КАБЕЛЬ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к кабельной промышленности и может быть использована в качестве нагревающего элемента в системах обогрева наружных конструкций, таких как трубопроводы, водостоки и так далее.
Известны одножильные кабели типа НО, выпускаемые по ТУ 3558-005-23475875-95 (Информационно-технический сборник «Изделия кабельные, т.1. Кабели, провода и шнуры силовые, ч.4», ОАО «ВНИИКП», г.Москва). Кабели имеют центральную нагревательную жилу из стали, меди или нихрома, покрытую двухслойной изоляцией из однородного материала (радиационно-сшитый самозатухающий полиэтилен или теплостойкий поливинилхлоридный (ПВХ) пластикат), экран в виде оплетки из медных или стальных проволок и оболочку из ПВХ - пластиката. Они применяются для обогрева полов и стен в бытовых и производственных помещениях, монолитных бетона и железобетона в процессе твердения, открытых площадок грунта. Однако они имеют ограничение по тепловой мощности, выделяемой с 1 м нагревательных кабелей от 14 Вт до 25 Вт, обусловленное оптимизацией выделения тепла для бытовых помещений и надежностью самих кабелей, достигающих в виде нормируемого срока службы 16 лет отдельных марок кабелей. В то же время, при обогреве элементов наружной конструкции зачастую требуется выделение мощности до 50 Вт на 1 м. длины.
Наиболее близким техническим решением по отношению к заявленной полезной модели является кабель нагревательный, описанный в патенте на полезную модель RU №53834 по кл. НО 5 В 3/56.
Этот кабель содержит центральную токоподводящую жилу, покрытую двухслойной изоляцией, нагревательный элемент, выполненный в виде оплетки, изоляцию.
Наличие одного нагревательного элемента приводит к тому, что кабель имеет ограниченную тепловую мощность и следовательно ограниченные эксплуатационные возможности.
Нагревательная жила - металлическая часть нагревательного кабеля, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. Токоподводящая жила отличается от нагревательной жилы тем, что ее электрическое сопротивление должно составлять не более 6% от электрического сопротивления нагревательной жилы.
В основу полезной модели положена техническая задача разработать нагревательный кабель, обеспечивающий увеличение выделяемой тепловой мощности и как следствие расширение эксплуатационных возможностей.
Задача решается тем, что предлагается кабель нагревательный, включающий центральную токоподводящую жилу с наложенной на нее двухслойной изоляцией, нагревательный элемент, покрытый изоляцией, в котором согласно заявленной полезной модели, токоподводящая жила выполнена в виде нагревательной жилы, на двухслойную изоляцию которой наложен нагревательный элемент, покрытый изоляцией, причем первый слой изоляции нагревательной жилы и изоляция нагревательного элемента выполнены из теплостойкого полимерного материала, а второй слой изоляции нагревательной жилы выполнен из неорганического волокнистого материала.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение тепловой мощности кабеля в два раза за счет наличия в нем двух нагревательных элементов: центральной нагревательной жилы и нагревательного элемента, разделенных двухслойной изоляцией.
Для повышения надежности кабеля целесообразно, чтобы он имел влагозащитную оболочку из полимерного материала, наложенную поверх изоляции нагревательного элемента.
Для предотвращения нежелательных электромагнитных излучений от нагревательных элементов в окружающую среду целесообразно, чтобы кабель содержал экран, который располагается между изоляцией нагревательного элемента и влагозащитной оболочкой.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель нагревательного кабеля будет подробно раскрыта в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает поперечное сечение предлагаемого нагревательного кабеля;
Фиг.2 - поперечное сечение не экранированного нагревательного кабеля.
Предлагаемый нагревательный кабель 1 (фиг.1) содержит центральную нагревательную жилу 2, выполненную однопроволочной или много проволочной из стали или прецизионного высокоомного сплава, или латуни или меди. Эта жила покрыта двухслойной изоляцией, которая содержит первый слой 3 из теплостойкого полимерного материала и второй слой 4 из неорганического волокнистого материала.
В качестве теплостойкого полимерного материала может быть использован пластикат ИТ-105 или радиационно модифицированная композиция из полиэтилена, а в качестве неорганического волокнистого материала может быть использована электроизоляционная ткань из стеклянных крученых комплексных нитей.
На слои 3 и 4 изоляции нагревательной жилы 2 наложен нагревательный элемент 5, выполненный в виде обмотки или оплетки из нескольких проволок, причем желательно, чтобы материал проволок соответствовал материалу центральной нагревательной жилы 2.
Использование разных металлов принципиально возможно, но в ряде случаев конструктивно или технологически невозможно. При использовании одного металла достаточно потребовать, чтобы были равны суммарные сечения нагревательной жилы и нагревательного элемента, что значительно упрощает технологию изготовления кабеля.
Элемент 5 покрыт изоляцией 6, выполненной из теплостойкого полимерного материала, однородного теплостойкому полимерному материалу первого слоя 3 изоляции нагревательной жилы 2. Поверх изоляции 6 расположен экран 8, выполненный в виде оплетки из мягких медных проволок, покрытый оболочкой 7, выполненной из влагозащитного полимерного материала. В другом варианте выполнения нагревательного кабеля на изоляцию 6 накладывают экранную проволоку, и металлополимерную оболочку, обращенную металлическим слоем к экранной поволоке.
На фиг.2 изображен предлагаемый нагревательный кабель 9, в котором отсутствует экран 8 и этот кабель целесообразно использовать в случае, когда не предъявляются требования по электромагнитной совместимости.
Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.
Центральная нагревательная жила 2 может быть изготовлена из стали или прецизионного высокоомного сплава, или латуни или меди в однопроволочном или многопроволочном исполнении.
Стальную, латунную или прецизионную высокоомную проволоку покупают готовую. Гибкую жилу скручивают из отдельных проволок на крутильной машине сигарного или рамочного типов.
Медную проволоку необходимого диаметра изготавливают из медной проволоки «катанки», как правило, диаметром 8 мм, по одному из двух вариантов с операциями: грубого, среднего и грубого, среднего и тонкого волочения. Готовую проволоку отжигают в установках отжига, встроенных в волочильные машины или в специальных печах отжига. Гибкую медную жилу также скручивают из отдельных проволок на крутильных машинах сигарного или рамочного типов.
Первый слой 3 изоляции нагревательной жилы 2 и изоляцию 6 из теплостойкого полимерного материала, а также влагозащитную полимерную оболочку 7 накладывают методом экструзии на экструзионной линии.
Неорганический волокнистый материал, используемый для второго слоя 4 изоляции нагревательной жилы 2, выполнен в виде лент из электроизоляционной ткани из стеклянных крученых комплексных нитей. Эти ленты накладываются методом обмотки по спирали на лентообмоточных машинах.
Нагревательный элемент 5 изготавливается из нескольких проволок из стали или из прецизионного высокоомного сплава, или латуни, или меди по методу оплетки на оплеточных машинах, или по методу обмотки по спирали на обмоточных машинах. При необходимости проволоки тростятся (группируются в пучки) на тростильных машинах.
Экран 8 изготавливается в виде оплетки из мягких медных проволок по методу оплетки на оплеточных машинах. В случае выполнения оболочки из металлополимерного материала, а именно, ленты, она накладывается на операции наложения оболочки продольно металлическим слоем внутрь с подпуском экранной проволоки из мягкой меди. Для экрана в виде оплетки проволоки изготавливаются по технологии, описанной для медной нагревательной жилы. Перед оплеткой проволоки тростятся в пучки на тростильной машине.
Для подтверждения технического результата были изготовлены и испытаны образцы кабелей в количестве трех штук.
Испытания проводились в трех режимах:
В первом режиме электрическое напряжение прикладывалось только к концам нагревательной жилы 2 и кабель работал в режиме аналога;
Во втором режиме электрическое напряжение прикладывалось только к концам нагревательного элемента 5 и кабель работал в режиме прототипа;
В третьем режиме электрическое напряжение прикладывалось между концами нагревательной жилы 2 и нагревательного элемента 5, соединенные параллельно своими одноименными концами. При испытаниях была измерена удельная тепловая мощность, выделяемая кабелем по предлагаемой полезной модели. Результаты испытаний представлены в таблице.
Таблица.
Номер образца
Удельная тепловая мощность, Вт/м
Образцы, работающие в режиме аналога
Образцы, работающие в режиме прототипа
Образцы, работающие в режиме предлагаемой полезной модели
1
18,3
19,7
41,1
2
19,1
19,0
37,8
3
20,0
18,8
39,2
Как видно из таблицы наличие двух нагревательных элементов, а именно, нагревательной жилы 2 и нагревательного элемента 5, выполненных в соответствии с заявленной конструкцией нагревательного кабеля, способствуют повышению выделяемой тепловой мощности в два раза.