ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 2009 года по МПК B04B5/08 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения изотопных и газовых смесей в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги.

Известна газовая центрифуга, включающая корпус,установленный в нем тонкостенный цилиндрический ротор, снабженный по торцам крышками и размещенным в его полости газовым коллектором, состоящим из неподвижных трубок для подачи исходной газовой смеси и отвода газовых фракций посредством отборных трубок, загнутых против направления вращения ротора, демпфер ротора с демпфирующим элементом и установленным на нем опорным подпятником, верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку и цилиндрический аксиально намагниченный магнит, расположенный на крышке корпуса над указанной втулкой, двигатель, состоящий из прикрепленного к нижней части корпуса статора и приводного диска, закрепленного на нижней части ротора (DE 1071593 A, 82b9, B04d, пр. 14.11.1957, опубл. 09.06.1960 г.)

Известны различные конструкции демпферов газовых центрифуг, например демпфер центрифуги, содержащий корпус с масляной ванной, погруженный в масляную ванну демпфирующий элемент с подпятником, шарнирно опертый в нижней части и удерживаемый в верхней части в вертикальном положении пружинами (DE №1136644, 82b9, B04d, пр. 22.10.1958 г., опубл. 12.12.1963 г.; Патент России №2044936, F16F 9/10, 15/02, 1992).

При работе центрифуги вследствие износа опорной пары (подпятника и опорной иглы ротора) и осевых деформаций элементов ротора происходит изменение установленных осевых зазоров между неподвижными деталями центрифуги и вращающимися элементами ротора, например, изменяется зазор между ферромагнитной втулкой, установленной на вращающемся роторе, и неподвижным магнитом, между статором и приводным диском, между отборными трубками и крышками ротора.

Недостатком известных устройств является то, что они не позволяют восстанавливать первоначально установленные оптимальные осевые зазоры без остановки и переборки центрифуги.

Кроме того, при конструировании центрифуг известные устройства не позволяют простым и удобным способом определить наиболее оптимальные значения вышеупомянутых осевых зазоров. Изучение влияния изменения осевых зазоров и подбор их оптимальных значений может быть осуществлен, в частности, испытанием набора центрифуг, у которых исследуемые зазоры изменяют путем изменения размеров соответствующих деталей, т.е. методом подбора, методом "проб и ошибок". Такой процесс оптимизации конструкции центрифуги требует большого количества специально изготовленных центрифуг и многократной их переборки при испытаниях, что увеличивает затраты на конструирование, приводит к неизбежным отклонениям в режимах работы исследуемых центрифуг и снижает точность результатов.

Первой задачей изобретения является повышение ресурсной надежности центрифуги и сохранение ее производительности за счет восстановления первоначально установленных оптимальных осевых зазоров между вращающимися элементами ротора и неподвижными деталями центрифуги в процессе эксплуатации.

Второй задачей является обеспечение возможности оптимизации осевых зазоров при испытании единичной центрифуги. При этом повышается точность установления величины зазоров и сокращается время на их изменение.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известной центрифуге, содержащей вакуумированный корпус с крышкой, установленный в корпусе вращающийся цилиндрический ротор, снабженный крышками и размещенным в его полости неподвижным газовым коллектором, верхнюю магнитную опору, включающую установленную на крышке ротора ферромагнитную втулку, аксиально намагниченный магнит, расположенный на крышке корпуса над ферромагнитной втулкой, нижний демпфер ротора, включающий погруженный в демпфирующую жидкость демпфирующий элемент с опорным подпятником, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный в верхней части пружинами, демпфирующий элемент с подпятником и шарнирной опорой установлены на подвижном ползуне, расположенном с возможностью перемещения подвижного ползуна вдоль оси демпфера, при этом привод перемещения подвижного ползуна снабжен регулировочной гайкой и расположен вне вакуумной полости, а система регистрации перемещений подвижного ползуна выполнена в виде масштабной линейки с делениями на корпусе демпфера и отсчетного лимба на регулировочной гайке. Подвижный ползун герметизирован посредством сальникового вакуумного уплотнения или многогофрового сильфона.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен продольный разрез центрифуги, на фиг.2 - продольный разрез нижнего опорного узла, на фиг.3- вариант уплотнения подвижного ползуна с помощью многогофрового сильфона, на фиг 4 - вариант центрифуги с торцовым молекулярным уплотнением.

Газовая центрифуга включает корпус 1 с крышкой 2 и статором 3 двигателя, установленный в корпусе цилиндрический ротор 4, снабженный крышками 5 и 6 и расположенным в его полости газовым коллектором 7, включающим трубку 8 для подвода газовой смеси и трубки 9, 10 для отвода газовых фракций, верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на верхней крышке 5 ротора ферромагнитную втулку 11 и цилиндрический аксиально намагниченный магнит 12 с полюсным наконечником 13, установленный на крышке 2 над втулкой 11 с зазором L, и нижнюю опору ротора.

Нижняя опора имеет опорную иглу 14 и демпфер, включающий погруженный в демпфирующую жидкость 15 демпфирующий элемент 16 с опорным подпятником 17 для иглы 14, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный в верхней части пружинами 18.

Демпфирующий элемент 16 с опорным подпятником 17 и шарнирной опорой расположены на подвижном ползуне 19, проходящем через центральное отверстие в торцовой части корпуса 20 демпфера с возможностью перемещения вдоль его оси.

Привод перемещения подвижного ползуна 19 находится вне вакуумной полости и снабжен регулировочной гайкой 21, а система регистрации перемещений ползуна выполнена в виде масштабной линейки 22 с делениями на корпусе 20 демпфера и отсчетного лимба 23 на регулировочной гайке 21.

Подвижный ползун 19 герметизирован от вакуумной полости сальниковым уплотнением 24 или с помощью многогофрового сильфона 25.

Заявляемая центрифуга работает следующим образом. В исходном положении у демпфера выставляется размер "В" между базовым торцом корпуса 20 демпфера и опорным подпятником 17, равный номинальному значению, что соответствует нулевому отсчету лимба 23. При вращении гайки 21 ползун 19 перемещается вверх или вниз, а вместе с ним перемещается демпфирующий элемент 16 с подпятником 17 и соответственно поднимается или опускается ротор 4 и меняются осевые зазоры между вращающимися деталями ротора и неподвижными деталями центрифуги, в частности между ферромагнитной втулкой 11 и крышкой 2 корпуса, соответственно меняется расстояние L между ферромагнитной втулкой 11 и полюсным наконечником 13. Величина этих изменений определяется изменением размера "В", которое регистрируется по показаниям лимба 23. Изменение зазоров может производиться как в статическом состоянии, так и при вращении ротора 4 на рабочей скорости, в режиме разгона, торможения и при других динамических процессах.

Заявляемая центрифуга обеспечивает возможность восстанавливать изменившиеся вследствие износа опорной пары и остаточных деформаций ротора осевые зазоры: упомянутый выше зазор L в магнитной опоре, зазор L1 между установленным на роторе 4 приводным диском 26 и статором 3 двигателя, L2, L3 между отборными трубками 9, 10 и крышками 5, 6 ротора 4, а также зазор L4 между торцовым молекулярным уплотнением 29 и верхней крышкой 5 ротора при использовании такового в центрифуге.

При разработке заявляемая центрифуга создает возможность более точной оптимизации указанных выше осевых зазоров и выбора их величин, обеспечивающих получение максимальных значений ресурса, производительности, экономичности центрифуги.

Это достигается тем, что оптимизация выполняется на единичной сборке, исключаются погрешности, связанные с переборками и неидентичностью отдельных сборок. Резко сокращается число переборок и ускоряется процесс оптимизации.

Впервые появляется возможность исследовать процессы, которые раньше не поддавались изучению, например поведение ротора при задевании вращающихся деталей за неподвижные детали центрифуги.

Заявляемая центрифуга успешно использовалась для оптимизации зазоров в газовой центрифуге с торцовыми молекулярным уплотнениями, для изучения поведения ротора при задевании приводного диска за поверхность статора, для оптимизации зазора между приводным диском и статором двигателя.

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения изотопных и газовых смесей в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги. Газовая центрифуга включает цилиндрический корпус с крышкой и установленный внутри него вращающийся ротор, снабженный неподвижным коллектором с трубками для подвода газовой смеси и отвода газовых фракций, верхней магнитной опорой, выполненной в виде установленной на крышке ротора ферромагнитной втулки и цилиндрического аксиально намагниченного магнита, установленного над указанной втулкой на крышке корпуса и гибкой нижней опорой, содержащей погруженный в демпфирующую жидкость демпфирующий элемент с опорным подпятником, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный пружинами в верхней части. Целью изобретения является повышение ресурсной надежности центрифуги и сохранение ее производительности за счет восстановления первоначально установленных оптимальных осевых зазоров между вращающимися элементами. 2 з.п ф-лы, 4 ил.

1. Газовая центрифуга, включающая вакуумированный корпус с крышкой, установленный в нем вращающийся ротор с крышками и размещенным в его полости неподвижным газовым коллектором с трубками для подвода газовой смеси и отвода газовых фракций, верхнюю магнитную опору с установленной на крышке ротора ферромагнитной втулкой и аксиально намагниченным магнитом, расположенным над указанной втулкой на крышке корпуса, нижний демпфер ротора, включающий погруженный в демпфирующую жидкость демпфирующий элемент с опорным подпятником, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный в верхней части пружинами, отличающаяся тем, что демпфирующий элемент с подпятником и шарнирной опорой установлены на подвижном ползуне, расположенном с возможностью перемещения вдоль оси демпфера, при этом привод перемещения подвижного ползуна снабжен регулировочной гайкой и расположен вне вакуумной полости, а система регистрации перемещений ползуна выполнена в виде масштабной линейки с делениями на корпусе демпфера и отсчетного лимба на регулировочной гайке.2. Газовая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что подвижный ползун герметизирован сальниковым вакуумным уплотнением.3. Газовая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что подвижный ползун герметизирован многогофровым сильфоном.