DE2132140A1 - Elektrische Tiefsttemperaturleitung - Google Patents

Description

Priorität vom 30. Juni 1970 in Frankreich Anmeldung Nr. E.N. 70 24.202

Die Erfindung betrifft eine elektrische Tiefsttemperaturleitung mit einer kalten Einschließlung zur Beförderung eines Tiefβttemperaturkältemittels, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und mindestens einen durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel abkühlbaren elektrischen Leiter enthält, und mit einer warmen Umschließung, in deren Inneren im Abstand Ύοη ihr die kalte Umschließung angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der kalten und der warmen Umschließung als VärmeisoIierraum dient.

Unter elektrischer Tiefsttemperaturleitung ist im vorliegenden Falle eine elektrische Leitung au verstehen, die

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ein oder mehrere elektrische Kabel aufweist, welche mittels eines geeigneten Tiefsttemperaturkältemittels, z.B. flüssigem Helium auf sehr tiefe Temperaturen gekühlt sind, damit ihr Widerstand entweder 0 oder sehr niedrig ist bzw. die Kabel sich im Zustand eines Supraleiters befinden, um Ströme starker Intensität über lange Strecken transportieren zu können. Diese Tiefsttemperaturleitungen bestehen im allgemeinen aus mehreren Einschließungen, die ineinander montiert sind und deren4rste innere Einschließung in kaltem

Zustand in ihrem Inneren das bzw· die elektrischen Kabel

die enthält, während die zweite äußere EinSchließung ist und wobei jede zwischengeschaltete Einschließung die Rolle der warmen Einschließung für die darin enthaltene Einschließung und die Rolle der kalten Einschließung für die Einschliessung spielt, in der sie enthalten ist.

Man hat vorgeschlagen, jede kalte Einschließung in Inneren jeder warmen Einschließung durch ein Kabeltraggestell zu stützen, das transversal zu der Längsrichtung der kalten und warmen Einschließungen angeordnet ist. Wenn auch diese Art der Abstützung relativ befriedigend ist, so besitzt sie doch erhebliche Mängel.

Wenn jede kalte Einschließung Metallwände ve» einem nicht zu vernachlässigenden Dehnungskoeffizienten aufweist, zieht sich diese Einschließung in erheblichem Maße zusammen, sobald sie auf Kälte geschaltet wird. Daraus ergibt sich zwangsläufig eino beträchtliche Längsverlagerung jeder kal-

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ten Einschließung gegenüber jeder warmen Einschließung, deren Wände sich viel weniger zusammenziehen. Jede kalte Einschließung besitzt einen erheblichen Reibungekoeffizienten gegenüber jedem Kabel des sie tragenden Gestellest Die kalten Einschließungen sind von innen nach außen betrachtet zu der Tiefsttemperaturleitung immer schwerer und die industriell erhaltenen Oberflachenzustände sind ziemlich rauh und besitzen, bedingt insbesondere durch die Schweißraupen zahlreiche Unebenheiten. Infolgedessen ist es unvermeidbar, daß jede kalte Einschließung durch Wärmekontraktion bei ihrer Verlagerung die Stützbögen der verschiedenen Kabel des Traggestelles mitnimmt, die alsdann eine Lage einnehmen, die mit der Senkrechten einen Winkel bildet. Jede Värmekontraktion einer kalten Einschließung bringt also allge* mein eine senkrechte Verlagerung der letzteren mit sich. Daraus ergibt sich eine gewisse Anzahl von nachteiligen Folgen für den Gesamtaufbau der Tiefsttemperaturleitung.

Da eine kalte Einschließung immer mehr oder weniger starr an einer Stelle oder mehreren Stellen an ortsfeste Abstütz- oder Anschlußbauteile festgelegt ist, ergeben sich daraus erhebliche Biegebeanspruchungen für diese auf dem Niveau dieser verschiedenen Verbindungsstellen sowie eine gewisse Materialermüdung. Diese Biegebeanspruchungen sind schädlich für die Funktion der vorgesehen Tiefsttemperaturleltungen. Im Falle einer luft-

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leeren kalten Einschließung können diese einerseits eine Zerstörung des Vakuums mit sich bringen» andererseits besteht im Falle einer von einem Tiefsttemperaturkältemittel durchflossenen kalten Einschließung die Gefahr des Leokens·

Außerdem ist eine Anhebung der kalten Einschließung im Inneren der warmen Einschließung nicht verträglich mit der ™ Verwendung eines Isolierpulvers. Sobald sich nämlich die kalte Einschließung in der warmen Einschließung anhebt, fließt das Isolierpulver zwangsläufig in den Hohlraum, der. durch die senkrechte Verlagerung der kalten Einschliessung erzeugt worden ist· Infolgedessen häuft sich im Lauf der Zeit in-folge wiederholter Kai te einschal tungen das Isolierpulver allmählich unter der kalten Einschließ/ung an, und letztere verlagert sich senkrecht zu ihrer Ausgangsstellung, in die sie nicht mehr zurückfinden kann·

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend dargelegten Mangel zu beheben·

Die Erfindung betrifft eine elektrische Tiefsttemperaturleitung mit einer kalten Einschließung su Beförderung eines Tiefsttemperatürkalt«mittels, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und mindestens einen durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel abkühlbaren elektrischen

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Leiter enthält^ und mit einer warmen Einschließung im Inneren der kalten Einschließung in einem Ab et and von dieser, wobei der Raum awlsehen der kalten und der warmen Einschließung als Värmeisolierraum dient, und ferner mit einem Kabeltraggestell, das um ein Kabel angeordnete Wälzlager, auf denen die kalte Einschließung ruht, und auf mindestens einem Teil des Kabelquerschnittes, auf dem die Wälzlager angeordnet sind, Festlegungeeinrichtungen aufweist.

Vorzugsweise bestehen die Wälzlager aus mindestens einem Rollenkörper, der die Form eines Rotationskörpers um die Achse der Bohrung besitzt, mittels der der Körper auf ein Kabel des Traggestelles aufgezogen ist. Vorteil·» hafterweise sind die Wälzkörper durch Querstreben voneinander getrennt, die am Kabelumfang angreifen; eine solche Querstrebe hat eine über das Kabel hinausreichende

die radiale Abmessung* höchstens gleich der radialen Messung der Wälzkörper wd diesem Kabel aus ist, und eine solche Querstrebe besitzt einen kleinen Reibungskoeffizienten gegenüber den zwei Wälzkörpern.

Die Vereinigung der PeStiegungeeinrichtungen und der Wälzlager gemäß der Erfindung gestattet daher die Reibung zwischen Kabel und kalter Einschließung im wesentlichen auszuschalten und iie durch die Reibung zwischen Kabel und Wälzkörper zu ersetzen, die praktisch gegenüber

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der ereteren vernachlässigt werden und noch durch eine Oberflächenbehandlung oder Wahl geeigneten Materials verbessert werden kann. Diese Kombination gestattet daher auch die Verlagerung jeder kalten Einschließung gegenüber jeder warmen Einschließung durch Verdrehung der Wälzkörper, um die Kabel des Traggestelles vollständig zu kompensieren.

Bei Schaltung auf Kälte zieht sich die kalte Einschließung thermisch zusammen, ohne die Verlagerung der Kabel in senkrechter Beziehung und damit eine erhebliche Biegeoder Ermüdungsbeanspruchung der kalten Einschließung herbeizuführen. Bei mehreren ineinanderliegenden Einschlies- ~ stangen gleiten diese in bezug zueinander bei Sohaltung auf Kälte ohne schädliche Folge für den Aufbau der Tiefsttemperaturleitung.

Die Erfindung bietet außerdem gewisse zusätzliche Vorteilet Die Stützkabel können lediglich nach Maßgabe der Gewichte dimensioniert werden, die sie aufnehmen und brauchen nicht gleichzeitig zusätzliche Zugbeanspruchungen in Rechnung zu stellen, die während der Kaltschaltung der Tiefattemperaturleitung ausgeübt werden. Der Querschnitt wird daher kleiner.

Die von der Erfindung angewandte Art der Abstützung ist vollkommen verträglich mit einer pulverförmigen Yärmeiso-

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lierung; denn da die Kabel ortsfest sind, ist die Einschließung lediglich in Längsrichtung beweglich. Die Tiefettemperaturleitungen nach der Erfindung sind besonders einfach zu bauen und in Betrieb zu setzen·

Nachstehend werden zwei vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beispielshafcer unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Schnitt nach Linie B-B der Fig. 2 eine Tiefsttemperaturleitung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt teilweise geschnitten nach Linie A-A der Fig. 1 einen Teil dieser Tiefsttemperaturleitung.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab/einen Schnitt durch eine Einzelheit der Fig. 1,

Fig. k zeigt in einem Teillängsschnitt eine andere Ausführungsform einer Tiefsttemperaturleitung nach der Erfindung.

Die Leitung gemäß der Erfindung nach Fig. 1 bis 3 ist symmetrisch in bezug auf eine Vertikalebene und erstreckt sich im wesentlichen in horizontaler Richtung. Sie besitzt eine äußere oder warme metallische Einschließung 1 von U-förmige« Querschnitt, die sich in horizontaler Richtung erstreckt; in deren Inneren befindet sich ±m Abstand

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von ihr eine kalte oder innere metallische Einschließung 2, welche die Form eines in senkrechter Richtung erstrackten Zylinderrohreβ hat. Die kalte Einschließung enthält einen oder mehrere hohle elektrische Leiter 20, die in ein Tiefsttemperaturkältemittel, wie fLtbsiges Helium eingetaucht sind und dadurch gekühlt werden; das Kältemittel zirkuliert im Inneren der kalten. Einschließung· Die warme Einschließung 1 ist durch einen aufgesetzten Deckel 3 verschlossen} der in dichter Weise auf den Flanschen h dieser Einschließung befestigt ist· Der zwischen der warmen Einschließung 1 und der kalten Einschließung 2 befindliehe Raum ist mit einem pulverförmigen Wärmeisoliermittel 5 gefüllt.

Die kalte Einschließung wird innerhalb der warmen Einschließung von einem Traggestell aus Kabeln getragen, die mit dem dargestellten Kabel 6 identisch und mittels Einhangeringen 7 an Ösen 8 eingehängt sind, die an hoohlie-P genden Punkten der warmen Einschließung 1 angeschweißt sind. Jedes Kabel 6 ist mit einer Schicht 19 aus PoIytetrafluorftthylen überzogen·

Im unteren Teil jedes Kabels 6 sind Metallkugeln 9 mit einem an seinen beiden Enden leicht aufgeweiteten diametralen Bchtioch auf das Kabel 6 aufgeschoben· Die kalte Einschließung 2 ruht unmittelbar auf diesen Kugeln 9. Ebenfalls auf das Kabel 6 aufgesogene Abstandsscheiben

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trennen die Kugeln 9 voneinander· Die Scheiben 10 bestehen aus einem Material, das einen kleinen Reibungskoeffizienten zu den Kugeln 9 hat und besitzen eine höchstens gleiche radiale Abmessung wie die Radialabmessung der Kugel 9· Sie stehen daher allgemein nicht im Kontakt mit der kalten Einschließung 2. Die Kugeln 9 und die Scheiben 10 sind in einer Reihe dioht aneinandergesetzt, und jede Kugel steht in Kontakt mit zwi Scheiben 10. An jedem Ende der Reihe angebrachte Gegenhalter 11 blockieren die Kugeln 9 in Längsrichtung des Kabels 6.

Halteseile 12 und 13, die ein V miteinander bilden, sind an einem tiefen Punkt jedes Kabels angebracht und in Ringe 14 und 15 eingehängt, die am unteren Teil der wärmen Einschließung 1 angeschweißt sind. In diese Ringe 14 und 15 greifen die Seile 12 und 13 mittels Einhängeringen 16 und 17 ein. Diese Seile dienen dazu, den nutzbaren Querschnitt jedes Kabels 6, auf den die Kugeln 9 und Scheiben 10 aufgezogen sind, vollständig festzulegen. Die Seile 12 und 13 sowie das Kabel 6 sind in ihrer Länge mittels Stelleinrichtungen 18 regelbar. Infolgedessen lassen sich alle Kabel 6 auch bei einer eventuellen unrunden Form der kalten Einschließung 2 tragen·

Beispielehaber bestehen die Kabel 6 aus Seilfäden aus rostflalem Stahl, die Kugeln9 aus Bronze und die Scheiben 10 aus Polyt·trafluoräthylen. Vas di· kalten und warmen

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Einschließungen 1 und 2 betrifft, werden sie allgemein aus rostfreiem Stahl gefertigt.

Bei aufeinanderfolgender Schaltung auf Kälte oder Viadererwärmung zieht sich die kalte Einschließung 2 zusammen oder dehnt sich in Längsrichtung aus. Diese Verlagerungen gegenüber der warmen Einschließung 1 werden durch Drehung der Kugeln 9 um die Stützkabel 6 gesichert und letztere behalten ihre vertikale Lage aufgrund der Seile 12 und 13. Während dieser Verl age rungaa können die Kugeln sich infolge der Scheiben 10 aus Polytetrafluoräthylen leicht gegeneinander verdrehen. Sie drehen sich auch sehr leicht um das Kabel 6, das von einer Hülle 1? aus Polytetrafluoräthylen umgeben ist (siehe Fig. 3)· Infolge der Anordnung der Gegenhalter 11 an Jedem Ende der Kugelreihe 9 können die Kugeln auch nicht unter dem Einfluß des Gewichts der kalten Einschließung 2 längs des Kabels 6 aufsteigen.

Die Tiefsttemperaturleitung gemäß Fig. h unterscheidet sich von derjenigen nadiFig. 1-3 lediglich durch die Mittel^ die zur Festlegung des Nutas-ab-schnittes Jedes Kabels 6 des Traggesteiles verwendet sind. Gemäß Fig. k ist die Länge jedes Kabels 6 auf seinen nutzbaren Abschnitt begrenzt, d.h. auf den Abschnitt, auf dem die Kugeln 9 und die Sohelben 10 aufgesetzt sind. Jedes Ende eines Kabels 6 des Gestelles ist in swei Seile 23 eingehängt, die miteinander ein V bilden. Die Seile 23 sind

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mittels Einhängeringen 22 an Ösen 21 angebracht, die an hochliegenden Stellen der warmen Einschließung 1 angeschweißt sind. Die Seile 23 sind mittels Stelleinrichtungen 18 in ihrer Länge regelbar. Bei der Ausführungsform nach Fig. k ist es überflüssig, am Boden der warmen Einschließung unter der kalten Einschließung, also an

Stelle einer im allgemeinen schwierig zugänglichen/Spannseile zu befestigen und einzustellen.

An den vorstehend beschriebenen Tiefsttemperaturleitungen können viele Abänderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Eherseits können die Wälzkörper aus zylindrischen Rollen bestehen oder JAde andere Form eines Rotationskörpers haben. Andererseits können ungekehrt zu der vorstehend beschriebenen. Abstützungsweise die Kabel des Gestelles auch aus PoIytetrafluoräthylenfäden und die Wälzkörper aus irgendeinem geeigneten Metall, wie nichtrostendem Stahl, bestehen O

Die Tiefsttemperaturleitungen gemäß der Erfindung können auch für den Transport eines Tiefsttemper aturkältemittels benutzt werden, wobei keine weitere Anpassung erforderlich ist als die Fortlassung der in der kalten Einschließung enthaltenen elektrischen Leiter·

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Claims (1)

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   1. Elektrische Tiefsttemperaturleitung bestehend aus einer sich in Längsrichtung erstreckenden, zur Förderung: eines Tiefsttemperaturkältemittels dienenden kalten Einschließung, die mindestens einen elektrischen Leiter enthält, der durch Wärmeaustausch mit dem Kälte-

   " mittel gekühlt werden kann, aus einer warmen Einechliessung im Inneren und im Abstand von der kalten Einschiiessung, aus einem zur Wärmeisolierung dienenden Raum zwischen der kalten und der warmen Einschließung und aus einem quer zur Längsrichtung angeordneten Kabeltraggestell zur Abstützung der kalten Einschließung im Inneren der warmen Einschließung, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabeltraggestell um ein Kabel angeordnete Wälzkörper, auf denen die kalte Einschließung ruht, und Ein-

   fc richtungen zur Festlegung mindestens eines Teils desjenigen Abschnitts des Kabels aufweist, auf dessen Umfang die Wälzkörper angeordnet sind.

   2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper aus mindestens einem Rotationskörper um die Achse einer Bohrung bestehen, in die das Kabel des Traggestells eingreift·

   3· Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper aus mehreren Kugeln bestehen.

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   h. Leitung nach Anspruch 2 «der 3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wälzkörper voneinander mittels mindestens einer um das Kabel greifenden Verstrebung getrennt sind) die eine höchstens gleiche radiale Abmessung von dem Kabel aus wie die radiale Abmessung der Wälzkörper von diesem Kabel hat und einen kleinen Reibungskoeffizienten zu den beiden Wälzkörpern hat.

   5· Leitung nach einem der Ansprüche 2 bis k_t dadurch gekennzeichnet, daß «ie Blockierungsmittel für die Wälzkörper gegen eine Bewegung in Längsrichtung des Kabels aufweist·

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» daduroh gekennzeichnet, daß die Wälzkörper miteinander und mit den Verstrebungen in einer Reihe in Kontakt stehen und daß die Blockierungsmittel aus zwei zu beiden Seiten dieser Reihe angeordneten Gegenhaltern bestehen.

   7· Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet, daß das Kabel von einer Hülle bedeckt ist, die einen kleinen Reibungskoeffizienten mit dem Wälzkörper besitzt.

   8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegungsmittel aus zwei untereinander ein V bildenden Seilen bestehen, die zwisohen einem Tiefpunkt dieses Seil·· undden unteren Teil der wärmen Einschließung angebracht sind.

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   9· Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegungemittel für das Kabel vier Seile aufweisen, die paarweise eine V-förmige Verspannung bilden und zwischen einem Ende dieses Abschnittes des Kabels und eher hochliegenden Stelle der warmen Einschliessung angebracht sind·

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