DE2127664C3

DE2127664C3 - Schleudertrommel für Gaszentrifugen

Info

Publication number: DE2127664C3
Application number: DE19712127664
Authority: DE
Inventors: Francois Bayonne Paris
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2127664A1; NL7107551A; NL163138B; FR2093144A5; IT939719B; NL163138C; DE2127664B2; BE768029A; GB1337177A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleudertrommel für Gaszentrifugen der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Gaszentrifuge zur z. B. Uranisotopenanreicherung (US-PS 29 36 110) ist die in einem gasdichten Gehäuse drehbar aufgenommene Schleudertrommel über eine an ihrem oberen Boden befestigte Antriebswelle und einer zusätzlichen Einrichtung zur Vibrationsdämpfung mit einem Drehantrieb gekoppelt. An ihrem unteren Boden ist eine weitere Welle in Flucht zur Antriebswelle und zur vertikalen Trommellängsachse befestigt, die in einem Axialdrucklager gegenüber dem gasdichten Gehäuse gelagert ist. Um die Aufweitung der Schleudertrommel bei Betriebsdrehzahlen auszugleichen und eine hermetische Abdichtung des Trommelinneren in jedem Betriebszustand sicherzustellen, weisen die beiden Trommelböden in ihrem radial äußeren Bereich einen verformbaren Ringwulst auf, an den sich jeweils ein radialer Außenflansch anschließt. Durch eine Schraubkappe wird dieser radiale Außenflansch in gasdichter Anlage an einer in der Trommelwand ausgebildeten Schulter gehalten. Zwar wird durch diese Anordnung eine hermetische Abdichtung des Trommelinneren in jedem Betriebszustand erreicht, eine Aufweitung und damit entsprechende Verkürzung des Trommelmantels bei den hohen Betriebsdrehzahlen führt jedoch über die elastische Verformung der Ringwulste in den Trommelböden zu in axialer Richtung wirkenden Kräften, die z, B, vom Axialdrucklager der unteren Zentrierwelle aufgenommen werden müssen. Bei den hohen Drehzahlen von 25 bis 30 000UpM dieser Gaszentrifuge wirken sich jedoch axiale Lagerbelastungen nachteilig aus.

Ferner ist eine scnnellaufende Gaszentrifuge zum Trennen von insbesondere Isotopengemischen bekannt (DE-AS 10 71 593), bei der am unteren Boden der Schleudertrommel eine auf einer Hartmptallplatte

ίο laufende elastische Achse sowie an seiner Außenseite ein Stahlankerring befestigt sind. Zum Antrieb der Schleudertrommel ist im unteren Gehäuseteil gegenüber diesem Stahlankerring ein mit Drehstrom gespeister Stimstator angeordnet, der mit einem Drehstrom

'.5 von der der gewünschten Umdrehungszahl entsprechenden Frequenz gespeist wird. Durch die Lagerung der Schleudertrommel über die keine Drehmomente übertragende elastische Achse soll eine mechanische Selbststabilisierung erreicht und Verschleißerscheinungen in dem Stützlager auf ein Minimum reduziert werden. Maßnahmen zur Kompensation der bei Betriebsdrehzahien auftretenden Verformungen der Schleudertrommel sind nicht vorhanden.

Ferner ist noch eine Einrichtung zur Abtrennung von

Verunreinigungen aus Gas- und Flüssigkeitsgemischen durch Thermodiffusion bekannt (CA-PS 6 42 059), bei welcher zur Verbesserung der Trennwirkung zusätzlich zu den durch Temperaturunterschiede verursachten Konvektionsströmungen noch die Trennwirkungen von Zentrifugalkräften ausgenutzt werden. Zu diesem Zwecke ist in einem drehangetriebenen Gehäuse eine hohle Scheibe drehbar gelagert, die mit einer unterschiedlichen Drehzahl gegenüber dem Gehäuse umläuft und diesem gegenüber auch eine unterschiedliche Temperatur besitzt. In dem mit dem zu trennenden Medium gefüllten Spalt zwischen der Scheibe und dem Gehäuse wird eine Konvektionsströmung durch Reibungs- und Zentrifugalkräfte erzeugt, wobei in den Grenzschichten an den Wänden der Scheibe und des Gehäuses das zu trennende Viedium nach radial auswärts und einwärts fließt, während dieses Medium als praktisch geschlossener Ring zwischen beiden Grenzschichten rotiert Durch geeignete Wahl der Drehzahlunterschiede kann die Länge der spiralform!- gen Strömungsbahnen und durch Einstellung der Spaltwerte die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung beeinflußt werden. Die Stirnwände der Scheibe ebenso wie des Gehäuses können u. a. als nach innen weisende Kegel ausgebildet sein, wodurch auch die

so beiden stirnseitigen Spalträume eine Kegelform erhalten. Werden bei dieser Ausbildung die innere Scheibe gekühlt und das Außengehäuse erwärmt, dann lagern die schwereren Fluidkomponenten an der Scheibe und die leichtere Fluidkomponente am Gehäuse ab. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Scheibe höher als diejenige des Gehäuses ist, wird die Trennwirkung erheblich gesteigert. Ein Ausgleich von möglicherweise Aufweitungs- und Verkürzungserscheinungen der Scheibe und des Gehäuses ist bei dieser bekannten

Einrichtung nicht vorhanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sghleudertromme! der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die Lagerstellen für die beiden Wellen zum Antrieb und zur Zentrierung der Schleudertrommel auch während des

Betriebs der Schleudertrommel ihren Ort nicht ändern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst. Durch die kegelförmige, verformbare Ausbil-

dung der Böden vird erreicht, daß die bei hohen Betriebsdrehzahlen auftretende Aufweitung und Verkürzung des Trommelmantels durch eine Verformung der Böden ausgeglichen wird, wobei sich der Kegelwinkel entsprechend vergrößert Das erfindungsgemäß erreichte Konstanthalten des Abstandes zwischen den Kegelspitzen führt zwangsläufig dazu, daß sich auch die Lagerstellen für die beiden Wellen nicht verschieben und eine auf Abstandsänderungen außerordentlich empfindlich ansprechende berührungsfreie Zentriereinrichtung für die untere Welle vorgesehen werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Schleudertrommel können auch Verlängerungen des Trommelmantels durch Wärmedehnungen berücksichtigt werden. Weiterhin können die Massenmittelpunkte der beiden Böden sowie die der kritischen Biegefrequenz der Schleudertrommel entsprechenden Knotenpunkte N1 und N 2 aneinander angenähert werden, so daß diese Biegefrequenz ebenso wie die Nenndrehzahlen für im unterkritischen Bereich umlaufende Schleudertrommel erhöht werden können. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Böden erleichtert ferner das Durchfahren der kritischen Drehzahien für im überkritischen Bereich betriebene Schleudertrommel.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Schleudertrommel im Ruhezustand,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Schleudertrommel nach F i g. 1 im Betrieb,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt einer Schleudertrommel.

Die Schleudertrommel 1 besteht aus einem zyiindrisehen Mantel 1 a und zwei kegelförmigen Böden 2 und 3.

An der Kegelspitze Pl des oberen Bodens 2 ist eine Antriebswelle 4 befestigt, die bei einem Punkt O ar. einer nicht in der Zeichnung abgebildeten Halterung gesichert und mit einem Drehantriebsorgan verbunden ist.

Diese Anordnung erlaubt gleichzeitig die Aufhängung und den Antrieb der Schleudertrommel 1 durch die Welle 4, die in einem hydrodynamischen Lager 9 geführt ist.

Am unteren Boden 3 ist an der Kegtlspiize Q1 eine Zentrierwelle 5 befestigt, die an ihrem freien Ende A eine Magnetplatte 6 trägt, von der eine Verzahnung 6a mit einer Verzahnung 7a einer Schwingplatte 7 ausgerichtet bleiben will, die auf einer Halterung 8 ruht. Um eine genaue Zentrierung der Schleudertrommel 1 zu gewährleisten, deren Achse mit der Achse der Wellen 4 und 5 zusammenfällt, muß die Magnetplatte 6 genau zu der Platte 7 ausgerichtet bleiben, weshalb auch die magnetischen Eigenschaften konstant gehalten werden müssen, die von einem Spalt e konstanten Werts abhängen.

Durch den Poisson-Effekt verringert die Schleudertrommel 1, die im Ruhezustand eine Länge Zl aufweist (Fig. 1), ihre Länge beim Betrieb, so daß sie für eine vorbestimmte Drehzahl eine kleinere Länge Z2 aufweist, weil sich ihr Durchmesser von Φ 1 auf Φ 2 vergrößert (F ig. 2\

Die beiden Böden 2 und 3 sind ■ /..er der Einwirkung der Fliehkräfte verformbar, wobei die Fliehkräfte den öffnungswinkel ωΐ (Fi g. 1) des Kegels vergrößern, der den Wert o»2 beim Betrieb erreicht (Fig. 2).

Der Abstand zwischen den Kegelspitzen P1 und Q1 und damit zwischen den Lagerstellen der Wellen 4 und 5 im Ruhezustand bleibt dadurch gleich dem Abstand zwischen den Kegelspitzen P2 und Q 2 im Betrieb der Schleudertrommel.

Für die üblichen metallischen Werkstoffe beträgt die relative Verkürzung der Trommellänge etwa 2 mm/m des Nennbereichs und die Verlängerung infolge einer Erwärmung um 30⁰C 20% dieses Werts.

In Fig.3 sind Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels des oberen Bodens einer Zentrifugen-Schleudertrommel abgebildet, die einen ringförmigen Mantel 10 hat, auf dem über eine konische Schraubverbindung 11 ein kegelförmiger Boden 12 befestigt ist Der Boden 12 weist ein Mittelstück 13 auf, das ebenfells du~ch eine konische Schraubverbindung 14 gesichert ist und über dem ein hydrodynamisches Lager 15 montiert ist. In dem Mittelstück 13 ist ein zentrales Loch 16 vergesehen, das zur Aufnahme der Antriebswelle 4 dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schleudertrommel für Gaszentrifugen, bestehend aus einem zylindrischen Mantel und unter der Wirkung von Zentrifugalkräften verformbaren Boden, an denen in Flucht mit der vertikalen Trommellängsachse eine obere Antriebswelle und eine untere Zentrierwelle befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Böden (2,3) der Schleudertrommel (1) als ins Trommelinnere weisende Kegel mit unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte zunehmendem Kegelwinkel (ω 1) derart verformbar ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den die Befestigungsstellen für die beiden Wellen (4, 5) bildenden Kegelspitzen (Pl, Ql) im Ruhezustand und im Betrieb konstant ist, wobei der unteren Zentrierwelle (5) eine berührungsfreie Zentriereinrichtung (6 bis 8) zugeordnet ist

2. Schleudertrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (4) hängend gelagert ist und daß die Zentriereinrichtung eine am unteren Ende der Zentrierwelle (5) befestigte Magnetplatte (6) aufweist, die durch einen Spalt (e) von einer auf einer festen Halterung (8) bewegbar angeordneten Schwingplatte (7) getrennt ist.

3. Schleudertrommel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (4) in einem hydrodynamischen Lager (9; 15) gelagert ist.

4. Schleudertrommel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Boden (2) durch _inen kegelstumpfförmigen Ring (12) gebildet und durch konische Schraubverbindungen (11,14) mit dem Trommelmantel (10) bzw. mit einem Mittelstück (13) verbunden ist, ^.^s die Antriebswelle (4) aufnimmt.