DE2249560B2 - Endverschluß für ein tiefgekühltes Kabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Endverschluß für ein tiefgekühltes Kabel, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschrieben ist.

Es ist bereits ein Endverschluß für ein supraleitendes Koaxialkabel bekannt geworden, das aus drei koaxial zueinander angeordneten Leitern besteht (DE-OS 18 11 679). Bei diesem bekannten Endverschluß sind die im Kabel in Form koaxialer Rohre verlaufenden, je eine Phase eines Drehstromsystems verkörpernden Leiter im Übergangsbereich des Endverschlusses so mit vergrößertem Durchmesser ausgeführt, daß die Rohrwände im Längsschnitt einen annähernd sinusförmigen Verlauf zeigen. Das Kühlmittel wird jedem der drei Leiter durch eine zentrale, auf nicht näher beschriebene Weise aus dem warmen Teil des Endverschlusses herangeführte Kältemittelleitung einzeln zugeführt In den Rohrwänden der Leiter sind jeweils Strömungsquerschnitte für das Kältemittel vorgesehen. Die Geometrie der Leiter und die Tatsache, daß die Rohrwände der Leiter selbst mit Strömungsquen:r:hnitten für das Kältemittel versehen werden müssen, bringen einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung mit sich. Außerdem handelt es sich bei dem bekannten Endverschluß um ein dreiphasiges Kabel, dessen Konstruktionsprinzipien nicht ohne weiteres auf einen Endverschluß für ein einphasiges Kabel übertragen werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Endverschluß für ein einphasiges Tieftemperaturkabel zu entwickeln, der aufgrund einfacher Konstruktionsprinzipien mit möglichst geringem Aufwand herstellbar ist und gleichzeitig möglichst geringe thermische Isolationsverluste aufweist Insbesondere ist bei der Konstruktion des Endverschlusses dafür zu sorgen, daß die thermischen Verluste durch Wärmeleitung vom Leiter der warmen Zone zum tiefgekühlten Kabelleiter hin möglichst gering gehalten werden. Außerdem soll der erhöhte Druck unter dem das Kühlmittel aus Gründen einer möglichst effizienten Kühlung gehalten wird, von der Konstruktion des Endverschlusses auf einfache Weise aufgefangen werden. Die elektrische Isolierung soll so gestaltet werden, daß die Zuführung des Kühlmittels möglichst geringe elektrische Isolierverluste verursacht

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten konstruktiven Maßnahmen gelöst Der durch die Erfindung bereitgestellte Endverschluß ermöglicht auf einfachste Weise die gleichzeitige Kühlung der elektrischen Leiter der Kühlzone und des in die Tieftemperaturzone mündenden elektrischen Leiters des Kabels, der innerhalb des zentralen Kanals des KabeLs vorgesehen ist, durch je einen Teil des über eine einzige Leitung zugeführten Kältemittels. Das Kältemittel strömt aus der Kälterrtittelzufuhrleitung zunächst durch den axialen Ringkanal der Tieftemperaturzone, der durch die elektrische Isolierung gebildet ist und der aufgrund seiner axialen Erstreckung einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand bietet Das Kältemittel verteilt sich dann zum einen Teil auf den innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels, in dem sich der Leiter befindet, und zum anderen Teil auf die Strömungsquerschnitte der elektrisch leitenden Rohre der Kühlzone. Am anderen Ende des Kabels verläuft die Strömung des Kältemittels zunächst im innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels und dann in umgekehrter Richtung im axialen Ringkanal und in der Kältemittelabführleitung. Durch die Rohre der Kühlzo ne wird eine große Wärmeaustauschfläche zur Verfü gung gestellt, so daß die durch die elektrische Leistung erzeugte Wärme vom Kältemittel schnell abgeführt werden kann und somit nur sehr geringe thermische Isolationsverluste auftreten. Als Teil der elektrischen Isolierung des Endverschlusses ist ein druckfestes Kunststoffrohr vorgesehen, das die jeweiligen Leiter umgebend, sich aus dem Kältemittelteil der Tieftemperaturzone über die Kühlzone in die warme Zone des Endverschlusses erstreckt urd dort an seinem Ende gegenüber dem Leiter abgedichtet ist Zur Verbesserung des elektrischen Isolationsvermögens können in der Tieftemperaturzone innerhalb des durch das Kunststoffrohr und die verstärkte Leiterisolierung gebildeten axialen Ringkanals wendeiförmige elektrisch isolierende Abstandshalter eingebaut sein, die für das Kältemittel einen schraubenförmigen Strömungskanal bilden und/oder die beiden Begrenzungswände dieses axialen Ringkanals können mit Stufen, ähnlich wie die bei bekannten Freiluftisolatoren, versehen sein.

Zur thermischen Isolierung ist für die Tieftemperaturzone und die Kühlzone ein gemeinsamer Vakuumteil mit Strahlungsschild vorgesehen, wobei der Strahlungsschild wiederum wärmeleitend mit dem durch ein Kühlmittel, z. B. flüssigen Stickstoff, gekühlten Strah lungsschild des Kabels verbunden ist Innerhalb des Vakuumteils kann noch eine zusätzliche Vielschichtisolierung, beispielsweise aus alternierenden Lagen schlecht wärmeleitender Gewebebahnen und stark reflektitrender Metallfolien angeordnet sein. Diese Konzeption ermöglicht eine wirksame thermische Isolierung der kalten Zone des Endverschlusses, ohne zusätzlichen Kühlmittelraum, also z. B. ohne zusätzlichen Stickstoffraum.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die elektrischen Leiter in der Kühlzone aus einem Material hergestellt sind, dessen spezifischer Widerstand im Bereich der Betriebstemperatur, die etwa zwischen 4 und 300 K liegen kann, etwa mit T" wächst, wobei η größer 0,5 ist. Solche Eigenschaften besitzen Reinstmetalle wie z. B. Reinstkupfer, gegebenenfalls mit eingelagertem oder von außen aufgebrachtem supraleitfähigem Material. Durch die Wahl eines Materials mit diesen Eigenschaften wird ι ο die thermodynamisch wünschenswerte, gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die Rohre der Kühlzone erreicht Würde die Temperatur eines der Leiter beispielsweise fallen, so würde sein anteiliger Kältemittelmassenstrom wegen dessen mit abfallender Temperatur steigender Dichte, gleichzeitig aber auch die elektrische Heizleistung wegen des sinkenden elektrischen Widerstandes zunehmen, wobei der Druck- und Spannungsabfall über die Leiterlänge als konstant angesehen wird. Die Aufnahmefähigkeit des erhöhten Kältemittelmassenstromes für die elektrische Heizleistung des Leiters wird aber nur ausgeschöpft wenn die elektrische Heizleistung des Leiters mindestens ebenso schnell mit sinkender Temperatur des Leiters und damit des Kältemittels zunimmt wie der Kältemittelmassenstrom. Dies wird bei turbulenter Strömung gerade dann erreicht wenn η 0,5 ist.

Mit Vorteil sind die Rohre der Kühlzone, die am kalten Ende in einen elektrisch leitenden Rohrboden eingelötet sind, von einem gemeinsamen Mantel umgeben, der entweder ganz oder teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, oder zumindest an einer Stelle gegen die elektrisch leitenden Rohre isoliert ist, so daß ein Stromfluß durch den nicht von strömendem Kältemittel gekühlten Mantel und damit seine elektrische Aufheizung vermieden wird.

Am warmen Ende der Kühlzone sind die Rohre direkt in Bohrungen in der Stirnseite des dickwandigen, aus Kupfer bestehenden Leiters der warmen Zone eingelötet und stehen mit ihren Innenräumen über radiale ^4<1 Stichbohrungen, die innerhalb des dickwandigen Leiters vorgesehen sind, mit dem Innenraum des Leiters in Verbindung, so daß einerseits ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Leiter der warmen Zone und den Leitern der Kühlzone und andererseits eine Abzugsmöglichkeit des warmen Kältemittels aus der Kühlzone gewährleistet ist.

Zur Vermeidung von thermischen Spannungen innerhalb des die Rohre der Kühlzone umgebenden Mantels kann ein elastischer Balg zur Abdichtung des Mantels gegenüber dem Rohrboden auf der kalten Seite der Kühlzone herangezogen werden. Der mit dem Kältemitteldruck beaufschlagte Raum des elastischen Balges steht an der kalten Seite der Kühlzone mit dem Kältemittel der kalten Zone in Verbindung und wirkt als kaltes Puffervolumen. Bei Druckschwankungen des Kältemittels können so aber keine unnötigen thermodynamischen Verluste auftreten, indem noch warmes Kältemittel zu kalten Teilen noch kaltes Kältemittel zu warmen Teilen gelangen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, den Zwischenraum zwischen den Rohren der Kühlzone entweder zu evakuieren oder mit Kältemittel konstanten Druckes auszufüllen. Auf diese Weise wird auch hier vermieden, daß Kältemittel in diesem Zwischenraum bei Druck-Schwankungen in Zonen anderer Temperatur gelangt und dabei thermodynamische Verluste hervorruft

Innerhalb der warmen Zone ist der Raum zwischen dem Leiter und einem äußeren Porzellanisolator, in dei sich das druckfeste Kunststoffrohr erstreckt mit öl, da nur eine vernachlässigbar kleine spezifische Leitfähig keit besitzt, gefüllt. Durch diese Maßnahme kann di warme Zone des Endverschlusses im Vergleich zu Länge des Porzellanisolators verkürzt ausgebilde werden.

Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung bezie hen sich auf die Abdichtung des gemeinsamer Vakuumteils und des zentralen Kanals der Tieftempera tür- und Kühlzone gegeneinander, gegenüber de Atmosphäre und gegenüber dem in der warmen Zon< zwischen dem Kunststoffrohr und dem äußerer Porzellanisolator vorgesehenen ölraum. Dies wire erfindungsgemäß durch eine aus zwei Flanschei bestehende Flanschverbindung auf der Höhe de! warmen Endes der Kühlzone ermöglicht wobei der eim Flansch mit dem warmen Ende des den zentralen Kana abschließenden Rohrmantels und der andere Flansch der parallel zu dem ersten Flansch angeordnet ist mi dem oberen Ende des Vakuummantels, und dem unterer Ende des Porzellanisolators verbunden ist Die Flansch verbindung enthält zwei Dichtungen, von denen ein« nur an den beiden Flanschen, die zweite zusätzlich ar dem druckfesten Kunststoffrohr anliegt Zwischer beiden Dichtungen befindet sich ein Ringkanal, der übei einen Entlüftungskanal entweder vorzugsweise mit de: Atmosphäre oder mit dem ölraum der warmen Zon verbunden ist. Hierbei dichtet die eine Dichtung den Vakuumraum gegen den Ringkanal ab, während die andere Dichtung den zentralen Kanal, den Ringkana und den Ölraum der warmen Zone gegeneinande abdichtet. Durch diese Konzeption der Abdichtung wird vermieden, daß bei einer Beschädigung einer dei Dichtungen unmittelbar Kältemittel in den Vakuumtei des Endverschlusses übertreten kann. Darüber hinau wird durch diese Art der Abdichtung die Suche nach etwaigen Lecks innerhalb des Endverschlusses über den Entlüftungskanal erleichtert

Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich au die gegenseitige Abtrennung aller Vakuumteile, also der Vakuumkanäle des Kabels und des Endverschlusses. Hierzu sind die versetzten Enden der entsprechenden Wellrohre kraftschlüssig und dicht mit Flanschen versehen, zwischen denen jeweils ein elastischer, schlecht wärmeleitender, gasdichter Balg angeordnet ist Zur Befestigung eines Flansches auf dem entspre chenden Wellrohr wird das mit Längsschlitzen versehene Ende des Flansches zunächst formschlüssig auf das Wellrohr aufgepaßt Daraufhin werden die Längsschlitze verschweißt so daß durch die Kontraktion des Schweißgutes beim Erkalten eine feste Wellrohr-Flansch-Verbindung zustande kommt Die Abdichtung schließlich wird durch eine stirnseitige Schweißnaht zwischen Wellrohrende und Flansch hergestellt dl· wegen der Art der Flanschverbindung mit dem Wellrohr keinen thermisch bedingten Spannungen ausgesetzt ist so daß insgesamt eine sichere Abdichtung gewährleistet ist

Zur Entlastung der Bälge von mechanischen Belastungen, die durch thermische Kontraktion von kalten Kabel- und Endverschlußteilen hervorgerufen werden, sind zwischen den Flanschen zusätzliche schlecht wärmeleitende Stützelemente vorgesehen. Hierbei wird die schlechte Wärmeleitung im wesentlichen durch ein entsprechende Geometrie der Stützelemente, die dei Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Tempe ratur Rechnung trägt gewährleistet

Die gegenseitige Abtrennung aller Vakuumteile voneinander bringt die Vorteile, daß bei einem Leck in irgendeinem der Teile nicht das gesamte Vakuum zusammenbricht, daß die Lokalisierung solcher Lecks, z. B. mit Hilfe eines Lecksuchgerätes, erleichtert wird, und daß bei einer teilweisen Zerlegung des Endverschlusses nicht auch das Kabel belüftet werden muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Vermeidung von thermisch bedingten Spannungen innerhalb des Endverschlusses besteht darin, in der Tieftemperaturzone die Abstandshalter zwischen dem Rohrmantel des zentralen Kanals und dem Strahlungsschild derart anzubringen, daß axiale Relativbewegungen zwischen Rohrmantel und Strahlungsschild zugelassen sind, radiale Relativbewegungen und Torsionsbewegungen jedoch unterbunden werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist am Ende der warmen Zone ein elektrisch nicht leitendes Rohr oder ein entsprechender Schlauch vorgesehen, der eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Leiters, durch den warmes Kältemittel strömt und weiteren, auf Erdpotential befindlichen Kältemittelleitungen, die sich außerhalb des Endverschlusses befinden, herstellt

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Gleiche Vorrichtungsteile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Die F i g. 1 bis 3 ein einziges Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endverschlusses, wobei die F i g. 1 von links nach rechts den Übergang vom Kabel zu der Kühlzore des Endverschlusses, also im wesentlichen die Tieftemperaturzone des Endverschlusses, die Fig.2 die Fortsetzung der Fig. 1 nach rechts, also den Übergang von der Tieftemperaturzone zur warmen Zone und somit im wesentlichen die Kühlzone und die F i g. 3 die Fortsetzung der F i g. 2 nach rechts, also die warme Zone des End verschlusses zeigen.

In F i g. 1 ist der Übergang des Kabels zur Kühlzone des Endverschlusses, also die Tieftemperaturzone des Endverschlusses dargestellt Das Kabel besitzt einen inneren, durch das erste Wellrohr 1 gebildeten zentralen Kanal, einen ersten, durch die Wellrohre 1 und 2 gebildeten evakuierten Ringkanal, einen zweiten, durch die Wellrohre 2 und 3 gebildeten Ringkanal, der flüssigen Stickstoff enthält und einen dritten, durch die Wellrohre 3 und 4 gebildeten Ringkanal, der ebenfalls evakuiert ist Alle Wellrohre sind an ihren versetzten Enden mit Flanschen versehen, also das Wellrohr 4 mit dem Flansch 5, das Wellrohr 3 mit dem Flansch 6, das Wellrohr 2 mit dem Flansch 7 und das Wellrohr 1 mit dem Flansch 8. Zur Befestigung der Flansche auf den Wellrohren werden diese auf der dem Kabel zugekehrten Seite mit Längsschlitzen versehen und formschlüssig dem Wellrohr angepaßt Daraufhin wird der formschlüssig an die Wellrohre angepaßte Teil der Flansche zusammengepreßt und die Längsschlitze verschweißt so daß durch Kontraktion des Schweißgutes beim Erkalten eine feste Verbindung zwischen Wellrohr und Flansch entsteht Die Abdichtung zwischen Wellrohr und Flansch wird durch Verschweißen beider Teile auf der vom Kabel abgekehrten Seite des Flansches erreicht

Die Abdichtung der Vakuumkanäle gegen den Vakuumraum des Endverschlusses wird durch Bälge 9 und 10 hergestellt, die zwischen den jeweiligen, die entsprechenden Wellrohre abschließenden Flansche 5 und 6 sowie 7 und 8 vorgesehen sind. Diese Bälge, die aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt sind, nur eine geringe Querschnittsfläche besitzen und hochelastisch sind, bringen die Vorteile, daß einmal wegen der geringen Querschnittsfläche die Wärmeleitung zwischen den einzelnen, durch sie verbundenen Flansche, die auf verschiedenen Temperaturniveaus liegen, nur sehr gering ist

Alle parallel zueinanderliegenden Flansche können zur Verhinderung von Torsions-, Radial- und Axialbe-

,o wegungen innerhalb des Kabels noch mit Stützelementen 12 versehen sein. Diese Stützelemente weisen mit Vorteil die Form von ebenen oder aus gekrümmten Flächen gebildeten Dreiecken auf, wobei die gegebenenfalls gekrümmten Seiten dieser Dreiecke an dem kälteren Flansch und die Spitzen an dem wärmeren Flansch befestigt sind. Eine solche geometrische Gestaltung der Stützelemente trägt der Abhängigkeit ihrer Wärmeleitung von der Temperatur Rechnung, so daß diese insgesamt durch die Stützelemente hindurch gering ist

Flüssiger Stickstoff wird dem zweiten Ringkanal des Kabels über die Stickstoffleitung U zugeführt

Mit dem Flansch 8 des ersten Wellrohres 1 ist ein Rohrmantel 13 verbunden, der den zentralen Kanal, der an dieser Stelle erweitert ist, abschließt Dieser zentrale Kanal steht mit der Heliumzufuhrleitung 14 in Verbindung, so daß tiefkaltes Helium unter dem erforderlichen Druck von beispielsweise 10 ata in diesen eindringen kann.

Ein weiterer Rohrmantel 17 schließt den Vakuumraum 18 des Endverschlusses ab. Der Rohrmantel 17 ist dicht mit dem Flansch 5 des vierten Wellrohres 4 verbunden. Innerhalb des Vakuumraumes 18 ist ein zusätzliches Strahlungsschild 19 vorgesehen, welches wärmeleitend mit dem stickstoffgekühlten Flansch 7 des Stickstoffkanals des Kabels verbunden ist Hierdurch erübrigt sich mit Vorteil ein zusätzlicher Stickstoffraum des Endverschlusses. Das Strahlungsschild 19 ist über Abstandshalter 20 mit dem Flansch 8 derart verbunden, daß axiale Relativbewegungen zwischen Strahlungsschild und Rohrmantel ermöglicht. Radial- und Torsionsbewegungen jedoch unterbunden werden, d. h. die Abstandshalter 20 sind in Richtungen, die axial zu dem Rohrmantel verlaufen, gleitend mit diesem, in Richtun gen aber, die radial oder in Umfangsrichtung zu dem Rohrmantel verlaufen, starr mit diesem verbunden.

Der aus elektrisch leitenden Bändern, die wendelförmig auf einen aus Teilstücken bestehenden Kunststoffkern 14 gewickelt sind, bestehende Leiter 15 des Kabels befindet sich innerhalb des zentralen Kanals, wobei die elektrische Isolierung 16 des Kabels zwischen Leiter und Wellrohr vorgesehen ist Dieser Leiter durchläuft den erweiterten zentralen Kanal 51 koaxial und ist an seinen Enden mit den Leitern der Kühlzone, wie in F i g. 2 beschrieben, verbunden. Die Isolierung 16 bedeckt innerhalb des zentralen Kanals den Leiter 15 nur teilweise. Ein Teil des tiefkalten Heliums aus dem zentralen Kanal dringt entlang dem nicht isolierten Teilstück des Leiters durch die Lücken der wendelförmi gen Wicklungen in den innersten Kabelquerschnitt und durchströmt diesen in Pfeilrichtung. Der Rest strömt, wie in F i g. 2 näher beschrieben, in die Kühlzone und dient zur Kühlung der in dieser angeordneten Leiter auf Heliumtemperatur.

Innerhalb des zentralen Kanals der Tieftemperaturzone mündet ein druckfestes, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehendes Rohr 21, z.B. aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, das

sich aus der warmen Zone über die Kühlzone in die Tieftemperaturzone des Endverschlusses erstreckt. Dieses Rohr ist unter Freilassung eines schmalen Ringspaltes 22 nahe dem Rohrmantel 13 des zentralen Kanals angeordnet Seine äußere Fläche wird über s einen elektrisch leitenden konischen Metallring 52, der mit Heliumdurchtrittsöffnungen 24 versehen ist, auf Erdpotential gehalten. Ein weiterer, ebenfalls mit Heliumdurchtrittsöffnungen 24 versehener konischer Metallring 25 liegt auf Leiterpotential. Diese Maßnahmen dienen zur Glättung der in diesem Übergangsgebiet auftretenden Spitzen der elektrischen Feldstärke.

Alle Vakuumräume, also der erste und dritte Ringkanal des Kabels sowie der Vakuumraum 18 des Endverschlusses sind voneinander getrennt und über jeweils voneinander unabhängige Leitungen 26,27 und 28 evakuierbar, so daß beim Auftreten eines Lecks nicht das gesamte Vakuum innerhalb des Kabels und des Endverschlusses zusammenbricht Die Leitungen selbst sind an ihren Durchdringstellen durch Bauteile des Endverschlusses mit diesen Ober elastische Bälge 29 abgedichtet

In F i g. 2 ist die Fortsetzung des in F i g. 1 teilweise dargestellten Endverschlusses nach rechts, also in Richtung der warmen Zone dargestellt Sie umfaßt im wesentlichen die Kühlzone des Endverschlusses. In dieser Zone setzt sich der elektrische Leiter aus einer Reihe von Rohren 30 zusammen, die am kalten Ende Ober einen elektrisch leitenden Rohrboden 31, in die sie eingelötet sind, in Abstand gehalten werden. Am wärmen Ende sind die Rohre 30 direkt in Bohrungen in die Stirnseite eines dickwandigen Kupferrohres, das den Leiter 36 in der warmen Zone des Endverschlusses bildet, eingelötet, wobei radiale Stichbohrungen 32 den Innenraum der Rohre 30 mit dem Innenraum des Leiters 36 verbinden. Alle Rohre 30 sind von einem gemeinsamen Mantel 33 umgeben, der an seinen kalten Enden mit dem Rohrboden 31 und an seinem warmen Ende mit dem Leiter der warmen Zone gasdicht verbunden ist Mit letzterem allerdings unter Zwischen- *o legung eines elektrisch nicht leitenden Ringes 34, so daß der Mantel 33 keine Parallelleiter zu den Rohren 30 darstellen kann. Schließlich kann es noch von Bedeutung sein, zur Vermeidung von thermisch bedingten Spannungen zwischen Mantel und den in diesem befindlichen Rohren am kalten Ende des Mantels die Verbindung zwischen dem Rohrboden 31 und dem Mantel elastisch, z. B. über einen Balg 35, zu gestalten.

Tiefkaltes flüssiges Helium strömt nun aus dem zentralen Kanal des Tieftemperaturteils in die elektrisch so leitenden Rohre 30 der Kühlzone und kühlt diese. Das erwärmte Helium verläßt den Endverschluß über das Innere des Leiters 36 der warmen Zone. Der elektrische Strom fließt vom Leiter 36 der warmen Zone über die Rohre 30 der Kühlzone und den diese miteinander verbindenden Rohrboden 31 in den Leiter 15 des Kabels. Der Zwischenraum zwischen den Rohren ist mit Vorteil entweder evakuiert oder mit Helium konstanten Druckes ausgefüllt

Zur Abtrennung der Kühlzone von der warmen Zone des Endverschlusses, ist auf der Höhe des warmen Endes der Kühlzone eine Flanschverbindung aus zwei Flanschen 39 und 40 vorgesehen, wobei der Flansch 39 mit dem Ende des Rohrmantels 13 fest verbunden ist Zwischen den beiden Flanschen befinden sich zwei Dichtungen 45 und 46 mit einem dazwischen liegenden Ringraum 41, der über einen Entlüftungskanal 42 mit der Atmosphäre verbunden ist. Somit dichtet die Dichtung 45 den Vakuumraum gegen den Entlüftungskanal ab, während die Dichtung 46 den Heliumteil des Endverschlusses, den ölraum 38 der warmen Zone und den Entlüftungskanal gegeneinander abdichtet Schließlich ist der Vakuummantel 17 des Endverschlusses ebenso wie das eine Ende des Porzellanisolators 37 fest mit dem Flansch 40 verbunden. Zu letzterem dient eine Schraubenverbindung 44.

Diese Art der Abdichtung bringt folgenden Vorteil: Bei einer Beschädigung der Dichtung 46 kann unter relativ hohem Druck stehendes Helium aus dem zentralen Kanal nicht unmittelbar in den Vakuumraum 18 eintreten, was zu einem Zusammenbrechen der Wärmeisolation des Endverschlusses führen wurde, sondern dieses wird direkt über den Entlüftungskanal 42 abgeführt Eine Beschädigung des Dichtringes 46 führt also lediglich zu gewissen Heliumverlusten. Andererseits verhindert der Dichtring 45 das Eindringen von Luft in den Vakuumraum über den Entlüftungskanal 42.

Insgesamt ermöglicht diese Abdichtkonzeption somit auf einfache und doch sichere Art und Weise eine vollständige Abtrennung aller im Endverschluß voneinander zu trennenden Räume, also des Vakuumraumes 18, des zentralen Kanals sowie des ölraumes 38 mittels einer einzigen Flanschverbindung. Somit ergibt sich aber, daß bei Störungen das Innere des Endverschlusses leicht zugänglich gemacht werden kann.

Die F i g. 3 zeigt die Fortsetzung des Endverschlusses gemäß F i g. 2 nach rechts. Sie beschreibt im wesentlichen die warme Zone des Endverschlusses. Hierbei stellt 36 den elektrischen Leiter dar.

Gasförmiges warmes Helium wird aus der Kühlzone kommend über das Innere des Leiters 36 abgezogen und einer hier nicht dargestellten Heliumkälteanlage direkt zugeführt

Das druckfeste Kunststoffrohr 21 endet in dieser Zone. An seinem Ende ist es über die Dichtung 43 gegen den Leiter 36 abgedichtet Über einen mittleren Bereich seines Verlaufes in der warmen Zone ist das Rohr mit einer zusätzlichen Isolierschicht 49 versehen.

Der Porzellanisolator 37 erstreckt sich über die gesamte warme Zone des Endverschlusses unter Bildung eines ölraumes 38. Die warme Zone kann also in bekannter Weise ausgeführt werden.

Da das Kunststoffrohr 21 sich über alle drei dem Endverschluß zugrunde liegenden Zonen erstreckt, ist es verschieden, insbesondere thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt Es besitzt einen Temperaturgradienten, der von relativ hohen Temperaturen in der wärmen Zone bis hin zu Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt reicht Es muß also eine gute thermische Beständigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es in der warmen Zone einem relativ hohen Druck von etwa 10 ata ausgesetzt, so daß es also auch druckfest sein muß. Diese Druckbelastung ergibt sich daraus, daß der ölraum 38 z.B. unter Atmosphärendruck steht während der Raum zwischen dem Leiter 36 und dem Kunststoffrohr 21, der durch die Dichtung 43 gegen den ölraum 38 abgedichtet ist mit Helium unter relativ hohem Druck, nämlich dem Druck des zentralen Kanals, beaufschlagt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Endverschluß für ein tiefgekühltes, einen thermisch isolierten zentralen Kanal und mehrere durch koaxiale Wellrohre gebildete Ringkanäle enthaltendes Kabel, wobei der elektrische Leiter und die elektrische Isolierung im zentralen Kanal angeordnet sind, mit einer Tieftemperaturzone, einer Kühlzone und einer warmen Zone, wobei der elektrische Strom über geeignete Leiter die warme Zone, die Kühlzone und die Tieftemperaturzone, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, durchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter in der Kühlzone aus einem oder mehreren parallelgeschalteten Rohren (30) besteht, deren Wände und/oder Einbauten elektrisch leitfähig sind, die Strömungsquerschnitte für das Kältemittel aufweisen und auf der Seite der Tieftemperaturzone mit dem Leiter (15) des Kabels und auf der Seite der warmen Zone mit dem Leiter (36) der warmen Zone elektrisch leitend verbunden sind, daß die elektrische Isolierung in der Tieftemperaturzone einen axialen Ringkanal (51) für tiefkaltes Kältemittel aufweist, der einerseits mit einer auf Erdpotential befindlichen Kältemittelzuleitung (14) und andererseits sowohl mit dem innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels als auch mit dem Strömungsquerschnitt der Rohre (30) des Leiters der Kühlzone in Verbindung steht, und daß als Teil der elektrischen Isolierung ein druckfestes Kunststoffrohr (21) vorgesehen ist, das die jeweiligen Leiter umgebend sich aus der Tieftemperaturzone über die Kühlzone in die warme Zone des Endverschlusses erstreckt

2. Endverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tieftemperaturzone und die Kühlzone einen gemeinsamen Vakuumraum (18) aufweisen.

3. Endverschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Vakuumraumes (18) ein Strahlungsschild (19) vorgesehen ist, der wärmeleitend mit dem durch ein Kühlmittel gekühlten Strahlungsschild des Kabels in Verbindung steht

4. Endverschluß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Vakuumraum (18) teilweise mit Vielschichtisolierung versehen ist

5. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Rohre (30) der Kühlzone und/oder ihre Einbauten aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind, dessen so spezifischer Widerstand im Bereich der Betriebstemperatur Tetwa mit 7* wächst wobei π > 0,5 ist

6. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Rohre (30) der Kühlzone von einem gemeinsamen Mantel (33) umgeben sind, der ganz oder teilweise aus elektrisch isolierendem Material besteht oder mindestens eine elektrisch isolierende Verbindungsstelle (34) enthält

7. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Rohre (30) der Kühlzone an ihrem warmen Ende direkt in Bohrungen in der Stirnseite eines dickwandigen Kupferrohres (36), das den Leiter in der warmen Zone des Endverschlusses bildet eingelötet sind, wobei radiale Stichbohrungen (32) die Innenräume der Rohre (30) der Kühlzone mit dem Innenraum des dickwandigen Kupferrohres verbinden.

8. Endverschluß nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet daß eine abdichtende Verbindung zwischen Rohrboden (31) und Mantel (33) am kalten Ende der Kühlzone über einen elastischen Balg (35) hergestellt ist

9. Endverschluß nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Zwischenraum zwischen den Rohren (30) der Kühlzone und dem Mantel evakuiert oder mit Kältemittel konstanten Druckes ausgefüllt ist

10. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß auf der Höhe des warmen Endes der Kühlzone eine Flanschverbindung aus zwei Flanschen (39, 40) mit zwei Dichtungen (45, 46) und einem Ringraum (41) zwischen den beiden Dichtungen vorgesehen ist wobei die eine Dichtung (45) den Vakuumraum (18) vom Ringraum (41) trennt und die andere Dichtung (46) den Ringraum (41), den Ölraum (38) und den zentralen Kanal gegeneinander abdichtet indem sie an den beiden Flanschen (39,40) und mittelbar oder unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Kunststoffrohres (21) anliegt

11. Endverschluß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Ringraum (41) entweder durch eine Bohrung mit dem ölraum oder durch einen Entlüftungskanal (42) mit der Atmosphäre in Verbindung steht

12. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurcL gekennzeichnet daß der Leiter (36) in der wannen Zone von einem, von dem Leiter selbst und einem Porzellanisolator (37) begrenzten Raum (38) umgeben ist, in den sich das druckfeste Kunststoffrohr (21) als Isolierring erstreckt daß dieser Raum außerhalb des Kunststoffrohres (21) mit öl gefüllt ist und daß der Spalt zwischen Leiter und Kunststoffrohr an dessen oberen Ende (43) abgedichtet ist

13. Endverschluß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß sich der Porzellanisolator (37) zumindest über einen Teil der Kühlzone erstreckt und an seinem kabelseitigen Ende mit dem äußeren Mantel (17) des Vakuumraumes (18) öldicht verbunden ist

14. Endverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Enden der Vakuumkanäle des in die Tieftemperaturzone mündenden Kabels über elastische Bälge (9, 10) mit hohem Wärmewiderstand gasdicht abgeschlossen sind.

15. Endverschluß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die beiden jeweils einen Vakuumkanal bildenden Wellrohre (1, 2; 3, 4) des Kabels an ihren Enden mit gegeneinander versetzten Flanschen (8, 7; 6,5) versehen sind und daß der Balg (9, 8) jeweils zwischen zwei Flanschen angeordnet ist

16. Endverschluß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Flansche (5, 6; 7, 8) formschlüssig den Wellrohren des Kabels angepaßt, mit kabelseitigen Längsschlitzen versehen, durch beim Verschweißen der Längsschlitze an der Kabelseite erzeugte Schrumpfspannungen kraftschlüssig mit den Wellrohren verbunden und durch Dichtschweißung mit dem Wellrohr an der von Längskräften in den Wellrohren freien kabelfernen Seite abgedichtet sind.

17. Endverschluß nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den beiden Flanschen verschiedener Temperatur Abstützelemente (12), die

die Form von ebenen oder aus gekrümmten Flächen gebildeten Dreiecken aufweisen, in im wesentlichen axialer Richtung vorgesehen sind, derart, daß die gegebenenfalls gekrümmten Seiten dieser Dreiecke an dem kälteren Flansch und die Spitze.! an dem wärmeren Flansch befestigt sind.

18. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tieftemperaturzone Abstandshalter (20) an dem den zentralen Kanal bildenden Rohrmantel (13) angebracht sind, wobei jeder Abstandshalter radial und/oder in Umfangsrichtung starr und in axialer Richtung gleitend mit dem Strahlungsschild (19) verbunden ist

19. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal (51) ein wendeiförmiger, elektrisch isolierender Abstandshalter eingebaut ist, durch den für das Kältemittel ein schraubenförmiger Strömungskanal gebildet ist

20. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis

19, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Begrenzungswände des Ringkanals ähnlich Freiluftisolatoren mit Stufen versehen sind.

21. Endverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der warmen Zone ein Rohr oder ein Schlauch aus einem elektrisch nicht leitendem Material vorgesehen ist, das den Innenraum des Leiters mit äußeren, auf Erdpotential befindlichen Kältemittelleitungen verbindet