ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА
GAS CENTRIFUGE

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 внутрь введен неподвижный газораспределительный коллектор с изолированными каналами для прохода газа: один для ввода, два для вывода из ротора разделяемого газа через отборные трубки.
Для самооткачки и поддержания глубокого вакуума, а также для сведения к минимуму потерь мощности на трение быстровращающегося ротора о газ 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].
Наиболее близким аналогом заявляемой центрифуги является центрифуга фиг.1, в которой молекулярный насос, кроме осевого уплотнения, содержит расположенное над 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]. Уплотняющее действие осуществляется посредством торцевого зазора, образованного указанным неподвижным диском, с одной стороны, и вращающейся плоской поверхностью верхней крышки, с другой стороны [3].
Общим недостатком конструкции известных газовых центрифуг является то, что с уменьшением молекулярного веса рабочего газа увеличивается давление в центре ротора за счет торможения газа о газораспределительный коллектор, что приводит к снижению компрессии в молекулярных уплотнениях и, как результат, к возрастанию утечки газа через молекулярный насос в зароторное пространство. Рост давления в зароторном пространстве неизбежно приводит к непроизводительным энергетическим затратам на трение газа о внешнюю поверхность вращающегося ротора, что, в свою очередь, существенно снижает производительность центрифуги.
Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение эффективности работы центрифуги путем существенного усовершенствования конструкции ее молекулярного насоса.
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, при этом его неподвижный диск со спиральными канавками расположен на газораспределительном коллекторе между верхней крышкой ротора и его верхней отборной трубкой и снабжен дополнительной, жестко закрепленной на его плоской поверхности деталью в форме цилиндрической втулки со спиральными канавками, обращенными в сторону внутренней поверхности стенки ротора, а в пространстве 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 известными: увеличивает осевую и радиальную скорости течения газа в молекулярных уплотнениях, обеспечивает резкое снижение энергетических затрат на откачку газа из зароторного пространства, существенно повышает эффективность работы молекулярного насоса и, как следствие, отличается высокой эффективностью и производительностью.
Приводимые чертежи иллюстрируют предложенное изобретение.
Фиг.1 - известная центрифуга.
Фиг.2 - заявляемая центрифуга.
Газовая центрифуга содержит герметичный корпус 1 с осевым цилиндрическим уплотнением 13, внутри которого установлен вертикальный полый цилиндрический ротор 2 с верхней 3 и нижней 4 торцевыми крышками. Через отверстие горловины 5 в центральной части верхней крышки 3 внутрь ротора 2 проходит неподвижный газораспределительный коллектор 6 с отборными верхней 7 и нижней 8 трубками, под верхней крышкой 3 и над верхней отборной трубкой 7 установлен неподвижный диск со спиральными канавками 9, с закрепленной на нем дополнительной деталью в форме цилиндрической втулки 10, снабженной спиральными канавками 11 и обращенными в сторону внутренней поверхности ротора 2. Между неподвижным диском 9 и верхней отборной трубкой 7 газораспределительного коллектора 6 установлен вращающийся плоский диск 12, закрепленный внешним буртом 15 на внутренней поверхности стенки ротора 2.
Заявляемая центрифуга работает следующим образом. При вращении ротора газ 16, находящийся в зазоре между наружной поверхностью ротора 2 и осевого уплотнения 13, под действием вращающегося усилия в направлении вращения ротора из-за наличия вязкости, проходит вдоль спиральных канавок уплотнения 13 и удаляется наружу из внутренней полости корпуса 1 через отверстие горловины 5 верхней крышки 3, через зазор между цилиндрической втулкой 10 и ротором 2, через зазор между неподвижным диском 9 и вращающимся плоским диском 12 в рабочую камеру 14, откуда через отборные трубки 7 и 8 выводится из центрифуги.
Сравнительные испытания заявляемой газовой центрифуги с известной показали, что при работе, например, на углекислом газе с молекулярным весом 44 а.е.м. при одинаковых технологических параметрах происходит снижение энергетических затрат на ~10 вт, что приводит к росту производительности центрифуги по изотопу углерод - 13 на ~50% при равный энергозатратах.
Таким образом, заявляемая газовая центрифуга благодаря особому сочетанию новых и известных конструктивных элементов ее молекулярного насоса обладает существенным преимуществом перед известной центрифугой того же назначения как по эффективности, так и по производительности примерно в 1,5 раза.
Источники информации
1. Патент ФРГ №1071593, кл. В04В 5/08, опубл. 1960.
2. Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России), С.Петербург, ЛНПП «Блик», 2002, стр.15, рис.2.
3. Васильков Э.А. Бесконтактные уплотнения. Л. Машиностроение (Ленинградское отделение), 1974, стр.9, 13.