DE2129556C3 - Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit zwischen den vorzugsweise gewellten Metallrohren bestehendem Temperaturgefälle, ζ. B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenes elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter oder gekühlter Flüsssigkeiten oder Gase in Form einer materialair ien Fadenaufhängung.

Bekannt sind bereits tiefgekühlte Kabel, bei denen zur Übertragung elektrischer Energie im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres Leiterstränge angeordnet sind. Dieses, die Leiterstränge aufnehmende Rohr, das vorteilhaft gewellt ist, wird zum Schutz nach außen von 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.

Es »ind auch 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 berein 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 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 Stützelementen aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen. Wegen der durch diese bekannten Abstandshalter in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei Rohren eingebrachten verhältnismäßig 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, ζ. Β. Schwefel, verwendet werden soll, das zum kontinuierli chen Transport wegen der einzuhaltenden Viskosität auf bestimmte Temperaturen gehalten werden muß. Auf der anderen Seite ist die Verwendung eines kühlenden 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 sog. Zwischenabkühlung dann auf, wenn es sich beispielsweise bei dem rohrförmigen Gebilde um ein in supraleiten- dem 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 Halte rung 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 Temperatures and Electric Power, 4. bis 26.3.69, Seiten 105— 111), bei der innerhalb eines umgebenden äußeren Glattrohres ein gewelltes Metallrohr mittels Fäden bzw. Drähten aufgehängt ist. Zu diesem Zweck sind beweglich an der inneren Oberfläche des Glattrohres Halteringe an-

so geordnet, von denen aus die Spännfäden oder -drähte zu einem am gewellten Innenrohr befestigten Stützring geführt sind. Dieser Aufbau ist einer rationellen Fertigung entgegengerichtet, abgesehen davon ist eine bekannte Halterung wenig geeignet für flexible

ss 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 Haltevorrich tung läßt eine Biegung z. B. des Kabels in diesem Bereich ohne Schaden für den Kabelaufbau nicht zu.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abstandshalterkonstruktton zu schaffen, bei der die Abstand haltenden

Λ5 Elemente im Fertigungsablauf einfach montierbar und bei minimalen Wärmeübertragungseigenschaften auch dann die Konzsntrizität der Einzelrohre gewährleisten, wenn Biegebeanspruchungen auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch mindestens zwei, vorzugsweise drei Ringe mit dem Durchmesser des jeweiligen Innenrohres entsprechenden Ausschnitten, deren durch den Ausschnitt erzeugte Enden zur Halterung des Fadens oder Drahtes als Träger für das Innenrohr dienen und die, bezogen auf den Ausschnitt, jeweils um 120" versetzt in Achsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Die Strömungsverluste durch solche Abstandshalter sind äußerst gering, so daß eine besonders intensive Kühlung in dem von den Rohren gebildeten Raum möglich wird. Die Aufhängung des jeweils inneren Rohres bedeutet eine äußerst materialanr.es Abstandshalterung, die Wärmeverluste durch Leitung sind praktisch zu vernachlässigen. Die Abstandshalter selbst werden nur auf Zug beansprucht Durch die gewählten Ausschnitte können die Abstandshalter im Zuge einer kontinuierlichen Fertigung von der Seite her auf das Innenrohr aufgebracht werden. Die Halterung der Fäden oder Drähte am Rohr und die Halterung der Fäden oder Drähte an den Ringen ist auf einen kurzen Abschnitt des Rohrsystems beschränkt, so daß mit so'.chen Abstandshaltern ausgerüstete Rohrsysteme biegbar, auch trommelbar, sind, ohne daß die Gefahr einer Verschiebung der Rohre gegeneinander und damit Verlust der Konzentrizität besteht

In Durchführung der Erfindung besteht jeder Abstandshalter aus drei gleich aufgebauten Ringen, die einzeln auf den jeweils inneren Leiter aufgesetzt und nach dem Aufsetzen miteinander verbunden und damit zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Dadurch, daß die jeweils drei einzelnen Ringe um jeweils 120° versetzt in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind und durch beispielsweise Querstifte miteinander verkeilt sind, tragen sich die so gebildeten Abstandshalter auf dem jeweils inneren Rohr von selbst

Statt drei solcher Einzelelemente ist es auch möglich, nur zwei oder mehrere zu verwenden, wesentlich ist lediglich, daß für die jeweilige Elementzahl die Anordnung der Löcher für die Verbindungsstifte oder Halteringe so angeordnet werden, daß ein Normelement entsteht Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der von den Drähten oder Fäden gehaltene Innenleiter parallel gewellt ist, so daß alle Fäden in ein Wellental eingreifen können.

Als Garn, Faden oder Draht hoher Zugfestigkeit kann beispielsweise ein solcher aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise einem vorgereckten Polyester, Nylon und dergl. verwendet werden, es ist aber auch möglich, einen Faden oder Draht aus einem Metall so zu verwenden.

Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels 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 Figur ersichtlich, das beispielsweise aus Kupfer oder nichtrostendem Stahl bestehende parallel gewellte Metallrohr 1. Konzentrisch zu diesem, das zu transportierende Medium führende Rohr 1 ist ein eo weiteres Rohr 2 angeordnet, das in bekannter Weise beispielsweise von einem aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Mantel 3 umgeben ist. Um sicherzustellen, daß das im Rohr 1 befindliche Medium, beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von 4,2 K auf dieser Temperatur gehalten werden kann, ist der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 zur Wärmeisolierung evakuiert und ganz oder teilweise mit einer sog. Superisolation aus geschichteten Metallfolien bzw, metallisierten Kunststoffolien mit zwischenliegenden Lagen aus z. B. Glasfaservlies oder -gewebe ausgefüllt Da die Wärmeleitung durch die gewählte Abstandshalterung in Form der Fäden oder Drähte praktisch vernachlässigbar ist reicht die in dem Raum zwischen den Rohren 1 und 2 befindliche Superisolierung und das bestehende Vakuum aus, das im Innenrohr 1 befindliche Helium auf der gewünschten Temperatur zu halten. Weitere konzentrische Rohre über dem Außenrohr 1 als Wärmeschild nach außen sind nicht mehr erforderlich, die Konstruktion eines Supraleiterkabels, für den Fall, daß im inneren Rohr die elektrischen Leiter angeordnet werden, oder einer sog. Kältemittelübertragungsleitung ist damit wesentlich vereinfacht

Zur Halterung des Innenrohres 1 innerhalb des konzentrisch hierzu angeordneten Rohres 2 dienen mindestens zwei in Achsrichtung hintereinander angeordnete Ringe 4, die mit einer Aussparung 5 versehen sind, welche dem Außendurchmesser des jeweiligen Innenrohres entspricht so daß die Ringe über den Innenleiter geschoben werden können. An den Stellen 6 und 7 sind die zur Halterung dienenden aus Metall oder Kunststoff bestehenden Fäden oder Drähte 8 befestigt die im dargestellten Ausführungsbeispiel auf Zug beansprucht werden. Zur Abstützung der Ringe 4 am äußeren beispielsweise gewellten Metallrohr 2 dienen in Achsrichtung verlaufende Querstreben 9, mit der sich die Ringe 4 an den Wellenbergen des Außenrohres 2 abstützen. Mit 10 sind Stifte oder Bolzen bezeichnet, die im montierten Zustand in entsprechende Bohrungen des in Achsrichtung dahinter- oder davorliegenden Ringes eingreifen und mit diesen verkeilt werden.

Wie aus der Figur ersichtlich, liegen in Achsrichtung hinter dem Ring 4 zwei weitere entsprechend aufgebaute Ringe, die in bezug auf die Aussparung 5 gegenüber dem ersten Ring um 120° versetzt angeordnet sind. Nach Verkeilung dieser einzelnen Ringe mittels der Bolzen oder Stifte 10 ist damit ein selbsttragendes Gebilde geschaffen, das, auf den Innenleiter aufgebracht, in seiner Lage fixiert ist, so daß das Außenrohr 2 ohne Schwierigkeiten darüber gefahren werden kann.

Wie bereits angedeutet, kann das Rohrsystem nach dem Ausführungsbeispiel auch zur Aufnahme supraleitender Drähte oder Bänder verwendet werden, die infolge der niedrigen Temperaturen im Innenrohr 1 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 1 auch zur Aufnahme von Leitern verwendtet werden, die auf tiefe Temperaturen abgekühlt, z. B. auf die Temperatur des flüssigen Wasserstoffes, die Seele sog. Widerstandskabel bilden. Diese Kabel bzw. deren Leiter weisen einen gegenüber den bei Normaltemperatur betriebenen erheblich geringen elektrischen Widerstand auf, der sich aus dem Verhältnis des Widerstandes bei der Temperatur im Innenrohr zu dem bei Raumtemperatur ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit zwischen den vorzugsweise gewellten Metallrohren bestehendem Temperaturgefälle, ζ. 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, gekennzeichnet durch mindestens zwei, vorzugsweise drei Ringe mit dem Durchmesser des jeweiligen Innenrohres entsprechenden Ausschnitten, deren durch den Ausschnitt erzeugte Enden zur Halterung des Fadens oder Drahtes als Träger für das Innenrohr dienen und die, bezogen auf den Ausschnitt, jeweils um 120° versetzt in Achsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringe in montiertem Zustand fest miteinander verbunden sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekeanzeichnet, daß am Umfang der die Fäden oder Drähte tragenden Ringe in Achsrichtung weisende Streben zur Abstützung am Außenrohr angeordnet sind.