ПРОМЫШЛЕННАЯ ГРУППА ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Российский патент 2006 года по МПК B04B9/12 

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 установках по обогащению урана в Портсмуте (США), имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на фундаментах (Ж. «Nuclear Engineering International», Сентябрь 2003, с.36-39).

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, неподвижно закреплены болтами 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 и уменьшение 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, концы рамы по крайней мере одного агрегата верхнего яруса установлены подвижно в горизонтальном направлении.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг все концы рам агрегатов верхнего яруса установлены на консолях подвижно в горизонтальном направлении.

Дополнительно, в промышленной группе газовых центрифуг по крайней мере один конец рамы агрегата, установленный подвижно в горизонтальном направлении, закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг упругий в горизонтальной плоскости элемент выполнен в виде установленной в раме резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень.

Дополнительно, в промышленной группе газовых центрифуг концы рам агрегатов, установленных на консолях подвижно в горизонтальном направлении, прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.

Еще в промышленной группе газовых центрифуг 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.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг между консолью и подвижным концом рамы агрегата установлена фрикционная прокладка.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг газовые трассы агрегата, концы рамы которого установлены подвижно в горизонтальном направлении, соединены с газовыми трубопроводами гибкими шлангами.

Еще в промышленной группе газовых центрифуг концы по крайней мере одного перекрытия верхнего этажа установлены подвижно в горизонтальном направлении.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг все концы перекрытий верхнего этажа установлены на перекладинах подвижно в горизонтальном направлении.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг по крайней мере один подвижный конец перекрытия верхнего этажа закреплен на перекладине упругим в горизонтальной плоскости элементом.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг упругий в горизонтальной плоскости элемент выполнен в виде установленной в перекрытии резиновой втулки, надетой на закрепленный в перекладине стержень.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что предлагаемая конструкция промышленной группы газовых центрифуг уменьшает коэффициент усиления сейсмических воздействий на верхних ярусах компоновки и повышает надежность оборудования, при этом не требует сложных конструктивных изменений по сравнению с существующим вариантом выполнения компоновки. За счет изменения конструкции и взаимосвязей элементов крепления агрегатов или перекрытий на колоннах обеспечивается появление относительного смещения элементов компоновки при действии сейсмических возмущений в основании конструкции. 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 с агрегатами верхнего яруса, установленными подвижно в горизонтальном направлении; на фиг.2 - вид сверху на промышленную группу; на фиг.3 схематично изображен фронтальный вид промышленной группы с перекрытиями верхнего этажа, установленными подвижно в горизонтальном направлении; на фиг.4 показан вариант подвижного крепления агрегата; на фиг.5 показан вариант подвижного крепления перекрытия; на фиг.6 - вариант закрепления с винтовой пружиной; на фиг.7 - вариант закрепления с тарельчатой пружиной; на фиг.8 - вариант закрепления с винтовой пружиной и резиновой втулкой; на фиг.9 - вариант закрепления с тарельчатой пружиной и резиновой втулкой; на фиг.10 - вариант закрепления с винтовой пружиной и фрикционной прокладкой; на фиг.11-13 показаны зависимости максимальных коэффициентов усиления и относительного смещения колонн и агрегатов в различных вариантах выполнения промышленной группы от частоты сейсмических колебаний.

Промышленная группа на фиг.1 и 2 содержит ряд колонн 1, 2, 3, 4 с перекладинами 5 и установленными на них в два этажа перекрытиями 6. Колонны выполнены с тремя ярусами консолей 7, на которых установлены концы рам 8 агрегатов 9. Концы перекрытий 6 оперты под действием собственного веса на перекладины 5 и закреплены сваркой на перекладинах 5 всех колонн 1, 2, 3 и 4. Концы рам 8 агрегатов 9 оперты под действием собственного веса на консоли 7, причем концы 8 агрегатов 9 верхнего яруса установлены подвижно в горизонтальном направлении относительно консолей 7, а концы 8 рам агрегатов 9, расположенных на двух нижних ярусах, неподвижно закреплены болтами 10 к консолям 7 на всех колоннах 1, 2, 3 и 4. На колоннах 2 и 4 установлены вертикальные газовые трубопроводы 11, соединенные с газовыми трассами агрегатов горизонтальными трубопроводами 12, которые на верхнем ярусе агрегатов выполнены в виде гибких шлангов 13.

В промышленной группе, показанной на фиг.3, агрегаты 9 всех трех ярусов закреплены болтами 11 на консолях 7 неподвижно, а перекрытия 6 верхнего этажа установлены подвижно в горизонтальном направлении на перекладинах 5 колонн 1, 2, 3 и 4.

Крепление подвижных концов рам 8 на консолях 7 может быть выполнено с помощью упругого в горизонтальной плоскости элемента (фиг.4) из закрепленной на конце рамы резиновой втулки 14, надетой на закрепленный в консоли 7 стержень 15.

Крепление подвижных концов перекрытий 6 на перекладинах 5 может быть выполнено с помощью упругого в горизонтальной плоскости элемента (фиг.5) из закрепленной на конце рамы резиновой втулки 14, надетой на закрепленный в перекладине 5 стержень 15.

Подвижные концы рам 8 агрегатов 9 могут быть дополнительно прижаты к консолям 7 через упругий в вертикальном направлении элемент (фиг.6) 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 в вертикальной плоскости элемент (фиг.7) 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.

Подвижные концы рам 8, установленные на консолях 7 с помощью резиновой втулки 14, надетой на закрепленный в консоли 7 стержень 18, могут быть дополнительно прижаты винтовой пружиной 16 (фиг.8) или тарельчатой пружиной 21 (фиг.9), 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.10). 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.

При землетрясениях в зоне расположения промышленной группы газовых центрифуг на основания колонн 1, 2, 3, 4 действуют сейсмические возмущения различной интенсивности в диапазоне частот 1-25 Гц. Под действием этих возмущений вся конструкция в виде рамы из колонн и установленных на них агрегатов и перекрытий начинает колебаться, при этом в существующих конструкциях промышленных групп коэффициент усиления может достигать 5 для агрегатов, установленных на верхних ярусах многоярусных компоновок. В варианте конструкции промышленной группы, показанной на фиг.1 и 2, агрегаты верхнего яруса, установленные с возможностью горизонтального перемещения, по мере нарастания величин ускорений на колоннах начинают проскальзывать относительно колонн. При этом концы 8 рам агрегатов верхнего яруса скользят по консолям 8, поглощая энергию сейсмических колебаний конструкции.

При сейсмических возмущениях в диапазоне частот 1-10 Гц происходит усиление величин ускорений, передаваемых с основания колонн на верхние ярусы агрегатов газовых центрифуг, главным образом на частоте первой формы собственных колебаний конструкции рамы, как показано на фиг.11-13, где обозначено:

по осям ординат:

H3(f) - коэффициент усиления для неподвижно закрепленного на колоннах агрегата 3-го яруса;

H2(f) - коэффициент усиления для неподвижно закрепленного на колоннах агрегата 2-го яруса;

П3(1) - коэффициент усиления для подвижно закрепленного на колоннах агрегата 3-го яруса;

OC(f) - функционально-частотная характеристика максимального относительного смещения колонн и подвижно закрепленного агрегата (в см) при амплитуде ускорения 2 м/с²;

по осям абсцисс:

f - частота сейсмического воздействия, Гц.

На фиг.11 показаны расчетные зависимости для промышленной группы из 4-х колонн и 3-х ярусов с неподвижно закрепленными на них агрегатами, как в известной конструкции. Как видно из представленных результатов, максимальный коэффициент усиления агрегатов 3-го яруса H3(f) достигает 4, а максимальный коэффициент усиления агрегатов 2-го яруса H2(f) достигает 1,7. Относительное смещение колонн и агрегатов, естественно, равно нулю.

На фиг.12 показаны расчетные зависимости для промышленной группы из 4-х колонн и 3-х ярусов с одним подвижно установленным агрегатом 3-го яруса и с неподвижно закрепленными остальными агрегатами группы. Как видно из представленных результатов, максимальный коэффициент усиления подвижного и неподвижных агрегатов 3-го яруса П3(f) и H3(f) снижается до 2,7, а максимальное относительное перемещение колонн и агрегата OC(f) при амплитуде ускорения 2 м/с² не превышает 1,5 см.

На фиг.13 показаны расчетные зависимости для промышленной группы из 4-х колонн и 3-х ярусов со всеми подвижно установленными агрегатами 3-го яруса и с неподвижно закрепленными остальными агрегатами группы на 2-м и 1-м ярусах. Как видно из представленных результатов, в этом варианте выполнения максимальный коэффициент усиления подвижных агрегатов П3(f) уменьшается до 2,1, а максимальный коэффициент усиления неподвижных агрегатов 2-го яруса H2(f) уменьшается до 1,3. Максимальное относительное перемещение колонн и агрегатов OC(f) при амплитуде ускорения 2 м/с² на частотах более 1 Гц не превышает 1 см.

При выборе оптимальной величины трения между концами 8 рам и консолями 7 за счет установки фрикционной прокладки с определенным коэффициентом трения и регулировки величины поджатия трущихся поверхностей через упругие элементы величина максимальных ускорений на агрегатах верхнего яруса может быть уменьшена в 1,5 раза. При этом величина максимальных ускорений на агрегатах других ярусов также уменьшается в 1,3 раза, как показано на фиг.11 для варианта выполнения агрегата.

В конструкции промышленной группы на фиг.3 перекрытия верхнего этажа, установленные с возможностью горизонтального перемещения, по мере нарастания величин ускорений на колоннах начинают проскальзывать относительно колонн. При этом концы перекрытий 6 верхнего этажа скользят по перекладинам 5, поглощая энергию сейсмических колебаний конструкции. При выборе оптимальной величины трения между концами перекрытий 6 и перекладинами 5 за счет установки фрикционной прокладки с определенным коэффициентом трения и регулировки величины поджатия трущихся поверхностей через упругие элементы величина максимальных ускорений на агрегатах верхнего яруса может быть уменьшена подбором соответствующей массы перекрытия верхнего этажа, в 1,5 раза. При этом величина максимальных ускорений на агрегатах других ярусов также уменьшается в 1,3 раза.

При закреплении подвижных концов агрегата или перекрытия упругим в горизонтальной плоскости элементом (фиг.4 и 5) относительное смещение агрегатов и колонн будет определяться величинами горизонтальной жесткости этих элементов и может регулироваться по частоте сейсмического возмущения изменением этой жесткости. Величины оптимального трения и горизонтальной жесткости, при которых конструкция имеет наименьший максимальный коэффициент усиления, могут быть определены для любых соответствующих параметров агрегатов или перекрытий, количества ярусов, колонн в ряду компоновки и расположением колонн с закрепленными и неподвижными концами рам агрегатов или перекрытий 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 (увеличивающих или уменьшающих трение по сравнению с вариантами без прокладок) 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 или перекрытий на перекладинах при сейсмических воздействиях.

Соединение газовых трубопроводов 11 гибкими шлангами 13 с газовыми трассами агрегата сохраняет существующую промышленную компоновку газовых коммуникаций и обеспечивает взаимное смещение колонн и агрегатов верхнего яруса при сейсмических воздействиях.

Предложенное решение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к промышленным группам газовых центрифуг. Промышленная группа газовых центрифуг содержит ряд колонн с перекладинами, на которых установлены продольные многоэтажные перекрытия, и ярусы консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте концы рам агрегатов газовых центрифуг, соединенных газовыми трассами с газовыми трубопроводами, расположенными на колоннах. Кроме этого, концы рамы, по крайней мере, одного агрегата верхнего яруса установлены подвижно в горизонтальном направлении. Данная конструкция уменьшает коэффициент усиления сейсмических воздействий на верхних ярусах компоновки и повышает надежность оборудования, при этом не требует сложных конструктивных изменений. 11 з.п. ф-лы, 13 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 концы рамы по крайней мере одного агрегата верхнего яруса установлены подвижно в горизонтальном направлении.2. Промышленная группа газовых центрифуг по п.1, отличающаяся тем, что все концы рам агрегатов верхнего яруса установлены на консолях подвижно в горизонтальном направлении.3. Промышленная группа газовых центрифуг по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере один конец рамы агрегата, установленный подвижно в горизонтальном направлении, закреплен на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом.4. Промышленная группа газовых центрифуг по п.3, отличающаяся тем, что упругий в горизонтальной плоскости элемент выполнен в виде установленной в раме резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень.5. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-4, отличающаяся тем, что концы рам агрегатов, установленных на консолях подвижно в горизонтальном направлении, прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.6. Промышленная группа газовых центрифуг по п.5, 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.7. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-4, отличающаяся тем, что между консолью и подвижным концом рамы агрегата установлена фрикционная прокладка.8. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-4, отличающаяся тем, что газовые трассы агрегата, концы рамы которого установлены подвижно в горизонтальном направлении, соединены с газовыми трубопроводами гибкими шлангами.9. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-4, отличающаяся тем, что концы по крайней мере одного перекрытия верхнего этажа установлены подвижно в горизонтальном направлении.10. Промышленная группа газовых центрифуг по пп.1-4, отличающаяся тем, что все концы перекрытий верхнего этажа установлены на перекладинах подвижно в горизонтальном направлении.11. Промышленная группа газовых центрифуг по п.9, отличающаяся тем, что по крайней мере один подвижный конец перекрытия верхнего этажа закреплен на перекладине упругим в горизонтальной плоскости элементом.12. Промышленная группа газовых центрифуг по п.11, отличающаяся тем, что упругий в горизонтальной плоскости элемент выполнен в виде установленной в перекрытии резиновой втулки, надетой на закрепленный в перекладине стержень.