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      交聯(lián)或硫化伸長元件的方法和設備的制作方法

      文檔序號:7108863閱讀:143來源:國知局
      專利名稱:交聯(lián)或硫化伸長元件的方法和設備的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及一種交聯(lián)或硫化伸長元件的方法,在所述方法中,在擠出步驟中用可交聯(lián)的合成材料層覆蓋導體元件,并且在擠出步驟之后實施交聯(lián)反應,而且在所述方法中,在擠出步驟之前的預熱步驟中,通過在導體元件內部感應產(chǎn)生將加熱導體元件的渦電流來預熱導體元件。本發(fā)明還涉及一種用于交聯(lián)或硫化伸長元件的設備。
      背景技術
      本發(fā)明涉及用于感應加熱用于制造電線和電纜的導電體的方法和設備。其針對提高制造電纜尤其是中高壓能量電纜的電纜生產(chǎn)線的生產(chǎn)率,所述電纜具有絕緣結構,所述絕緣結構具有至少一層交聯(lián)聚乙烯。用于中高壓的能量傳輸電纜的一種廣泛應用的結構由導電體(銅或鋁)構成,所述導電體由一層或若干層通常為聚乙烯的塑料材料絕緣。這種絕緣材料在本身已知的擠出處理中被施加到導體上。為了提供足夠的機械強度和電氣強度,對擠出的熱塑性聚合物材料進行交聯(lián)處理?,F(xiàn)有技術中已知且廣泛應于本領域的一種交聯(lián)方法是過氧化物交聯(lián)處理。在這種眾所周知的處理中,將過氧化物添加到熱塑性材料中,這在溫度效應的作用下將最終觸發(fā)導致聚合物交聯(lián)的化學反應。

      硫化擠出生產(chǎn)線的原則性布置通常由放線設備(pay O f f )、計量絞盤(me t er i n gcapstan)、導體預熱器、具有擠出頭的擠出機組(extrusion group)、后加熱器、硫化管、冷卻管、鏈軌或絞盤和收線設備(take-up)構成。這種擠出生產(chǎn)線的操作和其部件本身已知,并且不需要進一步討論。注意的是,在其它生產(chǎn)線設置中,預熱器可以放置在計量絞盤的上游。在上述制造處理中,必須在這樣的溫度條件下將絕緣材料擠出到導體上,所述溫度足夠低,以避免在擠出設備中發(fā)生過早交聯(lián),因為這將導致絕緣材料產(chǎn)生缺陷。在擠出步驟之后,材料必須被加熱到這樣的溫度,所述溫度高到足以在盡可能最短的時間內開始并且完成化學反應。在硫化管(即,包圍位于擠出頭下游的擠出的電纜的管)中進行交聯(lián)反應,在所述硫化管內部,通過輻射和/或對流傳熱加熱電纜。然而,絕緣材料中的熱擴散較低,并且靠近導體元件的聚合物層將耗費最長的時間來升高溫度并且經(jīng)受化學反應。用于改進這種加熱/交聯(lián)處理的現(xiàn)有技術已知的一種方法是在擠出步驟之前預熱導體。通過在導體元件內部感應產(chǎn)生將加熱導體元件的渦電流來獲得這種預熱。因此,熱量從電纜內部傳遞到絕緣結構中,并且在更短的時間內完成加熱/交聯(lián)處理。已知這種感應加熱元件并且其已投入使用較長時間。所述感應加熱元件在擠出頭上游用作預熱器,并且在擠出頭下游用作的后加熱器,并且沿著硫化管布置。以上討論的設備的示例能夠是CH 專利 No. 644 548。然而,因為以下原因,已知設備限制了生產(chǎn)率方面的有益效果和預熱量。在大多數(shù)能量電纜結構中,導體是股絞電線,所述股絞電線由多層金屬絲構成。用于預熱導體的預熱器使用7-20kHz范圍內的頻率。由所述預熱器產(chǎn)生的磁場的穿透到導體中的穿透深度受到限制。尤其在具有較大橫截面積的導體中,所使用的預熱器僅加熱導體的股絞電線的最靠外的層。由于所述事實,最靠外的層的溫度迅速升高,而導體芯部處的溫度升高有一定的延遲。在預熱器的出口處,最靠外的層和最靠內的層之間的溫度相差一定量DT。差值DT取決于渦電流的強度以及導體暴露于電場的持續(xù)時間,即,預熱器長度除以生產(chǎn)線速度。在預熱器的下游,根據(jù)導體的尺寸和溫差DT,導體的橫截面上的溫度能夠在一定時間內基本均化為平均溫度Tm。如果溫差DT變得足夠大,則最靠外的層和內層之間的不同的熱膨脹將導致層與層之間失去接觸并且最終導致導體散開。結果,不僅熱量不再被傳遞到導體的內層金屬絲,而且塑料材料可能會進入到最靠外的金屬絲之間。在極端情況下,熱膨脹可能會使導體卡在擠出頭的導線引導件中?!?br>
      發(fā)明內容
      由于以上事實,限制了能夠施加到導體的預熱速率,并且由此限制了所獲得的導體溫度。以上討論的問題是現(xiàn)有技術中所存在的問題。本發(fā)明的目的是獲得一種方法和一種設備,通過所述方法和設備能夠解決現(xiàn)有技術中所存在的問題。這將利用本發(fā)明來獲得。本發(fā)明的方法的特征在于,通過逐漸升高導體元件的溫度來實施預熱步驟,使得在預熱步驟結束時,導體元件的最靠外的區(qū)域和導體元件的內層之間的溫差保持低于預定水平。本發(fā)明的設備的特征在于,實施預熱的裝置布置成逐漸升高導體元件的溫度,使得在實施預熱的裝置的出口處,導體元件的最靠外的區(qū)域和導體元件的內層之間的溫差保持低于預定水平。本發(fā)明的優(yōu)點在于,本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術中所存在的上述問題。換言之,本發(fā)明提供一種方法和一種設備,與原先能夠達到的溫度水平相比,通過所述方法和設備能夠在擠出步驟之前將導體溫度升高到更高的水平,以提升擠出生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度。


      下面,將參照附圖中示出的實施例更加詳細地描述本發(fā)明,其中圖1示出了硫化擠出生產(chǎn)線的原理性布置;圖2示出了導體元件的示意性橫截面;圖3示出了導體元件的沿著典型的現(xiàn)有技術預熱器的示意性溫度曲線;圖4示出了導體元件的沿著本發(fā)明的預熱器的實施例并且與典型的現(xiàn)有技術的解決方案相比的示意性溫度曲線;圖5示出了導體元件的沿著本發(fā)明的預熱器的另一個實施例的溫度曲線。
      具體實施例方式圖1示出了硫化擠出生產(chǎn)線的原理性布置。硫化擠出生產(chǎn)線包括放線設備1、計量絞盤或計量鏈軌2、用于導體元件的預熱器3、具有擠出頭4的擠出機組、后加熱器5、硫化管6、冷卻管7、鏈軌或絞盤8和收線設備9。如先前所述,本領域中的技術人員熟知上述擠出生產(chǎn)線的操作,因此在此不再詳細描述擠出生產(chǎn)線的操作和/或構造。圖2示意性示出了由股絞電線10構成的典型的導體元件。如圖2所示,導體元件包括多層金屬絲10。在圖2中,附圖標記a表示導體元件的最靠外的區(qū)域或層,并且附圖標記b表示導體元件的內層,即導體元件的芯部層。如先前所述,長期以來人們已知通過使用擠出機將絕緣層施加到導體元件上。例如由熱塑性聚合物材料構成的所述絕緣層被施加到導體上并且被交聯(lián)。通過使用過氧化物交聯(lián)處理實施所述交聯(lián),在所述過氧化物交聯(lián)處理中,溫度效應觸發(fā)導致聚合物交聯(lián)的化學反應。在硫化管6中進行交聯(lián)反應。然而,絕緣層中的熱擴散較低,并且因此,當與絕緣層的聚合物材料的最靠外的層相比較時,靠近導體元件的聚合物材料需要耗費相當長的時間來升高溫度并且經(jīng)受化學反應。為了改進這種狀況,本領域中已知的是通過在擠出步驟之前預熱導體元件來改進交聯(lián)處理。通過感應的方式實施所述預熱,即通過在導體元件內部產(chǎn)生加熱導體元件的渦電流來實施預熱。在實踐中,這意味著熱量也從內部傳遞到擠出的絕緣層中,并且因此,加快了所述交聯(lián)處理。圖3示出了導體元件的沿著典型的現(xiàn)有技術預熱器的示意性溫度曲線。如圖3所示,最靠外的層a的溫度快速升高。與最靠外的層a的溫度相比,內層b中的溫度明顯較為緩慢地升高。在預熱器的出口處,最靠外的層和內層之間的溫度相差圖3中的附圖標記DT表示的量。如以上討論的那樣,差值DT取決于渦電流強度和導體元件暴露于電場的持續(xù)時間。在預熱器的下游,根據(jù)導體元件的尺寸和溫差DT,導體元件橫截面上的溫度在一定時間內基本均化為平均溫度Tm。在此必須指出的是,如果溫差DT變得足夠大,則最靠外的層和內層之間的不同熱膨脹將易于導致所述層與層之間失去接觸,并且最終導致導體元件的金屬絲散開。結果,不僅熱量不再被傳遞到導體元件的內層金屬絲,而且塑料材料也可能會進入到最靠外的層的金屬絲之間。在極端情況下,熱膨脹可能會使導體元件卡在擠出頭的導線引導件中。由于金屬絲的氧化面,上述問題非常嚴重,尤其對于鋁導體來說,對于漆包線也是如此。上述問題意味著限制了能夠施加到導體元件的預熱速率,并且因此限制了所獲得的導體溫度。圖4示意性示出了與現(xiàn)有技術相比的本發(fā)明的基本原理。通過描述在短預熱器中溫度如何升高示出了現(xiàn)有技術。圖4的這個部分對應于圖3。用附圖標記DTs表示在所述短預熱器的出口處導體部件的最靠外的層a和內層b之間的溫差。用圖4中的附圖標記Tms表示所述短預熱器之后的平均溫度。根據(jù)本發(fā)明的基本理念,通過緩慢(即,逐漸)升高導體元件的溫度來實施預熱步驟,使得在預熱步驟結束時,導體元件的最靠外的層或區(qū)域a和導體元件的內層b之間的溫差保持低于預定水平。換言之,利用本發(fā)明,可以獲得基本上與利用現(xiàn)有技術所獲得的平均溫度相等的平均溫度,但是對于本發(fā)明,預熱器的出口處的溫差DTI明顯更小。利用本發(fā)明,還可以獲得比使用現(xiàn)有技術所獲得的生產(chǎn)線速度更高的生產(chǎn)線速度。這是因為預熱器的出口處的溫差能夠一直處于所有操作條件下,并且能夠保持低于一定的預定水平。這意味著能夠消除現(xiàn)有技術的上述缺點。在圖4的實施例中,使用了長預熱器,并且用圖4中的虛線表示長線圈(即,長預熱器)的效果。用圖4中的附圖標記DTI表示長預熱器的出口處的溫差。用圖4中的附圖標記TmI表示所述長預熱器之后的平均溫度。圖4清晰示出了 DTI小于DTs。因為更長時間的暴露,所以能夠降低感應功率,并且因此導體元件的最靠外的層a和內層b之間的溫差減小到可接受的水平。能夠將預熱器的長度設定成使得DTI能夠達到某一預定水平。圖4基本上示出了本發(fā)明的實施例,在所述實施例中,在一個連續(xù)步驟中實施具有降低的功率的更長時間的暴露。然而,這不是唯一的可能性,而是也能夠以其它方式實施本發(fā)明的基本理念。 圖5示意性涉及一個實施例,在所述實施例中,利用兩個接連的步驟,S卩,通過使用預熱器I和預熱器2實施加熱步驟。在圖5的實施例中,所述兩個預熱器(即,感應線圈)間隔開放置,使得導體元件內部的溫度以這樣的方式變化,即,使得最外層和內層之間的溫差沒有在導體元件的金屬絲之間產(chǎn)生過度的熱膨脹差異。在圖5中用附圖標記DTl和DT2表示預熱器的出口處的溫差。在圖5的實施例中,兩個預熱器放置成相距一定距離。感應功率保持在使得在預熱器的出口處沒有發(fā)生不利的膨脹的水平。第一預熱器與第二預熱器之間相距的距離確定為使得在導體元件進入第二預熱器之前,導體元件中的溫度橫穿導體元件變得一致。圖5中的附圖標記Tml表示所述一致的溫度,即,在第一預熱器之后的平均溫度。在第二預熱器中,導體元件平均溫度升高到顯著更高的水平,而同時又沒有損壞導體元件。圖5中的附圖標記Tml+2表示第二預熱器之后的平均溫度。圖5的實施例使用了兩個預熱器。然而,很有可能使用多于兩個的預熱器,這些加熱器以參考圖5的實施例描述的方式放置成相距預定的距離。例如,當使用兩個預熱器時,能夠使第一預熱器位于計量絞盤或者計量鏈軌(SP,圖1中的附圖標記2表示的臺階(step))前面。然而,也能夠使兩個預熱器位于計量絞盤或計量鏈軌(即,圖1中的附圖標記2表示的臺階)的后面。在本發(fā)明的精神內,也很可能例如使用布置成相互接觸的兩個預熱器。這個實施例例如有利于產(chǎn)生長預熱器,以便獲得長且連續(xù)的預熱步驟。分開的接連預熱器之間的最優(yōu)距離取決于所使用的預熱器,并且還取決于生產(chǎn)條件。也很可能將預熱器制制成可運動的結構,以便使得能夠在各種生產(chǎn)條件中獲得最優(yōu)的距離。示出的結構不是能夠實施本發(fā)明的僅有的可能選項,所述結構還可以例如是使得預熱器或所述預熱器中的至少一個能夠被取走并且布置到不同的位置??商娲兀A熱器或所述預熱器中的至少一個可以安裝到可運動的平臺結構。所述可運動的平臺結構可以進行步進移動或連續(xù)移動或者既能夠進行步進移動也能夠進行連續(xù)移動由現(xiàn)場試驗獲得的以下數(shù)據(jù)能夠支持本發(fā)明。生產(chǎn)線CCV,10 X 6m加熱,145m水冷卻1、招 150mm220kV (0. 7mm+5. 5mm+0. 6mm):-T (預熱)20... 110攝氏度一速度=19. 6米/分鐘-T (預熱I) 20...80攝氏度+T (預熱2) 80... 145攝氏度一24. 4米/分鐘2、招 1 SOmm2IOkV (0. 7mm+3. 4mm+0. 6mm):
      -T (預熱)20... 110攝氏度一31. 2米/分鐘-T (預熱I) 20…80攝氏度+T (預熱2) 80... 145攝氏度一速度=40. 0米/分鐘以上示出的示例通過在使用逐漸加熱(在這些實例中為逐步實現(xiàn)加熱步驟)證明了能夠獲得更高的生產(chǎn)線速度。換言之,本發(fā)明非常有利于生產(chǎn)率。以上已經(jīng)通過使用 附圖中描述的實施例描述了本發(fā)明。示出的 實施例并不用于限制本發(fā)明,可以在權利要求 的范圍內完全自由地對本發(fā)明作出改變。
      權利要求
      1.一種交聯(lián)或硫化伸長元件的方法,在所述方法中,在擠出步驟(4)中用能夠交聯(lián)的合成材料層覆蓋導體元件,并且在所述擠出步驟(4)之后進行交聯(lián)反應,而且在所述方法中,在所述擠出步驟之前的預熱步驟(3)中,通過在所述導體元件內部感應產(chǎn)生加熱所述導體元件的渦電流來預熱所述導體元件,其特征在于,通過逐漸升高所述導體元件的溫度實施所述預熱步驟(3),使得在所述預熱步驟結束時,所述導體元件的最靠外的區(qū)域(a)和所述導體元件的內層(b)之間的溫差(DT)保持低于預定水平。
      2.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于,在一個連續(xù)步驟中實施所述預熱步驟(3)。
      3.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于,利用至少兩個接連的步驟來實施所述預熱步驟(3)。
      4.根據(jù)權利要求3所述的方法,其特征在于,所述兩個接連的步驟之間相距一距離,并且所述距離確定為使得在一個步驟之后,在實施另一個步驟之前,溫度橫穿所述導體元件變得一致。
      5.一種用于交聯(lián)或硫化伸長元件的設備,在所述設備中,通過使用擠出頭(4)用能夠交聯(lián)的合成材料層覆蓋導體元件,并且在硫化管中且在所述擠出頭(4)后面進行交聯(lián)反應,而且在所述設備中,在所述擠出頭前面通過裝置(3)預熱所述導體元件,所述裝置布置成在所述導體元件內部感應產(chǎn)生加熱所述導體元件的渦電流,其特征在于,實施預熱的所述裝置(3)布置成逐漸升高所述導體元件的溫度,使得在實施預熱的所述裝置(3)的出口處,所述導體元件的最靠外的區(qū)域(a)和所述導體元件的內層(b)之間的溫差保持低于預定水平。
      6.根據(jù)權利要求5所述的設備,其特征在于,感應產(chǎn)生渦電流的所述裝置(3)由一個感應線圈形成。
      7.根據(jù)權利要求5所述的設備,其特征在于,感應產(chǎn)生渦電流的所述裝置(3)由至少兩個接連布置的感應線圈形成。
      8.根據(jù)權利要求7所述的設備,其特征在于,接連的兩個感應線圈之間相距一距離,并且接連的兩個感應線圈之間的所述距離確定為使得在一個感應線圈后面,并且在另一個感應線圈前面,溫度(Tm)橫穿所述導體元件變得一致。
      9.根據(jù)權利要求7所述的設備,其特征在于,接連的兩個感應線圈布置成相互鄰接。
      10.根據(jù)權利要求7至9中任意一項所述的設備,其特征在于,至少一個所述感應線圈形成為能夠運動的結構。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及交聯(lián)或硫化伸長元件的方法和設備。在所述方法中,在擠出步驟(4)中可交聯(lián)的合成材料層覆蓋導體元件,并且在擠出步驟(4)之后進行交聯(lián)反應。在擠出步驟之前的預熱步驟(3)中,通過在導體元件內部感應產(chǎn)生將加熱導體元件的渦電流而預熱導體元件。通過逐漸升高導體元件的溫度而實施預熱步驟(3),使得在預熱步驟結束時,導體元件的最靠外的區(qū)域(a)和導體元件的內層(b)之間的溫差(DT)保持低于預定水平。
      文檔編號H01B13/00GK103035339SQ201210362730
      公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月30日
      發(fā)明者E·卡爾沃龍 申請人:梅勒菲爾股份有限公司
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