製造超導電纜的方法
2023-04-27 00:13:31
專利名稱：製造超導電纜的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造超導電纜的方法。
背景技術：
德國電工雜誌ETZ-b，1974年第26卷第215頁以下公開了一種柔性的大功率直流電壓超導電纜。該電纜具有一種由穩定的Nb3Sn製成的帶狀超導體，該超導體被一種所謂的「低溫外套(Cryogenic envelope)」包繞。
所述超導體有空心並且在運行過程被液態氦流過。在「低溫外套」與超導體之間有一個作為回管(Rückleiter)同樣被液態或氣態氦流過的通道。
所述「低溫外套」由多個相互間隔設置的金屬波紋管組成，在它們之間存在著一真空和一所謂的「超級絕緣(Superisolierung)」。
這樣一種電纜可通過連續工作方式被製成長達200米。由兩個這樣的單芯電纜組成的電纜系統具有5GW的最大傳輸功率。
在1999年春季出版的「Epri Journal」雜誌中公開了一種超導電纜。其中，圍繞一個內部有液態氮流過的支撐管纏繞有許多由一種所謂的第二代超導材料製成的材料帶。這種現代化的超導體由一種柔性的金屬帶和塗敷在其上的一種釔-鋇-氧化銅複合物組成。
在所述超導材料帶上套有一個金屬波紋管。在該金屬波紋管上纏繞有很多層的熱絕緣皮。該絕熱材料層外又套有另一金屬波紋管，其中，在該絕熱材料層上還設有由聚四氟乙烯製成的間隔保持件。在該第二金屬波紋管外有一固態的電介質以及一外部電屏蔽件。
上述兩種電纜類型的共同點是，所述超導體以及包繞它的電纜元件在工作狀態，亦即在液態氦或液態氮的溫度下相對於處於環境溫度下的外部電纜元件縮短了。為避免這種縮短現象，人們在電纜的兩端設置了一些可將各電纜元件傳力地相互連接起來並因此避免內部電纜元件相對於外部電纜元件縮短的機構。
發明內容
基於上述現有技術，本發明要解決的技術問題在於提供一種製造超導電纜的方法。該方法可確保在製造時就避免了電纜芯因溫度下降相對於處於外界溫度下的外部電纜元件發生收縮。
上述技術問題通過這樣一種製造超導電纜的方法來解決，該超導電纜由包含至少一縱向延伸的超導元件的一電纜芯以及包封該電纜芯的一可彎折的管組成，該方法包括如下步驟a)連續地從一個電纜芯存料庫中抽拉出電纜芯，b)連續地從一個帶存料庫中抽取出金屬帶，c)連續地使該金屬帶圍繞電纜芯成型為一槽管，焊接該槽管的縱向縫隙，隨後將該焊接好的槽管制成波紋狀，並且使該波紋管的內徑大於電纜芯的外徑，d)將這個由電纜芯和波紋管構成的超導電纜纏繞在一電纜盤上或將該超導電纜繞成至少一匝圈，e)最後，在電纜纏繞在電纜盤上或至少繞成一匝圈的情況下，將電纜芯的端部與所述波紋管的端部機械連接在一起。
由於所述電纜芯基於其構造有一個相對於所述波紋管明顯更高的剛性，所述電纜芯抵靠在位於其外部的所述波紋管的內壁上。也就是說，所述電纜芯致力於儘可能大地具有匝圈的直徑。由於按照本發明的波紋管的內徑大於電纜芯的外徑，所述位于波紋管內的電纜芯的長度大於所述波紋管以其中心線來定義的長度。當所述超導電纜纏繞在電纜盤上時，如果現在將所述電纜芯的兩端與所述波紋管的兩端連接起來，所述位于波紋管內的電纜芯會超長一些(亦即相對于波紋管有一超出長度)。如果現在將所述超導電纜從電纜盤上卷放下來，要麼是所述波紋管會伸長與所述超出長度相對應的一段長度，要麼是所述電纜芯會呈波紋狀地、間隔地抵靠在所述波紋管的內壁上。但在超導電纜工作時，亦即在液氮的溫度下，所述波紋管的伸長或電纜芯的波紋形狀都得以避免。
下面藉助於一些附圖簡略示出的實施方式對本發明予以詳細說明。附圖中
圖1是按照本發明方法製造出的一超導電纜的縱向剖面圖；圖2是用於製造超導電纜的製造設備的側視圖；圖3是一個纏繞有金屬波紋管的電纜盤的剖視圖。
具體實施例方式
圖1所示電纜具有一電纜芯1，該電纜芯以圖中未詳細示出的方式由一內部支撐管、一層或多層纏繞在該支撐管上的高溫超導材料以及一敷設在所述高溫超導材料層上的電介質組成。所述電介質必須耐低溫，它例如由玻璃纖維織物、雲母帶製成或者也可由聚四氟乙烯製成。
所述電纜芯1位於一所謂的「低溫外套(Cryogenic envelope)」中。該低溫外套由一個內波紋管2以及一個位於外部、與該內波紋管2間隔設置的外波紋管3構成。
在所述內波紋管2上纏繞有一種薄膜4。該薄膜是一種在其兩側蒸鍍有鋁的塑料膜。在該薄膜層4上纏繞有一種間隔保持件5。它比較有利地由多股象辮子那樣交織地編在一起的由塑料、玻璃纖維或一種陶瓷材料製成的條帶組成。
在所述間隔保持件5上有一種所謂的超級絕緣層6。它通過金屬薄膜或鍍有金屬的塑料薄膜和由塑料無紡布或基於玻璃纖維或陶瓷材料的無紡布製成的薄膜交替層疊而構成。
關於「低溫外套(Cryogenic envelope)」的構造可詳細參見歐洲專利中請EP-0326923B1中的內容。
在超導電纜工作前，在波紋管2和3之間的環形空腔7被抽真空。
為了冷卻超導電纜1，所述液氮被導引流過所述電纜芯的支撐管以及所述波紋管2的內腔。
在圖2所示製造設備中，一金屬帶11被連續地從一金屬帶圈10上繞放下來，必要時在一個帶清潔設備12中先行清洗，然後在一個成型裝置13中被逐漸地成型為一個帶有縱向縫隙的槽管。
所述電纜芯14同樣被連續地從一個存料滾筒15上繞放抽拉下來，然後被送入尚未閉合的槽管中。
所述槽管的縱向縫隙然後在一個焊接工位16上被焊接封閉。所述完成焊接的在其內部帶有電纜芯14的管子藉助一傳送帶裝置17被輸送給一個波紋成型裝置18。
在該波紋成型裝置18中將所述縱向縫隙被焊接起來的管子成型為波紋狀，最後將其纏繞在一個電纜盤19上。一種所謂的「舞蹈家」20調節所述電纜盤19的纏繞速度。
在所述超導電纜達到所期望的製造長度後或者當電纜盤19纏滿後，將電纜芯14的兩端與所述波紋管2的兩端傳力連接起來。
由於所述電纜芯14明顯比所述波紋管具有更強的剛性，所述電纜芯14抵靠在波紋管上，更確切地說抵靠在呈卷繞狀的波紋管的更大半徑位置上。所述位于波紋管中的電纜芯14因此比波紋管更長。
在下一個工序中，在一個同樣類型的製造設備中將圖1中所示的元件(金屬薄膜4、間隔保持件5、超級絕緣層6以及外波紋管3)敷設在上述波紋管2上。
在圖3所示的電纜盤19上纏繞有如圖1所示的內金屬波紋管2，該內波紋管2帶有處於其內部的如圖1所示的電纜芯1或如圖2所示的電纜芯14。從圖3中可清楚地看出，所述具有抗彎剛性的電纜芯1抵靠在波紋管2朝向外方的內壁面上並因此比該波紋管2更長地位於該波紋管2中。
所述長度差ΔL(即超出長度)按照下列公式來求出Δl＝Δr×π×2×a其中，Δr是纏繞在電纜盤上的超導電纜的波紋管2的內半徑與電纜芯的外半徑的差值，a則是所述電纜盤上的匝圈數。
當波紋管的內徑為60mm，電纜芯的外徑為50mm且電纜盤芯的直徑為3000mm時，每一匝圈電纜芯就會比波紋管超出3cm。一個匝圈的波紋管的總長為9.4m。所述電纜芯因此比波紋管超長0.3％。這樣一來，所述電纜芯在冷卻到液氮溫度時所發生的比0.3％更小的收縮可輕易地得到補償。
在圖3中示出一段纏繞在一個電纜盤19上的電纜。從中可清楚地看出，所述電纜芯1基於其較強的抗彎剛性抵靠在波紋管2的朝向外側的內壁上。
在纏繞狀態下，所述電纜芯1和波紋管2在其兩端相互傳力地連接在一起，如附圖標記21和22所示那樣。
權利要求
1.一種製造超導電纜的方法，該超導電纜由包含至少一縱向延伸的超導元件的一電纜芯以及包封該電纜芯的一可彎折的管組成，該方法包括如下步驟a)連續地從一個電纜芯存料庫中抽拉出電纜芯，b)連續地從一個帶存料庫中抽取出金屬帶，c)連續地使該金屬帶圍繞電纜芯成型為一槽管，焊接該槽管的縱向縫隙，隨後將該焊接好的槽管制成波紋狀，並且使該波紋管的內徑大於電纜芯的外徑，d)將這個由電纜芯和波紋管構成的超導電纜纏繞在一電纜盤上或將該超導電纜繞成至少一匝圈，e)最後，在電纜纏繞在電纜盤上或至少繞成一匝圈的情況下，將電纜芯的端部與所述波紋管的端部機械連接在一起。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將金屬帶成型為槽管以及將該焊接好的金屬槽管制成波紋狀這樣來進行，即，使得處於該金屬波紋管中的電纜芯比該波紋管的長度長出一段ΔL，該超出長度ΔL按照公式ΔL＝(R-r)π·2a來計算，其中，R表示該波紋管的內半徑，r表示電纜芯的外半徑，a表示線匝數。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述超出長度ΔL至少佔到波紋管長度的0.25％。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述電纜芯包含有一高溫超導體。
全文摘要
本發明公開了一種製造超導電纜的方法，該超導電纜由包含至少一縱向延伸的超導元件的一電纜芯以及包封該電纜芯的一可彎折的管組成，該方法包括如下步驟a)連續地從一個電纜芯存料庫中抽拉出電纜芯，b)連續地從一個帶存料庫中抽取出金屬帶，c)連續地使該金屬帶圍繞電纜芯成型為一槽管，焊接該槽管的縱向縫隙，隨後將該焊接好的槽管制成波紋狀，並且使該波紋管的內徑大於電纜芯的外徑，d)將這個由電纜芯和波紋管構成的超導電纜纏繞在一電纜盤上或將該超導電纜繞成至少一匝圈，e)最後，在電纜纏繞在電纜盤上或至少繞成一匝圈的情況下，將電纜芯的端部與所述波紋管的端部機械連接在一起。
文檔編號H01B12/02GK1551249SQ200410044770
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月18日 優先權日2003年5月20日
發明者克勞斯·希普爾, 克勞斯 希普爾 申請人:尼克桑斯公司