Результат интеллектуальной деятельности: АГРЕГАТ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к конструкции агрегатов газовых центрифуг, установленных на опорных колоннах в несколько ярусов по высоте, например, на заводах по разделению изотопов урана или на многоагрегатных стендах по разделению стабильных изотопов.

Известна конструкция агрегата, выполненная в виде рамы из продольных и поперечных балок с установленными на ней с каждой стороны блоками по 10 центрифуг (Патент России №2170800, 21.08.1992). Концы рамы агрегата в виде поперечных балок закреплены болтами на консолях опорных конструкций стендов или колонн промышленных заводов в несколько ярусов по высоте. (Е.Т.Артемов, А.Э.Бедель «Укрощение урана», Екатеринбург, Издательство ООО «СВ-96», 1999, с.153; Сборник статей. «Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России)». - С.Петербург, ЛНПП «Облик», 2002, с.173, с.276).

В известной конструкции на газовые центрифуги агрегатов, расположенные в нижнем ярусе и в верхнем ярусе многоярусной компоновки, действуют различные горизонтальные возмущения, передаваемые от колебаний земной коры при сейсмических возмущениях. 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 3-4 по сравнению с возмущениями агрегатов на первом ярусе. Это снижает надежность газовых центрифуг, расположенных в агрегатах на верхних ярусах, и ограничивает возможности применения эффективного оборудования с увеличенным количеством ярусов в зонах с повышенной сейсмической активностью и бальностью сейсмических возмущений.

Известен агрегат в промышленной группе газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненной из ряда колонн с перекладинами, на которых установлены продольные многоэтажные перекрытия, и с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте концы рам агрегатов газовых центрифуг (Патент России №2236896, B 01 D 59/20, B 04 B 5/08, 19.09.2002.). Агрегат соединен газовыми трассами с газовыми трубопроводами, расположенными на колоннах, причем один конец каждого перекрытия установлен на перекладине подвижно в горизонтальном направлении и один конец рамы каждого агрегата установлен на консоли подвижно в горизонтальном направлении. Кроме того, подвижные концы рамы агрегата закреплены на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом. Упругий элемент выполнен в виде закрепленной на раме резиновой втулки, надетой на закрепленный в консоли стержень, а концы рамы могут быть прижаты к консолям через упругий в вертикальном направлении элемент.

Применение в конструкции подвижного агрегата резиновых элементов ограничивает ресурсную надежность конструкции, так как современные конструкции центрифуг могут эксплуатироваться в непрерывном режиме работы 20-30 лет, в то время как находящиеся в атмосфере резиновые упругие элементы подвержены старению и меняют свои упругие и демпфирующие свойства.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение надежности газовых центрифуг в конструкции агрегатов, подвижно установленных на консолях промышленных компоновок при повышенной сейсмической активности и бальности сейсмических возмущений.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что в предлагаемой конструкция агрегата газовых центрифуг за счет изменения конструкции крепления и взаимосвязей элементов крепления агрегата на колоннах обеспечивается проскальзывание агрегата относительно колонн при действии сейсмических возмущений на основания колонн. Взаимное перемещение агрегата и колонн при наличии между ними установленного оптимального трения скольжения эффективно гасит колебания агрегата и всей конструкции компоновки и уменьшает коэффициент усиления сейсмических воздействий как для центрифуг этого агрегата, так и для центрифуг других агрегатов при землетрясениях, что повышает надежность работы газовых центрифуг при длительной эксплуатации в течение 20-30 лет без изменения свойств конструкции агрегата.

Технический результат достигается тем, что в агрегате газовых центрифуг, содержащем расположенные двумя рядами центрифуги, закрепленные на общей раме, выполненной из продольных, вертикальных и поперечных балок, установленной подвижно в горизонтальном направлении верхними поперечными балками на опорные консоли колонн и закрепленной на консоли упругим в горизонтальной плоскости элементом, упругий элемент выполнен в виде С-образной пружины, один конец которой закреплен на консоли, а другой на верхней поперечной балке, кроме этого пружина закреплена с возможностью регулировки положения плоскости наименьшей жесткости пружины при изгибе относительно продольной оси агрегата.

Дополнительно, на раме закреплены четыре пружины, установленные вблизи концов верхних поперечных балок и консолей.

Кроме того, пружины выполнены с различными главными моментами инерции поперечного сечения.

Дополнительно, отношение главных моментов инерции поперечного сечения пружин составляет величину 0,4-0,8.

Дополнительно, плоскость наименьшей жесткости пружины при изгибе составляет угол 30°-60° к направлению продольной оси агрегата.

Кроме того, пружина поджата к балке в направлении действия силы тяжести.

Дополнительно, пружина поджата к балке в направлении противоположном действию силы тяжести.

Кроме того, между консолью и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.

Дополнительно, пружина закреплена на балке с возможностью регулировки ее горизонтального положения.

Кроме того, пружина закреплена на консоли с возможностью регулировки ее горизонтального положения.

Дополнительно, пружина закреплена на консоли болтом с опорной головкой, на которую установлена верхняя поперечная балка.

Кроме того, между опорной головкой и верхней поперечной балкой установлена фрикционная прокладка.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 схематично изображен фронтальный вид агрегата.

На фиг.2 показан вид агрегата сверху.

На фиг.3 изображен вид агрегата сбоку с разрезом по А-А на фиг.1

На фиг.4 изображен вариант поперечного сечения пружин по Б-Б на фиг.3.

На фиг.5 изображен вариант ориентации пружин к продольной оси агрегата.

На фиг.6 изображен вариант крепления агрегата с увеличением фрикционной нагрузки.

На фиг.7 изображен вариант крепления агрегата с уменьшением фрикционной нагрузки.

На фиг.8 изображен вариант крепления агрегата с фрикционной прокладкой между балкой и консолью.

На фиг.9 изображен вариант крепления агрегата с регулировкой крепления пружины.

На фиг.10 изображен вариант крепления агрегата с фрикционной прокладкой на головке болта.

Агрегат на фиг.1-3 выполнен из газовых центрифуг 1, установленных двумя рядами на раме из продольных 2, вертикальных 3 и поперечных балок 4 и 5. Верхние поперечные балки 4 опираются на консоли 6 колонн 7. Плоские пружины 8 С-образной формы закреплены верхними концами болтами 9 с шайбами 10 и гайками 11 на концах верхних поперечных балках 4. Нижние концы пружин 8 закреплены шпильками 12 с шайбами 10 и гайками 11 на концах консолей 6. В агрегате четыре пружины 8 установлены на концах поперечных балок 4 и консолей 6. Агрегат может перемещаться по консолям 6 при деформации пружин 8 в поперечном и продольном (в пределах зазора Δ) направлениях. Поперечное сечение 13 пружин 8 выполнено прямоугольной формы и имеет различные главные моменты инерции поперечного сечения относительно осей 14 и 15. Относительно оси 14 сечение 13 имеет наименьший момент инерции. Ось 15, относительно которой сечение имеет наибольший момент инерции, обозначает направление плоскости наименьшей жесткости пружины 8 при ее изгибе. Пружины 8 закреплены на балках 4 и консолях 6 с возможностью регулировки положения плоскости наименьшей жесткости пружин при изгибе относительно продольной оси 16 агрегата. При этом плоскость наименьшей жесткости пружин при изгибе, след которой совпадает с осью 15, составляет угол α с продольной осью 16 агрегата.

В варианте выполнения агрегата на фиг.6 пружина 8 выполнена с размером по вертикали меньше монтажного размера между балкой 4 и консолью 6. При монтаже конец 17 пружины натягивается на балку 6 и создает на балке 6 силу от поджатия пружины 8, действующую в направлении действия силы тяжести.

В варианте выполнения агрегата на фиг.7 пружина 8 выполнена с размером по вертикали больше монтажного размера между балкой 4 и консолью 6. При монтаже конец 18 пружины поджимается к балке 6 и создает на балке 6 силу от поджатия пружины 8, действующую в направлении, противоположном действию силы тяжести.

В варианте выполнения агрегата на фиг.8 между консолью и верхней поперечной балкой установлены фрикционные прокладки 19.

Верхний конец пружины 8 закреплен на балке 4 с возможностью регулировки ее горизонтального положения за счет перемещения болта 9, установленного с регулировочным зазором в отверстие 20.

Нижний конец пружины 8 закреплен на консоли 6 с возможностью регулировки ее горизонтального положения за счет перемещения болта 21, установленного с регулировочным зазором в отверстие 22 консоли 6.

Пружина 8 прижата к верхней поверхности консоли 6 головкой 23 болта 21, на которую опирается верхняя поперечная балка 4 агрегата. Между головкой 23 и поперечной балкой 4 может быть установлена фрикционная прокладка 24, а между головкой 23 и консолью может быть установлена регулировочная прокладка 25.

Работа агрегата происходит следующим образом.

При установке агрегата на консоли регулируют его центральное положение относительно консолей 6, а также положение и направление плоскости наименьшей жесткости пружин 8 относительно оси 16 агрегата перемещением болтов 9 или 21 в пределах радиального зазора в отверстиях 20 и 22 во всех вариантах исполнения агрегата. Предпочтительное значение величины угла α составляет 30°÷60°, т.е. выполняется соотношение: α=30°÷60°. Для равномерного распределения усилий между рамой агрегата и консолями 6 концы пружин 8 закрепляют на четырех концах балок 4 агрегата и концах консолей 6. Горизонтальное положение агрегата регулируют прокладками 25.

При сейсмических воздействиях колебания грунта передаются на опорные колонны 7 с закрепленными на них консолями 6 и установленный на консолях 6 агрегат. По мере увеличения величин ускорений колонн поперечные балки 4 агрегата начинают проскальзывать относительно консолей 6. При этом пружины 8 деформируются и создают упругую восстанавливающую силу, стремящуюся вернуть агрегат в исходное положение. При относительном перемещении агрегата и колонн 7 балки 4 скользят по консолям 6 (или головкам 23) или фрикционным прокладкам 19 (или 24), не отрываясь от их поверхности, и за счет трения между балками 4 и консолями 6 (или головками 23) или фрикционным прокладкам 19 (или 24) происходит поглощение части энергии сейсмических воздействий на агрегат, так что при этом величины максимальных ускорений уменьшаются в 1,5÷2 раза по сравнению с ускорениями консолей. Настройка на оптимальный режим работы агрегата при сейсмических воздействиях осуществляется выбором оптимальной величины трения между консолями 6 и поперечными балками 4. Величина силы трения регулируется установкой прокладок 19 (или 24) с соответствующим коэффициентом трения и, дополнительно, регулировкой величины силы давления поперечных балок 4 на консоли 6. Установка необходимой силы давления между балками 4 и консолями 6 выполняется за счет вертикального поджатия пружин 8.

В варианте выполнения агрегата на фиг.6 с регулируемым увеличением фрикционной нагрузки поджатие пружины 8 на балку 4 передает вертикальную упругую силу пружины 8 на балку 4, и сила нормального давления балок 4 на консоли 6 увеличивается, увеличивая величину трения между ними до оптимального значения.

В варианте выполнения агрегата на фиг.7 с регулируемым уменьшением фрикционной нагрузки поджатие пружины 8 болтом 9 с гайкой 11 передает часть веса агрегата на пружины 8, и сила нормального давления балок 4 на консоли 6 уменьшается, снижая величину трения между ними до оптимального значения.

Выбор соотношения возможных максимальных коэффициентов усиления сейсмических воздействий на газовые центрифуги в конструкции агрегата между его поперечными или продольными колебаниями относительно колонн осуществляют выбором соотношения между главными моментами инерции поперечного сечения 13 пружин 8 и угла α установки осей 14 и 15 главных моментов инерции поперечных сечений пружин к направлению продольной оси 16 агрегата. Соотношение между главными моментами инерции поперечного сечения 13 пружин 8 определяется конкретными частотными характеристиками промышленной компоновки или компоновки стенда, в котором используется конструкция агрегата. Для существующих компоновок промышленных заводов наиболее благоприятное отношение главных моментов инерции поперечного сечения стержней составляет величину 0,4-0,8. Величина угла α, позволяющая эффективно регулировать величины продольных и поперечных колебаний агрегата, выбирается с учетом направления вероятного распространения волн сейсмических возмущений в районе расположения центрифужного оборудования.