Для пераксидной сшивки в кабельной промышленности используются два агрегата: с вертикальной вулканизационной трубой и с наклонной. Чаще используют наклонные вулканизационные трубы, в виду геометрических особенностей, т.к. для вертикальной наклонной трубы нужно здание, соответствующей длины.
Рисунок 2. Схема агрегата непрерывной вулканизации наклонного типа:
1 – отдающее устройство, 2 – подающее толкающее тяговое устройство, 3 – червячный пресс, 4 – штурвал телескопического затвора, 5 – вулканизационная труба, 6 – паровой затвор, 7 – труба охлаждения,
8 –концевой водяной затвор, 9 – тяговое устройство, 10 – приемное устройство.
Для производства кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена используется современное, крайне дорогостоящее оборудование, состоящее как правило из следующих узлов:
1. Отдающее устройство двойное портальное
Отдающие устройства предназначены для установки отдающих барабанов с токопроводящей жилой и обеспечения равномерной подачи заготовки для изолирования. Отдающие устройства расположены друг за другом для возможности работы линии в непрерывном режиме. Ширина одного из отдающих устройств позволяет осуществлять смену барабана, когда с другого отдатчика отдается заготовка.
Отдатчик представляет собой портальную конструкцию с подвесными пинолями. Используется портальное, а не пинольное отдающее устройство, в связи с тем, что на предприятии производиться широкий диапазон изделий и только портальное устройство позволяет сматывать сверхбольшие размеры (диаметры кабеля = 1000 – 2000 мм).
Двойное портальное отдающее устройство т.к. процесс непрерывный – для обеспечения быстрого перехода с барабана на барабан.
2. Компенсатор
Компенсатор предназначен для поддержания постоянного натяжения токопроводящей (изолированной) жилы, исключения, как ее сильного натяжения, так и провисания.
Компенсатор подстраивает скорость приемника или отдатчика для сохранения постоянного положения кабеля от пола и как результат приблизительное постоянное натяжение.
3. Система направляющих роликов
Система направляющих роликов устанавливается как от отдающего устройства, так и перед приемным. Используется для направления токопроводящей жилы от компенсатора до накопителя и представляет собой дугу из роликов.
4. Сварочный аппарат
Сварочный аппарат применяется для обеспечения непрерывности процесса. Это устройство позволяет значительно сократить время при смене размеров токопроводящих жил у заготовки.
Основной принцип заключается в том, что при смене маркоразмера, жили двух заготовок свариваются гильзами, что позволяет получить хорошее место контакта, следовательно тратить время на срезку оператору не нужно, что очень удобно и позволяет ни только облегчить работу, но и ускорить процесс производства.
5. Горизонтальный накопитель
Горизонтальный накопитель применяется для обеспечения непрерывности процесса. Горизонтальный накопитель используется для обеспечения непрерывного производства кабеля во время смены барабана. Он может использоваться как для отдатчиков, так и для приемников.
6. Устройство подогрева ТПЖ
Из-за больших сечений кабеля как правило применяется двойное устройство подогрева:
Первое устройство обеспечивает непосредственный подогрев жилы. Подогрев в среде азота, для предотвращения окисления поверхности жилы и повышения температуры внутреннего разогрева.
Представляет из себя герметичную секцию (куда закачивается азот), ставится сразу перед формующей головкой. Разогрев может осуществляться выше температуры окисления(до 185– 200⁰С) как для меди, так и алюминия.
Второе устройство предназначено для обеспечения внутреннего разогрева по всей длине заготовки. Высокочастотный разогрев. Позволяет увеличить скорость процесса вулканизации примерно на 10– 12%.
7. Прессовая группа с формующей головкой
Для высоковольтных кабелей применяется прессовая группа с тремя прессами.
- Один основной, для наложения изоляции;
- Два вспомогательных, для наложения экранов.
Пероксидосшиваемая изоляция применяется при производстве высоковольтных кабелей, начиная от 10 кВ и выше, поэтому и происходит наложение трех слоев:
- Экран по жиле;
- Основной слой изоляции;
- Экран по изоляции.
Стоить учитывать тот факт, что при этом температура в прессе не превышает 130 ⁰С, от этого увеличивается время плавления, и чтобы не снижать производительность, длину основного червяка делают равной 30D шнека.
Так же шнек имеет принудительный подогрев, и охлаждение, чтобы полимер не перегрелся и не начал сшиваться. Температура охлаждающей жидкости (воды, масла и т.п.)составляет 50-60 ⁰С.
Загрузка материала во все пресса обязательно происходит с вакуумированием загрузочного бункера. Делается это для того, чтобы избежать малейшего загрязнения применяемого полимера.
Как основной прессовый агрегат, так и вспомогательные обладают специализированным шнеком - барьерный комбинированный (рис. 3).Этот шнек разработан эмпирически. На выходе из экструдера ставят фильтрующие сетки для предотвращения попадания не проплава в изоляцию.
Рисунок 3. Шнек с барьерной зоной
Головка для трехслойного наложения. Такие головки бывают с подвижными элементами (дорном и матрицей), что позволяет регулировать толщину элементов конструкции без тонкой настройки расхода экструдеров. Регулировка может происходить автоматически в зависимости от давления в каждой из полостей (в полости ставятся датчики давления). Для обеспечения равномерного наложения, необходимо одинаковое давление в каждой полости. Наложение происходит с незначительной вытяжкой.
8. Захалаживающее устройство
Захалаживающее устройство (рис. 4) предназначено для увеличения вязкости полимера на выходе из формующей головки для предотвращения стекания изоляции.
Оно представляет из себя обычную секцию вулканизационной трубы только с подведенными для охлаждения элементами (среда – азот).
Рисунок 4. Захалаживающее устройство
В таких агрегатах предусмотрены два способа предотвращения стекания изоляции:
- Захалаживающее устройство
- Подкручивание заготовки (на выходе из охлаждающей трубы стоит гильза, которая подкручивает кабель)
Эти два устройства позволяют накладывать без стекания изоляции для кабелей до 220 кВ.
Так же эта секция в виду не больших толщин изоляции (кабели на 35 кВ) может использоваться как дополнительная секция вулканизационной трубы. Тем самым увеличится производительность. Захалаживание производится при температуре 50-70 ⁰С.На концах трубы, как и между секциями вулканизационной трубы, стоят затворы.
9. Устройства подкрутки
Устройство подкрутки изолированной жилы вращает изолированную жилу вокруг продольной оси, натягивает и уплотняет скручиваемый проводник, предотвращая стекание изоляции в процессе изолирования.
Кабель, подкручиваемый устройством, вращается вокруг его продольной оси одновременно с продольным перемещением от отдатчика к приемнику. После прохождения кабелем устройства закрученный кабель начинает медленно раскручиваться по мере движения к третьей, четвертой тягам и приемнику.
Вулканизационная труба
На линиях непрерывной вулканизации наложение изоляции совмещено с вулканизацией на проход в длинной вулканизационной трубе (камере), которая герметично совмещена с головкой экструдера.
Изолированная полимером токопроводящая жила попадает из экструдера в атмосферу теплоносителя – инертный газ, и за счет полученного тепла осуществляется процесс сшивки, образовании поперечных связей между макромолекулами.
Чем длиннее длина вулканизационной камеры, тем большую скорость прохождения заготовки через нее можно допустить, естественно при обеспечении нужной степени вулканизации. Многосекционная вулканизационная труба нужна для постепенного увеличения температуры.
В зоне вулканизации кабель с изоляцией из XLPE вулканизуется за счет нагрева. Передача тепла осуществляется путем теплового излучения от стен нагретой трубы вулканизации. Различные секции трубы нагреваются до разных температур, поддерживая температуру поверхности кабеля на контролируемом уровне для обеспечения высокой скорости линии.
Температуры в вулканизационной камере постепенно изменяются от 185⁰С в первой секции до 450 ⁰С в последней секции нагрева. Температура первой секции ограничивается температурой термического разложения не сшитого полимера (250-300 ⁰С). Это необходимо чтобы изоляция не загорелась и так как здесь температуры довольно высокие, используют только электрический нагрев.
Количество используемых секций:
a) Для кабелей до 35 кВ – 5 секций.
b) Для кабелей на 110 кВ и выше – 8 секций трубы.
c) Для кабелей до 220 кВ труба наклонная, свыше 220 кВ вертикальная.
11. Охлаждающая труба
Охлаждающая камера – представляет из себя точно такие же секции, как и в вулканизационной трубе, только в них идет понижение температуры. В последней секции всегда холодная вода (для обеспечения соответствующей безопасности).
Труба охлаждения предназначена для охлаждения изолированной жилы водой или азотом с целью получения качественной изоляции. Она состоит из нескольких секций длиной 6 м с плоскими фланцами и опорных роликов. Опорный ролик несет нагрузку трубы охлаждения и дополнительно позволяет иметь тепловое расширение трубы охлаждения.
Охлаждающие секции:
a) Для кабелей до 35 кВ это 3-и секции (2-е газовые, 1-а водяная);
b) Для кабелей на 110 кВ - 220 кВ это 5 секций (3-и газовые, 2-водяные (в 1-ой горячая вода, во 2-ой холодная)).
В этих секциях помимо ступенчатого охлаждения происходит довулканизация изоляции. Среда, как и в вулканизационной трубе, находится под давлением:
- Во-первых, это давление обуславивается непосредственно температурой, вызванной активностью частиц.
- Во-вторых, функция давления – это обеспечение без пористости изоляции.
Вначале давление в трубе повышается чтобы не образовались каверны, потом его постепенно сбрасывают чтобы изоляция не развалилась. Вода так же находится под давлением.
12. Концевой затвор
Концевой затвор предназначен для предотвращения утечки воды или азота в конце трубы охлаждения. Устройство состоит из основного уплотнения, пилотного уплотнения и закрывающего кожуха, которые размещаются на направляющих рельсах на жесткой раме. Направляющий изолированную жилу ролик, размещенный в трубе охлаждения и имеющий шкалу диаметров, используется для регулировки положения жилы в средней части основного уплотнения.
13. Устройство охлаждения
Устройство охлаждения бывает в двух исполнениях:
a) Градиентное охлаждение в ванне (такое охлаждение используется только из-за нехватки площадей).
b) Естественное охлаждение (примерно 200 м заготовка проходит на воздухе).
Преимущества естественного охлаждения:
- Во-первых, за счет низкого коэффициента теплоотдачи воздуха, происходит плавное понижение температуры, что позволяет снизить механические напряжения, которые возникают при охлаждении.
- Во-вторых, открытый воздух действует как начальная дегазация.
При естественном охлаждении пока материал еще теплый, происходит удаление примерно 30% из всего накопившегося и образовавшегося газа. Поэтому для окончательного удаления газа, используется дополнительная технологическая операция – дегазация.
14. Устройства для обдува
Устройства для обдува предназначены для сдува воды с поверхности кабеля. Принцип работы простой, и заключается в подаче сжатого воздуха через форсунки, на поверхность изделия, равномерно распределяя сжатый воздух по всей окружности, тем самым удаляя влагу.
15. Контрольно-измерительная аппаратура
На линии пероксидной сшивки применяется стандартная измерительная аппаратура: счетчик метража, измеритель диаметра и т.д. Но вот испытательная станция никогда не ставится (потому что невозможно в текущем режиме пробивать кабель). Да и кабель еще не до конца готов (в нем имеется газ).
На этих агрегатах ставят емкостные и ультразвуковые датчики размеров и эксцентриситета. Ультразвуковые не дают полную видимость картины из-за того, что они работают по принципу радара (излучатель, приемник).
Поэтому чаще используют рентгеновские установки, ведь они облучают кабель со всех сторон и показывает полностью все неоднородности (недосшивок, не проплавов, пор и т.д.).
16. Тяговое устройство
При пероксидной сшивке используется только гусеничное тяговое устройство. В некоторых случаях последовательно ставят даже два тяговых устройства, один в начале линии, другой в конце. При отдаче ставят тяговое устройство для облегчения сматывания жилы с барабана. Часто перед входом в экструдер устанавливается кабестан, также являющийся тяговым устройством.
Ременное (гусеничное) тяговое устройство предназначено для обеспечения непрерывного и равномерного движения изолированной жилы на требуемой скорости с необходимым натяжением. На входе и выходе гусеничной тяги изолированная жила направляется установленными горизонтально и вертикально парами роликов, регулировка которых возможна в соответствии с диаметром изолированной жилы.
17. Приемное устройство
Приемное устройство (две единицы) предназначено для равномерного приема изолированной жилы на приемный барабан. Устройство аналогично отдающим устройствам и представляет собой две металлические П-образные стойки, скрепленные сверху перекладиной. Для универсализации используется только портальное (поскольку кабели могут быть очень тяжелыми).