ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 1998 года по МПК B04B9/12 B04B5/08 B01D59/20 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для разделения смесей газов, в частности смесей изотопов газов.

Известна газовая центрифуга, содержащая установленный в корпусе на нижнем подпятнике и поддерживаемый верхним магнитным подшипником полый цилиндрический ротор с вертикальной осью вращения, через верхнюю крышку которого в полость ротора бесконтактно с ним введен неподвижный газовый коллектор, образованный размещенными концентрично одна в другую трубками подачи исходной газовой смеси и трубками отбора легкой и тяжелой фракций с вертикальными и горизонтальными участками, входные отверстия на которых расположены вблизи внутренней поверхности боковой стенки ротора в его торцевых зонах, отделенных горизонтальными кольцевыми перегородками, и аксиально намагниченные статорный и роторный кольцевые магниты верхнего подшипника закреплены на верхних крышках корпуса и ротора центрифуги [2].

Ближайшим техническим решением к предложенному является газовая центрифуга, включающая вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка, газовый коллектор, состоящий из концентрично расположенных с зазорами неподвижными трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него, и аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником, размещенный на крышке корпуса над ферромагнитной насадкой ротора и образующий с ней верхнюю магнитную опору [3].

В приведенных центрифугах отбор разделенных фракций осуществляется неподвижными отборными трубками из слоя вращающегося газа вблизи боковой стенки ротора. Номинальные значения гидравлических параметров центрифуги при заданной скорости вращения ротора определяются в основном величиной зазоров между входными отверстиями отборных трубок и боковой стенкой ротора. Расчетные значения этих зазоров обеспечиваются соответствующим положением оси ротора, которое поддерживается верхним магнитным подшипником. Для этого кольцевой статорный магнит с симметричным магнитным полем устанавливается с высокой точностью на предварительно выверенную посадочную поверхность корпуса, что усложняет технологию изготовления центрифуги. Статорный магнит перед установкой также требует точной механической обработки, что в случае использования керамических магнитов сопряжено с известными технологическими трудностями.

Задача изобретения заключается в уменьшении трудоемкости сборки газовой центрифуги.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности центровки ротора и повышении эффекта разделения газовой смеси.

Этот результат достигается тем, что в газовой центрифуге, включающей вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка, газовый коллектор, состоящей из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него, и аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником, размещенный над ферромагнитный насадкой ротора и образующий с ней верхнюю магнитную опору, указанный магнит установлен на горловине крышки корпуса с образованием кольцевого зазора для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости и центровки ротора.

В этом кольцевом зазоре следует разместить вкладыш для фиксации магнита относительно горловины крышки после центровки ротора.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез центрифуги; на фиг. 2 - часть центрифуги с верхней магнитной опорой; на фиг. 3 - поперечный разрез А-А на фиг. 2.

Газовая центрифуга включает установленный в корпусе 1 полый цилиндрический ротор 2 с вертикальной осью вращения, опирающийся нижней иглой 3 на подпятник 4. В верхней части ротор 2 удерживается верхней магнитной опорой, содержащей аксиально намагниченный кольцевой статорный магнит 5 с полюсным наконечником 6, размещенным на верхней немагнитной крышке 7 корпуса 1, при этом полюсный наконечник 6 выполнен в виде кольца и насажен на цилиндрическую посадочную поверхность 8 горловины 9 крышки 7, при этом статорный магнит 5 образует кольцевый зазор относительно горловины 9 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Роторный элемент верхней магнитной опоры выполнен в виде втулочной ферромагнитной насадки 10, жестко связанной с верхней крышкой 11 ротора 2 соосно с ним. Через горловину 9 и насадку 10 бесконтактно с ней в полость ротора 2 соосно с корпусом 1 введен неподвижный газовый коллектор 12, образованный трубками, концентрично размещенными одна в другой: трубкой 13 подачи исходной газовой смеси и L-образными трубками отбора легкой и тяжелой фракций, имеющими вертикальные участки 14 и 15 и расположенные у торцов ротора радиальные участки 16 и 17 с входными отверстиями 18 и 19. Радиальные участки 16 и 17 размещены в отборных камерах 20 и 21, образованных торцевыми крышками ротора 2 и его кольцевыми поперечными перегородками 22 и 23. Входные отверстия 18 и 19 отборных трубок расположены вблизи боковой стенки ротора и ориентированы против направления его вращения. Соосность газового коллектора 12 с корпусом 1 обеспечивается посадочной цилиндрической поверхностью 24 на горловине 9 крышки корпуса. Кольцевая перегородка 23, образующая отборную камеру для тяжелой фракции, кроме центрального отверстия, имеет периферийные отверстия для прохода тяжелой фракции в отборную камеру 21. Статорный магнит 5 закреплен на крышке 7 корпуса так, что диаметрально противоположные зазоры 25 между магнитом и горловиной равны между собой в плоскости X-X, походящей через ось газового коллектора 12 и центры входных отверстий 18 и 19. Для этого в зазор 25 может быть установлен дистанционирующий вкладыш 26 соответствующей толщины. Магнит и вкладыш прижаты к горловине 9 и зафиксированы в этом положении, например, винтом 27. Ротор 2 приводится во вращение бесконтактным электродвигателем 28.

Центрифуга работает следующим образом.

Подаваемая во вращающийся ротор 2 через трубку 13 исходная газовая смесь вовлекается во вращение и под действием центробежных сил разделяется на фракцию, обедненную тяжелыми компонентами, и фракцию, обогащенную тяжелыми компонентами, располагаемые, соответственно, ближе к оси и ближе к боковой стенке ротора в объеме его рабочей камеры. В роторе одновременно с вращением вокруг вертикальной оси смесь газов циркулирует в осевом направлении, в результате легкая и тяжелая фракции попадают соответственно в отборные камеры 20 и 21 и через входные отверстия 18 и 19 - в неподвижные отборные трубки 14 и 15, по которым выводятся из центрифуги. Статорный магнит 5 удерживает ротор 2 в вертикальном положении и одновременно разгружает нижнюю опору от части веса ротора. Концентрация составляющих компонентов газовой смеси в отбираемых фракциях в значительной степени зависит от расстояния, на котором находятся центры входных отверстий от внутренней поверхности боковой стенки ротора и которое при сборке центрифуги должно быть обеспечено с высокой точностью (до сотых долей миллиметра). При сборке перед установкой ротора 2 в корпус 1 статорный магнит 5 с полюсным наконечником 6 и ротор 2 центруются на стенде путем перемещения магнита в горизонтальной плоскости относительно неподвижного полюсного наконечника, установленного на посадочную поверхность 8 горловины 9 крышки 7. При этом ротор, опирающийся иглой 3 на подпятник, отслеживает перемещения магнита и при совпадении оси ротора с осью коллектора статорный магнит фиксируется в этом положении известным способом, например путем приклеивания своим нижним торцом к полюсному наконечнику, после чего ротор 2, газовый коллектор 12 и полюсный наконечник 6 с магнитом 5 монтируются в корпусе 1.

Если статорный магнит 5 установлен с равными диаметрально противоположными зазорами 25 относительно горловины 9 в плоскости X-X, то этим также будет обеспечены в пределах допустимых значений расстояния от центров входных отверстий 18 и 19 до внутренней поверхности боковой стенки ротора 2. Наиболее просто это достигается путем установки в плоскости X-X вкладыша 26 соответствующей толщины между горловиной 9 и магнитом 5. Этим обеспечивается минимальный разброс значений указанных расстояний в изготовляемых центрифугах, соединяемых для работы в агрегаты и каскады. В данном случае центровка магнита 5 с ротором 2 осуществляется непосредственно в центрифуге без использования стенда.

Установка статорного магнита с кольцевым зазором относительно горловины 9 крышки 7 корпуса 1 позволяет регулировать положение оси ротора, которая за счет взаимодействия магнитного поля с ферромагнитной насадкой 10 на крышке 11 ротора, опирающегося на подпятник 4, отслеживает регулировочные перемещения статорного магнита. При совпадении оси ротора с вертикальной осью газового коллектора последний фиксируется в этом положении, которое обеспечивает требуемое расстояние от центра входных отверстий неподвижных отборных трубок до боковой стенки ротора. Следовательно для верхней опоры ротора можно использовать кольцевые постоянные магниты без их дополнительной точной механической обработки при сборке центрифуги и с относительно большими технологическими допусками, благодаря чему упрощается изготовление статорного магнита, что при массовом производстве дает ощутимую экономическую выгоду.

Изобретение позволяет уменьшить разброс гидравлических параметров отдельных центрифуг при их массовом производстве, за счет чего увеличивается разделительная способность агрегатов и каскадов, составленных из этих центрифуг.

Изобретение предназначено для разделения газовых изотопных смесей. Центрифуга включает вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, и установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка. В полости ротора расположен газовый коллектор, состоящий из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него. На горловине крышки корпуса установлен статорный магнит с полюсным наконечником с образованием кольцевого зазора для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости и центровки ротора. Статорный магнит с полюсным наконечником и ферромагнитная насадка на верхней крышке ротора образуют верхнюю магнитную опору. В кольцевом зазоре целесообразно установить вкладыш для фиксации магнита относительно горловины крышки. Конструкция центрифуги обеспечивает точность центровки ротора и повышение эффекта разделения газовых смесей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Газовая центрифуга, включающая вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка, газовый коллектор, состоящий из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него, и аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником, размещенный над ферромагнитной насадкой ротора и образующий с ней верхнюю магнитную опору, отличающаяся тем, что статорный магнит с полюсным наконечником установлен на горловине крышки корпуса с образованием кольцевого зазора для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости и центровки ротора. 2. Центрифуга по п. 1, отличающаяся тем, что в кольцевом зазоре между статорным магнитом и горловиной крышки размещен вкладыш для фиксации магнита относительно горловины крышки после центровки ротора.