Ускорение теплообмена при технологической обработке намотанных полуфабрикатов кабельного производства

Page 1
background image

КАБЕЛЬ−news / № 2 / февраль  2009

38

Производство

В настоящее время широкое распространение 

получили кабели со сшитой полиэтиленовой изо-
ляцией. [1,2]. В ходе технологического процесса 
сшивки производится термическая обработка из-
делий. Например, силановая сшивка полиэтиле-
новой изоляции производится в аппарате, куда 
помещается барабан с намотанной на него изо-
лированной токопроводящей жилой (рис. 1). Тем-
пература воды поддерживается на уровне 90°С за 
счет пропускания через нее пара. Сшивка происхо-
дит в результате взаимодействия силановых групп 
с водой, которая проникает в изоляцию.

Скорость технологического процесса сшивки за-

висит от температуры, чем быстрее будет разогрет 
барабан с изолированной токопроводящей жи-
лой, тем быстрее начнется сшивка.

Моделирование температурного поля при нагре-

ве изолированной жилы, намотанной на барабан, 
осуществлялось с помощью пакета прикладных 
программ ANSYS. На рис. 1 выделен фрагмент 
(длиной 

L

 и глубиной 

H

/2), для которого рассчи-

тывалось температурное поле. Тепловой поток, 
который разогревает витки, идет сверху и снизу, 
поэтому наиболее удаленными являются витки на-
ходящимися на глубине 

H

/2. В силу симметрии на 

этом расстоянии в качестве граничного условия 
устанавливалась адиабата, также не учитывался 
тепловой поток, идущий справа и слева выделен-
ного элемента.

Решалась двумерная нестационарная задача:

 ,

где ρ — плотность, 

С

р

 — теплоемкость и λ — те-

плопроводность. 

Граничные условия на поверхности изоляции за-

давались первого рода: в начальный момент вре-
мени вода с температурой 90°С затекает между 
витками. 

На рис. 2 показано изменение температурного 

поля в витках изолированного провода. Через 4 с 
после того, как вода проникла между витками ка-
беля, температура жилы не изменилась. По истече-
нии 180 с произошло выравнивание температуры 
между изолированными жилами и водой, находя-
щейся между витками. Дальнейший разогрев про-
исходит за счет теплового потока 

P

, идущего с 

наружной поверхности намотки.

На рис. 3 представлено изменение температуры в 

различных слоях намотки за первые 30 мин нагре-
ва, за это время первый слой нагревается до 80°С, 
пятый — до 44°С. Температура слоя, расположен-
ного в центре намотки (15-ый слой), после нагрева 
водой, находящейся в межвитковом пространстве 
до 40°С, не изменилась.

Ускорение теплообмена при технологической обработке 
намотанных полуфабрикатов кабельного производства

)

(

2

2

2

2

y

T

x

T

t

T

C

p

Рис. 1. Аппарат для сшивки полиэтиленовой изоляции 

силаном: 1 — крышка, 2 — бак, 3 — барабан с кабелем, 

4 — вода, 5 — подача пара

Рис. 2. Температурное поле во время сшивки 

полиэтилена силаном через 4, 60, 120 и 180 секунд после 

помещения в воду с температурой 90°С


Page 2
background image

КАБЕЛЬ−news / № 2 / февраль  2009

39

Производство

На рис. 4 представлено изменение температуры в 

различных слоях намотки в течение 24 часов нагре-
ва. Существующий технологический режим предпо-
лагает производить сшивку изоляции в течение 12 
часов в воде при температуре 90°С. На рис. 4 видно, 
что за это время наиболее удаленные витки (15-ый 
слой), нагреваются только до 62°С. Такой слабый про-
грев витков изолированного провода обусловлен 
тем, что тепловой поток идет с наружной поверхно-
сти намотки и нет поступления воды в межвитковое 
пространство, т.е. отсутствует конвекция. 

Есть два пути увеличения скорости разогрева: 

1) для ускорения нагрева кабеля водой необходимо 
производить принудительную смену воды в межвит-
ковом пространстве путем периодического подъема 
и опускания барабана.

2) применять не воду, а пар, который, проникая 

между витками, конденсируется, освобождая место 
для новой порции пара. 

На рис. 5 представлено изменение температуры 

жилы при периодическом подъеме и опускании в 
воду барабана с изолированной жилой каждые 5 мин.

На рис. 5 видно, что с каждым новым подъемом и 

опусканием барабана в воду, интенсивность процес-
са замедляется. Наиболее кардинальным средством 
быстрого нагрева изолированной жилы следует 
считать принудительную циркуляцию воды в меж-
витковом пространстве, для чего требуется рыхлая 
намотка витков.

Литература

1. Г.И. Мещанов, Ю.Ю. Образцов, И.Б. Пешков, М.Ю. Шу-

валов. Силовые кабели на напряжения 10-500 кВ. — М.: 
«Кабели и провода», 2, 2006. С. 18-24.

2. А. Мендельсон, М.У., Аармс. Мировой опыт примене-

ния изоляции триингостойкого сшитого полиэтилена для 
кабелей среднего напряжения с длительным сроком экс-
плуатации. — М.: «Кабели и провода», 2, 2005. С. 23-29.

Л.А. Ковригин

, д.т.н. 

Пермский государственный технический университет

Кафедра «Конструирования и технологии 

электрической изоляции»

Рис. 3. Зависимость температуры токопроводящей жилы 

от времени для различных слоев на барабане во время 

сшивки полиэтиленовой изоляции в первые 30 мин: 

1 — первый слой; 2 — пятый слой; 3 — пятнадцатый; 

4 — температура воды между витками 

в центральном слое

Рис. 4. Зависимость температуры токопроводящей жилы 

от времени для различных слоев на барабане во время 

сшивки полиэтиленовой изоляции в течение 24 часов; 

1 — первый слой; 2 — пятый слой; 3 — пятнадцатый; 

4 — температура воды между витками 

в центральном слое

Рис. 5. Изменение температуры токопроводящей жилы 

в центральном слое (15-ый) при подъеме и опускании 

барабана каждые 5 мин: 1 — вода; 2 — жила


Читать онлайн

В настоящее время широкое распространение получили кабели со сшитой полиэтиленовой изоляцией. В ходе технологического процесса сшивки производится термическая обработка изделий. Например, силановая сшивка полиэтиленовой изоляции производится в аппарате, куда помещается барабан с намотанной на него изолированной токопроводящей жилой. Температура воды поддерживается на уровне 90°С за счет пропускания через нее пара. Сшивка происходит в результате взаимодействия силановых групп с водой, которая проникает в изоляцию.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»