Радиационная сшивка. Описание процессов и оборудования, ограничения применения способа.




Основным отличием радиационной сшивки от химической, и преимущество с одной стороны, в том, что сшивка происходит под действием частиц высокой энергии (электроны), т.е. без добавления дополнительных химических примесей.

Так как в материал не добавляют дополнительных компонентов, материал становится значительно более качественным с точки зрения электрических характеристик. Так же материал становится химически более устойчив к (OH-) растворителям (бензин, ацетон и т.д.).

Что силан, что пероксид являются достаточно неустойчивыми к (OH-) растворителям. Однако при ионизационной сшивке степень гель-фракции является самой низкой из всех типов сшивок. Минимально установленная степень гель-фракции составляет 65%. Для сравнения при пероксидной сшивке минимальная степень гель-фракции составляет 75%, а при силановой 85%.

Производить сшивку можно абсолютно любой частицей высокой энергии, однако у тяжелых частиц достаточно низкая глубина проникновения, поэтому наибольшее распространение получило облучение электронами.

Используется огромное количество разного рода ускорителей. Однако с точки зрения безопасности и достаточности, наибольшее распространение получили так называемые резонансные ускорители. Основное преимущество резонансного ускорителя в том, что нет необходимости использовать в качестве сердечника материалы с высокой радиационной активностью, поэтому они являются наименее опасными.

Радиационный фон при выключенном резонаторе практически отсутствует.

Общая схема резонансного ускорителя:

1 – Корпус ускорителя; 2 – Сердечник; 3 – Разгонная обмотка.

Разгонная обмотка создает электромагнитное поле соответствующей частоты, в результате чего в сердечнике происходит отрыв электронов на внешней орбите молекулы радиационного материала и направляет их вдоль сердечника к изделию.

В сердечнике происходит лавинообразное увеличение мощности потока.

В конце сердечника находится электромагнитная ловушка (катушка индуктивности), которая формирует пучок соответствующей формы.

Однако у этих ускорителей есть один существенный недостаток, это достаточно низкие мощности проникновения (как правило, 1,6-2,5 МЭв).

С точки зрения технологического процесса, это означает то, что такие ограниченные мощности осуществляют достаточно незначительную глубину проникновения.

Например: при мощности пучка 1,6 МЭв (мегаэлектронвольт) глубина проникновения пучка составляет до 2 см.

Так же глубина проникновения является одним из основных факторов, которые ограничивают область применения радиационной сшивки (т.е. почему она не может использоваться для высоковольтных кабелей).

Что из себя представляет процесс сшивки.

Iзона – толщина которой равна толщине проникновения электронов. В этой зоне облучение составляет 100%. Полная глубина проникновения пучка не более 2 см.

IIзона –промежуточное облучение (степень облучения не менее 60% за 2-а прохода).

III зона – степень облучения составляет порядка 60% за 1-н проход.

IV зона – низкая степень облучения, порядка 30% от необходимой формы.

Vзона –при односторонней сшивке не подвергается облучению.

Эти зоны появляются в результате того что ТПЖ не является прозрачной для частиц высокой энергии.

Поэтому как минимум используется двухстороннее облучение. Так же может использоваться 4-х стороннее облучение.

Если сравнивать показатели 2-х стороннего и 4-х стороннего облучения, то получаем, что:

· При 2-х стороннем облучении степень сшивки в изделии составляет порядка 70%.

· При 4-х стороннем облучении степень сшивки в изделии составляет порядка 80-85%.

На сегодняшний день используется 2-х стороннее, либо 4-х стороннее облучение.

Из-за дороговизны нет возможности поставить сразу несколько ускорителей.

В связи с этим используется следующая система для облучения изделия. Ставятся направляющие ролики и по этим роликам изолированная жила многократно осуществляет перегибы. При этом эти ролики могут находиться под разными углами, за счет чего происходит изменение движения заготовки и многостадийное облучение.

1) Ускоритель.

2) Корпус (бункер)

3) Отдающее устройство

4) Приемное устройство

5) Направляющие ролики

Другой способ: Использовать ускоритель с электронными ловушками.

Вместо многократного изгиба используется система электронных ловушек, которые перенаправляют пучок электронов. Электромагнитные устройства (ловушки) отражают и изменяют направление движения электронов.

Недостаток такого способа: снижается глубина проникновения.

Такая система, не смотря на значительное увеличение стоимости, позволяет за один проход изделия, облучить его со всех сторон. В итоге интенсивность излучения (уровень радиации) будет меньше, поэтому такая система более безопасна.

Непосредственно работу ускорителя (интенсивность и качество облучения) характеризуют несколько факторов:

1) Мощность не попадаемая в объем (изделие) – это пучки электронов, которые проходят мимо изделия (потерянная мощность). - Wпот

2) Интегральная поглощённая мощность – это мощность, которую непосредственно потребляет изделие (поглощает изделие при прохождении под пучком). - Wпогл

3) Мощность, выходящая из объема (изделия) – мощность, которая не несет полезной нагрузки. - Wрас

Тогда полная мощность, которую генерирует излучатель можно определить как:

W =Wпот+Wпогл+Wрас

Эффективность ускорителя характеризуется коэффициентом η (ню) – коэффициент использования.

Определяется как отношение поглощённой мощности (Wпогл) к подведенной (W).

У стандартных ускорителей этот коэффициент находится в пределах 70-90%.

При работе у ускорителя очень важным фактором является расстояние от изделия до ускорителя. При больших расстояниях происходит существенное рассеивание пучка, за счет чего снижается эффективность. При малых расстояниях очень высокая эффективность.

Технологический процесс при облучении характеризуют несколько коэффициентов:

1) Коэффициент площади (KS) – учитывает потери энергии из-за неполного перекрытия пучка облучаемым изделием.

Определяется как: KS = 2R/a

где R – радиус изделия; a – расстояние между центрами соседних прилегающих проводов.

2) Коэффициент экранирования (KЭ) – учитывает потери, которые происходят в металлической ТПЖ.

Определяется как:

где r– радиус жилы.

α – коэффициент отражения на границе раздела медь-полимер.

β –коэффициент, учитывающий долю энергии падающей на ТПЖ.

Как показали исследования α является достаточно малым и в большинстве случаев не представляет из себя интереса для увеличения степени гель-фракции.

Для большинства изделий α = 0,3 - 0,8; (в зависимости от диаметра ТПЖ и толщины изоляции).

3) Коэффициент Уноса (KУ) – характеризует количество энергии проходящей насквозь (не вступает в химическую реакцию).

Определяется как: – для 2-х стороннего облучения

– для 4-х стороннего облучения

где γ – удельный коэффициент поглощения материала, который определяется исходя из соответствующих свойств материала и эффективности облучения (т.е. пропускная способность материала).

Таким образом, суммарный коэффициент использования энергии ускорителя можно определить по следующей формуле:

KИ=KS(1+KЭ)(1-KУ)

KИ – показывает какое количество энергии может поглотить изделие от начальной дозы облучения.

Общее устройство агрегата для ионизационной сшивки.

Из-за того что процесс опасный обязательно должно быть внешнее здание, которое находится отдельно от технологического процесса.

Для стандартных ускорителей толщина стен составляет не менее 50 см бетона.

Как правило, агрегат для сшивки представляет из себя четырех зонное двухэтажное здание. Для обеспечения охлаждения в рабочей области ускорителя используется воздушное охлаждение (обдув).

Жидкостное охлаждение не используется потому что:

- Жидкость легко накапливает энергию

- При выходе из рабочей зоны эта капелька испарится и повысит радиационный фон.

На выходе ставится жидкостное охлаждающее устройство (должны использоваться специальные жидкости, которые и охлаждают и убирают остаточную радиацию).

Ионизационная сшивка дает увеличение электрической прочности (уменьшение геометрических размеров), а так же дает увеличение рабочей температуры изоляции (температура радиационно-модифицированного ПЭ = 140⁰С).

Преимущества радиационной сшивки: Использование любых ПЭ; Отсутствие побочных продуктов.

Недостатки радиационной сшивки: Укорочение молекул ПЭ; снижение степени сшивки по толщине; использование радиации.

Примерный объем инвестиций: 2,3 млн евро.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-07-23 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: