DE2316123C2 - Vakuumisoliertes Kryokabel - Google Patents

Description

dargestellt werden.

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab ein Kryokabel

. _ - . . . . . gemäß F i g. 1 im Querschnitt

Zwischenflanschbereich umgeben und daß jede 30 Einander entsprechende Bauelemente tragen in allen dieser Rohrleitungen und in Flucht hierzu auch der Figuren die gleichen Bezugszeichen.

Das erfindungsgemäße Kryokabel besteht aus Teilstrecken von 10 bis 100 m Länge. Die Figuren zeigen jeweils die Nahtstelle zwischen zwei Teilstrecken eines

Offnungen (7, 8, 9) vom Zwischenraum der Leiter ,5 drei Koaxialleiterpaare enthaltenden Kabels,
zum Zwischenflanschbereich bilden. jedes dieser drei Leiterpaare besteht aus einem

rohrförmigen Innenleiter 2, in dem eine kyrogene Flüssigkeit gefördert werden kann, und einem rohrförmigen Außenleiter 3. Vakuum herrscht in dem Raum 4, 40 der von dem Innen- und dem Außenleiter begrenzt wird. Um diese Leiter ist ein gemeinsamer Innenmantel angeordnet, der ebenfalls aus Teilstrecken 10, 20 besteht. Im Inneren 5 des Innenmantels fließt eine _. kryogene Flüssigkeit, die die Außenleiter 3 umspült

gebogen ist und dort mit dem Rand der Öffnung des 45 Der Innenleiter 2 ist der »Phasenleiter«, während der Außenleiter (3) verschweißt ist. Außenleiter 3 als »Nulleiter« wirkt. Vakuum herrscht

5. Kryokabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4. _aucn j_n dem Raum 6, der den Innenmantel 10, 20 von dadurch gekennzeichnet, daß die ein Leiterpaar einem Außenmantel 1 trennt, um eine gute Wärmeisoumgebenden Rohrleitungen (110, 111, 112) aus lierung herbeizuführea

einem Mittelstück (12) aus Aluminium oder Kupfer 50 Jedes Leiterpaar wird mit Isolationsstützen 19 im sowie aus Randstücken (14, 15) aus einer tempera- Werk in Längen von z. B. 20 m hergestellt.
turstabilenEisen-Nickellegierung bestehen. Die Innenleiter 2 sind aus Kupfer bestehende

Wellrohre, die mit einem Niobüberzug versehen sind,

der poliert wird und beispielsweise mit Polytetrafluor-

äthylen beschichtet wird.

Die Außenleiter 3 zeigen als Besonderheit, daß sie

Die Erfindung betrifft ein vakuumisoliertes Kryoka- _öb_er ein kurzes Stück von etwa 1 m ihrer Länge, nicht bei der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten und gewellt, somit zylindrisch sind. In ihren gewellten als Stand der Technik geltenden Gattung. Abschnitten weisen sie einen Außendurchmesser auf,

in bekannten Kabeln dieser Art werden das Vakuum _M der etwas kleiner ist als in dem zylindrischen Abschnitt; zwischen den Mänteln und das Vakuum zwischen den _sj_e können ohne Schwierigkeiten über ein Stück ihrer Leitern unabhängig voneinander hergestellt. Aufgrund _Länge J_n zylindrische Rohrleitungen 110, 111, 112 der oft großen Kabellange ist es schwer, den Raum gesteckt werden, mit denen das erfindungsgemäße /wischen Innen- und Außenleitern wirkungsvoll zu Kabel an jeder Nahtstelle 100 ausgestattet ist, denn evakuieren, so daß die Isolation beeinträchtigende ₅5 diese Leitungen haben einen den Durchmesser des Oase, insbesondere Helium, das von zulässigen Mi- zylindrischen Teils der Leiter etwas übersteigenden kroundicht.gkeiten herrührt, in den rohrförmigen Durchmesser. Dieser zylindrische Teil steckt im Inneren Leitern anzutreffen sind. _der Rohrleitungen 110,111, 112 und ist daher in Fig. 1

2. Kryokabel nach Anspruch '?, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens einige der Rohrleitungen (HO, 111, 112) je ein koaxiales Leiterpaar (2, 3) im

zugeordnete Außenleiter je eine öffnung (90, 91) aufweisen, deren Ränder über di*> ganze Länge dicht miteinander verbunden sind und die gemeinsamen

3. Kryokabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (90,91) längliche Form haben, deren größte Abmessung in Längsrichtung der Leiter verläuft.

4. Kryokabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Verbindung der Ränder der öffnungen (90, 91) so erfolgt, daß der Rand der öffnung der Rohrleitung (110) nach innen

nicht sichtbar.
An der Nahtstelle 100 findet man

— zwei gleiche Flansche 119 und 120, an deren Rändern Lippen 121 und 122 vorgesehen sind, die zum Anschweißen der Enden der Abschnitte 10 und 20 des Innenmantels dienen,

— drei Rohrleitungen 101,102 und Μ3, deren Enden jeweils mit Lippen an jedem der Flansche 119 und 120 verschweißt sind,

— sowie die Rohrleitungen 110,111,112, deren Zahl mit der Zahl der Leiterpaare übereinstimmt und die jeweils eines der Leiterpaare umschließen.

Die kryogene Flüssigkeit fließt in allen Innenleitern in einer Richtung und im Raum 5 zwischen den Außenleitern 3 und dem Innenmantel 10, 20 wieder, zurück.

Im Bereich der Nahtstelle 100 verläuft der Heliumrückstrom durch die Gruppe von Leitungen 101, 102, 103,110,111,112.

Wegen der elektrischen und mechanischen Beanspruchung ist die Werkstoffwah! bei dieser Einrichtung besonders wichtig. Folgende Werkstoffe ha'ien sich bewährt:

— Die Endflansche 119 und 120, die Leitungen 101, 102,103 für den Umlauf von kryogener Flüssigkeit bestehen ebenso wie der Innenmantel aus einer temperaturinvarianten Legierung von Eisen mit Nickel, die 30 bis 45% Nickel enthält.

— Die Enden 14, 15 der Leitungen 110, 111, 112, die jeweils ein Paar Koaxialleiter umschließen, bestehen aus derselben Legierung, während der Mittelabschnitt 12 aus Kupfer hergestellt ist Dieser r, Aufbau läßt sich auf einfache Weise durch ein Elektroformungsverfahren herstellen.

Die Rohrleitungen 101, 102, 103, die den größeren Teil des Umlaufs der kryogenen Flüssigkeit bewältigen, dienen außerdem zum Übertragen von mechanischen Längszugbean;,pruchungen, die in den Abschnitten 10 und 20 des Innenmantels auftreten, dessen geradlinige Form das Ausbleiben einer Längenverkürziuig beim Abkühlen zur Folge hat. *ϊ

Die Verbindung der Räume 4 und 6 miteinander, die an ein gemeinsames Vakuum angeschlossen sind, erfolgt durch:

— eine längliche öffnung 90 im kupfernen Mittelab- w schnitt der Leitungen 110, 111 und 112, wobei die Achse der Öffnung parallel zur Achse der Leitung verläuft und an der zugänglichen Fläche dieser Leitung angeordnet ist, die einen Teil des Verbindungsstücks herstellt, v>

— eine längliche öffnung 91, deren Abmessungen kleiner oder gleich denen der öffnung 90 sind, geschnitten in den vorher in je eine der Leitungen 110,111 und 112 gesetzten Außenleiter 3, wobei die beiden öffnungen miteinander fluchten,

— die örtliche Verformung 92 der Leitungen 110,111 und 112, die die Lippen der öffnung 90 in Kontakt mit den rohrförmigen Außenleitern 3 bringt, und die Schweißnaht 17 zwischen den Kupferrohren an dem Rand der Öffnung 90.

Da die Achr.e der länglichen öffnungen 7,8,9 parallel der Leiterachse ist, werden die Stromlinien in dem Leiter in der Nähe dieser öffnungen nur wenig gestört und rufen in diesem Bereich keine wesentlichen elektrischen Verluste hervor. Außerdem ist, da der Heliumstrom in dem Ringraum zwischen dem Außenleiter 3 und der Leitung 110 wegen der Richtung der Öffnungsachse nur wenig gestört wird, die; Stabilisation des Supraleiters des Rohrleiters 3 gewährleistet, und der Wärmeaustausch zwischen dem Leiter 3 und' dem umlaufenden Helium bleibt über praktisch die gesamte Umfangslänge des Leiters 3 zufriedenstellend.

Die Verbindung zwischen den Räumen 4 und 6 läßt sich genauer in F i g. 3 erkennen.

In dieser Figur ist die Schweißnaht 17 zwischen jedem Außenleiter und der ihn umgebenden Rohrleitung gut zu erkennen; diese Schweißnaht verbindet den Rand der länglichen öffnungen 90 in dem Außenleiter 3 und der Leitung 110, 111, 112 miteinander und stellt damit die Verbindung zwischen dem Raum 4, der durch den Innenleiter 2 und den Außenleiter 3 begrenzt wird, und dem Raum 6 her, der zwischen dem Innenmaritel 10 und dem Außenmantel 1 liegt. Auf diese Weise herrscht in den Räumen 4 und 6 das gleiche V?i.uum. and man braucht demnach nur eine einzige funpc an eine Leitung 16 anzusetzen, um dieses Vakuum zu erzeugen. Diese Bauweise bietet den weiteren Vorteil, eine kontinuierliche Kühlung des Außenleiters jedes Paares Koaxialleiter herbeizuführen. Die kryogene Flüssigkeil, die in dem Innenraum umläuft und durch die Leitungen 101, 102 und 103 fließt, bewegt sich nämlich auch in den. Leitungen 110,111,112 um die Außenleiter 3. Man sieht in dieser Figur außerdem den Mittelabstaad der Leitung 112 aus Kupfer und einen Endteil 15 aus einer Eisen-Nickellegierung.

Beim Zusammensetzen werden die drei Koaxialleiterpaare mit den Leitern 2 und 3 in die drei Leitungen 110, 111, 112 eingeführt, und durchziehen vollständig die durch die Flansche 119 und 120 begrenzte Einrichtung. Einer der Flansche 119 wird dann an seinen Lippen mit dem Ende des Innenmantels verschweißt, der die Leiterpaare umschließt Dann wird in dem zwi^chenden Flanschen 119 und 120 liegenden Raum in jedem der Außenleiter und jeder Leitung 110, 111, 112 eine längliche Öffnung angebracht, und die Ränder der beiden derart gebildeten öffnungen werden miteinander verschweißt; die Ränder der öffnungen bestehen aus Kupfer. Die beiden unter Vakuum stehenden Räume werden auf diese Weise miteinander verbunden, und die Leiter bleiben ohne Unterbrechung an der Verbindungsstelle in Kontakt mit dem Helium.

Die Enden 14 der Leitungen 110,111,112 lassen sich leicht mit den aus demselben Material bestehenden Flanschen 119,120 verschweißen.

Die Montierung der Elemente des Kabels geschieht folgendermaßen:

— Das Bauteil an der Nahtstelle 100, bestehend aus den sechs Rohrep 101, 102, 103, 110, 111, 112, und zwei Flanschen 119, 120, wird in der Werkstatt durch Verschweißen der Rohre und Flansche an den zugänglichen Flanschflächen hergestellt;

— zwei benachbarzj 20-Meter-Abschnitte von rohrförmigen Koaxialleitern 2, 3 werden verschweißt und dann geradlinig angeordnet;

— ein rohrförmiger Teil 10 des Innenmantels wird angebracht und dann mit den schon vorhandenen Mantelteilen so verschweißt, daß die Enden der drei Leiterpaare 2, 3 aus dem Element 10 um eine Länge von mehr als zehn Metern hervorragen;

die aus den Rohren 101, 102, 103, HO₁ 111, 112 und den Flanschen 119, 120 gebildete Einrichtung wird durch Einführen des freien Endes der Koaxiallciter und Verschieben über zehn bis zwanzig Meter angebracht, bis der Flansch 119 an das Ende des Innenmanicls 10 anstößt. Nun können die Lippen zwischen dem Flunsch 119 und dem Innenmanlcllcil 10 verschweißt werden;
die Leiter 2, 3 ragen mil ihrer Wcllenstruktiir um ci.wa zehn bis zwanzig Meter über die Nahtstelle hinaus, wobei die Enden dieser Leiter in Absland zueinander gebracht werden können: das erlaubt das Anschweißen eines neuen Lciterabschnitls von /wanzig Meiern längs der ganzen Umfangslinie von Leiterpaaren. Diese letztgenannten Leiter 3 werden geradlinig ausgerichtet angebracht;
ein neues Inncnmaniclslück 20 von /wanzig

Meiern Lange wird dann den Flansch 120 berührend angesetzt. Jetzt können die Lippen der beiden Elemente 120 und 20 miteinander verschweißt werden. Dieses neue Element umgibt die Leiterpaare über ein Stück ihrer Längserstreckung.

Der Zusammenbau erfolgt demnach durch abwechselndes Aneinandersetz.cn von Mantelclcmcnlen von zwanzig Meiern Länge, wobei die jeweiligen Verbindungsstellen gegeneinander versetzt sind.

Schließlich werden noch die länglichen öffnungen in den Außenlcitern 3 hergestellt, sowie das VcrsehweiUcn des Randes dieser öffnungen mit dem Rand der in den Leitungen 110, 111, 112 angebrachten öffnungen (Fig. 2) vorgenommen, und zwar vor dem Anbringen des Außenmantels der Verbindung und eines evtl. Würmcsehulzes.

Hierzu 3 HIaIl Zeichnuneen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vakuumisoliertes Kryokabel mit einem durch einen rohrförmigen Außenmantel (1) und einen in diesem konzentrisch angeordneten rohrförmigen Innenmantel (10,20) gebildeten Vakuumringraum (6) und mit mindestens einem rohrförmigen Koaxialleiterpaar (2,3) in dem von einer kryogenen Flüssigkeit durchflossenen Innenraum (5) des Innenmantels, das aus einem rohrförmigen Außenleiter (3) und einem to konzentrischen rohrförmigen Innenleiter (2) besteht, wobei der Innenleiter von einer kryogenen Flüssigkeit durchflossen ist und der Ringraum zwischen Innenleiter und Außenleiter ein Vakuum enthält.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Kryokabel anzugeben, bei dem der Raum zwischen den einzelnen Leitern eines Paares ohne leistungsstarke, über die ganze Kabellänge wirkungsvolle eigene Pumpaggregate zuverlässig evakuiert wird und bleibt Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Maßnahmen gelöst Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen. Durch die Trennung des Innenraums des Innenman-

tels in Kabellängsrichtung in mehrere Teilstrecken mit Hilfe der beiden Flansche an jeder Trennzone wird es möglich, zwischen den beiden Flanschen eine Verbin-

— dung von den einzelnen Vakuumräumen in den

dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- ,₅ Außenleitern zum evakuierten Zwischenmantelraum raum (6) des Innenmantels (10, 20) durch zwei mit herzustellen, ohne daß die Leiterkühlung in dieser Zone Abstand aufeinanderfolgende Endflansche (119,120) kritisch herabgesetzt würde. So genügt ein Vakuumagmit dem Durchmesser des Innenmantels jeweils gregat für beide Räume.

abgeschlossen ist — zwischen den beiden Endfian- Nachstehend soll anhand der Zeichnung schematisch

sehen ist kein Innenmantel vorhanden —, die von 20 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kryodem Koaxia{5e«erpaar bzw. den Koaxialleiterpaaren kabeis beschrieben werden.

durchlaufen sind und deren Außenleiter zwischen Fig. I zeigt teilweise geschnitten und in Perspektive

den Endflanschen öffnungen (7,8,9) aufweisen, und _e;_n Kryokabel gemäß der Erfindung;
daß der durch die Endflansche geteilte Innenraum Fig.2a bzw. 2b geben einen Querschnitt bzw.

des Innenmantels durch Rohrleitungen (101, 102, 25 Längsschnitt durch das Kryokabel nach Fig. 1 wieder, 103,110,111,112) verbunden ist wobei jedoch die Leiter und der Außenmantei nicht