RU2036702C1 - Gas centrifuge - Google Patents
Gas centrifuge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2036702C1 RU2036702C1 SU5065442/26A SU5065442A RU2036702C1 RU 2036702 C1 RU2036702 C1 RU 2036702C1 SU 5065442/26 A SU5065442/26 A SU 5065442/26A SU 5065442 A SU5065442 A SU 5065442A RU 2036702 C1 RU2036702 C1 RU 2036702C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- chamber
- gas
- light
- centrifuge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к центрифугам для разделения газовых смесей в поле центробежных сил и касается устройств ввода исходного газа в роторы противоточных центрифуг, предназначенных преимущественно для разделения изотопов уран-235 и уран-238 в состоянии шестифтористого урана. The invention relates to centrifuges for separating gas mixtures in the field of centrifugal forces and relates to devices for introducing source gas into the rotors of countercurrent centrifuges, intended primarily for the separation of isotopes of uranium-235 and uranium-238 in the state of uranium hexafluoride.
Известна газовая центрифуга для разделения смесей из легкого и тяжелого газов, содержащая неподвижно расположенную внутри ротора по оси его вращения питающую трубку, состоящую из двух коаксиальных трубок с образованием кольцевого и центрального каналов. На нижнем конце внутренней трубки выполнены тангенциальные отверстия, сообщающие кольцевой канал с центральным, и торцовое выходное отверстие. Исходная смесь газов подается в кольцевой канал. Проходя затем через тангенциальные отверстия во внутреннюю трубку, газ закручивается по направлению вращения ротора и частично разделяется на тяжелую и легкую фракции. Тяжелый компонент отбирается через верхнюю часть внутренней трубки, а остальная часть газовой смеси через нижнее торцевое отверстие поступает вдоль центральной оси в ротор, где осуществляется вторая ступень разделения [1]
Благодаря дополнительному эффекту разделения в трубке питания повышается разделительная способность центрифуги. Однако ввод разделяемого газа в ротор по его оси отрицательно влияет на разделительную способность вследствие смешивания вводимого газа при второй ступени разделения с вертикальным циркуляционным потоком, имеющим различную по высоте ротора концентрацию составляющих компонентов.Known gas centrifuge for separating mixtures of light and heavy gases, containing motionlessly located inside the rotor along the axis of rotation of the feed tube, consisting of two coaxial tubes with the formation of an annular and central channels. Tangential openings are made at the lower end of the inner tube, communicating an annular channel with a central one, and an end outlet. The initial mixture of gases is fed into the annular channel. Passing then through the tangential openings into the inner tube, the gas swirls in the direction of rotation of the rotor and is partially divided into heavy and light fractions. The heavy component is taken through the upper part of the inner tube, and the rest of the gas mixture through the lower end hole enters the rotor along the central axis, where the second separation stage is carried out [1]
Thanks to the additional separation effect in the feed tube, the separation ability of the centrifuge is increased. However, the introduction of the gas to be separated into the rotor along its axis negatively affects the separation ability due to mixing of the introduced gas in the second separation stage with a vertical circulation stream having a concentration of constituent components with different rotor heights.
Известна также газовая центрифуга, у которой нижний конец вертикальной трубки питания отогнут радиально, а выходное отверстие открыто в кольцевой желоб, прикрепленный к стенке ротора посредством перфорированной кольцевой перегородки, обеспечивающей вертикальную циркуляцию газа в роторе. Из желоба исходная смесь газов поступает в ротор через центральное отверстие в желобе [2]
Такая конструкция газа подачи газовой смеси уменьшает перемешивание разделенных фракций под действием вводимого газа, что обеспечивает повышение эффективности разделения исходной смеси. Однако кольцевой желоб увеличивает массу вращающегося ротора и вызывает дополнительные нагрузки (статические и динамические) на опоры ротора, что снижает надежность работы центрифуги.A gas centrifuge is also known, in which the lower end of the vertical feed tube is bent radially, and the outlet is open in an annular groove attached to the wall of the rotor by means of a perforated annular partition providing vertical gas circulation in the rotor. From the gutter, the initial gas mixture enters the rotor through a central hole in the gutter [2]
This design of the gas supply gas mixture reduces the mixing of the separated fractions under the action of the introduced gas, which improves the separation efficiency of the initial mixture. However, the annular groove increases the mass of the rotating rotor and causes additional loads (static and dynamic) on the rotor bearings, which reduces the reliability of the centrifuge.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является газовая центрифуга для разделения изотопов урана в состоянии шестифтористого урана, содержащая вращающийся цилиндрический ротор с торцевыми крышками, через одну из которых внутрь ротора по его оси проходят неподвижные отборная трубка и охватывающая ее с кольцевым зазором трубка питания исходным газом, имеющая в стенке радиальные выходные отверстия [3]
В данной центрифуге исходная газовая смесь подается в центральную часть ротора, т.е. на некотором расстоянии от границы вертикального циркуляционного потока, который по высоте имеет разную концентрацию составляющих компонентов. Смешивание потока питания с вертикальным потоком здесь происходит в значительной по высоте зоне, что заметно снижает эффективность разделения.The closest technical solution to the claimed invention is a gas centrifuge for the separation of uranium isotopes in the state of uranium hexafluoride, containing a rotating cylindrical rotor with end caps, through one of which a stationary sampling tube passes through the axis of the rotor along its axis and the feed gas pipe enclosing it with an annular gap having radial outlet openings in the wall [3]
In this centrifuge, the initial gas mixture is fed into the central part of the rotor, i.e. at a certain distance from the boundary of the vertical circulation flow, which in height has a different concentration of constituent components. The mixing of the power flow with the vertical flow here occurs in a zone of considerable height, which significantly reduces the separation efficiency.
В газовых противоточных центрифугах, предназначенных для разделения изотопов тяжелых элементов, в частности, изотопов уран-235 и уран-238 в состоянии шестифтористого урана, под действием сильного центробежного поля основная масса циркулирующего газа сосредоточена вблизи стенки ротора, а в его центральной области образуется зона вакуума. Вследствие этого при подаче потока питания в центральную область ротора он до контакта с вертикально циркулирующим потоком, имеющим разную концентрацию компонентов по высоте ротора, успевает расшириться и смешивание потоков охватывает широкую по высоте зону, что снижает разделительную способность центрифуги. In gas countercurrent centrifuges designed to separate isotopes of heavy elements, in particular, isotopes of uranium-235 and uranium-238 in the state of uranium hexafluoride, under the influence of a strong centrifugal field, the bulk of the circulating gas is concentrated near the rotor wall, and a vacuum zone is formed in its central region . As a result, when a power stream is supplied to the central region of the rotor, it has time to expand before contact with a vertically circulating stream having different concentration of components along the height of the rotor and mixing of the flows covers a wide zone with a height that reduces the separation ability of the centrifuge.
Задача изобретения состояла в том, чтобы сузить зону, в которой поток питания вливается в циркуляционный поток и смешивается с ним, и тем самым повысить эффективность разделения исходной газовой смеси. The objective of the invention was to narrow the zone in which the power stream is poured into the circulation stream and mixed with it, and thereby increase the separation efficiency of the source gas mixture.
Для этого в газовой центрифуге, содержащей вертикальный цилиндрический ротор с торцевыми крышками и двумя горизонтальными перфорированными перегородками, образующими отборные камеры легкого и тяжелого компонентов, и газораспределительный коллектор, проходящий через одну из торцевых крышек внутрь ротора вдоль оси его вращения и включающий в себя трубки отбора легкого и тяжелого компонентов, заборные отверстия которых расположены в отборных камерах, и трубку питания с радиальными выпускными окнами, трубка питания снабжена двумя направляющими обечайками, выполненными в виде оболочек вращения и закрепленными на трубке коаксиально с ней выше и ниже выпускных окон с образованием кольцевой камеры, имеющей направленное в сторону отборной камеры легкого компонента выходное кольцевое отверстие, внутренний диаметр которого составляет не менее 0,4, а наружный диаметр не более 0,8 от внутреннего диаметра ротора. To do this, in a gas centrifuge containing a vertical cylindrical rotor with end caps and two horizontal perforated partitions forming selective chambers of light and heavy components, and a gas distribution manifold passing through one of the end caps into the rotor along its rotation axis and including lung extraction tubes and heavy components, the intake openings of which are located in the selective chambers, and the power tube with radial outlet windows, the power tube is equipped with two the rim shells made in the form of shells of revolution and mounted on the tube coaxially with it above and below the outlet windows to form an annular chamber having an output annular opening directed towards the selective chamber of the light component, the inner diameter of which is at least 0.4, and the outer diameter no more than 0.8 of the inner diameter of the rotor.
Кроме того, выходное кольцевое отверстие расположено по высоте между серединой ротора и отборной камерой тяжелого компонента, а кольцевая камера на выходном участке снабжена направляющими элементами для закрутки потока питания по направлению вращения ротора. Направляющие элементы могут быть выполнены, например, в виде винтовых пазов на внутренних стенках выходного участка кольцевой камеры, а угол наклона к горизотальной плоскости указаных элементов составляет 10о-45о.In addition, the outlet annular hole is located in height between the middle of the rotor and the selective chamber of the heavy component, and the annular chamber at the outlet is equipped with guide elements for swirling the power flow in the direction of rotation of the rotor. The guide elements can be made, for example, in the form of screw grooves on the inner walls of the output section of the annular chamber, and the angle of inclination to the horizontal plane of these elements is 10 about -45 about .
Такое выполнение питающей трубки газовой центрифуги позволяет приблизить выход потока питания из трубки к границе вертикального циркулирующего потока в роторе, т.е. к зоне разделения газовой смеси, осуществить плавный взаимный контакт указанных потоков и ощутимо сузить по высоте область их смешивания, что повышает разделительную способность центрифуги. This embodiment of the feed tube of the gas centrifuge allows you to bring the output of the feed stream from the tube closer to the boundary of the vertical circulating stream in the rotor, i.e. to the zone of separation of the gas mixture, to make smooth mutual contact of these flows and significantly narrow the height of their mixing area, which increases the separation ability of the centrifuge.
На фиг. 1 изображен разрез ротора центрифуги с отбором легкого компонента в нижней части; на фиг. 2 и 3 варианты выполнения кольцевой камеры на трубке питания. In FIG. 1 shows a section through a centrifuge rotor with a selection of the light component in the lower part; in FIG. 2 and 3, embodiments of the annular chamber on the power tube.
В роторе центрифуги, содержащем цилиндрическую боковую стенку 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 торцовые крышки и перфорированные перегородки 4 и 5, неподвижно расположен газораспределительный коллектор 6, включающий в себя трубку 7 отбора легкого компонента с заборным отверстием 8, расположенным в отборной камере 9, трубку 10 отбора тяжелого компонента с заборным отверстием 11 в отборной камере 12 и трубку 13 питания исходной газовой смесью с радиальными выпускными окнами 14. Трубку 13 концентрично охватывают наружная 15 и внутренняя 16 направляющие обечайки, выполненные в виде оболочек вращения (цилиндрический стакан, усеченный конус, полусфера, кольцевой диск и тому подобное в различных сочетаниях), закрепленных на трубке 13 выше и ниже выпускных окон 14. Обечайки 15 и 16 образуют кольцевую камеру 17 с выходным кольцевым отверстием 18, направленным в сторону отборной камеры 9 легкого компонента. Выходное кольцевое отвестие 18 расположено по высоте ротора между его серединой и отборной камерой 12 тяжелого компонента и его оптимальное рабочее положение в этой зоне определяется экспериментально. Радиальные размеры выходного отверстия 18 зависят от положения зоны разделения по радиусу ротора, которое можно определить аналитически по параметрам разделяемого газа и центрифуги. Увеличивая наружный диаметр кольцевой камеры 17 (диаметр обечайки 15), можно приблизить место ввода потока питания к зоне разделения как угодно близко. Ограничивающим фактором при этом является отсутствие непосредственного воздействия неподвижной обечайки 15 на движение газа в зоне разделения, которое тормозит поток циркуляции и заметно увеличивает затраты энергии. In the rotor of the centrifuge containing a cylindrical side wall 1, upper 2 and lower 3 end caps and perforated partitions 4 and 5, the gas distribution manifold 6 is fixedly mounted, including a light component selection tube 7 with an intake hole 8 located in the selection chamber 9, a tube 10 selection of the heavy component with a sampling hole 11 in the sampling chamber 12 and the supply pipe 13 of the source gas mixture with radial outlet windows 14. The pipe 13 concentrically cover the outer 15 and inner 16 guide shells made in the form of shells of rotation (a cylindrical glass, a truncated cone, a hemisphere, an annular disk and the like in various combinations) mounted on a tube 13 above and below the outlet windows 14. The shells 15 and 16 form an annular chamber 17 with an output annular hole 18, directed towards the selective chamber 9 of the light component. The output annular opening 18 is located along the height of the rotor between its middle and the selection chamber 12 of the heavy component and its optimal working position in this zone is determined experimentally. The radial dimensions of the outlet 18 depend on the position of the separation zone according to the radius of the rotor, which can be determined analytically from the parameters of the gas and centrifuge to be separated. By increasing the outer diameter of the annular chamber 17 (shell diameter 15), it is possible to approximate the place of input of the power flow to the separation zone as close as you like. The limiting factor in this case is the absence of a direct effect of the stationary shell 15 on the gas movement in the separation zone, which inhibits the circulation flow and significantly increases energy costs.
Испытания газовых центрифуг, предназначенных для разделения изотопов тяжелых элементов типа уран-235 и уран-238, показал, что при учете различия скоростей вращения ротора и его газонаполнений в существующих и перспективных центрифугах радиальные размеры выходного кольцевого отверстия 18 должны выбираться из условия, чтобы внутренний диаметр его составлял не менее 0,4, а наружный диаметр не более 0,8 от величины внутреннего диаметра ротора. Tests of gas centrifuges designed to separate isotopes of heavy elements such as uranium-235 and uranium-238 showed that, taking into account the difference in rotor speeds and gas filling in existing and prospective centrifuges, the radial dimensions of the outlet annular hole 18 should be selected so that the inner diameter it was not less than 0.4, and the outer diameter of not more than 0.8 of the value of the inner diameter of the rotor.
При работе центрифуги поток питания вводится в трубку 13 коллектора 6. Газовая смесь через выпускные окна 14 выходит в кольцевую камеру 17 и по каналу между направляющими обечайками 15 и 16 через выходное кольцевое отверстие 18 направляется в рабочую зону ротора. Разделенные в роторе легкий и тяжелый компоненты из отборных камер 9 и 12 через заборные отверстия 8 и 11 попадают в отборные трубки 7 и 10 и выводятся по ним из центрифуги. При наличии в выходном участке кольцевой камеры 17 направляющих элементов (на чертеже не показаны) поток питания на выходе закручивается по направлению вращения ротора (и циркулирующего в нем газа), что способствует уменьшению торможения циркулирующего потока при входе в него потока питания. Из опыта выявлено, что предпочтительные углы наклона направляющих элементов к горизонтальной плоскости должны составлять 10-45о, при которых достигается наилучшее соотношение между окружной и осевой составляющими скорости потока питания на выходе из кольцевого отверстия 18, обеспечивающее наиболее благоприятные усоловия ввода в ротор исходной газовой смеси.When the centrifuge is operating, the power flow is introduced into the manifold 6 tube. The gas mixture flows through the outlet windows 14 into the annular chamber 17 and is directed through the channel between the guiding shells 15 and 16 through the outlet annular hole 18 to the rotor working area. The light and heavy components separated in the rotor from the selected chambers 9 and 12 through the intake holes 8 and 11 fall into the selected tubes 7 and 10 and are removed from them by a centrifuge. If there are guiding elements (not shown in the drawing) in the output section of the annular chamber 17, the power supply at the outlet is twisted in the direction of rotation of the rotor (and the gas circulating in it), which helps to reduce the braking of the circulating flow when the power flow enters it. From experience revealed that the preferred angle of inclination of the guide elements to the horizontal plane should be about 10-45, at which the best ratio between the circumferential and axial components of the supply flow rate at the outlet of the annular opening 18, providing the most favorable usoloviya input into the rotor feed gas mixture .
Приближение выхода из трубки 13 потока питания к зоне разделения путем размещения на трубке направляющих обечаек снижает неблагоприятное влияние взаимодействия вводимого в ротор потока питания и циркулирующего потока на разделительную способность газовой центрифуги. Испытания центрифуг с предлагаемым согласно заявляемому изобретению устройством ввода в ротор потока питания показали, что разделительная способность центрифуги повышается на 3-4% The approach of the exit from the tube 13 of the power flow to the separation zone by placing guide shells on the tube reduces the adverse effect of the interaction of the power flow introduced into the rotor and the circulating flow on the separation ability of the gas centrifuge. Tests of centrifuges with a device for introducing a feed stream into a rotor according to the claimed invention have shown that the separation capacity of the centrifuge is increased by 3-4%
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5065442/26A RU2036702C1 (en) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | Gas centrifuge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5065442/26A RU2036702C1 (en) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | Gas centrifuge |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2036702C1 true RU2036702C1 (en) | 1995-06-09 |
Family
ID=21614786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5065442/26A RU2036702C1 (en) | 1992-08-14 | 1992-08-14 | Gas centrifuge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2036702C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556924C2 (en) * | 2013-08-13 | 2015-07-20 | Акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" ( АО "ПО "ЭХЗ") | Partial emergent evacuation of uranium hexafluoride from sections of uranium isotopes separation cascade |
| RU2724101C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method and device for separation of mixed gases by molecular weight |
-
1992
- 1992-08-14 RU SU5065442/26A patent/RU2036702C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Патент Японии N 54-4787, кл. B 01D 59/20, 09.03.79. * |
| 2. Патент Японии N 55-30407, кл. B 01D 59/20, B 04B 5/08, 1980. * |
| 3. Патент США N 4516966, кл. B 04B 7/06, 1985. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556924C2 (en) * | 2013-08-13 | 2015-07-20 | Акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" ( АО "ПО "ЭХЗ") | Partial emergent evacuation of uranium hexafluoride from sections of uranium isotopes separation cascade |
| RU2724101C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method and device for separation of mixed gases by molecular weight |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3000530B2 (en) | Centrifuge rotor shroud | |
| US4701158A (en) | Centrifugal separator | |
| US5762800A (en) | Centrifugal separator | |
| CN203380009U (en) | Vertical type three-phase combined centrifugal machine | |
| US4650578A (en) | Centrifuging mixture separator | |
| US20030006188A1 (en) | Separator for liquids containing impurities | |
| US4824430A (en) | High-speed centrifugal extractor having spiral liquid path | |
| KR970004700B1 (en) | Centrifugal separator | |
| US2563550A (en) | Gaseous fluid centrifuge | |
| US2719668A (en) | Centrifugal bowl | |
| RU2036702C1 (en) | Gas centrifuge | |
| CN211275038U (en) | Disc type separator | |
| KR0164221B1 (en) | Cyclone steam/water separator | |
| US3774376A (en) | Centrifugal gas separator | |
| CA1115649A (en) | Apparatus for separating or concentrating gaseous mixtures | |
| JPH01130746A (en) | Centrifugal separator | |
| US3484040A (en) | Multiple chamber centrifuge | |
| US4097375A (en) | Hydrocyclone separator | |
| GB1239956A (en) | Improved method of and apparatus for treating a mixture of materials | |
| US5180493A (en) | Rotating hydrocyclone separator with turbulence shield | |
| US3955757A (en) | Ultracentrifuge for separating fluid mixtures | |
| CN211275037U (en) | Sealing structure of disc separator | |
| US4311590A (en) | Phase separation apparatus | |
| CN112916216A (en) | Disc type separator | |
| US2860776A (en) | Classifying apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070219 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: QB4A Effective date: 20101101 |
|
| REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: QB4A Free format text: LICENCE Effective date: 20110314 |