超导电缆 |
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| 申请号 | CN201210315319.4 | 申请日 | 2012-07-02 | 公开(公告)号 | CN102856003A | 公开(公告)日 | 2013-01-02 |
| 申请人 | 尼克桑斯公司; | 发明人 | R·索伊卡; M·斯泰姆勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及超导 电缆 ，该超导电缆具有带有两个同心设置的金属管的低温恒温器，并且特征在于，低温恒温器至少具有一个带有第一轴向弹性常数的第一轴向段，以及至少一个具有第二轴向弹性常数的第二轴向段，第二轴向弹性常数最大是第一段的轴向弹性常数的20％，优选为最大10％。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超导电缆，具有低温恒温器(3)，该低温恒温器(3)具有外侧波纹管(4)和同心设置的内侧波纹管(5)，在所述外侧波纹管(4)和内侧波纹管(5)之间设置有绝缘层(6)，所述超导电缆具有在内侧波纹管(4)内部沿着低温恒温器(3)设置的电缆芯(2)，该电缆芯(2)分别固定在低温恒温器(3)的端部上，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 超导电缆技术领域[0001] 本发明涉及超导电缆，其中在带有两根同心设置的波纹形金属管的低温恒温器内纵向设置电缆芯，其中两根金属管之间的空隙被抽成真空以绝缘，而该电缆芯围绕其核心部分具有至少一根具有超导性能的相导线。 [0002] 核心部分优选由铜或一种金属材料构成，既可以实心或空心，也可以由绞合的多根单根导线构成，优选具有一个同轴的内部冷却管道。 背景技术[0003] 欧洲专利文件EP 1 617 537公开了由于标准导线具有管状部件，该部件纵向移动着包围具有超导性能的电缆芯，因此在低温恒温器内纵向移动设置的电缆芯的长度差因此相对于连接的标准导线得到补偿。 [0004] 欧洲专利文件EP 1 480 231 B1公开了超导电缆的制作方法，其中在电缆盘上缠绕低温恒温器，而且电缆芯的端部只有在缠绕状态下与低温恒温器的端部连接，这样电缆芯相对于低温恒温器长出一部分，该超长部分使低温恒温器相对于电缆芯在冷却时的不同收缩情况能够得到补偿。 发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题在于提供一种超导电缆，其中，被冷却时低温恒温器的长度变化相对于电缆芯的长度变化的差别可以按其它方式得以补偿。 [0006] 上述技术问题尤其通过这样一种超导电缆得以解决，该超导电缆具有带有两个同心设置的波纹形金属管的低温恒温器，其中两根金属管之间为真空并最优地设置绝缘材料，该超导电缆具有与低温恒温器纵轴平行、在其内部设置的电缆芯，该电缆芯具有围绕其核心部分的、具超导性能的相导线，该核心部分优选地具有一个内部冷却管道。依据本发明的超导电缆的特点是低温恒温器具有至少一个有第一轴向弹性常数的第一轴向段，以及至少一个有第二轴向弹性常数的第二轴向段，第二轴向弹性常数最大是第一轴向弹性常数的20％，优选最大为10％。可选地将电缆芯分别固定在低温恒温器的端部上。在上述轴向段内，“弹性常数”一般表示的是低温恒温器的第一或第二轴向段的每个长度单位，尤其是每米的弹性常数，而不是整个部段的弹性常数。下文的弹性常数也可以相应地表示为特定的弹性常数。 [0007] 低温恒温器的第二段优选具有第一段的最大10％，优选最大5％的长度。 [0008] 一般来说，低温恒温器的同心设置的金属管是具有环形，优选地具有螺旋形螺纹的波纹管。金属管由钢，尤其是不锈钢构成，并且优选地通过将弯曲成圆形的钢板的两个相对且与纵轴平行的两个边缝焊接起来的方式制造。 [0009] 室内温度冷却至液态氮温度(该温度同样适于依据本发明的电缆的运行状态)时，金属材料(例如铜或不锈钢)收缩大约0.3％。那么对超导电缆而言，环境温度冷却至超导运行状态的液态氮温度会导致电缆芯收缩大约0.3％，而低温恒温器作为收缩的(冷的、内部的)波纹管和不收缩的(外部、热的)波纹管的组合只收缩大约一半，也就是0.15％。而低温恒温器和电缆芯收缩的差异导致在低温恒温器端部上牵引或固定电缆芯的绝缘套管和/或固定装置需要承载低温恒温器和电缆芯之间巨大的机械负载。由于低温恒温器第二段有相对较小的轴向特定弹性常数在负载状态下被更强烈地压缩，所以对于依据本发明的超导电缆，其张力和负载都明显减小。电缆芯优选地具有相对于低温恒温器的超长部分，在室内温度或环境温度下构成导电连接的方法中的低温恒温器具有闭锁件中间的超长部分和/或相对于电缆芯的超长部分。在这个实施例中，通过注入冷却剂(尤其是液态氮)将温度调节至超导体的运行温度时，电缆芯的超长部分缩小。 [0010] 在一个优选实施例中，超导电缆在末端上分别具有轴向特定弹性常数相对较小的第二段，该第二段相互之间设置具有第一轴向特定弹性常数的第一段。如果超导的电缆长到电缆段具有电缆套，则在优先的实施方式中有不同的补偿分段，该补偿分段分别是具有相对较小的轴向特定弹性常数的第二段，设置在电缆套周围，尤其是与电缆套单面或双面相邻。 [0011] 低温恒温器的第二段的小轴向特定弹性常数可以通过更深一些的波纹，例如与第一段的波纹深度相比深出至少10％，优选为深出至少15％至20％和/或通过更多的波纹，例如与第一段的波纹数目相比单位长度段多出至少10％，优选为多出至少15％至20％，和/或通过缩小的壁厚度，尤其是在低温恒温器的同心设置的每个金属管的第二轴向段内、与第一段的壁厚度相比减小至少10％，优选至少为15％至20％，来实现。可供选择或可作为补充的是，用于相对较小的轴向特定弹性常数的第二段的金属管是由与第一段的材料相比弹性模量更小的材料构成，例如由与第一段材料相比弹性模量小至少10％的，优选地小至少15％至20％的材料构成。第二段的材料可以是铝材料、铝、铜材料或铜，而第一段由不锈钢构成。在第二段由另一种材料构成的实施例(例如由铝材料、铝、铜材料或铜构成)中，优选地在邻近第一段的位置上、在第二段的内侧波纹管和外侧波纹管之间设置第二段的金属构成的壁。此外优选地在邻近第二段的位置上、在由第一段的不锈钢制成的内侧波纹管和外侧波纹管之间设置不锈钢的壁，这样至少在其接触范围内、在末端上带有在内侧波纹管和外侧波纹管之间延伸的壁的低温恒温器的第一段和第二段分别由与低温恒温器段的构成材料相同的材料遮盖。 [0012] 优选如此将第二段的轴向特定弹性常数调至更小，即第二段的波纹为环形，也就是波纹分别环绕第二段且是闭合的，而由于第一段的波纹是螺旋形，也就是具有直通的、围绕低温恒温器的纵轴的波纹，因此第一段具有相对更大的特定弹性常数。可选择地，用于相对更小的轴向特定弹性常数的第二段可能具有环形的波纹，同时结合相对更大的波纹厚度和/或在单位长度段上具有相对更多的波纹数目和/或相对更小的壁厚度和/或由具有比螺纹状的第一段的弹性模量更小的材料构成。优选地，低温恒温器的两个同心设置的金属管在第二段内具有相同的波纹深度、单位长度段上具有相同的波纹数目、相同的壁厚度、相同的材料和相同类型的波纹，尤其是环形的波纹。 [0013] 尤其优选的是，低温恒温器的金属管尤其由相同组成成分的钢制成，尤其由相同的钢制成，优选地具有相同的壁厚。特定弹性常数相对较小的波纹管段(补偿分段)最优地焊接在与其相邻的或包围它的第一段上，其中根据结构类型，各段具有共同的真空空间或各段通过一个径向设置在低温恒温器的金属管之间的壁隔开，这样不同段内具有单独的真空空间。 [0014] 由于成波纹形的金属管的端面能够相互焊接，因此低温恒温器的第一段和第二段可以相互连接。作为可供替换的另一方案是，第一段的金属管与第二段的金属管由一体的、纵向焊接成波纹状的金属板构成，其中第二段比第一段的轴向特定弹性常数更小。 [0015] 优选地，同心设置的波纹状金属管在其中间构成一个贯通的、具有环形截面的空隙，其内存在真空并优选地设置有绝缘材料和间隔垫片。在一个可作为替换的实施方式中，低温恒温器的第一段和第二段分别具有单独的空隙，该空隙带有环形截面，其中第一段和第二段在一个共同的或两个邻接的平行的板内相互邻接，这两个板遮盖或闭合同心设置的金属管之间的空隙和端面。 [0016] 在两个固定端点安装依据本发明的超导电缆时，优选的是，至少低温恒温器的第二段安装成有超长部分，例如安装成与其在冷却状态相比具有更大的半径。在环境温度下(也就是通过灌注冷却剂，尤其是液态氮冷却低温恒温器之前)安装，在灌注冷却剂时，也就是在超导电缆的运行状态下，导致低温恒温器和电缆芯之间的长度变化的差得以补偿。 [0017] 优选的是，电缆芯借助于闭锁件(Verschlussstück)分别固定在低温恒温器的端部上。该闭锁件可以例如遮盖低温恒温器的内截面并且具有用于电缆芯的通孔，在其内部可选择地固定电缆芯。在具有轴向走向的、用于流出冷却剂的冷却管道的电缆芯中，该冷却管道可以通过电缆芯的通孔，这样闭锁件可以可选地仅仅具有电缆芯的通孔。优选地，流经低温恒温器的冷却剂流经电缆芯和低温恒温器之间，这样闭锁件除了具有用于电缆芯的通孔之外还可以具有用于冷却剂的通孔。附图说明 [0018] 下文借助于附图详细说明本发明，图示： [0019] 图1：示出依据本发明的超导电缆的结构； [0020] 图2：示出依据本发明的电缆的一个实施例的低温恒温器的横截面； [0021] 图3：示出依据本发明的电缆的其他实施例的低温恒温器的横截面。 具体实施方式[0022] 图1示出一个闭锁件1，电缆芯2在低温恒温器3的一端固定在该闭锁件1内。低温恒温器3具有一个外侧的、做成波浪状或波纹状的管4和一个同心设置的、内侧的、做成波浪状或波纹状的管5，两个管4、5之间设置有绝缘层6，尤其是真空层，外侧管4和内侧管5之间的间隔垫片，或可选用绝缘材料。 [0023] 低温恒温器3具有第一段7，第一段7有第一轴向特定弹性常数。该低温恒温器3在轴向相邻区域内具有第二段8，该第二段8有第二轴向特定弹性常数，该弹性常数最大为第一段7的轴向特定弹性常数的20％，优选最大为10％。根据本发明的一个优选实施例，注入冷却剂前，低温恒温器3的第二段8在电缆固定的两个端点之间设置具有超长部分，其中尤其是只有第二段8和设置在该第二段8内的电缆芯2的轴向段安装成有超长部分。在闭锁件1上，相对于低温恒温器3固定电缆芯2，这样在向低温恒温器3的内侧管5内注入冷却剂时，电缆芯2比低温恒温器3收缩得更强。第二段8的相对较小的轴向特定弹性常数导致由于电缆芯2相对于低温恒温器3更强收缩所产生的负载特别地引起第二段8内的压缩。由于第二段8相对于第一段7的轴向特定弹性常数更小，则低温恒温器3可以在该处更强地压缩，这样低温恒温器3和电缆芯2之间的负载比使用补偿式低温恒温器(该补偿式低温恒温器在相同长度上统一由第一段7构成)时总体上更小。 [0024] 图2示出低温恒温器3的截面图，其中，在两个第二段8之间设置一个第一段7。第一和第二段7、8的外侧管4和内侧管5在端面上分别材料相连地相互连接，例如一体构成地或中间使用焊接方式地相互连接。在该实施例中，低温恒温器3通过第一段7和第二段8构成一体的、贯通的绝缘层6，尤其是在外侧管4和内侧管5之间构成一个贯通的、抽成真空的空隙。 [0025] 图3示出低温恒温器3的一个可供选择的实施例的截面图，其中第一段7与第二段8连接，其中第一段7和第二段8之间设置有壁9，该壁9闭合内侧管5和外侧管5之间的截面。在这一实施例中，第一段7和第二段8可以具有单独的壁9、9’，这两个壁9、9’分别遮盖外侧管4和内侧管5之间的环形截面，其中形成第一段和第二段边界的壁9、9’相互邻接。在这个实施例中，第一段7和第二段8之间的壁9、9’将绝缘层6的真空部分分隔开。 [0026] 附图标记列表 [0027] 1闭锁件 [0028] 2电缆芯 [0029] 3低温恒温器 [0030] 4外侧管 [0031] 5内侧管 [0032] 6绝缘层 [0033] 7第一轴向段 [0034] 8第二轴向段 [0035] 9、9’壁 |
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