Transcriptie

1 Octrooiraad Centrifuges, centrifuge-installaties en inrichtingen voor het regelen van de stroom daarvoor. ( j) Int.CI 3.: B01D 59/20, Aanvrager: British Nuclear Fuels Limited te Risley, Groot-Brittannië. Gem.: Ir. G.F. v$n der Beek c.s. NEDERLANDSCH OCTROOIBUREAU Joh. de Wittlaan JR Aanvrage Nr < ) Ingediend 19 juli Voorrang vanaf 21 juli Land van voorrang: Groot-Brittannië Nummer van de voorrangsaanvrage: Ter inzage gelegd 16 februari De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).

2 N.O Centrifuges, centrifuge-installaties en inrichtingen voor het regelen van de stroom daarvoor. De uitvinding heeft betrekking op gascentrifuges, centrifuge-installaties en inrichtingen voor het regelen van de stroom daarvoor. In een installatie waarin gasvormige mengsels worden 5 gescheiden, bijvoorbeeld waar uraniumisotopen in de gasvormige hexafluoridevorm worden afgescheiden, is het belangrijk dat de invloed van gasverontreinigingen binnen de installatie wordt beperkt. Ben bijzonder probleem dat kan optreden in een gas- 10 centrifuge-installatie voor de scheiding van uraniumisotopen* is, dat plotseling licht gas kan worden voortgebracht, indien een centrifugemachine tijdens bedrijf een storing zou ondergaan; het lichte gas kan zich naar aangrenzende centrifugemachines verspreiden, wat de verbreiding van de 15 bedrijfsstoringen veroorzaakt. Het Is een doel van de onderhavige uitvinding om een centrifuge, een verrijkingsinstallatie met centrifuges en inrichtingen voor het regelen van de stroom daarvoor te verschaffen, waardoor het bovengenoemde probleem gelenigd 20 wordt. Volgens een eerste kenmerk van de onderhavige uitvinding, omvat een gascentrifuge een rotor die draaibaar is aangebracht in een huis, een toevoerleiding voor het toevoeren van gas in de centrifuge, een leiding voor het ge- 25 scheiden produkt uit de centrifuge en een afvoerleiding voor het verarmde gas dat in de centrifuge gescheiden is, een inrichting voor het regelen van de stroom die in één of meer van deze leidingen is aan te brengen, waardoor de gasstroom wordt afgesloten of beperkt gedurende ongewone 30 omstandigheden. Begrepen moet worden dat de hierboven gebruikte uitdrukking "toevoer" betrekking heeft op een binnenkomend gasmengsel dat moet worden gescheiden; "produkt" en "afvoer" betrekking hebben op de uitgaande gasstromen, waarbij de 35 eerste verrijkt en de laatste verarmd is met een gewenst gas. Daarom is, in het geval van de scheiding van uraniumisotopen zoals hierboven vermeld, het produkt vergeleken

3 - 2 - met de toevoer verrijkt met uranium 235 en is hst afgevoerde verarmd. In een ongewone omstandigheid, zoals indien een centrifugemachine een storing ondergaat tijdens bedrijf, zodat 5 een plotselinge grote hoeveelheid licht gas wordt voortgebracht, sluit de inrichting voor het regelen van de stroom de gasstroom af en belet verspreiding van het lichte gas, welk lichte gas verdere "bedrijfsstoringen in aangrenzende centrifugemachines zou kunnen veroorzaken. De middelen voor 10 het regelen van de stroom kunnen bij voorkeur in de toevoerleiding worden geplaatst, aangezien dit een leiding is waarin de stromingsrichting verandert onder ongewone omstandigheden, zoals indien licht gas vervaardigd wordt door een machinestoring. Alternatief kunnen de middelen voor het 15 regelen van de stroom in de produkt- of afvoerleidingen worden aangebracht, waarin een plotselinge toename van de stroomsnelheid optreedt in een toestand van bedrijfsstoring. Volgens een tweede kenmerk van de onderhavige uitvinding omvat een centrifuge-installatie voor de scheiding van 20 gasvormige isotopen een aantal scheidingseenheden die in trappen met verschillende mate van verrijking van het produkt zijn aangebracht, waarbij elke scheidingseeriheid is voorzien van een inrichting voor het regelen van de stroom, die in één of meer gasleidingen die met scheidingseenheden 25 zijn verbonden, zijn aan te brengen. Elke afzonderlijke eenheid kan een centrifugemachine omvatten of kan een aantal centrifugemachines omvatten die zo zijn aangebracht, dat deze gemeenschappelijke toevoer-, produkt- en afvoerleidingen hebben. 30 Volgens een derde kenmerk van de onderhavige uitvinding omvat een inrichting voor het regelen van de stroom voor een gascentrifuge een fluldumdiode. Alternatief omvat een inrichting voor het regelen van de stroom voor een gascentrifuge een kogelklep, welke reageert op gas dat in een 35 buis stroomt, waarbij de kogelklep versperrend werkt voor de stroom in één richting in de buis, indien daarin een ongewone gasstroming plaats vindt. Bij voorkeur omvat de kogelklep een maaswerk voor het dragen van een kogel, welk maaswerk gasdoorlatend is. Bij voorkeur omvat de kogelklep 40 een steun voor de kogel, welke steun de kogel op zodanige

4 - 3 - wijze draagt, dat de gasstroom wordt geblokkeerd. Tijdens bedrijf kan de kogel op het gaas rusten indien de afsluiter open is en kan op de steun rusten indien de afsluiter gesloten is. 5 Volgens een vierde kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt voorzien in uranium of verbindingen daarvan, welke zijn verrijkt in een gascentrifuge van een voorgenoemde gascentrifuge-installatie. Voorkeursuitvoeringen van de onderhavige uitvinding 10 zullen nu slechts als voorbeeld worden beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: fig. 1 een schematisch aanzicht van een gascentrifuge is, fig. 2 een schematisch aanzicht van een centrifuge- 15 installatie is, fig. 3 een schematische verticale doorsnede van een eerste inrichting voor het regelen van de stroom is, fig. 4 een doorsnede III-III volgens fig. 3 is, fig. 5 een aanzicht overeenkomstig fig. 3 is, maar 20 waarin een schematische vorm van een tweede uitvoering van een inrichting voor het regelen van de stroom is getoond, fig, 6 een bovenaanzicht van een detail van fig. 5 is, en fig. 7 een schematisch aanzicht van een derde uitvoe- 25 ring van de inrichting voor het regelen van de stroom is. In fig. 1 is een huis voor een centrifuge in zijn geheel aangegeven met 1. Het huis kan een afzonderlijk huis zijn of het kan deel uitmaken van een blok, ïiat- een aantal andere centrifuges omvat. Een centrifugerotor is in zijn 30 geheel aangegeven met 2. De rotor omvat een pijp 3 en een bij het bodemeinde aangebracht deksel 4 en een bij het boveneinde aangebracht deksel 5. Een toevoerleiding voor de centrifuge is met 6 aangegeven, een produktleiding met 7 en een afvoerleiding met 8. Tijdens bedrijf van de centrifuge 35 wordt uraniumhexafluoride door de leiding 6 naar de centrifuge toegevoerd en gaat naar beneden door de ringvormige ruimte 9 in de ro.tor 2. De ringvormige ruimte 9 omvat ongeveer halverwege de langsas daarvan toevoeropeningen 10, waardoor uraniumhexafluoride naar de rotor kan worden toe- 40 gevoerd. De draaiing van de rotor wordt teweeggebracht door

5 - 4 - een motor 11. De rotor wordt gedragen door een onderste lager 12 en een bovenste lager 13. Een tegenstromende gasstroom binnen de rotor wordt veroorzaakt door het temperatuurverschil tussen de boven- en onderkant van de rotor. 5 Produktgas, dat wil zeggen gas dat met uranium 235 isotoop is verrijkt, wordt vanaf de bodem van de rotor door de schoep 14 weggeschept. De schoep 14 is verbonden aan de produktleiding 7. Afvoergas, dat wil zeggen gas dat is verarmd aan de uranium 235 isotoop, wordt uit de rotor ge-' 10 schept door een schoep 15. De schoep 15 staat in verbinding met de afvoerleiding 8. Het produktgas is de lichte fractie van het centrifugemengsel en het afvoergas is de zware fractie daarvan. Eén of meer van de toevoer-, produkt- en afvoerleidingen kunnen een inrichting voor het regelen van 15 de stroom 16 buiten de centrifuge en/of een inrichting voor het regelen van een stroom 17 binnen de centrifuge omvatten. Begrepen moet worden, dat elk van de stroombeperkende inrichtingen die hieronder worden beschreven, uitwisselbaar op de door 16 en 17 aangegeven plaatsen kunnen worden aan- 20 gebracht. In fig. 2 is een scheidingseenheid aangegeven met 20. De scheidingseenheid is een blok centrifugemachines (niet afgebeeld) zoals de machine die hierboven in samenhang met fig. 1 is beschreven. De scheidingseenheid heeft een toe- 25 voerleiding die is aangegeven met 21, een produktleiding aangegeven met 22 en een afvoerleiding aangegeven met 23. Een inrichting voor het regelen van een stroom 26 is in de toevoerleiding aangebracht, een inrichting voor het regelen van de stroom 24 in de produktleiding en een inrichting 30 voor het regelen van de stroom 25 in de afvoerleiding. In een centrifuge-installatie kan een aantal scheidingseenheden in trappen zijn aangebracht, en in fig. 2 zijn trappen aan de afvoerzijde van de scheidingseenheid 20 aangegeven met 28 en scheidingseenheden aan de produktzijde van de 35 scheidingseenheid 20 zijn aangegeven met 29. Andere typen centrifuge-installaties kunnen een veelheid van afzonderlijke centrifugemachines omvatten, die in trappen zijn aangebracht. In fig. 3 en 4 is een eerste uitvoering van een in- 40 richting voor het regelen van de stroom meer gedetailleerd

6 _ 5 - afgebeeld. De inrichting voor het regelen van de stroom volgens fig. 3 en 4 kan in elk van de toevoer-, produkt- en afvoerleidingen zoals hierboven is vermeld, worden aangebracht. Voor het uitleggen van de werking wordt aangenomen 5 dat de inrichting van fig. 3 en 4 in de toevoerleiding 6 van de hierboven in samenhang met fig. 1 beschreven centrifuge is aangebracht. De inrichting voor het regelen van de stroom omvat een afsluiterinrichting die een eerste buis heeft die is aangegeven met 30 en een tweede buis die is 10 aangegeven met 32. Een gasdichte baan wordt in de buizen 30 en 32 gevormd. Vier ophangpennen 33 dragen een ring 34 onder de buis 30. De ring 34 ondersteunt een schijf 35. De schijf 35 beeft een middellijn welke voldoende groot is om deze de buis 30 te doen blokkeren. Tijdens normaal bedrijf van de 15 afsluiterinrichting wordt gas van de buis 30 naar de buis 32 langs een baan die in hoofdzaak wordt aangegeven door de volle pijlen aangegeven met X, toegevoerd. Indien een ongewone toestand met een defect zou ontstaan om redenen die hieronder zullen worden verduidelijkt, zal de neiging tot 20 een omgekeerd gerichte gasstroom ontstaan, zoals door de onderbroken pijl Y is aangegeven. De massa per eenheid van oppervlak van de schijf 35 wordt zo gekozen, dat deze stroom in omgekeerde richting in staat is om de schijf 35 naar boven op te heffen, totdat deze een stand aanneemt die 25 is aangegeven met de onderbroken lijnen en verwijzingscijfer 36. Indien de schijf zich in deze stand bevindt, is de buis 30 afgesloten voor gas dat uit de buis 32 hierin tracht te stromen. Indien de normale omstandigheden van de gasstroom terugkeren, valt de schijf 35 door de werking van 30 de zwaartekracht in de met volle lijnen getoonde stand. De afsluiterinrichting volgens fig. 3 en 4 kan, zoals hierboven vermeld, ook gebruikt worden in de afvoerleiding. In deze toestand vindt de normale gasstroom in een richting die door de onderbroken pijlen Y wordt aangegeven, plaats. 35 In feite stroomt het gas langs een baan die is aangegeven door de streep-stippel-pijlen Z. In de afvoerleiding wordt de massa per oppervlakte-eenheid van de schijf 35 zo gekozen, dat de normale stromingsdruk in de leiding Z onvoldoende is om de schijf 35 in de stand die met 36 is aangegeven, 40 op te heffen. In een ongewone omstandigheid, zoals hieronder

7 - 6 - zal worden "beschreven, is er echter een plotselinge neiging tot uitstroming van gas door de afvoerleiding, zodat er een plotselinge toename van de gasstroom en dientengevolge van de druk plaatsvindt. Deze toename van de druk is voldoende 5 om de schijf 35 naar boven te heffen, totdat deze de stand die met 36 is aangegeven, aanneemt. Bijgevolg wordt de afvoerleiding in omstandigheden met een defect, afgesloten. In fig. 5 en 6 is een tweede uitvoering van een afsluiterinrichting getoond. In deze uitvoering bevindt zich 10 een gasdichte baan tussen een buis 40 en een buis 42, via een deel 41 met vergrote middellijn, welk deel schouders 43 verschaft. De schouders 43 verschaffen een steun voor een op te heffen schijf 44. De op te heffen schijf 44 heeft punten 45 welke op schouders rusten. Verder heeft de schijf 15 een straal die kleiner is dan die van de buis 42. Daarom is, indien de schijf 44 op de schouders 43 rust, een baan aanwezig voor het gas om van de buis 40 naar de buis 42 te stromen. Een dergelijke stroom zal in een richting die door de volle pijlen X is aangegeven, plaatsvinden. Een derge- 20 lijke stroom is de normale stroom. Echter t J in een ongewone toestand in de toevoerleiding, zal een omgekeerde stroom de neiging hebben plaats te vinden volgens een lijn die is aangegeven met de onderbroken lijnen Y, vanwege redenen die hieronder zullen worden verklaard en die hierboven zijn ge- 25 noemd, samenhangende met fig. 3 en 4. In deze ongewone toestand zal de schijf 44 naar een stand die gestippeld is weergegeven en is aangegeven met 46 naar boven worden gebracht. In deze stand wordt een buis 40 geblokkeerd, omdat de straal van de schijf 44 groter is dan de straal van de 30 buis 30. Daarom wordt de stroom in een richting aangegeven door Y belet. De massa per eenheid van oppervlak van de schijf 44 is zo gekozen, dat deze onder ongewone omstandigheden naar boven gebracht zal worden. Indien de afsluiterinrichting in de afvoerleiding is aangebracht, is de rich- 35 ting van een normale stroom zoals wordt aangegeven door Y, welke stroom in feite tegenovergesteld is aan die aangegeven door X. In een ongewone toestand neemt de gasstroom plotseling in aanzienlijke mate toe, zodat voldoende kracht wordt verschaft om de schijf 44 naar de stand die gestippeld 40 bij 46 is aangegeven, naar boven te brengen. Bijgevolg wordt

8 - 7 - de stroom in de richting Y "beperkt. In fig. 7 is een derde uitvoering van de afsluiterinrichting afgebeeld. De inrichting omvat een in hoofdzaak»n"-vormige pijp 70. De toevoer in de pijp 70 is aangegeven 5 met X. Bij het afvoereinde van de pijp 70 is een "bolvormig deel 71 verschaft. Het bolvormige deel 71 draagt een steun 72 voor een kogel 73. De steun 72 is gasdoorlatend, en omvat typisch een maaswerk. In het middelste deel van de buis 70 is een steun 74 voor de kogel 73 aangebracht, welke in 10 de werkzame stand gestippeld is afgebeeld, zoals hieronder zal worden uitgelegd. Tijdens bedrijf van de afsluiterinrichting stroomt het gas gewoonlijk door de pijp 70 zoals door de volle pijl is aangegeven. Br bevindt zich een ruimte om de kogel 73 en het afvoeruiteinde van de pijp waar het gas doorheen kan stromen en het gas kan dan door de steun 72 en van daar in de rotor stromen, indien de afsluiterinrichting in de toevoerleiding is aangebracht. Als echter het gas de neiging zou hebben in de omgekeerde richting te stromen, zoals met de onderbroken lijnen in de fig. 20 is aangegeven, dan wordt de kogel 73 in dè pijp 70 naar boven gebracht. Indien de kogel zich binnen de pijp 70 bevindt, wordt stroming in omgekeerde richting door de pijp belet. Indien de druk van de omgekeerde stroming zou blijven 25 voortbestaan, dan zal de kogel naar boven gaan door de pijp 70 en om een bocht, totdat deze een steun 74 bereikt. Op dit punt kan de kogel niet verder voortgaan en wordt de stroming geblokkeerd. Indien de kogel deze stand op de steun eenmaal heeft bereikt, wordt de machine van de gas- 30 toevoer afgesloten. Indien de kogel onbedoeld op de zitting zou komen, kan deze eenvoudig naar de normale stand worden teruggebracht door middel van, bijvoorbeeld, een magneet welke in de nabijheid van de pijp 70 zou kunnen worden bewogen om de kogel naar de normale stand terug te brengen. 35 Bij een juiste aanpassing van de afmetingen van de pijp 70 en het gewicht van de kogel 73 zou het terugbrengen naar de normale stand kunnen worden teweeggebracht door de normale druk van toegevoerd uraniumhexafluoride onder normale bedrijfsomstandigheden, indien en wanneer deze zouden moeten 40 worden hersteld. Dit komt omdat bij een werkende centrifuge

9 - 8 - een drukverschil aanwezig zal zijn om de kogel terug te bewegen, maar dit drukverschil niet aanwezig zal zijn "bij een centrifuge met een storing. De afsluiterinrichting van fig. 7 kan ook worden ge- 5 bruikt in de afvoerleiding, in welk geval de stroomrichting onder normale omstandigheden in een richting tegenovergesteld aan de richting die door de volle pijlen X wordt aangegeven, zal plaatsvinden. Normale stromingen en drukken zullen onvoldoende zijn om de kogel 73 in de pijp 70 naar 10 boven te brengen, omdat het gewicht en de afmetingen van een kogel en een pijp zodanig worden gekozen, dat deze toestand bestaat. Onder storingsomstandigheden, die hieronder zullen worden beschreven, zal echter een plotselinge toename van de gasstroom plaatsvinden en deze plotselinge toe- 15 name zal voldoende druk verschaffen om de kogel in de pijp en op zijn zitting naar boven te brengen. Bij gebruik van de afsluiterinrichting in de afvoerpijp, moet het terugbrengen naar de normale stand met gebruik van uitwendige middelen geschieden, zoals hierboven is uitgelegd, aange- 20 zien, zelfs onder normale omstandigheden, er geen stroming in een richting die door X is aangegeven, zal plaatsvinden. Tijdens normaal bedrijf van een centrifuge-installatie voor de verrijking van uraniumhexafluoride met de uranium 235 isotoop, zijn de gasstromen zoals hierboven beschreven 25 in samenhang met fig. 1. In een defecte toestand kan echter ook licht gas aanwezig zijn. Dit lichte gas kan onder bepaalde omstandigheden het atmosferische gas zijn dat in de centrifuge-installatie gelekt is, maar onder de meeste omstandigheden zal het als gevolg van een defect van een 30 centrifuge worden opgewekt. Het opwekken is een gevolg van een zodanige mechanische wisselwerking van snel bewegende delen van een beschadigde rotor met andere onderdelen van een centrifugesamenstel, dat wrijvingskrachten en warmte de neiging hebben het voortbrengen van lichte gassen te ver- 35 oorzaken. Indien lichte gassen zich zo ontwikkelen uit een defecte machine, ontstaat een plotselinge snelle uitstroming van een licht gas uit de machine. Het is vanwege de werkzaamheid van de installatie en het beletten van schade aan andere centrifugemachines belangrijk, dat enig licht 40 gas dat ontstaat door het defect van een centrifuge niet in

10 staat is om op ongeregelde wijze door de hele installatie heen te dringen, dat wil zeggen voldoende snel om in bedrijf zijnde machines op enige wijze, zoals door oververhitting, onstabiel te maken of te beschadigen, 5 Daarom kan het gebruik van stroom beperkende middelen zoals hierboven beschreven in één of meer van de toevoer-, produkt- en afvoerleidingen een belangrijke besparing voor de installatie betekenen, omdat snelle uitstroom van het gas, welke zou kunnen optreden uit een defecte centrifuge, 10 belet of beperkt wordt. Het defect van één centrifugemachine wordt dus niet naar andere aangrenzende machines, in bijvoorbeeld hetzelfde centrifugeblok, overgebracht. De inrichting volgens fig. 7, welke in de gesloten stand blijft, heeft ook in zoverre een voordeel, dat deze 15 het verlies aan druk in het systeem voor een defecte centrifuge zal beperken, wat een kleiner tussentraps buizenstelsel en een hogere verrijkingsgraad mogelijk zal maken. In het geval van de eerste twee uitvoeringen van de inrichtingen voor het regelen van de stroom zoals deze 20 hierboven zijn beschreven, zijn de bewegende delen zo ontworpen, dat de schijf niet kan omkantelen en vast kan slaan, noch kan weigeren het eind van de pijp te bedekken indien deze naar boven wordt gebracht. In sommige inrichtingen kunnen als diode werkende 25 organen voor vloeistof worden gebruikt als inrichtingen voor het regelen van de stroom. Uit de bovenstaande beschrijving blijkt dat de onderhavige uitvinding een verbeterde centrifuge, centrifugeinstallatie en middelen voor het regelen van de stroom 30 daarvoor verschaft

11 C O N C L U S I E S 1. Gascentrifuge omvattende een rotor die draaibaar is aangebracht in een huis, een toevoerleiding voor het toevoeren van gas aan de centrifuge, een leiding voor het gescheiden produkt uit de centrifuge en een afvoerleiding 5 voor het verarmde gas dat in de centrifuge afgescheiden is, met het kenmerk,, dat een inrichting voer het regelen van de stroom (16, 17) in één of meer van deze leidingen (6, 7, 8) is aan te brengen, waardoor de gasstroom wordt afgesloten of beperkt onder ongewone omstandigheden Gascentrifuge volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het middel voor het regelen van de stroom in de toevoerleiding (6) is aangebracht. Gascentrifuge volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het middel voor het regelen van de 15 stroom in de produktleiding is aangebracht. 4. Gascentrifuge volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het middel voor het regelen van de stroom in de afvoerleiding is aangebracht. 5. Centrifuge-installatie voor de scheiding van gas- 20 vormige isotopen, omvattende een aantal scheidingseenheden, welke in trappen met verschillende mate van verrijking van het produkt zijn aangebracht, met het kenmerk, dat elke scheidingseenheid (20) is voorzien van een inrichting voor het regelen van de stroom (24, 25, 26) die in één 25 of meer leningen voor de gasstroom (21, 22, 23) die met de scheidingseenheden zijn verbonden, is aan te brengen. 6. Inrichting voor het regelen van de stroom voor een gascentrifuge, met het kenmerk, dat deze een kogelafsluiter (73) omvat, welke reageert op gas dat in 30 een buis (70, 71) stroomt, waarbij de kogelafsluiter voor een stroming in de buis in een richting versperrend werkt indien een ongewone gasstroom daarin plaatsvindt. 7. Inrichting voor het regelen van de stroom volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de kogel- 35 afsluiter een maaswerk (72) voor het dragen van een kogel (73) omvat, welk maaswerk gasdoorlatend is. 8. Inrichting voor het regelen van de stroom volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de

12 kogelafsluiter een steun (74) voor de kogel omvat, welke steun de kogel op zodanige wijze draagt, dat de gasstroom wordt geblokkeerd. 9. Inrichting voor het regelen van de stroom voor een 5 gascentrifuge, met het kenmerk, dat deze een buis (30, 40) omvat, welke door een klep (35, 45) is af te sluiten, welke de leiding kan blokkeren indien een ongewone gasstroom plaatsvindt. 10. Uranium of verbindingen daarvan, met het 10 kenmerk, dat deze zijn verrijkt in een centrifuge volgens één van de conclusies 1 t/m 4 of in een centrifugeinstallatie volgens conclusie

13 ^ y

14 29 Fig

15 X Fig. 3. Fig A 36 M.1. w * y I -30 P? 33 \\ M ' z y z Fig. 5. X Fig

16 Fig. 7. I