RU2161538C1

RU2161538C1 - Gas centrifuge

Info

Publication number: RU2161538C1
Application number: RU99125696/13A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Кантин; А.К. Калитеевский; А.В. Лихачев
Original assignee: Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2001-01-10

Abstract

FIELD: equipment for continuous separation of mixture of gases in field of centrifugal forces, particularly, high-speed gas centrifuge. SUBSTANCE: gas centrifuge includes body with cover, rotor provided with lower support and upper magnetic support containing ferromagnetic bushing fastened to rotor cover and cylindrical axially magnetized magnet with pole piece installed on body cover above bushing. Rotor accommodates gas header consisting of fixed tubes supplying gas mixture and withdrawing gas fraction and tubes selecting heavy and light fractions. Magnet has fixing mark indicating direction of displacement of magnetic field of magnet pole piece system relative to geometric axis of the latter. Made on upper end of gas header is groove located on the same straight line with header axis and square to straight line running through header axis and inlet hole of gas fraction selecting tube. EFFECT: higher accuracy of centering of header with selecting tubes relative to rotor wall resulting in increased separating capacity of centrifuge. 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения смесей газов в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги. The invention relates to devices for the continuous separation of gas mixtures in the field of centrifugal forces and for the construction of a gas centrifuge.

Известна газовая центрифуга, включающая корпус, установленный в нем тонкостенный цилиндрический ротор, снабженный крышкой и размещенным в его полости газовым коллектором, состоящим из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок для подачи газовой смеси и отвода газовых фракций, нижнюю опору ротора и его верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку, охватывающую с зазором наружную трубку газового коллектора и цилиндрический аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над указанной втулкой (DE 1071593 A, B 01 D 59/200, 1960). A gas centrifuge is known, including a housing, a thin-walled cylindrical rotor installed in it, provided with a lid and a gas manifold located in its cavity, consisting of fixed tubes concentrically arranged with gaps for supplying the gas mixture and exhausting gas fractions, the lower rotor support and its upper magnetic support, containing a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover, covering the outer tube of the gas manifold with a gap and a cylindrical axially magnetized magnet mounted in the housing over said sleeve (DE 1071593 A, B 01 D 59/200, 1960).

Магнитная опора данной центрифуги обеспечивает вращение ротора без механического контакта с элементами верхней части корпуса, разгружает нижний подшипник от части силы веса ротора и при колебаниях стабилизирует вертикальное положение оси его вращения за счет радиальной жесткости, создаваемой осесимметричным магнитным полем, в котором взаимодействуют магнит и ферромагнитная втулка. The magnetic support of this centrifuge ensures rotation of the rotor without mechanical contact with the elements of the upper part of the housing, unloads the lower bearing from part of the weight of the rotor and stabilizes the vertical position of its axis of rotation due to the radial rigidity created by the axisymmetric magnetic field in which the magnet and the ferromagnetic sleeve interact .

Ближайшим техническим решением к предложенному является газовая центрифуга, включающая корпус с крышкой, установленный в нем тонкостенный цилиндрический ротор, снабженный крышкой и размещенным в его полости газовым коллектором, состоящим из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок подачи газовой смеси и отвода газовых фракций и отборных трубок тяжелой и легкой фракции, нижнюю опору ротора и его верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку, охватывающую с зазором наружную трубку газового коллектора, и цилиндрический аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником, установленный над указанной втулкой на крышке корпуса (RU 2115481, B 04 B 5/08, 29.09.1998). The closest technical solution to the proposed one is a gas centrifuge, comprising a housing with a lid, a thin-walled cylindrical rotor installed in it, equipped with a lid and a gas manifold placed in its cavity, consisting of stationary tubes for supplying the gas mixture concentrically positioned with gaps and discharging gas fractions and heavy selective tubes and light fractions, the lower support of the rotor and its upper magnetic support, containing a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover, covering the outer pipe with a gap Ku gas reservoir, and a cylindrical axially magnetized magnet with a pole piece mounted above said sleeve on the housing cover (RU 2115481, B 04 B 5/08, 29.09.1998).

Однако в данной центрифуге не осуществлена достаточная центровка коллектора с отборными трубками относительно стенки ротора, что приводит к снижению эффекта разделения газовой смеси и, таким образом, к уменьшению производительности центрифуги. However, in this centrifuge, a sufficient alignment of the collector with selective tubes relative to the rotor wall is not carried out, which leads to a decrease in the effect of separation of the gas mixture and, thus, to a decrease in the performance of the centrifuge.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности центровки коллектора с отборными трубками относительно стенки ротора и повышению эффекта разделения газовой смеси. The technical result of the invention is to improve the alignment accuracy of the collector with selected tubes relative to the wall of the rotor and to increase the effect of separation of the gas mixture.

Этот результат достигается тем, что в предложенной газовой центрифуге, включающей корпус с крышкой, установленный в нем тонкостенный цилиндрический ротор, снабженный крышкой и размещенным в его полости газовым коллектором, состоящим из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок подачи газовой смеси и отвода газовых фракций и отборных трубок тяжелой и легкой фракции, нижнюю опору ротора и его верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку, охватывающую с зазором наружную трубку газового коллектора, и цилиндрический аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником, установленный над указанной втулкой на крышке корпуса, магнит снабжен на его верхней части фиксирующей меткой, указывающей направление смещения магнитного поля системы магнит - наконечник относительно геометрической оси наконечника. This result is achieved by the fact that in the proposed gas centrifuge, comprising a housing with a lid, a thin-walled cylindrical rotor installed therein, provided with a lid and a gas manifold placed in its cavity, consisting of stationary tubes for supplying the gas mixture concentrically positioned with gaps and discharging gas fractions and selected heavy and light fraction tubes, the lower support of the rotor and its upper magnetic support, containing a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover, covering the outer tube with a gap gas a new collector, and a cylindrical axially magnetized magnet with a pole tip mounted above the specified sleeve on the housing cover, the magnet is equipped with a fixing mark on its upper part indicating the direction of the magnetic field of the magnet - tip system relative to the geometric axis of the tip.

На верхнем торце газового коллектора выполнена канавка, расположенная на одной прямой с осью коллектора и перпендикулярно прямой, проходящей через ось коллектора и входное отверстие отборной трубки газовой фракции. A groove is made at the upper end of the gas manifold, located on one straight line with the axis of the collector and perpendicular to the straight line passing through the axis of the collector and the inlet of the selective gas fraction tube.

Фиксирующая метка и канавка расположены на одной прямой с осью коллектора. The locking mark and groove are located on one straight line with the axis of the collector.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 схематично изображен продольный разрез центрифуги, на фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1, на фиг. 3 - вид по стрелке Б фиг. 1 и на фиг. 4 - схема отклонения стенки ротора от исходного положения после установки магнита. The invention is illustrated by drawings, in which in FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a centrifuge; FIG. 2 is a section along AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a view along arrow B of FIG. 1 and in FIG. 4 is a diagram of the deviation of the rotor wall from its original position after installing the magnet.

Газовая центрифуга включает корпус 1 с крышкой 2, установленный в нем тонкостенный цилиндрический ротор 3, снабженный крышкой 4 и размещенным в его полости газовым коллектором 5, состоящим из концентрично расположенных с зазорами неподвижных трубок 6, 7 подачи газовой смеси и отвода газовых фракций и отборных трубок 8 и 9 тяжелой и легкой фракции, нижнюю опору 10 ротора и его верхнюю опору магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку 11, охватывающую с зазором наружную трубку газового коллектора, и цилиндрический аксиально намагниченный магнит 12 с полюсным наконечником 13, установленный над указанной втулкой на крышке корпуса. Магнит 12 снабжен на его верхней части фиксирующей меткой 14, указывающей направление смещения магнитного поля системы магнит 12 - наконечник 13 относительно геометрической оси наконечника. На верхнем торце газового коллектора выполнена канавка 15, расположенная на одной прямой с осью коллектора и перпендикулярно прямой, проходящей через ось коллектора и входное отверстие 16 отборной трубки 8 тяжелой газовой фракции. Фиксирующая метка и канавка расположена на одной прямой с осью коллектора. Ротор центрифуги приводится во вращение электродвигателем 17. The gas centrifuge includes a housing 1 with a cover 2, a thin-walled cylindrical rotor 3 installed therein, provided with a cover 4 and a gas manifold 5 located in its cavity, consisting of stationary tubes 6, 7 for concentrating the gas mixture and discharging gas fractions and selected tubes 8 and 9 of the heavy and light fractions, the lower support 10 of the rotor and its upper support magnetic support, containing a ferromagnetic sleeve 11 mounted on the rotor cover, covering the outer tube of the gas manifold with a gap, and a cylindrical an axially magnetized magnet 12 with a pole piece 13 mounted above said sleeve on the housing cover. The magnet 12 is provided on its upper part with a fixing mark 14, indicating the direction of displacement of the magnetic field of the system magnet 12 - tip 13 relative to the geometric axis of the tip. At the upper end of the gas manifold, a groove 15 is made, located on a straight line with the axis of the collector and perpendicular to the straight line passing through the axis of the collector and the inlet 16 of the selection tube 8 of the heavy gas fraction. The locking mark and groove is located on one straight line with the axis of the collector. The centrifuge rotor is driven by an electric motor 17.

Перед работой центрифуги осуществляют центровку коллектора с отборными трубками относительно стенки ротора. Before the centrifuge operates, the collector is centered with selected tubes relative to the rotor wall.

Магнитная ось магнита 12 из-за неравномерности материала при прессовке магнита и его обжиге, отклонений формы не совпадает с его геометрической осью и, кроме того, из-за радиального зазора между магнитом и посадочным местом крышки 2 не совпадает с геометрической осью центрифуги. При установке магнита 12 на полюсный наконечник 13 возникает новая магнитная ось системы магнит-наконечник, так как сказывается взаимное влияние магнитных полей магнита и полюсного наконечника. Ферромагнитная втулка 11, расположенная предварительно таким образом, что ее геометрическая ось совпадает с геометрической осью ротора, смещается под действием магнитного поля системы магнит - наконечник, вследствие чего возникает несоосность между ротором и коллектором с отборными трубками. The magnetic axis of the magnet 12 due to the unevenness of the material during the pressing of the magnet and its firing, shape deviations does not coincide with its geometric axis and, in addition, due to the radial clearance between the magnet and the seat of the cover 2 does not coincide with the geometric axis of the centrifuge. When the magnet 12 is mounted on the pole piece 13, a new magnetic axis of the magnet-tip system appears, since the mutual influence of the magnetic fields of the magnet and the pole piece is affected. The ferromagnetic sleeve 11, which is previously positioned so that its geometric axis coincides with the geometric axis of the rotor, is displaced by the magnetic field of the magnet - tip system, resulting in misalignment between the rotor and the collector with selective tubes.

Эта несоосность устраняется путем относительно перемещения торцов магнита 11 и полюсного наконечника 12, которое проводится на специальном стенде. При этом магнитная ось системы магнит - наконечник (и ось ферромагнитной втулки, следящая за ней) перемещается до совпадения с геометрической осью центрифуги с определенной точностью (например, 0,1 мм). Затем наконечник 13 фиксируют на магните 12 клеем. После полимеризации клея на стенде определяют направление смещения и величину остаточной магнитной несоосности и фиксируют его меткой 14, например с помощью быстросохнущей краски. Определяют расположение входного отверстия 16 отборной трубки 8 (ось I-I), и коллектор 5 устанавливается таким образом, что канавка 15 на верхнем торце коллектора 5 перпендикулярна прямой, проходящей через ось коллектора и входное отверстие 16 трубки 8 (ось II-II), затем метку 14 и канавку 15 размещают на одной прямой с геометрической осью коллектора. This misalignment is eliminated by relatively moving the ends of the magnet 11 and the pole piece 12, which is carried out on a special stand. In this case, the magnetic axis of the magnet - tip system (and the axis of the ferromagnetic sleeve following it) moves to coincide with the geometrical axis of the centrifuge with a certain accuracy (for example, 0.1 mm). Then the tip 13 is fixed to the magnet 12 with glue. After polymerization of the adhesive on the stand, the direction of displacement and the value of the residual magnetic misalignment are determined and fixed with a mark 14, for example, using quick-drying paint. The location of the inlet 16 of the sampling tube 8 (axis II) is determined, and the collector 5 is installed so that the groove 15 on the upper end of the manifold 5 is perpendicular to the straight line passing through the axis of the collector and the inlet 16 of the tube 8 (axis II-II), then the mark 14 and the groove 15 are placed on a straight line with the geometric axis of the collector.

Газовая центрифуга работает следующим образом. Gas centrifuge operates as follows.

Подаваемая в полость ротора 3 через коллектор 5 исходная смесь газов вовлекается во вращение и под действием центробежных сил разделяется на легкую и тяжелую фракции. При взаимодействии вращающегося газа с неподвижной отборной трубкой 8 тяжелой фракции возникает его циркуляция внутри ротора. При этом тяжелая фракция попадает во входное отверстие 16 отборной трубки. В связи с тем что основная часть газового потока тяжелой фракции проходит у стенки ротора, особенно важна точность радиального положения входного отверстия отборной трубки. При различном положении последней в роторе на выходе тяжелой фракции возникает соответствующее изменение гидравлики (рабочего давления и концентрации фракции). The initial mixture of gases fed into the cavity of the rotor 3 through the collector 5 is drawn into rotation and, under the action of centrifugal forces, is divided into light and heavy fractions. When the rotating gas interacts with the stationary sampling tube 8 of the heavy fraction, its circulation inside the rotor occurs. In this case, the heavy fraction enters the inlet 16 of the selection tube. Due to the fact that the main part of the gas stream of the heavy fraction passes near the wall of the rotor, the accuracy of the radial position of the inlet of the inlet tube is especially important. With a different position of the latter in the rotor at the exit of the heavy fraction, a corresponding change in hydraulics (working pressure and concentration of the fraction) occurs.

При расположении канавки 15, совмещенной с направлением метки 14 перпендикулярно прямой, проходящей через ось коллектора и входное отверстие отборной трубки 8, точность положения этого отверстия относительно стенки ротора повышается. При несоосности системы магнит - наконечник входное отверстие 16 отборной трубки перемещается по хорде, а не по радиусу к стенке ротора. Легкая фракция не имеет такого большого градиента по плотности. Положение отборной трубки легкой фракции не так существенно, как трубки тяжелой фракции. Легкая фракция газовой смеси отбирается отборной трубкой 9 и отводится из ротора. With the location of the groove 15, combined with the direction of the mark 14 perpendicular to the straight line passing through the axis of the collector and the inlet of the selection tube 8, the accuracy of the position of this hole relative to the rotor wall increases. If the magnet - tip system is misaligned, the inlet 16 of the selected tube moves along the chord, and not along the radius, to the rotor wall. The light fraction does not have such a large density gradient. The position of the selected tube of the light fraction is not as significant as the tube of the heavy fraction. The light fraction of the gas mixture is selected by a selective tube 9 and is discharged from the rotor.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности разделения исходной смеси на фракции. The invention provides an increase in the efficiency of separation of the initial mixture into fractions.

Claims

A gas centrifuge, including a housing with a cover, a thin-walled cylindrical rotor installed in it, equipped with a cover and a gas manifold placed in its cavity, consisting of stationary tubes for supplying the gas mixture and exhaust gas functions and selected tubes of heavy and light fractions concentrically located with gaps, the lower support the rotor and its upper magnetic support, containing a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover, covering the outer tube of the gas manifold with a gap, and a cylindrical axially magnet A nailed magnet with a pole tip mounted above the specified sleeve on the housing cover, characterized in that the magnet is provided with a fixing mark on its upper part indicating the direction of the magnetic field shift of the magnet - tip system relative to the geometric axis of the tip, and a groove is made on the upper end of the gas manifold located on one straight line with the axis of the collector and perpendicular to the straight line passing through the axis of the collector and the inlet of the selective tube of the gas fraction, and fixing the mark and the groove are located on one straight line with the axis of the collector.