УСТРОЙСТВО, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ОДНИМ СВЕРХПРОВОДЯЩИМ КАБЕЛЕМ
DEVICE WITH AT LEAST ONE SUPERCONDUCTIVE CABLE

Изобретение относится к устройству, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем и окружающим его криостатом, который содержит, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку, окружающую сверхпроводящий кабель и полость для пропускания хладагента, при этом криостат, а также находящийся в нем сверхпроводящий кабель выполнены с возможностью соединения со стационарными деталями линии передачи электрической энергии.
Такое устройство известно, например, из ЕР 1617537 В1.
Стационарными деталями линии передачи могут быть оконцевания или соединительные муфты, посредством которых соединяются между собой два отрезка, образованные криостатом и кабелем.
Сверхпроводящий кабель имеет электрические проводники из материала, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Омическое сопротивление выполненного соответствующим образом проводника при достаточном охлаждении равно нулю, до тех пор пока не превышена определенная сила тока, то есть критическая сила тока. Подходящими сверхпроводящими материалами являются, например, оксидные материалы на основе редкоземельных элементов (ReBCO), в частности YBCO (оксид иттрия-бария-меди) или BSCCO (оксид висмута-стронция-кальция-меди). Достаточно низкие температуры, которые позволяют привести такой материал в сверхпроводящее состояние, находятся, например, в диапазоне от 67 К до 110 К. Однако имеются также сверхпроводящие материалы, такие, например, как дибарид магния, которые необходимо охлаждать до еще более низких температур, чтобы они перешли в сверхпроводящее состояние. Подходящими хладагентами для всех этих материалов являются, например, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ.
При эксплуатации устройства, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем его соответственно сильно охлаждают внутри криостата, что приводит к тому, что вследствие термической усадки он становится короче. Чтобы обеспечить работоспособное состояние линии передачи требуются меры, которые позволяют компенсировать укорочение кабеля.
В Journal of Physics, том 234, № 3, 22.7.2010, страницы 1-6, описывается испытательный участок для охлаждения сверхпроводящего кабеля. Кабель помещают в криостат, который при изогнутой форме длиной 16 м установлен между двумя концевыми участками, обозначенными как криостаты А и В. На каждом из этих концевых участков расположен один единственный сильфон в криостате, проходящем в этой зоне неизменно прямолинейно.
Из US 2010/0285968 А1 известен способ компенсации термически обусловленного укорочения сверхпроводящего кабеля вследствие его охлаждения. Конструкция соответствующего устройства предусматривает центральную, устойчивую на растяжение деталь. Кроме того, в публикации упоминается, что предусмотрена выполненная из тонкого металла гофрированная оболочка.
В ЕР 0807938 А1 предлагается оболочка, состоящая из четырех, радиально отделенных друг от друга трубок, для электрических сверхпроводящих проводников. Трубки содержат в чередующемся порядке прямолинейные участки с высокой механической стабильностью и выполненные поперек гофрированными участки, посредством которых жесткая сама по себе оболочка может изгибаться.
Согласно US 2006/0211579 А1 прямолинейно проходящие участки выполненного в форме трубки сверхпроводящего кабеля соединены между собой посредством сильфонов. Это призвано снизить последствия землетрясения и компенсировать неровности почвы.
В устройстве согласно ЕР 1720176 В1 сверхпроводящий кабель помещен в криостат таким образом, что при комнатной температуре он проходит в форме гофра или спирали. Полученную в результате излишнюю по отношению к криостату длину кабеля стабилизирует крестовидная сетка, которая точечно соединена с кабелем.
Из вышеупомянутого патентного документа ЕР 1617537 В1 известно устройство с расположенным в криостате сверхпроводящим кабелем, который соединен с оконцеванием. Электрический провод оконцевания снабжен трубчатой, содержащей радиально подпружиненные пластинки деталью из электропроводящего материала, в которую в положении монтажа входит провод сверхпроводящего кабеля. В случае термически обусловленных изменений длины провод сверхпроводящего кабеля в своем продольном направлении может проскальзывать в трубчатую деталь.
Задача изобретения состоит в том, чтобы упростить конструкцию представленного выше устройства.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что
- на каждом из концов криостата, выполненных для соединения со стационарными деталями линии передачи, установлены на расстоянии друг от друга два сильфона, и
- между двумя сильфонами каждого из двух концов криостата помещен относящийся к нему теплоизолированный патрубок изогнутой формы.
В этом устройстве сверхпроводящий кабель без особой обработки может быть размещен, например, между двумя оконцеваниями и известным способом электропроводно соединен с ними. Криостат, также жестко соединенный затем с оконцеваниями, на своих концах, соединенных с оконцеваниями, может упруго деформироваться соответственно за счет двух сильфонов, так что может просто придерживаться обусловленного охлаждением укорочения кабеля. Сильфоны, соединенные посредством изогнутого патрубка, через который пропускается кабель, лишь сжимаются ставшим более коротким кабелем и поэтому сами становятся короче. При этом оба сильфона механически равномерно нагружаются изогнутым патрубком и равномерно сжимаются. Остальная длина криостата не испытывает воздействия в связи с укорочением кабеля.
Патрубок может быть выполнен гибким, а также гладким и, следовательно, жестким.
Примеры осуществления изобретения представлены на чертежах, на которых показано:
Фиг.1 - схематичное изображение устройства согласно изобретению,
Фиг.2 - разрез по Фиг.1 вдоль линии II-II в увеличенном масштабе,
Фиг.3 - деталь устройства с фиг.1, и
Фиг.4 - другое в отличие от Фиг.3 использование устройства.
На Фиг.1 схематично изображены два оконцевания 1 и 2 в качестве стационарных деталей линии передачи электрической энергии. Такие оконцевания известны, так что их конструкция не поясняется более подробно. Криостат KR и находящийся в нем сверхпроводящий кабель SK (Фиг.2) жестко соединены с оконцеваниями 1 и 2.
Криостат KR должен иметь, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку из металла или пластика для размещения кабеля SK и пропуска хладагента. В варианте осуществления согласно Фиг.2 он состоит из расположенных коаксиально и на расстоянии друг от друга двух трубок из металла, предпочтительно из высококачественной стали, между которыми помещены распорный элемент и теплоизоляция 5, предпочтительно вакуумная изоляция. Трубки 3 и 4 могут быть гофрированы поперек их продольного направления и, следовательно, могут хорошо изгибаться. Криостат KR окружает, кроме кабеля SK, полость HR, через которую может пропускаться хладагент. Конструкция сверхпроводящего кабеля SK произвольная. В криостате KR могут быть помещены также два или больше сверхпроводящих кабелей.
На Фиг.3 устройство согласно изобретению изображено в соединении с оконцеванием 1. Соответствующая конструкция в равной мере относится также к оконцеванию 2. Криостат KR, также как и охватываемый им кабель SK, жестко соединен с оконцеванием 1. На другом конце, изображенном в данном случае свободным, криостат KR и охватываемый им кабель SK жестко соединены с другой стационарной деталью линии передачи электрической энергии. Криостат KR имеет на своем конце два сильфона 6 и 7, которые помещены в криостате KR на расстоянии один от другого. Они соединены между собой посредством относящегося к криостату KR изогнутому патрубку 8. Сильфоны 6 и 7 могут располагаться предпочтительно симметрично относительно патрубка 8, как это представлено на Фиг.3. Если криостат KR согласно Фиг.2 состоит из двух трубок, в таком случае в каждой из двух трубок помещен сильфон.
Предпочтительно патрубок 8 выполнен так же, как и криостат KR. То есть он может состоять из отрезка лишь одной теплоизолированной трубки или из отрезка сдвоенной трубки, которая состоит из двух расположенных концентрически и на расстоянии друг от друга трубок, между которыми помещена теплоизоляция. Трубка или соответственно трубки патрубка 8 могут быть выполнены гладкими и соответственно жесткими, а также гофрированными и соответственно гибкими. Патрубок 8 изогнут предпочтительно на 180° или, по меньшей мере, примерно на 180°, так что образуется симметричное устройство соединенных с патрубком 8 сильфонов 6 и 7, как это показано в предпочтительном варианте осуществления согласно Фиг.3.
На Фиг.3а устройство согласно изобретению изображено при комнатной температуре. В этом случае сильфоны 6 и 7 имеют предпочтительно свою полную длину. Когда устройство находится в эксплуатации, по криостату KR пропускается хладагент, посредством которого кабель SK охлаждается и, таким образом, становится короче. При этом он прилегает к стенке патрубка 8 и тянет его в направлении стрелки Р. Вследствие этого сильфоны 6 и 7 сжимаются и при этом в предпочтительной симметричной форме осуществления согласно Фиг.3 сжимаются равномерно. Соответственно укороченное, конечное положение сильфонов 6 и 7 показано на Фиг.3b.
На Фиг.4 в качестве стационарной детали линии передачи электроэнергии изображена соединительная муфта 9, с которой жестко соединены на обеих сторонах криостат KR и окруженный им кабель SR. В представленном варианте осуществления на обеих сторонах соединительной муфты 9 установлены сильфоны в криостате KR. Это соединенные друг с другом патрубком 10 сильфоны 11 и 12, с одной стороны, а также соединенные друг с другом патрубком 13 сильфоны 14 и 15, с другой стороны. Оставленные открытыми концы криостата KR в данном случае жестко соединены также с другими стационарными деталями линии передачи, например, с оконцеваниями.
Устройство на Фиг.4а представлено аналогично Фиг.3а при комнатной температуре. При охлаждении кабеля SK протекает тот же процесс, как он описан для Фиг.3. Патрубок 10 стягивается в направлении стрелки Р1, вследствие чего укорачиваются сильфоны 11 и 12, в то время как патрубок 11 стягивается в направлении стрелки Р2, вследствие чего укорачиваются сильфоны 14 и 15. Укороченные конечные положения сильфонов 11 и 12, а также 14 и 15 показаны на Фиг.4b.
На Фиг.3 и 4 в плоскости радом друг с другом изображены различные сильфоны. При известных условиях они могут быть расположены также один поверх другого. Если охлаждение кабеля SK прекращается или прерывается, он вновь вытягивается. Различные сильфоны в этом случае вновь удлиняются благодаря собственному усилию.