ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для системы жидкость-жидкость и может быть применена, преимущественно, в радиохимических производствах для очистки и разделения радиоактивных, жидкостей.
В радиохимическом производстве в некоторых процессах используются центробежные экстракторы в обычном исполнении, но в большинстве случаев требуются специальные центробежные экстракторы, конструкция которых позволяет их дистанционное обслуживание с целью исключения радиоактивного загрязнения окружающей среды, а вместе с этим и обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Это особенно актуально в современных условиях, когда на переработку в радиохимическое производство поступает уже облученное ядерное топливо, содержащее наряду с ураном высокоактивный элемент - плутоний, используемый для производства вторичного смешанного ядерного топлива - МОХ-топлива.
В связи с этим обстоятельством установлены жесткие требования по обеспечению условий безопасности при эксплуатации технологического оборудования для производства МОХ-топлива. Среди них и экстракционный передел, где технологический процесс реализуют с помощью центробежных экстракторов, расположенных в каньоне и обслуживаемых через защитную пробку (см. Труды НИКИМТ, ИздАТ, Москва, 2003 г., т.5, рис.12). Объектом патентной защиты по настоящей заявке и является усовершенствованная конструкция центробежного экстрактора для указанного передела. Заявляемый центробежный экстрактор предназначен для решения задачи обеспечения безопасности не только в условиях основной работы, но и при проведении ремонтных работ.
Рассмотрим и проанализируем с этой точки зрения известные из уровня техники решения, концептуально аналогичные заявляемому центробежному экстрактору.
Известен центробежный экстрактор (см. кн. Кузнецова Г.И., Пушкова А.А., Косогорова А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И.Менделеева. - М., 2000 г. с 47, рис.1.29.). Экстрактор содержит привод, опору (подшипниковую опору с подшипниками качения, оснащенную уплотнением), корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, конический ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы и крышкой.
Данный экстрактор не обладает абсолютной герметичностью, так как при работе с уран-плутониевым топливом уплотнение вала привода будет разрушаться под воздействием высокоактивного и токсичного плутония и высоких скоростей вращения ротора экстрактора, что обусловит истечение через разрушенное уплотнение в окружающее центробежный экстрактор пространство опасных веществ, что по условиям эксплуатации недопустимо.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является центробежный экстрактор (см. патент РФ №84731, кл. B01D 11/04, 2009 г.), принятый в качестве прототипа. Экстрактор содержит привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором, трубками для вывода легкой фазы. Экстрактор снабжен магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, ведомая полумуфта жестко соединена с ротором, и между полумуфтами размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная жестко с корпусом, а с ротором - через один из подшипников скольжения подшипниковой опоры, при этом второй подшипник скольжения подшипниковой опоры сопряжен с низом ротора, а полость гидрозатвора сообщена с зазором между герметизирующей перегородкой-экраном и ведомой полумуфтой.
Благодаря такой совокупности существенных признаков данный центробежный экстрактор наряду с технологическими достоинствами, проявляющимися при осуществлении собственно процесса экстракции обладает очень важным техническим достоинством, а именно, абсолютной герметичностью, исключающей протечки участвующих в процессе радиоактивных жидкостей из экстрактора в окружающую среду.
Однако и известный по патенту РФ №84731 центробежный экстрактор не без недостатков, а потому не может быть безоговорочно использован при переработке смешанного уран-плутониевого топлива.
Дело в том, что как и любое технологическое оборудование, предназначенное для переработки смешанного уран-плутониевого топлива, центробежный экстрактор размещают в защитном каньоне, а потому немаловажной является проблема извлечения для ремонта или замены узлов и деталей центробежного экстрактора из защитного каньона.
И если извлечение из корпуса экстрактора-прототипа основных узлов, как-то: привода, магнитной муфты, ротора, герметизирующей перегородки-экрана, подшипника скольжения, соединяющего герметизирующую перегородку-экран с ротором, вместе с которым извлекают внутреннюю подвижную втулку второго подшипника скольжения - не представляет трудности и производится в отработанном порядке (см. Труды НИКИМТ, ИздАТ, Москва, 2003 г., т.5, с.26, рис.14), то извлечение неподвижной втулки второго подшипника скольжения для обязательного обследования, ремонта или замены его затруднено жестким соединением с ребром смесительной камеры, находящейся в нижней части корпуса. А так как корпус и смесительную камеру из каньона не извлекают, то в условиях радиационного фона в каньоне дистанционное извлечение неподвижной втулки связано с применением сложных дополнительных приспособлений: манипуляторов, захватов, перископов, подсветки и т.п. Все это усложняет эксплуатацию экстрактора и не обеспечивает быстрой безопасной замены вышедших из строя в условиях жесткой радиации узлов и деталей.
Указанные недостатки известных центробежных экстракторов отсутствуют в заявляемом центробежном экстракторе, конструкция которого обеспечивает абсолютную герметичность во время работы экстрактора и быструю безопасную замену его узлов и деталей.
Заявляемый центробежный экстрактор, как и прототип, содержит привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором и трубками для вывода легкой фазы, магнитную муфту, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, ведомая полумуфта жестко соединена с ротором, и между полумуфтами размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная жестко с корпусом, и связанная с ротором через соединенный с дном перегородки-экрана подшипником скольжения подшипниковой опоры, при этом полость гидрозатвора сообщена с зазором между герметизирующей перегородкой-экраном и ведомой полумуфтой. А отличается центробежный экстрактор тем, что и второй подшипник скольжении подшипниковой опоры соединен с дном герметизирующей перегородки-экрана.
Заявленная полезная модель соответствует всем критериям патентоспособности.
Она является новой, так как заявленная совокупность ее существенных признаков неизвестна из уровня техники, доказательством чего является отсутствие отличительных признаков заявленного центробежного экстрактора в центробежных экстракторах, являющихся самыми ближайшими его аналогами по технической сущности.
Полезная модель промышленно применима, так как она может быть использована в промышленности. Заявляемая полезная модель характеризуется конкретными конструктивными признаками, каждый из которых воспроизводим и не противоречит применению центробежного экстрактора в промышленных условиях.
На представленном чертеже изображено конкретное конструктивное исполнение заявляемой полезной модели.
Центробежный экстрактор содержит привод 1, подшипниковую опору с подшипниками скольжения 2 и 3, корпус 4 со смесительной камерой 5 и камерами 6 и 7 вывода, соответственно, легкой и тяжелой фаз, ротор 8 с камерой 9 разделения, трубками 10 для вывода легкой фазы, транспортирующим устройством 11, например, шнеком, и с гидрозатвором, образованным крышкой 12 ротора 8 и диском 13 с отверстиями 14. В полости гидрозатвора размещен активатор 15. Внутренние поверхности крышки 12 снабжены лопатками 16 и 17, диск 13 - лопатками 18.
Экстрактор также содержит магнитную муфту, ведущая полумуфта 19 которой закреплена на валу привода 1, ведомая полумуфта 20 жестко соединена с ротором 8 через его крышку 12, и между полумуфтами 19 и 20 размещена герметизирующая перегородка-экран, состоящая из фланца 21, тонкостенной обечайки 22 и дна 23. Герметизирующая перегородка-экран жестко соединена с корпусом 4 благодаря соединению фланца 21 с фланцем 24 корпуса 4. Герметизирующая перегородка-экран связана и с ротором 8 через подшипник скольжения 2, подвижная втулка 25 которого сопряжена с крышкой 12, а неподвижная втулка 26 соединена с дном 23 перегородки-экрана. Второй подшипник скольжения 3 через свою подвижную втулку 27 соединен с крышкой 12 ротора 8, а через неподвижную втулку 28 - с дном 23. В роторе 8 расположена крестовина 29. Полость гидрозатвора сообщена с зазором 30 между тонкостенной обечайкой 22 герметизирующей перегородки-экрана и ведомой полумуфтой 20
Смесительная камера 5 с ребрами 31 и мешалкой 32 расположена в нижней части корпуса 4 в непосредственной близости от патрубков 33 и 34 ввода исходных жидкостей. Для вывода получаемых в результате экстракции легкой и тяжелой фаз из камер 6 и 7 служат патрубки 35 и 36.
Работа заявляемого центробежного экстрактора осуществляется следующим образом.
Подключают к питающей электросети двигатель, вал привода 1 начинает вращаться, приводя во вращение ведущую полумуфту 19, передающую момент вращения ведомой полумуфте 20 через тонкостенную обечайку 22. Ротор 8 начинает вращаться, так как он жестко соединен с ведомой полумуфтой 20 через крышку 12.
После набора ротором 8 заданного числа оборотов исходный перерабатываемый раствор через патрубок 33 и экстрагент через патрубок 34 подают в смесительную камеру 5, где они перемешиваются мешалкой 32, соединенной с низом ротора 8.
Размещенные в камере 5 ребра 31 препятствуют закручиванию жидкостей в центральной части камеры 5 в процессе смешивания. Образовавшаяся при смешивании эмульсия шнеком 11 транспортируется в ротор 8. Под действием центробежной силы в роторе 8 эмульсия расслаивается на легкую и тяжелую фазы. Легкая фаза движется вверх в центральной части ротора 8 в то время, как тяжелая фаза, отбрасываемая центробежной силой, движется по внутренней конической стенке ротора 8 вверх. Легкая фаза достигает уровня трубок 10, и так как входные отверстия их находятся в зоне движения легкой фазы в центре ротора 8, то она, переливаясь в трубки 10, выводится из ротора 8 в камеру 6, откуда по патрубку 35 легкая фаза удаляется из центробежного экстрактора. Одновременно с этим тяжелая фаза, двигаясь по внутренней конической стенке ротора 8, доходит до диска 13 и через отверстия 14 в нем поступает в полость гидрозатвора, движется к переливу 37 и далее, пройдя через зазоры 38, каналы 39 в упорном подшипнике 40, во втулке 26 подшипника 2 и во втулке 28 подшипника 3, а затем через зазор 41, поступает в зазор 30 между тонкостенной обечайкой 22 герметизирующей перегородки-экрана и ведомой полумуфтой 20.
Неподвижный активатор 15, взаимодействуя с потоком тяжелой фазы, закрученной лопатками 16, 17 и 18, обеспечивает в нем завихрения, тем самым способствуя удалению возможных твердых примесей в тяжелой фазе.
Дальнейшему движению тяжелой фазы вверх препятствует фланец 21 герметизирующей перегородки-экрана, и тяжелая фаза, вынужденная изменить направление движения на противоположное, переливается в камеру 7 вывода тяжелой фазы, откуда по патрубку 36 удаляется из центробежного экстрактора.
Из приведенного выше описания конструкции полезной модели в и в работе, следует, что в заявляемом центробежном экстракторе отсутствует даже малейшая возможность протечек.
При отказе в работе экстрактора, его останавливают, все узлы и детали, находящиеся в корпусе 4, кроме смесительной камеры 5 с ребрами 31 и патрубков 33, 34, 35, 36, извлекают и заменяют новыми.
Порядок извлечения следующий: от фланца 21 отсоединяют привод 1 и извлекают его вместе с ведущей полумуфтой 19, затем отсоединяют фланец 21 от фланца 24 корпуса 4 и извлекают в один прием ротор 8 с крышкой 12 и с размещенными в них камерой 9, крестовиной 29 трубками 10, транспортирующим устройством 11, диском 13, активатором 15, лопатками 16, 17, 18, ведомой полумуфтой 20, герметизирующей перегородкой-экраном и подшипниковой опорой, содержащей упорный подшипник 41 и два подшипника скольжения 2 и 3. Как видно, этот процесс прост и краток.
Таким образом, в конструкции заявляемого аппарата предусмотрено все, чтобы при использовании в промышленном производстве достичь желаемых результатов - абсолютной герметичности его при работе экстрактора и быстрой, легкой и безопасной замены узлов и деталей заявляемого центробежного экстрактора при ремонте.