專利名稱：超導(dǎo)電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)電纜，其中在帶有兩根同心設(shè)置的波紋形金屬管的低溫恒溫器內(nèi)縱向設(shè)置電纜芯，其中兩根金屬管之間的空隙被抽成真空以絕緣，而該電纜芯圍繞其核心部分具有至少ー根具有超導(dǎo)性能的相導(dǎo)線。核心部分優(yōu)選由銅或ー種金屬材料構(gòu)成，既可以實(shí)心或空心，也可以由絞合的多根單根導(dǎo)線構(gòu)成，優(yōu)選具有一個(gè)同軸的內(nèi)部冷卻管道。
背景技術(shù)：
歐洲專利文件EP I 617 537公開了由于標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線具有管狀部件，該部件縱向移動(dòng)著包圍具有超導(dǎo)性能的電纜芯，因此在低溫恒溫器內(nèi)縱向移動(dòng)設(shè)置的電纜芯的長(zhǎng)度差因此相對(duì)于連接的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線得到補(bǔ)償。
歐洲專利文件EP I 480 231 BI公開了超導(dǎo)電纜的制作方法，其中在電纜盤上纏繞低溫恒溫器，而且電纜芯的端部只有在纏繞狀態(tài)下與低溫恒溫器的端部連接，這樣電纜芯相對(duì)于低溫恒溫器長(zhǎng)出一部分，該超長(zhǎng)部分使低溫恒溫器相對(duì)于電纜芯在冷卻時(shí)的不同收縮情況能夠得到補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供ー種超導(dǎo)電纜，其中，被冷卻時(shí)低溫恒溫器的長(zhǎng)度變化相對(duì)于電纜芯的長(zhǎng)度變化的差別可以按其它方式得以補(bǔ)償。上述技術(shù)問題尤其通過這樣一種超導(dǎo)電纜得以解決，該超導(dǎo)電纜具有帶有兩個(gè)同心設(shè)置的波紋形金屬管的低溫恒溫器，其中兩根金屬管之間為真空并最優(yōu)地設(shè)置絕緣材料，該超導(dǎo)電纜具有與低溫恒溫器縱軸平行、在其內(nèi)部設(shè)置的電纜芯，該電纜芯具有圍繞其核心部分的、具超導(dǎo)性能的相導(dǎo)線，該核心部分優(yōu)選地具有ー個(gè)內(nèi)部冷卻管道。依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)電纜的特點(diǎn)是低溫恒溫器具有至少ー個(gè)有第一軸向彈性常數(shù)的第一軸向段，以及至少ー個(gè)有第二軸向彈性常數(shù)的第二軸向段，第二軸向彈性常數(shù)最大是第一軸向彈性常數(shù)的20%，優(yōu)選最大為10%?？蛇x地將電纜芯分別固定在低溫恒溫器的端部上。在上述軸向段內(nèi)，“弾性常數(shù)” 一般表示的是低溫恒溫器的第一或第二軸向段的每個(gè)長(zhǎng)度単位，尤其是每米的弾性常數(shù)，而不是整個(gè)部段的弾性常數(shù)。下文的弾性常數(shù)也可以相應(yīng)地表示為特定的弾性常數(shù)。低溫恒溫器的第二段優(yōu)選具有第一段的最大10%，優(yōu)選最大5%的長(zhǎng)度。一般來說，低溫恒溫器的同心設(shè)置的金屬管是具有環(huán)形，優(yōu)選地具有螺旋形螺紋的波紋管。金屬管由鋼，尤其是不銹鋼構(gòu)成，并且優(yōu)選地通過將彎曲成圓形的鋼板的兩個(gè)相對(duì)且與縱軸平行的兩個(gè)邊縫焊接起來的方式制造。室內(nèi)溫度冷卻至液態(tài)氮溫度(該溫度同樣適于依據(jù)本發(fā)明的電纜的運(yùn)行狀態(tài))時(shí)，金屬材料(例如銅或不銹鋼)收縮大約O. 3%。那么對(duì)超導(dǎo)電纜而言，環(huán)境溫度冷卻至超導(dǎo)運(yùn)行狀態(tài)的液態(tài)氮溫度會(huì)導(dǎo)致電纜芯收縮大約O. 3%，而低溫恒溫器作為收縮的(冷的、內(nèi)部的)波紋管和不收縮的(外部、熱的)波紋管的組合只收縮大約一半，也就是O. 15%。而低溫恒溫器和電纜芯收縮的差異導(dǎo)致在低溫恒溫器端部上牽引或固定電纜芯的絕緣套管和/或固定裝置需要承載低溫恒溫器和電纜芯之間巨大的機(jī)械負(fù)載。由于低溫恒溫器第二段有相對(duì)較小的軸向特定弾性常數(shù)在負(fù)載狀態(tài)下被更強(qiáng)烈地壓縮，所以對(duì)于依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)電纜，其張カ和負(fù)載都明顯減小。電纜芯優(yōu)選地具有相對(duì)于低溫恒溫器的超長(zhǎng)部分，在室內(nèi)溫度或環(huán)境溫度下構(gòu)成導(dǎo)電連接的方法中的低溫恒溫器具有閉鎖件中間的超長(zhǎng)部分和/或相對(duì)于電纜芯的超長(zhǎng)部分。在這個(gè)實(shí)施例中，通過注入冷卻劑(尤其是液態(tài)氮)將溫度調(diào)節(jié)至超導(dǎo)體的運(yùn)行溫度時(shí)，電纜芯的超長(zhǎng)部分縮小。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，超導(dǎo)電纜在末端上分別具有軸向特定彈性常數(shù)相對(duì)較小的第二段，該第二段相互之間設(shè)置具有第一軸向特定弾性常數(shù)的第一段。如果超導(dǎo)的電纜長(zhǎng)到電纜段具有電纜套，則在優(yōu)先的實(shí)施方式中有不同的補(bǔ)償分段，該補(bǔ)償分段分別是具有相對(duì)較小的軸向特定弾性常數(shù)的第二段，設(shè)置在電纜套周圍，尤其是與電纜套單面或雙面 相鄰。低溫恒溫器的第二段的小軸向特定弾性常數(shù)可以通過更深ー些的波紋，例如與第一段的波紋深度相比深出至少10%，優(yōu)選為深出至少15%至20%和/或通過更多的波紋，例如與第一段的波紋數(shù)目相比單位長(zhǎng)度段多出至少10%，優(yōu)選為多出至少15%至20%，和/或通過縮小的壁厚度，尤其是在低溫恒溫器的同心設(shè)置的每個(gè)金屬管的第二軸向段內(nèi)、與第一段的壁厚度相比減小至少10%，優(yōu)選至少為15%至20%，來實(shí)現(xiàn)?？晒┻x擇或可作為補(bǔ)充的是，用于相對(duì)較小的軸向特定弾性常數(shù)的第二段的金屬管是由與第一段的材料相比彈性模量更小的材料構(gòu)成，例如由與第一段材料相比彈性模量小至少10 %的，優(yōu)選地小至少15%至20%的材料構(gòu)成。第二段的材料可以是鋁材料、鋁、銅材料或銅，而第一段由不銹鋼構(gòu)成。在第二段由另ー種材料構(gòu)成的實(shí)施例(例如由鋁材料、鋁、銅材料或銅構(gòu)成)中，優(yōu)選地在鄰近第一段的位置上、在第二段的內(nèi)側(cè)波紋管和外側(cè)波紋管之間設(shè)置第二段的金屬構(gòu)成的壁。此外優(yōu)選地在鄰近第二段的位置上、在由第一段的不銹鋼制成的內(nèi)側(cè)波紋管和外側(cè)波紋管之間設(shè)置不銹鋼的壁，這樣至少在其接觸范圍內(nèi)、在末端上帯有在內(nèi)側(cè)波紋管和外側(cè)波紋管之間延伸的壁的低溫恒溫器的第一段和第二段分別由與低溫恒溫器段的構(gòu)成材料相同的材料遮蓋。優(yōu)選如此將第二段的軸向特定弾性常數(shù)調(diào)至更小，即第二段的波紋為環(huán)形，也就是波紋分別環(huán)繞第二段且是閉合的，而由于第一段的波紋是螺旋形，也就是具有直通的、圍繞低溫恒溫器的縱軸的波紋，因此第一段具有相對(duì)更大的特定弾性常數(shù)?？蛇x擇地，用于相對(duì)更小的軸向特定弾性常數(shù)的第二段可能具有環(huán)形的波紋，同時(shí)結(jié)合相對(duì)更大的波紋厚度和/或在單位長(zhǎng)度段上具有相對(duì)更多的波紋數(shù)目和/或相對(duì)更小的壁厚度和/或由具有比螺紋狀的第一段的弾性模量更小的材料構(gòu)成。優(yōu)選地，低溫恒溫器的兩個(gè)同心設(shè)置的金屬管在第二段內(nèi)具有相同的波紋深度、單位長(zhǎng)度段上具有相同的波紋數(shù)目、相同的壁厚度、相同的材料和相同類型的波紋，尤其是環(huán)形的波紋。尤其優(yōu)選的是，低溫恒溫器的金屬管尤其由相同組成成分的鋼制成，尤其由相同的鋼制成，優(yōu)選地具有相同的壁厚。特定弾性常數(shù)相對(duì)較小的波紋管段(補(bǔ)償分段)最優(yōu)地焊接在與其相鄰的或包圍它的第一段上，其中根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，各段具有共同的真空空間或各段通過ー個(gè)徑向設(shè)置在低溫恒溫器的金屬管之間的壁隔開，這樣不同段內(nèi)具有単獨(dú)的真空空間。由于成波紋形的金屬管的端面能夠相互焊接，因此低溫恒溫器的第一段和第二段可以相互連接。作為可供替換的另一方案是，第一段的金屬管與第二段的金屬管由一體的、縱向焊接成波紋狀的金屬板構(gòu)成，其中第二段比第一段的軸向特定弾性常數(shù)更小。優(yōu)選地，同心設(shè)置的波紋狀金屬管在其中間構(gòu)成一個(gè)貫通的、具有環(huán)形截面的空隙，其內(nèi)存在真空并優(yōu)選地設(shè)置有絕緣材料和間隔墊片。在一個(gè)可作為替換的實(shí)施方式中，低溫恒溫器的第一段和第二段分別具有単獨(dú)的空隙，該空隙帶有環(huán)形截面，其中第一段和第二段在ー個(gè)共同的或兩個(gè)鄰接的平行的板內(nèi)相互鄰接，這兩個(gè)板遮蓋或閉合同心設(shè)置的金屬管之間的空隙和端面。在兩個(gè)固定端點(diǎn)安裝依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)電纜時(shí)，優(yōu)選的是，至少低溫恒溫器的第ニ段安裝成有超長(zhǎng)部分，例如安裝成與其在冷卻狀態(tài)相比具有更大的半徑。在環(huán)境溫度下(也就是通過灌注冷卻剤，尤其是液態(tài)氮冷卻低溫恒溫器之前)安裝，在灌注冷卻劑時(shí)，也就是在超導(dǎo)電纜的運(yùn)行狀態(tài)下，導(dǎo)致低溫恒溫器和電纜芯之間的長(zhǎng)度變化的差得以補(bǔ)償。 優(yōu)選的是，電纜芯借助于閉鎖件(Verschlussstilck)分別固定在低溫恒溫器的端部上。該閉鎖件可以例如遮蓋低溫恒溫器的內(nèi)截面并且具有用于電纜芯的通孔，在其內(nèi)部可選擇地固定電纜芯。在具有軸向走向的、用于流出冷卻劑的冷卻管道的電纜芯中，該冷卻管道可以通過電纜芯的通孔，這樣閉鎖件可以可選地僅僅具有電纜芯的通孔。優(yōu)選地，流經(jīng)低溫恒溫器的冷卻劑流經(jīng)電纜芯和低溫恒溫器之間，這樣閉鎖件除了具有用于電纜芯的通孔之外還可以具有用于冷卻劑的通孔。


下文借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，圖示圖I :示出依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)；圖2 :示出依據(jù)本發(fā)明的電纜的一個(gè)實(shí)施例的低溫恒溫器的橫截面；圖3 :示出依據(jù)本發(fā)明的電纜的其他實(shí)施例的低溫恒溫器的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖I示出一個(gè)閉鎖件1，電纜芯2在低溫恒溫器3的一端固定在該閉鎖件I內(nèi)。イ氐溫恒溫器3具有一個(gè)外側(cè)的、做成波浪狀或波紋狀的管4和ー個(gè)同心設(shè)置的、內(nèi)側(cè)的、做成波浪狀或波紋狀的管5，兩個(gè)管4、5之間設(shè)置有絕緣層6，尤其是真空層，外側(cè)管4和內(nèi)側(cè)管5之間的間隔墊片，或可選用絕緣材料。低溫恒溫器3具有第一段7，第一段7有第一軸向特定弾性常數(shù)。該低溫恒溫器3在軸向相鄰區(qū)域內(nèi)具有第二段8，該第二段8有第二軸向特定弾性常數(shù)，該彈性常數(shù)最大為第一段7的軸向特定弾性常數(shù)的20%，優(yōu)選最大為10%。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，注入冷卻劑前，低溫恒溫器3的第二段8在電纜固定的兩個(gè)端點(diǎn)之間設(shè)置具有超長(zhǎng)部分，其中尤其是只有第二段8和設(shè)置在該第二段8內(nèi)的電纜芯2的軸向段安裝成有超長(zhǎng)部分。在閉鎖件I上，相對(duì)于低溫恒溫器3固定電纜芯2，這樣在向低溫恒溫器3的內(nèi)側(cè)管5內(nèi)注入冷卻劑時(shí)，電纜芯2比低溫恒溫器3收縮得更強(qiáng)。第二段8的相對(duì)較小的軸向特定弾性常數(shù)導(dǎo)致由于電纜芯2相對(duì)于低溫恒溫器3更強(qiáng)收縮所產(chǎn)生的負(fù)載特別地引起第二段8內(nèi)的壓縮。由于第二段8相對(duì)于第一段7的軸向特定弾性常數(shù)更小，則低溫恒溫器3可以在該處更強(qiáng)地壓縮，這樣低溫恒溫器3和電纜芯2之間的負(fù)載比使用補(bǔ)償式低溫恒溫器(該補(bǔ)償式低溫恒溫器在相同長(zhǎng)度上統(tǒng)一由第一段7構(gòu)成)時(shí)總體上更小。圖2示出低溫恒溫器3的截面圖，其中，在兩個(gè)第二段8之間設(shè)置ー個(gè)第一段7。第一和第二段7、8的外側(cè)管4和內(nèi)側(cè)管5在端面上分別材料相連地相互連接，例如一體構(gòu)成地或中間使用焊接方式地相互連接。在該實(shí)施例中，低溫恒溫器3通過第一段7和第二段8構(gòu)成一體的、貫通的絕緣層6，尤 其是在外側(cè)管4和內(nèi)側(cè)管5之間構(gòu)成一個(gè)貫通的、抽成真空的空隙。圖3示出低溫恒溫器3的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的截面圖，其中第一段7與第二段8連接，其中第一段7和第二段8之間設(shè)置有壁9，該壁9閉合內(nèi)側(cè)管5和外側(cè)管5之間的截面。在這ー實(shí)施例中，第一段7和第二段8可以具有単獨(dú)的壁9、9’，這兩個(gè)壁9、9’分別遮蓋外側(cè)管4和內(nèi)側(cè)管5之間的環(huán)形截面，其中形成第一段和第二段邊界的壁9、9’相互鄰接。在這個(gè)實(shí)施例中，第一段7和第二段8之間的壁9、9’將絕緣層6的真空部分分隔開。附圖標(biāo)記列表I閉鎖件2電纜芯3低溫恒溫器4外側(cè)管5內(nèi)側(cè)管6絕緣層7第一軸向段8第二軸向段9、9，壁
權(quán)利要求
1.ー種超導(dǎo)電纜，具有低溫恒溫器(3)，該低溫恒溫器(3)具有外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)，在所述外側(cè)波紋管(4)和內(nèi)側(cè)波紋管(5)之間設(shè)置有絕緣層(6)，所述超導(dǎo)電纜具有在內(nèi)側(cè)波紋管(4)內(nèi)部沿著低溫恒溫器(3)設(shè)置的電纜芯(2)，該電纜芯(2)分別固定在低溫恒溫器(3)的端部上，其特征在干， 低溫恒溫器(3)在第一軸向段(7)內(nèi)沿軸向具有第一特定弾性常數(shù)，在第二軸向段(8)內(nèi)沿軸向具有第二特定弾性常數(shù)，第二特定弾性常數(shù)最大是第一特定弾性常數(shù)的20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的第二軸向段(8)最大為第一軸向段(7)軸向長(zhǎng)度的10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述電纜芯在環(huán)境溫度下相對(duì)于低溫恒溫器具有超長(zhǎng)部分。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)在其第一軸向段(7)內(nèi)具有螺旋形波紋，在第二軸向段(8)內(nèi)具有環(huán)形波紋。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)在第二軸向段(8)內(nèi)具有比第一軸向段(7)內(nèi)更大的波紋深度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)在第二軸向段(8)內(nèi)的單位長(zhǎng)度段上的波紋數(shù)量比第一軸向段(7)內(nèi)的單位長(zhǎng)度段上的波紋數(shù)量更多。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)在第二軸向段(8)內(nèi)具有比第一軸向段(7)內(nèi)更小的壁厚度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)在其金屬制成的第二軸向段(8)內(nèi)具有比第一軸向段(7)內(nèi)金屬更小的彈性模量。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，第一軸向段(7)和第二軸向段⑶各自的內(nèi)側(cè)波紋管(5)和外側(cè)波紋管⑷的端部材料相連地連接在一起，其間構(gòu)成一個(gè)貫通的空隙。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，在低溫恒溫器(3)的其第一軸向段⑵與第二軸向段⑶相鄰的軸向段內(nèi)，在內(nèi)側(cè)波紋管(5)和外側(cè)波紋管⑷之間設(shè)置壁(9、9’)，該壁(9、9’ )在內(nèi)側(cè)波紋管和外側(cè)波紋管(5、4)之間的距離上延伸。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的超導(dǎo)電纜，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)的外側(cè)波紋管(4)和內(nèi)側(cè)波紋管(5)由具有相同壁厚度的同一種金屬構(gòu)成。
12.—種借助于超導(dǎo)電纜在兩個(gè)閉鎖件(I)之間實(shí)現(xiàn)電連接的方法，該超導(dǎo)電纜被設(shè)置在兩個(gè)閉鎖件⑴之間處于低溫恒溫器⑶內(nèi)并具有設(shè)置在低溫恒溫器⑶內(nèi)部的具有超導(dǎo)能力的電纜芯(2)，該低溫恒溫器(3)具有外側(cè)波紋管(4)和同心設(shè)置的內(nèi)側(cè)波紋管(5)以及在它們之間的絕緣層(6)，其特征在于，所述低溫恒溫器(3)在第一段(7)內(nèi)具有第一特定軸向彈性常數(shù)，在第二段(8)內(nèi)具有第二特定軸向彈性常數(shù)，第二特定軸向彈性常數(shù)最大是第一特定軸向彈性常數(shù)的20%，隨后向低溫恒溫器內(nèi)灌注冷卻剤。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，第二段(8)的軸向長(zhǎng)度最大為第一段(7)長(zhǎng)度的10%。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在環(huán)境溫度下將超導(dǎo)電纜安裝在兩個(gè)閉鎖件⑴之間后向低溫恒溫器⑶灌注冷卻剤。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14之一所述的方法，其特征在干，電纜芯(2)在環(huán)境溫度下具有相對(duì)于低溫恒溫器(3)的超長(zhǎng)部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)電纜，該超導(dǎo)電纜具有帶有兩個(gè)同心設(shè)置的金屬管的低溫恒溫器，并且特征在于，低溫恒溫器至少具有一個(gè)帶有第一軸向彈性常數(shù)的第一軸向段，以及至少一個(gè)具有第二軸向彈性常數(shù)的第二軸向段，第二軸向彈性常數(shù)最大是第一段的軸向彈性常數(shù)的20％，優(yōu)選為最大10％。
文檔編號(hào)H01R4/68GK102856003SQ201210315319
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者R·索伊卡, M·斯泰姆勒 申請(qǐng)人:尼克桑斯公司