RU2115482C1

RU2115482C1 - Gas centrifuge

Info

Publication number: RU2115482C1
Application number: RU96110314A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Кантин; А.Н. Коротков; В.В. Кураев; В.П. Лисейкин; В.М. Егоров; Г.Н. Худницкий
Original assignee: Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: separation of gas isotope mixtures. SUBSTANCE: centrifuge has vertical cylindrical housing with top cover provided with neck and accommodating coaxially mounted cylindrical rotor with its top cover carrying ferromagnetic packing. Rotor interior houses gas header built up of fixed tubes concentrically arranged in a spaced relation and used to deliver gas mixture to rotor and to discharge gaseous fractions from it. Cover neck mounts stator magnet with pole shoe forming annular clearance for its displacement in horizontal plane and for rotor centering. Stator magnet with pole shoe and ferromagnetic packing on rotor top cover form upper magnetic support. It is good practice to install inserts in annular clearance for locking magnet relative to cover neck. EFFECT: improved precision of rotor centering and improved efficiency of gas mixture separation. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для разделения смесей газов, в частности смесей изотопов газов. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to equipment for the separation of gas mixtures, in particular mixtures of gas isotopes.

Известна газовая центрифуга, содержащая установленный в корпусе на нижнем подпятнике и поддерживаемый верхним магнитным подшипником полый цилиндрический ротор с вертикальной осью вращения, через верхнюю крышку которого в полость ротора бесконтактно с ним введен неподвижный газовый коллектор, образованный размещенными концентрично одна в другую трубками подачи исходной газовой смеси и трубками отбора легкой и тяжелой фракций с вертикальными и горизонтальными участками, входные отверстия на которых расположены вблизи внутренней поверхности боковой стенки ротора в его торцевых зонах, отделенных горизонтальными кольцевыми перегородками, и аксиально намагниченные статорный и роторный кольцевые магниты верхнего подшипника закреплены на верхних крышках корпуса и ротора центрифуги [2]. A gas centrifuge is known which comprises a hollow cylindrical rotor with a vertical axis of rotation mounted in a housing on the lower thrust bearing and supported by an upper magnetic bearing, through which a stationary gas manifold is formed through the upper cover of the rotor cavity, which is formed by the feed tubes of the feed gas mixture arranged concentrically one into another and tubes for the selection of light and heavy fractions with vertical and horizontal sections, the inlets on which are located near the inner surface The surfaces of the side wall of the rotor in its end zones, separated by horizontal annular partitions, and the axially magnetized stator and rotor ring magnets of the upper bearing are mounted on the upper covers of the housing and the centrifuge rotor [2].

Ближайшим техническим решением к предложенному является газовая центрифуга, включающая вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка, газовый коллектор, состоящий из концентрично расположенных с зазорами неподвижными трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него, и аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником, размещенный на крышке корпуса над ферромагнитной насадкой ротора и образующий с ней верхнюю магнитную опору [3]. The closest technical solution to the proposed one is a gas centrifuge, comprising a vertical cylindrical body with a top cover having a throat, a coaxial cylindrical rotor installed in it, on the top cover of which there is a ferromagnetic nozzle, a gas manifold consisting of stationary tubes for supplying the gas mixture concentrically arranged with gaps into the rotor and removal of gas fractions from it, and an axially magnetized stator magnet with a pole tip, located on the housing cover above the ferro agnitnoy nozzle rotor and forming with it an upper magnetic bearing [3].

В приведенных центрифугах отбор разделенных фракций осуществляется неподвижными отборными трубками из слоя вращающегося газа вблизи боковой стенки ротора. Номинальные значения гидравлических параметров центрифуги при заданной скорости вращения ротора определяются в основном величиной зазоров между входными отверстиями отборных трубок и боковой стенкой ротора. Расчетные значения этих зазоров обеспечиваются соответствующим положением оси ротора, которое поддерживается верхним магнитным подшипником. Для этого кольцевой статорный магнит с симметричным магнитным полем устанавливается с высокой точностью на предварительно выверенную посадочную поверхность корпуса, что усложняет технологию изготовления центрифуги. Статорный магнит перед установкой также требует точной механической обработки, что в случае использования керамических магнитов сопряжено с известными технологическими трудностями. In the centrifuges shown, the selection of the separated fractions is carried out by stationary selective tubes from the rotating gas layer near the side wall of the rotor. The nominal values of the hydraulic parameters of the centrifuge at a given rotor speed are determined mainly by the size of the gaps between the inlet holes of the selected tubes and the side wall of the rotor. The calculated values of these clearances are provided by the corresponding position of the axis of the rotor, which is supported by the upper magnetic bearing. For this, an annular stator magnet with a symmetric magnetic field is mounted with high accuracy on a previously calibrated landing surface of the housing, which complicates the technology of manufacturing a centrifuge. The stator magnet before installation also requires precise machining, which, in the case of using ceramic magnets, is associated with known technological difficulties.

Задача изобретения заключается в уменьшении трудоемкости сборки газовой центрифуги. The objective of the invention is to reduce the complexity of assembling a gas centrifuge.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности центровки ротора и повышении эффекта разделения газовой смеси. The technical result of the invention is to improve the accuracy of alignment of the rotor and increase the effect of separation of the gas mixture.

Этот результат достигается тем, что в газовой центрифуге, включающей вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой, имеющей горловину, установленный в нем соосно цилиндрический ротор, на верхней крышке которого расположена ферромагнитная насадка, газовый коллектор, состоящей из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок для подачи газовой смеси в ротор и отвода газовых фракций из него, и аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником, размещенный над ферромагнитный насадкой ротора и образующий с ней верхнюю магнитную опору, указанный магнит установлен на горловине крышки корпуса с образованием кольцевого зазора для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости и центровки ротора. This result is achieved by the fact that in a gas centrifuge comprising a vertical cylindrical body with a top cover having a neck, a coaxially mounted cylindrical rotor mounted on it, on the top cover of which there is a ferromagnetic nozzle, a gas manifold consisting of stationary tubes for supplying a gas concentrically arranged with gaps mixture into the rotor and removal of gas fractions from it, and an axially magnetized stator magnet with a pole tip, placed above the ferromagnetic nozzle of the rotor and forming with it the upper magnetic support, the specified magnet is installed on the neck of the housing cover with the formation of an annular gap for the possibility of its movement in the horizontal plane and centering of the rotor.

В этом кольцевом зазоре следует разместить вкладыш для фиксации магнита относительно горловины крышки после центровки ротора. In this annular gap should be placed liner for fixing the magnet relative to the neck of the cover after centering the rotor.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез центрифуги; на фиг. 2 - часть центрифуги с верхней магнитной опорой; на фиг. 3 - поперечный разрез А-А на фиг. 2. In FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of a centrifuge; in FIG. 2 - part of a centrifuge with an upper magnetic support; in FIG. 3 is a cross section AA in FIG. 2.

Газовая центрифуга включает установленный в корпусе 1 полый цилиндрический ротор 2 с вертикальной осью вращения, опирающийся нижней иглой 3 на подпятник 4. В верхней части ротор 2 удерживается верхней магнитной опорой, содержащей аксиально намагниченный кольцевой статорный магнит 5 с полюсным наконечником 6, размещенным на верхней немагнитной крышке 7 корпуса 1, при этом полюсный наконечник 6 выполнен в виде кольца и насажен на цилиндрическую посадочную поверхность 8 горловины 9 крышки 7, при этом статорный магнит 5 образует кольцевый зазор относительно горловины 9 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Роторный элемент верхней магнитной опоры выполнен в виде втулочной ферромагнитной насадки 10, жестко связанной с верхней крышкой 11 ротора 2 соосно с ним. Через горловину 9 и насадку 10 бесконтактно с ней в полость ротора 2 соосно с корпусом 1 введен неподвижный газовый коллектор 12, образованный трубками, концентрично размещенными одна в другой: трубкой 13 подачи исходной газовой смеси и L-образными трубками отбора легкой и тяжелой фракций, имеющими вертикальные участки 14 и 15 и расположенные у торцов ротора радиальные участки 16 и 17 с входными отверстиями 18 и 19. Радиальные участки 16 и 17 размещены в отборных камерах 20 и 21, образованных торцевыми крышками ротора 2 и его кольцевыми поперечными перегородками 22 и 23. Входные отверстия 18 и 19 отборных трубок расположены вблизи боковой стенки ротора и ориентированы против направления его вращения. Соосность газового коллектора 12 с корпусом 1 обеспечивается посадочной цилиндрической поверхностью 24 на горловине 9 крышки корпуса. Кольцевая перегородка 23, образующая отборную камеру для тяжелой фракции, кроме центрального отверстия, имеет периферийные отверстия для прохода тяжелой фракции в отборную камеру 21. Статорный магнит 5 закреплен на крышке 7 корпуса так, что диаметрально противоположные зазоры 25 между магнитом и горловиной равны между собой в плоскости X-X, походящей через ось газового коллектора 12 и центры входных отверстий 18 и 19. Для этого в зазор 25 может быть установлен дистанционирующий вкладыш 26 соответствующей толщины. Магнит и вкладыш прижаты к горловине 9 и зафиксированы в этом положении, например, винтом 27. Ротор 2 приводится во вращение бесконтактным электродвигателем 28. The gas centrifuge includes a hollow cylindrical rotor 2 with a vertical axis of rotation mounted in the housing 1, supported by the lower needle 3 on the thrust bearing 4. In the upper part, the rotor 2 is held by an upper magnetic support containing an axially magnetized annular stator magnet 5 with a pole tip 6 located on the upper non-magnetic the cover 7 of the housing 1, while the pole tip 6 is made in the form of a ring and mounted on a cylindrical seating surface 8 of the neck 9 of the cover 7, while the stator magnet 5 forms an annular gap from relative to the neck 9 with the ability to move in a horizontal plane. The rotor element of the upper magnetic support is made in the form of a sleeve ferromagnetic nozzle 10, rigidly connected with the upper cover 11 of the rotor 2 coaxially with it. Through the neck 9 and the nozzle 10, a stationary gas manifold 12 is formed contactlessly with it into the rotor cavity 2 coaxially with the housing 1 and formed by tubes concentrically placed one into the other: the feed gas mixture supply tube 13 and L-shaped tubes for selecting light and heavy fractions having vertical sections 14 and 15 and radial sections 16 and 17 located at the ends of the rotor with inlet openings 18 and 19. Radial sections 16 and 17 are placed in selective chambers 20 and 21 formed by the end caps of the rotor 2 and its annular transverse burnout ods 22 and 23. The inlet holes 18 and 19 of the selected tubes are located near the side wall of the rotor and are oriented against the direction of its rotation. The alignment of the gas manifold 12 with the housing 1 is provided by the landing cylindrical surface 24 on the neck 9 of the housing cover. The annular partition 23, forming a selective chamber for the heavy fraction, in addition to the central hole, has peripheral holes for the passage of the heavy fraction into the selective chamber 21. The stator magnet 5 is fixed to the housing cover 7 so that the diametrically opposite gaps 25 between the magnet and the neck are equal to each other the plane XX, passing through the axis of the gas manifold 12 and the centers of the inlet holes 18 and 19. For this, a spacer insert 26 of the corresponding thickness can be installed in the gap 25. The magnet and the liner are pressed against the neck 9 and fixed in this position, for example, by a screw 27. The rotor 2 is driven by a non-contact electric motor 28.

Центрифуга работает следующим образом. The centrifuge operates as follows.

Подаваемая во вращающийся ротор 2 через трубку 13 исходная газовая смесь вовлекается во вращение и под действием центробежных сил разделяется на фракцию, обедненную тяжелыми компонентами, и фракцию, обогащенную тяжелыми компонентами, располагаемые, соответственно, ближе к оси и ближе к боковой стенке ротора в объеме его рабочей камеры. В роторе одновременно с вращением вокруг вертикальной оси смесь газов циркулирует в осевом направлении, в результате легкая и тяжелая фракции попадают соответственно в отборные камеры 20 и 21 и через входные отверстия 18 и 19 - в неподвижные отборные трубки 14 и 15, по которым выводятся из центрифуги. Статорный магнит 5 удерживает ротор 2 в вертикальном положении и одновременно разгружает нижнюю опору от части веса ротора. Концентрация составляющих компонентов газовой смеси в отбираемых фракциях в значительной степени зависит от расстояния, на котором находятся центры входных отверстий от внутренней поверхности боковой стенки ротора и которое при сборке центрифуги должно быть обеспечено с высокой точностью (до сотых долей миллиметра). При сборке перед установкой ротора 2 в корпус 1 статорный магнит 5 с полюсным наконечником 6 и ротор 2 центруются на стенде путем перемещения магнита в горизонтальной плоскости относительно неподвижного полюсного наконечника, установленного на посадочную поверхность 8 горловины 9 крышки 7. При этом ротор, опирающийся иглой 3 на подпятник, отслеживает перемещения магнита и при совпадении оси ротора с осью коллектора статорный магнит фиксируется в этом положении известным способом, например путем приклеивания своим нижним торцом к полюсному наконечнику, после чего ротор 2, газовый коллектор 12 и полюсный наконечник 6 с магнитом 5 монтируются в корпусе 1. The initial gas mixture fed into the rotating rotor 2 through the tube 13 is drawn into rotation and, under the action of centrifugal forces, is divided into a fraction depleted in heavy components and a fraction enriched in heavy components, located respectively closer to the axis and closer to the side wall of the rotor in its volume working chamber. In the rotor, simultaneously with rotation around the vertical axis, the gas mixture circulates in the axial direction, as a result, the light and heavy fractions fall into the sampling chambers 20 and 21, respectively, and through the inlet holes 18 and 19 into the stationary sampling tubes 14 and 15, through which they are removed from the centrifuge . The stator magnet 5 holds the rotor 2 in a vertical position and at the same time unloads the lower support from part of the weight of the rotor. The concentration of the constituent components of the gas mixture in the selected fractions largely depends on the distance at which the centers of the inlet openings are from the inner surface of the rotor side wall and which must be ensured with high accuracy during centrifuge assembly (up to hundredths of a millimeter). When assembling before installing the rotor 2 in the housing 1, the stator magnet 5 with the pole tip 6 and the rotor 2 are centered on the stand by moving the magnet in a horizontal plane relative to the stationary pole tip mounted on the seating surface 8 of the neck 9 of the cover 7. In this case, the rotor supported by the needle 3 on the thrust bearing, monitors the movements of the magnet and when the axis of the rotor coincides with the axis of the collector, the stator magnet is fixed in this position in a known manner, for example, by gluing its lower end to the pole the tip, after which the rotor 2, the gas manifold 12 and the pole piece 6 with the magnet 5 are mounted in the housing 1.

Если статорный магнит 5 установлен с равными диаметрально противоположными зазорами 25 относительно горловины 9 в плоскости X-X, то этим также будет обеспечены в пределах допустимых значений расстояния от центров входных отверстий 18 и 19 до внутренней поверхности боковой стенки ротора 2. Наиболее просто это достигается путем установки в плоскости X-X вкладыша 26 соответствующей толщины между горловиной 9 и магнитом 5. Этим обеспечивается минимальный разброс значений указанных расстояний в изготовляемых центрифугах, соединяемых для работы в агрегаты и каскады. В данном случае центровка магнита 5 с ротором 2 осуществляется непосредственно в центрифуге без использования стенда. If the stator magnet 5 is installed with equal diametrically opposite gaps 25 relative to the neck 9 in the XX plane, then this will also provide, within acceptable values, the distances from the centers of the inlet holes 18 and 19 to the inner surface of the side wall of the rotor 2. This is most easily achieved by installing in the plane XX of the insert 26 of the corresponding thickness between the neck 9 and the magnet 5. This ensures a minimum variation in the values of the indicated distances in the manufactured centrifuges connected to work in a regatta and cascades. In this case, the alignment of the magnet 5 with the rotor 2 is carried out directly in a centrifuge without using a stand.

Установка статорного магнита с кольцевым зазором относительно горловины 9 крышки 7 корпуса 1 позволяет регулировать положение оси ротора, которая за счет взаимодействия магнитного поля с ферромагнитной насадкой 10 на крышке 11 ротора, опирающегося на подпятник 4, отслеживает регулировочные перемещения статорного магнита. При совпадении оси ротора с вертикальной осью газового коллектора последний фиксируется в этом положении, которое обеспечивает требуемое расстояние от центра входных отверстий неподвижных отборных трубок до боковой стенки ротора. Следовательно для верхней опоры ротора можно использовать кольцевые постоянные магниты без их дополнительной точной механической обработки при сборке центрифуги и с относительно большими технологическими допусками, благодаря чему упрощается изготовление статорного магнита, что при массовом производстве дает ощутимую экономическую выгоду. The installation of a stator magnet with an annular gap relative to the neck 9 of the cover 7 of the housing 1 allows you to adjust the position of the axis of the rotor, which, due to the interaction of the magnetic field with the ferromagnetic nozzle 10 on the cover 11 of the rotor resting on the thrust bearing 4, monitors the adjusting movements of the stator magnet. When the axis of the rotor coincides with the vertical axis of the gas manifold, the latter is fixed in this position, which provides the required distance from the center of the inlet holes of the fixed sampling tubes to the side wall of the rotor. Consequently, ring permanent magnets can be used for the upper rotor support without additional precise machining during assembly of the centrifuge and with relatively large technological tolerances, which simplifies the manufacture of the stator magnet, which provides tangible economic benefits in mass production.

Изобретение позволяет уменьшить разброс гидравлических параметров отдельных центрифуг при их массовом производстве, за счет чего увеличивается разделительная способность агрегатов и каскадов, составленных из этих центрифуг. The invention allows to reduce the dispersion of the hydraulic parameters of individual centrifuges during their mass production, thereby increasing the separation capacity of units and cascades composed of these centrifuges.

Claims

1. A gas centrifuge comprising a vertical cylindrical body with a top cover having a neck, a coaxial cylindrical rotor installed in it, a ferromagnetic nozzle located on its top cover, a gas manifold consisting of fixed tubes concentrically arranged with gaps for supplying the gas mixture to the rotor and the outlet gas fractions from it, and an axially magnetized stator magnet with a pole tip, located above the ferromagnetic nozzle of the rotor and forming the upper magnetic support with it, distinguishes The fact is that a stator magnet with a pole tip is mounted on the neck of the housing cover with the formation of an annular gap for the possibility of its movement in the horizontal plane and centering of the rotor.

2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that in the annular gap between the stator magnet and the neck of the lid there is an insert for fixing the magnet relative to the neck of the lid after centering the rotor.