-
-
Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme
mit zwischen den vorzugsweise gewellten Metallrohren bestehendem Temperaturgefälle,
z. B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenes elektrisches Kabel oder ein
Rohrsystem für den Transport erwärmter oder gekühlter Flüssigkeiten oder Gase in
Form einer materialarmen Fadenaufhängung, wobei die Enden der um das jeweils innere
Rohr herumgelegten Haltefäden an einem dieses Rohr konzentrisch umgebenden Ring
aus zwei in Achsrichtung hintereinander angeordneten Ringscheiben befestigt sind.
-
Es sind bereits Rohrsysteme bekannt, beispielsweise aus vier konzentrischen
Rohren, die zur Fortleitung flüssiger Gase wie Wasserstoff oder Helium verwendet
werden. Zur Zentrierung und Abstützung solcher Rohrsysteme bzw. der Rohre untereinander
sind bereits Abstandshalter der unterschiedlichsten Ausführungen verwendet worden.
Diese Abstandshalter haben beispielsweise die Form einer aus Kunststoff bestehenden
Wendel, die um das jeweils innere Rohr herumgelegt ist (AT-PS 256 956). Sie können
aber auch aus drei oder mehreren radial zwischen jeweils zwei Rohren angeordneten
und gleichmäßig über den Umfang des jeweiligen Innenrohres verteilten Stützelementen
aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen. Wegen der durch diese bekannten Abstandshalterin
den Zwischenraum zwischenjeweilszei Rohren eingebrachten ver-
Iiältnismäßig
großen Massen sind diese Abstandshalter jedoch z. B. dann nicht geeignet, wenn der
Zwischenraum zwischen jeweils zwei Rohren zur Aufnahme eines wärmenden oder kühlenden
Mediums verwendet werden soll.
-
Eine solche Führung eines beispielsweise flüssigen oder gasförmigen,
gekühlten oder erwärmten Mediums ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das
innere Rohr zur Fortleitung eines strömenden Mediums, z. B. Schwefel, verwendet
werden soll, das zum kontinuierlichen Transport wegen der einzuhaltenden Viskosität
auf bestimmte Temperaturen gehalten werden muß. Auf der anderen Seite ist die Verwendung
eines gekühlten Mediums dann erforderlich, wenn im das zu transportierende Medium
führenden Rohr beispielsweise bei tiefen Temperaturen flüssige Gase wie Wasserstoff
oder Helium weitergeleitet werden sollen. Abweichend hiervon tritt aber auch das
Problem einer sogenannten Zwischenkühlung dann auf, wenn es sich beispielsweise
bei dem rohrförmigen Gebilde um ein in supraleitendem Zustand betriebenes Kabel
handelt, das aus vier konzentrischen Rohren besteht, und bei dem zwischen dem zweiten
und dem dritten Rohr beispielsweise flüssiger Stickstoff geführt wird.
-
In all diesen Fällen, wo es darauf ankommt, den Zwischenraum zwischen
jeweils zwei Rohren mit einem beispielsweise strömenden flüssigen oder gasförmigen
Medium auszufüllen, ist es wesentlich, daß das Medium ohne große Verluste durch
den Zwischenraum geführt und dadurch eine intensive Kühlung bzw. Erwärmung ermöglicht
wird. Höhere Strömungsverluste bedingen darüber hinaus eine größere Anzahl an über
die Strecke verteilten Pumpstationen, die das flüssige oder gasförmige Medium durch
das Rohrsystem befördern.
-
Alle die bisher bekannten Konstruktionen für die verschiedensten Anwendungsgebiete
mit mehreren konzentrischen, vorzugsweise gewellten Metallrohren, ließen sich wesentlich
vereinfachen, d. h. entsprechend verbilligen, wenn beispielsweise das Innenrohr
im Außenrohr durch eine möglichst materialarme Halterung zentriert werden könnte.
Der geforderte geringe Materialanteil soll die Wärmeverluste, die durch Leitung
übertragen werden, auf ein Minimum reduzieren. In diese Richtung weist z. B. eine
bekannte Anordnung (Conference on Low Temperature and Electric Power, 4. bis 26.3.69,
Seiten 105 - 111), bei der innerhalb eines umgebenden äußeren Glattrohres ein gewelltes
Metall-
rohr mittels Fäden bzw. Drähten aufgehängt ist. Zu diesem
Zweck sind beweglich an der inneren Oberfläche des Glattrohres Halteringe angeordnet,
von denen aus die Spannfäden oder -drähte zu einem am gewellten Innenrohr befestigten
Stützring geführt sind. Dieser Aufbau ist einer rationellen Fertigung entgegengerichtet,
abgesehen davon ist die bekaurlte Haltoruiig wetii(,j geeignet für flexible Ausführungen,
d. h. solche Rohrsysteme, die auch auf Trommeln aufgewickelt an den Montageort gebracht
werden können. Denn die zwischen zwei in Achsrichtung voneinander entfernten Außenringen
und einem dazwischenliegenden Innenring gewählte Haltevorrichtung läßt eine Biegung
z. B.
-
des Kabels in diesem Bereich ohne Schaden für den Kabelaufbau nicht
zu.
-
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es ebenfalls bekannt (DAS 21 29 556),
eine Fadenaufhängung zu benutzen, bei der mindestens zwei, vorzugsweise drei Ringe
mit dem Durchmesser des jeweiligen Innenrohres entsprechenden Ausschnitten verwendet
sind, deren durch den Ausschnitt erzeugte Enden zur Halterung des Fadens als Träger
das Innenrohr dienen und die, bezogen auf den Ausschnitt, jeweils um 1200 versetzt
in Achsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Schwierigkeiten können
sich dadurch ergeben, daß beim Herumlegen der Fäden um das Innenrohr die Fadenlänge
im voraus nicht so genau bestimmt werden kann, daß nach dem Spannen der Fäden das
Innenrohr im äußeren Rohr exakt zentrisch gehalten wird.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, um bei einer Halterung durch materialarme
FädenoderDrähtefüreine exakte Zentrizität des Innenrohres und eine mechanisch stabile
Anordnung zu sorgen.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Raum
zwischen den Ringscheiben am Umfang verteilt in Bohrungen der Ritigsciielben drchl,arc
Spannbolzen gelagert sind, in oder auf denen die Enden der Haltefäden #estklemmbar
sind und deren äußere Umfläche in Achsrichtung der Spannbolzen mindestens dem Doppelten
einer Fadenbreite entspricht.
-
Auf diese Weise ist es möglich, nach der Montage der Ringscheiben
um das jeweils innere Rohr herum und nach dem Herumlegen der Haltefäden um das innere
Rohr jeden Faden einzeln zu spannen, wobei auch geringe Längenunterschiede mit berücksichtigt
werden können. Das Innenrohr kann dadurch
exakt zentrisch innerhalb
der Ringscheiben bzw. des äußeren umgebenden Rohres fixiert werden.
-
In Weiterführung des Erfindungsgedankens wird man die Spannbolzen
mit durchgehenden Bohrungen versehen, so daß die Haltefäden im Innern dieser Bohrungen
durch Festklemmen gehalten sind. Diese Maßnahme reicht für die Halterung der Enden
aus, zumal die äußere Umfläche der Bolzen bei der Spannung der Haltefäden selbst
durch entsprechende Reibkräfte für die Aufnahme hoher Zugkälte geeignet ist.
-
Die Fäden selbst können auf beliebige Weise in den durchgehenden Bohrungen
der Spannbolzen gehalten werden. Als zweckmäßig und besonders montagefreundlich
hat es sich jedoch erwiesen, zum Festklemmen der Haltefäden sogenannte Madenschrauben
einzusetzen.
-
Die Spannbolzen müssen innerhalb der Ringscheiben drehbar angeordnet
sein, sie müssen aber auch notfalls in der Lage sein, eine oder mehrere Windungen
der Haltefäden aufnehmen zu können, wenn dies im Wege der Montage des Innenrohres
sich als notwendig erweisen sollte. Aus diesem Grunde hat es sich in Weiterführung
des Erfindungsgedankens als zweckmäßig erwiesen, die Spannbolzen aus einem Rotationsformkörper
mit einer Lauffläche für den Faden und zwei diese Lauffläche begrenzenden Flanschen
herzustellen, wobei aus diesen Flanschen in Achsrichtung Gewindebolzen herausragen.
Letztere dienen da; die Spannbolzen zwischen den beiden Ringscheiben mittels entsprechender
Schraul muttern festzuklemmen, wenn der Spannvorgang selbst abgeschlossen ist. Die
Flansche dienen einmal zur Begrenzung der Wickelflädtie für die Windungen derHaltefäden
oder Haltedrähte, zum tandem aber auch dazu, daß nach dem Spannvorgang die Spannbolzen
fest zwischen den Ringscheiben engeklcmt werden können,d.h. zur Erhöhung der Reibkraft,
da mit die Spannkraft für die Haltefäden im Laufe der Zeit nicht nachläßt.
-
Für die Montage der Spannbolzen und insbesondere zum Spannen der Haltefäden
wird zweckmäßig mindestens ein Flansch Angriffsmöglichkeiten für ein Werkzeug aufweisen,
das können Profilierungen am Flansch sein oder auch Bohrungen im Flansch, am Umfang
verteilt, so daß ein Angriff mit einem Werkzeug möglich ist.
-
Die Erfindung sei anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Zum Transport flüssiger oder gasförmiger
Medien, die während des Transportes auf gleichbleibender tiefer oder hoher Temperatur
gehalten werden sollen, dient, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, das beispielsweise
aus Kupfer oder Stahl hergestellte Metallrohr 1. Dieses Rohr kann glatt sein, es
kann aber auch zur Erhöhung der Flexiblität und Herstellung in verhältnismäßig großen
Längen gewellt sein, zum Beispiel eine Parallelwellung aufweisen. Konzentrisch zu
diesem ersten das zu transportierende Medium führende Rohr 1 ist ein weiteres Rohr
2 angeordnet, das nach außen von einem oder weiteren nicht dargestellten Rohren
oder lediglich von einem äußeren Schutzmantel, beispielsweise auch aus Kunststoff,
umgeben sein kann. Um sicherzustellen, daß das im Rohr 1 befindliche Medium, beispielsweise
flüssiges Medium, mit einer Temperatur von 4,2 K auf dieser Temperatur gehalten
werden kann, ist der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 zur Wärmeisolierung ganz oder
teilweise mit einer sog. Superisolierung aus beschichteten Metallfolien bzw. metallisierten
Kunststoffolien mit zwischenliegenden Lagen z. B. aus Glasfaser-Vlies oder -Gewebe
ausgefüllt. Da die Wärmeleitung durch die gewählte Abstandshalterung in Form der
Fäden oder Drähte praktisch vernachlässigt werden kann, reicht die in dem Raum zwischen
den Rohren 1 und 2 befindliche Superisolierung und das bestehende Vakuum aus, das
im Innenrohr 1 befindliche Medium auf der gewünschten Temperatur zu halten.
-
Zur Halterung des Innenrohres selbst dienen zwei in Achsrichtung hintereinander
angeordnete Ringscheiben 3 und 4,'die Bohrungen aufweisen, in denen die Spannbolzen
5 drehbar gelagert sind. Am Umfang der Ringscheiben 3 und 4 verteilt angeordnet
sind sechs solcher Spannbolzen, die Haltefäden oder -drähte 6 sind jeweils von einem
dieser Spannbolzen ausgehend um das Innenrohr 1 herumgeführt und zu einem zweiten
Spannbolzen 5 zurückgefürt, so daß sich eine Fadenschleife ergibt. Zur Vereinfachung
der Montage dienen drei am Umfang verteilt angeordnete Distanzklötze 7, die nach
dem Spannen der Haltefäden oder -drähte herausgenommen werden können. Die drei ebenfalls
am Umfang verteilt angeordneten Winkelstücke 8, die an der äußeren Umfläche der
Ringscheiben 3 und 4 angeschweißt sind, dienen zur Abstützung im äußeren Rohr 2
und lassen eine gewisse Gleitbewegung des inneren Systems im umgebenden Außenrohr
zu.
-
Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich, sind die in der Fig.
3 in vergrößertem Maßstab dargestellten Spannbolzen 5 im Raum zwischen den Ringscheiben
3 und 4 drehbar gelagert. Die Umfangsfläche 9 dient zur Aufnahme einer oder mehrerer
Windungen der Haltefäden 6, wobei die Enden dieser Fäden durch eine Bohrung 10 hindurchgeführt
und durch Festklemmen hier gesichert sind. Um Angriffsmöglichkeiten für ein Werkzeug,
z. B. für einen Ringschlüssel zu haben, ist der Flansch 11 des Spannbolzens 5 mit
Bohrungen 12 versehen, die am Umfang verteilt angeordnet sind. Nach dem Spannen
der Haltefäden 6 werden die Spannbolzen selbst durch Anziehen der Muttern 13 und
14, die über Spreng-oder Federringe 15 auf die Ringscheiben 3 und 4 wirken,sicher
gehalten.
-
Die dargestellte Konstruktion der Abstandshalter, die bei superleitenden
Kabeln, aber auch bei sog. Cryo-Leitungen, eingesetzt werden kann, zeichnet sich
durch eine extrem gute Wärmeisolierung bei ausreichender mechanischer Stabilität
aus. Die Verspannung der Fäden kann exakt eingestellt und damit die Lage des jeweiligen
Innenrohres im umgebenden Außenrohr genau festgelegt werden. Geeignet ist diese
Abstandshalterung für alle Systeme, d. h. für solche aus flexiblen gewellten Rohren,
aber auch solche, bei denen die Rohrlängen aus einzelnen starren Rohrstücken zusammengefügt
sind. Unter Verwendung an sich bekannter Drehmomentwerkzeuge sind mittels der erfindungsgemäßen
Spannbolzen alle Fäden innerhalb der Halterung mit gleicher Vorspannung zu beaufschlagen.
Es läßt sich hiermit eine extrem zentrische Aufhängegenauigkeit erreichen.
-
Durch die Winkelstücke, auch Winkelstahlschuhe, 8, ist nur ein kleinflächiger
mechanischen Kontakt zum Außenrohr gegeben, die Einschiebbarkeit wird wesentlich
erleichtert. Statt der Winkelstücke können aber auch, insbesondere wenn es sich
um Glattrohre handelt, Rollen verwendet werden.
-
Die Spannbolzen 5 selbst können abweichend von der dargestellten Ausführung
auch durch eine Zahnsicherung gehalten werden. Durch genaue Vorspannung mittels
Drehmomentschlüssel ist ferner eine optimale Gleichbelastung aller Haltefädaen 6
gewährleistet.