Газовая центрифуга

Авторы патента:

Хомяков Сергей Геннадьевич (RU)

Якубовский Виктор Андреевич (RU)

Баженов Александр Павлович (RU)

B04B5/08 - центрифуги для разделения преимущественно газовых смесей

Владельцы патента RU 2445169:

Общество с ограниченной ответственностью "Новоуральский научно-конструкторский центр" (RU)

Изобретение относится к конструкции газовой центрифуги для разделения изотопных и газовых смесей, преимущественно для разделения газов с малым молекулярным весом. Газовая центрифуга содержит герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками, молекулярный насос и верхнюю крышку ротора. Молекулярный насос состоит из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками. Торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе. Неподвижный диск со спиральными канавками с одной стороны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой. Перегородка установлена на плоской поверхности неподвижного диска и направлена от газораспределительного коллектора к периферии ротора. В пространстве между неподвижным диском со стороны спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск. Техническим результатом является уменьшение давления в пространстве между ротором и корпусом центрифуги, уменьшение энергозатрат и увеличение производительности. 3 ил.

Изобретение относится к конструкции газовой центрифуги для разделения изотопных и газовых смесей, преимущественно для разделения газов с малым молекулярным весом.

Известна газовая центрифуга, содержащая в вакуумированном корпусе цилиндрический ротор с торцевыми крышками, через горловину верхней крышки которого введен неподвижный газораспределительный коллектор с изолированными каналами для прохода газа: один для ввода разделяемого газа, два - для вывода из ротора разделенных фракций газа через отборные трубки.

Для самооткачки и поддержания глубокого вакуума, а также для сведения к минимуму потерь мощности на трение быстровращающегося ротора, на внутренней поверхности корпуса центрифуги в районе верхней крышки ротора расположено осевое молекулярное уплотнение, выполняющее роль молекулярного насоса и представляющее собой цилиндрическую втулку со спиральными канавками, обращенными с радиальным зазором к внешней поверхности ротора [1].

Прототипом заявляемого изобретения является известная газовая центрифуга, в которой молекулярный насос, кроме осевого уплотнения, содержит расположенное под верхней крышкой ротора торцевое уплотнение в виде неподвижного диска со спиральными канавками, закрепленного на верхней крышке корпуса центрифуги, при этом спиральные канавки неподвижного диска обращены в сторону верхней крышки ротора [2], (см. фиг.3).

Недостатком известной конструкции газовой центрифуги является то, что с уменьшением молекулярного веса рабочего газа увеличивается давление в центре ротора за счет торможения газа о газораспределительный коллектор, что приводит к увеличению давления в центре ротора и, как результат, к увеличению утечки газа через молекулярный насос в зароторное пространство, так как в данном случае образуется обратный паразитный поток газа в зароторное пространство. При этом в свободном пространстве под верхней крышкой ротора образуется «застойная» зона с незначительной скоростью движения газа к периферии ротора из-за встречного обратного паразитного потока, что снижает эффективность работы молекулярного насоса. Увеличение давления в зароторном пространстве неизбежно приводит к непроизводительным энергетическим затратам на трение, что в конечном результате уменьшает производительность центрифуги.

Задача заявляемого изобретения состоит в улучшении конструкции газовой центрифуги, в частности ее молекулярного насоса, которое обеспечивало бы существенное уменьшение давления в зароторном пространстве и уменьшение энергозатрат в центрифуге.

Поставленная задача достигается тем, что в газовой центрифуге, содержащей герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками и молекулярный насос, состоящий из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками и верхнюю крышку ротора, торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе, при этом его неподвижный диск со спиральными канавками с одной строны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой, установленной на плоской поверхности неподвижного диска и направленной от газораспределительного коллектора к периферии ротора, при этом в пространство между неподвижным диском со стороны его спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск.

Газовая центрифуга заявляемой конструкции обладает следующими преимуществами перед известной: за счет изменения взаимодействия элементов конструкции молекулярного насоса и введения нового элемента устраняется «застойная» зона движения газа под верхней крышкой к периферии ротора, что приводит к уменьшению энергозатрат и, как следствие, к увеличению эффективности работы молекулярного насоса и газовой центрифуги в целом.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - заявляемая центрифуга;

фиг.2 - вид сверху на неподвижный диск с вертикальной перегородкой.

Газовая центрифуга, фиг.1, содержит герметичный корпус 1 с осевым уплотнением 2, внутри которого установлен вертикальный полый цилиндрический ротор 3 с верхней 4 и нижней 5 торцевыми крышками. Через отверстие горловины 6 в центральной части верхней крышки 4 внутрь ротора 3 проходит неподвижный газораспределительный коллектор 7 с отборными верхней 8 и нижней 15 трубками, под верхней крышкой 4 и над верхней отборной трубкой 8 установлен неподвижный диск со спиральными канавками 9. На плоской поверхности неподвижного диска установлена вертикальная перегородка 10, идущая от газораспределительного коллектора 7 к периферии ротора. Между неподвижным диском 9 и верхней отборной трубкой 8 газораспределительного коллектора 7 установлен вращающийся плоский диск 11, закрепленный внешним буртом 12 на внутренней поверхности стенки ротора 3.

На фиг.2, вид сверху показано расположение вертикальной перегородки 10 на неподвижном диске 9.

Заявляемая центрифуга работает следующим образом.

При вращении ротора газ 13, находящийся в зароторном пространстве, удаляется вдоль спиральных канавок осевого уплотнения 2 из внутренней полости корпуса 1 через отверстие горловины 6 верхней крышки 4, вдоль вертикальной перегородки 10, через зазор между неподвижным диском 9 и вращающимся плоским диском 11 в рабочую камеру 14, откуда через отборные трубки 8 и 15 выводится из центрифуги.

Сравнительные испытания заявляемой газовой центрифуги с известной (прототипом) показали, что при работе, например, на углекислом газе с молекулярным весом 44 а.е.м. при одинаковых расходных и газодинамических характеристиках заявляемая конструкция центрифуги обеспечивает уменьшение энергетических затрат на 10÷15%, а увеличение производительности - на 17%.

В результате выполнения молекулярного насоса газовой центрифуги в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить энергозатраты и обеспечить ее эффективную работу на газах с малыми молекулярными весами, что позволит уменьшить себестоимость получаемых изотопов.

Источники информации

1. Патент ФРГ №1071593, кл. В04В 5/08, опубл. 1960 г.

2. Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России), С.Петербург, ЛНПП «Облик», 2002, стр.15, рис.2.

Газовая центрифуга, содержащая герметичный корпус, установленный в него вертикальный цилиндрический ротор с верхней и нижней торцевыми крышками, газораспределительный коллектор с отборными трубками, молекулярный насос, состоящий из осевого уплотнения и торцевого уплотнения, содержащего неподвижный диск со спиральными канавками и верхнюю крышку ротора, отличающаяся тем, что торцевое уплотнение размещено внутри ротора на газораспределительном коллекторе, при этом его неподвижный диск со спиральными канавками с одной стороны и плоской поверхностью с другой стороны размещен между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен не менее чем одной вертикальной перегородкой, установленной на плоской поверхности неподвижного диска и направленной от газораспределительного коллектора к периферии ротора, при этом в пространстве между неподвижным диском со стороны спиральных канавок и верхней отборной трубкой ротора установлен закрепленный внешним буртом на внутренней поверхности стенки ротора вращающийся плоский диск.

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов и может быть использовано в газовых центрифугах с центральным газовым коллектором.

Способ эксплуатации газовых центрифуг // 2403982

Изобретение относится к разделению изотопов химических элементов, преимущественно изотопов урана, методом газового центрифугирования и может быть использовано для увеличения производительности каскадов газовых центрифуг.

Газовая центрифуга // 2394652

Газовая центрифуга (варианты) // 2394636

Изобретение относится к надкритическим центрифугам для разделения газов и изотопных смесей. .

Промышленная группа газовых центрифуг // 2377073

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смеси газов и изотопных смесей, и в частности к промышленным группам газовых центрифуг. .

Агрегат газовых центрифуг // 2372973

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения газовых смесей в поле центробежных сил, в частности к агрегатам центрифуг, используемых для компоновки из них разделительных каскадов, и касается особенностей конструкции и размещения запорных устройств в отдельном агрегате.

Агрегат газовых центрифуг // 2368415

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения смесей газов с различными молекулярными массами, в том числе газообразных изотопных смесей, в поле центробежных сил, а именно к агрегатам газовых центрифуг, из которых формируются многоступенчатые каскады на разделительных предприятиях.

Газовая центрифуга // 2358793

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения газов и изотопных смесей и, в частности, к приводам ультрацентрифуг, используемых для разделения изотопов урана.

Верхняя магнитная опора ротора газовой центрифуги // 2355478

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов. .

Газовая центрифуга // 2348462

Изобретение относится к устройствам для непрерывного разделения изотопных и газовых смесей в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги. .

Способ функционального диагностирования сепаратора // 2465470

Газоочистной сепаратор // 2495704

Изобретение относится к сепаратору, предназначенному для очистки газообразной текучей среды. Способ сборки газоочистного сепаратора и сепаратор, собранный данным способом для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость, причем сепаратор содержит: кожух, содержащий первую и вторую отдельные части, причем первая часть кожуха имеет установочную поверхность, на которой устанавливается базовая поверхность второй части кожуха так, чтобы образовать внутреннее пространство кожуха и роторный узел, расположенный в указанном внутреннем пространстве и способный вращаться вокруг оси первой части кожуха относительно кожуха, причем роторный узел содержит вращающийся вал, установленный с возможностью вращения в первой части кожуха с помощью подшипникового узла и установленный с возможностью вращения во второй части кожуха, при этом способ сборки указанного сепаратора содержит этапы, на которых: устанавливают с возможностью вращения вращающийся вал во второй части кожуха в заданном положении относительно указанной базовой поверхности, причем указанное заданное положение совпадает с указанной осью, когда базовая поверхность второй части кожуха совмещается с установочной поверхностью первой части кожуха, располагают подшипниковый узел в зажимное приспособление, причем зажимное приспособление содержит базовую поверхность для совмещения с установочной поверхностью первой части кожуха, и средство приема указанного подшипникового узла в положение относительно базовой поверхности зажимного приспособления так, что подшипниковый узел принимается зажимным приспособлением в положении относительно базовой поверхности зажимного приспособления, которое совпадает с указанной осью, когда базовая поверхность зажимного приспособления совмещается с указанной установочной поверхностью первой части кожуха, совмещают базовую поверхность зажимного приспособления с указанной установочной поверхностью первой части кожуха и закрепляют подшипниковый узел на первой части кожуха. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 41 ил.

Центрифуга для обогащения урана // 2520471

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к газовым центрифугам для обогащения урана. Центрифуга для обогащения урана содержит ротор центрифуги и электродвигатель. Ротор центрифуги соосно жестко соединен торцами с роторами электродвигателей. Статоры электродвигателей динамически сбалансированы, закреплены в подшипниковых опорах на фундаменте и приводятся во вращение с помощью приводных двигателей. Техническим результатом является увеличение скорости вращения ротора центрифуги и ее производительности. 1 ил.

Способ разделения газообразных смесей на фракции с различным удельным весом и газовая центрифуга для его осуществления // 2545286

Изобретение относится к разделению изотопных и газовых смесей, преимущественно газообразных соединений изотопов урана. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, вращающийся ротор, соосно размещенный в корпусе, выполненный в виде вала и снабженный жестко закрепленной на нем лопаткой с выступающим элементом, отборные трубки разделенных фракций, каналы вывода разделенных фракций, выведенные наружу через вал ротора и имеющие расположенные на разной высоте горизонтальные участки с радиально удаленными от продольной оси корпуса входными отверстиями, при этом горизонтальные участки отборных трубок размещены внутри каждой лопатки, а входные отверстия отборных трубок расположены на выступающем элементе каждой лопатки в разных зонах турбулентности, и впускное отверстие, размещенное внизу корпуса, для подвода исходной газовой смеси. Способ разделения газообразных смесей включает вращение и ускорение газообразной смеси с помощью центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего края центрифуги и отбор легкой и тяжелой фракций в разных зонах турбулентного потока. Изобретение обеспечивает повышение разделительной способности центрифуги и упрощение ее конструкции. 2 н. п. ф-лы, 8 ил.

Центрифуга для очистки газа // 2545559

Изобретение относится к центробежным устройствам для очистки газа от капельной жидкости и механических примесей и может найти применение в системах компримирования, очистки и осушки газа. Центрифуга для очистки газа содержит камеру сбора осадка, сообщенный с ней полый кожух с поверхностью осаждения, патрубки входа и выхода газа и размещенные в кожухе неподвижную вертикальную ось, направляющий аппарат с тангенциальными каналами подачи газа и ротор с тангенциальными каналами отвода газа, размещенный на оси посредством подшипниковых опор. Ротор снабжен коаксиальной пористой перегородкой, размещенной между направляющим аппаратом и каналами отвода газа. Направляющий аппарат расположен в верхней части кожуха, а каналы отвода газа размещены в нижней части ротора с обеспечением возможности движения потока газа сверху вниз. При этом каналы подвода газа сообщены с полостью между кожухом и пористой перегородкой, а каналы отвода газа - с полостью между перегородкой и ротором. Техническим результатом является повышение эффективности очистки газа от капельной жидкости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Центробежный сепаратор // 2583266

Изобретение относится к центробежному сепаратору для очистки газа, содержащего масло, главным образом для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания, такого как дизельный двигатель. Центробежный сепаратор содержит неподвижный корпус, образующий разделительное пространство и содержащий первую концевую часть и противоположную вторую концевую часть, причем неподвижный корпус имеет поверхность внутренней стенки, обращенную к разделительному пространству, впускной канал, продолжающийся к разделительному пространству и образующий впуск для очищаемого газа, центробежный ротор, который предусмотрен в разделительном пространстве и продолжается от первой концевой части ко второй концевой части, причем центробежный ротор содержит шпиндель и множество разделительных дисков, удерживаемых шпинделем. Сепаратор также содержит приводной элемент, предусмотренный для вращения центробежного ротора в направлении вращения вокруг оси вращения, чтобы создать вращающийся объем газа, за счет чего масло отделяется от газа посредством центробежных сил, газовый выпускной канал для выпуска очищенного газа из разделительного пространства, масляный выпуск для выпуска масла из разделительного пространства и устройство подачи масла. Устройство подачи масла выполнено с возможностью подачи такого количества масла в разделительное пространство, чтобы текущая масляная пленка создавалась на поверхности внутренней стенки при работе центробежного сепаратора. Техническим результатом является уменьшение вязких скоплений в разделительном пространстве центробежного сепаратора, особенно на поверхности внутренней стенки корпуса центробежного сепаратора. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Центрифуга для очистки газа // 2636502

Изобретение относится к центробежным устройствам для очистки газа от твердых частиц и мелкодисперсных капель жидкости и может быть использовано в системах компримирования, очистки и осушки газа, применяемых в нефтяной, химической и газовой отраслях промышленности. Центрифуга для очистки газа содержит полый цилиндрический корпус с горловиной, входным, выходным и сливным патрубками, размещенный внутри корпуса с возможностью осевого вращения ротор, к нижнему торцу которого соосно присоединена обойма, а к верхнему - тарелка, установленные в корпусе направляющий аппарат и фильтрующий элемент, который коаксиально размещен снаружи ротора. Центрифуга снабжена размещенными внутри корпуса уплотнительной манжетой и лопатками. Тарелка выполнена в виде фигурной втулки, выходной патрубок - в виде полой цапфы, соосно установленной на фигурной втулке и жестко связанной с ней, направляющий аппарат - в виде винтового завихрителя, а ротор - в виде коаксиально расположенных перфорированных внешней и внутренней гильз, между которыми размещен фильтрующий элемент. На гильзах соосно размещены фигурная втулка и полая цапфа, у которой на наружной боковой поверхности закреплены лопатки, равномерно установленные по ее окружности. При этом входной патрубок тангенциально присоединен к верхней части корпуса на уровне лопаток, размещенных на полой цапфе, а уплотнительная манжета размещена в кольцевом зазоре, образованном внутренней поверхностью горловины корпуса и наружной поверхностью полой цапфы. Винтовой завихритель установлен в корпусе ниже места расположения входного патрубка, при этом полая цапфа соосно установлена в горловине корпуса с возможностью вращения относительно нее. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы центрифуги для очистки газа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Центрифуга для разделения смеси газов // 2636504

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения смесей газов с разным молекулярным весом в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги. Центрифуга для разделения смеси газов содержит цилиндрический корпус с днищем, входным и отводным патрубками, соосно размещенные внутри корпуса ротор, осевое уплотнение, размещенное снаружи ротора на уровне его верхней части, торцевую крышку, присоединенную снизу к ротору, и вал, установленный с возможностью осевого вращения относительно корпуса и жестко связанный с торцевой крышкой. Центрифуга снабжена кожухом с тангенциально расположенным на нем выходным патрубком, винтовым завихрителем и радиальными перемычками. В нижней части кожуха выполнен наружный кольцевой выступ, сам кожух соосно размещен на корпусе. Винтовой завихритель установлен в корпусе над местом присоединения к нему входного патрубка. Ротор коаксиально закреплен на валу посредством радиальных перемычек, которые равномерно размещены по его окружности, причем боковые поверхности смежных радиальных перемычек и внутренняя поверхность ротора образуют осевые каналы. В боковой стенке ротора выполнены радиальные каналы, которые расположены между смежными радиальными перемычками. Входной патрубок присоединен тангенциально к нижней части корпуса, а отводной патрубок - радиально к верхней части корпуса. Верхний конец ротора размещен на уровне наружного кольцевого выступа кожуха, а нижний - на уровне верхней части винтового завихрителя. Осевое уплотнение выполнено в виде лабиринтного уплотнения между наружным кольцевым выступом кожуха и верхней частью ротора. Техническим результатом является упрощение и повышение надежности конструкции центрифуги. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ обогащения газообразных изотопных смесей и газовая центрифуга для его осуществления // 2637017

Группа изобретений относится к области обогащения изотопных газообразных смесей, в частности смеси из изотопов U235 и U238, малоразличимых между собой по молекулярному весу, но имеющих отличия в уровне радиоактивности. Способ обогащения газообразных изотопных смесей включает вращение и ускорение смеси с помощью газовой центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего бокового края центрифуги, отбор фракций из турбулентного потока в одной зоне турбулентного потока, выведение смеси фракций из центрифуги, определение концентрации изотопа в процессе перемещения смеси вне центрифуги, разделение смеси на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала, снабженного жестко закрепленной на нем лопаткой, выступающий элемент для формирования турбулентного потока, закрепленный на внутренней боковой поверхности корпуса центрифуги, канал вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне турбулентного потока за выступающим элементом по ходу движения газовой смеси, и впускное отверстие для подвода исходной смеси. При этом на части канала вывода, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем разветвление на два канала, причем до разветвления размещен спектрометр, выход которого соединен с входом ЭВМ, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя. Группа изобретений обеспечивает повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси и экономически выгодное обогащение изотопов за счет уменьшения количества центрифуг. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Газовая центрифуга // 2638391

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения смесей газов в поле центробежных сил и касается конструкции высокооборотной газовой центрифуги. Газовая центрифуга содержит 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 отборных трубок тяжелой и легкой 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 с полюсным наконечником, установленный над указанной втулкой на крышке корпуса. При этом входные отверстия отборных трубок газовых фракций установлены навстречу векторной сумме радиального и осевого направлений движения циркулирующих слоев газа и смещения потока, вызванного Кориолисовым ускорением. Техническим результатом является повышение эффективности разделения газовой смеси за счет оптимизации расположения отверстий отборных трубок к газовым потокам. 2 ил.