DE10060554A1 - Thermal shield for liquid helium supply systems, especially for particle accelerator systems - Google Patents
Thermal shield for liquid helium supply systems, especially for particle accelerator systemsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Thermalschild für Flüssig-Heli um-Versorgungssysteme, insbesondere in Leitungssystemen für die Versorgung der zur Erzeugung von Magnetfeldern der er forderlichen Stärke in Teilchenbeschleunigeranlagen erfor derlichen supraleitenden Magnete mit Kühlmedium, welches innerhalb einer sie umschließenden hochevakuierbaren Hüll- Rohrleitung eine Anzahl von gesonderten Rohrleitungen für die Zufuhr von Kühlmedium zu den und die Abfuhr von demge genüber erwärmtem Kühlmedium von den supraleitenden Magne ten und weitere von Kühlmedium durchströmte Rohrleitungen aufweist, welche innerhalb eines sie im Wesentlichen über ihre gesamte Länge umschließenden als zylindrische Schale ausgebildeten und im Wesentlichen konzentrisch mit Abstand von der inneren Wandfläche der hochevakuierbaren Hüll-Rohr leitung gehalterten Thermalschilds aus gut wärmeleitendem Material angeordnet sind.The invention relates to a thermal shield for liquid helicopters um supply systems, in particular in line systems for the supply of the he to generate magnetic fields required strength in particle accelerator plants the superconducting magnets with cooling medium, which within a highly evacuable envelope Pipeline a number of separate pipelines for the supply of cooling medium to and the removal of demge compared to heated cooling medium from the superconducting magnets and other pipelines through which cooling medium flows which is essentially within a them enclosing their entire length as a cylindrical shell trained and essentially concentric with distance from the inner wall surface of the highly evacuable envelope tube cable-held thermal shield made of good heat-conducting Material are arranged.
Für die bisher bedeutendste Ringbeschleunigeranlage der Welt des europäischen Teilchenforschungszentrums CERN bei Genf, die auch als "LARGE ELEKTRON-POSITRON COLLIDER (LEP)" bezeichnet wird, ist eine noch leistungsfähigere Nachfolge anlage, die "LARGE HADRON COLLIDER (LHC)" projektiert, wel che in der bestehenden Tunneltrasse installiert werden soll. Mit Hilfe dieser neu projektierten Beschleunigeranla ge sollen vertiefe Erkenntnisse über die Zusammenhänge in der Welt der kleinsten Teilchen gewonnen werden. Um die für die erforderliche Protonenergie von 7 TeV erforderlichen starken Magnetfelder erzeugen zu können, müssen supralei tende Magnete verwendet werden, die bei einer Betriebstem peratur von 1,9°K arbeiten. Zur Versorgung der bei der in Frage stehenden Anlage 1800 supraleitenden Magneten mit dem als Kühlmittel verwendeten superflüssigen Helium muss im bestehenden Tunnel ein neues Versorgungs-Leitungssystem eingebaut werden, über welches den Magneten das Kühlmittel zugeführt und das erwärmte Kühlmittel zur erneuten Abküh lung abgeführt wird. Insgesamt umfasst das projektierte System für die Versorgung der supraleitenden Magneten mit dem Kühlmedium, d. h. superflüssigem Helium, vier oder fünf als Rohrleitungen ausgeführte Prozessleitungen, die zusam men in einer hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung einge schlossen sind. Durch die Evakuierung der Hüll-Rohrleitung soll der Wärmetransport zwischen den einzelnen Leitungen so gering wie möglich gehalten werden.For the most important ring accelerator system in the world of the European particle research center CERN near Geneva, which is also referred to as "LARGE ELEKTRON-POSITRON COLLIDER (LEP)", an even more powerful successor system is being designed by "LARGE HADRON COLLIDER (LHC)", which is what to be installed in the existing tunnel route. With the help of this newly planned accelerator system, in-depth knowledge about the relationships in the world of the smallest particles is to be gained. In order to be able to generate the strong magnetic fields required for the required proton energy of 7 TeV, super-conducting magnets must be used, which work at an operating temperature of 1.9 ° K. To supply the superconducting magnets in the 1800 plant in question with the super-liquid helium used as the coolant, a new supply line system must be installed in the existing tunnel, via which the coolant is supplied to the magnets and the heated coolant is removed for cooling again. Overall, the planned system for supplying the superconducting magnets with the cooling medium, i.e. superfluid helium, comprises four or five process lines designed as pipelines, all of which are enclosed in a highly evacuable envelope pipeline. The evacuation of the enveloping pipeline is intended to keep the heat transport between the individual lines as low as possible.
Das gesamte Versorgungs-Leitungssystem der Ringbeschleuni geranlage ist in acht Sektoren unterteilt, die jeweils eine in sich abgeschlossene Versorgungseinheit von Kälteerzeu gungsstation bis zum Umkehrmodul und zurück bilden.The entire supply line system for the ring acceleration is divided into eight sectors, each one self-contained supply unit of refrigeration Form the supply station to the reversing module and back.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches mit einem Thermalschild versehenes Versorgungssystem für die Versorgung der supraleitenden Magnete in Teilchenbeschleu nigeranlagen mit dem Kühlmittel zu schaffen, bei welchem nicht nur die bei der extrem niedrigen Betriebstemperatur geforderten kryotechnischen Anforderungen, insbesondere die Abschirmung der Prozessleitungen gegen Umgebungstemperaturen im stationären Betrieb erfüllt werden, sondern darüber hinaus auch den bei Anfahrvorgängen oder auch bei Störfäl len und dadurch bedingten Temperaturänderungen auftretenden Betriebsbedingungen Rechnung tragen, wobei gleichzeitig ein optimales Tragsystem für die erforderliche Superisolation geschaffen werden soll.The invention is based, with such an object a thermal system for the Supply of the superconducting magnets in particle acceleration to create niger plants with the coolant, at which not just the extremely low operating temperature required cryotechnical requirements, especially the Shielding the process lines against ambient temperatures be fulfilled in stationary operation, but above in addition, also during start-up processes or in the event of a fault len and resulting temperature changes Take account of operating conditions, taking one at the same time optimal support system for the required super insulation to be created.
Ausgehend von einem Versorgungssystem der eingangs erwähn ten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Thermalschild mit einer der Rohrleitungen zu einer integralen Einheit verbunden ist, dass die zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehene Rohrleitung beidseitig integral anschließende streifenförmige Wandungsabschnitte mit bogen förmig gekrümmtem Querschnitt aufweist, welche zusammenge nommen einen die Rohrleitung nur in einem unteren Teilbe reich der zylindrischen Schale umschließenden Wandungsteil des Thermalschilds bilden, und dass der diesen unteren durchgehenden Wandungsteil zur geschlossenen zylindrischen Schale ergänzende Bereich des Thermalschilds von in Längs richtung aufeinander folgenden, an den freien Rändern des unteren durchgehenden Wandungsteils wärmeleitend angesetz ten Schalenabschnitten aus gut wärmeleitendem Material ge bildet wird, zwischen denen jeweils bis zum unteren durch gehenden Wandungsteil radial umlaufende Trennfugen vorgese hen sind. Die Verwendung und Ausgestaltung des in der er findungsgemäßen Weise ausgebildeten, seinerseits durch das Kühlmedium gekühlten Thermalschilds dient - neben der Eva kuierung der Hüll-Rohrleitung und ggf. weiter vorgesehenen Isolationsmaßnahmen - der Abschirmung der das Kühlmedium führenden Prozess-Rohrleitungen gegen Wärmeaufnahme aus der Umgebung durch Wärmestrahlung. Die Kühlung des Thermal schilds im Anfahrbetrieb setzt zunächst im unteren durchge henden Wandungsteil ein, während die hieran anschließenden, das Thermalschild in Umfangsrichtung zur zylindrischen Schale ergänzenden Schalenabschnitte erst zeitverzögert durch Wärmeleitung gekühlt werden, bis unter stationären Betriebsbedingungen die Temperaturdifferenzen über den Umfang des Thermalschilds weitgehend ausgeglichen sind. Der bei Anfahr-Betriebsbedingungen zwangsläufig auftretende Temperaturgradient über den Umfang des Thermalschilds führt zu unterschiedlichen Wärmekontraktionen im unteren durchge henden Wandungsteil und den oberen Schalenabschnitten. Die Unterteilung des oberen Teils des Thermalschilds in Scha lenabschnitte mit Trennfugen hat nun zur Folge, dass eine dementsprechend bogen- oder bananenförmige Verformung, wel che ein durchgehendes zylindrisches Thermalschild aufgrund des Temperaturgradienten erfahren würde, minimiert wird, weil die in den dem unteren durchgehenden Wandungsteil ge genüberliegenden Bereichen der Schalenabschnitte erfolgen den stärkeren Wärmekontraktionen aufgrund der entsprechend breit bemessenen Trennfugen sich nicht addieren können.Based on a supply system mentioned at the beginning According to the invention, this type of object is achieved by that the thermal shield connects to one of the pipes integral unit is connected to that for cooling the Pipeline provided on both sides integral subsequent strip-shaped wall sections with an arch has a curved cross-section, which together take the pipeline only in a lower part rich wall part surrounding the cylindrical shell of the thermal shield, and that of this lower one continuous wall part to the closed cylindrical Shell complementary area of the thermal shield from in longitudinal towards each other, on the free edges of the lower continuous wall part applied heat conductive shell sections made of a good heat-conducting material is formed, between which each through to the bottom radially circumferential separating joints hen are. The use and design of the in the he trained according to the invention, in turn by the Cooling medium is used for thermal shields - in addition to the Eva the envelope pipeline and any further provided Insulation measures - the shielding of the cooling medium leading process piping against heat absorption from the Environment through heat radiation. Cooling the thermal shields in start-up mode initially set in the lower wall part, while the adjoining, the thermal shield in the circumferential direction to the cylindrical Shell-complementing shell sections only delayed be cooled by heat conduction until under stationary Operating conditions the temperature differences over the scope of the thermal shield are largely balanced. The inevitably occurring under start-up operating conditions Temperature gradient over the circumference of the thermal shield leads to different heat contractions in the lower existing wall part and the upper shell sections. The Subdivision of the upper part of the thermal shield in Scha Len sections with parting lines now have the consequence that a accordingly bow or banana-shaped deformation, wel due to a continuous cylindrical thermal shield of the temperature gradient would be minimized, because the ge in the lower continuous wall part opposite areas of the shell sections the stronger heat contractions due to the wide joints cannot add up.
Sowohl der untere durchgehende Wandungsteil des Thermal schilds als auch die den unteren durchgehenden Wandungsteil zum zylindrischen Thermalschild ergänzenden Schalenab schnitten sind zur Sicherung einer schnellen Erreichung ei nes stationären Betriebszustands aufgrund der hohen Wärme leitfähigkeit von Aluminium aus diesem Material herge stellt, wobei der untere durchgehende Wandungsteil zweckmä ßig als integrales Strang-Pressprofil ausgebildet ist.Both the lower continuous wall part of the thermal shields as well as the lower continuous wall part shells to complement the cylindrical thermal shield cuts are to ensure quick achievement stationary operating state due to the high heat conductivity of aluminum from this material represents, the lower continuous wall part expedient ß is formed as an integral extruded profile.
Die Schalenabschnitte sind dann bevorzugt mit den unteren Längsrändern des unteren durchgehenden Wandungsteils ver schweißt.The shell sections are then preferably with the lower Ver longitudinal edges of the lower continuous wall part welded.
Als zusätzliche Isolationsmaßnahme empfiehlt es sich, das Thermalschild mit einer mehrlagigen Umhüllung aus biegewei chem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Superisolation zu versehen, d. h. das Thermalschild dient dann auch als Trä ger für die Superisolation.As an additional insulation measure, it is recommended that Thermal shield with a multi-layer coating made of flexible paper chem heat-insulating sheet material as super insulation provided, d. H. the thermal shield then also serves as a support for super insulation.
Darüber hinaus kann es notwendig sein, auch die im Thermal schild verlaufenden Rohrleitungen mit einer mehrlagigen Um hüllung aus biegeweichem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Superisolation zu versehen.In addition, it may be necessary even in the thermal shielded pipelines with a multi-layer um cover made of flexible, heat-insulating sheet material as To provide super insulation.
Die innerhalb des Thermalschilds verlaufenden, aus geeigne ten Stahllegierungen hergestellten Rohrleitungen werden in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch eine Anzahl von voneinander beabstandeten und auf dem unteren durchge henden Wandungsteil des Thermalschilds längsverschieblich abgestützten Querscheiben in der vorgegebenen relativen Lage zueinander innerhalb des Thermalschilds gehalten. Durch längsverschiebliche Abstützung dieser Querscheiben werden die unterschiedlichen Wärmedehnungen der für die Rohrleitung einerseits und das Wärmeschild andererseits verwendeten Materialien ausgeglichen.The running inside the thermal shield, from suitable Pipes manufactured in steel alloys are used in advantageous development of the invention by a number of spaced apart and on the lower one The wall part of the thermal shield can be moved longitudinally supported cross disks in the specified relative Position held relative to each other within the thermal shield. By longitudinally displaceable support of these cross disks are the different thermal expansions for the Pipeline on the one hand and the heat shield on the other used materials balanced.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Quer scheiben dabei durch jeweils wenigstens zwei auf den Innen flächen der integral an der zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehenen Rohrleitungen anschließenden streifenförmigen Wandungsabschnitten des unteren durchgehenden Wandungsteils abgestützten drehbar gelagerte Rollen längsverschieblich im Thermalschild gehalten.In a preferred embodiment of the invention, the cross slice through at least two each on the inside surfaces of the integral on the for cooling the thermal shield provided piping connecting strip-shaped Wall sections of the lower continuous wall part supported rotatably mounted rollers longitudinally displaceable in the Thermal shield held.
Der untere durchgehende Wandungsteil seinerseits ist dann im Bereich der Längsränder der integral an die zur Durch strömung mit Kühlmittel bestimmte Rohrleitung anschließen den Wandungsabschnitte mit jeweils wenigstens einer nach innen vortretenden durchgehenden Längsrippe zur Längsfüh rung der an den Querscheiben drehbar gelagerten Rollen ver sehen. Eine Verdrehung der Querscheibe in ihrer Ebene in nerhalb des Thermalschildes wird dadurch mit Sicherheit vermieden.The lower continuous wall part in turn is then in the area of the longitudinal edges of the integral to the through Connect the flow with a coolant to a certain pipe the wall sections with at least one each inside continuous longitudinal rib for longitudinal guidance of the rollers rotatably mounted on the cross disks see. A twist of the cross disk in its plane in within the thermal shield, it is certain avoided.
Da die innerhalb des Thermalschildes verlaufenden Rohrlei tungen bei stationären Betriebsbedingungen Kühlmittel un terschiedlicher Temperatur führen, muss die Möglichkeit des Ausgleichs unterschiedlicher Längenänderungen der Rohrlei tungen gegeben sein, was in an sich bekannter Weise durch Einschaltung entsprechender Kompensatoren möglich ist. Im Bereich der Querscheiben wird diesen unterschiedlichen Län genänderungen zweckmäßig dadurch Rechnung getragen, dass zumindest ein Teil der innerhalb des Thermalschilds verlau fenden Rohrleitungen längsverschieblich in den Querscheiben gehalten ist, wobei eine der Leitungen zweckmäßig fest mit den Querscheiben verbunden ist. Diese fest mit den Quer scheiben verbundene Leitung bestimmt die axiale Lageände rung der Querscheiben innerhalb des Thermalschilds, welche durch die längsverschiebliche Halterung der restlichen Rohrleitung nicht behindert wird.Because the Rohrlei running inside the thermal shield coolant and stationary operating conditions different temperature, the possibility of Compensation for different changes in length of the Rohrlei tungen given, what in a manner known per se Appropriate compensators are possible. in the The area of the cross discs is this different length appropriate changes taken into account in that at least a part of the inside of the thermal shield the pipes can be moved lengthways in the cross discs is held, with one of the lines suitably fixed the cross discs is connected. This firmly with the cross disc-connected line determines the axial position tion of the transverse discs within the thermal shield, which through the longitudinally displaceable bracket of the rest Pipeline is not obstructed.
Die Querscheiben sind zweckmäßig aus Kunststoff, vorzugs weise glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff, herge stellt, um Wärmetransport zwischen den innerhalb des Ther malschildes verlaufenden Rohrleitungen über die Querschei ben zu vermeiden.The cross discs are advantageously made of plastic, preferred wise glass or carbon fiber reinforced plastic, herge provides heat transfer between those within the Ther Malschild's running pipelines across the cross to avoid.
Das Thermalschild seinerseits wird in bevorzugter Weiter bildung der Erfindung durch im erforderlichen Längsabstand und am Umfang versetzt angeordnete Rollen längsverschieb lich innerhalb der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung gela gert.The thermal shield in turn is preferred education of the invention by in the required longitudinal distance and longitudinally staggered rollers Lich within the highly evacuable envelope pipeline siege.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Aus führungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:The invention is in the following description of an exemplary embodiment of the invention in connection with the Drawing explained in more detail, namely:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Teilabschnitts eines Leitungs systems für die Versorgung der supra leitenden Magnete von Teilchenbe schleunigern mit Flüssig-Helium als Kühlmedium in perspektivischer Dar stellung; Figure 1 is a schematic view of the structure of a portion of a line system for the supply of the superconducting magnets of Particle accelerators with liquid helium as a cooling medium in perspective Dar position.
Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Lei tungssystem, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1; Fig. 2 is a sectional view through the Lei line system, seen in the direction of arrows 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Abschnitts des Thermalschilds des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Leitungssystems; Fig. 3 is a schematic diagram of a portion of the thermal shield of the line system shown in Figs. 1 and 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht durch das Thermal schild, gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3; Figure 4 is a sectional view through the thermal shield, seen in the direction of arrows 4-4 in Fig. 3.
Fig. 5 eine Schnittansicht durch das Thermal schild im Bereich der Trennfuge zwi schen zwei aufeinander folgenden Scha lenabschnitten, gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 3; und Fig. 5 is a sectional view through the thermal shield in the region of the joint between two consecutive Scha len sections, seen in the direction of arrows 5-5 in Fig. 3; and
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des in nerhalb des Kreises 6 in Fig. 3 lie genden Bereichs des Thermalschilds in vergrößertem Maßstab. Fig. 6 is an enlarged view of the area within the circle 6 in Fig. 3 lying area of the thermal shield on an enlarged scale.
In Fig. 1 ist schematisch ein Abschnitt eines in seiner Ge samtheit mit 10 bezeichneten Ausführungsbeispiels eines mit einem in der erfindungsgemäßen Weise ausgestalteten Ther malschild versehenen Leitungssystems gezeigt, wobei die An ordnung und relative Lage der das Kühlmittel innerhalb des als zylindrische Schale ausgeführten Thermalschildes 12 und dessen konzentrische Anordnung innerhalb einer hochevaku ierbaren Hüll-Rohrleitung 14 erkennbar sind. Die beim tat sächlich ausgeführten Leitungssystem 10 vorgesehenen Iso lierungen des Thermalschilds 12 und der einzelnen Rohrlei tungen sind dabei nicht dargestellt.In Fig. 1 a section of a Ge in its entirety designated 10 embodiment of a pipe system provided with a thermal shield designed in the manner according to the invention is shown, the arrangement and relative location of the coolant within the thermal shell 12 and designed as a cylindrical shell whose concentric arrangement within a highly evacuable envelope pipeline 14 can be seen. The actually performed line system 10 Iso lungen the thermal shield 12 and the individual pipes are not shown.
Innerhalb des Thermalschildes 12 sind beim gezeigten Aus führungsbeispiel vier voneinander beabstandete Rohrleitungen 16, 18, 20 und 22 angeordnet, von denen die Rohrleitun gen 16 und 22 die Prozessleitung für die Zuführung des Kühlmittels, d. h. des flüssigen Heliums, zu bzw. die Rück führung des erwärmten Heliums von den supraleitenden Magne ten dienen, während die untere, in wärmeleitenden Anlage am Thermalschild 12 zu denkende Rohrleitung 20 das Kühlmittel für die Kühlung des Thermalschildes führt. Die schließlich noch dargestellte Rohrleitung 18 ist eine Abführleitung für bei eventuellen Störfällen in den supraleitenden Magneten in gasförmiger Form anfallendes Helium.Within the thermal shield 12 in the exemplary embodiment shown, four spaced-apart pipes 16 , 18 , 20 and 22 are arranged, of which the pipes 16 and 22 are the process line for the supply of the coolant, ie the liquid helium, and the return of the heated helium from the superconducting magne th serve, while the lower, in thermally conductive system on the thermal shield 12 to be considered pipeline 20 carries the coolant for cooling the thermal shield. The pipeline 18, which is finally still shown, is a discharge line for helium occurring in gaseous form in the event of possible malfunctions in the superconducting magnets.
In Fig. 2 ist die Anordnung und Lagerung der Rohrleitungen 16 bis 22 innerhalb des Thermalschilds 12 und dessen Lage rung innerhalb der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung 14 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Lager-Ausgestaltung, welche unterschiedliche Längenänderungen der Rohrleitungen aufgrund von unterschiedlichen Längenänderungen infolge un terschiedlicher Kühlmitteltemperaturen oder auch infolge der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Wärme dehnungskoeffizienten durch relative Längsverschiebung aus zugleichen erlaubt.In Fig. 2, the arrangement and storage of the pipes 16 to 22 within the thermal shield 12 and its position tion within the highly evacuable envelope pipe 14 is shown. This is a bearing design which allows different changes in length of the pipes due to different changes in length due to un different coolant temperatures or due to the use of materials with different thermal expansion coefficients due to relative longitudinal displacement.
Das Thermalschild 12 ist innerhalb der evakuierbaren Hüll- Rohrleitung 14 durch eine Anzahl von in Längsrichtung von einander beabstandeten Rollensätze verschieblich gelagert, wobei jeder Rollensatz aus drei in Umfangsrichtung zueinan der versetzten, auf der Außenseite des Thermalschilds 12 drehbar gelagerten und auf der Innenfläche der Hüll-Rohr leitung 14 abrollenden Rollen 26 gebildet wird. Die Rohr leitungen 16, 18 und 22 sind innerhalb des Thermalschilds 12 durch in Längsrichtung voneinander beabstandeten Quer scheiben 28 aus glasfaserverstärktem Kunststoff gehaltert, welche ihrerseits durch im unteren Bereich auf der Innen fläche des Thermalschilds 12 abgestützten Rollen 30 längs verschieblich im Thermalschild 12 gelagert sind. Die Rohr leitungen 16 und 18 sind längsverschieblich in zylindri schen Lagerhülsen 32 bzw. 34 geführt, die ihrerseits durch mit der jeweiligen Querscheibe 28 verschraubte Spannbänder 36 und 38 gehalten sind. Die im Durchmesser größere Abführ leitung 22 ist dagegen durch ein mit der Querscheibe 28 verschraubtes Spannband 40 kraftschlüssig verbunden. Die Lage der Querscheiben 28 innerhalb des Thermalschilds 12 wird also durch ihre unverschiebliche Fixierung an der Rohrleitung 22 bestimmt.The thermal shield 12 is displaceably supported within the evacuable envelope pipeline 14 by a number of roller sets which are spaced apart in the longitudinal direction, each roller set comprising three circumferentially offset, rotatably mounted on the outside of the thermal shield 12 and on the inner surface of the envelope Pipe line 14 rolling rollers 26 is formed. The pipe lines 16 , 18 and 22 are held within the thermal shield 12 by longitudinally spaced transverse disks 28 made of glass fiber reinforced plastic, which in turn are supported in the lower area on the inner surface of the thermal shield 12 rollers 30 are longitudinally displaceable in the thermal shield 12 . The pipe lines 16 and 18 are longitudinally displaceable in cylindri's bearing sleeves 32 and 34 , which in turn are held by tightening straps 36 and 38 screwed to the respective transverse disk 28 . The larger-diameter discharge line 22 , however, is non-positively connected by a clamping band 40 screwed to the transverse disk 28 . The position of the transverse disks 28 within the thermal shield 12 is thus determined by their immovable fixation on the pipeline 22 .
In Fig. 2 ist dann noch erkennbar, dass die das Kühlmittel für das Thermalschild 12 führende Rohrleitung 20 integraler Teil eines unteren durchgehenden Wandungsteils 42 des Ther malschilds 12, d. h. nicht in den Querscheiben 28 gelagert ist. Dieser untere durchgehende Wandungsteil 42 des Ther malschilds 12 ist ein Aluminium-Stranggussteil, welches beidseitig integral an der Rohrleitung 20 angesetzte, im Querschnitt bogenförmig gekrümmte Wandungsabschnitte 44 aufweist. Der Radius der Wandungsabschnitte 44 entspricht im Wesentlichen dem Radius des Thermalschilds 12. An den freien Rändern der Wandungsabschnitte 44 des Wandungsteils 42 ist jeweils eine radial nach innen vortretende Längsrip pe 46 ausgebildet, welche seitliche Führungen für die zuge ordneten, die Querscheiben 28 längsverschieblich lagernden Rollen 30 bilden.In Fig. 2 it can still be seen that the coolant for the thermal shield 12 leading pipeline 20 is an integral part of a lower continuous wall part 42 of the thermal shield 12 , that is not stored in the transverse disks 28 . This lower continuous wall part 42 of the Ther malschilds 12 is an aluminum continuous casting, which integrally attached to the pipeline 20 on both sides, has arcuate curved wall sections 44 . The radius of the wall sections 44 essentially corresponds to the radius of the thermal shield 12 . At the free edges of the wall portions 44 of the wall part 42 , a radially inwardly projecting longitudinal rip pe 46 is formed, which form lateral guides for the associated rollers 30 , the transverse disks 28 which are mounted for longitudinal displacement.
Um den unteren durchgehenden Wandungsteil 42 des Thermal schilds 12 zur geschlossenen zylindrischen Schale zu ergän zen, sind an den freien Rändern des Wandungsteils 42 in Längsrichtung aufeinander folgende Schalenabschnitte 48 aus Aluminium angeschweißt, die aber nicht ununterbrochen über die gesamte Länge des Wandungsteils 42 durchlaufen, sondern zwischen denen jeweils bis zum durchgehenden Wandungsteil radial umlaufende Trennfugen 50 (Fig. 3 und 6) ausgebildet sind.In order to complement the lower continuous wall part 42 of the thermal shield 12 to form a closed cylindrical shell, successive shell sections 48 made of aluminum are welded to the free edges of the wall part 42 in the longitudinal direction, but do not run continuously over the entire length of the wall part 42 , but instead between which radial separating joints 50 ( FIGS. 3 and 6) are formed up to the continuous wall part.
In den Fig. 3 bis 6 ist das Thermalschild 12 noch - wenn auch in schematisierter und vereinfachter Form - gesondert dargestellt. Insbesondere ist erkennbar, dass die den unteren durchgehenden Wandungsbereich 42 zur ringsum geschlos senen zylindrischen Schale ergänzenden, in Längsrichtung aufeinander folgenden Schalenabschnitte 48 jeweils mit ge ringem Abstand a (Fig. 6) zu den jeweils nächst folgenden Schalenabschnitten 48 mit den Rändern der Wandabschnitte 44 des Wandungsteils 42 verschweißt sind. Der Abstand a zwi schen den Schalenabschnitten ist dabei so gewählt, dass der sich beim Anfahrvorgang, d. h. beginnender Durchströmung der Rohrleitung 20 mit dem Kühlmittel einstellende Temperatur gradient über den Umfang des Thermalschilds 12 mit niedri gerer Temperatur im durchgehenden Wandungsteil 42 und dem gegenüber höherer absoluter Temperatur im Bereich der obe ren Mantellinien der Schalenabschnitte 48 nicht dazu führt, dass es durch die infolge der niedrigeren Temperatur stär keren Verkürzung des unteren Mantelteils 42 als im oberen Bereich des Thermalschilds zu einer bogen- oder bananenför migen Durchbiegung des Thermalschilds kommt. Durch die Un terbrechung des Thermalschilds 12 im Bereich der Trennfugen 50 kann sich die vergleichsweise geringere Verkürzung der Schalenabschnitte 48 nicht addieren, so dass die stärkere Verkürzung des unteren Wandteils 42 also in der Praxis le diglich zu einer Verringerung des Fugenabstands a führt.In Figs. 3 to 6, the thermal shield 12 is yet - displayed in a special - albeit in diagrammatic and simplified form. In particular, it can be seen that the complementary lower wall area 42 to the all-round closed cylindrical shell, in the longitudinal direction successive shell sections 48 each with a small distance a ( FIG. 6) to the next following shell sections 48 with the edges of the wall sections 44 of Wall part 42 are welded. The distance a between the shell sections is selected such that the temperature gradient that occurs during the start-up process, ie, the flow of the pipeline 20 with the coolant, begins to rise over the circumference of the thermal shield 12 with a lower temperature in the continuous wall part 42 and the higher absolute temperature in the area of the upper surface lines of the shell sections 48 does not result in the fact that the shortening of the lower jacket part 42 , which is greater as a result of the lower temperature, results in an arcuate or banana-shaped deflection of the thermal plate than in the upper region of the thermal plate. By interrupting the thermal shield 12 in the region of the joints 50 , the comparatively less shortening of the shell sections 48 cannot add up, so that the greater shortening of the lower wall part 42 thus leads in practice to a reduction in the joint spacing a.
In Fig. 6 ist dann noch erkennbar, dass die die Schalenab schnitte 48 mit den Wandungsabschnitten 44 verbindende Schweißnaht 52 jeweils mit Abstand b vor den senkrechten Stirnkanten der Schalenabschnitte 48 endet, um Scher- und Biegespannungen in den Schweißnähten 52 und der Rohrleitung 20 in den Endbereichen der Schalenabschnitte 48 zu vermei den.In Fig. 6 it can still be seen that the Schalenab sections 48 with the wall sections 44 connecting weld 52 ends at a distance b in front of the vertical end edges of the shell sections 48 to shear and bending stresses in the welds 52 and the pipeline 20 in the End regions of the shell sections 48 to avoid.
Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des vorstehend beschriebe nen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leitungs systems verwirklichbar sind. Solche Abwandlungen und Wei terbildungen können sich z. B. auf die Anzahl und Anordnung der innerhalb des Thermalschilds 12 installierten Rohrleitungen ebenso wie auf die konstruktive Verwirklichung der längsverschieblichen Lagerung der Rohrleitungen in den Querscheiben 28, der Querscheiben 28 im Thermalschild 12 und/oder des Thermalschilds 12 in der Hüll-Rohrleitung 14 beziehen.It can be seen that within the scope of the inventive concept, modifications and developments of the above-described exemplary embodiment of the line system according to the invention can be implemented. Such modifications and further developments can be such. B. on the number and arrangement of the pipes installed within the thermal shield 12 as well as on the constructive realization of the longitudinally displaceable mounting of the pipes in the transverse disks 28 , the transverse disks 28 in the thermal shield 12 and / or the thermal shield 12 in the enveloping pipeline 14 .
Claims (12)
dass das Thermalschild (12) mit einer der von Kühlmedium durchströmten Rohrleitungen (Rohrleitung 20) zu einer inte gralen Einheit verbunden ist,
dass die zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehene Rohr leitung (20) beidseitig integral anschließende streifenför mige Wandungsabschnitte (44) mit bogenförmig gekrümmtem Querschnitt aufweist, welche zusammengenommen einen die Rohrleitungen (16; 18; 22) nur in einem unteren Teilbereich der zylindrischen Schäle umschließenden durchgehenden Wan dungsteil (42) des Thermalschilds bilden, und
dass der diesen unteren durchgehenden Wandungsteil (42) zur geschlossenen zylindrischen Schale ergänzende Bereich des Thermalschilds (12) von in Längsrichtung aufeinander folgenden, an den freien Rändern des unteren durchgehenden Wandungsteils (42) wärmeleitend angesetzten Schalenab schnitten (48) aus gut wärmeleitendem Material gebildet wird, zwischen denen jeweils bis zum unteren durchgehenden Wandungsteil (42) radial umlaufende Trennfugen (50) vorge sehen sind.1.Thermal shield for liquid helium supply systems, in particular in line systems ( 10 ) for supplying the su praleiting magnets required for generating magnetic fields of the required strength in particle accelerator systems with cooling medium, which within one enclosing highly-evacuatable sheath pipeline ( 14 ) Number of separate pipes ( 16 ; 22 ) for the supply of cooling medium to and the removal of the cooling medium heated by the superconducting magnets and further cooling medium-flowing pipes ( 20 ; 18 ), which within them essentially via their The entire length of the thermal shield ( 12 ), which is designed as a cylindrical shell and is arranged essentially concentrically at a distance from the inner wall surface of the highly evacuable enveloping pipeline ( 14 ) and is made of highly heat-conducting material, characterized in that
that the thermal shield ( 12 ) is connected to one of the pipes through which cooling medium flows (pipe 20 ) to form an integral unit,
that the pipe ( 20 ) provided for cooling the thermal shield has integrally adjoining strip-shaped wall sections ( 44 ) on both sides with an arcuately curved cross section, which, taken together, encloses a continuous wall surrounding the pipes ( 16 ; 18 ; 22 ) only in a lower part of the cylindrical shells form part of the thermal shield ( 42 ), and
that the area of the thermal shield ( 12 ) which complements this lower continuous wall part ( 42 ) to form the closed cylindrical shell is formed from well heat-conducting material by sections ( 48 ) which are successively arranged longitudinally on the free edges of the lower continuous wall part ( 42 ) , between which radially circumferential parting lines ( 50 ) are seen up to the lower continuous wall part ( 42 ).
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