Для чего нужна центрифуга на двигателе?

В этой статье:

Лабораторная медицинская центрифуга: особенности, описание

Все научно-исследовательские медицинские центры и хорошие больницы оснащены лабораториями. Здесь персонал исследует анализы больных, придумывает что-то новое в области фармакологии и изучает те или иные болезни. Без лабораторных исследований было бы невозможно изучать новые недуги и бороться с ними.

В каждой лаборатории установлено различное оборудование. И лабораторная центрифуга – это девайс, без которого обойтись невозможно.

Что такое медицинская лабораторная центрифуга?

Любая лаборатория может работать полноценно только тогда, когда в ней есть оптимальный набор инструментов и приборов, которые готовы к регулярному использованию. Лабораторная центрифуга – это устройство, которое эксплуатируется в медицинской и научной практике ежедневно. задача данного прибора заключается в разделении веществ по плотности и консистенции при помощи центробежной силы. Так, вещества, обладающие максимальным удельным весом, помещаются в периферию, а фракции, обладающие минимальным удельным весом, становятся ближе к оси вращения.

В научной и медицинской практике разделять разнообразные жидкости на фракции при помощи лабораторных медицинских центрифуг приходится довольно часто. Жидкость помещают в специальный контейнер, и после включения устройства центрифуга начинает вращаться вокруг своей оси очень быстро. В итоге образуются однородные элементы – составляющие исходной жидкости.

Процесс центрифугирования — что это?

Центрифугирование – это процесс работы центрифуги. Он основан на законе физики о центробежной силе и позволяет максимально быстро разложить жидкости на составляющие, что невозможно, например, при отстаивании, фильтрации или отжиме. Чем больше скорость вращения ротора и чем выше интенсивность его оборотов, тем эффективнее работает устройство.

Лабораторные центрифуги с охлаждением или без него классифицируются:

На малоскоростные устройства, в которых частота работы ротора составляет 25 000 оборотов в минуту.
Скоростные агрегаты, обладающие скоростью вращения 40 000 оборотов в минуту.
Сверхскоростные центрифуги, в которых скорость вращения ротора свыше 40 000 оборотов в минуту.

Смеси, которые можно разделись на фракции с помощью центрифуги

Данное устройство предназначено для разделения таких биологических жидкостей, как кровь, моча, лимфа, материнское молоко. Эти вещества неоднородны, и при изучении анализов больного человека не избежать их легкого разделения при помощи лабораторной центрифуги.

Наиболее часто исследуют, конечно же, кровь человека. При помощи специальных центрифуг можно приготовить препараты крови, получить сыворотку крови, пригодную для переливания, и многое другое.

Кроме того, данный агрегат предназначен не только для разделения жидких веществ на составляющие, а и для отделения твердых фракций от жидкостей. Жидкости, в состав которых входят частицы разной степени тяжести, легко распределяются на составляющие при помощи центрифуги лабораторной. Это могут быть не только кровь или лимфа, но и различные суспензии.

Конструктивные особенности приборов

Вышеописанное оборудование представляет собой барабан, оснащенный отверстиями разного диаметра. Именно в них под различным углом устанавливаются пробирки с исследуемыми материалами. Довольно мощный мотор центрифуги и герметичная крышка позволяют обеспечить качественную и полноценную работу устройства.

Основное отличие центрифуг заключается в конструктивном исполнении. Оно может быть разным и зависит от того, в каких целях будет использовано данное оборудование в дальнейшем.

Основные элементы оборудования

Современные центрифуги, применяемые в лабораторной и медицинской практике, оснащены многими полезными функциями, например, такими как таймер, сменные насадки, регулятор скорости вращения устройства и другие. Но основные элементы неизменны, и это:

Корпус устройства и герметичная крышка.
Специальная рабочая камера, в которую помещаются пробирки.
Ротор.
Двигатель.
Пульт управления.
Блок питания.

Более дорогие модели могут быть оснащены дисплеем, датчиками, детекторным устройством, системой охлаждения, автоматической блокировкой крышки и т. д.

Традиционно при изготовлении корпуса и герметичной крышки производители используют нержавеющую сталь, полипропилен, алюминий, различные металлические сплавы. Это обеспечивает долговечность оборудования. Многие материалы, используемые при производстве данного оборудования, не поддаются воздействию агрессивной среды.

Классификация устройств

Центрифуги лабораторные и медицинские имеют свою классификацию. Поэтому необходимо с ней ознакомиться перед тем, как покупать данное устройство.

По типу агрегата их делят на общелабораторные, гематокридные и устройства, оснащенные системой охлаждения. Первый тип центрифуги является наиболее востребованным и распространенным. Второй предназначен для того, чтобы проводить исследования крови. Третьи позволяют охлаждать исследуемое вещество в процессе анализа.

Также устройства классифицируются по типу и объему рабочей посуды. Это могут быть: микроцентрифуги (настольные), агрегаты малого объема, центрифуги большого объема, напольные варианты, универсальные центрифуги.

Не стоит забывать и о функциях лабораторной центрифуги. Существуют аппараты, обладающие малой скоростью вращения, высокоскоростные агрегаты, центрифуги, в которых предусмотрено несколько функций, а также ультрацентрифуги.

Выбираем центрифугу?

Выбирая центрифугу для лабораторных и медицинских исследований, следует учитывать несколько факторов.

В первую очередь необходимо определиться, какие типы анализов будут проводиться при помощи данного оборудования. В области биохимии, гематологии, иммунохимии, цитологии применяются разные устройства с разными техническими характеристиками и рабочими режимами.

Далее нужно определить объемы будущих исследований и то, какие виды исходных материалов планируется использовать. Нелишним будет учесть и требования безопасности. Если планируется исследовать небольшие объемы веществ, то микроцентрифуги для этих целей будет достаточно.

Для небольшой или передвижной лаборатории нет необходимости приобретать громоздкое оборудование, ведь в таком случае объем исследований будет маленьким. Как правило, большие центрифуги оснащены массой дополнительных функций, которые, скорее всего, не будут задействованы. Незачем переплачивать лишнее. Компактная настольная лабораторная центрифуга будет идеальным решением в данной ситуации.

Так как ее размеры небольшие, она не будет мешать при проведении других исследовательских мероприятий. Для нее очень просто и легко обеспечить питание (подключается к обычной розетке).

Основные технические особенности, на которые стоит обратить внимание при подборе прибора этого класса — какие они?

Если вы решили приобрести центрифугу для проведения качественных лабораторных и научных исследований, то в первую очередь обращайте внимание не скорость вращения ротора. Обычно скорость вращения ротора в большинстве устройств лабораторного типа, например в лабораторной центрифуге ЦЛМН Р-10-02 и других, не превышает значения 3000 оборотов в минуту (если речь идет о настольных моделях). Практика показала, что наиболее востребованы сегодня центрифуги со скоростью в 4000 оборотов, так как для лабораторных условий такого значения достаточно.

Далее обратите внимание на дискретность – шаг, при помощи которого меняется частота вращения устройства. Чем он меньше, тем функциональнее центрифуга.

Тип ротора может быть горизонтальным или угловым.

Узнайте, сколько пробирок помещается за одну закладку в агрегат. Уточните допустимый объем пробирок.

Обратив внимание на вышеперечисленные технические характеристики, вы сможете выбрать оптимальное устройство по хорошей цене. Цена агрегатов обычно варьируется от 18 до 270 тысяч рублей.

Эти и подобные устройства используются где либо еще?

Производители лабораторных центрифуг постарались сделать их многофункциональными и с каждым годом выпускают все более усовершенствованные модели. Данный агрегат является незаменимым помощником в медицинской, химической, экспериментальной и даже промышленной лаборатории. Он позволяет максимально точно исследовать разнообразные составы веществ.

В нефтяной промышленности подобные аппараты используют при изучении углеводорода, а также при контроле качества дорожного покрытия. Также центрифуги применяются для обогащения руды и при производстве стиральных машин.

В сельскохозяйственной сфере центрифуги применяются для эффективной очистки зерна, выделения меда из пчелиных сот, отделения жира от молока.

Без центрифуги просто невозможно обойтись при делении изотопов в физике.

Источник: https://LabwareGuid.ru/2017/12/25/laboratornaya-medicinskaya-centrifuga-opisanie/

Центрифуги бурового раствора

Центрифуги, наряду с прочими средствами очистки, – гидроциклонами, виброситами, – предназначены для контроля твердой фазы в буровом растворе, а также для регенерации барита из утяжеленных буровых растворов и позволяют:

повысить степень очистки буровых растворов и тем самым сократить расход химических реагентов на приготовление и обработку буровых растворов;
многократно уменьшить объем избыточного бурового раствора, который образуется при бурении скважин в глинистых отложениях;
сократить расход долот и повысить механическую скорость бурения;
сократить расход баритового утяжелителя в результате его регенерации и многократного использования на этой же буровой.

Бесплатная консультация: +7(495) 505-68-66

Принцип работы

Центрифуга для бурения укомплектована цилиндроконическим барабаном, шнеком и приводом. Ротор- барабан и конвейер – шнек в процессе работы вращаются с разной скоростью. Это дифференциальное отклонение устанавливается редуктором и определяется особенностью поставленной задачи. При работе центрифуги, на буровой раствор, подаваемый в барабан, воздействует центробежная сила. Тяжелые частицы оседают на роторе, а затем шлам выводится из установки шнековым конвейером, подвергаясь обезвоживанию в конической его части. Очищенная жидкость может заново использоваться в циркуляционной системе.

Основные направления использования

Центрифуги получили высокое распространение в практике бурения за счет своей высокой очистной способности, а также высокой степени обезвоживания отделяемой твердой фазы (шлама). Кроме того, с помощью установок можно разделять (дифференцировать) осаждаемый осадок по крупности частиц, плавно изменяя скорость ротора центрифуги. Отсюда следуют два основных направления использования центрифуг при бурении на неутяжеленном и утяжеленном растворе.

Как работает система очистки бурвого раствора

Так при бурении на неутяжеленном растворе центрифуги используются в качестве четвертой (обычно последней) ступени очистки для финишного удаления из раствора мелких частиц (5-30мкм) выбуренной породы, которые песко- и илоотделители не улавливают. В результате шлам выделяется из раствора и утилизируется, а очищенный раствор возвращается в систему циркуляции. Хотя центрифуги обладают меньшей пропускной способностью, по сравнению с гидроциклонами, они удаляют до 40% выбуренной породы, чем существенно повышают очистную способность всей системы.

При бурении на утяжеленных растворах на водной и нефтяной основе центрифуги используются для регенерации дорогостоящего утяжелителя, проводящейся в два этапа. Сначала исходный продукт, подлежащий сбросу, пропускается через «медленную» центрифугу.

В установке утяжелитель (для осаждения которого нужна примерно вдвое меньшая скорость вращения ротора центрифуги) выделяется из раствора в виде текучей пульпы и возвращается в систему циркуляции. Мелкодисперсная выбуренная порода (глина) вместе с утяжелителем не оседает (скорости вращения ротора и, соответственно, фактора разделения для начала этого процесса не достаточно).

Далее насыщенный глиной раствор направляется в высокоскоростную центрифугу, где шлам выделяется и утилизируется. В систему же циркуляции компенсируется равное количество чистого разбавителя.

Профессиональная консультация

Область применения

Декантерные осадительные шнековые центрифуги используются для комплектации циркуляционных систем буровых установок. Они необходимы в процессе проведения безамбарного бурения, когда выбуренная порода, содержащая экологически вредные присадки, не складируется на месте, а подвергается обезвоживанию и вывозится на полигон. Центрифуги качественно справляются и с такой задачей, как уменьшение содержания глины в буровом растворе, за счет чего увеличивается скорость проходки и уменьшается разрыхление и размывание стенок скважины.
Основные клиенты компании, использующие центрифуги очистки бурового раствора на своем производстве:

Буровые компании ОАО «Славнефть»;
ОАО «Транснефть»;
ООО «Лукойл-Пермь»;
ООО «Красноленинскнефтегаз»;
ООО «Нова Энергетические Услуги»;
ЗАО «Инта нефть»;
ООО «Транстехноложди Тарко-Сале»;
ООО «Иждрилл-Хун-Хуа (г. Ижевск);
ООО «Л-Бурение» (г. Ижевск);
ЗАО «ПНБК» (г. Ижевск);
ЗАО «Нефтедобыча С» (г. Ставрополь);
ООО «Нефтегазмаш-Технологии» (г. Краснодар);
ООО «ПНК «Буртехмаш» (г. Краснодар);
ООО «Компания «Техномехсервис» (г. Краснодар).

Промышленные центрифуги для буровых растворов.

Декантер DK-350К, DK-350У
Чертеж центрифуги DK-350К, DK-350У	Расчётная произв-сть по суспензии, м3/ч:Ротор наибольший внутренний диаметр, мм:Наибольшее число оборотов в минуту:Наибольший фактор разделения:Отношение длины ротора к диаметру L/D:Угол конусности :Тип эл. Двигателя:Мощность, кВТ:Габариты (длина, ширина, высота)Масса, кг: без эл. двигателя:Масса, кг: общая (установки):Марка основного материала:	12356400031272,148В160М2УХЛ218,52400x750x1110870980Модель 350К: duplex,12Х18Н10Т Модель 350У: 09Г2C
Декантер DM-350К, DM-350У
Чертеж центрифуги DM-350К, DM-350У	Расчётная произв-сть по суспензии, м3/ч:Ротор наибольший внутренний диаметр, мм:Наибольшее число оборотов в минуту:Наибольший фактор разделения:Отношение длины ротора к диаметру L/D:Угол конусности :Тип эл. Двигателя:Мощность, кВТ:Эл. двигатель доп. привода мощность, кВТЭл. Двигатель доп.привода типГабариты (длина, ширина, высота)Масса, кг: без эл. двигателя:Масса, кг: общая (установки):Марка основного материала:	20356400031273,18В18052УЗ2211В132М2У22730x750x11109901200Модель 350К: duplex,12Х18Н10Т Модель 350У: 09Г2C
Декантер DL-350К-Стандарт/Про/Про-М/Смарт, DL-350У-Стандарт/Про/Про-М
Чертеж центрифуги DL-350К	Расчётная произв-сть по суспензии, м3/ч:Ротор наибольший внутренний диаметр, мм:Наибольшее число оборотов в минуту:Наибольший фактор разделения:Отношение длины ротора к диаметру L/D:Угол конусности :Тип эл. Двигателя:Мощность, кВТ:Эл. двигатель доп. привода мощность, кВТЭл. Двигатель доп.привода типГабариты (длина, ширина, высота)Масса, кг: без эл. двигателя:Масса, кг: общая (установки):Марка основного материала:	30356400031274,08АИММ200М23718,5АИММ160M2У23060x750x111012001560Модель 350К: duplex,12Х18Н10Т Модель 350У: 09Г2C
Трикантер DL-353К-TL, DL-353У-TL
Чертеж центрифуги DL-353К-TL, DL-353У-TL	Расчётная произв-сть по суспензии, м3/ч:Ротор наибольший внутренний диаметр, мм:Наибольшее число оборотов в минуту:Наибольший фактор разделения:Отношение длины ротора к диаметру L/D:Угол конусности :Тип эл. Двигателя:Мощность, кВТ:Эл. двигатель доп. привода мощность, кВТЭл. Двигатель доп.привода типГабариты (длина, ширина, высота)Масса, кг: без эл. двигателя:Масса, кг: общая (установки):Марка основного материала:	25356360025004,08АИММ200М23718,5АИММ160M2У23260x750x111012601620Модель 350К: duplex,12Х18Н10Т Модель 350У: 09Г2C

Преимущества

К преимуществам центрифуг очистки буровых растворов, предлагаемых нашей компанией, следует отнести:

надежность – детали и узлы, взаимодействующие с буровым раствором, выполнены с защитным покрытием;
автоматизацию – укомплектованность дополнительным оборудованием и системами управления, предусмотрена возможность управления с операторского пункта и включения в комплексную систему автоматизации предприятия;
высокую производительность и устойчивую работу с минимальным задействованием обслуживающего персонала;
безопасность – в комплексе управления установкой включена система автоматической защиты от перегрузок и аварийная сигнализация.
Технические возможности

Бесплатная консультация: +7(495) 505-68-66

По своим техническим параметрам центрифуги для очистки бурового раствора, предлагаемые нашей компанией, ничем не уступают аналогичным установкам импортного производства. Более детально с их основными характеристиками можно ознакомиться в нижеприведенных таблицах.

Наша компания реализует высокопроизводительные и надежные декантерные центрифуги и блоки на базе установок ОГШ для выполнения качественной очистки бурового раствора. Предлагаем демократичные цены и оперативное сервисное обслуживание.

Подробнее о стоимости центрифуг и запасных деталей к ним вы можете узнать, обратившись к менеджерам компании по телефону или заполнив соответствующую онлайн-форму на сайте.

Технические характеристики работы центрифуг на растворе представлены в таблице:

Блок на базе ОГШ 502К-21
Производительность по неутяжеленному раствору, куб/час:Производительность по утяжеленному раствору при плотности 1.4 -1.6 г/см3:Производительность по утяжеленному раствору при плотности 1.6-1.8 г/см3:Производительность по утяжеленному раствору при плотности 1,8-2,1 г/см3:Установленная мощность привода центрифуги, кВт:Установленная мощность привода насоса, кВт:Степень удаления глины в %:Частота вращения ротора центрифуги на утяжеленном растворе, об/мин:Частота вращения ротора центрифуги на неутяжеленном растворе, об/мин:Масса, кг:Производительность центробежного насоса ПН, м3/час:Чертеж блока на базе ОГШ 502К-21	18-204,3-5,42,8-4,32,3-3,6302,2не менее 8012001200-2300не более 350012,5-20
Блок на базе ОГШ 352К-06 (04)
Производительность по неутяжеленному раствору, куб/час:Установленная мощность привода центрифуги, кВт:Установленная мощность привода насоса, кВт:Степень удаления глины в %:Частота вращения ротора центрифуги на неутяжеленном растворе, об/мин:Масса, кг:Производительность центробежного насоса ПН, м3/час:	1015(18,5)2,2не менее 801750-2500110012,5-20
Блок на базе ОГШ 321К-01
Производительность по неутяжеленному раствору, куб/час:Установленная мощность привода центрифуги, кВт:Установленная мощность привода насоса, кВт:Степень удаления глины в %:Частота вращения ротора центрифуги на неутяжеленном растворе, об/мин:Масса, кг:Производительность центробежного насоса ПН, м3/час:	7112,2не менее 801750-250085012,5-20

Источник: https://www.centsys.ru/oblast-primeneniya/burenie-kontrol-tv-fazy-bur-go-rastvora.html

Система смазки и ее назначение

Система смазки (СС) предназначена для бесперебойной подачи масла к трущимся деталям дизеля с целью умешения трения и износа деталей, а также для отвода от них тепла и продуктов износа.

Система смазки дизеля комбнированая:

часть деталей смазывается под давлением , часть – разбрызгиванием. Под давлением масло подается к коренным и шатунным подшибникам коленвала, подшипникам распредвала, клапаному мех., втулкам промежуточной шестерни , к шестерни топливного насоса, а также топливному насосу и турбокомпрессору. Остальные детали дизеля – гильзы, поршни, кольца, поршневые пальцы, кулачки распредвала, толкатели, шестерни и др. смазываются маслом, вытекающим из подшипников и разбрызгиванием из картера дизеля.

К смазочной системе относятся: масляный насос с маслоприёмником, полнопоточная центрифуга, масляный радиатор, маслоканалы и маслопроводы. На дизеле еще установлен масляный фильтр для дополнительной фильтрации масла, поступающего в турбокрмпрессор.

Подшипники вала муфты сцепления и водяного насоса смазываются антифрикционной смазкой.

Масляный насос

Масляный насос служит для забора масла из крышки картера и подачи его к трущимся деталям.

Масляный насос шестеренчатого типа расположен в передней части картера и приводится во вращение от шестерни коленвала. на валике с помощью шпонки установлена шестерня привода масляного насоса, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней коленчатого вала дизеля. Валик ведущей шестерни вращается в двух втулках, одна из которых запрессована в корпус насоса, а другая – в крышку. Для обеспечения соосности опор валика ведущей шестерни корпус и крышка масляного насоса штифтуется совместно, поэтому перестановка крышки с одного корпуса в другой не допускается.

Ведущая шестерня насоса напрессована на валик в горячем состоянии. Распрессовка шестерни с валиком запрещена. Масло засасывается насосом через масллоприемник.

На корпусе насоса со стороны нагнетающего отверстия расположен предохранительный клапан, который предупреждает повышение давления масла в системе при пуске холодного дизеля, когда масло имеет повышенную вязкость.

Центрифуга

Для очистки масла на дизеле установлен фильтр – полнопоточная масляная центрифуга.

Основной частью центрифуги является ротор, вращающийся на оси. Ось установлена на роторе в корпусе центрифуги и имеет шлифованные шейки, из которых две являются опорами вращающегося ротора, а третья, средняя, служат для разделения полостей очищенного и неочищенного масла. Внутри оси выполнено ступенчатое сверление для подвода масла в полость ротора для установки маслоотводящей трубки.

Во время вращения ротора благодаря различным диаметрам верхней и нижней шеек оси возникает осевая сила которая несколько приподнимает ротор, в результате чего уменьшается трение в подпятнике нижний оси. Подъем ротора ограничивается шайбой закрепленной на оси гайкой. Сверху ротор закрыт стальным штампованным колпаком, который плотно прижимается к корпусу центрифуги гайкой.

Уплотнение стыка колпака с корпусом обеспечивается прокладкой.

Ротор центрифуги состоит из остова и крышки, отлитых из алюминиевого сплава. Герметичность между крышкой ротора и остовом достигается установкой резинового кольца. Ротор балансируют. Чтобы не нарушилась балансировка ротора при его разборке крышка фиксируется относительно остова с помощью установочного штифта. В бобышках остова ротора ввернуты две форсунки с калиброванными сопловыми отверстиями. В нижней части остова двумя винтами закреплен маслоотражатель и насадок, препядствующие смыву отложений со стенок ротора струей входящего масла.

В нижней части корпуса центрифуги размещен перепускной клапан, который при запуске холодного дизеля направляет поток масла в главную масляную магистраль, минуя центрифугу и радиатор, обеспечивая тем самым необходимое давление в системе.

На специальной площадке блок – картера установлен сливной клапан, которы поддерживает заданное давление в системе, пропуская избыток масла, подаваемый масляным насосом, в нижнюю крышку картера дизеля.

Масляный фильтр турбокомпрессора

Для дополнительной очистки масла, поступающего в ТКР на дизелях с турбонаддувом установлен масляный фильтр сетчатого типа, состоящий из литого чугунного корпуса, стального штампованного колпака и разборного фильтрующего элемента. В дно колпака ввернута и приварена шпилька, которая служит осью для фильтрующего элемента. На верхней конец шпильки навернута гайка, с помощью которой колпак с фильтрующим элементом крепится к корпусу.

Уплотнение стыка колпака с корпусом обеспечивается резиновой прокладкой. Фильтрующий элемент поджимается к корпусу пружиной и уплотняется двумя резиновыми кольцами. Масло из центрифуги по маслоподводящей трубки поступает в фильтр. Пройдя через отверстие сетчатого фильтра, дополнительно очищенное масло попадает во внутреннюю полость фильтрующего элемента, откуда по сверлению в корпусе фильтра и трубки подводится к подшипнику ТКР.

Источник: https://www.autoezda.com/elect/59-dvigok/1192-sistem-smazki.html

Разделение изотопов урана. Чем отличается газовая центрифуга от молочного сепаратора

Вот этот невзрачный серый цилиндр и является ключевым звеном российской атомной индустрии. Выглядит, конечно, не слишком презентабельно, но стоит понять его назначение и взглянуть на технические характеристики, как начинаешь осознавать, почему секрет его создания и устройства государство охраняет как зеницу ока.

Перед вами газовая центрифуга для разделения изотопов урана ВТ-3Ф (n-го поколения). Принцип действия элементарный, как у молочного сепаратора, тяжелое под воздействием центробежной силы отделяется от легкого. Так в чем же её значимость и уникальность?

Для начала ответим на другой вопрос — а вообще, зачем разделять уран?

Природный уран, который прямо в земле лежит, представляет из себя коктейль из двух изотопов: урана-238 и урана-235 (и 0,0054 % U-234).

Уран-238 — это просто тяжелый, серого цвета металл. Из него можно сделать артиллерийский снаряд, ну или… брелок для ключей. А вот, что можно сделать из урана-235? Ну, во-первых, атомную бомбу, во-вторых, топливо для АЭС. И вот тут мы подходим к ключевому вопросу – как разделить эти два, практически идентичных атома, друг от друга? Нет, ну действительно, КАК?!

Кстати: Радиус ядра атома урана -1.5 10-8 см.
Для того, чтобы атомы урана можно было загнать в технологическую цепочку, его (уран) нужно превратить в газообразное состояние. Кипятить смысла нет, достаточно соединить уран с фтором и получить гексафторид урана ГФУ.

Технология его получения не очень сложная и затратная, а потому ГФУ получают прямо там, где этот уран и добывают. UF6 является единственным легколетучим соединением урана (при нагревании до 53°С гексафторид непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное).

Затем его закачивают в специальные емкости и отправляют на обогащение.

UF6 является единственным легколетучим соединением урана (при нагревании до 53°С гексафторид непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное). Затем его закачивают в специальные емкости и отправляют на обогащение.

Немного истории

В самом начале ядерной гонки, величайшими научными умами, как СССР, так и США, осваивалась идея диффузионного разделения – пропускать уран через сито. Маленький 235-й изотоп проскочит, а «толстый» 238-й застрянет. Причем изготовить сито с нано-отверстиями для советской промышленности в 1946-м году было не самой сложной задачей.

Из доклада Исаака Константиновича Кикоина на научно-технического совете при Совете Народных Комиссаров (приведен в сборнике рассекреченных материалах по атомному проекту СССР (Ред. Рябев)): В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1 000 мм, т.е. в 50 раз большими длины свободного пробега молекул при атмосферном давлении. Следовательно, давление газа, при котором разделение изотопов на таких сетках будет происходить, должно быть меньше 1/50 атмосферного давления.

Практически мы предполагаем работать при давлении около 0,01 атмосферы, т.е. в условиях хорошего вакуума. Расчет показывает, что для получения продукта, обогащенного до концентрации в 90 % легким изотопом (такая концентрация достаточна для получения взрывчатого вещества), нужно соединить в каскад около 2 000 таких ступеней. В проектируемой и частично изготовленной нами машине рассчитывается получить 75-100 г урана-235 в сутки.

Установка будет состоять приблизительно из 80-100 «колонн», в каждой из которых будет смонтировано 20-25 ступеней».

Доклад Берии Сталину о подготовке первого атомного взрыва. Внизу дана небольшая справка о наработанных ядерных материалах к началу лета 1949-го года.

И вот теперь сами представьте – 2000 здоровенных установок, ради каких-то 100 грамм! Ну, а куда деваться-то, бомбы ведь нужны. И стали строить заводы, и не просто заводы, а целые города. И ладно только города, электричества эти диффузионные заводы требовали столько, что приходилось строить рядом отдельные электростанции.

На фото: первый в мире завод газодиффузионного обогащения урана К-25 в Ок-Ридже (США). Строительство обошлось в $500 млн. Протяженность U-образного здания около полумили.

В СССР Первая очередь Д-1 комбината №813 была рассчитана на суммарный выпуск 140 граммов 92-93 %-ного урана-235 в сутки на 2-х идентичных по мощности каскадах из 3100 ступеней разделения. Под производство отводился недостроенный авиационный завод в поселке Верх-Нейвинск, что в 60 км от Свердловска. Позже он превратился в Свердловск-44, а 813-й завод в Уральский электрохимический комбинат – крупнейшее в мире разделительное производство.

Уральский электрохимический комбинат – крупнейшее в мире разделительное производство.

И хотя технология диффузионного разделения, пусть и с большими технологическими трудностями, но была отлажена, идея освоения более экономичного центрифужного процесса не сходила с повестки дня. Ведь если удастся создать центрифугу, то энергопотребление сократится от 20 до 50 раз!

Как устроена центрифуга?

Устроена она более чем элементарно и похожа на старую стиральную машину, работающую в режиме «отжим/сушка». В герметичном кожухе находится вращающийся ротор. В этот ротор подается газ (UF6 ). За счет центробежной силы, в сотни тысяч раз превышающей поле тяготения Земли, газ начинает разделяться на «тяжелую» и «легкую» фракции.

Легкие и тяжелые молекулы начинают группироваться в разных зонах ротора, но не в центре и по периметру, а вверху и внизу. Это возникает из-за конвекционных потоков – крышка ротора имеет подогрев и возникает противоток газа. Вверху и внизу цилиндра установлены две небольших трубочки – заборника. В нижнюю трубку попадает обедненная смесь, в верхнюю – смесь с большей концентрацией атомов 235U.

Эта смесь попадает в следующую центрифугу, и так далее, пока концентрация 235-го урана не достигнет нужного значения. Цепочка центрифуг называется каскад.

Как устроена центрифуга?

Технические особенности

Ну, во-первых, скорость вращения у современного поколения центрифуг достигает 2000 об/сек (тут даже не знаю с чем сравнить…в 10 раз быстрее, чем турбина в авиадвигателе)! И работает она без остановки ТРИ ДЕСЯТКА лет! Т.е. сейчас в каскадах вращаются центрифуги, включенные еще при Брежневе! СССР уже нет, а они все крутятся и крутятся. Не трудно подсчитать, что за свой рабочий цикл ротор совершает 2 000 000 000 000 (два триллиона) оборотов. И какой подшипник это выдержит? Да никакой! Нет там подшипников.

Сам ротор представляет из себя обыкновенный волчок, внизу у него прочная иголка, опирающаяся на корундовый подпятник, а верхний конец висит в вакууме, удерживаясь электромагнитным полем. Иголка тоже непростая, сделанная из обычной проволоки для рояльных струн, она закалена очень хитрым способом (каким – ГТ). Нетрудно представить, что при такой бешеной скорости вращения, сама центрифуга должна быть не просто прочной, а сверхпрочной.

Вспоминает академик Иосиф Фридляндер: «Трижды вполне расстрелять могли.

Однажды, когда мы уже получили Ленинскую премию, случилась крупная авария, у центрифуги отлетела крышка. Куски разлетелись, разрушили другие центрифуги. Поднялось радиоактивное облако. Пришлось всю линию останавливать — километр установок! В Средмаше центрифугами командовал генерал Зверев, до атомного проекта он работал в ведомстве Берии. Генерал на совещании сказал: «Положение критическое. Под угрозой оборона страны. Если мы быстро не выправим положение, для вас повторится 37-й год». И сразу совещание закрыл.

Придумали мы тогда совершенно новую технологию с полностью изотропной равномерной структурой крышек, но требовались очень сложные установки. С тех пор именно такие крышки и производятся. Никаких неприятностей больше не было. В России 3 обогатительных завода, центрифуг — многие сотни тысяч.»

На фото: испытания первого поколения центрифуг.

Корпуса роторов тоже поначалу были металлические, пока на смену им не пришел… углепластик. Легкий и особопрочный на разрыв, он является идеальным материалом для вращающегося цилиндра.

Вспоминает Генеральный директор УЭХК (2009-2012) Александр Куркин: «Доходило до смешного. Когда испытывали и проверяли новое, более «оборотистое» поколение центрифуг, один из сотрудников не стал дожидаться полной остановки ротора, отключил ее из каскада и решил перенести на руках на стенд. Но вместо движения вперед, как не упирался, он с этим цилиндром в обнимку, стал двигаться назад. Так мы воочию убедились, что земля вращается, а гироскоп, это великая сила.»

Кто изобрел?

О, это загадка, погружённая в тайну и укутанная неизвестностью. Тут вам и немецкие плененные физики, ЦРУ, офицеры СМЕРШа и даже сбитый летчик-шпион Пауэрс. А вообще, принцип газовой центрифуги описан еще в конце 19-го века. Ещё на заре Атомного проекта инженер Особого конструкторского бюро Кировского завода Виктор Сергеев предлагал центрифужный метод разделения, но сначала его идею коллеги не одобряли.

Параллельно над созданием разделительной центрифуги в специальном НИИ-5 в Сухуми бились учёные из побеждённой Германии: доктор Макс Штеенбек, который при Гитлере работал ведущим инженером Siemens, и бывший механик «Люфтваффе», выпускник Венского университета Гернот Циппе. Всего в группу входило около 300 «вывезенных» физиков.

Вспоминает генеральный директор ЗАО «Центротех-СПб» ГК «Росатом» Алексей Калитеевский: «Наши специалисты пришли к выводу, что немецкая центрифуга абсолютно непригодна для промышленного производства.

В аппарате Штеенбека не было системы передачи частично обогащённого продукта в следующую ступень. Предлагалось охлаждать концы крышки и замораживать газ, а потом его разморозить, собрать и пустить в следующую центрифугу. То есть, схема неработоспособная. Однако в проекте было несколько очень интересных и необычных технических решений. Эти «интересные и необычные решения» были соединены с результатами, полученными советскими учёными, в частности с предложениями Виктора Сергеева.

Условно говоря, наша компактная центрифуга — на треть плод немецкой мысли, а на две трети — советской». Кстати, когда Сергеев приезжал в Абхазию и высказывал тем же Штеенбеку и Циппе свои мысли по поводу отбора урана, Штеенбек и Циппе отмахнулись от них, как от нереализуемых.

Итак, что же придумал Сергеев?

А предложение Сергеева заключалось в создании отборников газа в виде трубок Пито. Но доктор Штеенбек, съевший зубы, как он считал, на этой теме, проявил категоричность: «Они станут тормозить поток, вызывать турбулентность, и никакого разделения не будет!» Спустя годы, работая над мемуарами, он об этом пожалеет: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас! Но мне она в голову не приходила…».

Позже, оказавшись за пределами СССР, Штеенбек центрифугами больше не занимался.

А вот Геронт Циппе перед отъездом в Германию имел возможность ознакомиться с опытным образцом центрифуги Сергеева и гениально простым принципом ее работы. Оказавшись на Западе, «хитрый Циппе», как его нередко называли, запатентовал конструкцию центрифуги под своим именем (патент №1071597 от 1957 года, заявлен в 13 странах). В 1957 году, переехав в США, Циппе построил там работающую установку, воспроизведя по памяти опытный образец Сергеева.

И назвал ее, отдадим должное, «Русской центрифугой».

Кстати, русская инженерная мысль проявила себя и в многих других случаях. В качестве примера можно привести элементарный аварийный запорный клапан. Там нет датчиков, детектеров и электронных схем. Там есть только самоварный краник, который своим лепестком касается станины каскада. Если что не так, и центрифуга меняет свое положение в пространстве, он просто поворачивается и закрывает входную магистраль. Это как в анекдоте про американскую ручку и русский карандаш в космосе.

Переехав в США, Циппе построил там работающую установку, воспроизведя по памяти опытный образец Сергеева. И назвал ее «Русской центрифугой».

Наши дни

На этой неделе автор этих строк присутствовал на знаменательном событии – закрытии российского офиса наблюдателей министерства энергетики США по контракту ВОУ-НОУ.

Эта сделка (высокообогащенный уран – низкообогащенный уран) была, да и остается, крупнейшим соглашением в области ядерной энергетики между Россией и Америкой. По условиям контракта, российские атомщики переработали 500 тонн нашего оружейного (90%) урана в топливный (4%) ГФУ для американских АЭС. Доходы за 1993-2009 годы составили 8,8 млрд.

долларов США. Это стало логическим исходом технологического прорыва наших ядерщиков в области разделения изотопов, сделанного в послевоенные годы.

На фото: каскады газовых центрифуг в одном из цехов УЭХК. Здесь их около 100 000 шт.

Благодаря центрифугам мы получили тысячи тонн относительно дешевого, как военного, так и коммерческого продукта. Атомная отрасль, одна из немногих оставшихся (военная авиация, космос), где Россия удерживает непререкаемое первенство. Одних только зарубежных заказов на десять лет вперед (с 2013 года по 2022 год), портфель «Росатома» без учета контракта ВОУ-НОУ составляет 69,3 миллиарда долларов. В 2011 году он перевалил за 50 миллиардов.

На фото склад контейнеров с ГФУ на УЭХК.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://naukatehnika.com/gazovaya-centrifuga-dlya-razdeleniya-izotopov-urana.html