DE2111080C3 - Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme - Google Patents

Description

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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 und Gase, in Form eines um das jeweils innere Rohr wendelförmig herumgelegten bandförmigen Trägers für in Strömungsrichtung des transportierten Mediums offene Stützelemente.

Zur Übertragung elektrischer Energie sind bereits tiefgekühlte Kabel bekannt geworden, bei denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind. Dieses Rohr, das vorteilhaft gewellt ist, wird zum Schutz nach außen von drei weiteren konzentrischen Rohren umgeben, die jeweils etwas größeren Durchmesser besitzen, so daß entsprechende Zwischenräume gebildet werden. Im innersten Zwischenraum kann beispielsweise ein Vakuum aufrechterhalten werden, während der mittlere Zwischenraum zum Zwecke der Unterteilung des vom Kabelinnern nach außen gerichteten Temperaturgefälles und damit zur Erzielung einer Zwischenkühlung mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der äußere Raum ist wiederum evakuiert.

Bekannt sind aber auch bereits Rohrsysteme, 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 verschiedensten Ausführungen verwendet worden. Diese Abstandshalter haben beispielsweise die Form einer aus Kunststoff bestehenden Wendel, die um das jeweils innere Rohr herumgelegt ist (AT-OS 2 56 956). Sie können aber auch aus drei oder mehreren radial zwischen jeweils zwei Rohren angeordneten und gleichmäßig über den Umfang des jeweiligen Innenrohres verteilten Stutzelementen aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen (DE-OS 16 75 323). Wegen der durch diese bekannten Abstandshalter in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei Rohren eingebrachten verhältnismäßig großen Massen sind diese Abstandshalter jedoch 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 kühlenden Mediums dann erforderlich, wenn in dem das zu transportierende Medium führenden Rohr beispielsweise bei tiefen Temperaturen flüssige Gase, wie Wasserstoff oder Helium weitergleitet 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 supra'eitendem 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 konzentrischen 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 Strcmungsverluste bedingen darüber hinaus eine größere Anzahl an über die Strecke verteilten Pumpstationen, die das flüssige oder gasförmige Medium durch das Rohrsystem befördern.

Aus diesem Grunde hat man auch bereits auf einen Träger angeordnete Abstandshalter, etwa in Form beidseitig offener Hohlzylinder, verwendet, wobei der Träger um das jeweils innere Rohr so herumgelegt wird, daß die Zylinderöffnungen in Strömungsrichtung des kühlenden Mediums verlaufen (FR-PS 20 09 998). Der Strömungswiderstand läßt sich auf diese Weise reduzieren, die dauerhafte Verankerung der Abstandshalter auf dem Träger bereitet jedoch Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Abstandshalterkonstruktion zu schaffen, die den strömungstechnischen Anforderungen genügt,, darüber hinaus aber die mechanische Stabilität gewährleistet und sich rationell herstellen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Stützelemente durch den bandförmigen Träger selbst gebildet sind, der als dünnes Metallband in Abständen Sicken aufweist. Diese Stützelemente lassen eine rationelle Fertigung zu, sie sind, da sie aus dem gleichen Metallband bestehen, materialarm und in ihren Abmessungen genau den Bandabmessungen angepaßt.

Zur Herstellung der Stützelemente können dünne Metallbleche, beispielsweise aus Messig, Kupfer oder auch aus Stahl, z. B. in nichtrostender Ausführung, verwendet werden, die bei hoher Stabilität gegen äußere mechanische Kräfte geringstmögliche Strömungsverluste zulassen.

Zur weiteren Materialeinsparung, sowohl im Sinne

einer Verringerung des Strömungswiderstandes als auch zur Fertigungsvereinfachung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, in einem als Träger ausgebildeten dünnwandigen Metallband in Abständen angeordnete Sicken vorzusehen, die aus mechanischen Gründen vorteilhaft einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Diese Sicken sind in Wetterführung der Erfindung lediglich an ihrer Grundfläche mit einem ebenfalls dünnwandigen Blechstreifen zur Erzielung der notwendigen Fonnstabilität verlötet oder verschweißt Der so hergestellte bandförmige Abstandshalter wird dann Schraubenlinien- oder wendelförmig auf das jeweils innere Rohr aufgewickelt Dabei hat es sich in Durchführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, die Sicken bei der Herstellung bereits schräg auf dem Band anzuordnen, und zwar um einen Winkel geneigt, der der Steigung der Wendel oder Schraubenlinie entspricht, in der der Träger auf das die Abstandshalter tragende Rohr aufgewickelt ist. Wesentlich hierbei ist, daß in montiertem Zustand die begrenzenden Umflächen der Sicken zumindest annähernd in Strömungsrichtung verlaufen, so daß dem strömenden Medium lediglich die aus dem dünnen Metallband bestehenden Stirnseiten entgegengerichtet sind.

Die Erfindung sei an Hand der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Zum Transport flüssiger oder gasförmiger Medien, die während des Transportes mit Rücksicht auf eine einzuhaltende Viskosität auf gleichbleibender Temperatur gehalten werden sollen, dient, wie aus der F Ί g. 1 ersichtlich, das beispielsweise aus Kupfer oder nichtrostendem Stahl bestehende gewellte Metallrohr 1. Konzentrisch zu diesem, das zu transportierende Medium führende Rohr 1 ist ein weiteres Rohr 2 angeordnet, das in bekannter Weise beispielsweise von einem aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Material umgeben ist Um sicherzustellen, daß das im Rohr 1 strömende Medium, beispielsweise flüssiger Schwefel, während des Transportes auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, kann eine Begleitheizung in der Weise vorgesehen werden, daß in dem Raum zwischen den Rohren 1 und 2 ein flüssiges oder gasförmiges Medium geführt wird, dessen Temperatur den Bedürfnissen des zu transportierenden Mediums angepaßt wird. Um dabei die Strömungsverluste in diesem Raum möglichst gering zu halten, ist, wie insbesondere aus der F i g. 2 ersichtlich, ein dünnwandiges Metallband 3 verwendet, das in Abständen mit den Sicken 4 versehen ist, die im vorliegenden Fall einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

Zur Erhaltung der Formstabilität dieser Sicken auch bei stärkerer mechanischer Beanspruchung von außen sind an der Unterseite des Bandes 3 im Bereich der Sicken zusätzliche Stützbleche 5 vorgesehen, die mit dem eigentlichen Band 3 beispielsweise durch Punktschweißen oder Löten verbunden sind. Dieser so vorbereitete Abstandshalter ist dann, wie aus der F i g. 1 ersichtlich, Schraubenlinien- oder wendelförmig auf das Innenrohr aufgebracht, wobei die Schrägstellung der Sicken auf dem Metallband im eingebauten Zustand bewirkt, daß die Flanken in Strömungsrichtung weisen, so daß dem strömenden Medium lediglich die dünnen Bandkanten entgegengerichtet sind. Mit 6 sind die Lötoder Schweißstellen bezeichnet, an denen die Blechstreifen 5 mit dem Band 3 verbunden sind.

Um die Strömungsverluste in dem Zwischenraum zwischen den Rohren 1 und 2 weiter zu verringern, kann es oft vorteilhaft sein, auf dem Innenrohr und/oder über dem wendeiförmigen Abstandshalter, d.h. an der inneren Oberfläche des Rohres 2, zusätzlich eine Bandbewicklung 7 vorzusehen, wobei das hierzu verwendete, z. B. aus Metall bestehende Bandmateria] beispielsweise wendelförmig mit oder ohne Überlappung aufgewickelt wird. Die Flexibilität des Rohrsystems ist dadurch nicht behindert, da das wendeiförmige Aufbringen ein Verschieben des Bandes bei Biegebeanspruchung zuläßt

Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 und 2 ist in der F i g. 3 ein Rohrsystem zum Transport flüssiger Gase, z. B. Wasserstoff oder Helium, dargestellt Zu diesem Zweck ist das Innenrohr 8, das auch zur Aufnahme elektrischer Leiter verwendet werden kann, beispielsweise mit flüssigem Helium mit einer Temperatur von 4,2 K gefüllt Konzentrisch zu diesem beispielsweise aus Kupfer bestehenden, gewellten Metallrohr 8 ist ein ebenfalls gewelltes und beispielsweise aus Kupfer bestehendes Rohr 9 vorgesehen, wobei der Zwischenraum zwischen diesen beiden Rohren durch eine Isolierstoffwendel 10 und einer gegen Strahlung thermisch isolierenden Schicht 1 f aus einer Vielzahl Metallfolien bzw. metallisierte Folien mit zwischenliegenden Lagen aus z. B. Glasgewebe ausgefüllt ist. Um sicherzustellen, daß das in dem Rohr 8 strömende Helium während des Transportes bzw. der Kühlung in dem Roh^r 8 befindlicher Supraleiter auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, ist eine Zwischenkühlung in dem Raum zwischen dem Rohr 9 und dem weiteren konzentrischen Rohr 12 vorgesehen, beispielsweise dadurch, daß flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von 77 K durch diesen Zwischenraum hindurchgeführt wird. Damit die Strömungsverluste in diesem Raum möglichst gering gehalten werden, wird wiederum der in vergrößertem Maßstab in F ι g. 2 dargestellte Abstandshalter aus dem Metallband 3 mit den darauf angebrachten Sicken 4 verwendet. Dieses Metallband ist wiederum Schraubenlinien- oder wendelförmig auf das Rohr 9 bzw. auf die auf diesem Rohr aufgebrachte Bandbewicklung 13 aufgewickelt, und zwar so, daß dem strömenden Medium lediglich die dünnen Bandkanten der Sicken entgegengerichtet sind. Mit 6 sind wiederum die Lot- oder Schweißstellen bezeichnet, an denen die Blechstreifen 5 mit dem Band 3 verbunden sind. Die Bandbewicklung 13 dient dazu, durch Ausgleich der Wellung des Rohres 9 die Stromungsverluste weiter herabzusetzen.

Über dem die Zwischenkühlung nach außen begrenzenden Rohr 12 ist ein weiteres konzentrisches Rohr 14 vorgesehen, das schließlich von einer äußeren Umhüllung 15 beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff umgeben ist. Der Raum zwischen den Rohren 12 und 14 ist wieder thermisch isoliert, und zwar so, daß zur Abstandshalterung eine Isolierstoff wendel 16 verwendet wird, die ganz oder teilweise in eine aus einer Vielzahl beispielsweise aus Metall- und Isolierstoffolien in abwechselnder Folge bestehende gegen Strahlung thermische Isolierung 17 eingebettet ist.

Wie bereits angedeutet, kann das Rohrsystem nach der Fig.3 auch zur Aufnahme supraleitender Drähte oder Bänder verwendet werden, die infolge der niedrigen Temperaturen im Innenrohr 8 in den supraleitenden Zustand überführt zum Stromtransport, sei es als Energie- oder Nachrichtenübertragungskabel, verwendet werden.

Abgesehen von der Aufnahme supraleitender Drähte oder Bänder kann das innere Rohr 8 bzw. das Rohr 1

nach der Fig. 1 auch zur Aufnahme von Leitern verwendet werden, die auf tiefe Temperaturen abgekühlt, z. B. auf die Temperatur des flüssigen Wasserstoffes, die Seele sogenannter Widerstandskabel bilden. Diese Kabel bzw. deren Leiter weisen einen gegenüber den bei Normaltemperatur betriebenen erheblich geringeren elektrischen Widerstand auf, der sich aus dem Verhältnis des Widerslandes bei der Temperatur im Innenrohr zur Raumtemperatur ergibt. Für Kupfer ergibt sich beispielsweise

■293 K

3-=- 500

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit zwischen den vorzugsweise gewellten Metallrohreu bestehendem Temperaturgefälle, z. B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenes elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter oder gekühlter Flüssigkeiten und Gase, in Form eines um das jeweils innere Rohr wendelförmig herumgelegten bandförmigen Trägers für in Strömungsrichtung des transportierten Mediums offene Stützelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente durch den bandförmigen Träger selbst gebildet sind, der als dünnes Metallband in Abständen Sicken aufweist

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken an ihrer dem Metallband zugekehrten mit einem dünnwandigen Blechstreifen als Weiterführung des Trägers mechanisch fest verbunden sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken zur Längsrichtung des Metallbandes um einen Winkel geneigt sind, der der Steigung der Wendel- oder Schraubenlinie entspricht, in der das Metallband auf das jeweils innere Rohr aufgewickelt ist.