БРОНИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к кабелям с гофрированной герметичной броней, предназначенным для эксплуатации в сложных и экстремальных условиях в нефтегазовой, химической, горнодобывающей промышленности, металлургии, пищевом производстве, железнодорожной и автодорожной отраслях.
Из уровня техники известен бронированный кабель (WO 2016075030 А1, 19.05.2016). /1/, выбранный в качестве аналога заявленной полезной модели, который содержит алюминиевую гофрированную броню, причем гофры его брони выполнены по винтовой линии.
Из уровня техники известен бронированный кабель (RU 2030000 С1, 27.02.1995), /2/, выбранный в качестве аналога заявленной полезной модели, который содержит металлическую гофрированную броню, при этом гофрированная броня имеет шаг гофров, равный 0,30-0,50 от наружного диаметра выступов брони, причем гофры выполнены по винтовой линии.
Из уровня техники известен бронированный кабель (WO 2006102910 А1, 05.10.2006), /3/, выбранный в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели, который содержит алюминиевую гофрированную броню, имеющую шаг гофров, равный 0,30-0,50 от наружного диаметра выступов брони, причем гофры выполнены по винтовой линии.
Общим недостатком известных кабелей /1/-/3/ является то, что при их использовании в местах с высокой механической нагрузкой, например при работе кабелей на изгиб, кручение, растяжение, происходит разрушение их брони и, как следствие, повреждение самих кабелей.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение надежности бронированного кабеля для его использования в зонах большой подвижности грунтов, с высокой коррозионной активностью, включая зоны с повышенной сейсмичностью, в том числе арктические области, районы вечной мерзлоты, а также в местах с высокой механической нагрузкой, например при строительстве и эксплуатации аэродромов, портов, метрополитена и других стратегически важных объектов, к которым предъявляются повышенные требования к пожаробезопасности и вибростойкости.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение прочности алюминиевой гофрированной наружной оболочки кабеля - его брони, обеспечивающей защиту кабеля от механической нагрузки, например, при его изгибах, кручении, растяжении, ударах, вибрации.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в кабеле с броней, содержащем броню в виде алюминиевой гофрированной наружной оболочки, гофры которой расположены по винтовой линии с шагом 0,30-0,50 от наружного диаметра ее выступов, гофрированная наружная оболочка выполнена выпрессованной, при этом ее гофры выдавлены и имеют закругленные выступы и впадины с одинаковым радиусом закругления равным 0,5 от диаметра кабеля, а наружный диаметр выступов гофр оболочки равен 1,15 от диаметра кабеля.
Для кабелей, в том числе и бронированных кабелей, одной из главных технических характеристик является их гибкость, в связи с чем наружная оболочка кабеля выполнена из алюминия, свойства которого обеспечивают ее гибкость и прочность при минимизации массы. Выполнение наружной оболочки выпрессованной, в отличие от сварной оболочки, увеличивает ее прочность, т.к. при механической нагрузке на сварную конструкцию сварные швы являются наиболее ослабленными местами оболочки, по которым происходит ее разрушение. Сопротивление стенок выпрессованной наружной оболочки кабеля деформации в предложенной полезной модели повышается гофрами. Однако неправильное соотношение наружного диаметра выступов гофр наружной оболочки, шага гофр и диаметра кабеля, защищаемого наружной оболочкой (диаметр кабеля приблизительно равен внутреннему диаметру оболочки), может вместо упрочнения наружной оболочки, а, следовательно, и всего кабеля, привести к ее ослаблению. При изгибе кабеля максимальные напряжения имеют сечения, наиболее удаленные от нейтральной линии. При кручении кабеля максимально напряжены внешние волокна наружной оболочки, а по направлению к центру напряжения уменьшаются, и в центре они равны нулю. Наибольшей прочностью при наименьшей массе обладают полые тонкостенные детали в виде гофрированных оболочек. Причем наибольшая прочность таких оболочек при крутящем моменте переменного направления обеспечивается при расположении гофр по винтовой линии. Гофры увеличивают момент инерции сечения наружной оболочки кабеля и, следовательно, и прочность наружной оболочки при ее работе на изгиб. Таким образом, добиться повышения прочности оболочки можно путем увеличения высоты гофр за счет оптимального соотношения наружного диаметра выступов гофр к внутреннему диаметру оболочки, который соответствует диаметру кабеля. При этом следует отметить, что увеличение шага гофр уменьшает прочность наружной оболочки при ее работе на изгиб. Однако высота гофр ограничивается технологией их выдавливания. Кроме того, кабель с наружной оболочкой, имеющей высокие гофры, не является технологичным, а, следовательно, среда его использования сужается. Таким образом, эмпирическим путем выявлено оптимальное соотношение следующих параметров наружной оболочки кабеля: шаг гофр, составляющий 0,30-0,50 от наружного диаметра их выступов, при наружном диаметре выступов гофр, равном 1,15 от диаметра кабеля. Соотношение наружного диаметра выступов гофр от диаметра кабеля более 1,15, как было указано выше, в выпрессованной оболочке является трудно выполнимым и технологически нецелесообразно. Соотношение наружного диаметра выступов гофр от диаметра кабеля менее 1,15 приводит к уменьшению прочности наружной оболочки. При шаге гофр, составляющем более 0.50 от наружного диаметра их выступов, уменьшается прочность наружной оболочки при ее работе на изгиб, а при шаге гофр менее 0,30 - уменьшается прочность наружной оболочки при создании крутящего момента переменного направления. На вершинах выступов гофр и в их впадинах при создании механической нагрузки возникают напряжения, в частности напряжения растяжения при работе кабеля на изгиб. Разрушение наружной оболочки начинается с разрыва вершин и впадин гофр. Таким образом, для уменьшения напряжений в вершинах выступов гофр и в их впадинах, а, следовательно, для увеличения прочности наружной оболочки, впадины и выступы гофр выполнены закругленными с одинаковым радиусом закругления равным 0,5 от диаметра кабеля. При радиусе впадин и выступов гофр менее 0,5 от диаметра кабеля при действии постоянной статической нагрузки на наружную оболочку кабеля (например, кабеля, закопанного под землей) происходит деформация вершин выступов гофр и их впадин, что приводит к разрушению наружной оболочки. При радиусе впадин и выступов гофр более 0,5 от диаметра кабеля под действием знакопеременного крутящего момента при работе наружной оболочки на кручение появляются микротрещины во впадинах и выступах гофр.
Полезная модель поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - общий вид бронированного кабеля; на фиг. 2 - вид сбоку бронированного кабеля; на фиг. 3 - поперечное сечение А-А бронированного кабеля.
Кабель бронированный 1 содержит алюминиевую гофрированную наружную оболочку 2, гофры 3 которой расположены по винтовой линии с шагом 0,30-0,50 от наружного диаметра ее выступов. Гофрированная наружная оболочка 2 выполнена выпрессованной. Гофры 3 выдавлены роликами и имеют закругленные выступы и впадины с одинаковым радиусом закругления равным 0,5 от диаметра кабеля. Наружный диаметр выступов гофр оболочки равен 1,15 от диаметра кабеля, гофрирование осуществляют путем механической обработки алюминиевой оболочки. Кабель в алюминиевой оболочке проходит через узел гофрирования, где специальные ролики вдавливают профиль гофры на оболочке. Угол роликов может изменяться в зависимости от шага гофров и диаметра алюминиевой оболочки, а также от скорости гофрирования.
В частном случае выполнения кабель 1 содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава и выполнен на напряжение от 0,66 до 35 кВ. На токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях намотаны две стеклослюдосодержащие ленты. Сверху упомянутых стеклослюдосодержащих лент расположена изоляция. Сверху изоляции расположена внутренняя оболочка. Сверху внутренней оболочки расположена алюминиевая гофрированная наружная оболочка 2. Внутренняя оболочка выполнена из полимерных композиций, не содержащих галогенов.
Указанный кабель с учетом применения термобарьера позволяет использовать его на металлургических предприятиях в условиях высоких температур. Также обеспечивается возможность прокладки кабеля методом горизонтально направленного бурения без использования кабеленесущих и кабелепрокладывающих систем, кабельных сооружений. Обеспечивается возможность использования стандартных типов кабельной арматуры и аналогичных технологий монтажа кабеля. При этом сохраняются традиционные монтажные характеристики, причем кабель имеет меньший вес, чем кабели с броней обычных типов.
Пример 1. Кабель диаметром 26 мм содержит алюминиевую гофрированную наружную оболочку, гофры которой расположены по винтовой линии с шагом 15 мм от наружного диаметра ее выступов, равного 30 мм. Гофрированная наружная оболочка выполнена выпрессованной. Гофры выдавлены роликами и имеют закругленные выступы и впадины с одинаковым радиусом закругления равным 13 мм. Кабель использовался в зонах большой подвижности грунтов и подвергался механической нагрузке, в том числе изгибам, кручению, растяжениям, ударам, вибрации. Однако повреждений у кабеля не выявлено.
Пример 2. Кабель диаметром 34,8 мм содержит алюминиевую гофрированную наружную оболочку, гофры которой расположены по винтовой линии с шагом 16 мм от наружного диаметра ее выступов, равного 40 мм. Гофрированная наружная оболочка выполнена выпрессованной. Гофры выдавлены роликами и имеют закругленные выступы и впадины с одинаковым радиусом закругления равным 17,4 мм. Кабель использовался в зонах большой подвижности грунтов и подвергался механическим нагрузкам, в том числе изгибам, кручению, растяжениям, ударам, вибрации. Однако повреждений у кабеля не выявлено.
Пример 3. Проводились испытания кабелей, не охарактеризованных совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели. Кабель диаметром 34,8 мм содержит алюминиевую гофрированную наружную оболочку, гофры которой расположены по винтовой линии с шагом 3 мм от наружного диаметра ее выступов, равного 37 мм. Гофрированная наружная оболочка выполнена сварной. Гофры имеют закругленные выступы и впадины с одинаковым радиусом закругления равным 29,4 мм. Кабель использовался в зонах большой подвижности грунтов и подвергался механической нагрузке путем изгиба, кручения, растяжения, удара, вибрации, в результате чего произошло разрушение наружной оболочки кабеля и повреждение самого кабеля.