ПРОМЫШЛЕННАЯ ГРУППА ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Российский патент 2004 года по МПК B01D59/20 B04B5/08 

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к промышленным группам газовых центрифуг в виде многоагрегатных стендов, отсекаемых групп, секций, блоков заводов по разделению изотопов урана или стабильных изотопов.

Известны промышленные группы газовых центрифуг на заводах по обогащению урана фирмы Юренко в Голландии, Германии и Англии, имеющие одноярусную компоновку с центрифугами или их агрегатами, установленными на массивных фундаментах (Рекламный проспект фирмы URENCO “Uranium Enrichment Services”, WH/9/94, с.8-9).

Известны промышленные группы газовых центрифуг на заводах по обогащению урана в Портсмуте (США), имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на массивных фундаментах (Ж. “Nuclear Instruments and Methods in Physics Research”, A282(2089), c.271-276).

Наиболее близким к изобретению является известная отечественная промышленная группа газовых центрифуг, выполненная из ряда колонн с полками, на которых установлены и закреплены сваркой многоэтажные перекрытия, образующие вместе с колоннами жесткую раму (Ж."NUEXCO", № 272, Апрель 1991, с.33; Е.Т.Артемов, А.Э.Бедель. Укрощение урана. Екатеринбург, Издательство ООО “СВ-96”, 1999, с.153). На консолях, выполненных на колоннах в несколько ярусов по высоте, закреплены агрегаты газовых центрифуг. Агрегаты выполнены в виде рамы с установленными на ней с каждой стороны блоками по 10 центрифуг (Патент России № 2060800, 20.08.92 г.). Газовые трассы агрегатов центрифуг соединены с газовыми трубопроводами группы, закрепленными на колоннах, газовыми трубками.

В данной промышленной группе газовых центрифуг при расположении завода в зонах с сейсмической активностью на агрегаты газовых центрифуг, расположенные в нижнем ярусе и в верхнем ярусе многоярусной компоновки, действуют существенно различные горизонтальные возмущения, передаваемые от колебаний земной коры. Так, в существующих промышленных компоновках в зависимости от числа ярусов агрегатов по высоте коэффициент усиления колебаний агрегатов от возмущений при землетрясениях на верхнем ярусе может достигать 5 по сравнению с возмущениями агрегатов на первом ярусе. Это снижает надежность газовых центрифуг, расположенных в агрегатах на верхних ярусах, и ограничивает возможности применения эффективного оборудования с повышенным количеством ярусов в зонах с повышенной сейсмической активностью и балльностью сейсмических возмущений.

Задача изобретения - повышение надежности промышленной группы газовых центрифуг с большим количеством ярусов в зонах с повышенной сейсмической активностью и балльностью сейсмических возмущений за счет повышения эффективности демпфирования таких возмущений в конструкции компоновки группы и уменьшения коэффициента усиления этих возмущений на верхних ярусах группы.

Для этого в промышленной группе газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненной из ряда колонн с перекладинами, на которых установлены продольные многоэтажные перекрытия, и с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте концы рам агрегатов газовых центрифуг, соединенных газовыми трассами с газовыми трубопроводами, расположенными на колоннах, один конец каждого перекрытия установлен на перекладине подвижно в горизонтальном направлении и один конец рамы каждого агрегата установлен на консоли подвижно в горизонтальном направлении.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг другой конец каждого перекрытия может быть неподвижно закреплен на перекладине и другой конец рамы каждого агрегата неподвижно закреплен на консоли.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг подвижный конец рамы может быть закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.

Дополнительно, в промышленной группе газовых центрифуг другой конец рамы каждого агрегата может быть установлен на консоли подвижно в горизонтальном направлении и закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.

В варианте выполнения, в промышленной группе газовых центрифуг подвижные концы рам агрегатов всех ярусов между соседними колоннами могут быть расположены на одной колонне.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг упругий в горизонтальной плоскости элемент может быть выполнен в виде закрепленной на конце рамы резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень.

Дополнительно, в промышленной группе газовых центрифуг подвижные концы рам агрегатов могут быть прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.

В варианте выполнения, в промышленной группе газовых центрифуг упругий в вертикальном направлении элемент может быть выполнен в виде винтовой или тарельчатой пружины, надетой на закрепленный в консоли стержень, проходящий с радиальным зазором через отверстие конца рамы, и поджатой гайкой.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг между консолью и подвижным концом рамы агрегата может быть установлена фрикционная прокладка.

Дополнительно, в промышленной группе газовых центрифуг газовые трубопроводы могут быть закреплены на колоннах с неподвижно закрепленными на консолях концами агрегатов.

В варианте выполнения, в промышленной группе газовых центрифуг газовые трубопроводы могут быть соединены с газовыми трассами агрегатов гибкими шлангами.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в том, что без сложных конструктивных изменений по сравнению с существующим вариантом выполнения компоновки за счет изменения взаимосвязей элементов крепления агрегатов на колоннах обеспечивается появление взаимного перемещения элементов конструкции при действии на нее сейсмических возмущений. Взаимное перемещение элементов конструкции при наличии между ними трения скольжения эффективно гасит колебания конструкции и уменьшает коэффициент усиления на верхних ярусах агрегатов центрифуг по сравнению с колебаниями основания конструкции при землетрясениях.

На фиг.1 схематично изображен фронтальный вид промышленной группы; на фиг.2 - вид сверху на промышленную группу; на фиг.3 показан вариант подвижного крепления агрегата в группе; на фиг.4 - вариант закрепления с винтовой пружиной; на фиг.3 - вариант закрепления с тарельчатой пружиной; на фиг.6 - вариант закрепления с винтовой пружиной и резиновой втулкой; на фиг.7 - вариант закрепления с тарельчатой пружиной и резиновой втулкой; на фиг.8 - вариант закрепления с винтовой пружиной и фрикционной прокладкой; на фиг.9 схематично изображен фронтальный вид промышленной группы с гибкими шлангами; на фиг.10 показаны зависимости максимальных коэффициентов усиления в промышленной группе от частоты сейсмических колебаний.

Промышленная группа на фиг.1 и фиг.2 содержит ряд колонн 1, 2, 3, 4 с перекладинами 5 и установленными на них в 2 этажа перекрытиями 6. Колонны выполнены с тремя ярусами консолей 7, на которых установлены концы рамы 8 агрегатов 9. Концы перекрытий 6 оперты под действием собственного веса на перекладины 5, причем одни концы перекрытий не скреплены с колоннами 1 и 3, а другие концы перекрытий приварены сваркой 10 к перекладинам 5 на колоннах 2 и 4. Концы рам 8 агрегатов 9 оперты под действием собственного веса на консоли перекладины 7, причем одни концы перекрытий не скреплены с консолями на колоннах 1 и 3, а другие концы рам 8 неподвижно закреплены болтами 11 к консолям 7 на колоннах 2 и 4. Подвижные концы рам 8 агрегатов 9 всех 3-х ярусов, размещенных между соседними колоннами 1 и 2, расположены на одной колонне 1. Подвижные концы рам 8 агрегатов 9 всех 3-х ярусов, размещенных между колоннами 2 и 3, расположены на одной колонне 3. Подвижные концы рам 8 агрегатов 9 всех 3-х ярусов, размещенных между колоннами 3 и 4, расположены на одной колонне 3.

На колоннах 2 и 4, на которых неподвижно закреплены концы агрегатов 9 и перекрытий 6, установлены газовые трубопроводы 12, соединенные с газовыми трассами агрегатов 13.

Крепление конца рамы 8 на колоннах 2 и 4 может быть выполнено подвижным в горизонтальном направлении, как и концов рам на колоннах 1 и 3, с помощью упругого в горизонтальной плоскости элемента (фиг.3) из закрепленной на конце рамы резиновой втулки 14, надетой на закрепленный в консоли 7 стержень 15.

Подвижные концы рам 8 агрегатов 9 могут быть дополнительно прижаты к консолям 7 через упругий в вертикальном направлении элемент (фиг.4) в виде винтовой пружины 16, надетой с шайбами 17 на закрепленный в консоли 7 стержень 18 с гайкой 19, проходящий с зазором через отверстие 20 в конце рамы 8.

Упругий элемент (фиг.5) может быть выполнен в виде тарельчатой пружины 21, надетой с шайбами 17 на закрепленный в консоли 7 стержень 18 с гайкой 19, проходящий с зазором через отверстие 20 в конце рамы 8.

Концы рам 8, закрепленные на консолях 7 с помощью резиновой втулки 14, надетой на закрепленный в консоли 7 стержень 18, могут быть дополнительно прижаты винтовой пружиной 16 (фиг.6) или тарельчатой пружиной 21 (фиг.7), надетой с шайбами 17 на закрепленный в консоли 7 стержень 18 с гайкой 19.

Между подвижным концом рамы 8 и консолью 7 может быть дополнительно установлена фрикционная прокладка 22 (фиг.8). Прокладка может быть установлена во всех показанных выше вариантах подвижной установки концов рам на консолях, например, в варианте, в котором концы рам 8 прижаты к консолям 7 через упругий в вертикальном направлении элемент в виде винтовой пружины 16, надетой с шайбами 17 на закрепленный в консоли 7 стержень 18 с гайкой 19, проходящий с зазором через отверстие 20 в конце рамы 8.

На колоннах 1, 2, 3 и 4 (фиг.9) могут быть установлены газовые трубопроводы 12, соединенные с газовыми трассами агрегатов 13 гибкими шлангами 23.

При землетрясениях в зоне расположения промышленной группы газовых центрифуг на основания колонн 1, 2, 3, 4 действуют сейсмические возмущения различной интенсивности в диапазоне частот 0,5-25 гц. Под действием этих возмущений колонны начинают колебаться. При вертикальных колебаниях коэффициент усиления колонн и агрегатов значительно меньше 1, и опертые на консоли агрегаты не отрываются от консолей даже при самых сильных сейсмических возмущениях (ГОСТ 30546.1, п.4.2), в связи с этим, нет необходимости в ограничении вертикальных перемещений подвижных концов агрегата. При горизонтальных колебаниях происходит усиление величин ускорений, передаваемых с основания колонн на верхние ярусы агрегатов газовых центрифуг, при этом в существующих конструкциях промышленных групп коэффициент усиления горизонтальных ускорений может достигать 5 на верхних ярусах многоярусных компоновок, которые имеют одну общую собственную частоту поперечных и продольных колебаний конструкции из неподвижно взаимосвязанных колонн и перекрытий, и неподвижно закрепленных на коллоннах агрегатов. В конструкции промышленной группы на фиг.1, состоящей из 4-х колонн, колонны 1 и 3 связаны в горизонтальной плоскости с массами агрегатов 9 только через силы трения между концами рам 8 и консолями 7 по сравнению с колоннами 2 и 4, которые неподвижно связаны с агрегатами 9. В результате этого частоты собственных колебаний колонн 1 и 3 выше, чем частоты собственных колебаний колонн 2 и 4 с массами неподвижно закрепленных на них агрегатов 9. Это приводит к тому, что при действии спектра частот сейсмических возмущений величины амплитуд и фазы вынужденных колебаний колонн 1 и 3 значительно отличаются от таковых на колоннах 2 и 4. В результате этого подвижные концы 8 рам агрегатов 9 скользят по консолям 7. Силы трения между подвижными концами 8 рам и консолями 7, возникающие при таком скольжении, существенно рассеивают энергию вынужденных сейсмических колебаний колонн и снижают максимальный коэффициент усиления колебаний в конструкции промышленной группы в 1,5-2 раза в зависимости от величин сил трения.

При закреплении подвижных концов агрегата упругим в горизонтальной плоскости элементом (фиг.5) относительное смещение агрегатов и колонн будет определяться величинами горизонтальной жесткости этих элементов и может регулироваться по частоте сейсмического возмущения изменением этой жесткости. Величина оптимального трения и горизонтальной жесткости может быть определена для любых соответствующих параметров агрегатов, количества ярусов, колонн в ряду компоновки и расположением колонн с закрепленными и неподвижными концами рам агрегатов вдоль ряда, количество колонн в котором в известных промышленных компоновках может достигать 10. Необходимая величина трения реализуется в конструкции установкой фрикционных прокладок 22 с соответствующим коэффициентом трения и/или поджатием трущихся поверхностей консолей 7 и концов агрегатов 8 с помощью винтовой 16 или тарельчатой пружин 21. Необходимая величина жесткости реализуется применением втулок 14 из резины с необходимыми свойствами соответствующих размеров, которые дополнительно ограничивают и предотвращают чрезмерное смещение концов агрегатов на консолях при колебаниях и перемещениях концов 8 рам агрегатов 9 на консолях 7 колонн.

Закрепление газовых трубопроводов 12 на колоннах 2 и 4 с неподвижно закрепленными на консолях 7 концами рам 8 агрегатов 9 предотвращает разгерметизацию соединенных с трубопроводами 12 газовых трасс 13 агрегатов центрифуг. Соединение газовых трубопроводов 12 гибкими шлангами с газовыми трассами 13 агрегата сохраняет существующую промышленную компоновку газовых коммуникаций, в которой газовые трубопроводы 12 закреплены на всех колоннах, и обеспечивает взаимное смещение колонн и агрегатов без нарушения герметичности газовых трубопроводов и газовых трасс при сеймических возмущениях.

На фиг.10 показаны зависимости максимальных коэффициентов усиления в промышленной группе от частоты сейсмических колебаний для колонны 2 и 3 для случая, когда концы 8 рам агрегатов неподвижно закреплены на консолях 7 колонн 2 и 4, а другие концы этих агрегатов установлены подвижно на колоннах 1 и 3. На фиг.10 обозначено:

K₁ - максимальный коэффициент усиления колонны 2;

К₂ - максимальный коэффициент усиления колонны 3;

δ - частота сейсмический колебаний в гц;

ρ - коэффициент трения между концом рамы 8 и консолью 7 и перекрытием 6 и перекладиной 5 при их относительном перемещении.

Если агрегаты и перекрытия неподвижно закреплены на всех колоннах (этот случай соответствует зависимостям ρ=∞ на фиг.10), все колонны, перекрытия и агрегаты неподвижно связаны между собой и имеют одинаковый максимальный коэффициент усиления, равный 4 на частоте 4 гц. Если трение отсутствует (зависимости ρ=0 на фиг.10) или очень мало (смазка между консолями 7 колонн 1 и 3 и концами агрегатов 8) максимальный коэффициент усиления в промышленной группе на колонне 2 достигнет 5 на частоте 3,2 гц. При оптимальной величине трения (зависимости “оптимальный вариант” на фиг.10) максимальный коэффициент усиления на всех колоннах не превысит 2,6 на частоте 3,5 гц, т.е. уменьшится более чем в 1,5 раза по сравнению с существующей компоновкой.

Изобретение может быть использовано при разделении изотопов. Промышленная группа газовых центрифуг представляет собой многоярусную конструкцию, содержащую колонны 1, 2, 3, 4 с перекладинами 5 и установленными на них перекрытиями 6. Колонны 1, 2, 3, 4 выполнены с ярусами консолей 7, на которых установлены концы рам 8 агрегатов газовых центрифуг 9. Одни концы перекрытий 6 установлены на перекладинах 5 подвижно в горизонтальном направлении и не скреплены с колоннами 1, 3. Другие концы перекрытий 6 неподвижно закреплены на перекладинах 5 колонн 2 и 4 при помощи сварки 10. Одни концы рам 8 установлены на консолях 7 колонн 1 и 3 подвижно в горизонтальном направлении. Другие концы рам 8 неподвижно закреплены на консолях 7 колонн 2 и 4 болтами 11. По другому варианту оба конца рам 8 установлены на консолях 7 подвижно и закреплены на них упругим в горизонтальной плоскости элементом. Упругий в горизонтальной плоскости элемент может быть выполнен в виде резиновой втулки, закрепленной на раме 8, надетой на стержень, закрепленный на консоли 7. Подвижные концы рам 8 могут быть прижаты к консолям 7 с помощью упругого в вертикальном направлении элемента, например, спиральной или тарельчатой пружины с гайкой, надетой на стержень, закрепленный на консоли 7 и проходящий через отверстие конца рамы 8. Между консолями 7 и подвижными концами рам 8 могут быть установлены фрикционные прокладки. Подвижные концы рам 8 всех ярусов закреплены на одной колонне. Газовые трубопроводы 12 закреплены на колоннах с неподвижно закрепленными концами рам 8 и соединены с газовыми трассами 13 агрегатов 9 при помощи гибких шлангов. Изобретение позволяет повысить надежность конструкции, что особенно важно для сейсмически активных зон без существенного усложнения конструкции в целом. 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Промышленная группа газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненная из ряда колонн с перекладинами, на которых установлены продольные многоэтажные перекрытия, и с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте концы рам агрегатов газовых центрифуг, соединенных газовыми трассами с газовыми трубопроводами, расположенными на колоннах, отличающаяся тем, что один конец каждого перекрытия установлен на перекладине подвижно в горизонтальном направлении и один конец рамы каждого агрегата установлен на консоли подвижно в горизонтальном направлении.2. Промышленная группа газовых центрифуг по п.1, отличающаяся тем, что другой конец каждого перекрытия неподвижно закреплен на перекладине и другой конец рамы каждого агрегата неподвижно закреплен на консоли.3. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что подвижный конец рамы закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.4. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что другой конец рамы каждого агрегата установлен на консоли подвижно в горизонтальном направлении и закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.5. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-3, отличающаяся тем, что подвижные концы рам агрегатов всех ярусов между соседними колоннами расположены на одной колонне.6. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.3-5, отличающаяся тем, что упругий в горизонтальной плоскости элемент выполнен в виде закрепленной на раме резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень.7. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-6, отличающаяся тем, что подвижные концы рам агрегатов прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.8. Промышленная группа газовых центрифуг по п.7, отличающаяся тем, что упругий в вертикальном направлении элемент выполнен в виде спиральной или тарельчатой пружины, надетой на закрепленный в консоли стержень, проходящий через отверстие конца рамы, и поджатой гайкой.9. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-8, отличающаяся тем, что между консолью и подвижным концом рамы агрегата может быть установлена фрикционная прокладка.10. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что газовые трубопроводы закреплены на колоннах с неподвижно закрепленными на консолях концами агрегатов.11. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-10, отличающаяся тем, что газовые трубопроводы соединены с газовыми трассами агрегатов гибкими шлангами.