DE2419192B2 - Verfahren zur herstellung von trennduesenteilen und mit diesen teilen hergestellte trennduesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trenndüsenteilen und mit diesen Teilen hergestellte Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, unter Verwendung von Profilstäben für die Düsenlippen.

Trenndüsen der eingangs genannten Art werden beispielsweise zur Durchführung eines Verfahrens benötigt, das von E. W. B e c k e r et al. unter anderem in seinem Vortrag auf der 4. Internationalen Konferenz der XiA über die friedliche Nutzung der Kernenergie, Genf 1971, paper 383, ausführlich beschrieben wurde.

Die Trennung von Gasen und isotopen kann sowohl mit Zentrifugen als auch mit Hilfe von Trenndüsen geschehen, wobei letzteren der große Vorteil zukomtrt Sß das Trenndüsenverfahren weitgehend mit station, also in Ruhe befindlichen Anlagen durchführbar

ist.
Großtechnische Anlagen, beispielsweise Uran-An-

reicherungsanlagen, erfordern jedoch eine Gesamtlänge der Trenndüsen in der Größenoidnung von z.B. 1000 km und da-iiher. Trenndüsen der hierbei benötigten Art und Verfahren zu deren Herstellung Ληά beispielsweise beschrieben in den deutschen Auslege-

Schriften 17 94 274 und 11 98 328, der deutschen Patentschrift 19 08693 sowie der deutschen Offenlegungsschrift 19 51 639. Um einen guten Wirkungsgrad einer Trenndüsenanlage zu gewährleisten, besteht dabei die Forderung, eine gegebene Düsengeomeirie auf der ge-

samten Länge der Trenndüsen mit höchster Genauigkeit einzuhalten, wobei die zulässigen Toleranzen teilweise nur 0,001 mm betragen dürfen. Alle anderen, bisher bekannten Herstellungsverfahren liefern zwar Trennelemente vergleichbarer Qualität, sind jedoch wegen ihres höheren Fertigungsaufwand.-» wirtschaftlich unterlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfauren zu finden, mit dem man in der Lage ist. mit der geforderten hohen Genauigkeit von weniger als

± 1 μπι Trenndüsenteile und mit diesen Teilen Trenndüsen in Gesamtlängen von einigen 1000 km rationell und wirtschaftlich zu fertigen. Ferner sollten die Trenndüsenabschnitte in leicht handhabbaren Teillängen von 50 bis 100 cm hergestellt werden und in ihrer vollen Lange wirksam, d. h. im aktiven Düsenbereich frei von Abstützungen sein.

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Trenndüsenteilen und mit diesen Teilen hergestellten Trenndüsen zum Trennen von gas oder dampfförmigen Stoffen

3d mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, unter Verwendung von Profilstäben für die Düsenlippen und Abschälblenden ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorgeformte Profilstäbe zur weiteren Bearbeitung entlang einer hochgenauen Gleitbahn gezogen werden, gegen die sie von zwei Seiten mit Andruckmitteln gepreßt werden, weiche in nächster Nähe eines quer zur Zugrichtung verschiebbar gelagerten und eine schabende Spanabhebung bewirkenden Werkzeuges angeord-

6s net sind. In der Praxis sind dabei die Schneiden (Diamanten) mehrerer »Schabmesser« mit kleiner werdenden Abständen zum Werkstück bei einem gegenseitigen Abstand von z. B. 25 mm hintereinander angeord-

net. Unter schabender Spanabhebung wird nach obigem ein Vorgang verstanden, bei dem mit Hilfe eines Werkzeuges, das gegebenenfalls mit mehreren Schabmessern bestückt ist und das gegenüber einer Führung (Gleitbahn) ortsfest eingestellt ist, an einem Werkstück Material abgetragen wird, das im Bereich der »Schabmesser« mit Andruckmitfeln an die Führung angedrückt ist und das durch eine Zugkraft am Werkzeug vorbeibewegt wird. Dabei ist die Abtragung äußerst dünner Schichten von der Größenordnung 0,001 mm möglich. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Verfahren unter Einsatz preisgünstiger Vorrichtungen in kurzer Zeit große Längen von Profilstäben mi' Toleranzen von ± 1 μπι und weniger herstellbar -^;.nd,! besondere dann, wenn in an sich bekannter Weise bei der Ausführung des Arbeitsprozesses von Hner temperierten Schmierung und einer geregelte== ochneidgeschwindigkeit bei geeigneter Aush .lung der Schneiden des Werkzeuges Gebrauch gemaj¹: wird. Versuche haben gezeigt, daß die mit diesem Verahren erreichte Genauigkeit bei der Anwendung vergleichbarer Technologien nicht erlangt werden konnte. Mit Hufe eines Ziehprozesses lassen sich nur Profilstäbe erzeuger., die zu hohe Toleranzen aufweisen, die jedoch für die erfindungsgemäße Weiterverarbeitung geeignet sind.

Die Erprobung von profilierten Räumwerkzeugen, an denen die Schienen mit entsprechender Führung vorbeigezogen wurden, ergab im geforderten Toleranzbereich zu große Abweichungen. Beim Einsatz sehr kostspieliger Präzisionsfräsmaschinen konnten d: geforderten Toleranzen bei relativ niedriger Arbeitsgeschwindigkeit nicht konstant Ober TeiÜängen von mindestens 50 cm eingehalten werden. Bei diesem Verfahren wird ferner von einem vorgeformten Düsenkörper Gebrauch gemacht, der im Bereich seiner Umlenkriüe mit einer Schwalbenschwanznut versehen wird, in der ein Räumwerkzeug geführt wird, mit dem die maßhaltige Vor- u d Endbearbeitung der Nut und/oder der Umlenkrilie erfolgt

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird von Profilstäben mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt ausgegangen, bei denen die Aktionskante an einer Lippe im Bereich einer Auflagefläche eines Profilstabes ausgebildet wird. Im Bereich der gegenüberliegenden Fläche wird ferner an einem Stab eine zur Auflagefläche senkrechte düsenseiiige Fläche gebildet sowie an einer dieser Fläche gegenüberliegenden Stabseite eine vorspringende Stufe. Die Vorteile dieser Verfahrensschritte werden später anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Montage eines Trenndüsenelements erfolgt dadurch, daß ein Paar fertig bearbeiteter Profilstäbe in eine Srhwalhenschv.anznut eines Düsenkörners eingebracht und durch Klemmstücke gehalten werden, die zwischen den zueinander planparailelen Flächen der beiden Profilstäbe derart eingefügt werden, daß ihre Druckzone im Bereich der an den Profilstäben gebilde ten Stufen verläuft.

Bei so hergestellten Trenndüsen ist es möglich. Fehler durch Austausch defekter Profilstäbe zu beheben. sowohl nach einem negativen Prüfergebnis der montierten Düsenkörper als auch zur Beseitigung von Transportschäden.

Um durch Doppekir.ilenkung eine Nachtrennung der energiereichen schwerer Fraktion und damit eine < >s Trenneffektssteigerung zu bewirken, sind in einer gemeinsamen Nut des DtiÄ'j/ikörpers zwei Paare von Profilstäben angeordnet, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanteii eines Stabpaares in eine an einem Stab des anderen Paares angeordnete Urrlenkrille eingreifen, wobei ein Stabpaar mit Leisten versehen ist, die gegen die Anlagefläche des anderen Stabpaares vorspringen. Dabei sind zweckmäßigerweise die Düsenkörper als Einschub einer mehrere Düsenkörper aufnehmenden Baueinheit ausgebildet, die ihrerseits Befestigungsmittel zum Zusammenbau mit weiteren Baueinheiten aufweist.

Anhand von Ausführungsbeispielen ist nachfolgend das Verfahren und seine Durchführung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt in räumlicher Darstellung:

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Bearbeitung der mit Lippen versehenen Profilstäbe;

F i g. 2 eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Schwalbenschwanznut eines Düsenkörpers;

F i g. 3 einen Ausschnitt aus einem Düsenkörper mit eingebrachten Profiistäben;

F i g. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus der F i g. 2 mit einer Darstellung der Lippen >· d der Umlenkrille im Querschnitt;

F i g. 5 einen Ausschnitt aus einem Düsenkörper mit Doppelumlenkung;

F ^; g. 6 einen verkleineren Querschnitt durch eine Bauein' sit mit Düsenkörpern nach F i g. 5.

Mit Hilfe einer in der F i g. 1 schematisch vereinfacht dargestellten Vorrichtung 1 erfolgt eine Feinbearbeitung vorgeformter Profilstäbe 2, bei der mit vergleichsweise kurzen Arbeitszeiten und mit relativ niedrigem Einsatz an Arbeitsmitteln die für eine Anwendung bei Trenndüsen erforderlichen Toleranzen von weniger als i μπι erreicht wird. Mit einer an den Frofiistäben 2 angreifenden Zugkraft P werden diese entlang einer Gleitbahn 3 und 4 gezogen, gegen die sie mit Hilfe von Andruckmitteln 5, 6 und 7 im Bereich eines eine schabende Spanabhebung 8 bewirkenden Werkzeuges 9 gedrückt werden. Zur Erlangung einer geforderten Profiltreue innerhalb obiger Toleranzen ist dabei das Zusammenwirken der beschriebenen Maßnahmen von ausschlaggebender Bedeutung. Die mit Drehmomenten M beaufschlagten Andruckmittel 5 bis 7 üben nahe am Werkzeug 9 Anpreßkräfte A auf den Profilstab 2 aus, wodurch dieser unter dem Einfluß der Zugkran Pdurch das erschütterungs- und schwingungsfrei gelagerte und quer zur Zugrichtung einstellbare Werkzeug 9 bearbeitet wird. Die Figur zeigt hierzu einen Bearbeitungsvorgang für eine Düsenlippe 10, der analog auch für andere Flächen des Profilstabes 2 anwendbar ist. Mit Hilfe von Meßfühlern 11 und 12, die hinter dem Werkzeug 9 angeordnet sind, ist eine stetige Kontrolle des Bearbeite.gsvorganges möglich.

Gegebenenfalls kann auch eine temperierte Schmierung an der Bearbeitungsstelle vorgenommen werden, wozu eine Rohrleitung 13 vorgesehen ist. Als Profilstäbe 2 werden vorzugsweise Stäbe v,.*n im wesentlichen trapezförmiger· Querschnitt 14 verwendet. Die Lippe 10 ist dabei mit Vorteil im Bereich der größten Trapezseite angeordnet, wodurch mit Hi/fe der beschriebenen Vorrichtung 1 eine präzise Bearbeitung und damit eine Einhaltung der Düsengeometrie an den Profilstäben selbst, vornehmlich im Bereich der Düsenlippe und der Schälblende 10 und deren Aktionskanten 15 mit Toleranzen unter 1 μπι n:öglich ist.

In der F i g. 2 ist eine Vorrichtung 20 zur Feinbearbeitung eines in einem Ausschnitt gezeigten Dusenkörpers 21 dargestellt. Am eingespannten Düsenkörper 21 der eine vorgeformte Schwalbenschwanznut 22 aufweist, erfolgt die hochgenaue Bearbeitung der Nutflan-

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ken und einer am Düsenkörper auszubildenden Umlenkrille mit Hilfe einer von einer Zugkraft Z bewegten Vorrichtung 20, die ein Raumwerkzeug 24 aufweist, das eine schabende Spanabhebung ausfuhrt, ahnlich wie dies'im vorausgegangenen Beispiel beschrieben ist. Die Vorrichtung 20 ist in der vorgeformten Schwalbenschwanznuti22 des Dusenkorpers 21 mit Hilfe von ,einstellbar an der Vorrichtung befestigten Führungsstücken 25 und 26 gefuhrt, die sich vor-und hinter dem Räumwerkzeug 24 erstrecken Der Anpreßdruck dieser Führungsstücke 25 ist einstellbar. Zur Bearbeitung einer Umlenkrille .st das Werzeug 24 austauschbar ausgebildet. Wie im vorher beschriebenen Beispiel kann die Vorrichtung 20 mit Meßfühlern zur kontinuierlichen Kontrolle des Arbeitsvorgangs und mit einer Einrichtung für eine temperierte Schmierung . ersehen sein.

Die F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem beispielsweise als Zehn-Kammer-Rohr ausgebildeten Düsenkörper 30 mit eingebrachten Profilstäben 32 und 33. An dem im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt 34 der Profilstäbe 32 und 33 sind die Lippen 35 und 36 im Bereich der Auflageflächen 37 und 38 der Profüstäbe angeordnet und ragen mit ihren Aktionskanten 39 und 40 in eine Umlenkrille 41 des Düsenkörpers, wie die F i g. 4 in vergrößertem Maßstab zeigt. An den Profilstücken 32 und 33 sind im Bereich der den Auflageflächen 37 und 38 gegenüberliegenden Flächen zu den genannten Auflageflächen senkrechte düsenseitige Flächen 42 und 43 ausgebildet. Den zueinander planparallelen Flächen 42 und 43 gegenüberliegend sind vorspringende Stufen 44 und 45 an den Profilstäben 32 und 33 angeformt, mit denen sie an den Flanken 46 und 47 einer Schwalbenschwansnut 48 des Düsenkörpers 30 anliegen. Durch diese Maßnahmen ist eine hocbgenaue Montage und Halterung der Profilstäbe 32 und 33 in der Nut 48 möglich, die eine Einhaltung der in F i g. 4 vergrößert dargestellten Dusengeometrie gewährleistet. Die Profilstäbe 32 und 33 werden in der Nut 48 mit Hilfe von Klemmstücken 49, die als Kugeln ausgebildet sind, in ihrer Lage gehalten, wobei sich die Druckzone der Klemmstücke im Bereich der Flächen 42 und 43 und der Stufen 44 und 45 erstreckt und keine Störung der Dusengeometrie durch Verformung bewirken kann. Die Klemmstücke 49 werden vorzugsweise im Bereich von Stegen 50 des Düsenkörpers eingesetzt Ihr Abstand von der Umlenkrille 41 und den Aktionskanten 39 und 40 ist so groß, daß die Strömungsverhältnisse an der Düse nicht gestört werden können. Der Austausch einzelner Profilstäbe 32 und 33 aneinem Düsenkörper 30 ist durch Entfernen der, Klemmstücke 49, möglich, wodurch die Hersteliungs- und Wartungskosten für eine Trenndusenanlage niedrig gehalten werden >kon-

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Ein anderes Ausführungsbeispiel ffir^eine ,nach dem beschriebenen Verfahren ;hergestellle-Trenndüsenanordnung zeigen die Fig.5 und 6.'An einem Düsenkörper 60 mit einer· gegenüber dem vorher beschriebenen Beispiel vertieften Schwalbenschwanznut 61 sind übereinander zwei Paar von Profilstäben, nämlich 62 und 63. sowie 64 und 65, in analoger Weise mit Klemmstücken 66 und 67 befestigt. Die Düsenstäbe 62 bis 65 unter scheiden sich von den vorher beschriebener. Stäben vornehmlich dadurch, daß sie an den einander zugekehrten Auflageflächen 68 und 69 mit versetzt angeordneten Umlenkrillen 70 ind 71 versehen sind, wobei ein Stabpaar 62 und 63 mit Abstandshaltern 72 versehen ist, die gegen die Anlagefläche des anderen Stabpaares 64 65 vorspringen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 72 als profilierte Bleche ausgebildet, die zwischen übereinander angeordneten Profilstäbf-n 62 und 64 bzw. 63 und 65 eingelegt werden.

Durch diese Ausbildungsform wird eine Nachtrennung der schweren Fraktion erreicht in der Weise, daß die nun anf&.ende zweite leichte Fraktion etwa Ausgangsgaskonzentratioj? £;.!:=: und verlustfrei dem Ausgangsgas beigemischt werden kann und de^r eigentliehe durch Isotopenkunzentrationsverschiebung gekennzeichnete Trenneffekt zwischen der ersten leichten Fraktion Li und der schweren Fraktion 5 gemessen wird. Der Düsenkörper 60 ist bei dieser Ausbildungsform zweckmäßigerweise als Einschub ausgebildet, der in eine Baueinheit 73 wechselweise um 180' verdreht einsetzbar ist, deren Querschnitt mit verkleinertem Maßstab die F i g. 6 zeigt Diese Baueinheit 73. die beispielsweise — wie dargestellt — 3 Einschübe bt) aufzunehmen vermag, ist ihrerseits zweckmäßigerweise mit Befestigungsmitteln 74, 75 und 76 versehen, die eine einfache Verbindung mit weiteren Baueinheiten ermöglicht In der F i g. 5 ist durch Pfeile der Weg des zu trennenden Gases bezeichnet Wie die F i g. 6 zeigt ist innerhalb einer Baueinheit das Ausgangsgas in einer Kammer A geführt während die leichten Fraktionen in Kammern Li und L·, und die schwere Fraktion in eine Kammer S strömt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Trenndüsenteilen für Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen unter Verwendung von Profilstäben für die Lippen, dadurch gekennzeichnet, daß vorgeformte Profilstäbe (2) entlang einer hochgenauen Gleitbahn (3 und 4) gezogen werden, gegen die sie von zwei Seiten mit Andruckmitteln (5,6 und 7) gepreßt werden, welche in nächster Nähe eines quer zur Zugrichtung (P) verschiebbar gelagerten und eine schabende Spanabhebung bewirkenden Werkzeuges (9) angeordnet sind und daß ein zur Aufnahme der Profilstäbe vorgesehener vorgeformter Düsenkörper (30) im Bereich seiner Umienkriile (41) mit einer Schwalbenschwanznut (22, 46 und 47) versehen wird, in dt ι ein Räumwerkzeug (20) geführt wird, mit dem die Endbearbeitung der Umlenkiille (4t) und/oder der Nut (22) erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Profilstäben von im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt (14) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Profilstab (32,33) die Aktionskante (39,40) an einer Lippe (35,36) im Bereich einer Auflagefläche (37, 38) des Profilstabes (32, 33) ausgebildet wird und daß ferner im Bereich der gegenüberliegenden Fläch"; eine: Stabes eine zur Auflagefläche (37, 38) senkncht^ düsenseitige Fläche (42, 43) und an einer dieser Flδ :he gegenüberliegenden Seite eine vorspringende Stufe (44, 45) gebildet wird.

4. Trenndüse mit nach den Verfahrensschritten der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Düscnieilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar fertig bearbeiteter Profilstäbe (3? und 33), die in die Schwalbenschwanznut (46 und 47) eingebracht sind, durch Klemmstücke (49) gehalten sind, die zwischen den zueinander p'anparaüeien Fläci.-.n (42 und 43) der beiden Profilstäbe (32 und 33) derart eingefügt sind, daß ihre Druckzone im Bereich der an den Profilstäben (32 und 33) gebildeten Stufen (44 und 45) verläuft

5. Trenndüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als kicmiüstücke (49) Stahlkugel, verwendet sind.

6. Trenndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 in einer gemeinsamen Nut (61) eines Düsenkörpers (60) zwei Paar von Profilstäben (62, 63, und e4, 65) zur Nachtrennung der schweren Fraktion durch zweimalige Gasumlenkung angeordnet sind, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanten (77 μπα 7S)_nCHiCS Siäbpaares {62 und 53) in eine an

,-•inemiSfab (esj-des anderen Paares angeordnete ■ilmlefiicriHe (71) eingreifen, wobei ein Stabpaar (62 und 63) mit Abstandshaltern (72) versehen ist, die gegen die Anlagefläche (68) des anderen Stabpaares (64 und 65) vorspringen.

7. Trenndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (60) als Einschub einer mehrere Düsenkörper (60) aufnehmenden Baueinheit (73) ausgebildet ist, die ihrerseits Befestigungsmittel (74 bis 76) zum Zusammenbau mit weiteren Baueinheiten aufweist