ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ТРУБА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ И СПОСОБ ЕЕ УКЛАДКИ Российский патент 2020 года по МПК H01B12/14 H01L39/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплоизолированной многослойной трубе для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости (теплоизолированной составной трубе для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости) и, в частности, относится к теплоизолированной многослойной трубе для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, которая в высокой степени препятствует проникновению внешнего тепла из-за теплового излучения и имеет превосходные теплоизоляционные свойства.

Уровень техники

Сверхпроводимость – это явление, при котором электрическое сопротивление охлаждаемого металла, сплава и т.п. быстро падает до нуля при определенной температуре. Применение сверхпроводимости изучают в различных областях. В частности, передача электроэнергии в условиях сверхпроводимости, т.е. передача энергии с использованием кабеля в состоянии сверхпроводимости, имеет практическое применение в качестве способа передачи электроэнергии без потерь мощности во время передачи электроэнергии.

При передаче электроэнергии в условиях сверхпроводимости для поддержания кабеля в условиях сверхпроводимости кабель необходимо постоянно охлаждать. Таким образом, предлагается использовать теплоизолированную многослойную трубу. В теплоизолированной многослойной трубе кабель из сверхпроводящего материала помещают в самую внутреннюю трубу (внутреннюю трубу) многослойной трубы, и во внутреннюю трубу подают охладитель, такой как жидкий азот. Кроме того, для предотвращения повышения температуры в результате внешнего нагрева предусматривают слой вакуумной изоляции посредством образования вакуума между двумя смежными трубами (внутренней трубой и наружной трубой) для блокирования поступления тепла в теплоизолированную многослойную трубу.

Однако, даже в случае, когда используется теплоизолированная многослойная труба, имеющая вышеуказанную конструкцию, ели трубы, образующие многослойную трубу, приходят в контакт друг с другом, тепло непосредственно поступает в теплоизолированную многослойную трубу через участок контакта за счет переноса тепла, в результате чего ухудшаются теплоизоляционные свойства.

В документе JP 2007-080649 A (Патентная литература 1) предлагается прослойка, выполненная из материала с низкой теплопроводностью и помещенная между внутренней трубой и наружной трубой. С помощью прослойки внутреннюю трубу и наружную трубу защищают от прямого контакта друг с другом и, тем самым, от проникновения внешнего тепла

В документе JP H08-007670 A (Патентная литература 2) предлагается теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, имеющая гибкость за счет использования гофрированных труб в качестве внутренней трубы и наружной трубы с точки зрения получения гибкой трубы.

Источники информации

Патентная литература

Патентная литература 1: JP 2007- 080649 A

Патентная литература 2: JP H08-007670 A

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Для использования теплоизолированных многослойных труб для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, таких как вышеописанные трубы для фактической передачи электроэнергии, требуется способ эффективной укладки многослойной трубы на большое расстояние, в частности, способ укладки многослойной трубы на морское дно.

Одним из способов укладки труб на морское дно является использование баржи-трубоукладчика с барабаном во время укладки нефтепровода и т.п. Баржа-трубоукладчик с барабаном является баржой для укладки труб, содержащей барабан большого диаметра, и укладывает на морское дно трубу, заблаговременно намотанную вокруг барабана, разматывая трубу на морском побережье.

Однако, в случае укладки обычной теплоизолированной многослойной трубы, описанной в Патентном документе 1, с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном, прослойка, расположенная между трубами, повреждается.

Кроме того, в случае многослойной трубы, содержащей гофрированные трубы, описанные в Патентной литературе 2, многослойную трубу можно легко укладывать, поскольку труба является гибкой, но при этом нельзя обеспечить теплоизоляционные свойства.

Следовательно, было бы полезным предложить теплоизолированную многослойную трубу для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, имеющую высокие теплоизоляционные свойства, прослойки которой не повреждаются даже во время укладки трубы с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном. Также было бы полезным предложить способ укладки теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости.

Решение проблемы

Предлагается следующее.

1. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, содержащая: сверхпроводящий кабель; многослойную трубу, которая состоит из множества прямолинейных труб и в которой помещен сверхпроводящий кабель; и множество прослоек, которые расположены между двумя смежными прямолинейными трубами из множества прямолинейных труб, причем форма сечения каждой из множества прослоек в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, является многоугольником, имеющим три или более вершин, причем каждая из множества прослоек имеет сквозное отверстие в центре в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, внутренняя прямолинейная труба из двух смежных прямолинейных труб расположена таким образом, что она проходит через сквозное отверстие, коэффициент трения μ_i между каждой из множества прослоек и внутренней прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб равен 0,1 или менее, коэффициент трения μ_o между каждой из множества прослоек и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб равен 0,1 или менее, и отношение L_d/d диагональной эквивалентной длины L_d многоугольника к внутреннему диаметру d наружной прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб равно 0,9 или менее.

2. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по п. 1, в которой длина L₁ участка контакта между каждой из множества прослоек и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб в продольном направлении прямолинейной трубы составляет 5 мм или менее.

3. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по п. 1 или 2, в которой общая толщина множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, равна 10 мм или более.

4. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по любому из п.п. 1 - 3, в которой самая внутренняя труба из множества прямолинейных труб выполнена из стального материала, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более.

5. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по любому из п.п. 1 - 4, в которой по меньшей мере одна из множества прямолинейных труб имеет слой покрытия.

6. Способ укладки теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, содержащий укладку многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по любому из п.п. 1 – 5 на морское дно с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном.

Преимущественный эффект

Таким образом, можно предложить теплоизолированную многослойную трубу для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, которую можно эффективно укладывать на морское дно, поскольку, даже когда теплоизолированную многослойную трубу для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости укладывают с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном, ее прослойки не повреждаются. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости также имеет превосходные теплоизоляционные свойства по сравнению с теплоизолированными многослойными трубами, содержащими гофрированные трубы или гибкие трубы.

Краткое описание чертежей

На приложенных чертежах:

фиг. 1 – схематический вид в разрезе теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии по одному из раскрытых вариантов выполнения;

фиг. 2 – схематический вид способа измерения коэффициента трения μ_o; и

фиг. 3 – схематический вид способа измерения коэффициента трения μ_i.

Осуществление изобретения

Ниже приведено подробное описание способа по одному из раскрытых вариантов выполнения. Следующее описание относится только к одному из предпочтительных вариантов выполнения по настоящему изобретению, и настоящее изобретение не ограничивается этим описанием.

Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по настоящему изобретению содержит сверхпроводящий кабель; многослойную трубу, в которой помещен сверхпроводящий кабель и множество прослоек. Ниже приведено описание структуры каждого компонента.

Сверхпроводящий кабель

Сверхпроводящий кабель может быть кабелем, который можно использовать для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости. Примером сверхпроводящего кабеля, пригодного для такого использования является сверхпроводящий кабель, содержащий сердечник (формирователь), выполненный из металла, такого как медь, изоляционный слой и проводник, выполненный из сверхпроводящего материала. Сверхпроводящий материал может быть сверхпроводящим материалом любого рода, но предпочтительно является высокотемпературным сверхпроводящим материалом, который в условиях сверхпроводимости находится в среде жидкого азота.

Многослойная труба

Сверхпроводящий кабель помещен в многослойную трубу, состоящую из множества прямолинейных труб. Многослойная труба может быть двойной трубой, состоящей из двух прямолинейных труб, или трубой, состоящей из трех прямолинейных труб или большего количества прямолинейных труб. Сверхпроводящий кабель как обычно помещают внутрь самой внутренней трубы из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу. При фактическом использовании теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости в трубу (самую внутреннюю трубу), содержащую сверхпроводящий кабель, подают охладитель для сверхпроводящего кабеля. В качестве охладителя, например, можно использовать жидкий азот.

В настоящем описании важно, что многослойная труба является комбинацией прямолинейных участков без использования гофрированных труб или гибких труб. Прямолинейная труба имеет меньшую площадь поверхности на единицу длины, чем гофрированная труба или гибкая труба, и, следовательно, может препятствовать проникновению внешнего тепла. Термин «прямолинейная труба» относится к трубе, которая не образована в форме волны, например, в виде гофрированной трубы или гибкой трубы, и имеет, по существу, постоянную площадь сечения, включая сюда прямолинейную трубу, подвергаемую гибке. Форма прямолинейной трубы в сечении, перпендикулярном продольному направлению, предпочтительно круглая.

Выбор материала для изготовления каждой прямолинейной трубы не ограничивается, но металл является предпочтительным. В качестве металла, например, предпочтительно используют один или несколько металлов, которые выбирают из группы, состоящей из алюминия, алюминиевого сплава, чугуна, стали, сплава на основе Ni и сплава на основе Co. В частности, прямолинейная стальная труба является предпочтительной для прямолинейной трубы с точки зрения прочности, коррозионной стойкости, стоимости и т.д. В качестве материала прямолинейной стальной трубы предпочтительно использовать углеродистую сталь или нержавеющую сталь или обе указанные стали. Многочисленные прямолинейные трубы, составляющие многослойную трубу, могут быть изготовлены из одного и того же материала или разных материалов.

Самая внутренняя труба из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, предпочтительно выполнена из материала, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более. При наматывании многослойной трубы на барабан баржи-трубоукладчика для укладки трубы самая внутренняя труба из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, деформируется больше всего из-за различия радиусов гибки. Стальной материал, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более, имеет превосходное удлинение и, следовательно, пригоден в качестве материала для самой внутренней трубы. Кроме того, поскольку самая внутренняя труба контактирует с охладителем, имеющим низкую температуру, стальной материал, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более. пригоден с точки зрения прочности и ударной вязкости при низкой температуре. Стальной материал, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более, может быть любым стальным материалом, который удовлетворяет этому условию. Объемная доля аустенита должна составлять предпочтительно 90% или более. В отношении верхней предельной величины объемной доли аустенита не существует никакого ограничения, и эта верхняя предельная величина может составлять 100%. Примеры стального материала, доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более, включают аустенитную нержавеющую сталь и аустенитный стальной материал, содержащий Mn (т.е. высокомарганцовистую сталь). Содержание Mn в высокомарганцовистой стали составляет предпочтительно 11% масс. или выше. В качестве аустенитной нержавеющей стали предпочтительно использовать сталь SUS316L.

Каждую прямолинейную трубу можно изготавливать любым способом. Примеры труб, пригодных для использования, включают стальную трубу, изготавливаемую электросваркой, трубу, изготавливаемую по технологии UOE, бесшовную стальную трубу. По усмотрению прямолинейная стальная труба может быть подвергнута обработке поверхности. В качестве обработки поверхности предпочтительно выполняют одну или несколько обработок, выбираемых из группы, состоящей из травления, электрического полирования, химического полирования и нанесения покрытия. Нанесение покрытия описано ниже.

Общая толщина

Толщина каждой из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, может независимо иметь любую величину. Общая толщина множества прямолинейных труб предпочтительно составляет 10 мм и выше или более предпочтительно 15 мм и выше. Благодаря такому диапазону общей толщины, при укладке на морское дно теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости оседает на дно под действием собственного веса. Таким образом, труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости может быть легко уложена без использования груза и т.п. и имеет такую прочность, которая выдерживает давление воды и т.п.

Толщина каждой из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, не ограничивается, но предпочтительно равна 3 мм или более. Толщина самой наружной трубы из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, предпочтительно равна 8 мм или более.

Слой покрытия

На поверхность прямолинейной трубы предпочтительно наносят слой покрытия. Благодаря нанесению слоя покрытия можно не только повысить коррозионную стойкость, но также уменьшить излучательную способность (коэффициент излучения) для дополнительного препятствования проникновению внешнего тепла. В случае формирования слоя покрытия этот слой покрытия выполняют по меньшей мере на одной из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу. Слой покрытия может быть выполнен на всех из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу. Каждая прямолинейная труба может иметь слоя покрытия на наружной поверхности или на внутренней поверхности или на обеих указанных поверхностях.

Материал слоя покрытия не ограничивается и может быть металлом любого рода. Примеры металла включают цинк, цинковый сплав, алюминий и алюминиевый сплав. Поскольку самая наружная труба находится в контакте с внешней агрессивной средой, предпочтительно, чтобы на наружную поверхность самого наружной трубы был нанесен слой покрытия, выполненный из металла, имеющего эффект протекторной защиты, с учетом повышения коррозионной стойкости. Примеры металла, имеющего эффект протекторной защиты, включают цинк и цинковый сплав. Примеры способа формирования слоя покрытия включают нанесение покрытия горячим погружением и нанесение электролитического покрытия.

Покрытие

На наружную поверхность самой наружной трубы для защиты самой наружной трубы по усмотрению может быть нанесено покрытие. Материал покрытия не ограничивается и может быть, например, смолой. В качестве смолы предпочтительно следует использовать фтор-каучук, например, политетрафторэтилен и силиконовую смолу. Способ формирования покрытия не ограничивается. Например, покрытие может быть образовано посредством намотки ленты, выполненной из смолы или т.п. вокруг наружной поверхности самой наружной трубы.

Прослойка

Множество прослоек помещают между двумя смежными прямолинейными трубами из множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу. С помощью прослоек две смежные трубы защищены от контакта друг с другом, что исключает прямой перенос тепла. Термин «смежная» в данном контексте означает состояние, в котором одна из двух труб расположена внутри другой одной из двух труб, и отсутствие других труб между двумя указанными трубами.

Форма сечения каждой прослойки в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости предпочтительно является многоугольником. Многоугольник может быть любым многоугольником с тремя вершинами или бỏльшим количеством вершин. Примеры включают в себя треугольник, четырехугольник, пятиугольник и шестиугольник. Многоугольник не ограничивается до правильного многоугольника. Например, в качестве четырехугольника может быть использован не только квадрат, но также и прямоугольник, длинная сторона и короткая стороны которого отличаются по длине. Термин «многоугольник» включает в себя не только геометрически правильный многоугольник, но также, по существу, многоугольник, полученный посредством внесения незначительных изменений в правильный многоугольник. Например, форма прослойки рассматривается как многоугольник, даже в случае, когда углы прослойки закруглены или являются плоскими из-за износа, деформации и т.п.

На фиг. 1 схематически показана в разрезе конструкция теплоизолированной многослойной трубы 1 для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по одному из раскрытых вариантов выполнения. В этом примере в качестве многослойной трубы используется двойная труба 10, состоящая из наружной трубы 11 и внутренней трубы 12, причем наружная труба 11 и внутренняя труба 12 являются прямолинейными трубами. Во внутреннюю трубу 12 помещен сверхпроводящий кабель 20. Во время эксплуатации теплоизолированной многослойной трубы 1 для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости в пространство 13 во внутренней трубе 12 подают охладитель. Во время эксплуатации теплоизолированной многослойной трубы 1 для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости пространство 14 между наружной трубой 11 и внутренней трубой 12 приводят в вакуумное состояние, и оно действует в качестве слоя вакуумной изоляции.

В пространстве 14 между наружной трубой 11 и внутренней трубой 12 расположена прослойка 30. В примере на фиг. 1 форма сечения прослойки 30 является прямоугольной в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы 1 для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, и прослойка 30 имеет в центре сквозное отверстие 31. Внутренняя труба 12 расположена таким образом, что она проходит через сквозное отверстие 31. Несмотря на то, что на фиг. 1 показана только одна прослойка 30, фактически в продольном направлении теплоизолированной многослойной трубы 1 для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости расположено множество прослоек. Расстояние между прослойками не ограничивается, но предпочтительно является равномерным расстоянием. Многочисленные прослойки могут иметь различные формы, но предпочтительно имеют одинаковую форму.

Прослойка 30 может иметь одно или несколько сквозных отверстий 32 помимо сквозного отверстия 31 в центре. С помощью сквозных отверстий 32 можно препятствовать проникновению тепла в результате переноса тепла от прослойки 30.

Коэффициент трения

В случае высокого коэффициента трения между прослойкой и трубой при контакте с прослойкой, прослойка может давать трещину при отсутствии скольжения во время намотки теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости вокруг барабана или разматывания теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии с барабана для подводной укладки теплоизолированной многослойной трубы с барабана. Таким образом, коэффициент трения μ_i между прослойкой и внутренней прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб задают равным 0,1 или менее. Сходным образом, коэффициент трения μ_o между прослойкой и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб задают равным 0,1 или менее.

Коэффициент трения μ_o может быть измерен с помощью следующего способа. На фиг. 2 схематически показан способ измерения коэффициента трения μ_o между наружной прямолинейной трубой (наружной трубой 11) из двух смежных прямолинейных труб и прослойкой. Во время измерения вместо фактической прослойки используют образец 41 для измерения коэффициента трения, изготовленный из такого же материала, как и прослойка, и имеющий такую же шероховатость поверхности, как и прослойка. Образец 41 имеет ширину 5 см, высоту 5 см и длину 40 см, и нижняя поверхность (поверхность, которая находится в контакте с наружной трубой 11) образца 41 имеет такую же кривизну, как и внутренняя поверхность наружной трубы 11. В случае, когда диаметр наружной трубы 11 составляет 80 мм или менее, размер образца 41 корректируют в зависимости от размера наружной трубы 11.

Образец 41 помещен внутрь наружной трубы 11, как показано на фиг. 2. С образцом 41 соединяют динамометр 42, который протаскивают в горизонтальном направлении со скоростью 150 мм/мин, и после начала перемещения образца 41 измеряют нагрузку T (Н). Коэффициент трения μ может быть подсчитан по следующей формуле (1), используя измеренную нагрузку T(Н), массу M (кг) образца 41 и ускорение свободного падения G (м/с²):

μ = T/(G × M) (1).

Измерение выполняют в трех точках, удаленных друг от друга на 120° в окружном направлении, и среднюю величину коэффициента трения μ принимают за величину μ_o.

Коэффициент трения μ_i может быть измерен с помощью такого же способа, как и при измерении μ_o. На фиг. 3 схематически показан способ измерения коэффициента трения μ_i между внутренней прямолинейной трубой (внутренней трубой 12) из двух смежных прямолинейных труб и прослойкой. Во время измерения вместо фактической прослойки используют образец 41 для измерения коэффициента трения, изготовленный из такого же материала, как и прослойка, и имеющий такую же шероховатость поверхности, как и прослойка. Образец 41 имеет ширину 5 см, высоту 5 см и длину 40 см, и нижняя поверхность (поверхность, которая находится в контакте с внутренней трубой 12) образца 41 имеет такую же кривизну, как и наружная поверхность внутренней трубы 12. В случае, когда диаметр внутренней трубы 12 составляет 80 мм или менее, размер образца 41 корректируют в зависимости от размера внутренней трубы 12.

Образец 41 помещен снаружи внутренней трубы 12, как показано на фиг. 3. С образцом 41 соединяют динамометр 42, который протаскивают в горизонтальном направлении со скоростью 150 мм/мин, и после начала перемещения образца 41 измеряют нагрузку T (Н). Коэффициент трения μ может быть подсчитан по следующей формуле (1), используя измеренную нагрузку T(Н), массу M (кг) образца 41 и ускорение свободного падения G (м/с²):

μ = T/(G × M) (1).

Измерение выполняют в трех точках, удаленных друг от друга на 120° в окружном направлении, и среднюю величину коэффициента трения μ принимают за величину μ_i.

Способ измерения коэффициента трения, который должен соответствовать вышеуказанному диапазону, не ограничивается, и может быть использован любой способ. В общем, коэффициент трения зависит от материала и состояния поверхности элемента. Соответственно, в одном из раскрытых вариантов выполнения материал, шероховатость поверхности и т.д. прослойки и трубы, контактирующей с прослойкой, могут регулироваться таким образом, чтобы коэффициент трения удовлетворял вышеприведенному условию. В частности, один следующих параметров с (1) по (3) предпочтительно задают равным 0,8 мм или менее:

(1) среднеарифметическая шероховатость Ra_s части поверхности прослойки, контактирующей с прямолинейной трубой,

(2) среднеарифметическая шероховатость Ra_i наружной поверхности внутренней прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб,

(3) среднеарифметическая шероховатость Ra_o внутренней поверхности наружной прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб.

Даже когда по меньшей мере один из параметров Ra_s, Ra_i, и Ra_o равен 0,8 мм или менее, существует вероятность, что вышеуказанное условие в отношении коэффициента трения не удовлетворяется в зависимости от условий, например, материала и обработки поверхности прослойки и прямолинейной трубы. В таком случае, может быть использован способ, например, задания всех параметров Ra_s, Ra_i, и Ra_o равными 0,8 мм или менее, дополнительного уменьшения среднеарифметической шероховатости или замены материала прослойки материалом, имеющим лучшую смазываемость.

Среднеарифметическая шероховатость может быть измерена в любом месте. Поскольку шероховатость поверхности прослойки и прямолинейной трубы, изготавливаемых обычными способами, по существу, постоянная, среднеарифметическая шероховатость, измеренная в одной точке, может быть использована в качестве критерия в отношении шероховатости всей поверхности. Однако в случае, когда в качестве сварной стальной трубы используют прямолинейную трубу, среднеарифметическую шероховатость измеряют в то месте, где отсутствует сварной шов.

Материалом прослойки может быть любой материал, если только выполняются вышеуказанные условия в отношении коэффициента трения. С учетом низкой теплопроводности и низкого коэффициента трения материал предпочтительно является смолой и боле предпочтительно фтор-каучуком. В качестве фтор-каучука могут быть использованы к примеру, один или несколько полимеров из группы, состоящей из политетрафторэтилена (PTFE), поливинлиденфторида (PVDF), поливинилфторида (PVF) и полихлортрифторэтилена (PCTFE). Для увеличения прочности прослойки можно использовать усиленный волокнами пластик (FRP), получаемый посредством добавления волокнистого наполнителя в смолу. FRP, например, является армированным стеклопластиком (GFRP). Могут быть добавлены другие дополнительные наполнители. Однако в случае добавления наполнителя существует вероятность увеличения теплопроводности прослойки и ухудшения теплоизоляционных свойств. Таким образом, смола, используемая для получения прослойки, предпочтительно не содержит наполнитель с учетом теплоизоляционных свойств.

Диагональная эквивалентная длина прослойки

Если размер прослойки приблизительно такой же, как и внутренний размер трубы (например, наружной трубы 11 на фиг. 1), с которой прослойка находится о внутреннем контакте, теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости не может изгибаться должным образом. Кроме того, во время изгибания теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости прослойка может быть повреждена. Соответственно, отношение (L_d/d) диагональной эквивалентной длины L_d многоугольника, который является сечением прослойки, к внутреннему диаметру d наружной прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб задают равным 0,9 или менее. Предпочтительно, отношение L_d/d составляет 0,8 или меньше. В контексте настоящего описания «диагональная эквивалентная длина многоугольника» определяется как длина линейного участка, имеющего максимальную длину из линейных участков, каждый из которых соединяет различные пары вершин многоугольника. Например, в случае, когда многоугольник является треугольником, диагональная эквивалентная длина является длиной самой длинной стороны из трех сторон. В случае, когда многоугольник имеет четыре или более вершин, диагональная эквивалентная длина является длиной максимальной диагональной линии.

Участок контакта

Если участок контакта между прослойкой и трубой, с которой прослойка находится во внутреннем контакте, излишне большой, увеличивается сопротивление скольжению между прослойкой и трубой, и ухудшаются теплоизоляционные свойства. Таким образом, длина L₁ участка контакта между прослойкой и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб в продольном направлении прямолинейной трубы предпочтительно составляет 5 мм и меньше, более предпочтительно 3 мм и меньше и еще более предпочтительно 1 мм и меньше.

Расстояние между прослойками

Прослойки могут быть расположены на любом расстоянии друг от друга в продольном направлении теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости. Это расстояние может быть равномерным расстоянием или неравномерным расстоянием. Расстояние не ограничивается и может быть любой величины. Слишком большое расстояние может не обеспечивать предотвращение контакта между трубами, составляющими многослойную трубу. Следовательно, расстояние должно составлять 10 м или менее. Если расстояние слишком малое, увеличивается стоимость установки прослойки. Следовательно, расстояние предпочтительно должно составлять 1 м или более. Допускается изменение положений прослоек, связанное с эксплуатацией такой трубы.

Ограничитель

Если прослойка может перемещаться в продольном направлении (осевом направлении) теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, положение прослойки может значительно изменяться в результате выполняемой операции, такой как укладка трубы, обусловливая непреднамеренное образование области, где отсутствуют прослойки. Чтобы предотвратить такую ситуацию, может быть установлен регулирующий элемент (ограничитель), который регулирует перемещение прослойки в продольном направлении многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости. Ограничитель может быть любым ограничителем, способным регулировать перемещение прослойки. Например, в качестве ограничителя можно использовать элемент, прикрепленный к одной из двух смежных прямолинейных труб или к обеим указанным трубам. Ограничитель необязательно должен полностью препятствовать перемещению прослойки, так что достаточным является препятствование смещению ограничителя от установленного положения в результате воздействия прослойки.

В обычной теплоизолированной многослойной трубе для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости для обеспечения требуемой длины многочисленные многослойные трубы соединяют с помощью сварки кольцевым швом. Следовательно, каждая труба, составляющая многослойную трубу, имеет на наружной поверхности и внутренней поверхности выпуклые участки (сварные валики), образованные в результате сварки, приблизительно на равном расстоянии в продольном направлении. Перемещение прослойки регулируется такими выпуклыми участками, и, таким образом, ограничитель устанавливают по усмотрению.

Способ укладки

Теплоизолированную многослойную трубу для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости можно укладывать любым способом, но особенно пригодным для укладки трубы на морское дно является баржа-трубоукладчик с барабаном. Укладка трубы с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном может выполняться согласно способу, используемому при укладке магистрального трубопровода и т.п.

Во время укладки создают слой вакуумной изоляции посредством откачивания воздуха (вакуумирования) из пространства между двумя смежными прямолинейными трубами, т.е. пространства, в котором расположены прослойки. Откачивание можно выполнять сразу после укладки теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости или его можно выполнять два раза или более. Например, подготовительное откачивание (предварительное вакуумирование) выполняют перед укладкой, и окончательное откачивание (основное вакуумирование) выполняют после укладки.

Перечень номеров позиций

1 – теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости

10 – двойная труба (многослойная труба)

11 – наружная труба

12 – внутренняя труба

13 – пространство (для охладителя)

14 – пространство (слой вакуумной изоляции)

20 – сверхпроводящий кабель

30 – прослойка

31 – сквозное отверстие (для установки сверхпроводящего кабеля)

32 – сквозное отверстие (для предотвращения переноса тепла)

41 - образец

42 - динамометр

Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости содержит: сверхпроводящий кабель; многослойную трубу, которая состоит из множества прямолинейных труб и в которой помещен сверхпроводящий кабель; и множество прослоек, которые расположены между двумя смежными прямолинейными трубами из множества прямолинейных труб, причем форма сечения каждой прослойки является многоугольником, имеющим три или более вершин, каждая прослойка имеет сквозное отверстие в центре в плоскости, внутренняя прямолинейная труба расположена таким образом, что она проходит через сквозное отверстие, коэффициент трения μ_i между каждой прослойкой и внутренней прямолинейной трубой равен 0,1 или менее, коэффициент трения μ_o между каждой прослойкой и наружной прямолинейной трубой равен 0,1 или менее, и отношение L_d/d диагональной эквивалентной длины L_d многоугольника к внутреннему диаметру d наружной прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб равно 0,9 или менее. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии согласно изобретению в условиях сверхпроводимости имеет превосходные теплоизоляционные свойства по сравнению с теплоизолированными многослойными трубами, содержащими гофрированные трубы или гибкие трубы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплоизолированная многослойная труба для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, содержащая:

сверхпроводящий кабель;

многослойную трубу, которая состоит из множества прямолинейных труб и в которой размещен сверхпроводящий кабель; и

множество прослоек, которые расположены между двумя смежными прямолинейными трубами из множества прямолинейных труб,

причем форма сечения каждой из множества прослоек в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, является многоугольником, имеющим три или более вершин,

причем каждая из множества прослоек имеет сквозное отверстие в центре в плоскости, перпендикулярной продольному направлению теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости,

внутренняя прямолинейная труба из двух смежных прямолинейных труб расположена таким образом, что она проходит через указанное сквозное отверстие,

коэффициент трения μ_i между каждой из множества прослоек и внутренней прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб равен 0,1 или менее,

коэффициент трения μ_o между каждой из множества прослоек и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб равен 0,1 или менее, и

отношение L_d/d диагональной эквивалентной длины L_d многоугольника к внутреннему диаметру d наружной прямолинейной трубы из двух смежных прямолинейных труб составляет 0,9 или менее.

2. Многослойная труба по п. 1, в которой длина L₁ участка контакта между каждой из множества прослоек и наружной прямолинейной трубой из двух смежных прямолинейных труб в продольном направлении прямолинейной трубы составляет 5 мм или менее.

3. Многослойная труба по п. 1 или 2, в которой общая толщина множества прямолинейных труб, составляющих многослойную трубу, равна 10 мм или более.

4. Многослойная труба по любому из пп. 1-3, в которой самая внутренняя труба из множества прямолинейных труб выполнена из стального материала, объемная доля аустенитной фазы которого составляет 80% или более.

5. Многослойная труба по любому из пп. 1-4, в которой по меньшей мере одна из множества прямолинейных труб имеет слой покрытия.

6. Способ укладки теплоизолированной многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости, содержащий укладку многослойной трубы для передачи электроэнергии в условиях сверхпроводимости по любому из пп. 1-5 на морское дно с помощью баржи-трубоукладчика с барабаном.