DE2419192C3 - Verfahren zur Herstellung von Trenndüsenteilen und mit diesen Teilen hergestellte Trenndüsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trenndüsenteilen und mit diesen Teilen hergestell te Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfför migen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewich ten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, untei Verwendung von Profilstäben für die Düsenlippen.

Trenndüsen der eingangs genannten Art werden bei spielsweise zur Durchführung eines Verfahrens benö tigt, das von E. W. B e c k e r et al. unter anderem ir seinem Vortrag ai'f dor 4. Internationalen Konferenz der UN 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 zukommt daß dis Trenndüsenverfahren weitgehend mit statischen, also in Ruhe befindlichen Anlagen durchführbar

Großtechnische Anlagen, beispielsweise Uran-Anreicherungsanlagen, erfordern jedoch eine Gesamtlänge der Trenndüsen in der Größenordnung von z. B. 1000 km und darüber. Trenndüsen der hierbei benötigten Art und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise beschrieben in den deutschen Auslegeschriften 17 94 274 und 11 98 328, der deutschen Patentschrift 19 08 693 sowie der deutschen Offenlegungsschrift 19 51 639. Um einen guten Wirkungsgrad einer Trenndüsenanlage zu gewährleisten, besteht dabei die Forderung, eine gegebene Düsengeometrie auf der gesamten 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 Trennelernente vergleichbarer Qualität, sind jedoch wegen ihres höheren Fertigungsaufwandes wirtschaftlich unterlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem man in der Lage ist, mit der geforderten hohen Genauigkeit von weniger als ± 1 μίτι 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 Länge 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 mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, unter Verwendung von Profilstäben für die Düsenlippen und Abschälblenden ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelost, daß vorgeformte Profilstäbe zur weiteren Bearbeitung entlang einer hochgenauen Gleitbahn gezogen werden, gegen die sie von zwei Seiten mit Andruckmitteln gepreßt werden, welche in nächster Nähe eines quer zur Zugrichtung verschiebbar gelagerten und eine schabende Spanabhebung bewirkenden Werkzeuges angeordnet 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-

aet 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, ai> einem Werkstück Material abgetragen wird, das im Bereich der »Schabmesser« mit Andruckmitteln 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 to möglich. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Verfahren unter Einsatz preisgünstiger Vorrichtungen in kurzer Zeit große Längen von Profilstäben mit Toleranzen von ± 1 μπι und weniger herstellbar sind, insbesondere dann, wenn in an sich bekannter Weise bei der Ausführung des Arbeitsprozesses von einer temperierten Schmierung und einer geregelten Schneidgeschwindigkeit bei geeigneter Ausbildung der Schneiden des Werkzeuges Gebrauch gemacht wird. Versuche haben gezeigt, daß die mit diesem Verahren erreichte Genauigkeit bei der Anwendung vergleichbarer Technologien nicht erlangt werden konnte. Mit Hilfe eines Ziehprozesses lassen sich nur Profilstäbe erzeugen, 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 die geforderten Toleranzen bei relativ niedriger Arbeitsgeschwindigkeit nicht konstant über Teillängen von mindestens 50 cm eingehalten werden. Bei diesem Verfahren wird ferner von einem vorgeformten Düsenkörper Gebrauch gemacht, der im Bereich seiner Umlenkrille mit einer Schwalbenschwanznut versehen wird, in der ein Räumwerkzeug geführt wird, mit dem die maßhaltige Vor- und Endbearbeitung der Nut und/oder der Umlenkrille 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 düsenseitige 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 Schwalbenschwanznut eines Düsenkörpers eingebracht und durch Klemmstücke gehalte.i werden, die zwischen den zueinander planparallelen Flächen der beiden Profilstäbe derart eingefügt werden, daß ihre Druckzone im Bereich der an den Profilstäben gebildeten Stufen verläuft.

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

Um durch Doppelumlenkung eine Nachtrennung der energiereichen schweren Fraktion und damit eine Trcnneffektssteigerung zu bewirken, sind in einer gemeinsamen Nut des Düsenkörpers zwei Paare von Profilstäben angeordnet, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanten eines Stabpaares in eine an einem Stab des anderen Paares angeordnete Umlenkrille 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 Profilstäben;

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

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

F i g. 6 einen verkleinerten Querschnitt durch eine Baueinheit 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 1 μιτι erreicht wird. Mit einer an den Profilstäben 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 ge drückt 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 Zugkraft 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 Bearbeitungsvorganges möglich.

Gegebenenfalls kann auch eine temperierte Schmierung an der Bearbeilungsstelle vorgenommen werden, wozu eine Rohrleitung 13 vorgesehen ist. Als Profilstäbe 2 werden vorzugsweise Stäbe von im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt 14 verwendet. Die Lippe 10 ist dabei mit Vorteil im Bereich der größten Trapezscite angeordnet, wodurch mit Hilfe der beschriebenen Verrichtung 1 eine präzise Bearbeitung und Hamit 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 möglich ist.

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

ken und einer am Düsenkörper auszubildenden Umlenkrille mit Hilfe einer von einer Zugkraft Z bewegten Vorrichtung 20, die ein Räumwerkzeug 24 aufweist, das eine schabende Spanabhebung ausführt, ähnlich wie dies im vorausgegangenen Beispiel beschrieben ist. Die Vorrichtung 20 ist in der vorgeformten Schwalbenschwanznut 22 des Düsenkörpers 21 mit Hilfe von einstellbar an der Vorrichtung befestigten Führungsstücken 25 und 26 geführt, die sich vor und hinter dem Räumwerkzeug 24 erstrecken. Der Anpreßdruck dieser Führungsstücke 25 ist einstellbar. Zur Bearbeitung einer Umlenkrille ist 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 versehen sein.

Die Fig.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 Profilstäbe 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 Schwalbenschwanznut 48 des Düsenkörpers 30 anliegen. Durch diese Maßnahmen ist eine hochgenaue Montage und Halterung der Profilstäbe 32 und 33 in der Nut 48 möglich, die eine Einhaltung der in F i g. 4 vergrößert dargestellten Düsengeometrie 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 Düsengeometrie 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 gestörl werden können. Der Auslausch einzelner Profilstäbe 32 und 33 an einem Düsenkörper 30 ist durch Entfernen der Klemmstücke 49 möglich, wodurch die Hcrstellungs- und Wartungskosten für

eine Trenndüsenanlage niedrig gehalten werden können.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für eine nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Trenndüsenanordnung zeigen die F i g. 5 und 6. An einem Düscnkörper 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 unterscheiden sich von den vorher beschriebenen Stäben vornehmlich dadurch, daß sie an den einander zugekehrten Auflageflächen 68 und 69 mit versetzt angeordneten Umlenkrillen 70 und 71 versehen sind, wobei ein Stabpaar 62 und 63 mit Abstandshaltern 72 versehen ist, die gegen die Anlagefläche des anderen Stabpaares 64 und 65 vorspringen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 72 als profilierte Bleche ausgebildet, die zwischen übereinander angeordneten Prcfilstäben 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 anfallende zweite leichte Fraktion etwa Ausgangsgaskonzentration besitzt und verlusifrei dem Ausgangsgas beigemischt werden kann und der eigentliehe durch Isotopenkonzentrationsverschiebung gekennzeichnete Trenneffekt zwischen der ersten leichten Fraktion L\ und der schweren Fraktion S 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. b zeigt. Diese Baueinheit 73, die beispielsweise — wie dargestellt — 3 Einschöbe 60 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 L\ und L·, und die schwere Fraktion in eine Kammer 5 strömt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   !. 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 Umlenkrille (41) mit einer Schwalbenschwanznut (22. 46 und 47) versehen wird, in der ein Räumwerkzeug (20) geführt wird, mit dem die Endbearbeitung der Umlenkrille (41) und/oder der Nut (22) erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Profilstäben von im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt (14) durchgeführt wird.
3. 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 Fläche eines Stabes eine zur Auflagefläche (37, 38) senkrechte düsenseitige Fläche (42, 43) und an einer dieser Fläche gegenüberliegenden Seite eine vorspringende Stufe (44, 45) gebildet wird.
4. 4. Trenndüse mit nach den Verfahrensschritten der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Düsenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar fertig bearbeiteter Profilstäbe (32 und 33), die in die Schwalbenschwanznut (46 und 47) eingebracht sind, durch Klemmstücke (49) gehalten sind, die zwischen den zueinander planparallelen Flächen (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. 5. Trenndüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Klemmstücke (49) Stahlkugeln verwendet sind.
6. 6. Trenndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen Nut (61) eines Düsenkörpers (60) zwei Paar von Profilstäben (62, 63, und 64, 65) zur Nachtrennung der schweren Fraktion durch zweimalige Gasumlenkung angeordnet sind, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanten (77 und 78) eines Stabpaares (62 und 63) in eine an einem Stab (65) des anderen Paares angeordnete Umlenkrille (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. 7. Trenndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (60) als Einschub jiner mehrere Düsenkörper (60) aufnehmenden Baueinheit (73) ausgebildet ist, die ihrerseits Befesti gungsmittel (74 bis 76) zum Zusammenbau mit wei ieren Baueinheiten aufweist.