JPH04310254A - 固液遠心分離機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、原子力発電プ
ラントの原子炉で使用された使用済み核燃料を溶解した
固体粒子を含有する被分離液から固体粒子と溶液（処理
液）とに遠心分離する固液遠心分離機に係り、特に、こ
の固液遠心分離機における制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電プラントの原子炉で
使用された使用済み核燃料の再処理手段では、使用済み
核燃料を溶解した硝酸溶液から不溶性の核分裂生成物の
固体微粒子を遠心分離によって分離して取出す固液遠心
分離機が採用されている。

【０００３】既に提案されているこの種の固液遠心分離
機は、図１０に示されるように構成されている。

【０００４】即ち、図１０において、貫通孔１ａを有す
る架台１の下部には、分離容器本体２が垂設されており
、この分離容器本体２の下部２ａには、被分離液の供給
管（廃液導入ノズル）３ａ及び洗浄ノズル３ｂが上記貫
通孔１ａの近傍へ延長して後述する回転容器１３内へ被
分離液を供給するように設けられている。又、上記分離
容器本体２の下端部２ｂには、固体（クラッド）の吐出
口４が設けられており、遠心分離された固体は、この吐
出口４から機外へ吐出するようになっている。さらに、
上記分離容器本体２の上部２ｃには、案内輪板５が処理
液を案内するように僅かに傾斜して取付けられており、
上記分離容器本体２の中程２ｄには、処理液受け皿部６
が形成されている。さらに又、この処理液受け皿部６の
一部には、排出口（処理液排出口）７が付設されており
、上記架台１上には、軸受台８ａが設けられている。又
、この軸受台８ａの上部には、軸受ハウジング８が設け
られており、この軸受ハウジング８には、駆動モータ９
が倒伏して設置されている。又、上記軸受台８ａ及び軸
受ハウジング８の上下部には、上下一対の転がり軸受１
０ａ、１０ｂが設けられており、この両転がり軸受１０
ａ、１０ｂには、回転軸１１が片持ちで回転自在に軸装
されている。さらに、この回転軸１１の上部１１ａには
、上記駆動モータ９の出力軸９ａがフレキシブルカップ
リング１２を介して連結されており、上記回転軸１１の
下部１１ｂには、フランジ１３ａを有する回転容器１３
が被分離液の上記供給管３ａ及び洗浄ノズル３ｂを囲む
ように軸着されている。さらに又、上記回転容器１３の
上部には、複数（図では４個）の吐出孔１４が処理液を
上記案内輪板５で案内するように放射状に穿設されてい
る。

【０００５】他方、上記軸受ハウジング８の内側と上記
回転軸１１の間には、緩衝バネとオイルダンパ（いずれ
も図示されず）が放射状に並行して取付けられており、
この緩衝バネとオイルダンパは、振動を受けた時、上記
回転容器１３と上記分離容器本体２との間に形成された
間隙の範囲内で上記回転容器１３の変位を抑制するよう
になっている。

【０００６】即ち、上記回転容器１３による回転軸１１
の一次固有振動モードは、軸受部１０ｂを零とし、球部
先端が最大変位となる振り子振動のモードである。この
一次固有振動モードの振動数は、バネのバネ定数の大き
さに左右されるけれども、通常、低速度域で通過させる
ため、数Ｈｚに設定することから、上記間隙の範囲内で
上記回転容器１３の変位を抑制するようになっている。

【０００７】従って、上述した固液遠心分離機は、運転
時、上記駆動モータ９を駆動すると、この駆動モータ９
の出力軸９ａに連結している回転軸１１がこれに軸着さ
れた回転容器１３と共に高速回転するから、予め、この
回転容器１３に上記供給管３ａから供給された被分離液
を固体（固形分）と処理液とに遠心分離し、ここで分離
された固体（クラッド）は上記回転容器１３のクラッド
出口１３ｂ及び上記吐出口４から流出するようになって
いる。

【０００８】他方、被分離液から遠心分離された処理液
は上記回転容器１３の処理液受け皿部６に一旦溜まるけ
れども、上記排出口（処理液排出口）７から機外へ排出
される。

【０００９】即ち、図１１に示されるように、被分離液
から遠心分離された処理液は上記回転容器１３の軸方向
へ移動し、この回転容器１３の天板とフランジ１３ａで
反射して振動する。つまり、波頭が天板側へ移動したと
き、一部の処理液は上記排出口（処理液排出口）７から
機外へ排出されるけれども、大部分の処理液は反射波と
して下方へ移動して、流体力を発生することが実験によ
り確認されている。

【００１０】さらに、図１２に示されるグラフは、回転
容器１３の回転速度と軸振動の周波数との関係をグラフ
に示したものであって、図１２に示されるグラフは、横
軸に回転速度、縦軸に各回転速度で発生する軸振動の周
波数を示したものであり、このグラフは、上述した固液
遠心分離機の運転時に生じた軸振動の周波数を示したも
のである。

【００１１】即ち、図１２に示されるように、回転速度
（ａ）領域では、流体が円周方向へ移動する（ｓ，ｋ）
＝（２、０）の成分と回転同期成分とが発生し、回転速
度（ｃ）領域では、流体が軸方向へ移動する（ｓ，ｋ）
＝（０、１）の成分と回転同期成分とが発生し、回転速
度（ｂ）領域では、回転速度（ａ）領域と（ｃ）領域の
両成分が発生して、大振動となるおそれがある。

【００１２】このように軸振動が大きくなる原因は、回
転容器１３で遠心分離された処理液によるものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した固液遠心分離
機は、上記回転容器１３内に溶液が溜まると、この溶液
の流体力により、上記回転軸１１の振動が発生し、この
振動は、通常の回転同期の振動に比べて非常に大きくな
り、運転不能の状態になるおそれがあるばかりでなく、
上記回転軸１１の振動が激しくなると、この回転軸１１
を支承する上記各軸受１０ａ、１０ｂが軸振動に比例し
て大きな反力を生じ、これに起因して、上記各軸受１０
ａ、１０ｂの寿命を大幅に短くするおそれがある。

【００１４】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、回転容器内における溶液の流体力による
回転軸の振動を積極的に抑制して、各軸受の寿命を長く
し固液遠心分離の運転効率の向上を図り、併せて、転が
り軸受の信頼性や安全性を図るようにした固液遠心分離
機を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、架台に排出口
を有する分離容器本体を垂設し、上記架台の軸受台に軸
受ハウジングを設け、この軸受ハウジングに回転軸を上
記架台を貫通して上記分離容器本体内へ片持ちで回転自
在に軸装し、この回転軸に吐出口を有する回転容器を軸
着し、上記分離容器本体に供給管を上記回転容器内へ被
分離液を供給するように配設し、上記回転容器内に周溝
を形成し、この周溝内に複数の仕切板を放射状に設け、
上記回転容器の下部に輪底筒部を形成したものである。

【００１６】

【作用】本発明は、回転容器が超高速で回転したとき、
この回転容器内の流体力による回転軸の振動を上記回転
容器内の周溝や複数の仕切板及び上記回転容器の下部に
形成された輪底筒部で積極的に抑制し、軸受の寿命を大
幅に長くし、軸受の信頼性及び安全性の向上を図るよう
にしたものである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図示のー実施例について説明
する。

【００１８】なお、本発明は、上述した具体例と同一構
成部材には、同じ符号を付して説明する。

【００１９】図１乃至図５において、符号１は、貫通孔
１ａを有する架台であって、この架台１の下部には、分
離容器本体２が垂設されており、この分離容器本体２の
下部２ａには、被分離液の供給管（廃液導入ノズル）３
ａ及び洗浄ノズル３ｂが上記貫通孔１ａの近傍へ延長し
て後述する回転容器１３内へ被分離液を供給するように
設けられている。又、上記分離容器本体２の下端部２ｂ
には、分離液の吐出口（排出口）４が設けられており、
遠心分離された固体（クラッド）は、この吐出口４から
機外へ吐出するようになっている。さらに、上記分離容
器本体２の上部２ｃには、案内輪板５が処理液（溶液）
を案内するように僅かに傾斜して取付けられており、上
記分離容器本体２の中程２ｄには、処理液受け皿部６が
形成されている。さらに又、この処理液受け皿部６の一
部には、排出口（処理液排出口）７が付設されており、
上記架台１上には、軸受台８ａが設けられている。又、
この軸受台８ａの上部には、軸受ハウジング８が設けら
れており、この軸受ハウジング８には、駆動モータ９が
倒伏して設置されている。又、上記軸受台８ａ及び軸受
ハウジング８の上下部には、上下一対の転がり軸受１０
ａ、１０ｂが設けられており、この両転がり軸受１０ａ
、１０ｂには、回転軸１１が片持ちで回転自在に軸装さ
れている。さらに、この回転軸１１の上部１１ａには、
上記駆動モータ９の出力軸９ａがフレキシブルカップリ
ング１２を介して連結されており、上記回転軸１１の下
部１１ｂには、回転容器１３が被分離液の上記供給管３
ａ及び洗浄ノズル３ｂを囲むように軸着されている。さ
らに又、上記回転容器１３の上部外周には、複数（図で
は４個）の吐出孔１４が処理液を案内輪板５で案内する
ように放射状に穿設されている。

【００２０】特に、図２乃至図４に示されるように、上
記回転容器１３の内には、上周溝２０ａと中周溝２０ｂ
が仕切輪堤２０ｃで区分して形成されており、この中周
溝２０ｂ内には、複数の仕切板２１が処理液の円周方向
への移動を規制するように放射状に設けられている。 又、上記回転容器１３の下部には、輪底筒部２２が形成
されており、この輪底筒部２２は、図６及び図７に示さ
れるように、被分離液から遠心分離された処理液が上記
回転容器１３の軸方向へ移動したとき、この回転容器１
３の天板と輪底筒部２２で反転して制振される。つまり
、波頭が天板側へ移動したとき、大部分の処理液は上周
溝２０ａに溜まり、しかる後、上記排出口（処理液排出
口）７から機外へ排出される。又、残りの僅かな処理液
は反射波として下方へ移動して上記輪底筒部２２へ当た
るけれども、この反射力は処理液の重力で抑制されて制
振される。

【００２１】他方、図５は上記回転容器１３の円周方向
の振動モードと軸方向の振動モードとの関係を示したも
のであって、上記回転容器１３の内部流体の自由表面の
形状を示したものであり、この図からも明らかなように
、複数の仕切板２１が処理液の円周方向への移動を規制
するように放射状に設けられているので、上記回転容器
１３の内の処理液の円周方向へ移動はなくなる。

【００２２】次に、本発明を数式により説明する。

【００２３】即ち、図６及び図７に示されるように、被
分離液から遠心分離された処理液が上記回転容器１３の
軸方向へ移動したとき、この回転容器１３の天板と輪底
筒部２２で反転して制振されるけれども、処理液が上記
仕切輪堤２０ｃを乗越えて上記上周溝２０ａへ移動する
とき、軸方向の振動の大きさは、軸系の固有振動数と流
体力の周波数との離調程度に左右されので、±２０％以
上離調する。

【００２４】つまり、上記処理液の変動周波数は、図８
（ａ），（ｂ）の符号を用いて、これを数式で示すと、
式１となる。

【００２５】

【数１】 但し、（ｊ、ｋ）：　　Ｌ区間の節数、ｋ区間での節数
ｊ、ｋ＝１、２、３、…… ｇ　　　　　　：遠心加速度　　　　ｇ＝Ｄ０　＋Ｄｉ
　／４×ω２　Ｌ　　　　　　：円周長　　　　　　　
　Ｌ＝Ｄ０　＋Ｄｉ　／２Ｎ×πＮ　　　　　　：仕切
板数 ｂ　　　　　　：容器長さ（軸方向の長さ）ｈ　　　　
　　：液深さ ωｎ　（ｊ、ｋ）：（ｊ、ｋ）節数での内部流体の変動
周波数（固有振動数）で発生していることが実験により
判った。

【００２６】この周波数は、回転座標系（回転している
軸と同期に回転している座標系）で観測されるものであ
り、これを静止座標系でみると、変動の周波数Ωｎ　は
、　　　　　　変動の周波数Ωｎ　（ｊ、ｋ）＝ω±ω
ｎ　（ｊ、ｋ）…………（２）である。

【００２７】又一方、図９に示されるように、上記軸受
台８の内側と上記回転軸１１の間には、緩衝バネ２３と
オイルダンパ２４が取付けられており、この緩衝バネ２
３とオイルダンパ２４は、振動を受けた時、上記回転容
器１３と上記分離容器本体２との間に形成された間隙の
範囲内で上記回転容器１３の変位を抑制するようになっ
ている。

【００２８】即ち、軸系の固有振動モードは、一次固有
振動モードａと二次固有振動モードｂの振動数をもって
おり、この各一次固有振動モードａと二次固有振動モー
ドｂに対しては流体の変動周波数Ωｎ　（ｊ、ｋ）を±
２０％以上に離調する構造にすることにより、軸系の応
答感度の小さい範囲で運転できると共に軸振動を低減す
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、架台
に排出口を有する分離容器本体を垂設し、上記架台の軸
受台に軸受ハウジングを設け、この軸受ハウジングに回
転軸を上記架台を貫通して上記分離容器本体内へ片持ち
で回転自在に軸装し、この回転軸に吐出口を有する回転
容器を軸着し、上記分離容器本体に供給管を上記回転容
器内へ被分離液を供給するように配設し、上記回転容器
内に周溝を形成し、この周溝内に複数の仕切板を放射状
に設け、上記回転容器の下部に輪底筒部を形成してある
ので、軸受の寿命を大幅に長くできるばかりでなく、軸
受の信頼性及び安全性の向上を図ることができると共に
、構成も簡素であるから、既設の装置にも組込むことが
できる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固液遠心分離機を示す断面図。

【図２】本発明の固液遠心分離機に組込まれる回転容器
の拡大断面図。

【図３】図２中の鎖線Ａ−Ａに沿う横断面図。

【図４】図２中の鎖線Ｂ−Ｂに沿う横断面図。

【図５】本発明の固液遠心分離機の回転容器の振動モー
ドを説明するための図。

【図６】本発明の固液遠心分離機の回転容器の作用を説
明するための図。

【図７】本発明の固液遠心分離機の回転容器の作用を説
明するための図。

【図８】（ａ），（ｂ）本発明の固液遠心分離機の回転
容器の数式を説明するための各図。

【図９】本発明の固液遠心分離機の回転容器の数式を説
明するための図。

【図１０】既に提案されている固液遠心分離機を示す断
面図。

【図１１】既に提案されている固液遠心分離機の回転容
器の作用を説明するための図。

【図１２】既に提案されている固液遠心分離機の回転速
度と軸振動の周波数との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１　　架台 ２　　分離器本体 ８ａ　　軸受台 ８　　軸受ハウジング １１　　回転軸 １３　　回転容器 １４　　吐出孔 ２０ａ　　上周溝 ２０ｂ　　中周溝 ２１　　仕切板 ２２　　輪底筒部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】架台に垂設された排出口を有する分離容器
   本体と、上記架台の軸受台に設けられた軸受ハウジング
   と、この軸受ハウジングに上記架台を貫通して上記分離
   容器本体内へ片持ちで回転自在に軸装された回転軸と、
   この回転軸に軸着された吐出口を有する回転容器と、上
   記分離容器本体に上記回転容器内へ被分離液を供給する
   ように配設された供給管と、上記回転容器内に形成され
   た周溝と、この周溝内に放射状に設けられた複数の仕切
   板と、上記回転容器の下部に形成された輪底筒部とを具
   備したことを特徴とする固液遠心分離機。