RU2456696C2 - Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding - Google Patents
Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456696C2 RU2456696C2 RU2006113615/07A RU2006113615A RU2456696C2 RU 2456696 C2 RU2456696 C2 RU 2456696C2 RU 2006113615/07 A RU2006113615/07 A RU 2006113615/07A RU 2006113615 A RU2006113615 A RU 2006113615A RU 2456696 C2 RU2456696 C2 RU 2456696C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- sheath
- superconducting
- cable
- aluminum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, точнее к кабельным изделиям, в частности к сверхпроводящим кабельным изделиям, которые могут быть использованы для обмоток мощных сверхпроводящих магнитных систем, в том числе и для обмоток магнитных систем установки термоядерного синтеза типа «ТОКОМАК», например, изготавливаемой по международному проекту ITER, а также для обмоток сверхпроводящих накопителей энергии «СПИН» и устройств стабилизации реактивной мощности в электросетях.The invention relates to electrical engineering, more specifically to cable products, in particular to superconducting cable products that can be used for windings of powerful superconducting magnetic systems, including for windings of magnetic systems of a thermonuclear fusion plant of the type “TOKOMAK”, for example, manufactured according to an international project ITER, as well as for windings of SPIN superconducting energy storage devices and reactive power stabilization devices in electric networks.
Известны различные конструкции сверхпроводящих проводов с каналами для прокачки хладагента. Такие конструкции обеспечивают увеличение эффективного периметра теплопередачи провода к хладагенту, улучшение условий теплообмена, а также уменьшение заливного объема хладагента. Токопроводящие провода с каналами для прокачки хладагента могут работать в рефрижерательном режиме и замкнутом цикле [1].Various designs of superconducting wires with channels for pumping refrigerant are known. Such designs provide an increase in the effective perimeter of the heat transfer of the wire to the refrigerant, improvement of heat transfer conditions, as well as a decrease in the filling volume of the refrigerant. Conducting wires with channels for pumping refrigerant can operate in refrigerated mode and in a closed cycle [1].
Известна конструкция [2] с несколькими каналами для циркуляции хладагента. Проводники выполнены в виде коаксиальных медных трубок, пространство между которыми заполнено стабилизированными медью сверхпроводящими проволоками из сплавов Nb-Ti и Nb-Ti-Ta. Недостатком этих конструкций является большой расход хладагента на единицу плотности транспортируемого тока.Known design [2] with several channels for circulation of the refrigerant. The conductors are made in the form of coaxial copper tubes, the space between which is filled with copper-stabilized superconducting wires of Nb-Ti and Nb-Ti-Ta alloys. The disadvantage of these designs is the high consumption of refrigerant per unit density of the transported current.
Указанный недостаток устранен в известном проводе типа «кабель-кондуит» [3], («кабель в оболочке», английский термин CIC - «cable in conduit»), который принят за прототип.This drawback is eliminated in the well-known cable-conduit type wire [3], (“cable in sheath”, English term CIC - “cable in conduit”), which is adopted as a prototype.
Этот провод содержит сверхпроводящий сердечник в виде нескольких (обычно шести) стренг. Каждая из стренг представляет собой скрутку из элементарных, стабилизированных медью сверхпроводящих проволок. Стренга может быть уплотнена, а также обвита тонкой узкой лентой предпочтительно с шагом не меньше ширины ленты, предохраняющей стренгу от разрыхления. Стренги скручены вокруг трубы с перфорированными отверстиями или полого гибкого элемента, представляющего собой спираль, свитую из металлической ленты (нержавеющей стали). Сердечник может быть уплотнен (пористость 30-60 %) и обмотан тонкой лентой. Этот сверхпроводящий сердечник размещен в несверхпроводящей трубе из нержавеющей стали или титана, являющейся оболочкой провода.This wire contains a superconducting core in the form of several (usually six) strands. Each of the strands is a twist of elementary, copper-stabilized superconducting wires. The strand can be sealed, and also entwined with a thin narrow tape, preferably in increments of not less than the width of the tape, protecting the strand from loosening. The strands are twisted around a pipe with perforated holes or a hollow flexible element, which is a spiral, twisted from a metal tape (stainless steel). The core can be sealed (porosity 30-60%) and wrapped with a thin tape. This superconducting core is housed in a non-superconducting pipe made of stainless steel or titanium, which is the sheath of the wire.
Хотя эта конструкция провода является работоспособной и обеспечивает требуемые электрофизические характеристики, сверхпроводящие свойства и параметры транспотировки тока для создания магнитного поля требуемой конфигурации и напряженности, однако у нее имеется существенный недостаток. Этот недостаток заключается в том, что при изготовлении длинномерного провода этой конструкции требуются специально разработанные режимы поперечной сварки оболочки для соединения между собой труб, каждая из которых длиною шесть метров. Кроме того, требуются специальные трудоемкие, ответственные и дорогие методы контроля каждого сварочного шва в отдельности и всей сваренной оболочки в целом, определяющие возможные места утечки гелия. Существенным недостатком этой конструкции является также то, что при ее изготовлении, операция установки (монтажа) сверхпроводящего сердечника в оболочке вызывает необходимость использования производственного участка большой протяженности, необходимой для размещения на нем всей длинной исходной трубы, отдельные отрезки которой соединены сваркой, образуя поперечные сварочные швы через каждые шесть метров.Although this design of the wire is workable and provides the required electrophysical characteristics, superconducting properties and parameters of current transpotation to create a magnetic field of the desired configuration and strength, however, it has a significant drawback. This disadvantage lies in the fact that in the manufacture of a long wire of this design, specially developed modes of transverse welding of the sheath are required for connecting pipes, each of which is six meters long. In addition, special labor-intensive, responsible and expensive methods of control of each welding seam separately and of the entire welded shell as a whole are required, which determine the possible places of helium leakage. A significant drawback of this design is also the fact that during its manufacture, the installation (installation) operation of the superconducting core in the shell necessitates the use of a long production section necessary to accommodate the entire long source pipe on it, individual segments of which are connected by welding, forming transverse welds every six meters.
Попытки изготовить такой провод типа «кабель-кондуит» путем продольной сварки оболочки, накладываемой на сверхпроводящий сердечник, предпринимались различными изготовителями неоднократно, но не увенчались успехом. Лучший образец, длиной около 300 метров, изготовленный в Японии, содержал три участка, на котором сварочный шов пропускал гелий. Поэтому международной командой, руководящей программой ITER, выбрана конструкция провода, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения.Attempts to make such a cable-conduit wire by longitudinal welding of a sheath superimposed on a superconducting core have been undertaken by various manufacturers repeatedly, but have not been successful. The best sample, about 300 meters long, made in Japan, contained three sections where helium was passed through the weld. Therefore, the international team leading the ITER program has selected the wire design, which is the prototype of the invention.
Цель настоящего изобретения - устранить указанные недостатки сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит».The purpose of the present invention is to eliminate these disadvantages of the cable-conduit type superconducting wire.
Поставленная цель достигается за счет того, что сверхпроводящий провод типа «кабель-кондуит» содержит скрученный или транспонированный сверхпроводящий сердечник, размещенный на полом упругом элементе в виде спирали или в виде трубы с перфорированными отверстиями, и металлическую оболочку. Отличие в том, что оболочка выполнена комбинированной (композиционной). Внутренняя часть оболочки выполнена из алюминия или сплава на его основе, а наружная часть оболочки выполнена из стали или титана. Провод может быть выполнен круглого поперечного сечения или фасонного в виде прямоугольника, квадрата и др.This goal is achieved due to the fact that the superconducting cable-conduit type contains a twisted or transposed superconducting core placed on a hollow elastic element in the form of a spiral or in the form of a pipe with perforated holes, and a metal sheath. The difference is that the shell is made combined (composite). The inner part of the shell is made of aluminum or an alloy based on it, and the outer part of the shell is made of steel or titanium. The wire can be made of circular cross-section or shaped in the form of a rectangle, square, etc.
Предлагаемая конструкция провода имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:The proposed wire design has the following advantages compared to the prototype:
- предложенная конструкция провода позволяет повысить строительную длину провода, длина которого ограничивается только возможностями приемной тары, поскольку изготовление внутренней алюминиевой трубы комбинированной оболочки осуществляют опрессовкой сверхпроводящего сердечника на гидравлическом кабельном прессе для наложения алюминиевой оболочки на кабели связи;- the proposed wire design allows to increase the construction length of the wire, the length of which is limited only by the capabilities of the receiving container, since the manufacture of the inner aluminum pipe of the combined sheath is carried out by crimping the superconducting core on a hydraulic cable press for applying an aluminum sheath to the communication cables;
- полное устранение возможности утечки гелия через поперечные сварные швы оболочки, поскольку поперечные сварные швы отсутствуют, т.к. внутренняя алюминиевая часть комбинированной (композиционной) оболочки является цельнометаллической, бесшовной и поэтому гелий не проникает через внутреннюю цельнометаллическую часть оболочки;- the complete elimination of the possibility of helium leakage through the transverse welds of the shell, since there are no transverse welds, because the inner aluminum part of the combined (composite) shell is all-metal, seamless, and therefore helium does not penetrate the inner all-metal part of the shell;
- отпадает необходимость использования специальных дорогостоящих методов контроля утечки гелия через поперечные сварные швы;- there is no need to use special expensive methods to control the leakage of helium through transverse welds;
- предлагаемая конструкция провода не требует, при ее изготовлении, создания специального оборудования и не требует протяженного производственного участка, равного длине провода;- the proposed design of the wire does not require, in its manufacture, the creation of special equipment and does not require an extended production area equal to the length of the wire;
- провод предлагаемой конструкции может быть изготовлен на имеющемся и освоенном оборудовании кабельных заводов: крутильных машинах, гидравлическом кабельном прессе для наложения алюминиевой оболочки на кабели связи (иногда для кабелей связи алюминиевую оболочку накладывают на бумажную изоляцию), оборудовании для наложения металлической оболочки на кабель путем продольной сварки за счет высокочастотного нагрева свариваемых кромок;- the wire of the proposed design can be made on existing and mastered equipment of cable plants: twisting machines, a hydraulic cable press for applying an aluminum sheath to communication cables (sometimes for communication cables an aluminum sheath is applied to paper insulation), equipment for applying a metal sheath to the cable by means of longitudinal welding due to high-frequency heating of the welded edges;
- варьирование размерами внутреннего диаметра оболочки из алюминия и обжатием сверхпроводящего сердечника при прессовании позволяет изменять пористость сверхпроводящего сердечника в более широком диапазоне и, в случае необходимости, уплотнять его в гораздо большей степени, чем это возможно в конструкции прототипа;- varying the dimensions of the inner diameter of the aluminum shell and compression of the superconducting core during pressing allows you to change the porosity of the superconducting core in a wider range and, if necessary, compact it to a much greater extent than is possible in the design of the prototype;
- наложение внутренней оболочки из алюминия высокой чистоты (99,995%), производство которого успешно освоено в стране, позволяет улучшить стабильность провода и тем самым повысить его надежность, поскольку электропроводность этого алюминия повышается при рабочей температуре провода в 1000 раз по сравнению с электропроводностью при комнатной температуре;- the imposition of an inner sheath of high-purity aluminum (99.995%), the production of which has been successfully mastered in the country, can improve the stability of the wire and thereby increase its reliability, since the electrical conductivity of this aluminum increases by 1000 times at the operating temperature of the wire compared to electrical conductivity at room temperature ;
- указанные преимущества значительно снижают стоимость провода, который стоит очень дорого.- These advantages significantly reduce the cost of the wire, which is very expensive.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2 и фиг.3.The invention is illustrated in figure 1, 2 and figure 3.
На фиг.1 изображено поперечное сечение предлагаемого сверхпроводящего провода, круглого сечения типа «кабель-кондуит», содержащего сверхпроводящий сердечник, размещенный на полом упругом элементе в виде спирали, и металлическую комбинированную (композиционную) оболочку с внутренней ее частью в виде цельнометаллической бесшовной трубы из алюминия и наружной частью оболочки из стали.Figure 1 shows a cross section of the proposed superconducting wire, a circular cross-section of the type "cable-conduit" containing a superconducting core placed on a hollow elastic element in the form of a spiral, and a metal combined (composite) sheath with its inner part in the form of an all-metal seamless pipe from aluminum and the outer part of the shell is made of steel.
На фиг.2 представлена схема поперечного сечения сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит» с сечением круга, содержащего сверхпроводящий сердечник, размещенный на полом упругом элементе в виде тонкостенной трубы с перфорированными отверстиями в стенке трубы, и металлическую комбинированную (композиционную) оболочку с внутренней ее частью в виде цельнометаллической бесшовной трубы из алюминия и наружной частью оболочки из стали.Figure 2 presents a cross-sectional diagram of a cable-conduit type superconducting wire with a circle section containing a superconducting core placed on a hollow elastic element in the form of a thin-walled pipe with perforated holes in the pipe wall, and a metal combined (composite) sheath with its inner part in the form of an all-metal seamless pipe made of aluminum and the outer part of the shell of steel.
На фиг.3 представлено поперечное сечение прямоугольной формы сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит» в комбинированной (композиционной) оболочке с внутренней ее частью в виде цельнометаллической бесшовной трубы из алюминия и наружной частью оболочки из стали. Сверхпроводящий сердечник выполнен из девяти сверхпроводящих транспонированных стренг прямоугольного сечения, намотанных на прямоугольную спираль.Figure 3 shows a rectangular cross-section of a cable-conduit type superconducting wire in a combined (composite) sheath with its inner part in the form of an all-metal seamless aluminum pipe and the outer part of the steel sheath. The superconducting core is made of nine superconducting transposed strands of rectangular cross section wound around a rectangular spiral.
Ниже, в качестве примеров, представлены конкретные модификации сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит» предлагаемой конструкции, предназначенные для обмоток мощных сверхпроводящих магнитных систем.Below, as examples, specific modifications of the superconducting cable-conduit type of the proposed design are presented, intended for windings of powerful superconducting magnetic systems.
Пример 1.Example 1
Сверхпроводящий провод типа «кабель-кондуит» круглого сечения. На фиг.1 изображено поперечное сечение предлагаемого устройства, представляющего собой сверхпроводящий провод типа «кабель-кондуит» для обмоток магнитных систем установок термоядерного синтеза типа ТОКОМАК. Провод содержит: гибкий полый элемент из нержавеющей стали в виде спирали - 1. На этом гибком полом элементе размещен сверхпроводящий сердечник, навитый из шести сверхпроводящих стренг, - 2. Каждая из этих шести сверхпроводящих стренг 2 представляет собой скрутку из элементарных стабилизированных медью сверхпроводящих проволок. Сверхпроводящий сердечник обмотан тонкой металлической лентой 3, предохраняющей сердечник от разрыхления и распускания в процессе изготовления провода. Стренга 2 также может быть уплотнена и обвита тонкой узкой лентой для предохранения ее от разрыхления и распускания в процессе изготовления провода. Сверхпроводящий сердечник заключен в комбинированную металлическую оболочку. Внутренняя часть 4 этой комбинированной (композиционной) оболочки выполнена из алюминия. Изготовление внутренней алюминиевой бесшовной трубы 4 этой комбинированной (композиционной) оболочки осуществляют опрессовкой сверхпроводящего сердечника на гидравлическом кабельном прессе для наложения алюминиевой оболочки на кабели связи. Наружная часть комбинированной (композиционной) оболочки 5 выполнена из стали.Superconducting cable-conduit wire of circular cross section. In Fig.1 shows a cross section of the proposed device, which is a superconducting wire type "cable-conduit" for the windings of magnetic systems of thermonuclear fusion plants type TOKOMAK. The wire contains: a flexible hollow stainless steel element in the form of a spiral - 1. On this flexible hollow element there is a superconducting core wound from six superconducting strands - 2. Each of these six
Предлагаемый провод отличается от провода, изготовленного для установки термоядерного синтеза, разрабатываемой по международному проекту ITER, тем, что его оболочка выполнена комбинированной (композиционной) с внутренней ее частью из алюминия и наружной частью, выполненной из стали, тогда как провод, изготовленный для ITER, содержит только стальную оболочку.The proposed wire differs from the wire manufactured for the fusion installation developed by the international project ITER in that its shell is made of a combination (composite) with its inner part made of aluminum and the outer part made of steel, while the wire made for ITER contains only steel sheath.
Варьирование размерами внутреннего диаметра оболочки 4 из алюминия и обжатием сверхпроводящего сердечника при прессовании позволяет изменять пористость сверхпроводящего сердечника в более широком диапазоне, а в случае необходимости уплотнять его в гораздо большей степени, чем это возможно в конструкции прототипа.Varying the dimensions of the inner diameter of the shell 4 of aluminum and compression of the superconducting core during pressing allows you to change the porosity of the superconducting core in a wider range, and if necessary, compact it to a much greater extent than is possible in the design of the prototype.
Наложение внутренней оболочки 4 из алюминия высокой чистоты (99,995%), производство которого успешно освоено в стране, позволяет улучшить стабилизацию сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит» («кабель в оболочке», английский термин CIC - «cable in conduit»). При этом повышается его надежность, поскольку электропроводность этого алюминия увеличивается при рабочей температуре этого провода в 1000 раз по сравнению с его электропроводностью при комнатной температуре.The imposition of inner cladding 4 of high purity aluminum (99.995%), the production of which has been successfully mastered in the country, can improve the stabilization of the superconducting cable-conduit type (cable-in-sheath, English term CIC - “cable in conduit”). At the same time, its reliability is increased, since the electrical conductivity of this aluminum increases at a working temperature of this wire by 1000 times in comparison with its electrical conductivity at room temperature.
Предлагаемый провод имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:The proposed wire has the following advantages compared to the prototype:
Полное устранение возможности утечки гелия через поперечные сварные швы, поскольку внутренняя часть 4 комбинированной (композиционной) оболочки выполнена из алюминия, является бесшовной и поэтому гелий не проникает через внутреннюю часть оболочки, выполненную из алюминия. При изготовлении же длинномерного провода, содержащего только стальную оболочку, требуются специально разработанные режимы поперечной сварки оболочки для соединения между собой труб, каждая из которых длиною шесть метров. При этом для исключения утечки гелия через поперечные сварные швы каждый сварочный шов и всю оболочку необходимо подвергать дорогостоящему специальному контролю, выполняемому высококвалифицированными специалистами. Предлагаемый провод исключает необходимость использования специальных дорогостоящих методов контроля утечки гелия через поперечные сварные швы.Complete elimination of the possibility of helium leakage through transverse welds, since the inner part 4 of the combined (composite) shell is made of aluminum, is seamless and therefore helium does not penetrate the inner part of the shell made of aluminum. In the manufacture of a long wire containing only a steel sheath, specially designed transverse welding modes of the sheath are required for connecting pipes, each of which is six meters long. At the same time, to eliminate helium leakage through transverse welds, each welding seam and the entire shell must be subjected to expensive special control performed by highly qualified specialists. The proposed wire eliminates the need for special expensive methods for monitoring helium leakage through transverse welds.
Предлагаемый провод, при его изготовлении, не вызывает необходимость в создании специального оборудования, а также протяженного, равного длине провода производственного участка для размещения на нем всей стальной трубы, в которую затягивается сверхпроводящий сердечник. Кроме того, не требуется специальная контрольно-измерительная аппаратура измерения усилия затягивания сверхпроводящего сердечника в стальную трубу, необходимая для исключения возможности обрыва сердечника или трубы.The proposed wire, in its manufacture, does not necessitate the creation of special equipment, as well as an extended, equal to the length of the wire production site for placing on it the entire steel pipe into which the superconducting core is drawn. In addition, special control and measuring equipment is not required to measure the pulling force of the superconducting core in a steel pipe, which is necessary to exclude the possibility of a break in the core or pipe.
Предлагаемый провод может быть изготовлен на имеющемся и освоенном оборудовании кабельных заводов: крутильных машинах, гидравлическом кабельном прессе для наложения алюминиевой оболочки на кабели связи (иногда на сердечник с бумажной изоляцией), оборудовании для наложения стальной оболочки на кабель путем продольной сварки за счет высокочастотного нагрева свариваемых кромок.The proposed wire can be made on existing and mastered equipment of cable plants: twisting machines, a hydraulic cable press for applying an aluminum sheath to communication cables (sometimes on a core with paper insulation), equipment for applying a steel sheath to a cable by longitudinal welding due to high-frequency heating of the welded edges.
Предложенная конструкция провода позволяет повысить строительную длину этого провода, длина которого ограничивается только возможностями приемной тары. При изготовлении провода, являющегося прототипом, необходим производственный участок, длина которого не меньше длины сваренной трубы, например 1000 м, поскольку сердечник затягивают в стальную оболочку, расположенную горизонтально, вытянутую на всю длину сваренной трубы.The proposed wire design allows to increase the construction length of this wire, the length of which is limited only by the capabilities of the receiving containers. In the manufacture of the prototype wire, a production section is required, the length of which is not less than the length of the welded pipe, for example 1000 m, since the core is pulled into a steel sheath located horizontally, elongated over the entire length of the welded pipe.
Указанные преимущества позволяют значительно снизить стоимость провода, который стоит очень дорого.These advantages can significantly reduce the cost of the wire, which is very expensive.
Пример 2.Example 2
Сверхпроводящий провод типа «кабель-кондуит» круглого сечения. На фиг.2 изображена схема поперечного сечения предлагаемого сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит», имеющего форму круга. Этот провод содержит центральный гибкий полый элемент, представляющий собой тонкостенную металлическую трубу 6, с перфорированными отверстиями 7. Эти отверстия 7 служат каналами для подвода жидкого гелия непосредственно к сверхпроводящим стренгам 8 для лучшего охлаждения жидким гелием каждой из шести стренг, навитых на полый упругий элемент 6. Каждая из шести стренг 8 представляет собой скрутку из элементарных, стабилизированных медью сверхпроводящих проволок. Стренга 8 может быть уплотнена и обвита тонкой узкой лентой 9, предпочтительно с шагом не меньше ширины ленты, предохраняющей стренгу от разрыхления и распускания в процессе изготовления. Сердечник может быть уплотнен (пористость 30-60%) и также обмотан тонкой лентой 10. Сверхпроводящий сердечник заключен в комбинированную (композиционную) оболочку. Внутренняя часть этой оболочки 11 выполнена из алюминия в виде бесшовной тубы. Наружная часть комбинированной оболочки 12 выполнена из титана.Superconducting cable-conduit wire of circular cross section. Figure 2 shows a cross-sectional diagram of the proposed superconducting wire type "cable-conduit", having the shape of a circle. This wire contains a central flexible hollow element, which is a thin-walled metal pipe 6, with perforated holes 7. These holes 7 serve as channels for supplying liquid helium directly to
Для продольной сварки наружной оболочки 12 из титановой полосы можно использовать CO2-лазер с фокусным расстоянием 0,2 мм, который позволяет осуществить высокую концентрацию энергетического пучка на весьма ограниченной площади свариваемых кромок трубы. Это позволяет сохранить неизменными такие характеристики титана, как его высокая коррозионная стойкость и хорошая деформируемость в холодном состоянии. Преимущества предлагаемого провода по сравнению с прототипом такие же, как в предыдущем примере.For the longitudinal welding of the
Провод работает следующим образом. Применение провода с большим сечением токопроводящей жилы и соответственно высоким значением силы тока позволяет создавать крупные обмотки в мощных магнитах. Охлаждение обмотки осуществляют, используя вынужденную циркуляцию гелия внутри комбинированной оболочки. Провод, в основном, работает в сверхпроводящих магнитных системах, представляющих собой соленоид, размещенный в криогенной оболочке. Сверхпроводящий ток в проводе может быть вызван прохождением по проводу тока от внешнего источника тока или может быть индуцирован внешним магнитным полем. Провод навивают в виде обмотки желаемой конфигурации и используют в качестве обмоток сверхпроводящего электромагнита или обмоток другого криоэлектротехнического устройства.The wire works as follows. The use of a wire with a large cross-section of the conductive core and a correspondingly high current strength allows you to create large windings in powerful magnets. The cooling of the winding is carried out using forced circulation of helium inside the combined shell. The wire mainly works in superconducting magnetic systems, which are a solenoid located in a cryogenic shell. The superconducting current in the wire can be caused by the passage of current through the wire from an external current source or can be induced by an external magnetic field. The wire is wound in the form of a winding of the desired configuration and used as windings of a superconducting electromagnet or windings of another cryoelectric device.
Пример 3.Example 3
Сверхпроводящий провод типа «кабель-кондуит» плоского (прямоугольного сечения). На фиг.3 изображено поперечное сечение предлагаемого сверхпроводящего провода типа «кабель-кондуит», имеющего плоскую форму. Провод содержит: гибкий полый элемент из нержавеющей стали в виде прямоугольной спирали 13; девять сверхпроводящих стренг 14. Каждая из стренг 14 (если она представляет собой многожильную незамоноличенную конструкцию) может быть обвита тонкой металлической лентой 15. Сверхпроводящий сердечник из девяти стренг 14 представляет собой транспонированную конструкцию, основным преимуществом которой является высокая конструктивная плотность тока. Она достигается за счет равномерного распределения тока между стренгами и высокого коэффициента заполнения сердечника и каждой жилы, а также из-за низкого уровня потерь. В сверхпроводящих обмотках, генерирующих изменяющиеся во времени магнитные поля чаще всего используют транспонированные провода, изготовленные одноповивной скруткой с последующей формовкой до прямоугольного профиля. Все сверхпроводящие элементарные проволоки в стренгах таких проводов имеют одинаковую индуктивность и ток между ними распределяется равномерно, поэтому критический ток транспонированных стренг обычно равен сумме критических токов отдельных сверхпроводящих проволок.Superconducting cable-conduit type wire of flat (rectangular cross-section). Figure 3 shows a cross section of the proposed superconducting wire type "cable-conduit" having a flat shape. The wire contains: a flexible hollow stainless steel element in the form of a rectangular spiral 13; nine superconducting strands 14. Each of the strands 14 (if it is a multi-strand non-monolithic structure) can be entwined with a thin metal tape 15. The superconducting core of nine strands 14 is a transposed structure, the main advantage of which is a high structural current density. It is achieved due to the uniform distribution of current between the strands and a high fill factor of the core and each core, as well as due to the low level of losses. In superconducting windings that generate time-varying magnetic fields, transposed wires are most often used, made by single-strand twisting followed by molding to a rectangular profile. All superconducting elementary wires in the strands of such wires have the same inductance and the current between them is distributed evenly, so the critical current of the transposed strands is usually equal to the sum of the critical currents of the individual superconducting wires.
Сверхпроводящий сердечник может быть обмотан тонкой лентой 16. Этот сердечник размещен в комбинированной оболочке. Внутреннюю часть оболочки 17 выполняют обычно из алюминия, однако если возникает необходимость в повышении ее прочности, внутренняя часть комбинированной оболочки может быть изготовлена из сплава на основе алюминия, обладающего более высокими прочностными свойствами, чем алюминий. Наружную часть комбинированной (композиционной) оболочки 18 выполняют из стали. Хотя процесс высокочастотной сварки наружной стальной оболочки неизбежно сопровождается образованием наружного и внутреннего грата и внутренний грат (19) врезается во внутреннюю алюминиевую оболочку 17, но, как правило, он имеет размеры (0,02 - 0,3 мм) и не препятствует нормальной работе провода, не приводя к утечке гелия. Наружный грат удаляется резцами.The superconducting core may be wrapped with a thin tape 16. This core is housed in a combination sheath. The inner part of the shell 17 is usually made of aluminum, however, if there is a need to increase its strength, the inner part of the combined shell can be made of an alloy based on aluminum, which has higher strength properties than aluminum. The outer part of the combined (composite) shell 18 is made of steel. Although the process of high-frequency welding of the outer steel shell is inevitably accompanied by the formation of the outer and inner burrs and the inner burr (19) cuts into the inner aluminum shell 17, but, as a rule, it has dimensions (0.02-0.3 mm) and does not interfere with normal operation wires without causing helium leakage. The outer burr is removed by incisors.
Преимущества предлагаемого провода по сравнению с прототипом, помимо уже отмеченных, те же, что и в первом примере:The advantages of the proposed wire compared to the prototype, in addition to those already noted, are the same as in the first example:
- полное устранение возможности утечки гелия через сварные швы, поскольку внутренняя часть комбинированной (композиционной) оболочки выполнена из алюминия, является бесшовной и поэтому гелий не проникает через внутреннюю часть оболочки, выполненную из алюминия;- the complete elimination of the possibility of leakage of helium through welds, since the inner part of the combined (composite) shell is made of aluminum, is seamless and therefore helium does not penetrate the inner part of the shell made of aluminum;
- отпадает необходимость использования специальных дорогостоящих методов контроля утечки гелия через сварные швы наружной части оболочки, выполненной из стали или титана;- there is no need to use special expensive methods to control the leakage of helium through welds of the outer part of the shell made of steel or titanium;
- предлагаемая конструкция провода не требует, при ее изготовлении, создания специального оборудования, требующего протяженного, равного длине провода производственного участка;- the proposed design of the wire does not require, in its manufacture, the creation of special equipment that requires a lengthy, equal to the length of the wire production site;
- провод предлагаемой конструкции может быть изготовлен на имеющемся и освоенном оборудовании кабельных заводов: крутильных машинах, гидравлическом кабельном прессе для наложения алюминиевой оболочки на кабели связи, оборудовании для наложения металлической оболочки на кабель путем продольной сварки за счет высокочастотного нагрева свариваемых кромок;- the wire of the proposed design can be made on existing and mastered equipment of cable plants: twisting machines, a hydraulic cable press for applying an aluminum sheath to communication cables, equipment for applying a metal sheath to a cable by longitudinal welding due to high-frequency heating of the welded edges;
- наложение внутренней оболочки из алюминия высокой чистоты (99,995%), производство которого успешно освоено в стране, позволяет улучшить стабильность провода и тем самым повысить его надежность, поскольку электропроводность этого алюминия повышается при рабочей температуре провода в 1000 раз по сравнению с комнатной температурой;- the imposition of an inner sheath of high purity aluminum (99.995%), the production of which has been successfully mastered in the country, can improve the stability of the wire and thereby increase its reliability, since the electrical conductivity of this aluminum increases by 1000 times at the wire’s operating temperature compared to room temperature;
- предложенная конструкция провода позволяет повысить строительную длину провода, длина которого ограничивается только возможностями приемной тары;- the proposed wire design allows to increase the construction length of the wire, the length of which is limited only by the capabilities of the receiving containers;
- провод с прямоугольным поперечным сечением позволяет повысить плотность обмотки сверхпроводящего магнита по сравнению с плотностью обмотки магнита проводом с поперечным сечением круга;- a wire with a rectangular cross-section allows to increase the density of the winding of a superconducting magnet in comparison with the density of the magnet winding by a wire with a circle cross-section;
- указанные преимущества значительно снижают стоимость провода, который стоит очень дорого.- These advantages significantly reduce the cost of the wire, which is very expensive.
Источники информацииInformation sources
1. W.C.Hamilton. Manufacture of a 16000 AMP superconducting conductor for the Tocomak Toroidal field coil. Large Coil program. «Proc 9 Symp. Eng. Prohl. Fusion Researh // IEEE Pub. №81 CH 1716-2, p.324-327.1. W.C. Hamilton. Manufacture of a 16000 AMP superconducting conductor for the Tocomak Toroidal field coil. Large Coil program. “Proc 9 Symp. Eng. Prohl. Fusion Researh // IEEE Pub. No. 81 CH 1716-2, p. 324-327.
2. Г.Г.Свалов, Д.И.Белый. Сверхпроводящие и криорезистивные обмоточные провода. М.: Энергия, 1974 г., стр.108-109.2. G.G. Svalov, D.I. White. Superconducting and cryoresistive winding wires. M .: Energy, 1974, pp. 108-109.
3. Рекламный буклет ВНИИКП «Провода сверхпроводящие в металлической оболочке».3. Advertising booklet VNIIKP "Superconducting wires in a metal sheath."
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113615/07A RU2456696C2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113615/07A RU2456696C2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006113615A RU2006113615A (en) | 2007-10-27 |
RU2456696C2 true RU2456696C2 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=38955569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006113615/07A RU2456696C2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2456696C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE517423T1 (en) * | 2009-03-25 | 2011-08-15 | Nexans | SUPERCONDUCTIVE ELECTRICAL CABLE |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU439874A1 (en) * | 1972-06-09 | 1974-08-15 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло- И Массообмена Ан Бел.Сср | Superconducting cable |
US4347401A (en) * | 1978-02-09 | 1982-08-31 | Spacab Ab | Gas-filled cable with composite conduit of low carbon steel and aluminum and having particle traps |
US4568900A (en) * | 1982-11-16 | 1986-02-04 | Agency Of Industrial Science And Technology | Forced-cooled superconductor |
SU1612820A1 (en) * | 1989-05-03 | 1994-09-15 | Д.Г. Акопян | Superconducting winding wire with circular cooling for pulse superconducting magnetic systems |
RU2099806C1 (en) * | 1993-10-21 | 1997-12-20 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд | Superconductive cable wire |
RU2200644C2 (en) * | 2001-04-13 | 2003-03-20 | Красноярская государственная академия цветных металлов и золота | Apparatus for continuous casting and extruding hollow shapes |
RU2273906C1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-04-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Composite superconductor |
-
2006
- 2006-04-24 RU RU2006113615/07A patent/RU2456696C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU439874A1 (en) * | 1972-06-09 | 1974-08-15 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло- И Массообмена Ан Бел.Сср | Superconducting cable |
US4347401A (en) * | 1978-02-09 | 1982-08-31 | Spacab Ab | Gas-filled cable with composite conduit of low carbon steel and aluminum and having particle traps |
US4568900A (en) * | 1982-11-16 | 1986-02-04 | Agency Of Industrial Science And Technology | Forced-cooled superconductor |
SU1612820A1 (en) * | 1989-05-03 | 1994-09-15 | Д.Г. Акопян | Superconducting winding wire with circular cooling for pulse superconducting magnetic systems |
RU2099806C1 (en) * | 1993-10-21 | 1997-12-20 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд | Superconductive cable wire |
RU2200644C2 (en) * | 2001-04-13 | 2003-03-20 | Красноярская государственная академия цветных металлов и золота | Apparatus for continuous casting and extruding hollow shapes |
RU2273906C1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-04-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Composite superconductor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IEEE Transaction on Applied Superconductivity, v.15, №2, June 2005, p.2138-2141. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006113615A (en) | 2007-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10896773B2 (en) | Quench protected structured superconducting cable | |
US6914511B2 (en) | Superconducting transformer | |
CN107346681A (en) | A kind of rutherford's cable based on ReBCO isotropism Superconducting Strands | |
JP2006329838A (en) | Critical-current measuring method of superconducting cable | |
RU2456696C2 (en) | Superconductive wire of "cable-conduit" type for magnetic systems winding | |
RU2413319C2 (en) | Superconducting wire of "sheathed cable" type (conduit cable) | |
JPWO2009145220A1 (en) | Superconducting tape wire and manufacturing method thereof | |
JPS6123306A (en) | Cooling device of superconductive coil | |
CA2371075C (en) | Flexible conductor core for superconducting power cable and manufacturing process thereof | |
Painter et al. | Recent progress of the series-connected hybrid magnet projects | |
Khodzhibagiyan et al. | Design and study of new cables for superconducting accelerator magnets: Synchrotron SIS 100 at GSI and NICA collider at JINR | |
Rong et al. | Development of superconducting joint for TOKAMAK feeder busbar | |
RU2273906C1 (en) | Composite superconductor | |
CN117116552A (en) | Compact high-temperature superconductive tube inner conductor with high stability | |
Baang et al. | The background magnets of the Samsung superconductor test facility (SSTF) | |
Kesgin et al. | Feasibility study of fast polarization switching superconducting undulator | |
Bruzzone et al. | Test Results of a Large Size, Forced Flow Nb $ _ {3} $ Sn Conductor, Based on a Design Alternative to the Cable-in-Conduit | |
Miller et al. | Design, construction and test of a 113-mm bore solenoid with NbTi cable-in-conduit superconducting windings | |
Bekhtenev et al. | A multipole superconducting wiggler for Canadian light source | |
CN116884702A (en) | Compact high-stability quasi-isotropy high-temperature superconducting pipe inner cable conductor | |
RU68763U1 (en) | SUPERCONDUCTING POWER CABLE | |
JP3692625B2 (en) | Superconducting power transmission cable | |
Satow et al. | Superconducting poloidal coils for the reacting plasma project-test results of a model coil (RPC-I) at a 200 T/sec pulsing rate and design of a new coil (RPC-II) | |
Williams et al. | The development of a niobium-titanium cable-in-conduit coil for a 45 T hybrid magnet | |
CN116386951A (en) | Compact high-stability quasi-isotropy high-temperature superconducting pipe inner conductor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140425 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150410 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160425 |