Способ управления тепловой контракцией сверхпроводимого кабеля и устройство для осуществления данного способа
Изобретение относится к способу управления тепловой контракцией сверхпроводимого кабеля (2), содержащего корпус кабеля, окруженный внешней экранирующей сеткой (2А), состоящей из закрученных металлических элементов и установленной между его концами в кожухе (1) или криостате, наполненном криогенной жидкостью, при котором прикладывают фиксирующее усилие, нагружающее только экранирующую сетку (2А) в так называемой точке (5А, 5В) фиксации вблизи концов кабеля. Изобретение обеспечивает создание экономично размещаемого в доступном пространстве устройства для управления тепловой контракцией. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к способу управления тепловой контракцией сверхпроводимого кабеля и к устройству для осуществления данного способа.
Сверхпроводимый кабель в большинстве случаев содержит металлическую, например медную, опорную часть, на которую накручивают саму ленту из сверхпроводимого материала, покрытую изоляционным материалом, таким как бумага, и внешнюю экранирующую сетку, состоящую из лент или проволоки, например, изготовленной из меди. Комбинация опорной части, ленты и изоляционного материала называется далее корпусом кабеля.
Для правильного функционирования сверхпроводимый кабель погружают при высокой температуре в криогенную текучую среду. Такое охлаждение до температуры порядка -200°C приводит к значительной тепловой контракции кабеля, которой необходимо управлять.
Из патентного документа ЕР 1489692, например, известно управление данной контракцией посредством гибкого провода, соединенного с концом кабеля, или посредством скользящих контактов.
Тем не менее, не обосновано, что данный тип решения имеет промышленное применение. Контракция составляет порядка 0,3% длины кабеля, и в проводах с длиной, составляющей несколько километров, достигает нескольких метров, при этом экономичное управление ею посредством скользящих контактов или гибкого провода невозможно или затруднено. Более того, было бы необходимо устанавливать соответствующие громоздкие дополнительные конструкции инженерных сооружений, что может быть даже невозможным в доступном пространстве.
Изобретение решает данную проблему и предлагает способ управления тепловой контракцией сверхпроводимого кабеля, содержащего корпус кабеля, окруженный внешней экранирующей сеткой, состоящей из плетеных металлических элементов и установленной между его концами в кожухе, заполненном криогенной жидкостью, характеризующийся тем, что осуществляют механическое приложение замыкающего усилия, нагружающего только экранирующую сетку в так называемой точке фиксации вблизи концов кабеля.
Элементы провода, образующие экранирующую сетку, накрученные с определенным шагом витка, представляют собой механически прочные проволоки или ленты, которые, вследствие этого, могут без труда натягиваться. Они представляют собой либо резистивные, например медные, элементы, либо металлические механические усиленные элементы.
При охлаждении подобного кабеля полученное в результате стягивающее усилие порядка нескольких тонн стремится к натягиванию накрученных элементов экранирующей сетки и к уменьшению шага их намотки между двумя концами кабеля. Согласно изобретению экранирующая сетка является зафиксированной между точками фиксации, при этом шаг витка остается постоянным, что приводит к радиальному давлению на все другие элементы или слои сверхпроводимого кабеля, составляющего корпус кабеля, который их фиксирует. Таким образом, только экранирующая сетка требует фиксации для того, чтобы предотвратить продольное смещение, вызванное тепловой контракцией кабеля.
В предпочтительном варианте осуществления, способ заключается в механической фиксации экранирующей сетки между каждым из концов кабеля и кожухом.
Предпочтительно способ состоит в механической фиксации экранирующей сетки в дополнительном криостатическом модуле, расположенном между каждым из концов кабеля и кожухом.
Фиксирующее усилие предпочтительно переносится на опорное устройство, прикрепленное к земле и тому подобное.
Конструкцией между точкой фиксации и близлежащим концом кабеля можно управлять посредством скользящего контакта.
Также изобретение относится к фиксирующему устройству для осуществления данного вида способа, характеризующемуся тем, что оно содержит кольцо, расположенное под указанной экранирующей сеткой в указанной точке фиксации, и два кольцевых фланца с ответной внутренней формой, расположенных с каждой стороны плоскости симметрии кольца и скрепленных друг с другом.
Такое фиксирующее устройство может противостоять относительно высокому усилию порядка нескольких тонн.
В предпочтительном варианте осуществления, кольцо имеет выпуклую внешнюю поверхность округлой дуговой формы, а кольцевые фланцы имеют стыкующуюся закругленную внутреннюю форму.
По меньшей мере, один из фланцев предпочтительно прикреплен к опорному устройству, прикрепленному к земле и т.п. В заключение, изобретение относится к способу установки устройства данного типа, характеризующемуся тем, что он состоит в заведении кольца под экранирующую сетку от конца кабеля до самой точки фиксации, а затем в установке фланцев. В конце кабеля кольцо предпочтительно оборудуют двумя съемными внешними рукоятками, располагаемыми между двумя смежными проводящими элементами экранирующей сетки, при этом его поворачивают и заводят до самой точки фиксации.
Подобный способ не затрагивает целостности экранирующей сетки кабеля и вследствие этого не вызывает необходимости специального соединения экранирующей сетки. Кроме того, он является особенно простым и имеет относительно низкую стоимость.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на чертежи, которые показывают всего лишь один предпочтительный вариант осуществления изобретения. На чертежах:
Фиг.1 и 2 - изображения в вертикальном сечении провода, содержащего сверхпроводимый кабель изобретения;
Фиг.3-5 - изображения в вертикальном сечении фиксирующего устройства изобретения; и
Фиг.6-13 - иллюстрации в перспективе способа установки данного устройства изобретения.
Как показано на фиг.1 и 2, провод, содержащий сверхпроводимый кабель, включает в себя кожух 1, называемый криостатом, наполненный криогенной жидкостью и заключающий в себе кабель 2, концы которого расположены в конечной части 3А, 3В, в которой резистивная металлическая опорная часть кабеля соединена с выходами 4А, 4В.
Кабель 2 включает в себя внешнюю экранирующую сетку, состоящую из закрученных металлических элементов в виде проволок или лент, к которым экранирующая сетка механически прикладывает фиксирующее усилие, нагружающее только экранирующую сетку, в так называемой точке 5А, 5В фиксации поблизости от концов кабеля. Данное фиксирующее усилие не нагружает корпус кабеля в точке фиксации.
Точно также провод может содержать дополнительный криостатический модуль 6А, 6В, расположенный между криостатом 1 и конечными частями 3А, 3В.
Вообще говоря, способ изобретения состоит в механической фиксации экранирующей сетки между каждым из концов кабеля 1 и криостатом 1.
Данные точки фиксации могут быть расположены в конечных частях 3А, 3В, как показано на фиг.1, или предпочтительно в дополнительных криостатических модулях 6А, 6В, как показано на фиг.2.
Фиксирующее усилие передается в механически прочное опорное устройство 7А, 7В, прикрепленное к земле и т.п. Фиксирующее устройство в большинстве случаев прикрепляют к кожуху криостата 1 или дополнительного криостатического модуля 6А, 6В, и этот кожух со своей стороны прочно прикрепляют к земле.
Контракцией между точкой 5А, 5В фиксации и близлежащим концом кабеля можно со своей стороны управлять с помощью скользящего контакта.
На фиг.3-5 показаны в вертикальном сечении варианты осуществления фиксирующего устройства для осуществления приведенного выше способа.
Данное фиксирующее приспособление включает в себя кольцо 8, имеющее гладкую внешнюю поверхность и расположенное под экранирующей сеткой 2А в точке фиксации, и два кольцевых фланца 9, 10, имеющих внутренний диаметр, немного больший, чем наружный диаметр кабеля 1, и со стыкующейся внутренней формой, расположенные с каждой стороны плоскости симметрии кольца и скрепленные друг с другом посредством винтовой системы. Данное кольцо имеет внутренний диаметр, немного больший, чем наружный диаметр кабеля 10 снаружи экранирующей сетки 2А.
Кольцо 8 предпочтительно имеет выпуклую наружную поверхность округлой дугообразной формы, а кольцевые фланцы 9, 10 предпочтительно имеют стыкующуюся закругленную внутреннюю форму.
Данное кольцо 8 изготовлено из механически прочного материала и не обладает специальным электрическим свойством. Предпочтительно его делают из нержавеющей стали.
Фланцы 9, 10 прикрепляют к опорному устройству 12, прикрепленному к земле 7.
Может иметься единственная винтовая система 11, которая может скреплять два фланца 9, 10 вместе, а также прикреплять их к опорному устройству 12, как показано на фиг.3.
Равным образом могут быть предоставлены две винтовые системы, при этом одна система 11′ скрепляет вместе два фланца 9, 10, а другая система 11″ прикрепляет один из фланцев 9 к опорному устройству 12, как показано на фиг.4.
Может быть только одна винтовая система 11′′′, которая скрепляет вместе два фланца 9, 10, при этом один из фланцев 9 приварен к опорному устройству 12, как показано на фиг.5.
На фиг.6-13 проиллюстрирован в перспективе способ установки приведенного выше устройства.
Как показано на фиг.6, один из фланцев 10 накручивают по резьбе поверх конца, связанного с кабелем 2, при этом удаляют часть экранирующей сетки 2А на данном конце, на который накручивают кольцо 8. Оно включает в себя набор отверстий 8А, функция которых объяснена ниже.
Как показано на фиг.7, кольцо 8 частично заходит под экранирующую сетку 2А.
Как показано на фиг.8, две съемные внешние рукоятки 13А, 13В вставляют в два диаметрально противоположных отверстия 8А. Данные рукоятки принимают вид простых тяговых штанг.
Как показано на фиг.9 и 10, две съемные наружные рукоятки 13А, 13В расположены между двумя смежными проводными элементами экранирующей сетки 2А, при этом кольцо 8 заводят под экранирующую сетку от конца кабеля до самой точки фиксации за счет ее поворачивания и скольжения в направлении стрелки F в соответствии с шагом витка двух проводных элементов.
Как показано на фиг.11, рукоятки 13А, 13В демонтируют, а затем поверх конца кабеля по резьбе накручивают второй фланец 9.
Как показано на фиг.12, два фланца 9, 10 устанавливают впритык к утолщению, образованному кольцом 8 под экранирующей сеткой 2А.
Как показано на фиг.13, винтовая система 11, состоящая из определенного числа болтов, расположена в отверстиях во фланцах 9, 10 и зажимает два фланца о кольцо 8 с помещенной между экранирующей сеткой 2А.
1. Способ управления тепловой контракцией сверхпроводимого кабеля (2), содержащего корпус кабеля, окруженный внешней экранирующей сеткой (2А), состоящей из закрученных металлических элементов и установленной между его концами в кожухе (1) или криостате, наполненном криогенной жидкостью, отличающийся тем, что осуществляют механическое приложение фиксирующего усилия, нагружающего только экранирующую сетку (2А) в так называемой точке (5А, 5В) фиксации вблизи указанных концов кабеля.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют механическую фиксацию экранирующей сетки (2А) между каждым из концов кабеля (2) и кожухом (1).
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что осуществляют механическую фиксацию экранирующей сетки (2А) в дополнительном криостатическом модуле (6А, 6В), расположенном между каждым из концов кабеля (2) и кожухом (1).
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что фиксирующее усилие передают на опорное устройство (7А, 7В), прикрепленное к земле или т.п.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что контракцией между точкой (5А, 5В) фиксации и ближайшим концом кабеля (1) управляют с помощью скользящего контакта.
6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что контракцией между точкой (5А, 5В) фиксации и ближайшим концом кабеля (1) управляют с помощью скользящего контакта.
7. Фиксирующее устройство для осуществления способа по любому из пп. 1-6, содержащее кольцо (8), расположенное под экранирующей сеткой (2А) в точке (5А, 5В) фиксации, и два кольцевых фланца (9, 10) с ответной внутренней формой, расположенных с каждой стороны плоскости симметрии кольца (8) и прикрепленных друг к другу, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из фланцев (9, 10) прикреплен к опорному устройству (7А, 7В), прикрепленному к земле или т.п.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что кольцо (8) имеет выпуклую внешнюю поверхность округлой дугообразной формы, а фланцы (9, 10) имеют соответствующую закругленную внутреннюю форму.
9. Способ установки устройства по п. 7 или 8, при котором осуществляют скольжение кольца (8) под экранирующую сетку (2А) от конца кабеля до точки (5А, 5В) фиксации и затем устанавливают зажимы (9, 10), отличающийся тем, что на конце кабеля кольцо (8) оборудуют двумя съемными наружными рукоятками (13А, 13В), располагаемыми между двумя смежными проводящими элементами экранирующей сетки (2А), и поворачивают и заводят до точки (5А, 5В) фиксации.
