DE1901069A1

DE1901069A1 - Koaxiale Mehrfachrohranordnung

Info

Publication number: DE1901069A1
Application number: DE19691901069
Authority: DE
Inventors: Thornton Stearns
Original assignee: Vacuum Barrier Corp
Current assignee: Vacuum Barrier Corp
Priority date: 1968-01-15
Filing date: 1969-01-10
Publication date: 1969-09-04
Also published as: GB1257701A; JPS498963B1; NL6900406A; CH498331A; US3490496A; SE344233B; DE1901069C2; FR2000268A1; NL160646C; BE726941A

Description

OR.-INQ. PIP...INS. M. SC DIPl..-PHYS. DR. DIPL.-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 36 981 h
h. - ta

U.S.Ser.STo. 697,747 ^

WoKL

Vacuum Barrier Corp., Massachusetts, U.S.A.

Koaxiale Mehrfachrohranordnung

Die Erfindung betrifft eine koaxiale Mehrfachrohranordnung mit mindestens einem Innenrohr und mindestens einem Aussenrohr, das vom Innenrohr durch ein sich in Längsrichtung zwischen den Rohren erstreckendes Abstandsmittel in radialem Abstand gehalten ist.

Die Erfindung bezieht sich ferner vorzugsweise auf eine koaxiale Rohranordnung in Form einer flexiblen Übertragungsleitung für cryogenische Flüssigkeiten. Dabei sind konzentrisch im Abstand angeordnete Rohre vorgesehen, zwischen denen ein ringförmiger Isolierraum vorhanden ist. Dieser Isolierraum kann eine Isolation aufnehmen und/oder evakuiert sein. Jedoch kann die Rohranordnung auch für andere Zwecke benützt werden, beispielsweise als elektrisches Kabel.

Eine koaxiale Rohranordnung erfordert, gleichgültig ob sie starr ist oder einen gewissen Grad an Flexibilität aufweist, eine Halterung zwischen den Rohren, durch die die Rohre im wesentlichen in konzentrischer Lage zueinander gehalten werden. Ungünstigerweise ergibt eine aus einem festen Körper bestehende Halterung eine Überbrückung des Abstandes zwischen den Rohren und bildet aus diesem Grund einen Weg für einen thermschen Leckfluss und/

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oder elektrische Verluste. Diese Verluste werden um so grosser, je grosser die minimale Querschnittsdimension dieser Konstruktion ist und je grosser die Berührungsfläche mit den Rohrwänden ist. Zusätzlich macht der Einbau einer überbrückenden Versteifungskonstruktion die Evakuierung des isolierenden Ringraumes nach der Herstellung der Rohranordnung schwierig.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines Abstandsmittels wird k ein einen rechteckigen oder rechtwinkeligen Querschnitt aufweisendes Kunststoffband verwendet, das spiralförmig um das Innenrohr herumgewickelt ist und eine Dicke hat, die ungefähr der minimalen radialen Abmessung des ringförmigen Isolierraumes entspricht, und ferner eine Querschnittsgrösse aufweist, die ein Zusammenfallen verhindert. Solche Bänder werden insbesondere dort benutzt, wo das Aussenrohr kontinuierlich um das mit dem Band versehene Innenrohr herumgebildet wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion zu schaffen, bei der die durch die Halterung sich ergebenden Verluste wesentlich verringert werden und ausserdem die Menge des benötigten Bandmaterials pro Einheitslänge der Rohranordnung wesentlich reduziert wird. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei der eingangs erwähnten Rohranordnung dadurch gelöst, dass als Abstandsglied ein flaches Band verwendet wird, das um seine eigene Achse verdrillt wird, bevor es oder wenn es auf das Innenrohr aufgelegt wird, derart, dass beispielsweise eine Verdrillung des Bandes um 180° bei jeder Viertelwindung um das Innenrohr herum vorliegt, woraus sich dann ergibt, dass ein Band von gleichmässiger Breite und ungefähr gleich der maximalen Radialabmessung des Ringraumes zwischen den Rohren die Rohre höchstens icantenweise an im Abstand angeordneten Intervallen berührt, und zwar berührt eine fortlaufende Bandkante zuerst das Innenrohr und dann bei der nächsten Verdrillung das Aussenrohr oder zeigt mindestens in Richtung des Aussenrohres,

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ein Vorgang, der sich nun auf der ganzen Länge der Rohranordnung wiederholt. Ausserdem berührt die entgegengesetzte Kante des Bandes abwechselnd zuerst das Innenrohr und ist dann dem Aussenrohr zu gerichtet oder berührt dieses mit der ganzen Länge der Rohranordnung an Stellen, die zwischen den Berührungsstellen der erstgenannten Kante liegen, wobei diese letzteren Stellen üblicherweise in Umfangsrichtung um das'Innenrohr herum gegenüber den Berührungsstellen der erstgenannten Kante mit dem Innenrohr versetzt sind. Das Innenrohr kann dabei glatt oder auch gewellt und ferner mit oder ohne eine isolierende Umhüllung sein. Falls das Innenrohr gewellt ist, kann dort ausserdem noch ein das Rohr umgebender Verstärkungsdraht, beispielsweise ein Litzendraht oder dergleichen, angebracht sein. Ähnlich kann auch das Aussenrohr glatt oder gewellt und mit oder ohne Innenauskleidung, vorzugsweise aus Isoliermaterial, sein.

Yfeitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig.l einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der ' Erfindung,

Fig.2 einen Längsschnitt durch die Rohranordnung gemäss Fig.l, jedoch um 180° gegenüber Fig.l gedreht,

Fig.3 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Form des Bandes,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Form des Bandes,

Fig.5 einen Querschnitt zur Darstellung der Anordnung des Bandes gemäss Fig.4 in der Ausführungsform nach Fig.l,

Fig.6 einen Längsschnitt zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig.7 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäss Fig.6, wobei jedoch die Isolierumhüllung auf dem Innenrohr weggelassen ist. _A. ^ .

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In Ausführungsform nach Pig.'l und 2 ist mit 10 ein schraubenförmig gewelltes Innenrohr und mit 12· ein schraubenförmig gewelltes Aussenrohr bezeichnet. Derartige Rohre sind üblicherweise aus Kupfer hergestellt und haben auf einem entsprechend grossen Radius eine bestimmte Flexibilität. Wendelförmig ist um das Innenrohr 10 eine Länge eines flachen Bandes 20 herumgewickelt, das aus Metall oder Kunststoff sein kann, im letzteren Fall vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen. Dieses Band hat eine gleichmässige Breite mit einer Steigung von ungefähr 45° relativ zur Achse der Rohranordnung.

Das Band 20 ist um 180° um seine eigene Achse alle 90° seiner Umwicklung um das Innenrohr 10 herum so verdrillt, dass die eine oder andere der entgegengesetzten Kanten das Innenrohr kantenweise einmal alle 90° bei den einzelnen Verdrillungen berührt.

Damit ist die Kante 21 des Bandes 20 radial nach aussen an den Punkten A,C,E,G,I,K,M gerichtet, während es an den Punkten B₁D₁F₁H₁JjLjN radial nach innen gerichtet ist und das Innenrohr 10 berührt.

Die entgegengesetzte Kante 22 des Bandes ist damit an den Punkten AjC,EjGjI,K,M radial nach innen gerichtet'und berührt das Innenrohr 10 und ist an den dazwischen liegenden Punkten, nämlich B,D,F,H,J,L,N radial nach aussen gerichtet.

Es ergibt sich ferner, dass überall dort, wo eine der Kanten radial nach innen gerichtet ist, diese sich in eines der Wellentäler 30 zwischen den Wellenbergen 32 des Innenrohres 10 einzusetzen versuchen. Dies ist an den Punkten, B,F,J,N in Fig.l und bei D,H,L in Fig.2 der Fall, obgleich der Deutlichkeit wegen die Zeichnung das Band .in einer mehr angenähert symmetrischen Wendel

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an diesen Punkten zeigt.

Normalerweise ist das Band von einer solchen Breite, dass es vor·? zugsweise, doch nicht notwendigerweise, das Aussenrohr an allen Verdrillungspunkten berührt. Auf jeden Fall "bildet das Band ein Abstandsglied, das die beiden Rohre in konzentrischem Abstand hält.

Die Steigung des Bandes kann sich auch von 45 unterscheiden, und das Band kann in kürzeren oder längeren Intervallen entlang auf seiner Länge verdrillt sein, als dies in der Zeichnung dargestellt ist, und zwar je nach der Höhe der gewünschten Tragfähigkeit zwischen den beiden Rohren. Auf jeden Fall ist, wie in der Zeichnung dargestellt, eine Überbrückung zwischen den beiden Rohren in Bezug auf das Abstandsglied nur an den Punkten A bis N einschliesslich vorhanden, an denen das Band radial orientiert ist, wobei die Teilstücke des Bandes zwischen diesen Punkten stets im Abstand vom Aussenrohr infolge der Verdrillung des Bandes sind.

Wenn beispielsweise das Aussenrohr einen Innendurchmesser, mit 31,623 mm und das Innenrohr einen Aussendurchmesser von 20,193 mm hat, so kann das Band 7,239 mm breit und 1,016 mm stark sein. Bei Verwendung von cryogenischen Flüssigkeiten bei einem Vakuum unterhalb von 5 x 10 Torr wird damit der Wärmeleckfluss auf lediglich 1,0 kgCal. pro Stunde pro Meter *) reduziertρ wenn die Messung zwischen einer Raumtemperatur und - 195»5 erfolgt. Für grössere Leitungen kann die Bandbreite bis auf 10,16 mm ansteigen, und eine grössere Stärke kann ebenfalls verwendet werden, die bis zu 2,54 mm und darüber je nach der radialen Dimension zwischen den beiden Rohren ansteigen kann. *) 1,2 Btu pro Stunde pro linearem Fuß

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Me Anwendung der Konstruktion gemäss der Erfindung ist nicht auf korrugierte oder gewellte Rohre "beschränkt, sondern kann auch bei glatten d.h. zylinderförmigen Rohren benutzt werden.

Bei einer Wellung, kann das Innenrohr .eine äussere, rohrförmige, geflochtene Verstärkungshülle 50 haben (s.Fig.6),.wie dies oft bei anderen Abstandskonstruktionen zur Erhöhung der Druckfestigkeit verwendet wird. In diesem Zusammenhang sei auf die W USA-Patentschrift 5.240.234 verwiesen.

Pig.3 zeigt eine abgewandelte Form des Bandes 20a. Dieses ist ähnlich wie in Fig.l und 2, jedoch mit dem Unterschied, dass seine Kanten mit versetzten Ausschnitten 40 und in solchen Abständen vorgesehen sind, dass die Ausschnitte in zusammengebautem Zustand das Innenrohr an den Punkten berühren, an denen das verdrillte Band sich ungefähr radial quer über den Ringweg
raum zwischen den Rohrenweg erstreckt. Die Ausschnitte können einen etwas grösseren Radius als das Innenrohr im Hinblick auf den in Fig.5 dargestellten Berührungswinkel haben. Die

Ausschnitte benützende Ausführungsform ergibt eine Zunahme der ι . - '

Stabilität des Bandes, da das Band sich mehr der Oberfläche des Rohres an den Berührungspunkten anpassen kann.

Fig.4 zeigt eine v/eitere Abwandlung der Form eines Bandes 20b, bei dem die Ausschnitte 40 nicht versetzt angeordnet sind, sondern periodisch an entgegengesetzten Stellen des Bandes auftreten, so dass es nun gleichgültig ist, welche besondere Seite des Bandes dem Innenrohr zugewandt ist, da beide Seiten nun mit Kerben versehen sind. Fig.5 zeigt das Band· gemäss Fig.4, wie es in der Rohrkonstruktion nach Fig.l und 2 angeordnet ist.

In Fig.6 ist der Durchmesser des Aussenröhres 12a ebenfalls so vergrössert, dass um das Innenrohr wendelförmig oder spiralför-

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mig lose herumgewickelte Mehrschichtisolierlagen52 untergebracht werden können, die beispielsweise in der USA-Patentschrift 3.240.234 beschrieben sind und abwechselnd Schichten aus mit Aluminium beschichtetem Kunststoff und,Faserglas aufweisen. Das verstärkte und mit Isoliermaterial umwickelte Innenrohr wird dann mit dem verdrillten Band 20,20a und 20b umwickelt. Anschliessend wird eine weitere Isolierlage um das Band herumgewickelt und dann diese Baugruppe durch das Aussenrohr 12a umschlossen. Die Isolierlagen 52 und 54 werden dadurch lediglich an den Punkten der radialen Orientierung des Bandes zusammengepresst, derart, dass also die optimale Dichte der Umwicklung im ganzen übrigen, ringförmigen Raum zwischen den Rohren verbleibt, wie dies in der USA-Patentschrift 3.236.406 des näheren erklärt ist.'

Fig.7 zeigt eine lose aufgewickelte Mehrschichtisolierlage,die lediglich ausserhalb des aufgewickelten Bandes 20 angeordnet ist, so dass der Druck auf diese Schichten im v/esentlichen nur an den Punkten der radialen Orientierung des Bandes auftritt. Anstatt gemäss Fig.7 die das Innenrohr isolierende Lage 52 wegzulassen, kann auch die das Aussenrohr isolierende Lage 54 weggelassen werden, wobei die Isolierlage 52 des Innenrohres zusammen mit der Verstärkungshülle 50 oder auch ohne diese beibehalten werden kann.

Es ergibt sich so, dass gemäss der Erfindung ein Abstandsmittel geschaffen worden ist, das ohne weiteres zwischen zwei Rohren während einer kontinuierlichen Erzeugung derselben unter Verwendung einer minimalen Materialmenge für das Abstandsmittel angeordnet werden kann. Unter gewissen Umständen, besonders bei grösseren Rohrkonstruktionen,können auch zwei oder mehr getrennte, verdrillte Bänder auf dem Innenrohr im Abstand angeordnet werden, die die gleiche Steigung und entweder die

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gleichen oder unterschiedliche Verdrillungsintervalle haben.

Die erfindungsgemässe Konstruktion erleichtert auch die Bildung eines Vakuums in dein Ringraum zwischen den beiden Rohren, gleichgültig ob dort Isolierschichten vorhanden sind oder nicht, deswegen, weil das Abstandsraittel eine minimale Obstruktion ergibt, auf jeden Pail eine viel kleinere.als sie bei nicht verdrillten Bändern vorhanden ist. Ferner ist die erforderliche Steifheit gegen Zusammendrücken infolge der Verdrillungen bei einem viel dünneren Band vorhanden als bei solchen, die ohne Verdrillung um die eigene Achse eingebaut sind*

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Claims

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Patentansprüche ίλ .J Koaxiale Mehrfachrohranordnung mit mindestens einem Innenrohr und mindestens einem Außenrohr, das vom Innen-' rohr durch ein sich in Längsrichtung zwischen den Rohren erstreckendes Abstandsmittel in radialem Abstand gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsmittel mindestens ein fortlaufendes Band (20) ist, das um seine eigene Achse verdrillt ist und so abwechselnd mit entgegengesetzten Kanten (21, 22) gegen den Umfang des Innenrohres (10) an Berührungspunkten anliegt.

2. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band ein Plachband (20) ist, dessen Breite vorzugsweise ein Vielfaches seiner Stärke ist.

3. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- _: zeichnet, daß das Band (20) eine gleichmäßige Breite und vorzugsweise eine gleichmäßige Stärke hat.

4. Mehrfachrohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20) aus Kunststoff ist.

5. Mehrfachrohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20) zwischen benachbarten Berührungspunkten r.adial nach außen gerichtet ist.

6. Mehrfachrohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20) schraubenförmig um das Innenrohr (1.0) gewickelt' ist.

7. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20) um 180° je Viertelumdrehung einer Schraubenwindung verdrillt ist.

8. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schraubenwindungen

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ungefähr 45° ist.

9. Mehrfachrohranordnung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20) sich entlang den Windungen nur an den Stellen radial nach außen erstreckt, die im ümfangsabstand voneinander sind.

10. Mehrfachrohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (20.) Ausschnitte (40) an den Berührungsstellen mit dem Innenrohr (10) aufweist.

11. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Ausschnitte (40) entgegengesetzt zu den Ausschnitten (40) an den Berührungsstellen mit dem Innenrohr (10) angebracht sind.

12. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (40) teilkreisartig sind.

13. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Ausschnitte (40) größer als der Radius des Innenrohres (10) ist.

14. Me-hrfachrohranordnung nach einem der vorhergehende^ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (10) und gegebenenfalls auch das Außenrohr (12) gewellt, vorzugsweise wendelförmig gewellt, sind, wobei , die radial nach außen gerichteten Stellen des Bandes (20) in den Wellentälern zwischen den Wellenrücken des Innenrohres (10) angeordnet sind.

15« Mehrfachrohranordnung nach einem der vorhergehenden Aneprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (10) eine lose äußere Umhüllung (52) hat, die vorzugsweise eine Vielzahl von Isolierschichten aufweist.

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16. Mehrfachrohranordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (52) nur an den Stellen zusammengepreßt ist, an denen die Kanten (21, 22) des Bandes (20) radial nach außen gerichtet sind.

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