ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА
GAS CENTRIFUGE

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения смесей газов в поле центробежных сил и касается конструкции высокооборотной газовой центрифуги.
Известна 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 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 (RU 2115481 C1 6, B04B 5/08, 29.09.1998).
Указанное изобретение увеличивает радиальную жесткость магнитной опоры и тем самым повышает эффективность стабилизации оси вращения высокооборотного ротора центрифуги.
Однако в данной центрифуге не осуществлена достаточная центровка коллектора с отборными трубками относительно стенки ротора, что приводит к снижению эффективности разделения газовой смеси.
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 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, магнит снабжен на его верхней части фиксирующей меткой, указывающей направление смещения магнитного поля системы магнит - наконечник относительно геометрической оси наконечника. 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. Фиксирующая метка и канавка расположены на одной прямой с осью коллектора (RU 2161538 C1 7, B04B 5/08, 06.12.1999). Это обеспечивает большую точность радиального положения входного отверстия отборной трубки относительно стенки ротора и обеспечивает повышение эффективности разделения исходной смеси на фракции, однако учитывает в большей степени только радиальное разделение компонентов под действием центробежных сил и в меньшей степени учитывает движение слоя газа, движущегося вдоль стенки ротора, т.к. входное отверстие отборной трубки направлено навстречу радиальному потоку. Это снижает возможную эффективность разделения.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности разделения газовой смеси за счет оптимизации расположения отверстий отборных трубок к газовым потокам.
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 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, входные отверстия отборных трубок газовых фракций установлены навстречу векторной сумме радиального и осевого направлений циркулирующих слоев газа и смещения потока, вызванного Кориолисовым ускорением, возникающим при вращении ротора (переносное движения) и относительного движения газа вдоль стенки ротора. Векторная сумма определяется расчетным методом для конкретной газовой центрифуги с учетом ее параметров, таких как рабочая скорость, газодинамические и температурные особенности работы.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг. 1 - продольный разрез центрифуги.
Фиг. 2 - предлагаемое положение входного отверстия отборной трубки.
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 подачи газовой смеси и отборных трубок 7 и 8 тяжелой и легкой фракции, нижнюю опору ротора 9 и его верхнюю магнитную опору, содержащую укрепленную на крышке ротора ферромагнитную втулку 10, охватывающую с зазором наружную трубку газового коллектора 5, и цилиндрический аксиально намагниченный магнит 11 с полюсным наконечником 12, установленный над указанной втулкой на крышке корпуса. Ротор центрифуги приводится во вращение электродвигателем 13. На Фиг. 2 показана отборная трубка, входное отверстие которой образовано отсечением ее конечной части от крайней ближайшей к стенки ротора точки под углом с нижней стороны секущей плоскостью, при этом угол наклона этой плоскости определяется векторной суммой радиального и осевого направлений циркулирующих слоев газа и смещения потока, вызванного Кориолисовым ускорением.
Перед работой центрифуги осуществляют центровку коллектора с отборными трубками относительно стенки ротора.
Газовая центрифуга работает следующим образом. Подаваемая в полость ротора 3 через коллектор 5 исходная смесь газов на рабочей скорости вовлекается во вращение, и центробежное поле сил вызывает частичное разделение компонентов газовой смеси вдоль радиуса ротора центрифуги, при этом более тяжелые молекулы концентрируются у стенки ротора, а более легкие - у его оси. Радиальный коэффициент разделения для центробежного процесса зависит от абсолютной разницы молекулярных масс компонентов. Одновременно в центрифуге создается противоточная циркуляция газа за счет взаимодействия вращающегося газа с неподвижной отборной трубкой 7 тяжелой фракции. При прямой схеме организации противотока поток циркуляции возбуждается в направлении сноса тяжелой компоненты к верхнему отборнику, а если в противоположном, то обратной циркуляцией. Это заставляет слой газа, обогащенный тяжелым компонентом, двигаться вдоль стенки ротора к одному из концов ротора и попадать во входное отверстие отборной трубки, а слой, находящийся в центральной зоне ротора и обогащенный легким компонентом, к другому его концу, т.е. возникает известная в разделительной технике схема противоточной циркуляции, как в ректификационной колонне. С увеличением длины ротора возрастает полный осевой перепад концентраций. Одновременно вклад в циркуляцию вносит и течение, возбуждаемое силами термической конвекции, который может быть весьма заметным при разнице температур верха и низа ротора. В связи с тем, что основная часть газового потока тяжелой фракции проходит у стенки ротора на рабочей скорости, особенно важно направить входное отверстие отборной трубки с учетом этого движения. Таким образом, возникают два направления потока и предлагаемое изобретение, устанавливая входные отверстия отборных трубок навстречу векторной сумме радиального и осевого направлений движения циркулирующих слоев газа и смещения потока, вызванного Кориолисовым ускорением, возникающим при вращении ротора (переносное движение) и относительного движения газа вдоль стенки ротора, оптимально учитывает оба потока. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разделения исходной смеси на фракции.