JPS61287428A - ガス遠心分離機の回転胴 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ウラン濃縮プラントに使用されるガス遠心分
離機にかかり、特に金属より比強度の高い複合材料によ
り製作されたガス遠心分離機の回転胴に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

重成分ガスと軽成分ガスの混合ガスを質量差により各成
分に分離する装置としてガス遠心分離機が知られている
。ガス遠心分離機は円筒部およびこの円筒部の両端開口
部を閉塞する一対の端板からなる回転胴を回転駆動源で
超高速回転させ、この状態で一方の端板に中央部からガ
ス給気管により、前記回転用内に被分離ガスを導入し、
該回転胴内の人工重力場を利用して、重成分ガスは回転
胴壁側、また軽成分ガスは回転胴中心軸側にそれぞれ分
離して回転胴外に抽出する装置である。

第５図に通常使用されているガス遠心分離機の全体概略
図を示す。すなわち、図中５はケースであり、このケー
ス５はその軸心線を重力方向と平行させて設けられた円
筒部６と、この円筒部６の上、下端開口を気密に蓋する
上、下蓋６ａ、６ｂとで構成されている。そして、ケー
ス５内には回転胴１が回転自在に収納されている。回転
胴１は円筒体７と、この円筒体７の上、下端開口を閉塞
する上、下端板７ａ、７ｂと、上端板７ａに対向するよ
うに円筒体７の内面に固定され上端板との間に軽成分ガ
ス集合室８ａを形成する環状の上部仕切板９ａと、下端
板７ｂに対向するように円筒体７の内面に固定され下端
板との間に重成分ガス集合室８ｂを形成する環状の下部
仕切板９ｂとで構成されている。

−７また。上端板７ａの外面には環状の永久磁石の内面
には上記磁石１０とで磁気軸受を構成する永久磁石１１
が固定しである。一方、下端板７ｂの外面中央部には軸
材１２が同軸に突設してあり、この軸材１２の先端部は
下蓋６ｂの内面に固定されたスラスト軸受１−３に連結
されている。さらに、下端板７ｂの外面には回転胴１に
回転動力を付与するコイルの回転子１４が固定されてい
る。

また」前記上蓋６ａおよび上端板７ａの中央部には同軸
的に孔があり、この孔を通して以下に述べるガス抽出管
１５．１６と被分離ガスを給気する給気管１７が挿入さ
れている。ガス抽出管１５゜１６の先端部分は途中でほ
ぼ直角に折れ曲がり、抽出管１５のガス吹込口は軽成分
ガス集合室８ａ内に位置させ、一方、抽出管１６のガス
吹込口は重成分ガス集合室８ｂ内に位置させている。ま
た、ガス給気管１７は回転胴１の中心部まで伸び、該先
端部より給気ガスを吐出する。ガス遠心分離機の目的は
第５図で示す回転ＷＲ１内に被分離ガスである六フッ化
ウランガス（以下ＵＦ６ガスと略記）を給気管１７によ
り給気し、軽成分ガス２３５Ｕ　。

重成分ガス２３１１Ｕ　とに遠心分離することで、分離
されたそれぞれのガスを抽出管１５．１６で抽出するこ
とで達成される。

ここで、該遠心分離機により、ＵＦ６ガスを遠心分離す
るときの分離性能は＋　Ｃｏｈｅｍの理論より次式で示
される。

ここで、δＵｍａｘ　：理論最大分離性能ρ、Ｔ　：ガ
スの密度と温度 ＡＭ　　：分子量差 り、Ｌ：回転胴の径と長さ Ｕ　　　：回転胴の周速 したがって、（１）式より、ガス遠心分離機の分離性能
は回転胴の周速Ｕの４乗に比例することがわかる。この
ため、ガス遠心分離機の分離性能を向上させるためには
、回転胴周速の要素が大で−サ′す、特に、回転胴の材
料として金属より比強度の高い複合材料を用いることに
より、回転胴の最大周速は金属製回転胴の約１．５倍が
得られる。

したがって、金属製回転胴よりも高い分離性能が得られ
ることになる。

ここで、複合材料製回転胴で周速の増加に伴なって発生
する問題はフープ応力による回転胴の周方向変形に起因
するもので、特に、前述の第５図で示す回転胴１と環状
仕切体９ａ、９ｂとの接合部の回転時の強度である。

まず、前述の第５図について、回転胴１への上。

不凍状仕切体の固定方法（接合法）について考えると、
回転胴が金属製である場合には、溶接たとえば、電子ビ
ーム溶接等で溶着固定できる。しかし、回転胴が複合材
料である場合は溶接は不可能であるため、接着剤による
接着および接着と冷しばめ（焼きばめ）との併用等の手
段がとられる。

ここで、第６図に回転胴と環状仕切体との接合部〜、近
傍について示す。１ａは回転軸である。（ａ）は回転胴
停止時、（ｂ）は定格周速にて回転しているときである
。（ａ）の回転胴１を回転させと、回転胴１は直径が拡
大するように変形する（（ｂ）参照）。（ｂ）は有限要
素法により求めたものであるが、（ｂ）で示す変形量δ
１は近似的に下記（２）式で表わされる。また、δ１は
ギヤツブ計により確認している。

δ、（Ｘ−ｕ２　　　　　　　　　　　・・・（２）こ
こでＥ：ヤング率 γ：比重 したがって、周速Ｕが増加するに伴い、回転胴１の変形
量δ１が大きくなる。すなわち、応力と変形量は比例す
るので、回転胴１と環状仕切体１８との接合部に負荷さ
れる応力は、周速の増加に伴なって増大する。ここで、
問題は、接着剤で固着された前記接合部分１９である。

接着剤は気胞等の混入で、強度ばらつきが大きい。この
ため、回転胴の起動および停止の繰り返しにより、接着
剤部分１９から亀裂が生じ、ひいては回転胴の破壊に至
る恐れがある。

上記問題を解決する手段として、従来技術の公知例は以
下のものがある。すなわち、特開昭５４−３２８８０ガ
ス遠心分離機回転胴」である。この公知例は、環状仕切
板（公知例ではじゃま板と記載している）を製造する場
合、たと系およびよこ系に弾性率の異なる繊維を用いる
ことを特徴としている。すなわち、環状仕切体の円周方
向縦弾性率を半径方向のそれより大きくし、環状仕切体
の伸びを回転胴の伸びに適度に追従させることが可能で
あるとしたものである。

〔発明の目的〕

ガス遠心分離機の回転胴と該回転胴環状仕切体との接合
部について、強度ばらつきの大きい接着剤を使用するこ
となく、回転胴に固体可能な環状仕切体を用いることに
より信頼性の高いガス遠心分離機の回転胴を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の詳細な説明する。まず、回転胴内面に固着する
環状仕切体の断面形状について、回転軸、：’＞向肉厚
は内周部に比べ外周部すなわち回転胴内−篇に固着する
部分の方が厚肉であることを特徴としている。また、前
記環状仕切体は肉厚の異なった一体成型品である。

本発明の基本を第７図により説明する。この図は、断面
Ｔ型の部材について、（ａ）は静止時、（ｂ）は、図中
の回転軸により高速回転させたときの部材２０の変形図
である。この部材２０は、本発明に基づき、内周部の肉
厚Ｔ□に比べ外周部の肉厚Ｔ２　の方が肉厚の一体成型
品である（第７図（ａ）参照）。ここで、第７図（ａ）
を徐々に回転させ、高速回転時（ｂ）について、Ｔ型部
材の寸法Ｑ方向における変形量δを外周部の半径力向肉
厚大をパラメータにして求めたのが第８図である。第７
図（ｂ）および第８図については、有限要素法により解
析した結果が、同一応力時（すなわち同一周速時）の外
周部の変形量δは外周部半径方向肉厚が薄いほど大きく
、また、０寸法がある一定値に達する外周部の変形量δ
は一定になることがわかる。第８図について、変形量δ
に着目すると、この変形量と前述第６図の回転胴半径方
向の変形量δ１とが近い値であることがわかった。すな
わち、本発明は、断面Ｔ型部材が第７図（ｂ）のように
変形することに着目し、回転胴内面に前記断面Ｔ型の部
材を環状仕切体として装着することである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図に示す。１は遠心分離材の回転
胴、２は本発明に基づく一体成型の環状仕切体である。

この実施例で示す環状仕切体の形状は断面Ｔ型で、環状
仕切体２の回転胴１への装着は冷しぼめあるいは焼きば
めの手段を用い、たとえば、エポキシ系樹脂等による接
着固定は行なわない。上記第１図で示すような環状仕切
体２を装着した回転胴１を、図中の回転軸により高周速
回転させると、回転胴１および環状仕切体２には徐々に
遠心力が働き、回転胴１および環状仕切体２は、フープ
応力により第２図に示すごとくそれぞれ変形する。この
とき、第２図で重要なことは、回転胴１の半径方向の変
形に対して、環状仕切体２の半径方向の変形が小さすぎ
たり、反対に大きすぎたりしないことである。なぜなら
、仕切体２の変形が小さすぎると、回転胴１と仕切体２
の間にすき間ができガス漏れを生じたり、また一方、仕
切体２の変形が大きすぎると、仕切体２が回転胴１を半
径方向に圧迫し、回転胴１に過大な負荷が加わる可能性
がある。これを防止するためには、高速回転時において
、回転胴１の変形に環状仕切体２の変形を追従させるよ
うにしなければならない。

このため、本発明は第７図の断面Ｔ型部材（本実施例の
環状仕切体と同一形状）の第８図で示す変形量δ２と、
第６図（ｂ）で示す回転胴１の半径方向変形量δ１とが
ほぼ同程度かまたは、環状仕切体２の変形量δ２の方が
若干大きめ（しめ代として０．２〜０．４　ｍｎ程度）
になるようにすれば達成できる。すなわち、回転等にお
ける環状仕切体２の変形量δ２が回転胴１の変形量δ１
と下式（３）または（４）の関係で示されるごとく、第
８図から環状仕切体２の外周部の肉厚ｔおよび・・軸方
向寸法Ｑを決めてやればよい。

ここに、（０，２〜０．４ｍｍ）はしめ代である。

したがって、環状仕切体２の外周部が半径方向に６２だ
け変形するときの肉厚ｔおよび軸方向寸法Ｑは第８図よ
りｔ２およびＱｌで、たとえば、解析値よりｔ２が０．
５　ｎｗｎであるとき、Ｑｌは約１５画程度である。ま
た、同一６２のときの環状仕切体２の外周部肉厚もが薄
肉なほど半径方向の変形δは大きく、軸方向寸法Ｑは小
さくなる（第８図参照）。すなわち、第８図よりわかる
ように、環状仕切体２の寸法ｔおよびΩは、仕切体２の
変形量δ２が一定であれば、組み合せは無数であること
がいえる。

しかして、本発明は上記第１図で示す断面Ｔ型で、たと
えば、外周部の肉厚ｔが０．５　ｎｕｎで、軸方向寸法
Ｑが１５ｍ（両側で３０ｍｍ）の環状仕切体２を回転胴
１内面に冷しぼめ（焼きばめでもよい）の手段により嵌
入することにより、同転胴１を徐々に回転させると、定
格回転時には、回転胴１および環状仕切体２は第２図で
示すとと変形する。したがって、上記で示す各々の寸法
を有する（第８図と式（３’）　、　　（４）で決まる
）環状仕切体を用いれば、該環状仕切体の外周部半径方
向変形を回転胴半径方向の変形に追従させることができ
るので、回転胴に過大な負荷をかけたり、逆に、回転胴
の内周面との間にすき間を生じたり、回転中に環状仕切
体がはずれるといった不都合を防止できる。故に、信頼
性の高い遠心分離機の回転胴が得られる。

また、第３図には第１図に基づく一変形例で、断面Ｔ型
の半径方向平板部３ａと外周筒部３ｂの垂直部を直角で
なく四分円（アール）化したものである。このような環
状仕切体３とすると半径方向外向きに働く応力が前述の
四分内部３Ｃで緩和され、同箇所に働く応力は直角のと
き（実施例第１図）に比べ約８％低下する利点がある。

このとき、外周部肉厚ｔは実施例第１図と同一である。

また、応力と変形は比例関係にあるので、本変形例の環
状仕切体３の外周部半径方向変形は前述実施例第１図の
環状仕切体２の変形量よりも小さくなる。このため、該
環状仕切体３の変形量が回転胴１の変形量に追従するた
めには、外周筒部３ｂの寸法Ｑは前述の実施例第１図よ
り若干長めとなる。本変形例によれば、前記外周筒部寸
法Ｑが、実施例第１図のものより若干長めになるが、前
述実施例と同様の効果が得られる。

また、第４図は別な変形例である。これは環状仕切体４
の外周筒部４ｂの肉厚を、半径方向平板部４ａを境とし
て上、下で変化させたものである。

本変形例の形状について、第８図を参照すれば、該環状
仕切体４の半径方向変形量δ２　（前述回転胴の変形量
δ、と式（３）または（４）を満足する）を得るために
は、外周筒部４ｂの肉厚が薄い方が、該外周部４ｂの軸
方向寸法が小さくなる。

すなわち、第４図で示されるように、肉厚がｔ４〉ｔ５
であれば、軸方向寸法はΩ４〉Ｑ５である。

述の変形例と同様に、環状仕切体の外周部４ｂと半径方
向平板部４ａとの垂直部を四分円化することにより、外
周筒部４ｂの軸方向寸法Ｑが若干長くなるが、前述実施
例と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、回転時において、回転胴半径、１′方
向の変形に、環状仕切体の変形を追従させるとし とができるので、回転胴に過大な負荷をかけたり、逆に
、回転胴と環状仕切体との間にすき間を生じたり、また
は該仕切体がはずれるといった不都合を防止できる。し
たがって、信頼性の高い遠心分離機の複合材料製回転胴
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス遠心分離機の回転胴の実施例の要
部断面図、第２図は第１図の環状仕切体の高速回転状態
の変形説明図、第３図、第４図はそれぞれ本発明のガス
遠心分離機の回転胴の他の実施例の第１図と同部分の断
面図、第５図は従来のガス遠心分離機の断面図、第６図
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第５図の環状仕切体の停止時
及び回転時の断面図、第７図（ａ）は第１図の環状仕切
体の停止時断面図を示し、（ｂ）は回転時の環状仕切体
の外周部及び回転胴の変形量の関係説明図、第８図は第
７図の環状仕切体の断面Ｔ型部材の変形説明図である。 ｌ・・・回転胴、２，３．４・・・環状仕切体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、円筒体およびこの円筒体の両端開口を閉塞する一対
   の端板からなる回転胴本体と、この回転胴本体内に前記
   各端板と対向するように設けられ、上記各端板との間に
   重成分ガス集合室および軽成分ガス集合室を形成する一
   対の環状仕切板と、前記重成分ガス集合室内および軽成
   分ガス集合室内の各ガスを抽出する一対のガス抽出管お
   よび被分離ガス給気用のガス給気管とからなる高速回転
   可能なガス遠心分離機の回転胴で、前記両環状仕切体の
   一端が前記円筒体内面に固着された前記ガス遠心分離機
   の回転胴において、前記両環状仕切体の回転軸方向の断
   面肉厚が、内周部に比べ外周部の方が厚肉に形成されて
   いることを特徴とするガス遠心分離機の回転胴。