DE2541219C2 - Ausgleichsanordnung für eine Tieftemperaturleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichsanordnung für eine Tieftemperaturleitung mit mindestens einem starren Innenrohr, das zum Ausgleich von Längenänderungen mindestens ein rohrförmiges Kompensationselement enthält und das von einem Außenrohr umschlossen ist und zur Führung eines kryogenen Mediums dient.
Tieftemperaturleitungen werden zum Transport von gasförmigen oder verflüssigten kryogenen Medien vorgesehen, deren Temperaturen wesentlich unter der Umgebungstemperatur dieser Leitungen liegen. Sie enthalten im allgemeinen mindestens ein Innenrohr, das von dem kryogenen Medium durchströmt wird und deshalb im Betriebszustand zumindest annähernd auf dem Temperaturniveau dieses Mediums liegt.

Spezielle Tieftemperaturleitungen stellen auch Tieftemperaturkabel dar, in deren Innenrohr mindestens ein auf Tieftemperatur gekühlter deich- oder Wechsel-

<5 stromleiter angeordnet ist, der von einem kryogenen Medium auf Tieftemperatur gehalten wird. Falls als Leitermaterial supraleitendes Material vorgesehen ist, kommt als kryogenes Medium vorzugsweise Helium in Frage. Das Innenrohr eines solchen Kabels wird deshalb

*> auch als Heliumrohr bezeichnet.

Solche Tieftemperaturleitungen arbeiten mit einem verhältnismäßig guten Wärmewirkungsgrad. wenn ein Wärmeausgleich zwischen dem kryogenen Medium in dem Innenrohr und der Außentemperatur durch zusätzliche Maßnahmen begrenzt wird. In einer besonderen Ausführungsform einer solchen Tieftemperaturleitung kann deshalb das Innenrohr in ein weiteres Rohr konzentrisch eingeschlossen sein. Dieses weitere Rohr dient als thermischer Abschirmungsschild und wird auch als Strahlungsschild bezeichnet. Der Strahlungsschild kann zweckmäßig von einem weiteren Medium, beispielsweise flüssigem Stickstoff, auf einem Temperaturniveau gehalten werden, das vergleichsweise höher als das des Innenrohres liegt. Der Strahlungsschild ist seinerseits von einem Außenrohr umgeben, das die Vakuumfestigkeit der gesamten Tieftemperaturleitung gewährleistet und außerdem als Schutz gegen mechanische Beschädigung des Innenrohres und des Strahlungsschildes dienen soll. Zwischen dem Innenrohr, in dem beispielsweise elektrische Leiter angeordnet sind, und dem Außenrohr kann darüber hinaus eine größere Anzahl Lagen von Isolationsfolien angeordnet sein, die eine Wärmeübertragung zwischen Außen- und Innenrohr vermindern sollen. Diese Isolationsfolien sind auch als Superisolation bekannt. Eine stabile Lage der sich gegenseitig umschließenden Rohre erhält man durch entsprechende mechanische Konstruktionen, die sowohl ein einfaches Zusammensetzen dieser Rohre ermöglichen als auch den Wärmeübergang zwischen den Rohren untereinander minimal halten sollen.

Eine Schwierigkeit bei derartigen Leitungen besteht darin, daß ein starres Innenrohr gegenüber einem starren Außenrohr seine Länge verändert, wenn es von Außentemperatur auf Betriebstemperatur abgekühlt wird bzw. von Betriebstemperatur auf Außentemperatur, beispielsweise in einem Störungsfalle, wieder aufgewärmt werden muß. Alle Materialien, die für die Innenrohre zur Führung von kryogenen Medien wie beispielsweise verflüssigtem oder gasförmigem Stickstoff. Wasserstoff oder Helium vorgesehen sind, schrumpfen nämlich beim Abkühlen von Raumtemperatur auf ihre Betriebstemperatur erheblich. Diese Schrumpfung beträgt beispielsweise bei einer Temperaturabnahme von 300 K auf 4 K für Aluminium 4,2 %o, für Chrom-Nickelstahl 2,8 bis 3 %o und für Kupfer 3,2 %o. Selbst eine Schrumpfung von speziellen Stahllegierungen, die unter dem Namen Invar bekannt sind und für das genannte Temperaturgefälle nur um etwa 0,3 %o

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schrumpfen, ist bei langen Rohrleitungen nicht zu vernachlässigen. Um die Längenverkürzungen dieser Leitungen auszugleichen, ist deshalb im allgemeinen erforderlich, entsprechende Kompensationselemente, beispielsweise Wellrohrstücke, in die Innenrohre einzufügen.

Aus der Zeitschrift »Naturwissenschaften« 57 (1970), S. 414 bis 422, insbesondere S. 420, Fig. 7b ist eine entsprechende Ausführungsform einer Tieftemperaturleitung bekannt, bei der sowohl das Außenrohr als auch das Innenrohr, in dem beispielsweise tiefgekühlte Leiteradern angeordnet werden können, starr ausgebildet sind. Das Innenrohr enthält ein wellrohrartiges Kompensationselement, mit dem Schrumpfungsunterschiede gegenüber dem Außenrohr ausgeglichen werden können, die beim Abkühlen des Innenrohres auf die Betriebstemperatur des in ihm fließenden kryogenen Mediums auftreten. Zwischen Innen- und Außenrohr ist darüber hinaus ein Strahlungsschild angeordnet. Dieser Strahlungsschild ist mit Kühlrohren verschen, in denen ein weiteres Kühlmittel fließen kann und die entsprechende Kompensationselementc zum Ausgleich von Schrumpfungsunterschieden enthalten.

Um die bei derartigen Tieftemperaturleitungen erfolgende Wärmeeinbringung in die in ihnen geführten kryogenen Medien so gering wie möglich zu halten, wird zwischen dem Außen- und Innenrohr ein Hochvakuum vorgesehen und werden im allgemeinen Superisolation und Strahlungsschilde zwischen diesen Rohren angeordnet. Darüber hinaus ist eine möglichst kräftefreie Fixierung des Innenrohres innerhalb des Außenrohres erforderlich, um Abstützungs- oder Aufhängevorrichtungen des Innenrohres mit geringen Querschnitten ausführen zu können. Es läßt sich dann die Wärmeeinleitung über diese Vorrichtungen entsprechend gering halten.

Betrachtet man jedoch die Kühlkreisläufe für derartige Tieftemperaturleitungen in ihrer Funktion bei einem Abkühlvorgang, beim Betrieb oder beim Aufwärmen ihrer Innenrohre, so erkannt man, daß die bekannten Wellrohrkompensationselemente der Forderung nach einer kräftefreien Halterung der Innenrohre im Inneren der Außenrohre nur unvollkommen entsprechen. Um beispielsweise ein Innenrohr von Raumtemperatur mittels eines Kühlgases, z. B. Helium, kontinuierlich auf die vorgesehene Betriebstemperatur herabzukühlen, ist wegen <ler relativ geringen Wärmekapazität des Gases ein erheblicher Druck, beispielsweise von 10 bis 15 bar, erforderlich. Die Rohrdurchmesser der Innenrohre, die zur Aufnahme von supraleitenden Phasenleitern eines supraleitenden Kabels vorgesehen sein können, betragen beispielsweise 120 mm oder sind noch größer. Wird nun ein Wellrohr in ein derartiges Innenrohr eingefügt, so wird es mit einer entsprechenden, erheblichen Krafudie 1,1 bis IJTonnen betragen kann, auseinandergedrückt. Die Federkraft eines Wellrohres über seine Nullage hinaus beträgt jedoch nur im allgemeinen 100 bis 120 kp. Sie reicht somit bei weitem nicht aus, der an dem Wellrohr angreifenden Kraft entgegenzuwirken. Um das Wellrohr nun nicht zu überdehnen, muß es deshalb im allgemeinen mit einer Hubbegrenzungsvorrichtung versehen sein.

Zu Beginn eines Abkühlungsvorganges einer derartigen Tief tempera turleitung mit noch warmem Innenrohr wird deshalb im allgemeinen ein in das Innenrohr 6s eingefügtes Wellrohr aufgrund des Innendruckes bis auf seine von der Hubbegrenzungsvorrichtung vorgegebene maximale Länge gedehnt. Das gestreckte Innenrohr 219

ist dann um den Hub des Wellrohres zu lang. Sind beispielsweise die End verschlüsse einer solchen Tieftemperaturleitung senkrecht zur Leitungslängsrichtung angeordnet, so werden die Flansche an den Endverschlüssen und an den erforderlichen Krümmern auf Scherung belastet. Befinden sich dagegen die Endverschlüsse in der Verlängerung des geraden Innenrohres, so ist das Wellrohr zwar gedrückt, die Endverschlüsse werden jedoch mit der genannten Kraft beaufschlagt.

Ähnliche Bedingungen liegen vor, wenn ein Innenrohr der Tieftemperaturleitung sofort mit einem siedenden kryogenen Medium beschickt wird. Das kryogene Medium tritt dann an einem Ende der Tieftemperaturleitung in das sich noch auf Raumtemperatur befindende Innenrohr ein. Es wird sogleich verdampft und nach einer kurzen Übergangszone auf Raumtemperatur aufgewärmt. Hierbei wird ein Druck von mehreren bar erzeugt, der in der bereits geschilderten Weise eine Kraft auf das Wellrohr bewirkt. Das Wellrohr wird deshalb auseinandergedrückt, während sich das Innenrohr noch nahezu über seine gesamte Länge auf Raumtemperatur befindet. Es treten dann die gleichen Belastungen an den Endverschlüssen auf.

Die bei den vorgcschilderten Abkühlungsvorgängen auftretenden Kräfte werden erst allmählich mit sinkender Temperatur des Innenrohres abgebaut und verschwinden erst, wenn über die gesamte Länge des Innenrohres die Betriebstemperatur erreicht ist. Dies bedeutet, daß das in dem Innenrohr eingefügte Wellrohr eigentlich unwirksam ist, da es sich ständig in seiner Endstellung, die durch die Hubbegrenzungsvorrichtung gegeben ist, befindet. Es verhält sich nämlich bei einem Abkühlungsvorgang etwa wie ein glattes starres Rohrstück.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, für die bekannte Tieftcmperaturleitung mit einem Längenkompensationselement eine Ausgleichsanordnung zu schaffen, bei der die vorbeschriebenen Schwierigkeiten nicht oder nur in vermindertem Maße auftreten.

Diese Aufgabe wird für eine Ausgleichsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Kompensationselement eine Dehnungsvorrichtung zugeordnet ist, mittels derer die Länge des Kompensationselementes in Abhängigkeit von der Temperaturdes Innenrohres vorgebbar ist.

Das in das Innenrohr einer Tieftemperaturleitung eingefügte Kompensationselement, beispielsweise ein Wellrohrstück, wird bei Raumtemperatur, d. h. bei noch warmem Innenrohr, um ein vorgebbarcs Stück zusammengedrückt und seine Ausdehnung nur in dem Maße freigegeben, indem bei einem Abkühlungsvorgang sich , das Innenrohr aufgrund von Schrumpfungen verkürzt. Mitdiesen Maßnahmen können vorteilhaft Belastungen von Abstützungen und Aufhängungen zwischen Innen- und Außenrohr sowie von den mit der Leitung verbundenen Endverschlüssen vermieden werden. Es läßt sich somit ein kräftefreier Anschluß der Innenrohre an Endverschlüsse erreichen, da die Länge des Innenrohres einschließlich des Kompensationselementes über den gesamten Temperaturbereich der Tieftemperaturleitung konstant gehalten werden kann.

Zur Änderung der Länge des Kompensationselementes kann die Dehnungsvorrichtung insbesondere mit Spindeln versehen sein, die mechanisch von Hand oder mittels eines Motors in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Innenrohres oder einer

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aufgrund von Temperaturänderungen auf das Innenrohr in Leitungslängsrichtung einwirkenden Kraft zu betätigen sind.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung kann die Dehnungsvorrichtung mindestens ein erstes starres Bauteil mit bei Raumtemperatur vorgegebener axialer Länge und vorgegebenem Dehnungskoeffizienten und parallel dazu mindestens ein weiteres Bauteil enthalten, dessen axiale Länge bei Raumtemperatur um den Betrag der Länge des Kompensationselementes kleiner und dessen Dehnungskoeffizient größer als vergleichsweise bei dem ersten Bauteil sind. Die Bauteile können insbesondere konzentrische Rohrstücke sein, die an einem Ende miteinander und deren anderen Enden jeweils mit dem Ende des an das Kompensationselement angeschlossenen Innenrohrstückes starr verbunden sind. Die Längen und Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile lassen sich vorteilhaft so wählen, daß die Länge des Kompcnsationselementes in Abhängigkeit von der Temperatur um den Betrag vergrößert wird, um den das Innenrohr beim Abkühlen schrumpft. Dieses System ist praktisch selbstregelnd und erfordert keine besonderen mechanischen Betätigungsvorrichtungen.

Darüber hinaus kann vorteilhaft die Dehnungsvorrichtung als Kompensationselemcnt zugleich zur Führung des kryogencn Mediums zwischen den Teilstücken des Innenrohres vorgesehen sein. Diese Ausführungsform einer Ausgleichsanordnung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus, da bei ihr auf dehnbare Körper, beispielsweise Wellrohrstückc, verzichtet werden kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Untcransprüchcn gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die schemalische Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ausgleichsanordnung nach der Erfindung veranschaulicht ist. Die Fig.2 bis 4 zeigen weitere Ausbildungsmöglichkeiten von Ausgleichsanordnungen nach der Erfindung.

In F i g. I ist ein Längsschnitt durch eine Tieftempcraturleilung mit einer Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung nur teilweise ausgeführt. Die Tieftemperaturleitung enthält ein starres lnnenrohr2. das in mindestens zwei Teilstücke 3 und 4 unterteilt ist und konzentrisch von einem starren Außenrohr 6 umschlossen ist. In dem Innenrohr 2 wird ein kryogenes Medium, beispielsweise flüssiges Helium oder flüssiger Wasserstoff, geführt, das zur Kühlung von in der Figur nicht dargestellten Leitern, beispielsweise Supraleitern, vorgesehen sein kann. Das Innenrohr 2 befindet sich deshalb zumindest annähernd auf dem Temperaturniveau des kryogenen Mediums. Dieses Medium und gegebenenfalls der elektrische Strom für die Leiter werden an einem Ende der Leitung mittels eines in der Figur nicht näher ausgeführten Endverschlusses 8 in diese eingeleitet und am anderen Ende der Leitung über einen entsprechenden Endverschluß 9 aus dieser wieder ausgeleitet. Zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 6 kann zweckmäßig ein Hochvakuum und gegebenenfalls mindestens ein Strahlungsschild und Superisolation vorgesehen sein, um die Wärmeeinleitungsverluste von dem Außenrohr auf das Innenrohr zu begrenzen. Ferner sind zur Fixierung des Innenrohres und gegebenenfalls eines Strahlungsschildes innerhalb des Außenrohres Abstützungs- oder Aufhängungsvorrichtungen erforderlich, die in der Figur nicht dargestellt sind.

Zwischen den beiden Teilstücken 3 und 4 des

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Innenrohres 2 ist zum Ausgleich von Längenänderungen als Kompensationselement ein in Leitungslängsrichtung dehnbarer Körper, beispielsweise ein Wellrohrstück 11, eingefügt. Dieses Wellrohrstück kann z. B. mittels Flanschen mit den Teilstücken 3 und 4 verbunden oder mit diesen verschweißt sein. An den Enden der Teilstücke 3 und 4, die mit dem Wellrohrstück 11 verbunden sind, ist jeweils an deren Außenseiten ein radial bezüglich der Leitungsachse nach außen verlaufendes Befestigungselement, beispielsweise ein Ring 13 bzw. 14, starr befestigt. Diese Ringe können z. B. auch zur Verbindung von Flanschen zwischen dem Wellrohrstück 11 und den Teilstücken 3 und 4 des Innenrohres 2 dienen. Zwischen den Ringen ist eine Dehnungsvorrichtung 15 vorgesehen, mit deren Hilfe die Länge L des Wellrohrstückes 11 vorgebbar ist. Diese Dehnungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus Spindeln 16 mit Getrieben, die durch die Ringe 13 und 14 hindurchgeführt sind. Die Spindeln können beispielsweise manuell von außen oder von einem Stellmotor 18 verstellt werden.

An dem Innenrohr 2. beispielsweise an einem Flansch 20 oder 21, an dem zwei Stücke des Innenrohres zusammengefügt sind, ist mindestens ein Sensor 22 angeordnet, mit dem bei Temperaturänderungen die zwischen den Rohrstücken in Leitungslängsrichtung auftretenden Schrumpfungs- oder Dehnungskräfte gemessen werden können. Als Sensoren 22 können beispielsweise Dehnungsmeßstreifen oder Kraftmeßdosen verwendet werden. Je nach den auftretenden Kräften gibt der Sensor 22 auf einen Verstärker mit Regler 23 solange ein Signal, bis über den Stellmotor 18 mit den zugeordneten Spindeln 16 die Länge L des Wellrohrstückes 11 so verändert wird, daß eine kräftefieie Verbindung der Innenrohrstücke an den Flanschen erreicht ist. Es läßt sich so die gesamte Länge des Innenrohres 2 und des Wellrohrstückes 11 in dem vorgesehenen Temperaturbereich, also auch bei einem Abkühlungsvorgang, konstant halten, so daß seitens des Innenrohres 2 auf die Endverschlüsse 8 und 9 praktisch keine Kräfte ausgeübt werden.

Bei sehr langen Tieftemperaturleitungen ist es zweckmäßig, mehrere solcher Ausgleichsanordnungen vorzusehen. Die Stellmotoren 18 ihrer Dehnungsvorrichtungen können gegebenenfalls von einem gemeinsamen Regler 23 aus gesteuert werden.

In F i g. 2 ist von einer Tieftemperaturleitung nur eine weitere Ausführungsform einer Ausgleichsanordnung für ein starres Innenrohr 2 in einem Längsschnitt schematisch dargestellt. Die übrigen, in der Figur nicht ausgeführten Einzelheiten können beispielsweise denen der Tieftemperaturleitung nach Fig. 1 entsprechen. Die Ausgleichsanordnung ist zwischen zwei Teilstücken 25 und 26 eines Innenrohres Z angeordnet und enthält als Längenkompensationselement ein Wellrohrstück 28. An den mit 29 und 30 bezeichneten, dem Wellrohrstück 28 zugewandten Enden der Teilstücke 25 und 26 des Innenrohres 2 ist jeweils an ihren Außenseiten ein Ring 32 bzw. 33 starr befestigt, beispielsweise aufgeschweißt. Diese Ringe sind in radialen Ebenen bezüglich der Leitungsachse angeordnet und haben unterschiedliche Außendurchmesser. Zwischen den Ringen ist eine Dehnungsvorrichtung 34 angeordnet, die zwei rohrförmige Bauteile 35 und 36 enthält. Das eine Rohrstück 35 der Dehnungsvorrichtung ist an seiner Stirnseite mit dem größeren, an dem Ende 29 des Innenrohrstückes 25 befestigten Ring 32 verbunden. Es umschließt konzentrisch das Wellrohrstück 28 und ein Stück des

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Innenrohrstückes 26. Seine axiale Länge bei Raumtemperatur ist mit Li bezeichnet. An dem Ring 33 mit kleinerem Außendurchmesser ist entsprechend das zweite Rohrstück 36 der Dehnungsvorrichtung 34 befestigt, das konzentrisch zwischen dem Innenrohrstück 26 und dem Rohrstück 35 angeordnet ist und das das Innenrohrstück 26 auf eine Länge Z-.? bei Raumtemperatur umschließt. Die Länge Lj des an dem Ring 33 angebrachten Rohrstücks 36 ist dabei so gewählt, daß seine seitliche, von dem Ring 33 abgewandte Stirnfläche mit der entsprechenden Stirnfläche des Rohrstückes 35 in einer gemeinsamen radialen Ebene liegt. Beide Stirnflächen sind über einen Ring 38 miteinander verbunden, beispielsweise an diesem Ring angeschweißt. Die Längendifferenz Li-L₂ dtr beiden Rohrstücke 35 und 36 der Dehnungsvorrichtung 34 legt somit die Länge Ldes Wellrohrstückes 28fest.

Das Rohrstück 35 der Dehnungsvorrichtung 34 mit der Länge L_t besteht vorteilhaft aus einem Material, das nur eine verhältnismäßig geringe Schrumpfung bei Abkühlung von Raumtemperatur auf eine tiefe Betriebstemperatur besitzt. Beispielsweise kann als Material für dieses Bauteil eine spezielle Stahllcgierung oder eine Spezialkeraniik vorgesehen sein. Für das kürzere Rohrstück 36 mit der Länge L₂ wird hingegen vorteilhaft ein Material gewählt, das im gewünschten Temperaturbereich eine möglichst hohe Schrumpfung besitzt. Beispielsweise kann dieses Rohrstück aus Niederdruckpolyäthylen bestehen, das bei einer Temperaturabnahme von 300 auf 4 K um etwa 2,9 %o schrumpft. Falls Aluminium für dieses Rohrstück 36 vorgesehen ist, ergibt sich für die entsprechende Temperaturabnahme eine Schrumpfung von etwa 4,2 %o.

Bei Raumtemperatur werden die Längen L₁ und L₂ der Rohrstücke 35 bzw. 36 so gewählt, daß das Wellrohrstück 28 auf eine vorgegebene Länge L zusammengedrückt ist. Wird nun das Innenrohr 2 abgekühlt, so nehmen über Wärmeleitung auch die Rohrstücke 35 und 36 die Temperatur des Innenrohres an. Die ringförmigen Befestigungskörper 32 und 33 sind deshalb zweckmäßig aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt. Während bei einer Abkühlung die Länge L₁ des Rohrstückes 35 nahezu unverändert bleibt, schrumpft hingegen das Rohrstück 36 in Abhängigkeit von der Temperaturabnahme und gestattet somit dem Wellrohrstück 28 sich auszudehnen. Die Länge Li und L₂ der Rohrstücke 35 und 36 sind dabei so zu bemessen, daß ihre Schrumpfung zumindest annähernd gleich dem Schrumpfungsbetrag der mit dem Wellrohrstück 28 verbundenen Innenrohrstücke 25 und 26 entspricht. Im Falle, daß das Rohrstück 36 einen verhältnismäßig kleinen Dehnungskoeffizienten besitzt, sind die Längen Li und Lider beiden Rohrstücke 35 und 36 entsprechend zu vergröpern.

In einem Anwendungsbeispiel einer solchen Längenkompensation sei eine Gesamtlänge der Innenrohrstükke 25 und 26 von 35 m angenommen. Bestehen diese Innenrohrstücke aus einer speziellen Nickel-Eisen-Legierung, die unter dem Namen Invar bekannt ist, und werden sie von 300 auf 4 K abgekühlt, so schrumpfen sie um 0,35 %o, d. h. um etwa 12,25 mm. Ist nun das längere Rohrstück 35 der Dehnungsvorrichtung ebenfalls aus dieser Speziallegierung hergestellt, während als Material für das kürzere Rohrstück 36 Niederdruckpolyäthy- ^h<; Ien mit einer Schrumpfung von etwa 2,9 % für den vorgegebenen Temperaturbereich gewählt wird, so muß bei Raumtemperatur das Rohrstück 35 eine Länge L_t 219

von 48 cm und das Rohrstück 36 eine Länge L₂ von 42,8 cm haben.

Bei Verwendung von Aluminium für das Rohrstück 36 ergeben sich entsprechende, erheblich größere Rohrlängen. Das Rohrstück 35 muß bei einer ursprünglichen Lage L von 6 cm des Wellrohrstücks 28 dann 31,18 m lang sein, wenn für die vorgegebene Temperaturabnahme eine Schrumpfung von 4,2 %o dieses Materials angenommen wird.

Sollte sich aus konstruktiven Gründen eine derartige große Rohrlänge der beiden Rohrstücke der Dehnungsvorrichtung nach F i g. 2 nicht vorsehen lassen, so können diese Rohrstücke gemäß der Anordnung nach Fig.3 jeweils in mindestens zwei konzentrische Rohrstücke unterteilt werden. Bei der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform einer Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung sind zwei rohrförmige Bauteile 40 und 41 einer Dehnungsvorrichtung 42 in gleicher Weise an Ringscheiben 44 und 45 befestigt wie bei der Ausführungsform nach F i g. 2.

Jedoch sind die den Ringscheiben gegenüberliegenden Stirnseiten dieser Rohrstücke 40 und 41 nicht unmittelbar mittels einer weiteren Ringscheibe, sondern über zwei weitere rohrförmige Bauteile 47 und 48 miteinander verbunden. Diese rohrförmigen Bauteile, die gleiche axiale Länge und verschiedene Durchmesser haben, sind zwischen den Rohrstücken 40 und 41 konzentrisch zur Leitungsachse angeordnet. An einem Ende sind sie mittels einer Ringscheibe 49 untereinander starr verbunden. Das andere seitliche Ende des Rohrstückes 47 mit dem größeren Durchmesser ist zusammen mit dem entsprechenden Ende des Rohrstükkes 40 an einer Ringscheibe 50 befestigt, während das Rohrstück 48 mit dem kleineren Durchmesser in entsprechender Weise mit dem Rohrstück 41 über eine Ringscheibe 51 verbunden ist. Es ergibt sich so im Längsschnitt der Dehnungsvorrichtung 42 eine mäanderförmige Anordnung der Rohrslücke 40, 47, 48 und41.

Als Material für das Bauteil 47, welches das Bauteil 48 umschließt, wird vorteilhaft das Material des innersten Rohrstücks 41 vorgesehen, während das Bauteil 48 aus dem Material des äußersten Rohrstückes 40 besteht. Die vier rohrförmigen Bauteile 40,47,48 und 41 haben somit von außen nach innen gesehen abwechselnd einen kleinen und großen Dehnungskoeffizienten.

Werden die einzelnen Bauteile der Dehnungsvorrichtungen 34 nach F i g. 2 bzw. 42 nach F i g. 3 untereinander und mit den ihnen zugeordneten Innenrohrstücken so verbunden, daß sie ein für das kryogene Medium dichten Raum einschließen, so kann gemäß der Ausführungsform einer Ausgleichsanordnung nach Fig.4 auf ein Wellrohrstück zwischen den beiden Innenrohrstücken, die mit 53 und 54 bezeichnet sind, verzichtet werden. Das Längenkompensationselement dieser Ausgleichsanordnung, dessen Länge L bei Raumtemperatur somit beliebig vorgegeben werden und beispielsweise sehr klein sein kann, wird praktisch nur von seiner Dehnungsvorrichtung 55 gebildet. Diese Vorrichtung enthält entsprechend der Ausführungsform einer Ausgleichsanordnung nach F i g. 2 zwei rohrförmige, sich konzentrisch umschließende Bauteile 57 und 58. Diese Rohrstücke können direkt aufeinanderliegen oder, wie in der Figur dargestellt, geringfügig in radialer Richtung untereinander beabstandet sein.

Da der temperaturabhängige Verlauf der Dehnungskoeffizientenkurven der für die rohrförmigen Bauteile der Dehnungsvorrichtung gemäß den Fig.2 bis 4

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vorgesehenen Materialien in erster Näherung annähernd gleich ist, brauchen die geringen Unterschiede bei der Schrumpfung dieser Materialien nicht berücksichtigt zu werden.

Zur konstruktiven Ausgestaltung der dehnbaren Körper zwischen den einzelnen Innenrohrstücken können einfache Wellrohrstücke verwendet werden, da deren axiale Führung und Begrenzung die Dehnungsvorrichtung gemäß der Erfindung in der vorbeschriebenen Weise übernimmt.

Statt der in den Fig.2 und 3 vorgesehenen rohrförmigen Bauteile können auch mehrere stangenförmige Elemente mit entsprechenden Dehnungskoeffizienten verwendet werden.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren ist davon ausgegangen, daß nur eine Ausgleichsanordnung zwischen zwei Teilstücken eines Innenrohres vorgesehen ist. Derartige Ausgieichsanordnungcn können jedoch auch am Anfang oder Ende einer Tieftemperaturleitung angeordnet werden. Darüber hinaus ist es im allgemeinen aus Gründen der Führung und Begrenzung der Kompensationselemente zweckmäßig, eine größere Anzahl von entsprechenden Elementen mit einer kürzeren Länge anstatt nur einem Element mit einer großen Länge in ein Innenrohr einzufügen. Dies gilt besonders bei Kühlung von Leitungen mit siedenden

ίο Medien, um einen guten Temperaturausgleich an das jeweils zugeordnete Innenrohrstück zu erreichen.

Werden gegebenenfalls für einen Strahlungsschild einer Tieftemperaturlcitung ebenfalls starre Rohre verwendet, so können zum Ausgleich von Schrumpfungsunterschieden entsprechende Ausgleichsanordnungen gemäß der Erfindung vorgesehen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Ausgleichsanordnung für eine Tieftemperaturleitung mit mindestens einem starren Innenrohr, das zum Ausgleich von Längenänderungen mindestens ein rohrförmiges Kompensationselement enthält und das von einem Außenrohr umschlossen ist und zur Führung eines kryogenen Mediums dient, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kompensationselement eine Dehnungsvorrichtung (15, 34,55) zugeordnet ist, mittels derer die Länge (L)des Kompensationselementes in Abhängigkeit von der Temperatur des Innenrohres (2) vorgebbar ist.

2. Ausgleichsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationselement ein in die Leitungslängsrichtung dehnbarer Körper (II, 28) vorgesehen ist.

3. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als dehnbarer Körper (II, 28) ein Wellrohrstück vorgesehen ist.

4. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Länge (L) des dehnbaren Körpers (II, 28) die Dehnungsvorrichtung (15) mit Spindeln (16) versehen ist.

5. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (16) in Abhängigkeit von einer auf das Innenrohr (2) in Leitungslängsrichtung einwirkenden Kraft zu betätigen sind.

6. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftmessung Dehnungsmeßstreifen oder Kraftmeßdosen an dem Innenrohr (2) vorgesehen sind.

7. Ausgleichsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsvorrichtung (34) mindestens ein erstes starres Bauteil (35) mit bei Raumtemperatur vorgegebener axialer Länge (Li) und vorgegebenem Dehnungskoeffizienten und parallel dazu mindestens ein weiteres Bauteil (36) enthält, dessen axiale Länge (L2) bei Raumtemperatur um den Betrag der Länge (L)des Kompensationselementes (28) kleiner und dessen Dehnungskoeffizient größer als vergleichsweise bei dem ersten Bauteil (35) sind (Fig. 2).

8. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Bauteile (35,36) miteinander und ihre anderen Enden jeweils mit dem Ende (29 bzw. 30) des an das Kompensationselement (28) angeschlossenen Teilstückes (25 bzw. 26) des Innenrohres(2) starr verbunden sind.

9. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (35, 36) konzentrische Rohrstücke sind.

10. Ausgleichsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsvorrichtung (55) als Kompensationselement zugleich zur Führung des kryogenen Mediums zwischen den Teilstücken (53, 54) des Innenrohres (2) vorgesehen ist (F i g. 4).