DE2052632B2 - Zentrifuge zum Trennen von Gasgemischen - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß höhere Umfangsgeschwindigkeiten zugelassen werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Zentrifuge der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schleudertrommel aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die durch Zerschneiden der im ganzen hergestellten Trommel gewonnen werden, daß die Verbindungsstelle im zylindrischen Teil liegt und asymmetrisch zur Längsachse der Trommel angeordnet ist und daß über die Verbindungsstelle ein Ring geschoben ist, der die beiden Teile der Trommel miteinander verbindet. Durch die Erfindung wird also die eingangs genannte Schwierigkeit bei der Befestigung einer Stirnwand an dem zylindrischen Teil dadurch vermieden, daß an dieser Stelle eine Fuge überhaupt nicht vorgesehen wird.

Eine solche zylindrische Schleudertromme¹ nach der Erfindung kann in der Weise hergestellt werden, daß faser- oder drahtarmiertes Material um einen Kern gewicklet wird, der die Form eines aus einem zylindrischen und zwei sich verjüngenden Teilen bestehenden Rotationskörpers hat, daß der so gewikkelte Körper in seinem zylindrischen Teil geschnitten wird, beide Teile vom Kern abgenommen und dann mit einem Ring aus im wesentlichen demselben Material wie die Schleudertrommel miteinander verbunden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Zentrifuge gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Schleudertrommel der Zentrifuge und

Fig. 3 eine Einzelheit der Schleudertrommel.
F i g. 1 zeigt eine fertige Zentrifuge für eine Umfangsgeschwindigkeit ihrer Schleudertrommel 11 von über 450 m/s. Die Schleudertrommel ist in Form eines Rotationskörpers aus faser- oder drahtarmiertem Material hergestellt, z. B. kohle- oder glasfaserarmiertem Kunststoff oder drahtarmiertem Aluminium oder einem anderen Leichtmetall. Der Raum zwischen der Schleudertrommel 11 und seinem Gehäuse 12 ist evakuiert, normalerweise bis zu einem Druck von 10 Torr. Eine Gasmischung oder gasförmige Isotopenmischung, deren schwerere und leichtere Bestandteile voneinander getrennt werden sollen, wird durch ein axial verlaufendes, stationäres Rohr 13 der Schleudertrommel zugeführt. Auf Grund des Vakuums zwischen Schleudertrommel 11 und Gehäuse 12 entsteht bei der Drehung der Schleudertrommel keine nennenswerte Luftreibung. Die Schleudertrommel 11 rotiert um eine vertikale Welle und wird von einem Antriebsmotor 14 angetrieben, der unter Atmosphärendruck arbeitet, und zwar mit der genannten hohen Umfangsgeschwindigkeit.

Aus bereits erklärten Gründen erhält man eine Drehung der Gasmischung gemäß dem Pfeil 15 und eine /.nsammlung von leichteren Bestandteilen im oberen Teil der Schleudertrommelraumes, die beispielsweise an den öffnungen 16 und 17 in der Schleudertrommel abgeführt und durch ein Rohr 18 weiterbefördert werden können. Schwerere Bestandteile sammeln sich im unteren Teil der Schleudertrommel und können oei 19 abgeführt werden. Ein 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 der Schleudertrommel geht aus F i g. 2 hervor. Um einen (nicht gezeigten) Kern in Form eines Rotationskörpers mit einem mittleren zylindrischen Teil und zwei (an jedem Ende eine) ίο sich verjüngenden Teilen Werden mehrere Lagen faser- oder drahtarmiertes Material gewickelt Man kann das Material entweder zusammen mit der Armierung oder Material und Armierung je für sich äufbringenj die verschiedenen Lagen können übereinander oder mit einer gewissen Überlappung zu einander angeordnet werden. Die Armierung kann aus Kohle- oder Glasfaser und das Material aus Kunststoff bestehen, auch k;.,>n die Armierung aus Metalldraht oder schmalem Metallband und das Material aus Leichtmetall wie Aluminium bestehen. Ein mit faserarmiertem Kunststoff umgebener Kern kann z. B. beim Drehen von Strahlungslampen erwä.mt werden, bis der Kunststoff gehärtet ist.

Der fertigbehandelte Rotationskörper wird danach durch einen Schnitt geteilt. Der Schnitt kann asymmetrisch zur Längsachse und zweckmäßigerweise 90° zur Längsachse verlaufen. Die beiden Teile werden vom Kern aogezogen und dann zu einer Schleudertrommel zusammengesetzt, zweckmäßigerweise mit Hilfe eines oder mehrerer Fugenringe 29 aus im wesentlichen demselben Material wie die Schleudertrommel selbst.

Im Laufe der Herstellung werden in die beiden sich verjüngenden Teile 21 der Schleudertrommel 22 axial liegende Metallhülsen 23 eingesetzt, zweckmäßigenveiie mit ihren radial äußeren Teilen vom Material der Schleudertrommel getrennt. Eventuell kann in dem zylindrischen Teil 24 der Schleudertrommel 22 an einem kragenförmigen zylindrischen Teil 26 eine mitrotierende innere Stirnseite 25 mit im wesentlichen derselben Form wie die sich verjüngenden Teile 21 und aus demselben Material wie die übrige Schleudertrommel 22 befestigt werden. Die Hülsen 23 werden zweckmäßigerweise mit aufgerauhten, z. B. sandstrahlbehandelten Flächen versehen, zumindest an ihren radial äußeren Teilen, um besser an der Schleudertrommel befestigt werden zu können. Um ihre Befestigung zu erleichtern, werden an den Stellen der teilweise fertigumwickelten Schleudertrommel, wo die Hülsen befestigt werden rollen, kunstharzgetränkte Fiberfibscheibcn. 27 eingelegt, man kann auch, um die Befestigung der Hülsen an der Schleudertrommel zu verbessern, die äußeren Teile der Hülsen in Form von Iachssch'vanzförmigen En Jteilen 27 anordnen, die in die Außenteile 23 der Hülsen (F i g. 3) eingreifen.

Die fertige Schleudertrommel 22 besteht also aus einem mittleren zylindrischen Teil 24 und zwei an seinen Enden angeordneten, sich verjüngende.i TVi-

lcn 21, von denen einer in Fig. 2 gezeigt ist. Die sich verjüngenden Teile 21 werden an den hinterher eingesetzten Achszapfen mit einem radialen Abstand von der Rotationsachse angeschlossen, der höchstens ein Viertel des Außenradius des zylindrischen Teils 24 beträgt. Tn dem zylindrischen Teil ist eine mitrotierende Innenwand 25 angeordnet. Diese wird durch ihre Form ungefähr denselben Beanspruchungen ausgesetzt wie der Teil 21, was nicht der Fall

sein würde, wenn sie in ihrer Form rein radial wäre. Der Zweck dieser Innenwand ist es, das Abführen der beim Schleudern erhaltenen schwereren Bestandteile durch das Loch 30 zu ermöglichen. Die stillstehenden Scheiben 20 und 20' können in solchen Betriebsfällen, wo eine Einwirkung von stillstehenden Scheiben nicht erwünscht ist, in dem Raum zwischen den Teilen 21 und 25 angeordnet werden. Die Innenwand ist jedoch nur bei einer bevorzugten Ausführungsform angebracht und in F i g. 1 nicht eingezeichnet.

Die gezeigte Schleudertrommel 11, 22, getrieben vom Motor 14 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 540 m/s, kann z. B. mittels elektromagnetischer Lager gelagert sein. Der in F i g. 2 gezeigte Ring 29 ist aus dem Grunde asymmetrisch angeordnet, da man bei der kritischen Drehzahl (Grundwelle) eine maximale Axialbeanspruchung am mittleren Querschnitt der Schleudertrommel erhält. Diese Beanspruchung soll nicht mit dem Fugenring 29 zu· ίο sammenfallen. Die Fuge soll auch entfernt von der sich verjüngenden Teilen 21 liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

der Schleudertrommel bewegt. Der Gasdruck wird

Patentansprüche: so höher an der Innenwand der Schleudertrommel

als an der Welle, wodurch die Zirkulation weiter

1. Zentrifuge zum Trennen von Gasmisch^n- verstärkt wird. Auch die Erwärmung des Gases in gen oder von Isotopenmischungen im gasfcrmi- 5 der Zentrifuge trägt zur Zirkulation des Gases gen Zustand, deren zylindrische Schleuder- parallel zur Welle bei. Durch die Zirkulation werden trommel mit verjüngten Enden mit Zu- und die schwereren Bestandteile außen und die leichteren Ablauföffnungen für das Gas aus einem faser- innen angesammelt. Durch Einwirkung der ver- und drahtarmierten Material besteht, dadurch schiedenen Faktoren erhält man eine immer größere gekennzeichnet, daß die Schleudertrom- io Ansammlung von schwereren Bestandteilen am unmel (11) aus zwei Teilen (21, 24) zusammen- teren und von leichteren am oberen Ende der Zentrigesetzt ist, die durch Zerschneiden der im ganzen füge. Eine Weiterentwicklung solcher Zentrifugen hergestellten Trommel gewonnen werden, daß ist in der schwedischen Patentschrift 182142 die Verbindungsstelle im zylindrischen Teil (24) gezeigt

liegt und asymmetrisch zur Längsachse der 15 Die sehr großen Umfangsgeschwindigkeiten, die Trommel angeordnet ist und daß über die Ver- bei solchen Zentrifugen erforderlich sind, werden bindungsste'l t ein Ring (29) geschoben ist, der von den höchstmöglichen Umfangsgeschwindigkeiten die beiden Teile der Trommel miteinander ver- begrenzt, die für die bisher angewandten Schleuderbindet, trommeltypen noch zulässig sind. Bei Schleuder-

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 trommeln aus hochwiderstandsfähigen Aluminiumkennzeichnet, daß sich die sich verjüngenden und Titanlegierungen sind keine höheren Umfangs-Teile (21) von dem zylindrischen Teil (24) bis geschwindigkeiten möglich als 420 bis 440 m/s. Bei zu einem Radius nahe der \chszapfen (28) er- Bei Stahl und/oder Magnesium enthaltenden Schleustrecken, der höchstens ein Viertel des äußeren dertrommeln sind die zulässigen Umfangsgeschwin-Zylinderradius beträgt. 25 digkeiten noch kleinen Es gibt auch andere Faktoren,

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge- die die Umfangsgeschwindigkeiten begrenzen, aber kennzeichnet, daß an den sich verjüngenden Material und Fnrm der Schleudertrommel ist einer Teilen (21) mehrere axial nebeneinander liegende, der wesentlichsten Faktoren. Bisher sind Schleudertellerförmige Metallhülsen (??>) angebracht sind, trommeln mit Mänteln aus Aluminium und Stahl die zumindest an ihre τ radial äußeren Teilen 30 verwendet worden, aber derartige Zentrifugen lassen v_un dem übrigen Trommelmat rial getrennt sind. keine ausreichend großen Umfangsgeschwindigkei-

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch ge- ten zu, um eine wirtschaftlich lohnende Isotopenkennzeichnet, daß die tellerförmigen Hülsen (23) trennung zu erhalten. Andere Probleme bei diesen zumindestens teilweise eine aufgerauhte, z. B. Zentrifugen sind außer der Festigkeit der Sclileudersandstrahlbehandelte Fläche haben. 35 trommel die Korrosion, Lagerschmierung und WeI-

5. Zentrifuge nach Anspruch 3 und 4, dadurch lendichtung.

gekennzeichnet, daß die tellerförmigen Hülsen Es sind Zuckerzentrifugen bekannt., bei denen

(23) so zueinander angeordnet sind, daß zwi- die Schleudertrommeln aus glasfaserverstärktem

sehen ihnen lachsschwanzförmige Hohlräume (27) Kunststoff in einem Stück hergestel't sind (deutsches

für das Trommelmaterial gebildet werden. 40 Gebrauchsmuster 6918649). Diese Herstellungsform

6. Zentrifuge nach einem oder mehreren der hat den Zweck, höhere Drehzahlen zu ermöglichen, vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- Auch sind Verfahren zur Herstellung von glasfaserzeichnet, daß die Trommel (21, 24) mit einer verstärkten Kunststoff-Hohlkörpern bekannt (»Kunstmitrotierenden Innenwand (25) aus im wesent- stoff-Rundschau«, Juni 1964, Seite 374 bis 376; liehen demselben Material wie die übrige Trom- 45 USA.-Patentschrift 2 614 058). Diese Hohlkörper mel versehen ist, die im wesentlichen dieselbe sind jedoch nicht mit stirnseitigen Öffnungen verForm hat wie die sich verjüngenden Teile, sehen, die groß genug sind, um die in Zentrifugen sowie mit einem zylindrischen Flansch (26) für ^_Um Trennen von Gasgemischen in das Innere der den zylindrischen Teil (24) der Trommel. Schleudertrommel einzubringenden Gegenstände zu

50 ermöglichen.

Konstruktionen mit faseruniwickelten Trommeln,

die eine große stirnseitige öffnung haben, sind in Betracht gezogen worden. Es hat sich aber als

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Tren- schwierig erwiesen, die Stirnwände an solchen Trom-

nen von Gasgemischen oder von Isotopenmischun- 55 mein dauerhaft zu befestigen, und zwar auf Grand

gen im gasförmigen Zustand, deren zylindrische unterschiedlicher radialer Ausdehnu' gen an der

Schleudertrommel mit verjüngten Enden mit Zu- Ansatzstelle. Bei solchen bekannten Trommeln tre-

und Ablauföffnungen für das Gas aus einem faser- ten keine Spannungskonzentrationen an den Über-

und drahtarmierten Material besteht. gangsstellen zwischen dem zylindrischen Teil und

Es sind bereits sogenannte Gegenstromzentrifugen 60 den Stirnteilen auf. Wenn man eine solche Schleuder-

mit vertikaler Welle bekannt (deutsche Patentschrift trommel durch Umwickeln eines Körpers hergestellt

487). Bei diesen Zentrifugen erfolgt eine Zirku- hat, hat man es als selbstverständlich angesehen,

lation des Gasinhaltes innerhalb der schalenförmi- diese schalenförmige Schleudertrommel an der Fuge,

gen Schleudertrommel parallel zur Welle mit lami- also an der Ansatzstelle für die Stirnteile, abzu-

naier Gegenströmung. Die schwereren Bestand- 65 schneiden, da Spannungskonzentrationen hier nicht

teile werden beim Rotieren der Schleudertrommel auftreten. Für Höchstdrehz-ihlen und höchste Um-

auf Grund der größeren Zentrifugalkraft in höherem fangsgeschwindigkeiten sind diese Schleudertrom-

Grad als die leichten nach außen gegen die Wand mein jedoch ebenfalls nicht verwendbar.