JPH04277047A - 固液分離機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の目的〕

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば使用済核燃料の
再処理設備において、使用済燃料を溶解した溶液から不
溶性の核分裂生成物の固体微粒子を遠心分離する場合等
に適用される固液分離機に関する。

【０００２】

【従来の技術】使用済核燃料の再処理設備では、使用済
核燃料を例えば硝酸に溶解し、この硝酸溶液を固液分離
機に連続的に注入して遠心分離作用を行わせ、不溶性の
核分裂生成物の固体微粒子を摘出するようにしている。 図８は、このような遠心分離式固液分離機の構成例を示
している。

【０００３】すなわち、固液分離機１は、再処理プラン
トの水平なコンクリート壁２の開口部２ａの上方に設け
られた上部ケーシング３と、下方に設けられた下部ケー
シング４とを有している。

【０００４】上部ケーシング３は縦長な筒状で、その中
心部に回転軸５が軸受６，７で支持されて鉛直に配設さ
れている。この回転軸５の上端部は、上部ケーシング３
上に載置したモータ８の出力軸９にカップリング１０を
介して連結され、下端部はコンクリート壁２の開口部２
ａを介して下部ケーシング４側に突出している。

【０００５】下部ケーシング４は縦長二重筒状で、大径
な上側部４ａがコンクリート壁２に固定され、小径な下
側部４ｂが中心部に垂下している。下部ケーシング４の
上側部４ａの底壁は後述する処理液受け皿１１とされ、
この処理液受け皿１１には処理液排出管１２が形成され
ている。また、下部ケーシング４の下側部４ｂの下端部
は次第に小径となるテーパ状をなし、その下端部はクラ
ッド排出管１３とされている。

【０００６】下部ケーシング４の下側部４ｂ内の中心部
には、筒状をなす遠心分離用の回転容器１４が鉛直に収
納されている。この回転容器１４は上端部が頂板１５に
よって塞がれ、下端部が開口している。そして、この回
転容器１４は頂板１５を介して回転軸５の下端部に吊り
下げ状態で連結され、一体回転可能とされている。

【０００７】回転容器１４の周壁下端部１４ａは内方に
向って鍔状に突出し、その内側開口部がクラッド出口１
６とされている。また、回転容器１４の周壁上端部には
処理液案内孔１７が放射状に穿設されている。また、回
転容器１４内には、クラッド出口１６を介して、処理液
導入ノズル１８と、洗浄ノズル１９とが挿入されている
。さらに、処理液案内孔１７の処理液受け皿１１側の上
部には、処理液案内ベ−ン２０が設置されている。

【０００８】しかして処理時には、固形分（クラッド）
を含む処理液が、処理液ノズル１８を通って回転容器１
４内に案内され、回転容器１４の回転に伴う遠心力の差
によってクラッドと液体とに遠心分離される。クラッド
は、回転容器１４のクラッド出口１６から沈降し、下部
ケーシング１４を経て、クラッド排出管１３から排出さ
れる。

【０００９】他方、液体は、処理液案内孔１７から回転
容器１４の外周側に流出し、処理液案内ベ−ン２０によ
り処理液受け皿１１に案内され、その後処理液排出管１
２から外部へ排出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の固液
分離機において、従来では回転容器１４に流入した処理
液等の液体が回転容器１４内に収容されたとき、その液
体の流体力によって回転軸５の振動（自励振動）が発生
する場合があった。この振動は、通常の回転同期の振動
に比べて非常に大きく、時には運転不可能の状態になる
こともあった。回転軸５の振動が大きいと、それを支持
する軸受６，７に過大な荷重が加わり、軸受寿命が短く
なるので、交換頻度が多くなる等の不具合が生じる。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、回転容器内の処理液の流体力による回転軸の振
動を抑制して、軸受荷重を低減でき、軸受寿命の長期化
ひいては信頼性向上が図れる固液分離機を提供すること
を目的とする。〔発明の構成〕

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】発明者におい
ては、回転容器内の処理液の流体力による回転軸の振動
防止の見地から、過大な振動に至る自励振動の周波数成
分について種々の観察、検討を行ってきた。

【００１３】その結果、過大な振動に至る自励振動の周
波数成分は、回転周波数と回転容器のスロッシング周波
数との差で定まることが実験および解析により判明した
。スロッシングは、容器の振動によって容器内の流体に
流動が生じる現象で、これが過大となると容器に局部的
な衝撃力が働くものである。

【００１４】過大な振動に至る自励振動の周波数成分は
、回転周波数と回転容器のスロッシング周波数との差で
定まることから、回転周波数と回転容器の液体のスロッ
シング周波数とを近接させれば、自励振動の周波数を低
くすることが可能となり、軸の振れ回りエネルギを小さ
くすることができるものと考えられる。

【００１５】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
ので、回転軸に連結され同軸上で一体回転する円筒状の
回転容器を有し、この回転容器内に収容した処理液を遠
心分離作用によって固液分離する固液分離機において、
前記回転容器の回転周波数と、その回転容器の内面に層
状に収容される処理液の層厚さ、層中央部の直径または
軸方向長さに基づくスロッシング周波数とを、互いに近
接した値に設定してなることを特徴とする。

【００１６】このような本発明によれば、回転容器の回
転周波数と、回転容器のスロッシング周波数との差が小
さくなり、自励振動の周波数が低下し、軸の振れ回りエ
ネルギが小さくなる。したがって、回転容器内の処理液
の流体力による回転軸の振動が抑制され、軸受荷重が低
減され、軸受寿命の長期化ひいては信頼性向上が図れる
ようになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図７を参照し
て説明する。

【００１８】なお、本実施例は使用済核燃料の再処理設
備において、使用済燃料を溶解した溶液から不溶性の核
分裂生成物の固体微粒子を遠心分離する場合に適用され
る固液分離機についてのものである。

【００１９】そして、固液分離機の概略的構成について
は、図８に示したものと同様であるから、図８をそのま
ま参照する。すなわち、本実施例の固液分離機でも、筒
状の回転容器１４が、鉛直な回転軸５の下端に連結され
、同軸上で一体回転する構成となっている。そして、こ
の回転容器内に収容した処理液を遠心分離作用によって
固液分離するものである。図１（Ａ）は回転容器１４の
断面構成を示し、同図（Ｂ）は回転容器１４に生じる種
々の振動モードを示したものである。図１（Ａ）におい
て、符号２１は処理液を示している。この処理液２１は
、回転容器１４の回転により、その周壁内面に層状に収
容されている。回転容器１４内のスロッシング周波数ｆ
ｓ，ｋは、下記の式（１）で求めることができる。すな
わち、

【００２０】

【数１】 ここで、 ｌ：液深さ中間位置を直径とした円周長さ（＝２πＲ）
Ｒ：液深さ中間位置の半径（処理液の層中央部の直径の
１／２） ｈ：液深さ（処理液の層厚さ） ｂ：回転容器の軸長（処理液の層の軸方向長さ）ω：回
転角速度 ｓ：モード次数（円周方向） ｋ：モード次数（軸方向） である。なお、ｓ，ｋは円筒の場合の対象性を考慮して
（ｓ＝０，２，４，６…）、（ｋ＝０，１，２，３…）
等となる。

【００２１】このように、スロッシング周波数ｆｓ，ｋ
は、回転容器の径、回転容器の軸長、液深さ、回転角速
度等によって定まる。そして、それぞれのモード次数に
対応したスロッシング周波数は無数に存在するが、図８
に示す軸系を振動させ得る液体の振動モードは、（ｓ，
ｋ）＝（２，０）、（０，１）、（２，１）が特に大き
い。また、回転速度（回転周波数）Ｎで回転している回
転容器１４内で処理液２１がスロッシングすると、静止
場から見た回転軸５の軸振動周波数ｆＲは、　　　　ｆ
Ｒ＝Ｎ−ｆｓ，ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（２
）で求められる。ここで、ｆｓ，ｋは式（１）で求まる
スロッシング周波数である。

【００２２】図２は、液深さｈを一定にして、回転速度
Ｎを変化させたときの軸振動周波数ｆＲの計算例を示し
ている。同図の特性線（Ｎ−ｆ２，０、Ｎ−ｆ０，１、
Ｎ−ｆ２，１）から明らかなように、軸振動周波数ｆＲ
は回転速度Ｎに対して正比例の関係となる。

【００２３】図３は前記と逆に、回転速度Ｎを一定にし
て、液深さｈを変化させた時の軸振動周波数ｆＲの計算
例を示している。液深さｈが大きくなると、スロッシン
グ周波数ｆｓ，ｋが高くなるため、軸振動周波数ｆＲは
低くなる関係を示す。

【００２４】図４は、回転速度Ｎと液深さｈとを一定に
して、容器内径Ｄｉを変化させたときの軸振動周波数ｆ
Ｒの計算例を示している。遠心加速度と円周長さｌとが
同時に変化するため、軸振動周波数ｆＲは高くなるモー
ド、低くなるモードがある。図５は、回転速度Ｎと液深
さｈとを一定にして、回転容器１４の軸長ｂを変化させ
たときの軸振動周波数ｆＲの計算例を示している。軸方
向に動くモードは軸振動周波数ｆＲが高くなり、円周方
向にのみ動くモードは軸振動周波数ｆＲが変化しない。

【００２５】このように、回転容器１４内の処理液のス
ロッシング周波数ｆｓ，ｋは、回転容器１４の処理液収
容部の直径、回転容器１４の軸長、液深さ等をもって決
定でき、式（２）によって軸振動周波数ｆＲも設定する
ことができる。軸振動周波数ｆＲを数ヘルツの低い周波
数に設定すると、振れ回りのエネルギが小さい。

【００２６】図６は、従来の固液分離機の運転時につい
ての軸振動周波数分析結果を示している。同図から、図
２で示した解析結果と略一致する試験結果となっている
ことが分かる。この例で適用した固液分離機では、２０
〜３０ヘルツに固有振動数が存在し、固有振動数と内部
液体による軸振動周波数ｆＲとが近接することによって
共振的要素が加わり、より大きい振動に至っていた。

【００２７】図７は本発明の軸振動の周波数分析結果と
従来の軸振動の周波数分析結果の比較を示す。同図から
、自励振動成分の周波数を零ヘルツ近くにすることによ
って、振幅を大幅に小さくできることが認められる。 また、振幅が小さく、周波数が低ければ振動エネルギが
小さくなることも分る。

【００２８】なお、前記実施例では、回転容器１４の内
壁に仕切り板を設けていないが、回転容器に仕切り板を
設けた通常タイプの構成であっても本発明が適用できる
。この仕切り板は、分離効率および固体粒子の回収率を
低下させるので、できる限り少数とし、連通口を設ける
ことが望ましい。スロッシング周波数は前記の式（１）
で略同様に求められ、前記実施例と同様の作用効果が得
られる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転容
器の回転周波数と、その回転容器の内面に層状に収容さ
れる処理液の層厚さ、層中央部の直径または軸方向長さ
に基づくスロッシング周波数とを、互いに近接した値に
設定し、これにより回転容器の回転周波数と回転容器の
スロッシング周波数との差が小さくなるようにしたので
、回転容器内の処理液の流体力による回転軸の振動を抑
制して軸受荷重が低減でき、軸受寿命の長期化ひいては
信頼性向上が図れる等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施例における回転容器を
示す断面図、（Ｂ）は振動モードを示す図。

【図２】液深さを一定にして回転速度を変化させたとき
の軸振動周波数の計算例を示す図。

【図３】回転速度を一定にして液深さを変化させた時の
軸振動周波数の計算例を示す図。

【図４】回転速度と液深さを一定にして容器内径を変化
させたときの軸振動周波数の計算例を示す図。

【図５】回転速度と液深さを一定にして容器長さを変化
させたときの軸振動周波数の計算例を示す図。

【図６】実際の固液分離機で得られた回転速度と軸振動
周波数との関係を説明するための図。

【図７】前記実施例と従来例とについて軸振動周波数分
析結果を比較した図。

【図８】固液分離機を示す断面図。

【符号の説明】

１　　固液分離機 ５　　回転軸 １４　　回転容器 ２１　　処理液 Ｎ　　回転周波数 ｈ　　処理液の層厚さ ２Ｒ　　層中央部の直径 ｂ　　軸方向長さ ｆｓ，ｋ　　スロッシング周波数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸に連結され同軸上で一体回転す
   る円筒状の回転容器を有し、この回転容器内に収容した
   処理液を遠心分離作用によって固液分離する固液分離機
   において、前記回転容器の回転周波数と、その回転容器
   の内面に層状に収容される処理液の層厚さ、層中央部の
   直径または軸方向長さに基づくスロッシング周波数とを
   、互いに近接した値に設定してなることを特徴とする固
   液分離機。