DE2052632A1

DE2052632A1 - Zentrifuge zum Trennen von Gas mischungen

Info

Publication number: DE2052632A1
Application number: DE19702052632
Authority: DE
Inventors: Knstian Dahl Vasteras Madsen (Schweden) P
Original assignee: AUmanna Svenska Elektnska AB, Vasteras (Schweden)
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1970-10-27
Publication date: 1971-10-07
Also published as: NL7015585A; GB1329270A; DE2052632B2

Description

Zentrifuge ZUm₁ Trennen von Gasmischungen

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Trennen von Gasoder Isotopenmischungen im gasförmigen Zustand, und zwar eine Zentrifuge mit einem hohlen Rotor und mit Zu- und Ableitungsorganen für das Gas. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zentrifuge bzw. eines Rotors.

JJs sind bereits sogenannte Gegenstromzentrifugen mit vertikaler Rotationswelle bekannt (deutsche Patentschrift 833 48?)· Bei diesen Zentrifugen erfolgt eine Zirkulation des Gasinhaltes innerhalb des schalenförmigen Rotors parallel zur Welle mit laminarer Gegenströmung. Die schwereren Bestandteile werden beim Rotieren des Rotors aufgrund der größeren Zentrifugalkraft in höherem Grad als, die leichten nach außen gegen die . Rotorwand bewegt. Der Gasdruck wird so. höher an der Innenwand des Rotors als an der Welle,, wodurch die Zirkulation weiter verstärkt wird_f Auch die Erwärmung des Gases, in der Zentrifuge

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trägt zur Zirkulation des G-aaee parallel zur ii "bei* Durch die Zirkulation werden die gdh.w«f«er^ii ßeötand

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der verschiedenen Faktoren erhält man e Sammlung von schwereren, Bestandteilen atö unt-dr%a und 2 tereri am oberen Ende der Zentrifuge« ijine aolcher Zentrifugen ist in der schwedischen; Patentsqhr*i,|^

182 142 geneigt, ' . '- .·.'.&

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Die sehr großen Umfangsge-achwind.tgkeiten, dl® bei aalcttip fugQii §33f <ädP€|%rlio,h s,ijiid. ifierdeji, έθϊι den

die für die Bei Rotoren au,s

und Titanl^gie^ungen sind keine höheren @Qhwih<äigkeit©n möglich als 420-^440 m/s.. Bei Stahlliagnesiumi enthaltenden I4otoren s,ind die zuläaalgen ümfai|gpg©·-» ^:"*~- ,. sohwindio'keiten noch, kleiner,--Ss gibt auqji andere Palioi¹^^

pi "biSgyeii^en. fiTg®^" Material t|^^-" igt, ©ΐη,βρ

'.!"on.strukt ionen mit f iberumv/ickelten Rotor zylindern sind in Betracht gezogen worden, aber es hat sich als schwierig erwiesen, die Stirnwände an solchen Zylindern dauerhaft zu befestigen, und zviQlT aufgrund verschiedener radialer Ausdehnungen an der Ansatzstelle. Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit, 'indem sie eine solche Fuge an dieser Stelle überhaupt vermeidet. ."Jin Rotor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, von denen jeder aus einen zj^lindrisehen und einem sich verjüngenden Teil besteht, dal3 jeder Teil aus fiber- oder drahtarmiertem, gewickeItein I-Iaterial hergestellt ist, und daß die zylindrischen Teile der beiden genannten Teile mit Hilfe eines Ringes aus im wesentlichen demselben I-Iaterial wie die Teile selbst miteinander verbunden sind.

'ßln erfindmigsgeme^es Verfahren zur .Herstellung von Rotoren der angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß fiber- oder drahtarmiertes. Material um einen Kern gewickelt wird, der die.Form eines aus einem zylindrischen und zwei sich ver- ^ jungenden Teilen bestehenden Rotationskörpers hat, daß der so gewickelte Körper in seinem zylindrischen Teil geschnitten wird, beide Teile vom Kern abgenommen und dann mit einem Ring aus im wesentlichen demselben Material wie der Rotor miteinander verbunden werden.

Uiii Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand · ' der Zeichnung beschrieben, im dieser zeigen :

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"Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zentrifuge gemäß der Erfindung, . ' . ' '■ ,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Rotor der Zentrifuge und .■■■■■■.

Fig. 3 eine Einzelheit des Rotors. · ·

Fig.. 1 zeigt eine fertige Zentrifuge für eine Umfangsgeschwindigkeit ihres Rotors. 11 von über 450 m/s. Der Rotor 11 ist in Form eines Rotationskörpers aus fiber- oder drahtarmiertem Material¹ hergestellt, z.B. kohle- oder glasfiberarmiertem Plast oder drahtarmiertem Aluminium oder einem anderen Leichtmetall. Der Raum zwischen dem Rotor 11 und seinem Gehäuse 12 ist evakuiert, normalerweise bis zu einem Druck von 10 Torr. Üine ;. Gasmischung oder gasförmige Isotopenmischung, deren schwerere. und leichtere Bestandteile voneinander getrennt werden sollen, wird durch ein axial v©rlaufendes,- stationäres Rohr 13 dem Rotor zugeführt. Aufgrund des Vakuums zwischen Rotor 11 und Gehäuse 12 entsteht beim. Lauf des Rotors keine nennenswerte , Luftreibung. Der Rotor 11 rotiert um eine vertikale Welle und wird von einem Antriebsmotor 14 angetrieben, der unter Atmosphä-, rendruck arbeitet, und zwar mit der genannten hohen Rotations-' geschwindigkeit.

Aus bereits erklärten Gründen erhält man eine Rotation der Gasmischung gemäß dem Pfeil 15 und eine Ansammlung von !©ich-* teren Bestandteilen im oberen Teil des Rotorraumes, dieVi}eis;p;i einweise an den Öffnungen 16 und 17 im Rotor abgeführt und iiiurch

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ein Rohr 18 weiterbefördert werden können. Schwerere Bestandteile sammeln sich im unteren Teil des Rotors und können bei 19 abgeführt werden. L'in gewisses Abbremsen der Umfangsgeschwindigkeit und eine !Erwärmung tritt auch durch die Reibung der Gase an der stillstehenden Scheibe 20 ein, was auch zu der Zirkulation der Gase gemäß Pfeil 15 beiträgt. Zwischen den Scheiben 20 und 20' im Raum 20" strömt das Gas über einen ringförmigen Kanal 20' " zur öffnung 19.

Die Herstellung des ilotors geht aus Fig. 2 hervor. Um einen (nicht gezeigten) Kern in Form eines Rotationskörpers mit einem mittleren zylindrischen 'feil und zwei (an jedem Snde 'einem) sich verjagenden Teilen werden mehrere Lagen fiber- oder drahtarmiertes Material gewickelt. Man kann das Material entweder zusammen mit der Armierung oder Material und Armierung je für sich aufbringen, die verschiedenen Lagen können übereinander oder mit einer gewissen Überlappung zueinander angeordnet werden. Die Armierung kann aus Kohle- oder Glasfiber und das Material aus Plast bestehen, auch kann die Armierung aus Metalldraht oder schmalem Metallband und das Material aus Leichtmetall wie Aluminium bestehen, ißin mit fib er armiert em Plast umgebener Kern kann z.B. beim Rotieren von Strahlungslampen erwärmt werden, bis der Plast gehärtet ist.

Der fertigbehandelte Rotorkörper wird danach durch einen Schnitt geteilt, der Schnitt kann asymmetrisch zur Längsachse und

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-zweckmäßigerweise 90° zur Längeaaachse verladen. Die beiden Teile v/erden vom Kern abgezogen imd dann v/ieder zu einem schalenförmig^ Rotor erneut .zusammengesetzt,, zweckmäßigerweise mit Hilfe-eines öler mehrerer Fugenringe 29 aus .im wesentlichen demselben Material wie der Rotor selbst.

Im Laufe der Herstellung werden in die beiden sich verjüngenden Teile 21 des Rotors 22 axial liegende Metallhülsen 23 eingesetzt, zweckmäßigerweise mit ihren radial äußeren· Teilen vom ;-iotormaterial

SP getrennt. Eventuell kann in dem zylindrischen Teil 24 des Rotors 22 an einem kragenförmigen .zylindrischen Teil 26 eine mitrotierende innere Stirnseite 25 mit im wesentlichen derselben Form wie die sich vertilgenden Teile .21 und aus demselben Material wie der übrige Rotor 22 befestigt werden. Die Hülsen 23 werden zweckmäßigerweise mit aufgerauhten., z.B. sandstrahlbehandelten Flächen versehen, -zumindest an ihren radial äußeren Teilen, um besser an dem Rotor befestigt werden zu können. Um ihre Befestigung zu erleichtern, werden an den Stellen des teilweise iertigumWlekel-

^. ten Rotors, wo die Hülsen befestigt werden sollen, kunstharz^ getränkte Fiberfilzscheiben 27 eingelegt, man kann auch,, um die Befestigung der Hülsen am Rotor zu verbessern', die äuBeren Teile der Hülsen .in Form von lachs-sckwa^^f ö-rmigen Endteilen 2-7, .anordnen;, die in die Außenteile 23 der Hülsen (Fig. 3) eingreif en,..

. Der fertige Rotor 22 besteht also aus einem mittleren zylindrischen Teil 24 und zwei an seinen Äadj@n angeordneten., sich verjüngenden Teilen 21, von denen e-linea? in FIg₁. 2 gezeigt ist,. Die

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sicm vorjuxenden ::ello 2i werden an den hinterher eingesetzten Ac lssapi'e:!. nit einen radialen Abstand von der Rotationsachse angeschlossen, der höchstens ein Viertel des Außenradius des zylindrischen Veils 24 beträgt. In dem zylindrischen Teil ist eine nitrotierende Innenwand 25 angeordnet. Diese wird durch ihre Form ungefähr denselben Beanspruchungen ausgesetzt wie der Veil 21, was nicht der Pail sein würde, wenn sie in ihrer Form rein radial ware. Der Zweck dieser Innenwand ist es, das Herausnehmen der bei der Zentrifugierung erhaltenen schwereren Bestandteilen durch die Löcher 30 und 31 zu ermöglichen. Die f stillsteimiäeii .Jciieiben 20 und 20' können in solchen Betriebsfile:.]., wo ■ eine -jxnwlrkuir: von stillstehenden ocheiben nicht erwünscht ist, i.n den :.iaum zwischen 21 und 25 angeordnet werden. Die Innenwand ist jedoch nur in einer bevorzugten Ausiuhrungsiorm angebracht und in Fig. 1 nicht eingezeichnet.

Der gezeigte iotor 11, 22, getrieben von Motor 14 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 540 m/s, muß auf geeignete ¥eise gelagert sein, z.B., mittels elektromagnetischer Lager. Der λ

in »'ig, 2 gezeigte -ting 29 ist aus dem Grunde asymmetrisch angeordnet, da man bei der kritischen Drehzahl (Grundwelle) eine maximale Axialbeanspruchung am mittleren Querschnitt des Rotors erhält. Diese Beanspruchung soll nicht mit der Fuge 29 zusammenfallen. Die Fuge soll auch entfernt von den sich verjüngenden Teilen 21 liegen.

Die Anordnung und das Verfahren können im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche auf mehrere Arten variiert werden.

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Claims

■ ^ Patentansprüche : , ;. .■:.

1. Zentrifuge zum Trennen von G-a smis ellung en oder Isotopen-■-■;■' · mischungen in gasförmigen Zustand, bestehend αμβ einem liohlen ■ Rotor mit Zu- und Ableitungen für das Gas, dadurch gekeünzelch- y. net, daß der Rotor (11) aus zwei Teilen zusammengesetzt: ist, ; "''- von denen jeder aus einem zylindrischen (24) und einem sich ■ ι¹ ; verjüngenden (21) Teil besteht, daß jeder Teil aus fiber- oder [ ΐ S draht armiert em, gewickeltem Material hergestellt ist, uad'diaß _;1 κ/ .·'. die zylindrischen Teile der beiden genannten Teile mit: Hilfe A eines Ringes (29) aus im· wesentlichen demselben Material wie ^: die Teile_ selbst miteinander verbunden sind. ■■.'>.' '

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2. Zentriguge nach Jkisßruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß , „ ' ■ die sich verjüngenden Teile (21) sich von dem zylindrischen, ;.. : Teil (24) bis zu einem Radius nahe der Ächszapfen erstr^ckea^ '

'r ■■ . ' "■ ■ '. ' :'" . ' . ν" . ' . -.' ; -■■■'■■^:.'-"'' "'.^:;; der höchstens, ein Viertelndes äußeren Zylinderradius beträgtu,

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

Ring (29) asymmetrisch angeordnet ist. ■ '."'·, '

4. Zentrifuge nach Anspruch.. 1, dadurch gekennzeichnet^ daß; _; an den sich verjüngenden' Teilen. (21 \ mehr-ere. axial neben-· '" einander liegende, tellerförmige Metallhülsen (23) sind, die zumindest an ihren radial äußerfen Teilen von dem übrigen Rotormateriai getrennt_ sind*' ■■

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5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tellerförmigen Hülsen (25) zumindestens teilweise eine aufgerauhte, z.B. sandstrahlbehandelte Fläche haben.

6. Zentrifuge nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tellerförmigen Hülsen (23) so zueinander angeordnet sind, daß zwischen ihnen lachsschwanzförmige Hohlräume (27) für das übrige Rotormaterial gebildet werden._

7. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor auch mit einer mitrotierenden Innenwand (25) aus im we sentliehen demselben Material wie der übrige Rotor versehen ist, die im wesentlichen dieselbe Form hat wie die sich verjüngenden Teile, sowie mit einem zylindrischen B'lansch (26) für den zylindrischen Teil (24) des Rotors.

8. Verfahren zur Herstellung von Rotoren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fiber- oder drahtarmiertes Material um einen Kern in Form eines Rotationskörpers gewickelt wird, der aus einem zylindrischen und zwei sich verjüngenden Teilen besteht, daß der so gewickelte Körper durchschnitten wird, beide Teile vom Kern entfernt und mit mindestens einem Ring (29) aus im wesentlichen demselben Material wie-der zusammengesetzt werden.

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9. Verfahren zW Herstellung von Rotoren nach Anspruch. U, dadurch gekennzeichnet, da3 dar Ilörper nach dem "liiclceln £je—' ■ härtet wird.

10. Verfahren zur Herstellung von Rotoren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß als Armierung Kohle- oder Glasfiber oder Draht verwendet wird, sowie daß man für das übrige Material Plast, der gehärtet wird, oder Leichtmetall wählt.

- 11. Verfahren nach Anspruch ο und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (29) 'asymmetrisch angeordnet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen S bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den schmälsten Stellen der sich verjagenden Teile(21) eine Anzahl tellerförmige Hetallhülsen (23) angeordnet werden, die zumindestens an ihren radial äußeren Teilen durch das übrige Rotormaterial voneinander getrennt werden.

§} 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (23):* bevor sie an dem Rotor befestigt werden, aufgerauht, z.B. sands ta? ahilbehandelt, werden. ' ,

14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeich net, daß mindestens eine kunstharzgetränkte Fiberfilzscheibe mit im wesentlielien demselben radialen Dimension wie eine Hülse,, während des Wickeln« auf der teilweise fertiggewickelten Endfläche des Rotors angebracht wird,., ehe die Hülse eingesetzt wird.

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1υ. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche S bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylindrischen Teil des Motors eine !innenwand aus im wesentlichen demselben Material wie der übrige Rotor mid mit im wesentlichen derselben Form wie die sich verjungenden Teile befestigt wird, wobei die Befestigung an einem zylindrischen Anschlußteil geschieht, der an der Innenwand ausgebildet ist.

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