РУКАВ ДЛЯ ВОДООХЛАЖДАЕМОГО СИЛОВОГО КАБЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к гибким трубам, а именно к гибким износостойким рукавам, и может быть использована в металлургической промышленности в качестве оболочки водоохлаждаемого силового кабеля электропечей, например сталеплавильных электродуговых, а также электрошлаковых, электровакуумных и индукционных печей.
Известен гибкий износостойкий рукав, содержащий внутренний и наружный резиновые слои и размещенный между ними силовой тканевый каркас, причем толщина внутреннего резинового слоя задана равной 1/2 2/3 толщины стенки рукава /1/.
В такой многослойной конструкции гибкого износостойкого рукава наличие внутреннего и наружного резиновых слоев с заданными толщинами обеспечивают требуемые герметичность и стойкость к истиранию рукава при его эксплуатации, а силовой тканевый каркас выполняет силовые функции при перемещении по нему жидкой среды под давлением. При этом заданные пределы величины толщины
внутреннего резинового слоя такого рукава обуславливают увеличение износостойкости рукава при сохранении его внутреннего диаметра.
Однако данный гибкий износостойкий рукав из-за чрезвычайно малых толщин его наружного резинового слоя и промежуточного тканевого силового каркаса не сможет обеспечить достаточной износостойкости и долговечности при использовании его в качестве оболочки водоохлаждаемого силового кабеля электрометаллургических печей, работающей в условиях внешних динамических воздействий, высоких температур окружающего воздуха и повышенной температуры воды внутри его, обусловленной прохождением больших токов по силовому кабелю.
Известен также износостойкий рукав, содержащий в поперечном сечении три коаксиально расположенных (эластичных) резиновых слоя, размещенные между ними два наружный и внутренний армирующих слоя, при этом наружный армирующий слой выполнен из металлической проволоки, внутренний - из арамидного высокомодульного материала и каждый армирующий слой выполнен в виде оплетки /2/.
Указанное выполнение в такой конструкции рукава силового каркаса из дв) армирующих слоев, а также наличие промежуточных эластичных резиновых слоев по сравнению с предыдущим аналогом обеспечивает увеличение прочности рукава в условиях внешних динамических
%
2
воздействий при высоком давлении.
Однако выполнение армирующих слоев силового каркаса такого рукава из токопроводящих магнитных материалов обуславливает ухудшение электроизоляционных свойств и дополнительные потери при передаче больших токов по кабелю, связанные с возникновением индукционных токов в металлическом армирующем слое при использовании его в качестве оболочки для водоохлаждаемых силовых кабелей в условиях электрометаллургических производств. Все это приводит к снижению срока службы такого рукава.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбран гибкий рукав (напорный) с повышенными диэлектрическими свойствами, содержащий внутренний резиновый слой из резины с повышенными диэлектрическими свойствами, промежуточный силовой каркас из нескольких слоев тканевых элементов, выполненных из кордной (безуточной) капроновой ткан11 марки 232 КНТС, и намотанных разнонаправленно в каждой паре слоев, промежуточный резиновый слой и наружный слой из асбестовой ткани /3/.
В известном гибком рукаве - прототипе выполнение его внутреннего слоя из резины с повышенными диэлектрическими свойствами, а наружного слоя - из асбестовой ткани позволяет повысить его электрическую прочность (не менее 0,7кВ/мм), а также термостойкость при работе рукава в условиях внешнего и внутреннего тепловых
воздействий соответственно до +80°С и до +55°С, что, в отличие от предыдущих аналогов, дает возможность использовать такой рукав в качестве оболочки водоохлаждаемого кабеля, питающего электроэнергией печи металлургического производства.
Недостатком известного рукава - прототипа является низкая стойкость к истиранию, обусловленная выполнением его наружного слоя из асбестовой ткани с толщиной (1,5 - 2,0 мм). При эксплуатации такого рукава в качестве оболочки силовых кабелей электропечи металлургического производства наружный защитный асбестовый слой будет постоянно испытывать на себе внещние динамические воздействия, связанные с нахождением рукава в изогнутом состоянии, периодическом возвратнопоступательном движении, скручиванием и взаимным истиранием рукавов соседних кабелей из-за электромагнитного взаимодействия последних. Эти воздействия обуславливают разрушение его наружного слоя и, как следствие, силового каркаса при внещних тепловых нагрузках (до 80°С) и кратковременных воздействий пламени и брызг расплавленного металла. Кроме того, выполнение внутреннего резинового слоя толщиной 3 - 4мм из резины с электрической прочностью 0,7кВ/мм, не обеспечивает требуемых электроизоляционных свойств при истирании рукава изнутри медными жилами кабеля в условиях эксплуатации при внутреннем тепловом воздействии воды до +80С и давлении 0,5мПа,что приведет к снижению срока службы такого рукава.
Техническимрезультатом предлагаемой полезной модели
является увеличение срока службы рукава для водоохлаждаемого кабеля за счет повышения стойкости к истиранию наружного захцитного слоя и улучшения электроизоляционных свойств его внутреннего резинового слоя при сохранении прочности силового тканевого каркаса рукава в условиях повышенных внутренних и внешних динамических и тепловых воздействий.
Технический результат достигается тем, что в рукаве для водоохлаждаемого силового кабеля, содержащем коаксиально расположенные наружный защитный слой, внутренний слой из резины с повышенными диэлектрическими свойствами и размешенный между ними силовой каркас, состоящий из нескольких слоев, образованных тканевыми элементами, согласно полезной моделн, его наружный защитный слой выполнен из термостойкой резиновой смеси с толщиной не менее 4мм, внутренний слой - из резины с электрической прочностью не менее 1,5кВ/мм, а силовой каркас - из прорезиненной ткани КНК, при этом в каждой паре силовых слоев каркаса поперечные нити элементов прорезиненной ткани КНК второго слоя расположены в одном направлении с продольными нитями элементов прорезиненной ткани КНК первого слоя.
При этом внутренний резиновый слой может быть выполнен из резины с электрической прочностью 1,5 -ЗкВ/мм.
Кроме того, внутренний резиновый слой может быть выполнен из диэлектрической бессажевой резины с электрической прочностью 3-7кВ/мм.
Выполнение наружного защитного слоя из термостойкой резиновой смеси заданной толщины (а не из асбестовой ткани, как в прототипе) позволяет увеличить его стойкость к истиранию в условиях внешних динамических воздействий, а также повышенных тепловых воздействий до +110°С, что повышает его защитные свойства и, следовательно, срок службы рукава для водоохлаждаемого силового кабеля по сравнению с прототипом.
Уменьшение толщины наружного защитного слоя ниже указанной величины (4мм) приводит к снижению его стойкости к внешнему температурному воздействию до +110°С и к повышению вероятности разрушения силового каркаса, и, следовательно, снижению срока службы рукава.
Выполнение внутреннего резинового слоя из резины с повышенными диэлектрическими свойствами, обеспечивающей указанную, большую с прототипом электрическую прочность ( не менее 1,5 кВ/мм), например 1,5-3 кВ/мм, или из диэлектрической бессажевой резины, обеспечивающей электрическую прочность, например 3-7 кВ/мм, способствует улучшению электроизоляционных свойств рукава и повышению его стойкости при истирании медной жилой кабеля в условиях
внутреннего теплового воздействия воды до  и его работе в условиях динамических воздействий, связанных с работой электропечей металлургического производства, что также увеличивает срок службы рукава для водоохлаждаемого кабеля по сравнению с прототипом.
Выполнение силового тканевого каркаса из прорезиненной комбинированной ткани КНК (хлопчатобумажная пряжа и полиамидные нити), которая в своем плетении имеет как продольные (основные), так и поперечные (уточные) нити, а также заданное расположение продольных и поперечных нитей элементов этой ткани в парных слоях позволяет улучшить адгезионные свойства последних и исключить скручивание рукава под давлением охлаждающей кабель воды и, тем самым, обеспечить одновременно требуемую прочность и гибкость рукава при рабочем давлении воды до 0,5 - 0,8мПа.
Таким образом, сравнительный анализ предлагаемой полезной модели с прототипом показал, что она отличается от последнего выполнением наружного и внутреннего слоев и его промежуточного силового каркаса и, следовательно, соответствует критерию «новизна.
Применение данной полезной модели в металлургической промышленности в качестве оболочки водоохлаждаемого силового кабеля электродуговых, электрошлаковых, электровакуумных и индукционных печей позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «промышленная применимость.
Предлагаемая полезная модель изображена на чертеже, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого рукава для водоохлаждаемого силового кабеля с силовым каркасом в виде двух слоев из прорезиненной ткани КНК: D - наружный диаметр рукава, d - внутренний диаметр рукава, L - длина рукава; на фиг.2 - то же, поперечный разрез.
Предлагаемый рукав для водоохлаждаемого силового кабеля содержит коаксиально расположенные наружный защитный слой 1, внутренний резиновый слой 2 и размещенный между ними силовой каркас, состоящий из нескольких силовых слоев 3, например из двух (см. фиг.1,2), образованных тканевыми элементами.
Наружный защитный слой 1 выполнен из термостойкой резиновой смеси, обеспечивающей защиту от теплового воздействия до . При этом величина толщины «а наружного защитного слоя 1 задана не менее 4мм, например 4мм.
Внутренний резиновый слой 2 выполнен из резины с повышенными диэлектрическими свойствами, обеспечивающей электрическую прочность не менее 1,5кВ/мм, например от 1,5кВ/мм до 3 кВ/мм для рукавов, применяемых в качестве оболочки силовых водоохлаждаемых кабелей для электродуговых печей.
прочность от ЗкВ/мм до 7кВ/мм, напримердлярукавов
электрошлаковых, электровакуумных и индукционных печей. При этом величина толщины «Ь внутреннего резинового слоя 2 определена в пределах 3,5 - 4,0мм, например 4мм.
Слои 3 силового каркаса выполнены из прорезиненной комбинированной ткани КРЖ, состоящей из продольных (основных) и поперечных (уточных) хлопчатобумажных и полиамидных (капроновых) нитей. При этом в каждой паре слоев 3 силового каркаса элементы прорезиненной ткани КНК расположены таким образом, что направление их продольных нитей первого слоя совпадает с направлением поперечных нитей элементов прорезиненной ткани КНК второго слоя 3. Общая толщина «с двух слоев силового каркаса составляет 2,4мм. Число слоев силового каркаса зависит от внутреннего диаметра «d рукава, и рабочего давления охлаждающей воды, например для внутреннего диаметра рукава, равного 42 мм, число слоев составляет 2 (см. фиг. 1, 2), а для внутреннего диаметра 65 мм - 4.
Основные размеры и параметры применяемых рукавов для водоохлаждаемых силовых кабелей электрометаллургических печей приведены в Таблице 1.
Внутренний диаметр «d рукавов для водоохлаждаемых силовых кабелей электродуговых сталеплавильных печей составляет 50-125мм, и для электрощлаковых, электровакуумных, индукционных печей - 38 - 65мм.
1Сс/;2 1
1«М2ЛЗ МГ
Наружный диаметр «D рукавов для водоохлаждаемых силовых кабелей электродуговых сталеплавильных печей составляет 70 - 154мм и для электрошлаковых, электровакуумных, индукционных печей 57 -87,5мм. Длина рукава «L составляет 2500 - 13000мм для всех типов электропечей. Указанные конструкция рукава и материалы обеспечивают не менее, чем трехкратный запас прочности рукава при разрыве гидравлическим давлением:
-для электродуговой печи: Рряф 2,1 - 2,4МПа
-для электрошлаковой, электровакуумной, индукционной печей: Рра,р. 2,4МПа.
Предлагаемый рукав для водоохлаждаемого силового кабеля изготавливают следующим образом.
Таблица 1
резиновый слой 2 из двух слоев резины с повышенными диэлектрическими свойствами (с электрической прочностью не менее 1,5кВ/мм), или например из диэлектрической бессажевой резины толщиной 2 мм с нахлёстом до общей толщины 4 мм. После этого берут закроенные под углом 45° и сщитые элементы прорезиненной ткани КНК и начинают формировать силовой каркас. Первый слой 3 из ткани КНК толщиной 1,2мм накладывают по всей длине дорна с нахлестом, а следующий слой 3 из этой ткани такой же толщины - с поворотом относительно первого на 180 для совпадения направлений продольных (основных) нитей первого слоя 3 поперечными (уточными) нитями второго слоя 3 и т.д. до образования требуемой толщины, например 2,4мм.
Последним накладывают наружный защитный слой 1 из двух слоев термостойкой резины обеспечивающей защиту от внещнего теплового воздействия до 110°С толщиной по 2мм до достижения общей толщины 4мм. Далее собранное изделие обматывают снаружи опрессовочной лентой, и после чего вместе с дорном кладут в вулканизационный котел, где собранное изделие подвергают вулканизации, что приводит к образованию монолитной стенки рукава.
При использовании такого рукава в качестве оболочки силового водоохлаждаемого кабеля, питающего электродуговую печь электроэнергией до 1500В частотой 50Гц, в его внутреннюю полость вводят голые медные провода требуемого сечения, на наконечниках которых закрепляют рукав с помощью специальных хомутов.
Собранный кабель подключают одним концом к электродам электродуговой печи, а другим - к источнику электроэнергии. Через штуцеры на крепежных узлах кабеля (наконечниках) подают холодную воду под давлением 04 - 0,6МПа, и после чего по кабелю пропускают электрический ток с плотностью до ЮкА/мм. Холодная вода, проходя через рукав, охлаждает кабель и нагревается до температуры .
Указанное выполнение конструкции рукава обеспечивает его защиту от разрушений, связанных с внешними динамическими и термическими воздействиями при эксплуатации в электродуговой печи, например при взаимодействии рукавов при опускании электродов и прохождении токов по кабелю в процессе плавки.
При использовании данного рукава в качестве оболочки силового водоохлаждаемогокабеля,питающегоэлектрошлаковую,
электровакуумную или индукционную печь электроэнергией до ЗОООВ и частотой до 2400Гц выполнение внутреннего резинового слоя 2, например из диэлектрической бессажевой резины обеспечивает более высокую электрическую прочность (от ЗкВ/мм до 7кВ/мм) по сравнению с резиной с повышенными диэлектрическими свойствами (от 1,5кВ/мм до ЗкВ/мм) и защиту рукава от разрушения в условиях тепловых воздействий печей до  и внешних динамических нагрузок, связанных с изменением положения кабеля при опрокидывании тигля индукционной печи,
12
нахождением в постоянно изогнутом состоянии, и истиранием рукавов кабелей в процессе плавки.
Указанные толщины наружного защитного 1 и внутреннего резинового 2 слоев также обеспечивают в данном случае требуемую износостойкость рукава при его истирании медной жилой кабеля в условиях эксплуатации при температуре воды внутри рукава до +80°С и внешних температурных воздействиях до 110°С, а конструкция силового тканевого каркаса обеспечивает требуемую прочность при рабочем давлении воды до 0,8МПа.
Таким образом, предлагаемый рукав для водоохлаждаемого силового кабеля позволяег по сравнению с прототипом увеличить его срок службы за счет повышения стойкости к истиранию наружрюго защитного слоя рукава и улучшения электроизоляции его внутреннего резинового слоя при обеспечении прочности силового тканевого каркаса рукава в условиях повышенных внутренних и внешних динамических и тепловых воздействий.
Источники информации:
1. Авт. свид. СССР № 574572, кл. F16L 11/06, 1977г., БИ №36.
2.Свид-во РФ №3980, кл. F16L 11/04, 1997г., ПМПО №4.
3.«Рукава напорные с повышенной диэлектрическими свойствами. Технические условия. ТУ 38.1051739-86 - Прототип.