ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 2012 года по МПК B04B5/08 

Изобретение относится к конструкции газовой центрифуги для разделения изотопных и газовых смесей, преимущественно для разделения газов с малым молекулярным весом.

Известна газовая центрифуга, содержащая в вакуумированном корпусе цилиндрический ротор с торцевыми крышками, через горловину верхней крышки которого введен неподвижный газораспределительный коллектор с изолированными каналами для прохода газа: один для ввода разделяемого газа, два - для вывода из ротора разделенных фракций газа через отборные трубки.

Для самооткачки и поддержания глубокого вакуума, а также для сведения к минимуму потерь мощности на трение быстровращающегося ротора, на внутренней поверхности корпуса центрифуги в районе верхней крышки ротора расположено осевое молекулярное уплотнение, выполняющее роль молекулярного насоса и представляющее собой цилиндрическую втулку со спиральными канавками, обращенными с радиальным зазором к внешней поверхности ротора [1].

Прототипом заявляемого изобретения является известная газовая центрифуга, в которой молекулярный насос, кроме осевого уплотнения, содержит расположенное под верхней крышкой ротора торцевое уплотнение в виде неподвижного диска со спиральными канавками, закрепленного на верхней крышке корпуса центрифуги, при этом спиральные канавки неподвижного диска обращены в сторону верхней крышки ротора [2], (см. фиг.3).

Недостатком известной конструкции газовой центрифуги является то, что с уменьшением молекулярного веса рабочего газа увеличивается давление в центре ротора за счет торможения газа о газораспределительный коллектор, что приводит к увеличению давления в центре ротора и, как результат, к увеличению утечки газа через молекулярный насос в зароторное пространство, так как в данном случае образуется обратный паразитный поток газа в зароторное пространство. При этом в свободном пространстве под верхней крышкой ротора образуется «застойная» зона с незначительной скоростью движения газа к периферии ротора из-за встречного обратного паразитного потока, что снижает эффективность работы молекулярного насоса. Увеличение давления в зароторном пространстве неизбежно приводит к непроизводительным энергетическим затратам на трение, что в конечном результате уменьшает производительность центрифуги.

Задача заявляемого изобретения состоит в улучшении конструкции газовой центрифуги, в частности ее молекулярного насоса, которое обеспечивало бы существенное уменьшение давления в зароторном пространстве и уменьшение энергозатрат в центрифуге.

Поставленная задача достигается тем, что в газовой центрифуге, содержащей герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками и молекулярный насос, состоящий из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками и верхнюю крышку ротора, торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе, при этом его неподвижный диск со спиральными канавками с одной строны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой, установленной на плоской поверхности неподвижного диска и направленной от газораспределительного коллектора к периферии ротора, при этом в пространство между неподвижным диском со стороны его спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск.

Газовая центрифуга заявляемой конструкции обладает следующими преимуществами перед известной: за счет изменения взаимодействия элементов конструкции молекулярного насоса и введения нового элемента устраняется «застойная» зона движения газа под верхней крышкой к периферии ротора, что приводит к уменьшению энергозатрат и, как следствие, к увеличению эффективности работы молекулярного насоса и газовой центрифуги в целом.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - заявляемая центрифуга;

фиг.2 - вид сверху на неподвижный диск с вертикальной перегородкой.

Газовая центрифуга, фиг.1, содержит герметичный корпус 1 с осевым уплотнением 2, внутри которого установлен вертикальный полый цилиндрический ротор 3 с верхней 4 и нижней 5 торцевыми крышками. Через отверстие горловины 6 в центральной части верхней крышки 4 внутрь ротора 3 проходит неподвижный газораспределительный коллектор 7 с отборными верхней 8 и нижней 15 трубками, под верхней крышкой 4 и над верхней отборной трубкой 8 установлен неподвижный диск со спиральными канавками 9. На плоской поверхности неподвижного диска установлена вертикальная перегородка 10, идущая от газораспределительного коллектора 7 к периферии ротора. Между неподвижным диском 9 и верхней отборной трубкой 8 газораспределительного коллектора 7 установлен вращающийся плоский диск 11, закрепленный внешним буртом 12 на внутренней поверхности стенки ротора 3.

На фиг.2, вид сверху показано расположение вертикальной перегородки 10 на неподвижном диске 9.

Заявляемая центрифуга работает следующим образом.

При вращении ротора газ 13, находящийся в зароторном пространстве, удаляется вдоль спиральных канавок осевого уплотнения 2 из внутренней полости корпуса 1 через отверстие горловины 6 верхней крышки 4, вдоль вертикальной перегородки 10, через зазор между неподвижным диском 9 и вращающимся плоским диском 11 в рабочую камеру 14, откуда через отборные трубки 8 и 15 выводится из центрифуги.

Сравнительные испытания заявляемой газовой центрифуги с известной (прототипом) показали, что при работе, например, на углекислом газе с молекулярным весом 44 а.е.м. при одинаковых расходных и газодинамических характеристиках заявляемая конструкция центрифуги обеспечивает уменьшение энергетических затрат на 10÷15%, а увеличение производительности - на 17%.

В результате выполнения молекулярного насоса газовой центрифуги в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить энергозатраты и обеспечить ее эффективную работу на газах с малыми молекулярными весами, что позволит уменьшить себестоимость получаемых изотопов.

Источники информации

1. Патент ФРГ №1071593, кл. В04В 5/08, опубл. 1960 г.

2. Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России), С.Петербург, ЛНПП «Облик», 2002, стр.15, рис.2.

Изобретение относится к конструкции газовой центрифуги для разделения изотопных и газовых смесей, преимущественно для разделения газов с малым молекулярным весом. Газовая центрифуга содержит герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками, молекулярный насос и верхнюю крышку ротора. Молекулярный насос состоит из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками. Торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе. Неподвижный диск со спиральными канавками с одной стороны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой. Перегородка установлена на плоской поверхности неподвижного диска и направлена от газораспределительного коллектора к периферии ротора. В пространстве между неподвижным диском со стороны спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск. Техническим результатом является уменьшение давления в пространстве между ротором и корпусом центрифуги, уменьшение энергозатрат и увеличение производительности. 3 ил.

Газовая центрифуга, содержащая герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками, молекулярный насос, состоящий из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками и верхнюю крышку ротора, отличающаяся тем, что торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе, при этом его неподвижный диск со спиральными канавками с одной стороны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой, установленной на плоской поверхности неподвижного диска и направленной от газораспределительного коллектора к периферии ротора, при этом в пространстве между неподвижным диском со стороны спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск.