RU2348462C1

RU2348462C1 - Gas centrifuge

Info

Publication number: RU2348462C1
Application number: RU2007129746/12A
Authority: RU
Inventors: Игорь Степанович Чаплинский (RU); Игорь Степанович Чаплинский; Виктор Андреевич Якубовский (RU); Виктор Андреевич Якубовский
Original assignee: Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-03-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas centrifuge comprises cylindrical body with cover and rotating rotor installed inside and equipped with fixed header with tubes for supply of gas mixture and exhaust of gas fractions, upper magnet support arranged in the form of ferromagnetic bushing installed on rotor cover and cylindrical axially magnetised magnet installed above specified bushing on body cover and flexible lower support that comprises damping element submerged into damping liquid and equipped with support step-bearing, which is hingedly supported in lower part and centered by springs in upper part.

EFFECT: higher resource reliability of centrifuge and preservation of its capacity due to restoration of initially set optimal axial gaps between rotary elements.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения изотопных и газовых смесей в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги.The invention relates to devices for the continuous separation of isotopic and 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 по торцам крышками и размещенным в его полости газовым коллектором, состоящим из неподвижных трубок для подачи исходной газовой смеси и отвода газовых фракций посредством отборных трубок, загнутых против направления вращения ротора, демпфер ротора с демпфирующим элементом и установленным на нем опорным подпятником, верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку и цилиндрический аксиально намагниченный магнит, расположенный на крышке корпуса над указанной втулкой, двигатель, состоящий из прикрепленного к нижней части корпуса статора и приводного диска, закрепленного на нижней части ротора (DE 1071593 A, 82b9, B04d, пр. 14.11.1957, опубл. 09.06.1960 г.)A gas centrifuge is known, including a housing, a thin-walled cylindrical rotor installed in it, provided with end caps and a gas manifold placed in its cavity, consisting of fixed tubes for supplying the initial gas mixture and exhausting gas fractions by means of selected tubes bent against the direction of rotation of the rotor, a damper a rotor with a damping element and a thrust bearing mounted on it, an upper magnetic support comprising a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover and a cylindrical ac a magnetically magnetized magnet located on the housing cover above the specified sleeve, an engine consisting of a stator attached to the lower part of the housing and a drive disk mounted on the lower part of the rotor (DE 1071593 A, 82b9, B04d, pr. 11/14/1957, publ. 09.06. 1960)

Известны различные конструкции демпферов газовых центрифуг, например демпфер центрифуги, содержащий корпус с масляной ванной, погруженный в масляную ванну демпфирующий элемент с подпятником, шарнирно опертый в нижней части и удерживаемый в верхней части в вертикальном положении пружинами (DE №1136644, 82b9, B04d, пр. 22.10.1958 г., опубл. 12.12.1963 г.; Патент России №2044936, F16F 9/10, 15/02, 1992).Various designs of gas centrifuge dampers are known, for example, a centrifuge damper comprising a housing with an oil bath, a damping element with a thrust plate immersed in the oil bath, articulated in the lower part and held in the upper part in the vertical position by springs (DE No. 1136644, 82b9, B04d, pr October 22, 1958, published December 12, 1963; Russian Patent No. 2044936, F16F 9/10, 15/02, 1992).

При работе центрифуги вследствие износа опорной пары (подпятника и опорной иглы ротора) и осевых деформаций элементов ротора происходит изменение установленных осевых зазоров между неподвижными деталями центрифуги и вращающимися элементами ротора, например, изменяется зазор между ферромагнитной втулкой, установленной на вращающемся роторе, и неподвижным магнитом, между статором и приводным диском, между отборными трубками и крышками ротора.When the centrifuge is operating due to wear of the support pair (the thrust bearing and the rotor support needle) and axial deformation of the rotor elements, the established axial gaps between the stationary parts of the centrifuge and the rotating elements of the rotor change, for example, the gap between the ferromagnetic sleeve mounted on the rotating rotor and the stationary magnet changes between the stator and the drive disk, between select tubes and rotor covers.

Недостатком известных устройств является то, что они не позволяют восстанавливать первоначально установленные оптимальные осевые зазоры без остановки и переборки центрифуги.A disadvantage of the known devices is that they do not allow you to restore the originally set optimal axial clearances without stopping and rebuilding the centrifuge.

Кроме того, при конструировании центрифуг известные устройства не позволяют простым и удобным способом определить наиболее оптимальные значения вышеупомянутых осевых зазоров. Изучение влияния изменения осевых зазоров и подбор их оптимальных значений может быть осуществлен, в частности, испытанием набора центрифуг, у которых исследуемые зазоры изменяют путем изменения размеров соответствующих деталей, т.е. методом подбора, методом "проб и ошибок". Такой процесс оптимизации конструкции центрифуги требует большого количества специально изготовленных центрифуг и многократной их переборки при испытаниях, что увеличивает затраты на конструирование, приводит к неизбежным отклонениям в режимах работы исследуемых центрифуг и снижает точность результатов.In addition, when designing centrifuges, known devices do not allow a simple and convenient way to determine the most optimal values of the aforementioned axial clearances. The study of the effect of changes in axial clearances and the selection of their optimal values can be carried out, in particular, by testing a set of centrifuges in which the clearances under study are changed by changing the dimensions of the corresponding parts, i.e. selection method, trial and error. Such a process of optimizing the design of a centrifuge requires a large number of specially made centrifuges and repeatedly reassembling them during testing, which increases design costs, leads to inevitable deviations in the operating modes of the centrifuges under study and reduces the accuracy of the results.

Первой задачей изобретения является повышение ресурсной надежности центрифуги и сохранение ее производительности за счет восстановления первоначально установленных оптимальных осевых зазоров между вращающимися элементами ротора и неподвижными деталями центрифуги в процессе эксплуатации.The first objective of the invention is to increase the resource reliability of the centrifuge and maintain its performance by restoring the originally established optimal axial clearances between the rotating elements of the rotor and the stationary parts of the centrifuge during operation.

Второй задачей является обеспечение возможности оптимизации осевых зазоров при испытании единичной центрифуги. При этом повышается точность установления величины зазоров и сокращается время на их изменение.The second task is to provide the possibility of optimizing axial clearances when testing a single centrifuge. This increases the accuracy of establishing the size of the gaps and reduces the time to change them.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известной центрифуге, содержащей вакуумированный корпус с крышкой, установленный в корпусе вращающийся цилиндрический ротор, снабженный крышками и размещенным в его полости неподвижным газовым коллектором, верхнюю магнитную опору, включающую установленную на крышке ротора ферромагнитную втулку, аксиально намагниченный магнит, расположенный на крышке корпуса над ферромагнитной втулкой, нижний демпфер ротора, включающий погруженный в демпфирующую жидкость демпфирующий элемент с опорным подпятником, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный в верхней части пружинами, демпфирующий элемент с подпятником и шарнирной опорой установлены на подвижном ползуне, расположенном с возможностью перемещения подвижного ползуна вдоль оси демпфера, при этом привод перемещения подвижного ползуна снабжен регулировочной гайкой и расположен вне вакуумной полости, а система регистрации перемещений подвижного ползуна выполнена в виде масштабной линейки с делениями на корпусе демпфера и отсчетного лимба на регулировочной гайке. Подвижный ползун герметизирован посредством сальникового вакуумного уплотнения или многогофрового сильфона.The technical result of the invention is achieved by the fact that in a known centrifuge containing a vacuum housing with a cover, a rotating cylindrical rotor installed in the housing, equipped with covers and a stationary gas manifold located in its cavity, an upper magnetic support including a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover, an axially magnetized magnet located on the housing cover above the ferromagnetic sleeve, the lower rotor damper, including the damping element immersed in the damping fluid with a thrust bearing, pivotally supported in the lower part and centered in the upper part by springs, a damping element with a thrust bearing and a hinged support are mounted on a movable slider arranged to move the movable slider along the axis of the damper, while the drive for moving the movable slider is equipped with an adjusting nut and located vacuum cavity, and the system for detecting movements of the moving slide is made in the form of a scale ruler with divisions on the damper body and the reference dial for adjusting second nut. The movable slider is sealed by means of a packing gland or multi-bellows bellows.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен продольный разрез центрифуги, на фиг.2 - продольный разрез нижнего опорного узла, на фиг.3- вариант уплотнения подвижного ползуна с помощью многогофрового сильфона, на фиг 4 - вариант центрифуги с торцовым молекулярным уплотнением.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 schematically shows a longitudinal section of a centrifuge, Fig. 2 is a longitudinal section of a lower support assembly, Fig. 3 is a variant of a movable slide seal using a multi-bellows bellows, and Fig. 4 is a variant of a centrifuge with an end molecular seal .

Газовая центрифуга включает корпус 1 с крышкой 2 и статором 3 двигателя, установленный в корпусе цилиндрический ротор 4, снабженный крышками 5 и 6 и расположенным в его полости газовым коллектором 7, включающим трубку 8 для подвода газовой смеси и трубки 9, 10 для отвода газовых фракций, верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на верхней крышке 5 ротора ферромагнитную втулку 11 и цилиндрический аксиально намагниченный магнит 12 с полюсным наконечником 13, установленный на крышке 2 над втулкой 11 с зазором L, и нижнюю опору ротора.The gas centrifuge includes a housing 1 with a cover 2 and a motor stator 3, a cylindrical rotor 4 installed in the housing, equipped with covers 5 and 6 and a gas manifold 7 located in its cavity, including a tube 8 for supplying a gas mixture and a tube 9, 10 for removing gas fractions , an upper magnetic support comprising a ferromagnetic sleeve 11 mounted on the rotor top cover 5 and a cylindrical axially magnetized magnet 12 with a pole tip 13 mounted on the cover 2 above the sleeve 11 with a clearance L, and a lower rotor support.

Нижняя опора имеет опорную иглу 14 и демпфер, включающий погруженный в демпфирующую жидкость 15 демпфирующий элемент 16 с опорным подпятником 17 для иглы 14, шарнирно опертый в нижней части и сцентрированный в верхней части пружинами 18.The lower support has a support needle 14 and a damper, including a damping element 16 immersed in the damping fluid 15 with a thrust support 17 for the needle 14, pivotally supported in the lower part and centered in the upper part by the springs 18.

Демпфирующий элемент 16 с опорным подпятником 17 и шарнирной опорой расположены на подвижном ползуне 19, проходящем через центральное отверстие в торцовой части корпуса 20 демпфера с возможностью перемещения вдоль его оси.The damping element 16 with a thrust bearing 17 and a hinge support are located on a movable slider 19 passing through a central hole in the end part of the damper body 20 with the possibility of movement along its axis.

Привод перемещения подвижного ползуна 19 находится вне вакуумной полости и снабжен регулировочной гайкой 21, а система регистрации перемещений ползуна выполнена в виде масштабной линейки 22 с делениями на корпусе 20 демпфера и отсчетного лимба 23 на регулировочной гайке 21.The drive for moving the movable slider 19 is located outside the vacuum cavity and is equipped with an adjusting nut 21, and the registration system for the movements of the slider is made in the form of a scale ruler 22 with divisions on the housing 20 of the damper and the reference dial 23 on the adjusting nut 21.

Подвижный ползун 19 герметизирован от вакуумной полости сальниковым уплотнением 24 или с помощью многогофрового сильфона 25.The movable slider 19 is sealed against the vacuum cavity by the packing 24 or by means of a multi-bellows bellows 25.

Заявляемая центрифуга работает следующим образом. В исходном положении у демпфера выставляется размер "В" между базовым торцом корпуса 20 демпфера и опорным подпятником 17, равный номинальному значению, что соответствует нулевому отсчету лимба 23. При вращении гайки 21 ползун 19 перемещается вверх или вниз, а вместе с ним перемещается демпфирующий элемент 16 с подпятником 17 и соответственно поднимается или опускается ротор 4 и меняются осевые зазоры между вращающимися деталями ротора и неподвижными деталями центрифуги, в частности между ферромагнитной втулкой 11 и крышкой 2 корпуса, соответственно меняется расстояние L между ферромагнитной втулкой 11 и полюсным наконечником 13. Величина этих изменений определяется изменением размера "В", которое регистрируется по показаниям лимба 23. Изменение зазоров может производиться как в статическом состоянии, так и при вращении ротора 4 на рабочей скорости, в режиме разгона, торможения и при других динамических процессах.The inventive centrifuge operates as follows. In the initial position, the damper is set to dimension “B” between the base end of the damper body 20 and the thrust bearing 17 equal to the nominal value, which corresponds to the zero count of the dial 23. When the nut 21 is rotated, the slider 19 moves up or down, and the damping element moves with it 16 with a thrust bearing 17 and, accordingly, the rotor 4 rises or lowers and the axial clearances between the rotating parts of the rotor and the stationary parts of the centrifuge, in particular between the ferromagnetic sleeve 11 and the housing cover 2, change the distance L between the ferromagnetic sleeve 11 and the pole piece 13 is changing. The size of these changes is determined by the change in size "B", which is recorded by the readings of the dial 23. The gaps can be changed both in a static state and when the rotor 4 rotates at operating speed, in acceleration, braking and other dynamic processes.

Заявляемая центрифуга обеспечивает возможность восстанавливать изменившиеся вследствие износа опорной пары и остаточных деформаций ротора осевые зазоры: упомянутый выше зазор L в магнитной опоре, зазор L1 между установленным на роторе 4 приводным диском 26 и статором 3 двигателя, L2, L3 между отборными трубками 9, 10 и крышками 5, 6 ротора 4, а также зазор L4 между торцовым молекулярным уплотнением 29 и верхней крышкой 5 ротора при использовании такового в центрифуге.The inventive centrifuge provides the ability to restore axial clearances that have changed due to wear of the support pair and residual deformations of the rotor: the aforementioned clearance L in the magnetic support, the clearance L1 between the drive disk 26 mounted on the rotor 4 and the motor stator 3, L2, L3 between the selection tubes 9, 10 and the covers 5, 6 of the rotor 4, as well as the gap L4 between the mechanical end seal 29 and the top cover 5 of the rotor when used in a centrifuge.

При разработке заявляемая центрифуга создает возможность более точной оптимизации указанных выше осевых зазоров и выбора их величин, обеспечивающих получение максимальных значений ресурса, производительности, экономичности центрифуги.When developing the inventive centrifuge creates the possibility of more accurate optimization of the above axial clearances and the choice of their values, providing maximum values of the resource, productivity, efficiency of the centrifuge.

Это достигается тем, что оптимизация выполняется на единичной сборке, исключаются погрешности, связанные с переборками и неидентичностью отдельных сборок. Резко сокращается число переборок и ускоряется процесс оптимизации.This is achieved by the fact that optimization is performed on a single assembly, errors associated with bulkheads and the non-identity of individual assemblies are eliminated. The number of bulkheads is drastically reduced and the optimization process is accelerated.

Впервые появляется возможность исследовать процессы, которые раньше не поддавались изучению, например поведение ротора при задевании вращающихся деталей за неподвижные детали центрифуги.For the first time, it becomes possible to investigate processes that previously could not be studied, for example, the behavior of the rotor when touching rotating parts for the stationary parts of a centrifuge.

Заявляемая центрифуга успешно использовалась для оптимизации зазоров в газовой центрифуге с торцовыми молекулярным уплотнениями, для изучения поведения ротора при задевании приводного диска за поверхность статора, для оптимизации зазора между приводным диском и статором двигателя.The inventive centrifuge was successfully used to optimize the gaps in a gas centrifuge with mechanical seal faces, to study the behavior of the rotor when the drive disk is grasped on the stator surface, and to optimize the gap between the drive disk and the motor stator.

Claims

1. Gas centrifuge, including a vacuum housing with a cover, a rotating rotor with covers installed in it and a fixed gas manifold with tubes for supplying a gas mixture and removing gas fractions located in its cavity, an upper magnetic support with a ferromagnetic sleeve mounted on the rotor cover and axially magnetized a magnet located above the specified sleeve on the housing cover, the lower rotor damper, including a damping element immersed in a damping fluid with a support thrust bearing, pivotally supported located in the lower part and centered in the upper part by springs, characterized in that the damping element with a thrust bearing and a pivot bearing are mounted on a movable slider arranged to move along the axis of the damper, while the moving slide actuator is equipped with an adjusting nut and is located outside the vacuum cavity, and the registration system of the slider’s movements is made in the form of a scale ruler with divisions on the damper body and the reference dial on the adjusting nut.

2. The gas centrifuge according to claim 1, characterized in that the movable slider is sealed with a stuffing box vacuum seal.

3. The gas centrifuge according to claim 1, characterized in that the movable slider is sealed with a multi-bellows bellows.