CN111261334A - 一种超导电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导电缆及其制备方法，其中超导电缆包括支撑体和与支撑体相连的多根条带，支撑体在内部具有空腔，所述空腔设置在支撑体内部以形成用于容纳冷却液体的润滑导管，多个引导件固定到支撑体，引导件间隔处形成用于容纳条带的相应的底座，作用在条带上的压缩装置，以将它们压缩在相应的底座内；压缩装置包括多个间隔件，间隔件将每个底座中的条带的堆叠压紧。通过压缩装置防止条带在电缆操作期间的不利的运动，避免产生局部发热或局部磨损以损害电缆正常工作；通过在底座设置凹槽，使冷却流体在其中流动，直接到达所有条带，可显著提升冷却效果。

Description

一种超导电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超导电缆及其制备方法。

背景技术

已知超导材料制成的电缆是由与各种形状的支撑件相关联的金属丝或带制成，并且被涂覆以保护材料本身的完整性。超导材料是导电材料的混合物，其在特定温度(称为临界温度TC)以下的电阻率非常低或为零。这允许实际理想的电流通过并且没有能量散失，例如不会以热的形式散失。目前可使用的最著名的超导材料是铌钛(Nb-Ti)合金等。这些材料称为低温超导体(LTS)。它们通常具有非常低的临界温度，分别为TC＝9K和TC＝18K。这些材可用已知方式编织去形成电缆。用这种方法制成的电缆在非常低的温度(等于4.2K)下工作，而且必须通过使用液氦进行冷却。近年来，相关人员已经开发了高温超导材料，即所谓的高温超导体(HTS)。这些材料的特征在于较高的临界温度，例如TC＝90-94K。在条带缠绕的情况下，通过提供冷却液流动导管对条带进行冷却。此时，在中空的金属支撑件上设置有用于使制冷剂流动的底座，在该底座中容纳成堆布置的条带，外侧用金属护套进行包裹。当电流通过电缆时，产生的磁场作用在电流流过的金属元件上，从而产生移动条带的感应力。这些在条带之间以及条带与电缆的其他元件之间的位移会引起不必要的摩擦。尽管是局部产生热量，但该热度仍会导致温度升高超过临界温度，从而损害条带的超导性。另外，这些摩擦也会导致条带局部磨损，造成局部的断裂，从而损害了整个电缆。因此本发明提出一种克服上述现有技术的缺点的电缆。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超导电缆及其制备方法，避免产生局部发热或局部磨损以损害电缆的正常功能，并显著提升冷却效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种超导电缆，包括：包括支撑体和与支撑体相连的多根条带，支撑体在内部具有空腔，所述空腔设置在支撑体内部以形成用于容纳冷却液体的润滑导管，多个引导件固定到支撑体，引导件间隔处形成用于容纳条带的相应的底座，引导件沿着支撑体延伸；引导件包括多个侧壁，其沿着支撑体延伸，每对相邻的侧壁设置一个底座，底座和相应的侧壁基本上沿着直线延伸，每个底座具有的基面和从基面开始延伸的两个侧面以容纳条带放置。

优选的，引导件具有螺旋形且沿着直线延伸，每个底座的侧面以恒定且均匀的距离彼此面对。

优选的，条带彼此堆叠在一起布置在底座中，所有条带具有相同的宽度，每个底座都具有相同数量的条带。

优选的，底座以及相应的侧壁为螺旋形且沿着直线延伸。

优选的，还包括：作用在条带上的压缩装置，以将它们压缩在相应的底座内；压缩装置包括多个间隔件，间隔件将每个底座中的条带的堆叠压紧。

优选的，每个底座中的条带与涂层配合，间隔件和带都位于涂层的下方，并被涂层压在下面。

优选的，在每个底座中，在基面上并且以均匀的距离并排设置两个凹槽。

另外，本发明还提供一种用于超导电缆的方法，该方法包括以下步骤：

1)制备支撑体：通过热挤压金属材料制成支撑体，支撑体的生产过程包括在挤压件后续的冷却阶段；

2)形成底座：限定引导件的底座的侧壁，与支撑体在相同的过程被挤压；

3)扭转支撑体：在挤压之后，支撑体和引导件以恒定的间距扭转，将引导件呈螺旋状延伸；

4)安装条带：条带设置在底座中，条带彼此叠置以形成条带叠层，插入底座中；

5)插入间隔件：间隔件以的插入的方式安装在条带表面；

6)安装金属带：金属带缠绕在引导件上；

7)安装涂层：借助于拉拔工艺安装涂层；

8)制备润滑通道：用于每个座底中制备的制冷剂流体的润滑通道。

优选的，凹槽是在支撑体和引导件的挤压阶段制成的。

优选的，涂层包裹在引导件的外侧。

本发明的优点在于：1)通过压缩装置防止条带在电缆操作期间的不利的运动，不会产生局部发热或局部磨损以损害电缆正常工作；2)通过在底座的基面和/或侧面设置凹槽，以使冷却流体在其中流动而与条带直接接触，堆叠的条带和每个底座的每个侧面之间存在空腔，在润滑通道中流动的冷却流体也吸入空腔中，直接到达所有条带，可显著提升冷却效果。

附图说明

图1是根据本发明的一种超导电缆的局部截面透视图。

图2是图1的超导电缆的平面截面图。

图3是图2的超导电缆的第一实施例剖视图的详细图。

图4是图2的超导电缆的第二实施例剖视图的详细图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的一种超导电缆1，包括支撑体2和与支撑体2相连的多根条带3，支撑体2在内部具有空腔4，该空腔4设置在支撑体2内部以形成用于冷却液体的滑动导管5，多个引导件6固定到支撑体2，引导件6间隔处形成用于容纳条带3的相应的底座7，其沿着支撑体2延伸；引导件6包括多个侧壁8，其沿着支撑体2延伸，每对相邻的侧壁8限定一个底座7，底座7和相应的侧壁8基本上沿着直线延伸，每个底座7具有条带3搁置在其上的基面9和从基面9开始延伸的两个侧面10。

优选的，支撑体2具有细长的形状，由柔性材料制成，可被缠绕成卷轴。

优选的，支撑体2由金属材料制成。

优选的，底座7以及相应的侧壁8为螺旋形的沿着直线延伸，有利于在交流电的传导。

优选的，基面9具有垂直于超导电缆1的径向方向的横截面，侧面10是侧壁8的两个相对的面。

当引导件6沿直线延伸时，每个底座7的侧面10基本彼此平行。优选的，引导件6具有螺旋形且沿着直线延伸，每个底座7的侧面10以恒定且均匀的距离彼此面对。即底座7具有大致正方形或矩形的截面形状。

条带3彼此堆叠在一起布置在底座7中。所有条带3具有相同的宽度，每个底座7都具有相同数量的条带3。

条带3是涂覆导体类型，每个条带3包括金属芯，例如钢或镍基合金，金属芯上涂有一层超导薄膜。最后，条带3具有的外部铜涂层可以覆盖整个表面。最好所使用的超导材料是高温超导体类型的。

超导电缆1还包括作用在条带3上的压缩装置，以将它们压缩在相应的底座7内；压缩装置包括多个间隔件16，每个间隔件放置在各自的底座7的条带3上；间隔件16将每个底座7中的条带3的堆叠压紧。通过间隔件16可以实现更高的精度压实堆叠的条带3。

每个底座7中的条带3与涂层14配合，间隔件16和带15都位于涂层14的下方，并被涂层14压在下面。在涂覆间隔件16的过程中，间隔件16从底座7略微突出以便沿着底座7内部被推动。通过使用压靠在条带3上的间隔件16可以将条带3压紧在底座7中以防止其移动，因此可防止强磁场在条带3本身上产生感应的力并且使条带3移动而产生摩擦而造成的局部磨损，该局部磨损可以损害条带3；同样也可消除的由磁场引起的摩擦产生的局部过热，该局部过热可以中断在条带3中使用的超导材料的功能，

如图3所示，每个间隔件16可以是单个板状体17，由金属制成，其宽度基本上等于底座7的宽度。

如图4所示，可替代的是，每个间隔件16可包括多条金属线18，其具有基本圆形的截面并且在条带3上方的座7中彼此相邻放置。

优选的，超导电缆1在每个底座7中具有至少一个润滑通道11，以允许冷却流体也在底座7自身内部流动，在每个底座7的内部形成至少一个凹槽12，以使冷却流体在其中流动而与条带3直接接触。

优选的，在每个底座7中，在基面9上并且以均匀的距离并排设置两个凹槽12。每个凹槽12沿着基面9的延伸，进而沿着底座7延伸。每个凹槽12在底座7的延伸方向上具有基本上为半圆形的横截面，这种形式的凹槽12确保了制冷剂流体的有效输送。可替换的，凹槽12形成在侧面10上。

此外，凹槽12的边缘12a对应于设置在底座7的基面9上，且边缘12a被磨圆，凹槽12的边缘12a的这种形状防止在底座7中被压紧的带3遭到边缘12a的损坏。

优选的，条带3的宽度小于座7的宽度，底座7的宽度为底座7自身的侧面10之间的距离，因此在堆叠的条带3和每个底座7的每个侧面10之间存在空腔13，在润滑通道11中流动的冷却流体也吸入空腔13中，直接到达所有条带3，可显著提升冷却效果。

超导电缆1还包括围绕引导件6放置以封闭座7的涂层14，带15直接缠绕在引导件6上，并被置于引导件6和涂层14之间。涂层14是金属制成的，并且被同轴地拉到支撑体2上，这将在下文的叙述中变得更加清楚。例如，涂层14由钢或铝制成，带15是金属制成的。

本发明还提供一种用于制造上述超导电缆1的方法，该方法包括以下步骤：

1)制备支撑体：通过热挤压金属材料制成支撑体2，支撑体2的生产过程包括在挤压件后续的冷却阶段，以确保其尺寸特性；

2)形成侧壁：限定引导件6的底座7的侧壁8，与支撑体2在相同的过程被挤压；

3)扭转支撑体：在挤压之后，支撑体2和引导件6以恒定的间距扭转，将引导件6呈螺旋状展延伸，

4)安装条带：条带3设置在底座7中，条带3通过专用卷轴以恒定电压延伸，并且彼此叠置以形成条带叠层；然后将条带叠层插入底座7中；

5)插入间隔件：在间隔件16是板状体17时，间隔件16的引入以类似于条带3的插入的方式安装；

6)安装金属带：金属带15缠绕在引导件6上。

7)安装涂层：借助于拉拔工艺安装涂层14，此时底座7被不透气地密封。

8)制备润滑通道：用于每个座底7中制备的制冷剂流体的润滑通道11。

优选的，插入的方式通过插入头(未示出)进行，该插入头将桩推入底座7中，插入头通过与引导件6的同步的旋转而旋转。

优选的，通过将至少一个凹槽12布置在底座7中；凹槽12是在支撑体2和引导件6的挤压阶段直接制成的，沿着引导件6和座7本身的延伸方向制成。

优选的，通过包裹引导件6来施加涂层14，然后将其拉出以使其达到正确的直径并完美地粘附到引导件6上。

本发明的优点如上下所述1)通过压缩装置防止条带在电缆操作期间的不利的运动，不会产生局部发热或局部磨损以损害电缆正常工作；2)通过在底座的基面和/或侧面设置凹槽，以使冷却流体在其中流动而与条带直接接触，堆叠的条带和每个底座的每个侧面之间存在空腔，在润滑通道中流动的冷却流体也吸入空腔中，直接到达所有条带，可显著提升冷却效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种超导电缆，其特征在于，包括：包括支撑体(2)和与支撑体(2)相连的多根条带(3)，支撑体(2)在内部具有空腔(4)，所述空腔(4)设置在支撑体(2)内部以形成用于容纳冷却液体的润滑导管(5)，多个引导件(6)固定到支撑体(2)，引导件(6)间隔处形成用于容纳条带(3)的相应的底座(7)，引导件(6)沿着支撑体(2)延伸；引导件(6)包括多个侧壁(8)，其沿着支撑体(2)延伸，每对相邻的侧壁(8)设置一个底座(7)，底座(7)和相应的侧壁(8)基本上沿着直线延伸，每个底座(7)具有的基面(9)和从基面(9)开始延伸的两个侧面(10)以容纳条带(3)放置。

2.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于：引导件(6)具有螺旋形且沿着直线延伸，每个底座(7)的侧面(10)以恒定且均匀的距离彼此面对。

3.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于：条带(3)彼此堆叠在一起布置在底座(7)中，所有条带(3)具有相同的宽度，每个底座(7)都具有相同数量的条带(3)。

4.根据权利要求3所述的一种超导电缆，其特征在于：底座(7)以及相应的侧壁(8)为螺旋形且沿着直线延伸。

5.根据权利要求3所述的一种超导电缆，其特征在于：还包括：作用在条带(3)上的压缩装置，以将它们压缩在相应的底座(7)内；压缩装置包括多个间隔件(16)，间隔件(16)将每个底座(7)中的条带(3)的堆叠压紧。

6.根据权利要求5所述的一种超导电缆，其特征在于：每个底座(7)中的条带(3)与涂层(14)配合，间隔件(16)和带(15)都位于涂层(14)的下方，并被涂层(14)压在下面。

7.根据权利要求5所述的一种超导电缆，其特征在于：在每个底座(7)中，在基面(9)上并且以均匀的距离并排设置两个凹槽(12)。

8.一种用于制造权利要求1-7中的超导电缆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)制备支撑体：通过热挤压金属材料制成支撑体(2)，支撑体(2)的生产过程包括在挤压件后续的冷却阶段；

2)形成底座：限定引导件(6)的底座7的侧壁(8)，与支撑体(2)在相同的过程被挤压；

3)扭转支撑体：在挤压之后，支撑体(2)和引导件6以恒定的间距扭转，将引导件(6)呈螺旋状延伸；

4)安装条带：条带(3)设置在底座(7)中，条带(3)彼此叠置以形成条带叠层，插入底座(7)中；

5)插入间隔件：间隔件(16)以的插入的方式安装在条带(3)表面；

6)安装金属带：金属带(15)缠绕在引导件(6)上；

7)安装涂层：借助于拉拔工艺安装涂层(14)；

8)制备润滑通道：用于每个座底(7)中制备的制冷剂流体的润滑通道(11)。

9.根据权利要求5所述的一种超导电缆，其特征在于：凹槽(12)在支撑体(2)和引导件(6)的挤压阶段制成的。

10.根据权利要求5所述的一种超导电缆，其特征在于：涂层(14)包裹在引导件(6)的外部。

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