КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛОСТОЙКИЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям электрических кабелей, применяемых для подачи электрической энергии к погружным электронасосам установок добычи нефти, водоподъема и перекачки жидкостей из шурфов.
Известны электрические кабели для установок погружных электронасосов по ГОСТ Р 51777-2001, год ввода 2002, Россия, содержащие уложенные параллельно или скрученные между собой медные токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта полимерной изоляцией и полимерной оболочкой, и последовательно наложенные поверх них подушку под броню и бронепокров из стальных оцинкованных лент. Основным недостатком данных кабелей является ограничение области применения по длительно допустимой температуре эксплуатации и химическому составу скважинной жидкости. Большинство полимерных оболочек быстро растворяется или набухает в агрессивных средах при повышенной температуре (более 130°С).
Известны теплостойкие электрические кабели для установок погружных электронасосов по ТУ 16.К71-362-2006, год ввода 2006, Россия, и патенту №80275, Россия, на полезную модель, содержащие уложенные параллельно или скрученные между собой токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта полимерной изоляцией и металлической оболочкой из свинца или свинцового сплава, и последовательно наложенные поверх них подушку под броню и бронепокров из стальных оцинкованных лент. Недостатки кабелей со свинцовыми оболочками жил: низкая механическая прочность свинцовых оболочек и большая масса кабеля.
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является кабель электрический теплостойкий для установок погружных электронасосов по патенту №31173, Россия, (прототип), содержащий уложенные параллельно токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта двумя слоями полимерной изоляции и металлической оболочкой из меди или стали, а также общую броню из коррозионностойкой металлической ленты. При этом металлические оболочки токопроводящих жил имеют поперечные гофры.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- повышенную массу кабеля;
- повышенный допустимый радиус изгиба кабеля;
- отрицательное воздействие медных оболочек на полимерную изоляцию;
- повышенную трудоемкость изготовления;
- повышенную стоимость.
Недостатки прототипа существенно снижают эксплуатационные характеристики, технологичность и экономичность теплостойких электрических кабелей для установок погружных электронасосов.
Технической задачей полезной модели является разработка теплостойкого электрического кабеля с более высокими эксплуатационными характеристиками, технологичностью и экономичностью.
Технический результат достигается тем, что металлические оболочки токопроводящих жил кабеля выполнены из алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, или щелочными или щелочноземельными металлами из группы: литий, бериллий, магний, кальций, стронций, или полупроводниковыми материалами из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесями, в том числе из сплавов алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие токопроводящих жил, каждая из которых покрыта полимерной изоляцией и металлической оболочкой, а также наличие защитного покрова из подушки и брони. В то же время предложенный кабель отличается от известного использованием металлических оболочек токопроводящих жил кабеля из алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, или щелочными или щелочноземельными металлами из группы: литий, бериллий, магний, кальций, стронций, или полупроводниковыми материалами из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесями, в том числе из сплавов алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой.
С целью повышения термостойкости, пластичности, прочности и коррозионностойкости алюминия и его сплавов для изготовления металлических оболочек токопроводящих жил теплостойких кабелей для установок погружных электронасосов авторами полезной модели предлагается использовать алюминий или его сплавы, модифицированные редкими или редкоземельными металлами, или щелочными или щелочноземельными металлами, или полупроводниковыми материалами, или их смесями, в том числе сверхпластичные сплавы алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой, получаемые физико-механическими методами.
Небольшие добавки (до 0,5 масс. %) редких и редкоземельных металлов позволяют существенно увеличить прочность, пластичность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия и его сплавов за счет измельчения зерна. Например, добавка церия в количестве 0,5 масс. % повышает прочность, пластичность и термостойкость алюминия почти в два раза. При этом уменьшается коррозия в 10 раз и существенно увеличивается электропроводность алюминия. Добавка 0,3 масс. % иттрия увеличивает на 7,5% электропроводность алюминия, а также увеличивает его прочность, пластичность и термостойкость. Добавка 0,4 масс. % скандия повышает прочность алюминия на 35%. При этом увеличивается пластичность, электропроводность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия. Добавка циркония до 0,5 масс. % позволяет существенно (в 2-2,5 раза) увеличить термостойкость и пластичность алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. Небольшие добавки (до 5,0 масс. %) щелочных или щелочноземельных металлов из группы: литий, бериллий, магний, кальций, стронций, или полупроводниковых материалов из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесей позволяют увеличить пластичность, прочность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия и его сплавов. Сверхпластичные сплавы алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой могут быть получены механическим или физическим способом. Механический способ основан на явлении деформационного измельчения зеренной структуры металла в процессе интенсивной пластической деформации (ИПД). Методы ИПД: равноканальное угловое прессование, деформация кручением, винтовая экструзия, всесторонняя ковка. Данные методы позволяют получать алюминиевые сплавы с размером зерен от сотен до десятков нанометров, обладающие уникальным комплексом физико-механических свойств, в том числе высокоскоростной сверхпластичностью, сверхпрочностью, термостойкостью и коррозионностойкостью. Физический способ получения сверхпластичных алюминиевых сплавов с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой основан на литье в высокочастотном электромагнитном поле. Данный способ позволяет получать алюминиевые сплавы, не теряющие своих свойств при длительной эксплуатации в условиях высоких температур.
Кабель электрический теплостойкий по полезной модели (фиг.) содержит токопроводящие жилы 1, полимерную изоляцию 2 жил, металлические оболочки 3 жил, подушку 4 из полимерных лент и броню 5 из стальных лент с коррозионнозащитным металлическим покрытием.
Предложенный авторами полезной модели теплостойкий электрический кабель изготавливается по следующей технологии. Токопроводящие жилы 1 определенного диаметра получают волочением катанки на волочильном оборудовании или скруткой проволок на крутильных машинах. На каждую токопроводящую жилу последовательно наносятся экструзией полимерная изоляция 2 и оболочка 3 из термокоррозионностойкого модифицированного алюминия или его сплавов, например термокоррозионностойкого алюминиевого сплава марки ТАС по ТУ 1712-043-50289046-2012, год ввода 2012, Россия, модифицированного цирконием, предложенного авторами полезной модели. Оболочки жил могут быть изготовлены из продольно или спирально наложенной и сваренной встык или внахлест металлической ленты. Для увеличения гибкости кабеля оболочки жил могут быть изготовлены с поперечными гофрами. Для облегчения разборки жил кабеля между полимерной изоляцией и металлической оболочкой может быть проложен разделительный слой из полимерных лент или антипригарной смазки. Поверх изолированных токопроводящих жил, уложенных параллельно или скрученных между собой, накладывается на лентообмоточной машине подушка 4 из полимерных лент и на бронировочной машине броня 5 из стальных оцинкованных профилированных лент.
Новый кабель производится на серийном оборудовании. Применяемые для изготовления кабеля материалы выпускаются серийно.
Преимущества нового кабеля:
- пониженная масса;
- пониженный допустимый радиус изгиба;
- отсутствие влияния металлических оболочек на изоляцию токопроводящих жил;
- высокая технологичность;
- высокая термокоррозионностойкость;
- повышенная надежность и долговечность;
- пониженная стоимость.
Новые теплостойкие электрические кабели для установок погружных электронасосов с металлическими оболочками токопроводящих жил, выполненными из термокоррозионностойких модифицированных алюминия или его сплавов, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Планируется серийное производство данных кабелей.