АГРЕГАТ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Российский патент 2006 года по МПК B04B5/08 B01D59/20 F16F15/00 

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к конструкции агрегатов газовых центрифуг, установленных на опорных колоннах в несколько ярусов по высоте, например, на заводах по разделению изотопов урана или на многоагрегатных стендах по разделению стабильных изотопов.

Известна конструкция агрегата, выполненная в виде рамы из продольных и поперечных балок с установленными на ней с каждой стороны блоками по 10 центрифуг (Патент России №2170800, 21.08.1992). Концы рамы агрегата в виде поперечных балок закреплены болтами на консолях опорных конструкций стендов или колонн промышленных заводов в несколько ярусов по высоте. (Е.Т.Артемов, А.Э.Бедель «Укрощение урана», Екатеринбург, Издательство ООО «СВ-96», 1999, с.153; Сборник статей. «Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России)». - С.Петербург, ЛНПП «Облик», 2002, с.173, с.276).

В известной конструкции на газовые центрифуги агрегатов, расположенные в нижнем ярусе и в верхнем ярусе многоярусной компоновки, действуют различные горизонтальные возмущения, передаваемые от колебаний земной коры при сейсмических возмущениях. 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 3-4 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 увеличенным количеством ярусов в зонах с повышенной сейсмической активностью и бальностью сейсмических возмущений.

Известен агрегат 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 (Патент России №2236896, B 01 D 59/20, B 04 B 5/08, 19.09.2002.). Агрегат соединен газовыми трассами с газовыми трубопроводами, расположенными на колоннах, причем 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, подвижные концы рамы агрегата закреплены на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом. Упругий элемент выполнен в виде закрепленной на раме резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень, а концы рамы могут быть прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.

Применение в конструкции подвижного агрегата резиновых элементов ограничивает ресурсную надежность конструкции, так как современные конструкции центрифуг могут эксплуатироваться в непрерывном режиме работы 20-30 лет, в то время как находящиеся в атмосфере резиновые упругие элементы подвержены старению и меняют свои упругие и демпфирующие свойства.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение надежности газовых центрифуг в конструкции агрегатов, подвижно установленных на консолях промышленных компоновок при повышенной сейсмической активности и бальности сейсмических возмущений.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что в предлагаемой конструкция агрегата газовых центрифуг за счет изменения конструкции крепления и взаимосвязей элементов крепления агрегата на колоннах обеспечивается проскальзывание агрегата относительно колонн при действии сейсмических возмущений на основания колонн. Взаимное перемещение агрегата и колонн при наличии между ними установленного оптимального трения скольжения эффективно гасит колебания агрегата и всей конструкции компоновки и уменьшает коэффициент усиления сейсмических воздействий как для центрифуг этого агрегата, так и для центрифуг других агрегатов при землетрясениях, что повышает надежность работы газовых центрифуг при длительной эксплуатации в течение 20-30 лет без изменения свойств конструкции агрегата.

Технический результат достигается тем, что в агрегате газовых центрифуг, содержащем расположенные двумя рядами центрифуги, закрепленные на общей раме, выполненной из продольных, вертикальных и поперечных балок, установленной подвижно в горизонтальном направлении верхними поперечными балками на опорные консоли колонн и закрепленной на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом, упругий элемент выполнен в виде С-образной пружины, один конец которой закреплен на консоли, а другой на верхней поперечной балке, кроме этого пружина закреплена с возможностью регулировки положения плоскости наименьшей жесткости пружины при изгибе относительно продольной оси агрегата.

Дополнительно, на раме закреплены четыре пружины, установленные вблизи концов верхних поперечных балок и консолей.

Кроме того, пружины выполнены с различными главными моментами инерции поперечного сечения.

Дополнительно, отношение главных моментов инерции поперечного сечения пружин составляет величину 0,4-0,8.

Дополнительно, плоскость наименьшей жесткости пружины при изгибе составляет угол 30°-60° к направлению продольной оси агрегата.

Кроме того, пружина поджата к балке в направлении действия силы тяжести.

Дополнительно, пружина поджата к балке в направлении противоположном действию силы тяжести.

Кроме того, между консолью и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.

Дополнительно, пружина закреплена на балке с возможностью регулировки ее горизонтального положения.

Кроме того, пружина закреплена на консоли с возможностью регулировки ее горизонтального положения.

Дополнительно, пружина закреплена на консоли болтом с опорной головкой, на которую установлена верхняя поперечная балка.

Кроме того, между опорной головкой и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 схематично изображен фронтальный вид агрегата.

На фиг.2 показан вид агрегата сверху.

На фиг.3 изображен вид агрегата сбоку с разрезом по А-А на фиг.1

На фиг.4 изображен вариант поперечного сечения пружин по Б-Б на фиг.3.

На фиг.5 изображен вариант ориентации пружин к продольной оси агрегата.

На фиг.6 изображен вариант крепления агрегата с увеличением фрикционной нагрузки.

На фиг.7 изображен вариант крепления агрегата с уменьшением фрикционной нагрузки.

На фиг.8 изображен вариант крепления агрегата с фрикционной прокладкой между балкой и консолью.

На фиг.9 изображен вариант крепления агрегата с регулировкой крепления пружины.

На фиг.10 изображен вариант крепления агрегата с фрикционной прокладкой на головке болта.

Агрегат на фиг.1-3 выполнен из газовых центрифуг 1, установленных двумя рядами на раме из продольных 2, вертикальных 3 и поперечных балок 4 и 5. Верхние поперечные балки 4 опираются на консоли 6 колонн 7. Плоские пружины 8 С-образной формы закреплены верхними концами болтами 9 с шайбами 10 и гайками 11 на концах верхних поперечных балках 4. Нижние концы пружин 8 закреплены шпильками 12 с шайбами 10 и гайками 11 на концах консолей 6. В агрегате четыре пружины 8 установлены на концах поперечных балок 4 и консолей 6. Агрегат может перемещаться по консолям 6 при деформации пружин 8 в поперечном и продольном (в пределах зазора Δ) направлениях. Поперечное сечение 13 пружин 8 выполнено прямоугольной формы и имеет различные главные моменты инерции поперечного сечения относительно осей 14 и 15. Относительно оси 14 сечение 13 имеет наименьший момент инерции. Ось 15, относительно которой сечение имеет наибольший момент инерции, обозначает направление плоскости наименьшей жесткости пружины 8 при ее изгибе. Пружины 8 закреплены на балках 4 и консолях 6 с возможностью регулировки положения плоскости наименьшей жесткости пружин при изгибе относительно продольной оси 16 агрегата. При этом плоскость наименьшей жесткости пружин при изгибе, след которой совпадает с осью 15, составляет угол α с продольной осью 16 агрегата.

В варианте выполнения агрегата на фиг.6 пружина 8 выполнена с размером по вертикали меньше монтажного размера между балкой 4 и консолью 6. При монтаже конец 17 пружины натягивается на балку 6 и создает на балке 6 силу от поджатия пружины 8, действующую в направлении действия силы тяжести.

В варианте выполнения агрегата на фиг.7 пружина 8 выполнена с размером по вертикали больше монтажного размера между балкой 4 и консолью 6. При монтаже конец 18 пружины поджимается к балке 6 и создает на балке 6 силу от поджатия пружины 8, действующую в направлении, противоположном действию силы тяжести.

В варианте выполнения агрегата на фиг.8 между консолью и верхней поперечной балкой установлены фрикционные прокладки 19.

Верхний конец пружины 8 закреплен на балке 4 с возможностью регулировки ее горизонтального положения за счет перемещения болта 9, установленного с регулировочным зазором в отверстие 20.

Нижний конец пружины 8 закреплен на консоли 6 с возможностью регулировки ее горизонтального положения за счет перемещения болта 21, установленного с регулировочным зазором в отверстие 22 консоли 6.

Пружина 8 прижата к верхней поверхности консоли 6 головкой 23 болта 21, на которую опирается верхняя поперечная балка 4 агрегата. Между головкой 23 и поперечной балкой 4 может быть установлена фрикционная прокладка 24, а между головкой 23 и консолью может быть установлена регулировочная прокладка 25.

Работа агрегата происходит следующим образом.

При установке агрегата на консоли регулируют его центральное положение относительно консолей 6, а также положение и направление плоскости наименьшей жесткости пружин 8 относительно оси 16 агрегата перемещением болтов 9 или 21 в пределах радиального зазора в отверстиях 20 и 22 во всех вариантах исполнения агрегата. Предпочтительное значение величины угла α составляет 30°÷60°, т.е. выполняется соотношение: α=30°÷60°. Для равномерного распределения усилий между рамой агрегата и консолями 6 концы пружин 8 закрепляют на четырех концах балок 4 агрегата и концах консолей 6. Горизонтальное положение агрегата регулируют прокладками 25.

При сейсмических воздействиях колебания грунта передаются на опорные колонны 7 с закрепленными на них консолями 6 и установленный на консолях 6 агрегат. По мере увеличения величин ускорений колонн поперечные балки 4 агрегата начинают проскальзывать относительно консолей 6. При этом пружины 8 деформируются и создают упругую восстанавливающую силу, стремящуюся вернуть агрегат в исходное положение. При относительном перемещении агрегата и колонн 7 балки 4 скользят по консолям 6 (или головкам 23) или фрикционным прокладкам 19 (или 24), не отрываясь от их поверхности, и за счет трения между балками 4 и консолями 6 (или головками 23) или фрикционным прокладкам 19 (или 24) происходит поглощение части энергии сейсмических воздействий на агрегат, так что при этом величины максимальных ускорений уменьшаются в 1,5÷2 раза по сравнению с ускорениями консолей. Настройка на оптимальный режим работы агрегата при сейсмических воздействиях осуществляется выбором оптимальной величины трения между консолями 6 и поперечными балками 4. Величина силы трения регулируется установкой прокладок 19 (или 24) с соответствующим коэффициентом трения и, дополнительно, регулировкой величины силы давления поперечных балок 4 на консоли 6. Установка необходимой силы давления между балками 4 и консолями 6 выполняется за счет вертикального поджатия пружин 8.

В варианте выполнения агрегата на фиг.6 с регулируемым увеличением фрикционной нагрузки поджатие пружины 8 на балку 4 передает вертикальную упругую силу пружины 8 на балку 4, и сила нормального давления балок 4 на консоли 6 увеличивается, увеличивая величину трения между ними до оптимального значения.

В варианте выполнения агрегата на фиг.7 с регулируемым уменьшением фрикционной нагрузки поджатие пружины 8 болтом 9 с гайкой 11 передает часть веса агрегата на пружины 8, и сила нормального давления балок 4 на консоли 6 уменьшается, снижая величину трения между ними до оптимального значения.

Выбор соотношения возможных максимальных коэффициентов усиления сейсмических воздействий на газовые центрифуги в конструкции агрегата между его поперечными или продольными колебаниями относительно колонн осуществляют выбором соотношения между главными моментами инерции поперечного сечения 13 пружин 8 и угла α установки осей 14 и 15 главных моментов инерции поперечных сечений пружин к направлению продольной оси 16 агрегата. Соотношение между главными моментами инерции поперечного сечения 13 пружин 8 определяется конкретными частотными характеристиками промышленной компоновки или компоновки стенда, в котором используется конструкция агрегата. Для существующих компоновок промышленных заводов наиболее благоприятное отношение главных моментов инерции поперечного сечения стержней составляет величину 0,4-0,8. Величина угла α, позволяющая эффективно регулировать величины продольных и поперечных колебаний агрегата, выбирается с учетом направления вероятного распространения волн сейсмических возмущений в районе расположения центрифужного оборудования.

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к конструкции агрегатов газовых центрифуг, установленных на опорных рамах, например, промышленных групп газовых центрифуг заводов по разделению изотопов урана или многоагрегатных стендов по разделению стабильных изотопов. Агрегат газовых центрифуг содержит расположенные двумя рядами центрифуги, закрепленные на общей раме, выполненной из продольных, вертикальных и поперечных балок, установленной подвижно в горизонтальном направлении верхними поперечными балками на опорные консоли колонн и закрепленной на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом. Упругий элемент выполнен в виде С-образной пружины, один конец которой закреплен на консоли, а другой на верхней поперечной балке. За счет изменения конструкции крепления и взаимосвязей элементов крепления агрегатов на колоннах обеспечивается эффективное гашение сейсмических колебаний в конструкции и уменьшение в 1,5÷2 раза сейсмических воздействий на центрифуги агрегата. 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Агрегат газовых центрифуг, содержащий расположенные двумя рядами центрифуги, закрепленные на общей раме, выполненной из продольных, вертикальных и поперечных балок, установленной подвижно в горизонтальном направлении верхними поперечными балками на опорные консоли колонн и закрепленной на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде С-образной пружины, один конец которой закреплен на консоли, а другой на верхней поперечной балке, кроме этого пружина закреплена с возможностью регулировки положения плоскости наименьшей жесткости пружины при изгибе относительно продольной оси агрегата.2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что на раме закреплены четыре пружины, установленные вблизи концов верхних поперечных балок и консолей.3. Агрегат по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что пружины выполнены с различными главными моментами инерции поперечного сечения.4. Агрегат по п.3, отличающийся тем, что отношение главных моментов инерции поперечного сечения пружин составляет величину 0,4-0,8.5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что плоскость наименьшей жесткости пружины при изгибе составляет угол 30°÷60° к направлению продольной оси агрегата.6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пружина поджата к балке в направлении действия силы тяжести.7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пружина поджата к балке в направлении, противоположном действию силы тяжести.8. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что между консолью и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.9. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пружина закреплена на балке с возможностью регулировки ее горизонтального положения.10. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пружина закреплена на консоли с возможностью регулировки ее горизонтального положения.11. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пружина закреплена на консоли болтом с опорной головкой, на которую установлена верхняя поперечная балка.12. Агрегат по п.11, отличающийся тем, что между опорной головкой и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.