соседних центрифуг на положение осей их роторов, что может вызвать разброс значений гидравлических параметров отдельных центрифуг агрегата и вследствие этого снизить его производительность. Это влияние заметнее проявляется в центрифугах, расположенных в крайних параллельных линиях агрегата. Под действием силы притяжения неподвижного постоянного магнита (статора) верхнего подшипника на роторный магнит подшипника соседней центрифуги, стоящей в крайней линии агрегата, ротор последней отклоняется от вертикального положения относительно нижней опоры, вследствие чего изменяется расстояние (зазор) между боковой стенкой ротора и заборными (входными) отверстиями неподвижных отборных трубок.

Если при установке центрифуг на опорное основание агрегата направления от осей роторов на входные отверстия отборных трубок ориентированы произвольно, то при угловом отклонении роторов всех центрифуг крайних линий агрегата в одну и ту же сторону на одинаковые углы зазоры между входными отверстиями трубок и стенками роторов изменятся неодинаково, и наибольшие изменения указанных зазоров будут наблюдаться у верхних отборных трубок тех центрифуг, у которых направления от осей роторов на входные отверстия трубок перпендикулярны продольной оси агрегата. Изменение положения входного отверстия отборной трубки относительно боковой стенки вращающегося ротора влияет на значение давления и расхода газа в этой трубке и на концентрацию составляющих компонент в отбираемой газовой фракции, а неодинаковость указанных изменений в разных центрифугах агрегата вызывает разброс значений упомянутых гидравлических параметров, что снижает производительность агрегата по целевой компоненте смеси газов.

Технический результат заключается в повышении производительности агрегата газовых центрифуг за счет уменьшения разброса значений гидравлических параметров отдельных центрифуг, вызываемого угловыми отклонениями осей роторов из-за взаимного влияния магнитный полей верхних магнитных подшипников соседних центрифуг.

Для достижения этого технического результата в предложенном агрегате газовых центрифуг, включающем размещенные на опорном основании в два или более параллельных ряда газовые центрифуги заборного типа, каждая из которых содержит вертикальный цилиндрический полый ротор с торцевой крышкой, установленный в корпусе на нижнем подпятнике и верхнем магнитном подшипнике и снабженный неподвижной трубкой подачи исходной газовой смеси, проходящей через центральное отверстие его торцевой крышки, и L-образными трубками отбора разделенных фракций, входные отверстия радиальных участков которых расположены у торцов ротора вблизи его боковой стенки, и общие трубопроводы подачи и отбора, подключенные к указанным трубкам каждого ротора, радиальные участки отборных трубок во всех роторах центрифуг ориентированы таким образом, что их входные отверстия расположены на одной линии, проходящей через оси роторов и центры отверстий и параллельной продольной оси агрегата. Радиальные участки отборных трубок в роторах центрифуг должны быть ориентированы одинаково.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично показан общий вид агрегата с двумя параллельными линиями центрифуг (вид сбоку); на фиг.2 - вид агрегата в плане без общих трубопроводов и без верхних торцевых стенок корпуса и ротора; на фиг.3 продольный разрез двух центрифуг, расположенных на соседних линиях (вид А с торца агрегата), и на фиг.4 расположение отборной трубки к боковой стенке ротора при различной ориентации ее горизонтального участка.

Агрегат газовых центрифуг включает размещенные на опорном основании 1 в два или более параллельных ряда газовые центрифуги 2 заборного типа, каждая из которых содержит вертикальный цилиндрический полый ротор 3, с торцевой крышкой 4, установленный в корпусе 5 на нижнем подпятнике 6 и верхнем магнитном подшипнике 7 и снабженный неподвижной трубкой 8 подачи исходной газовой смеси, проходящей через центральное отверстие 9 его торцевой крышки, и L-образными трубками 10 отбора разделенных фракций, входные отверстия 11 радиальных участков 12 которых расположены у торцов ротора вблизи его боковой стенки, и общие трубопроводы 13, 14 и 15 подачи и отбора, подключенные к указанным трубкам каждого ротора.

Радиальные участки 12 отборных трубок 10 во всех роторах центрифуг ориентированы таким образом, что их входные отверстия расположены на одной линии 16, проходящей через оси 17 роторов и центры отверстий и параллельной продольной оси 18 агрегата. Радиальные участки 12 отборных трубок 10 в роторах центрифуг должны быть ориентированы одинаково.

Трубки 8 и 10 соединены соответственно с общими трубопроводами 13, 14 и 15. Ориентация трубок 10 относительно осей 17 роторов 3 центрифуг может быть различной, например, как показано на фиг.2 пунктиром, позиция 19, или с разворотом на 180^o, позиция 20. Однако предпочтительным вариантом для упрощения сборки центрифуг в агрегаты является одинаковая ориентация трубок во всех центрифугах.

Верхний магнитный подшипник 7 содержит статор в виде постоянного магнита 21, закрепленного на корпусе 5 центрифуги, и ротор в виде магнита 22, установленного на роторе 3.

Работа агрегата заключается в следующем. Исходная смесь газов с различной молекулярной массой через трубопровод 13 подачи и трубки 8 поступает в полости вращающихся роторов 3 и вращается вместе с ними (приводы роторов на чертеже не показаны). Под действием центробежных сил смесь разделяется на легкую и тяжелую фракции, которые через заборные отверстия 11 радиальных участков 12 неподвижных отборных трубок 10 входят в полости трубок и по ним выводятся из центрифуг в общие трубопроводы 14 и 15 отбора. Далее обе фракции направляются в соответствующие агрегаты следующих ступеней разделения в качестве исходных смесей или же могут использоваться как конечные продукты разделения.

Образующие агрегат центрифуги имеют малый разброс значений гидравлических параметров, что обеспечивается достаточно высокой точностью их изготовления. В каждой параллельной линии агрегата воздействия постоянных магнитов 21 верхних подшипников 7 двух центрифуг на магнит 22 ротора центрифуги, расположенной между ними, взаимно компенсируются (кроме двух крайних в линии центрифуг), вследствие чего угловые отклонения роторов в плоскости, параллельной продольной оси 18 агрегата, практически отсутствуют. Однако в плоскости, перпендикулярной продольной оси агрегата, у всех крайних центрифуг (см. фиг.1-3) из-за взаимодействия магнитов 21 и 22 верхних подшипников 7 рядом стоящих в разных линиях центрифуг, роторы отклоняются от вертикали на некоторые постоянные углы. В связи с этим, если радиальные участки 12 отборных трубок 10 в центрифугах агрегата ориентированы произвольно, то первоначальные зазоры между входными отверстиями 11 и боковыми стенками роторов в центрифугах крайних линий агрегата изменятся неодинаково.

На фиг. 4 показано влияние ориентации радиального участка 12 отборной трубки на изменение зазора между входным отверстием 11 и боковой стенкой ротора 3. Из чертежа следует, что изменение указанного зазора будет максимальным (а+b), если отборная трубка 10 ориентирована так, что линия, проходящая от оси 17 ротора на входное отверстие 11 расположена в плоскости углового отклонения ротора (изображено пунктиром) и изменение зазора минимально (b), если линия проходящая от оси ротора 17 на отверстие 11 перпендикулярна плоскости углового отклонения ротора. "0-0" ось ротора центрифуги, параллельная продольной оси агрегата; "а" величина отклонения ротора центрифуги от влияния магнита соседней центрифуги в параллельном ряду; "b" установленный зазор между стенкой ротора и отборной трубкой. Следовательно, если центрифуги размещены на опорном основании 1 так, что входные отверстия 11 отборных трубок 10 и расположены на одной линии проходящей через оси роторов 17 и центры отверстий и параллельны продольной оси 18 агрегата, то вызванные угловыми отклонениями роторов изменения зазором между отверстиями 11 отборных трубок 10 и боковыми стенками роторов 3 будут минимальными и практически одинаковыми во всех центрифугах, кроме крайних, в параллельных линиях. Новые стационарные положения осей вращения роторов не вызовут ощутимого разброса гидравлических параметров центрифуг при работе агрегата. При этом установку центрифуг на опорное основание предпочтительно выполнять так, чтобы линии проходящие от осей роторов 17 на отверстия 11 были ориентированы одинаково во всех центрифугах. Это упрощает технологию сборки агрегата за счет уменьшения числа необходимых установочных меток на опорном основании и исключает ошибки при монтаже трубопроводных соединений в агрегате.

Вызываемые взаимодействиями магнитных полей верхних подшипников соседних центрифуг угловые отклонения роторов незначительны и их отрицательное влияние на производительность агрегата мало. Однако в некоторых технологических линиях, например, на газоцентрифужных заводах по обогащению природного урана, используются десятки и даже сотни тысяч газовых центрифуг, соединенных в агрегаты по 20-30 машин в каждом, из которых формируются разделительные каскады. Поэтому даже малое (на доли процента) повышение производительности одного агрегата в совокупности агрегатов всего завода дает ощутимый эффект.

Предлагаемый агрегат газовых центрифуг обеспечивает повышение производительности без усложнения конструкции составляющих его центрифуг и технологии его сборки.

Использование: изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения газовых смесей в поле центробежных сил. Сущность: агрегат газовых центрифуг включает размещенные на опорном основании в два или более параллельных ряда газовые центрифуги заборного типа, каждая из которых содержит вертикальный цилиндрический полый ротор с торцевой крышкой, установленный в корпусе на нижнем подпятнике и верхнем магнитном подшипнике и снабженный неподвижной трубкой подачи исходной газовой смеси, проходящей через центральное отверстие его торцевой крышки, и L-образными трубками отбора разделенных фракций. Входные отверстия радиальных участков последних расположены у торцев ротора вблизи его боковой стенки. Агрегат снабжен общими трубопроводами подачи и отбора, подключенными к L-образным трубкам. Радиальные участки последних во всех роторах ориентированы таким образом, что их входные отверстия расположены на одной линии, проходящей через оси роторов и центры отверстий и параллельной продольной оси агрегата. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 1. Агрегат газовых центрифуг, включающий размещенные на опорном основании в два или более параллельных ряда газовые центрифуги заборного типа, каждая из которых содержит вертикальный цилиндрический полый ротор с торцевой крышкой, установленный в корпусе на нижнем подпятнике и верхнем магнитном подшипнике и снабженный неподвижной трубкой подачи исходной газовой смеси, проходящей через центральное отверстие его торцевой крышки, и L-образными трубками отбора разделенных фракций, входные отверстия радиальных участков которых расположены у торцов ротора вблизи его боковой стенки, и общие трубопроводы подачи и отбора, подключенные к указанным трубкам каждого ротора, отличающийся тем, что радиальные участки отборных трубок во всех роторах центрифуг ориентированы так, что их входные отверстия расположены на одной линии, проходящей через оси роторов и центры отверстий и параллельной продольной оси агрегата.2 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что радиальные участки отборных трубок в роторах центрифуг ориентированы одинаково.