Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolationsaufbau im
evakuierten Ringspalt zwischen zwei flexiblen Wellrohren.The invention relates to a thermal insulation structure in
evacuated annular gap between two flexible corrugated pipes.
Derartige flexible Wellrohre werden als Transferleitungen für
Kältemittel, wie z. B. flüssiges Helium oder flüssiger Stickstoff
eingesetzt. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet sind Supralei
terkabel, die mit Helium, oder Hochtemperatursupraleiter, die
z. B. mit Stickstoff oder Neon gekühlt werden und in einem flexi
blen Wellrohr eingezogen werden.Such flexible corrugated pipes are used as transfer lines for
Refrigerants such as B. liquid helium or liquid nitrogen
used. Another large area of application is suprali
cables with helium, or high temperature superconductors
e.g. B. cooled with nitrogen or neon and in a flexi
blen corrugated tube can be pulled.
Für die Isolierung wird das zu isolierende Wellrohr mit Superi
solation umwickelt, welche sich in einem evakuierten Ringspalt
zwischen zwei Wellrohren befindet. Um eine möglichst gute Iso
lierung zu erzielen, sollte eine Berührung zwischen äußerem
Wellrohr und Superisolation durch Abstandshalter vermieden wer
den. Aus S. Yamada, T. Mito, H. Chikaraishi, S. Tanahashi, S.
Kitagawa, J. Yamamoto and O. Motojima: "Superconducting Current
Feeder System for the Large Helical Device"; presented at MT-14,
Tampere Finnland, Jun. 11-16, 1995, B72 ist ein Superaleiter mit
einem Abstandshalter, bestehend aus vier ineinander verflochte
nen Schläuchen, bekannt, der um die Superisolation gewickelt
wird, um das innere Wellrohr im äußeren zu zentrieren und einen
Kontakt zwischen Superisolation und äußerem Wellrohr zu vermei
den. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin,
daß der thermische Widerstand der Superisolation erheblich durch
die Aufnahme der radialen Druckbelastung über den Abstandshalter
vermindert wird. Bei starren Leitungen wird die Superisolation
nach relativ großen Abständen für Abstützungen zwischen innerem
und äußerem Rohr unterbrochen. Die Qualität der Superisolation
wird somit nicht durch radiale Belastung beeinträchtigt und die
relativ große Wärmeübertragung an den Stützstellen wird durch
die großen Abstände der Stützstellen in Bezug auf den übertrage
nen Wärmestrom pro Längeneinheit gering gehalten. Aufgrund von
möglichen Krümmungen ist man bei flexiblen Leitungen auf ent
sprechend kürzere Abstände der Abstützungen in Abhängigkeit vom
Mindestbiegeradius der Leitung angewiesenFor the insulation, the corrugated pipe to be insulated with Superi
solation wrapped, which is in an evacuated annular gap
between two corrugated pipes. To get the best possible iso
To achieve a lamination, there should be a contact between the outside
Corrugated pipe and super insulation by spacers who avoided
the. From S. Yamada, T. Mito, H. Chikaraishi, S. Tanahashi, S.
Kitagawa, J. Yamamoto and O. Motojima: "Superconducting Current
Feeder System for the Large Helical Device "; presented at MT-14,
Tampere Finland, Jun. 11-16, 1995, B72 is a super leader with
a spacer consisting of four intertwined
NEN tubing, known to be wrapped around the super insulation
to center the inner corrugated tube in the outer one
Avoid contact between super insulation and outer corrugated pipe
the. A major disadvantage of this arrangement is
that the thermal resistance of the super insulation is significantly reduced
the absorption of the radial pressure load via the spacer
is reduced. With rigid cables, the super insulation
after relatively large distances for supports between inner
and outer tube interrupted. The quality of super insulation
is not affected by radial loads and the
relatively large heat transfer at the support points is due to
the large distances between the support points in relation to the transmission
heat flow per unit length is kept low. Owing to
possible curvatures one is with flexible lines on ent
speaking shorter distances of the supports depending on the
Minimum bending radius of the cable instructed
Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Isolationsaufbau
mit hohem Wärmewiderstand für flexible Leitungen bereitzustel
len.The object of the invention is a thermal insulation structure
with high thermal resistance for flexible cables
len.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspru
ches 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestal
tungen der Erfindung.This object is achieved by the features of the patent claim
ches 1. The dependent claims describe advantageous Ausgestal
tion of the invention.
Die Erfindung erzielt für flexible Leitungen eine Trennung von
Isolation und Stützsystem in so kurzen Abständen, wie es für die
Zentrierung des Wellrohres bei Einhaltung des Mindestbiegeradius
nötig ist, wobei der Wärmeleitungsanteil durch Aufteilung der
Querabstützungen zwischen innerem und äußerem Wellrohr mittels
einer Wendel und Versetzung der Querabstützungen zwischen inne
rem Wellrohr und Wendel und der Querabstützungen zwischen Wendel
und äußerem Wellrohr in Leitungsrichtung klein gehalten wird.The invention achieves a separation of flexible lines
Isolation and support system in such short intervals as it is for the
Centering of the corrugated pipe while observing the minimum bending radius
is necessary, the heat conduction portion by dividing the
Cross supports between inner and outer corrugated pipe by means of
a spiral and displacement of the cross supports between
rem corrugated tube and coil and the cross supports between the coil
and the outer corrugated tube is kept small in the direction of the line.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispie
les mit Hilfe der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.The invention is explained below with reference to a Ausführungsbeispie les with the help of FIGS. 1 to 4.
Hierbei zeigt Fig. 1 eine isometrische Darstellung des Isolati
onsaufbaues mit dem Stützsystem zwischen den Wellrohren mit Stu
fenschnitten, die Fig. 2 eine Querschnittszeichnung des Isola
tionsaufbaues mit dem Stützsystem, die Fig. 3 einen Längs
schnitt des Isolationsaufbaues mit dem Stützsystem zur Verdeut
lichung der Abstützungen zwischen den Wellrohren durch das
Stützsystem und die Fig. 4 verschiedene Querschnittsformen der
ringförmigen Abstützungen.Here, FIG 1. 2 shows an isometric view of isolati onsaufbaues to the support system between the corrugated pipes fenschnitten with Stu, Fig. Is a cross-sectional drawing of the Isola tion structure with the supporting system, Fig. 3 a longitudinal section of the insulation structure to the support system for Verdeut lichung the Support between the corrugated tubes by the support system and Fig. 4 different cross-sectional shapes of the annular supports.
Die Erfindung besteht im wesentlichen aus der Aufteilung der
Querabstützungen zwischen innerem und äußerem Wellrohr mittels
einer Wendel, so daß ringförmige Abstandshalter zwischen innerem
Wellrohr und Wendel versetzt zu ringförmigen Abstandshaltern
zwischen Wendel und äußerem Wellrohr angeordnet werden, wobei
die Supersisolation sowohl um die Wendel als auch um das innere
Wellrohr gewickelt werden kann und nur durch die Querabstützun
gen unterbrochen wird. Die Abstände der Querabstützungen richten
sich im wesentlichen nach dem minimal einzuhaltenden Biegeradius
der Gesamtanordnung, der radial auftretenden Belastung, dem Un
terschied der Dicke der Superisolationsschicht und der Dicke des
Querschnittes der ringförmigen Abstützungen und der Steifigkeit
der Wendel 1.The invention consists essentially of the division of the cross supports between the inner and outer corrugated tube by means of a helix, so that annular spacers between the inner corrugated tube and the helix are arranged offset to annular spacers between the helix and the outer corrugated tube, the super insulation both around the helix and around the inner corrugated tube can be wound and is only interrupted by the transverse supports. The distances between the cross supports depend essentially on the minimum bending radius of the overall arrangement, the radial load, the difference in the thickness of the superinsulation layer and the thickness of the cross section of the annular supports and the rigidity of the helix 1 .
Das Stützsystem wird isometrisch in der Fig. 1 dargestellt. Von
links nach rechts sind die einzelnen konzentrischen Schichten,
wie sie aufeinanderfolgen dargestellt. Links sieht man das in
nere Wellrohr 5. Diesem folgt nach außen ein konventioneller Ab
standshalter 4, der aus einem genopten Band bestehen kann, wel
ches schraubenförmig um das innere Wellrohr gewickelt wird, wie
in Fig. 1 dargestellt oder der aus mehreren ineinander ver
flochtenen Hohlschläuchen bestehen kann, die ebenfalls schrau
benförmig um das innere Wellrohr gewickelt werden. Als nächstes
folgt eine Wendel 1, bei der sich die Wendelgänge in Leitungs
richtung nicht berühren sollten. Der Drehsinn dieser Wendel ist
gegensinnig zum Drehsinn des konventionellen Abstandshalters 4
(Noppenband), um eine leichtere Evakuierung zu ermöglichen. Um
dies auch bei Einhaltung des Mindestbiegeradius zu gewährleisten
können auch noppenartige Abstandshalter (hier nicht dargestellt)
an einer Seite der Wendel 1 angebracht werden. Um diese Wendel 1
wird die erste Schicht Superisolation 3 gewickelt, die in Lei
tungsrichtung von ringförmigen Abstandshaltern 2 unterbrochen
wird, welche in gleichbleibenden Abständen ebenfalls um die in
nere Wendel 1 angeordnet sind. Dann folgt eine zweite Wendel 1,
die durch die ersten ringförmigen Abstandshalter 2 zentriert
wird. Der Abstand zwischen innerer und äußerer Wendel 1 und so
mit die Querschnittsdicke der ringförmigen Abstandhalter 2 soll
te so groß sein, daß eine Berührung der inneren Schicht Su
persisolation 3 mit der äußeren Wendel 1 auch bei Einhaltung des
Mindestbiegeradius der Gesamtanordnung vermieden wird. Die äuße
re Wendel 1 wird wiederum mit einer mehrlagigen Schicht Superi
solation 3 umwickelt, die in Leitungsrichtung von ringförmigen
Abstandshaltern 2 unterbrochen wird, welche in gleichbleibenden
Abständen ebenfalls um die äußere Wendel 1 angeordnet sind.
Hierbei ist besonders darauf zu achten, daß die inneren ringför
migen Abstandshalter 2 in Leitungsrichtung versetzt zu den äuße
ren ringförmigen Abstandshaltern angeordnet sind. Dieser Anord
nung umgibt das äußere Wellrohr 6, welches üblicherweise noch
mit einem PE-Schutzmantel umgeben wird. Der Abstand zwischen äu
ßerer Wendel 1 und äußerem Wellrohr 6 und somit die Quer
schnittsdicke der ringförmigen Abstandhalter 2 sollte so groß
sein, daß eine Berührung der äußeren Schicht Supersisolation 3
mit der äußeren Wendel 1 auch bei Einhaltung des Mindestbiegera
dius der Gesamtanordnung vermieden wird.The support system is shown isometrically in FIG. 1. From left to right, the individual concentric layers are shown as they follow each other. On the left you can see it in the corrugated tube 5 . This follows to the outside a conventional spacer 4 , which can consist of a nubbed tape, which is screwed helically around the inner corrugated tube, as shown in FIG. 1, or which can consist of several interwoven hollow tubes, which are also screw-like around the inner corrugated tube can be wound. Next comes a helix 1 , in which the helical paths in the line direction should not touch. The direction of rotation of this helix is opposite to the direction of rotation of the conventional spacer 4 (nub band) in order to enable easier evacuation. In order to ensure this even if the minimum bending radius is observed, knob-like spacers (not shown here) can also be attached to one side of the helix 1 . Around this coil 1 , the first layer of super insulation 3 is wound, which is interrupted in the direction of the line by annular spacers 2 , which are also arranged at constant intervals around the coil 1 in nere. A second helix 1 then follows, which is centered by the first annular spacers 2 . The distance between the inner and outer helix 1 and so with the cross-sectional thickness of the annular spacers 2 te should be so large that contact with the inner layer super insulation 3 with the outer helix 1 is avoided even if the minimum bending radius of the overall arrangement is observed. The outer re helix 1 is in turn wrapped with a multi-layer superi solation 3 , which is interrupted in the line direction by annular spacers 2 , which are also arranged at constant intervals around the outer helix 1 . It is particularly important to ensure that the inner ringför-shaped spacers 2 are arranged offset in the line direction to the outer ring-shaped spacers. This Anord voltage surrounds the outer corrugated tube 6 , which is usually still surrounded by a PE protective jacket. The distance between the outer coil 1 and the outer corrugated tube 6 and thus the cross-sectional thickness of the annular spacers 2 should be so large that contact with the outer layer of super insulation 3 with the outer coil 1 is avoided even if the minimum bending radius of the overall arrangement is observed.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt (senkrecht zur Symmetrieachse)
durch ein Stützsystem, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die
ringförmigen Abstandshalter sind hierbei nicht eingezeichnet. Fig. 2 shows a cross section (perpendicular to the axis of symmetry) through a support system, as shown in Fig. 1. The annular spacers are not shown here.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Isolationsaufbau, wie
er in Fig. 1 dargestellt ist. Die Symmetrieachse ist als
Strich-Punkt-Linie dargestellt. Durch die ringförmigen Abstands
halter 2 und das genopte Band 4 werden die Isolationsschichten
auf konzentrischem Abstand gehalten. Fig. 3 shows a longitudinal section through the insulation structure, as shown in Fig. 1. The axis of symmetry is shown as a dash-dot line. By the annular spacer 2 and the studded tape 4 , the insulation layers are kept at a concentric distance.
Fig. 4 zeigt verschiedene Querschnittsformen für ringförmige
Abstandshalter. Fig. 4a ist ein ringförmiger Abstandshalter 2
aus einem dünnwandigen Schlauch, der zur Stabilisierung mit Iso
lationsmaterial ausgefüllt wird, oder aus einem Schlauch mit ei
ner Wanddicke, die eine ausreichende Stützfunktion gewährlei
stet, wobei dieser Schlauch auch gelöchert sein kann, um einen
niedrigen Strömungswiderstand bei der Evakuierung zu gewährlei
sten. Bei Fig. 4b besteht der Abstandshalter aus drei zusammen
gepackten Schläuchen, die wiederum dünnwandig und mit Isolati
onsmaterial gefüllt sind bzw. eine ausreichende Wanddicke zur
Übernahme der Stützfunktion besitzen und auch gelöchert sein
können. Fig. 4c zeigt einen Ring mit Doppel-T-Profil, der eben
falls gelöchert sein kann, um einen niedrigen Strömungswider
stand bei der Evakuierung zu gewährleisten. Fig. 4 shows different cross-sectional shapes for annular spacers. Fig. 4a is an annular spacer 2 made of a thin-walled hose, which is filled with Iso lationsmaterial for stabilization, or from a hose with egg ner wall thickness, which guaranties sufficient support function, this hose can also be perforated to a low flow resistance to be guaranteed during evacuation. In Fig. 4b, the spacer consists of three hoses packed together, which in turn are thin-walled and filled with insulation material or have a sufficient wall thickness to assume the support function and can also be perforated. Fig. 4c shows a ring with a double-T profile, which may also be perforated to ensure a low flow resistance during evacuation.