Результат интеллектуальной деятельности: ПРОМЫШЛЕННАЯ ГРУППА ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к промышленным группам газовых центрифуг в виде многоагрегатных стендов, отсекаемых групп, секций, блоков заводов по разделению изотопов урана или стабильных изотопов.

Известны промышленные группы газовых центрифуг на установках по обогащению урана в Портсмуте (США), имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на фундаментах (Ж. «Nuclear Engineering International», Сентябрь 2003, с.36-39).

Известны промышленные группы газовых центрифуг на заводах по обогащению урана фирмы Юренко в Голландии, Германии и Англии, имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на массивных фундаментах, каждая из которых снабжена поглотителем сейсмических возмущений, закрепленным на верхней части корпуса центрифуги в виде мешка с сыпучей средой (Рекламный проспект фирмы URENCO «Uranium Enrichment Services», WH/9/94, с.8-9).

Недостаток конструкции такой компоновки состоит в том, что она не обеспечивает высокой плотности расположения технологического оборудования и получения высокой производительности с единицы объема промышленного здания, особенно при эксплуатации большого количества коротких подкритических газовых центрифуг.

Наиболее близким к изобретению является известная отечественная промышленная группа газовых центрифуг, выполненная из ряда колонн с полками, на которых установлены и закреплены сваркой многоэтажные перекрытия, образующие вместе с колоннами жесткую раму (Ж. "NUEXCO", № 272, Апрель 1991, с.33; Е.Т.Артемов, А.Э.Бедель. «Укрощение урана», Екатеринбург, Издательство ООО «СВ-96», 1999, с.153). На консолях, выполненных на колоннах в несколько ярусов по высоте, неподвижно закреплены болтами агрегаты газовых центрифуг. Агрегаты выполнены в виде рамы с установленными на ней с каждой стороны блоками по 10 центрифуг (Патент России № 2060800, 20.08.92 г.).

Известная промышленная компоновка газовых центрифуг обеспечивает высокую плотность разделительного оборудования в объеме промышленного здания, однако при расположении завода в зонах с сейсмической активностью на агрегаты газовых центрифуг, расположенные в нижнем ярусе и в верхнем ярусе многоярусной компоновки, действуют существенно различные горизонтальные возмущения, передаваемые от колебаний земной коры. Так, в существующих промышленных компоновках в зависимости от числа ярусов агрегатов по высоте коэффициент усиления колебаний агрегатов от возмущений при землетрясениях на верхнем ярусе может достигать 4 по сравнению с возмущениями агрегатов на первом ярусе. Это связано с тем, что при колебаниях грунта, вызванных сейсмическими или другими воздействиями, происходит резонансная раскачка колонн преимущественно с частотой собственных колебаний 3÷6 Гц, которая находится в диапазоне частот колебаний грунта 1÷10 Гц, характерном для землетрясений. При этом в зависимости от интенсивности колебаний грунта коэффициент усиления колебаний опорной конструкции (отношение ускорения колебаний верхнего яруса к ускорению колебаний грунта) находится в следующих пределах (Чиков В.Т., Кольцов А.В. Исследование сейсмостойкости строительных железобетонных конструкций под высокочувствительное оборудование // Технический прогресс в атомной промышленности; Серия «Строительство»; Выпуск 1-2 (166-167); 1985):

- при ускорениях грунта 6÷25 см/с² (3÷5 баллов) составляет 7÷4,

- при ускорениях грунта 25÷200 см/с² (5÷8 баллов) составляет ˜4.

Различие в коэффициентах усиления при сильных и слабых воздействиях связано с увеличением поглощения энергии при относительном смещении элементов конструкции при значительных амплитудах колебаний.

Это снижает надежность эксплуатации газовых центрифуг, расположенных в агрегатах на верхних ярусах, и ограничивает возможности применения газовых центрифуг в многоярусной компоновке в зонах с повышенной сейсмической активностью и интенсивностью сейсмических возмущений.

Задача изобретения - повышение надежности эксплуатации промышленной группы газовых центрифуг с большим количеством ярусов в зонах с повышенной сейсмической активностью и интенсивностью сейсмических возмущений, уменьшение коэффициента усиления этих возмущений на верхних ярусах группы и увеличение ресурса работающих в верхних ярусах агрегатов центрифуг.

Для этого в промышленной группе газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненной из ряда соединенных ригелями колонн с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте агрегаты газовых центрифуг, над ригелями установлены одна или несколько плит, каждая из которых закреплена на верхних концах упругих стержней, а нижние концы стержней закреплены на соседних колоннах.

Дополнительно между плитой и ригелем установлен демпфирующий элемент.

Кроме того, демпфирующий элемент выполнен в виде демпфера вязкого трения.

Дополнительно демпфирующий элемент выполнен в виде демпфера сухого трения.

Кроме того, демпфер сухого трения выполнен в виде подпружиненного башмака, установленного на ригеле и опертого на плиту.

Дополнительно башмак установлен в закрепленном на ригеле корпусе с винтовой пружиной, поджатой шайбой и регулировочным винтом.

Кроме того, на плите установлен ограничитель.

Дополнительно на верхнем конце башмака установлено упругое кольцо, например, из резины.

Кроме того, упругие стержни выполнены различной длины.

Дополнительно упругие стержни выполнены с различными главными моментами инерции поперечного сечения.

Кроме того, отношение главных моментов инерции поперечного сечения стержней составляет величину 0,4-0,8.

Дополнительно нижние концы упругих стержней закреплены на пластинах, прижатых к колоннам с помощью стяжек.

Кроме того, масса плиты составляет 0,5÷2,5 от массы агрегата.

Дополнительно усилие подпружинивания башмака к плите обеспечивает силу трения между башмаком и плитой, равную 0,02÷0,15 от веса плиты.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что предлагаемая конструкция промышленной группы газовых центрифуг уменьшает коэффициент усиления сейсмических воздействий на верхних ярусах компоновки и повышает надежность оборудования, при этом не требует сложных конструктивных изменений по сравнению с существующим вариантом выполнения компоновки. Конструктивное выполнение группы позволяет проводить модернизацию существующих промышленных компоновок установкой на них компактных конструкций без остановки действующего оборудования. За счет изменения конструкции обеспечивается появление относительного смещения элементов компоновки при действии сейсмических возмущений в основании конструкции. Взаимное перемещение элементов конструкции при наличии между ними трения скольжения эффективно гасит колебания конструкции и уменьшает максимальный коэффициент усиления на верхних ярусах агрегатов центрифуг по сравнению с колебаниями основания конструкции при землетрясениях, что повышает надежность эксплуатации оборудования, особенно в зонах с повышенной сейсмической активностью и интенсивностью сейсмических воздействий.

На фиг.1 схематично изображен фронтальный вид промышленной группы с агрегатами газовых центрифуг; на фиг.2 - вид сечения по АА; на фиг.3 - вид демпфера сухого трения по ББ.

Промышленная группа содержит ряд колонн 1, установленных на фундаменте 2 и связанных ригелями 3. На колоннах 1 выполнены 5 ярусов консолей 4 и в пять ярусов по высоте на консолях 4 закреплены агрегаты 5. Над ригелями 3 на верхних концах стержней 6 и 7 различной длины установлены плиты 8. Между плитой 8 и ригелем 3 установлен демпфирующий элемент 9. На плите закреплен ограничитель 10. Нижние концы стержней 6 и 7 закреплены на пластинах 11, притянутых к колоннам 1 стяжками 12.

Поперечное сечение стержней 6 и 7 (фиг.2) выполнено в виде прямоугольника и имеет различные главные моменты инерции.

На планке 13 (фиг.3) закреплен демпфер сухого трения, который содержит корпус 14, башмак 15, поджатый к плите 8 через закрепленный на ней ограничитель 10 пружиной 16 с помощью шайбы 17 и винта 18. На верхней части башмака 15 установлено резиновое кольцо 19. Планка 13 закреплена на ригеле 3 болтами 20.

Демпфирующий элемент может быть выполнен в виде демпфера вязкого трения.

Промышленная группа газовых центрифуг работает следующим образом.

При отсутствии внешних возмущений газовые центрифуги агрегатов 5, размещенные на различных ярусах компоновки работают в одинаковых условиях и не испытывают внешних воздействий. При землетрясениях или других внешних воздействиях, передаваемых по грунту, колебания грунта передаются фундаменту 2 и колоннам 1. Поскольку коэффициент усиления конструкции промышленной группы с агрегатами газовых центрифуг при вертикальных колебаниях грунта меньше 1, а ускорения вертикальных колебаний при сейсмических воздействиях меньше ускорения силы тяжести, вертикальные колебания колонн не нарушают нормальную работу газовых центрифуг. При горизонтальных колебаниях колонн 1 максимальные ускорения возникают на собственных частотах колебаний конструкции вдоль и поперек ряда колонн. При этом плиты 8 колеблются в противофазе (при отсутствии демпфера) или при наличии демпфера с отставанием по фазе в зависимости от величины трения в демпфере в горизонтальной плоскости и уменьшают горизонтальные колебания колонн 1 и закрепленных на них агрегатов 5. Закрепление нижних концов стержней 6 и 7 на пластинах 11, прижатых к колоннам стяжками 12 на разных уровнях по высоте, позволяет распределить упругие силы и силы демпфирования, возникающие в местах крепления пластин 11 к колоннам 1, по конструкции, что повышает надежность промышленной группы.

Выбором величины соотношения главных моментов инерции сечения стержней 6 и 7 достигается наибольший эффект снижения максимальных амплитуд колебаний впродольном и поперечном направлении ряда колонн 1. При установке стержней 6, 7 иплит 8 на существующие колонны 1 известной промышленной группы наибольший эффект достигается при соотношении главных моментов инерции сечения стержней 0,4÷0,8.

Величина массы плиты 8 для получения наибольшего эффекта снижения максимальных амплитуд колебаний на верхних ярусах агрегатов 5 должна составлять 0,5÷2,5 от величины массы агрегата, а сила трения башмака 15 о плиту 8 (через дно ограничителя 10) должна составлять 0,02÷0,15 от веса плиты 8. Величина силы трения регулируется винтом 18 за счет изменения величины поджатия пружины 16 к башмаку 15, а башмака 15 к плите 8.

Такие параметры заявленной конструкции обеспечивают ее компактность и дают возможность повысить сейсмостойкость действующих промышленных групп газовых центрифуг, расположенных в зонах повышенной сейсмической активности, установкой недостающих элементов без остановки работающего оборудования.

Благодаря поглощению энергии колебаний, возникающему при относительном перемещении плит 8 и ригелей 3, максимальные амплитуды колебаний колонн 1 уменьшаются. За счет этого коэффициент усиления сейсмических колебаний на собственных частотах конструкции уменьшается в 1,5÷2 раза. В результате, величина максимальных сейсмических воздействий на всех ярусах уменьшается, что повышает надежность эксплуатации и ресурс газовых центрифуг.

При сейсмических возмущениях на частотах меньше резонансных частот конструкции, характеризующихся большими амплитудами колебаний плит 8, вступают в действие ограничители амплитуд 10, которые ограничивают относительное смещение плит 8 и ригелей 3 и, соответственно, максимальные напряжения в материале стержней 6 и 7. Эффект снижения коэффициента усиления колебаний на верхних ярусах конструкции при этом несколько уменьшается, однако сами величины ускорений на малых частотах не опасны для агрегатов газовых центрифуг. Взаимодействие ограничителей 10 с башмаком 15 смягчается резиновым кольцом 19.

Для сравнения были проведены испытания конструкций промышленных групп газовых центрифуг двух вариантов - известного и заявляемого. Испытания проводились при моделировании сейсмических воздействий взрывами в заполненном водой канале. При этом продолжительность колебаний грунта составила 20 с, преобладающая частота колебаний составляла от 3 до 6 Гц.

При испытаниях известной конструкции в 4-х опытах скорость колебаний грунта составляла 0,045÷0,075 см/с, скорость колебаний верхнего яруса опорной конструкции составила 0,33÷0,6 см/с, коэффициент усиления колебаний опорной конструкции (здесь он определялся по отношение скоростей колебаний верхнего яруса и грунта) составил 7,3÷9,8 (среднее значение 8,6).

При испытаниях заявляемой конструкции в 4-х опытах скорость колебаний грунта составляла 0,045÷0,075 см/с, скорость колебаний верхнего яруса опорной конструкции составила 0,22÷0,36 см/с, коэффициент усиления колебаний опорной конструкции составил 3,4÷4,9 (среднее значение 4,4).

Результаты испытаний показали, что в заявляемой конструкции промышленной группы газовых центрифуг интенсивность колебаний верхнего яруса в 2 раза меньше по сравнению с известной конструкцией.