Brevet FR2086131A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne un câble pour basse température comportant un conducteur tubulaire formé de conducteurs partiels enroulés en hélice, disposés à une certaine distance les uns des autres, et gainés dans un isolement constitué par des ru-5 bans également enroulés en hélice. On connaît déjà un câble électrique constitué par au moins deux éléments cylindriques concentriques en métal conducteur et par un isolement enroulé, le conducteur étant essentiellement disposé sous la forme d'au moins une hélice sur laquelle est appliquée une 10 gaine isolante, le rapport entre les coefficients de dilatation ou de contraction respectifs du conducteur et du matériau isolant étant choisi tel que la gaine isolante, lors d'une variation de température, éxerce une pression sur cette hélice et détermine ainsi un allongement ou un raccourcissement qui compense l'effet de ladi-te variation de température. Le conducteur est formé de conducteurs partiels hélicoïdaux disposés à une certaine distance les uns des autres, de façon que, lors d'une variation de température, la longueur du câble puisse rester constante, grâce à une variation simultanée de l'angï# d'inclinaison dés spires de l'hélice et du diamè-2o tre de celles-ci (demande de Brevet allemand N°1.814.036). Dans ce câble connu, l'isolement applique une pression sur le conducteur et, par conséquent, les couches de l'isolement exercent également une pression les unes sur les autres ce qui provoque un frottement accru. Si le frottement devient trop grand, le con-ducteur et l'isolement se comportent comme des éléments pleins et des forces importantes prennent naissance dans ces éléments et aux points d'ancrage. L'invention a pour objet de maintenir faible tout frottement se produisant lors A cet effet, suivant 1Jinvention, le conducteur et l'isolement sont ancrés à intervalles réguliers, des éléments d'appui sont disposés à l'intérieur du conducteur, la contraction radiale des 35 éléments d'appui est égale ou supérieure à la contraction radiale du conducteur, la contraction radiale de l'isolement formé de rubans est égale ou inférieure à la contraction radiale du conducteur et le pas dudit isolement est plus petit que celui des conducteurs par- 70 47195 2 2086131 tiels. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins 5 annexés dans lesquels : - la figure 1 représente le câble avec son ancrage par section; - la figure 2 est une vue en coupe diamétrale des conducteurs partiels; - la figure 3 représente le développement d'une spire de l'un des conducteurs partiels enroulés en hélice après découpage longitudinale suivant une génératrice du cylindre sur la longuetir d'un pas; - la figure 4 est une vue en coupe axiale du conducteur ^ avec ses éléments d'appui; - la figure 5 représente des organes de retenue des éléments d'appui; - la figure 6 représente d'autres éléments d'appui possibles; 20 - la figure 7 est une vue en coupe du conducteur avec iso lement et tubes ondulés posés et - la figure 8 représente un ancrage intermédiaire du câble. Comme représenté sur la figure 1, l'ancrage du câble 1 s'effectue au moyen de manchons 2, par exemple tous les 200 m. Les 25 manchons 2 sont eux-mêmés ancrés dans le sol environnant. Comme représenté sur la figure 2, le conducteur est formé, d'une manière connue en soi, d'un certain nombre de conducteurs partiels 3 espacés d'une distance _a. Les conducteurs partiels sont enroulés en hélice. Lors d'une contraction, les conducteurs partiels 30 enroulés en hélice se comportent comme des ressorts hélicoïdaux immobilisés à leurs points d'ancrage (têtes de câble). Les forces créées sont faibles si le pas n'est pas trop grand et si les conducteurs individuels ne sont pas trop épais. Suivant l'invention, on désire que les conducteurs partiels, 35 lors de leur contraction, ne soient pas gênés dans une mesure excessive par le frottement. Les conditions sont définies de façon plus détaillée ci-après en se référant à la figure 3. Le périmètre du cylindre conducteur est yu=2 UrL> Si la Ion- 70 47195 5 2086131 gueur de spire 1 diminue de Al=ct^l, on obtient* au lieu de _1, la longueur de spire plus courte 1 et le périmètre jM devient yu et est réduit de A On en déduit les relations suivantes : A ai A rT 2 „ / h Al n.S 'l _ rv fi c2 10 15 Ai (i + _ë_ ) = eu (i + _s~ - p ^ o f1 rL 1 /» /» -l-4^ KrL- °L rL + "L (1) 2Q L'équation 1 montre >que le rayon r^ est plus réduit que a^r^ qui correspond à la contraction d'un conducteur cylindrique sans conducteur partiel enroulé en hélice, dans une mesure égale p à a^r^ s . C'est l'une des raisons pour lesquelles les conduc- /"2 ' teurs partiels doivent être disposés à une certaine distance les 25 uns des autres. On peut voir également que, lors de la contraction, l'angle d'inclinaison des spires y est réduit ôeù^y. Comme on peut le voir sur la figure 4," les conducteurs partiels 3 sont soutenus, par exemple, par des bagues d'appui 4. 30 Comme les conducteurs partiels 3, lors de la contraction, tournent d'un angleAy par rapport aux bagues 4, il se produit un frottement qui doit être maintenu faible. La force pressante entre les conducteurs partiels et les bagues doit, à cet effet, être aussi faible que possible. En conséquence, les bagues 4 sont agencées de 35 telle manière que leur contractionArR = soit au moins égale ou mieux légèrement supérieure à la contraction OjV^ (l + s2 ) des conducteurs partiels et, par conséquent, si rT/-v->r,,, on a ^ 2 L R OR>'aL (l+-A-g») (2) 70 47195 4 2086131 En d'autres termes, le coefficient de contraction aR des bagues 4 doit être plus grand que le coefficient de contraction aT du matériau conducteur. Les isolants ont un coefficient de con- 1j traction pouvant atteindre 3 $ pour les bagues 4, on choisit un 5 isolant qui remplit la conditionAr^ ^ r^. Ar^ est avantageusement, pour des raisons de frottement, légèrement supérieur àAr^. Pour qu'avant le montage, les bagues 4 soient déjà disposées à l'intervalle correct (entre 5 et 10 cm), elles peuvent être reliées entre elles par des fils 5, comme représenté sur la figure 10 5. Trois ou quatre fils de ce genre peuvent être répartis autour de la périphérie intérieure. Les bagues présentent, dans ce cas, des fentes 6 dans lesquelles les fils peuvent être engagés. Les bagues présentent, en outre, des rainures 7 individuelles dans lesquelles les fils 5 sont encastrés. Si les fils 5 sont recourbés, 15 en 8, avec une légère tension préalable, leur liaison avec les bagues est suffisante pour permettre l'enroulement des hélices conductrices. Lors d'un refroidissement, la contraction des fils 5 doit être absorbée par une élasticité de flexion telle que celle qui existe en 8, de façon que des forces longitudinales trop impor-20 tantes ne prennent pas naissance. On obtient une élasticité relativement grande si le fil est recourbé vers le haut immédiatement après le point 8. - La figure 6 représente un autre mode de soutien du conducteur. L'élément de soutien est constitué par une hélice 9 en 25 matière plastique dont la contraction radiale, aw et le pas S^ sont choisis tels qu'on ait : s 2 2 °w a + rs- ' > (1 + -V ' 30 M /U2 . Une hélice en matière plastique étroite présente, au point de vue fabrication du câble, une élasticité longitudinale trop grande qui peut être réduite en adoptant une hélice plus large. Par 35 contre, celle-ci a l'inconvénient de rendre plus difficile l'admission du milieu de refroidissement dans le conducteur. On peut, néanmoins, améliorer le refroidissement en posant sur l'hélice large 9 une autre hélice étroite 10. 70 47195 5 2086131 Le conducteur est posé concentriquement au milieu d'un tube ondulé de dimensions appropriées et est soutenu par des éléments isolants s'il doit traverser le milieu de refroidissement en étant électriquement isolé. 5 On obtient un meilleur isolement au moyen de rubans en papier ou en matière plastique qui entourent le conducteur. Comme, lors d'un refroidissement, les conducteurs partiels se déplacent en chaque point d'un angleAy, il se produit, entre les conducteurs partiels et la couche inférieure de l'isolement, un frottement qui -^q reste modéré si la force pressante appliquée aux conducteurs partiels est maintenue faible. Si les rubans ont un coefficient de contraction aB et un pas Sg, pour que le frottement soit maintenu faible, en ce. qui concerne la couche isolante inférieure, il faut : 15 rB 2 SB 2 a (1 + ) = « (1 + ) (4) B ,7? L /U2 20 Etant donné que, pour une matière plastique, aB est plus grand que a le pas sB des rubans doit être considérablement plus petit que celui des conducteurs partiels. Des rubans de papier ne présentent qu'une faible contraction, par exemple, de l'ordre de grandeur de celle du métal. Si l'on utilise le signe d'égalité dans 25 la formule 4, ceci exige un grand pas s.., ce qui, pour des raisons a pratiques, n'est pas avantageux. On choisit, de préférence, un pas plus petit, de sorte que, lors du refroidissement, il se produit un faible jeu entre l'isolement et le conducteur, ce qui permet à la contraction de l'isolement de se produire sans frottement exces- 30 sif par rapport au conducteur. Si des couches adjacentes des rubans ont des sens d'enroulement opposés, leur décalage angulaire relatif est de 2^y- Pour permettre ce décalage, le frottement entre les rubans, c'est-à-dire le coefficient de frottement, doit être faible. 35 Le coefficient de frottement du papier est, à une tempéra ture relativement basse, plus défavorable, par exemple, que celui du polytétrafluoréthylène contre du polytétrafluoréthylène, ou que celui du polytétrafluoréthylène contre du papier. Le frottement fa 70 47195 6 2086131 vorable du polytétrafluoréthylène peut être utilisé en déposant de minces feuilles de polytétrafluoréthylène sur l'une des faces ou sur les deux faces d'une bande de papier relativement épaisse. Une pulvérisation est également possible. 5 On peut démontrer que des rubans larges ne sont pas avanta geux et que, pour obtenir un faible frottement, il est préférable d'utiliser, pour un pas donné, plusieurs rubans parallèles, comme représenté sur la figure 7. Les rubans isolants 11 à 14 d'une couche donnée sont disposés à faible distance les uns des autres. 10 Plusieurs couches de ce type sont utilisées (disposition non représentée). Lors d'un refroidissement, pour une. épaisseur d, des rubans, p il se forme entre eux un jeu total de d m^s , ce qui est favorable pour des raisons de frottement. Le pas/u2sB ne doit donc pas 15 être choisi trop petit. Il est, en outre, avantageux que les rubans des couches d'isolement supérieures aient un pas légèrement plus petit que celui des couches inférieures. Comme le montre la figure 7, le conducteur 3 est, en outre, disposé avec l'isolement 15 à l'intérieur d'un tube ondulé 20. 16. Celui-ci est suffisamment élastique pour que les forces engendrées par la contraction aux points d'ancrage restent limitées. Le tube ondulé 16 est lui-même disposé à l'intérieur d'un second tube ondulé 17 qui se trouve à une température normale. L'espace 18 est vidé d'air et rempli d'un superisolant thermique non représenté 25 pour maintenir faible la pénétration de chaleur dans le câble. Sur la figure 8 est représenté l'agencement du dispositif d'ancrage de la figure 1. Deux extrémités de conducteur 3 sont assemblées par soudage ou au moyen de bandes 21 d'un matériau supraconducteur . L'isolement formé de rubans 22 est renforcé en regard du manchon, d'une manière connue en soi, en forme d'olive. Dans la zone, représentée avec des hachures serrées 23, les rubans isolants sont collés entre eux et sur le conducteur 3* de sorte qu'entre l'isolement 22 et le conducteur 3 est établie une liaison robuste. Un ruban de ligature 24 présentant quelques saillies 25 entoure 35 l'oiive. Les saillies 25 pénètrent dans un canal 26 d'un boîtier 27 relié au tube ondulé 16. Le tube ondulé extérieur 17 est relié à un boîtier 28 qui est à la température normale tandis que le boîtier 27 est à une basse température. Entre les deux boîtiers 70 47195 7 2086131 règne une dépression. L'ancrage du boîtier 27 et, par conséquent, du câble par rapport au boîtier 28,est assuré par des fils tendeurs de faible conductibilité thermique. Ces fils peuvent être en acier inoxydable ou en une matière plastique appropriée. 70 47195 8 2086131 REVENDICATIONS 1. Câble pour basse température comportant un conducteur tubulaire constitué par des conducteurs partiels enroulés en hélice, disposés à une certaine distance les uns des autres et gainés dans un isolement formé de rubans également enroulés en hélice, 5 ledit câble étant caractérisé en ce que le conducteur et l'isolement sont ancrés à intervalles réguliers, en ce qu'à l'intérieur du conducteur sont disposés des éléments de soutien, en ce que la contraction radiale de ceux-ci est égale ou supérieure à la contraction radiale du conducteur, en ce que la contraction radiale xo de l'isolement formé de rubans est égale ou inférieure à la contraction radiale du conducteur, et en ce que le pas s_, de l'isole- JD ment formé de rubans est plus petit que celui des conducteurs partiels. 2. Câble pour basse température selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que l'isolement formé de rubans comprend, pour chaque pas (sB) plusieurs rubans parallèles. 3. Câble pour basse température selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau des rubans est du polytétrafluoréthylène . 20 Câble pour basse température selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisé en ce qu'on choisit des pas (Sg) différents d'une couche d'isolement à l'autre ou d'un groupe de couches d'isolement à un autre. 5. Câble pour basse température selon l'une quelconque 2^ des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conducteurs partiels prennent appui sur des.bagues dont la contraction radiale correspond au moins à celle des conducteurs partiels. 6. Câble pour basse température selon la revendication 5, caractérisé.en ce que les bagues sont reliées entre elles par des 2Q fils. 7. Câble pour basse température suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conducteurs partiels prennent appui sur une hélice dont la contraction radiale (oty) et le pas s^ sont déterminés de telle manière que ladite con- ■55 traction radiale corresponde au moins à celle des conducteurs partiels. 8.Câble pour basse température suivant la revendication 7, caractérisé en ce que sur ladite hélice d'appui est posée une seconde hélice plus étroite.