DE3322405C2

DE3322405C2 -

Info

Publication number: DE3322405C2
Application number: DE3322405A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Schippl; Wolfgang Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Oxford Gb Obert
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1991-10-17
Also published as: JPS6014694A; DE3322405A1; JPH0378519B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung zwischen den Enden zweier Leitungsrohre, die aus mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehen und bei denen der Ringraum zwischen den Rohren oder bei mehr als zwei konzentrischen Rohren mindestens einer der Ringräume vakuumisoliert ist, bei welcher eine der vakuumisolierten Ringräume in Form eines Ansatzes aus zwei konzentrischen glatten Rohren verlängert ist und die Ansätze der zu verbindenden Leitungsrohre ineinandergesteckt sind.The invention relates to a plug connection between the Ends of two conduits that consist of at least two pipes arranged concentrically to each other and at where the annulus between the tubes or more than two concentric tubes of at least one of the annular spaces is vacuum insulated, in which one of the vacuum insulated Annular spaces in the form of an approach from two concentric smooth pipes is elongated and the approaches of the connecting pipes are inserted into each other.

Eine solche Steckverbindung ist aus der DE-OS 26 01 117 bekannt.Such a connector is from DE-OS 26 01 117 known.

Der Anschluß von vakuumisolierten Leitungen für flüssiges Helium an Apparaturen verschiedenster Art bzw. auch zur Verbindung der vakuumisolierten Leitungen untereinander erfolgt bisher mit Hilfe von Steck, Schraub- oder Klemmkupplungen. Für Anwendungen, wie verschiebbare supraleitende Magnete, verschiebbare supraleitende Generatoren bzw. nicht ortsfeste Kryostate, bildet eine tiefkalte feste Verbindung stets ein Hemmnis bezüglich der Handhabung. The connection of vacuum-insulated lines for liquid Helium on various types of equipment and also for Connection of the vacuum-insulated lines to each other So far, this has been done with the help of plug, screw or Clamping couplings. For applications such as sliding superconducting magnets, sliding superconducting Generators or non-stationary cryostats forms one cryogenic solid connection is always an obstacle to the Handling.

Man hat sich bisher damit geholfen, daß man die Verbindung durch eine in Schlaufen gelegte flexible Leitung herstellte. Bei einer Drehung des Kryostaten bzw. des Generators wurde das Maß der Drehung von den Schlaufen aufgenommen, d. h. die Drehung wurde in eine Biegung der Leitung umgewandelt.So far, one has helped one another in that the connection through a Made flexible cable loops. When the Cryostat or generator was the measure of the rotation of the Loops added, d. H. the rotation was turning into a bend Line converted.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen zwei Leitungsrohren nach Art einer Male-female-Verbindung anzugeben, die drehbar ist und bei der dennoch die Leckverluste auf ein Minimum reduziert sind.The present invention has for its object a connection between two conduits in the manner of a male-female connection specify which is rotatable and at which the leakage losses on a Minimum are reduced.

Diese Aufgabe wird bei einer Steckverbindung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Außenrohrenden unter Zwischenlegung einer O-Ring-Dichtung lösbar miteinander verklammert sind und durch die Verklammerung die Innenrohrenden fest gegeneinander gepreßt sind, wobei die Abdichtung der Innenrohre durch an den Innenrohrenden angebrachte ringförmige Keramikscheiben erzielt ist. Durch die O-Ring-Dichtung wird einmal eine Abdichtung des äußeren Ringraumes gegenüber der Atmosphäre gewährleistet, wobei jedoch eine Drehbarkeit aufrechterhalten bleibt. Die an den Innenrohrenden vorgesehenen Keramikscheiben dichten aufgrund ihrer Anpressung gegeneinander den Innenraum des Innenrohres nach außen hin ab, wobei sie eine Drehung zulassen.This task is at the beginning of a plug connection mentioned type solved in that the outer tube ends with interposition an O-ring seal are releasably clamped together and by the clamps the inner tube ends are pressed firmly against each other, the sealing of the inner tubes by attached to the inner tube ends annular ceramic discs is achieved. Through the O-ring seal is a seal of the outer annular space against the Atmosphere guaranteed, while maintaining a rotatability remains. Seal the ceramic discs provided on the inner tube ends due to their pressure against each other the interior of the inner tube towards the outside, allowing rotation.

Mit besonderem Vorteil sitzen die Keramikscheiben auf den Innenrohrenden auf, ragen über das Innenrohrende heraus und sind in einer Kammerung gehalten. Diese konstruktive Ausgestaltung zeichnet sich durch eine besondere Einfachheit bei voller Wirksamkeit aus. Zweckmäßigerweise sind die Keramikringe in der Kammerung durch Klebstoff gehalten. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der Zusammenfügung der Verbindung aus, d. h. die Keramikringe können nicht aus der Kammerung herausfallen. Darüber hinaus bewirkt die Verklebung eine Abdichtung im Bereich der Kammerung. Die gegeneinander gepreßten Oberflächen der Keramikringe sind zweckmäßigerweise plangeschliffen, so daß sie großflächig gegeneinanderliegen. Dadurch wird eine Dichtheit erreicht, die im Bereich kleiner als 10^-1 mbar × 1/s liegt. Um den Anpreßdruck für die Keramikscheiben steuern zu können, ist weiterhin vorgesehen, daß in unmittelbarer Nähe der Keramikringe zumindest an einem Innenrohr ein den Anpreßdruck erzeugender bzw. regelnder Faltenbalg angeordnet ist. Im Einbauzustand ist der aus Metall bestehende Faltenbalg zusammengepreßt und drückt aufgrund der Federwirkung die Keramikscheiben gegeneinander. Der Anpreßdruck kann durch unterschiedliche Faltenbälge oder zusätzliche Federn variiert werden.The ceramic disks sit on the inner tube ends with particular advantage, protrude beyond the inner tube end and are held in a chamber. This constructive design is characterized by a particular simplicity with full effectiveness. The ceramic rings are expediently held in the chamber by adhesive. This has an advantageous effect when joining the connection, ie the ceramic rings cannot fall out of the chamber. In addition, the glue creates a seal in the area of the chamber. The surfaces of the ceramic rings pressed against one another are expediently ground flat so that they lie against one another over a large area. This results in a tightness which is in the range less than 10 ^-1 mbar × 1 / s. In order to be able to control the contact pressure for the ceramic disks, it is further provided that a bellows generating or regulating the contact pressure is arranged in the immediate vicinity of the ceramic rings, at least on an inner tube. When installed, the bellows made of metal is pressed together and presses the ceramic discs against each other due to the spring action. The contact pressure can be varied using different bellows or additional springs.

Die O-Ring-Dichtung ist vorteilhafterweise durch einen Stützring gegen Verschieben gesichert. Auch diese Maßnahme vereinfacht die Montage der druckdichten Verbindung. Eine Fettung der O-Ring-Dichtung sorgt dafür, daß die Drehung in diesem Bereich besonders leichtgängig ist, zusätzlich sorgt die Fettung auch noch für eine verbesserte Abdichtung. Die Verklammerung der Außenrohrenden ist durch einen Spannring erreicht, dessen Vorspannung veränderbar ist. Normalerweise wird man die Vorspannung möglichst hoch wählen, um die Leckverluste im Bereich der Innenrohrenden und der Außenrohrenden möglichst niedrig zu halten. Eine leichte Verringerung der Vorspannung erhöht zwar die Verluste geringfügig, erleichtert aber das Drehen erheblich.The O-ring seal is advantageously against by a support ring Moved secured. This measure also simplifies the assembly of the pressure-tight connection. Greasing the O-ring seal ensures that the rotation in this area is particularly smooth, in addition the greasing also ensures an improved seal. The Clamping of the outer tube ends is achieved by a clamping ring, whose bias is changeable. Usually you get the preload choose as high as possible to avoid leakage in the area of the inner pipe ends and to keep the outer tube ends as low as possible. A a slight reduction in the preload increases the losses slightly, but makes turning much easier.

Da die beschriebenen Leitungsrohre üblicherweise nur für den Transport von tiefgekühlten Medien verwendet werden, wird an das Material, welches die Innenrohrenden abdichten soll, eine erhöhte Anforderung gestellt. Beim Transport von beispielsweise flüssigem Helium herrscht im Innenrohr und somit auch an der Innenrohrwandung eine Temperatur von in etwa 4°K vor. Normale Dichtungsmaterialien, wie Kunststoffe oder Gummi, zerbrechen bei diesen geringen Temperaturen sehr leicht aufgrund ihrer Sprödigkeit. Keramik hat sich für diesen Zweck als besonders vorteilhaft erwiesen.Since the described conduits are usually only for transportation of frozen media is used to the material which to seal the inner tube ends, an increased requirement. When transporting liquid helium, for example, there is an inner tube and thus also a temperature of approximately 4 ° K on the inner tube wall in front. Normal sealing materials, such as plastics or rubber, break at these low temperatures very easily due to their Brittleness. Ceramic has proven to be particularly advantageous for this purpose proven.

Die Erfindung ist anhand des in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 and 2.

Die Fig. 1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine Verbindung gemäß der Lehre der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Innenrohrverbindung. Fig. 1 shows a side section through a connection according to the teaching of the invention. Fig. 2 shows an enlarged view of the inner pipe connection.

Die Erfindung ist am Beispiel einer Rohrleitung beschrieben, die aus vier konzentrisch zueinander angeordneten gewellten Metallrohren besteht, welche beispielsweise zum Transport von Helium dient. Die gewellten Rohre 1, 2, 3 und 4 sind durch nicht dargestellte Abstandshalter in konzentrischer Lage zueinander gehalten. Zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei solchen Rohren bzw. auch zum Anschluß einer solchen Leitung an ein aus vier konzentrischen Rohren bestehendes Rohrleitungssystem werden zunächst die Rohre 4, 3 und 2 gegenüber dem Rohr 1 abgesetzt. Auf die Enden der Rohre 1, 2, 3 und 4 werden Schraubbuchsen 5, 6, 7 und 8 aufgeschraubt und stirnseitig mit den Enden der Rohre 1, 2, 3 und 4 verschweißt. An die Schraubbuchse 5 wird dann ein Rohrstück 9 angeschweißt und die Schraubbuchsen 5 und 6 über ein Rohrstück 10 druckdicht miteinander verbunden. Auf die Schraubbuchse 7 wird ein Rohr 11 geschweißt, an dessen freies Ende ein Abschlußring 12 angeschweißt ist. Auf den Abschlußring 12 wird ein weiteres Rohrstück 13 unter Bildung eines Ringraumes zwischen den Rohren 11 und 13 aufgeschweißt, dessen anderes Ende mit einem Flanschring 14 verschweißt ist. Der Flanschring 14 ist über ein Rohrstück 15 mit der Schraubbuchse 8 verschweißt. Das eben beschriebene Ende ist das sogenannte Male-Ende einer Vierfachkoaxialleitung, bei welcher der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 und 3 und 4 vakuumisoliert ist, wogegen der Raum zwischen den Rohren 2 und 3 von Kaltgas durchströmt ist. Auf das sogenannte Female- Ende werden nach entsprechenden Vorarbeiten die Schraubbuchsen 5a, 6a, 7a und 8a aufgeschraubt und in gleicher Weise mit den Rohren 1, 2, 3 und 4 verschweißt. Die Anbringung der Teile 9a, 10a und 15a geschieht in der vorbeschriebenen Weise. Im Unterschied zum Male-Ende wird jedoch nur ein Rohr 16 auf die Schraubbuchse 7a aufgeschweißt und mit dem Flanschteil 14a verschweißt. Wesentlich ist, daß der Innendurchmesser des Rohres 16 nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres 13, so daß das Male-Ende in das Female-Ende leicht einschiebbar ist, ohne daß es zu größeren Kälteverlusten in diesem Bereich kommt. Die Festlegung der beiden Enden gegeneinander erfolgt durch einen sogenannten Spannring 17, welcher die Flanschteile 14 und 14a umfaßt.The invention is described using the example of a pipeline consisting of four corrugated metal tubes arranged concentrically to one another, which is used, for example, to transport helium. The corrugated tubes 1, 2, 3 and 4 are held in a concentric position to each other by spacers, not shown. In order to establish a connection between two such pipes or also to connect such a pipe to a pipe system consisting of four concentric pipes, pipes 4, 3 and 2 are first placed opposite pipe 1 . Screw bushings 5, 6, 7 and 8 are screwed on the ends of the tubes 1, 2, 3 and 4 and the end face is welded to the ends of the tubes 1, 2, 3 and 4. FIG. A piece of pipe 9 is then welded to the threaded bushing 5 and the screw bushings 5 and 6 through a pipe section 10 pressure-tightly connected to each other. A tube 11 is welded onto the screw bushing 7 , and an end ring 12 is welded onto its free end. A further piece of pipe 13 is welded onto the end ring 12 to form an annular space between the pipes 11 and 13 , the other end of which is welded to a flange ring 14 . The flange ring 14 is welded to the screw bushing 8 via a pipe section 15 . The end just described is the so-called male end of a quadruple coaxial line, in which the space between tubes 1 and 2 and 3 and 4 is vacuum-insulated, whereas cold gas flows through the space between tubes 2 and 3 . After corresponding preparatory work, the screw bushings 5 a, 6 a, 7 a and 8 a are screwed onto the so-called female end and welded to pipes 1, 2, 3 and 4 in the same way. The parts 9 a, 10 a and 15 a are attached in the manner described above. In contrast to the male end, however, only a tube 16 is welded onto the screw bushing 7 a and welded to the flange part 14 a. It is essential that the inner diameter of the tube 16 is only slightly larger than the outer diameter of the tube 13 , so that the male end can be easily inserted into the female end without causing major cold losses in this area. The two ends are fixed against each other by a so-called clamping ring 17 , which comprises the flange parts 14 and 14 a.

Um eine solche Verbindung drehbar zu machen, wie es beispielsweise wünschenswert ist für verschiebbare supraleitende Magnete, für supraleitende Generatoren bzw. nicht ortsfeste Kryostate, ist vorgesehen, zwischen den Flanschteilen 14 und 14a eine O-Ring-Dichtung 18 vorzusehen, die zur Erhöhung der Drehbarkeit und der Abdichtung gefettet ist. Ein Stützring 19 soll eine Verschiebung des O-Ringes 18 verhindern.In order to make such a connection is rotatably, such as for example it is desirable for sliding superconducting magnets, or non-stationary for superconducting generators cryostats is provided, provided between the flange portions 14 and 14 a is an O-ring seal 18, to increase the Rotatability and the seal is greased. A support ring 19 is intended to prevent displacement of the O-ring 18 .

Die Verbindung der Innenrohre 1 miteinander wird dadurch erreicht, daß am Ende der Rohrstücke 9 und 9a Kammerungen 20 und 21 vorgesehen sind, in denen Keramikringe 22 und 23 angeordnet sind, die über das Ende der Rohrstücke 9 und 9a hinausragen. Der erforderliche Anpreßdruck, um die Abdichtung in diesem Bereich zu gewährleisten, wird durch den Spannring 17 aufgebracht. Ein in das Rohrstück 9 eingeschweißter Faltenbalg 24 sorgt für den notwendigen Anpreßdruck der Keramikscheiben 22 und 23. Die Keramikscheiben 22 und 23 sind in den Kammerungen 20 und 21 verklebt, um einmal ein Herausfallen beim Zusammenfügen der beiden Enden zu verhindern, andererseits jedoch die Dichtigkeit an dieser Stelle zu gewährleisten. Eine besonders hohe Abdichtwirkung erreicht man, wenn die einander berührenden Stirnflächen der Keramikscheiben 22 und 23 plangeschliffen sind, wodurch darüber hinaus noch die Drehbarkeit in diesem Bereich erhöht wird. Da im Innern der Rohre 1 eine Temperatur von in etwa 4°K vorherrscht und somit auch die Keramikscheiben 22 und 23 eine annähernd gleiche Temperatur annehmen, ist ein besonderer Werkstoff für die Abdichtung in diesem Bereich erforderlich. Keramik hat sich als Abdichtwerkstoff für derartig niedrige Temperaturen als ausgezeichnet erwiesen. Die Dichtheit der plan aufeinandergedrückten Keramikscheiben 22 und 23 liegt im Bereich kleiner als 10^-1 mbar × l/s. Will man die Drehbarkeit im Bereich der Flanschteile 14 und 14a erhöhen, so kann man den Spannring zweckmäßigerweise so ausbilden, daß eine Lockerung zwischen den Flanschteilen 14 und 14a möglich ist, ohne daß die Leckverluste in diesem Bereich unzulässig ansteigen.The connection of the inner tubes 1 to each other is achieved in that at the end of the tube pieces 9 and 9 a chambers 20 and 21 are provided, in which ceramic rings 22 and 23 are arranged, which protrude beyond the end of the tube pieces 9 and 9 a. The necessary contact pressure to ensure the sealing in this area is applied by the clamping ring 17 . A bellows 24 welded into the pipe section 9 ensures the necessary contact pressure of the ceramic disks 22 and 23 . The ceramic disks 22 and 23 are glued in the chambers 20 and 21 in order to prevent them falling out when the two ends are joined together, but on the other hand to ensure the tightness at this point. A particularly high sealing effect is achieved when the contacting end faces of the ceramic disks 22 and 23 are ground flat, which further increases the rotatability in this area. Since a temperature of approximately 4 ° K prevails in the interior of the tubes 1 and thus the ceramic disks 22 and 23 also assume approximately the same temperature, a special material is required for the sealing in this area. Ceramic has proven to be excellent as a sealing material for such low temperatures. The tightness of the flat pressed ceramic disks 22 and 23 is in the range less than 10 ^-1 mbar × l / s. If you want to increase the rotatability in the area of the flange parts 14 and 14 a, the clamping ring can expediently be designed in such a way that loosening between the flange parts 14 and 14 a is possible without the leakage losses in this area increasing inadmissibly.

Claims

1.Plug-in connection between the ends of two conduit pipes, which consist of at least two pipes arranged concentrically to one another and in which the annular space between the pipes or, in the case of more than two concentric pipes, at least one of the annular spaces is vacuum-insulated, in which one of the vacuum-insulated annular spaces in the form of an extension is extended from two concentric smooth tubes and the approaches of the conduits to be connected are inserted, characterized in that the outer tube ends are releasably clamped together with the interposition of an O-ring seal ( 18 ) and the inner tube ends are pressed firmly against each other by the clamping, whereby the inner tubes are sealed by annular ceramic disks ( 22, 23 ) attached to the inner tube ends.

2. Plug connection according to claim 1, characterized in that the ceramic discs ( 22, 23 ) sit on the inner tube ends, protrude beyond the inner tube end and are held in a chamber ( 20, 21 ).

3. Plug connection according to claim 1 or 2, characterized in that the ceramic discs ( 22, 23 ) in the chamber ( 20, 21 ) are held by adhesive.

4. Plug connection according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressed surfaces of the ceramic discs ( 22, 23 ) are ground flat.

5. Plug connection according to one of claims 1 to 4, characterized in that a bellows ( 24 ) generating the contact pressure is arranged in the immediate vicinity of the ceramic discs ( 22, 23 ) at least on an inner tube.

6. Plug connection according to one of claims 1 to 5, characterized in that the O-ring seal ( 18 ) is secured against displacement by a support ring ( 19 ).

7. Plug connection according to one of claims 1 to 6, characterized in that the O-ring seal ( 18 ) is greased.

8. Plug connection according to one of claims 1 to 7, characterized in that the clamping of the outer tube ends is achieved by a clamping ring ( 17 ), the bias of which is variable.