ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЕ ИЗДЕЛИЕ И СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ КАБЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЬ
SEALING PRODUCT AND METHOD FOR SEALING LIQUID-CONTAINING CABLES

Уровень техники
Некоторые типы электрических кабелей, особенно ранние конструкции кабелей, предназначенных для использования под землей, имеют свинцовую оболочку, окружающую один или более электрических проводников, и слой изолирующей, пропитанной маслом бумаги, помещенной между свинцовой оболочкой и электрическими проводниками. Кабели такой конструкции обычно называются кабелями с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой (в англоязычной литературе - "PILC", от paper-insulated lead-covered cables). Несмотря на то, что современные кабели имеют экструдированную диэлектрическую (пластмассовую) оболочку без содержащейся внутри нее жидкости, значительное количество кабелей с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой все еще используется. При ремонте, оконцевании или соединении кабелей с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой необходимо обеспечить герметизацию ремонтируемого участка (часто называемую маслоудерживающим барьером) для удержания жидкости в кабеле для предотвращения нежелательных эффектов, которые могут быть вызваны утечкой масла или другой используемой в кабелях диэлектрической жидкости. Жидкость в кабеле часто находится под давлением вследствие ее теплового расширения, вызванного диссипацией энергии из запитанного кабеля, и ее давление часто колеблется, так как внутренняя температура кабеля может меняться вследствие, например, изменения электрических нагрузок.
Сущность изобретения
Воплощения изобретения могут включать ограничивающие давление устройства для кабелей. Первый кабель может включать проводник и маслосодержащий слой, окружающий проводник. Второй кабель может включать проводник. Проводник первого кабеля может быть соединен с проводником второго кабеля. Ограничивающий давление рукав может покрывать соединения сращивания и проводники первого и второго кабелей. В некоторых местах на ограничивающий давление рукав могут быть установлены фиксирующие элементы для обжима ограничивающего давление рукава вокруг соединения сращивания и участков первого и второго кабелей.
Изобретение может также включать, например, другие воплощения ограничивающих давление устройств для кабелей. Кабель может включать одиночный основной кабель, который разветвляется на набор первых кабелей, каждый из которых имеет проводник и маслосодержащий слой, окружающий проводник. Каждый кабель из набора вторых кабелей может включать проводник. Может иметься несколько соединений сращивания, и в каждом из соединений сращивания проводник одного из первых кабелей может соединяться с проводником одного из вторых кабелей. Электроизолирующий эластомерный чехол может покрывать часть основного кабеля и части первых кабелей. Эластомерный чехол может иметь основную часть в форме перчатки с одиночным отверстием на первом конце основной части в форме перчатки и множеством отверстий на втором конце основной части в форме перчатки, при этом в одиночное входное отверстие может проходить основной кабель, а через каждый из множества отростков может проходить соответственно один из первых кабелей. Основной кабель и эластомерную оболочку может покрывать ограничивающая давление оболочка. Ограничивающая давление оболочка может иметь одиночное отверстие на одном конце основной части ограничивающей давление оболочки и множество отверстий на другом конце основной части ограничивающей давление оболочки, при этом в одиночное отверстие может проходить основной кабель, а через каждый из множества отростков может проходить соответственно один из первых кабелей. Может быть также использовано множество ограничивающих давление рукавов, при этом каждый ограничивающий давление рукав может покрывать одно соединение сращивания, проводник одного из первых кабелей и проводник одного из вторых кабелей. В ряде мест на ограничивающей давление оболочке и на каждом из ограничивающего давление рукавов может устанавливаться несколько фиксирующих элементов для обжима ограничивающей давление оболочки вокруг эластомерного чехла, а также обжима каждого из ограничивающих давление рукавов вокруг соединения сращивания и участков проводников первых и вторых кабелей.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Вид сверху конца электрического кабеля с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой с удаленными участками различных слоев и обнаженным центральным проводником.
Фиг.2. Вид сверху кабеля, аналогичного кабелю на Фиг.1, в котором на конец свинцовой оболочки и промежуточного полупроводящего слоя наложен материал для снятия диэлектрического напряжения, а конец бумажной изоляции заклеен лентой для предотвращения ее разматывания.
Фиг.3. Вид сверху кабеля, аналогичного изображенным на Фиг.1 и 2, на который надета эластомерная трубка, которая в дальнейшем образует маслоудерживающий барьер.
Фиг.4. Вид сверху кабеля, изображенного на Фиг.3, после упругой посадки трубки на кабель.
Фиг.5. Вид сверху конца кабеля с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой с тремя проводящими жилами, с частично удаленными участками различных слоев и обнаженными проводниками.
Фиг.6. Вид сверху конца кабеля с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, аналогичного кабелю на Фиг.4, с упруго посаженными на каждый из проводников эластомерыми трубками.
Фиг.7. Аксонометрический вид разветвленного изделия холодной усадки в расширенном состоянии, на множестве сердцевин.
Фиг.8. Частичное сечение кабеля с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, изображенного на Фиг.6, с установленным на него разветвленным изделием холодной усадки, изображенным на Фиг.7.
Фиг.9. Сечение одножильного кабеля, соединенного с другим кабелем.
Фиг.10. Сечение одножильного кабеля, изображенного на Фиг.9, с установленным рукавом, ограничивающим давление, и фиксирующими элементами на рукаве, ограничивающем давление.
Фиг.11. Сечение трехжильного кабеля, с жилами, соединенными с жилами другого кабеля.
Фиг.12. Сечение трехжильного кабеля, изображенного на Фиг.11, с установленными на него ограничивающей давление оболочки и ограничивающими давление рукавами, и фиксирующими элементами, прижимающими как ограничивающую давление оболочку, так и ограничивающие давление рукава.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1 изображен пример электрического кабеля, внутри которого находится диэлектрическая жидкость. Кабель 10 является примером кабеля с одной проводящей жилой, с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, и он состоит из внешней свинцовой оболочки 12, промежуточного полупроводящего слоя 14, образованного из насыщенной углем или металлизированной бумаги, маслосодержащего изолирующего слоя 16 (применительно к кабелю 10, сформированного из пропитанной маслом бумаги), и центрального проводника или группы проводников 18. Под изолирующим слоем 16 находится еще один полупроводящий слой. Некоторые кабели типа 10 имеют также внешний пластмассовый покров, окружающий и защищающий свинцовую оболочку 12. В целях описания в настоящем описании рассматривается формирование герметизирующего, или маслоудерживающего, барьера на конце кабеля с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, подверженного отеканию, для предотвращения утечки масла из кабеля, что позволяет присоединять к кабелю различные принадлежности. Следует, однако, понимать, что решения, представленные в настоящем изобретении, одинаково применимы и к кабелям других типов, а не только к кабелям с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, являющихся основным объектом настоящего описания. Так, например, представленные здесь технические решения могут быть применены и к кабелям типа Ц с бумажной, пропитанной нестекающим составом изоляцией (в англоязычной литературе - типа «MIND», от mass-impregnated non-draining) с изолирующим слоем, пропитанным консистентной смазкой. Подобным образом, представленные здесь технические решения могут быть применены и к иным жидкостям, кроме масла, например, к материалам более высокой вязкости, таким, как консистентные смазки. Поэтому в данном описании под термином «кабели с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой» следует понимать все типы кабелей, имеющие внутри жидкий или вязкий материал, а термины «масло» и «маслоудерживающий барьер» относятся ко всем типам жидких и вязких материалов, используемым в конструкциях кабелей.
На Фиг.1 показан кабель 10, подготовленный к установке маслоудерживающего барьера, для чего первым делом удаляется участок (длиной примерно 28 см) свинцовой оболочки 12, в результате чего обнажается полупроводящий слой 14. Подобным образом удаляется несколько меньший (длиной примерно 22 см) участок полупроводящего слоя 14, в результате чего обнажается маслосодержащий изолирующий слой 16. И наконец, удаляется еще меньший (например, длиной примерно 11 см) участок маслосодержащего изолирующего слоя 16, в результате чего обнажается центральный проводник 18. Полупроводящий слой под изолирующим слоем 16 удаляется практически на такую же длину, как изолирующий слой 16. На центральный проводник 18 устанавливается кабельный наконечник 19. Наконечник 19 может быть наконечником любого типа, включая наконечники для соединения или оконцевания кабелей типа 10, но не ограничиваясь ими.
Как показано на Фиг.2, в одном из воплощений изобретения маслосодержащий изолирующий слой 16 удерживается клейкой изоляционной лентой 20, предотвращающей маслосодержащий изолирующий слой 16 от разматывания. Подходящая для этой цели лента предлагается компанией ЗМ, автором настоящей заявки, под маркой «33 + Vinyl Electrical Tape». Еще одна полоска ленты 22 может быть наклеена на свинцовую оболочку 12 возле места разреза (например, на расстоянии 1-2 см), для обозначения места разреза свинцовой оболочки, как будет объяснено ниже. В качестве ленты 22 может быть использован тот же тип ленты, что и тип ленты 20.
Следующим этапом подготовки кабеля 10 к формированию маслоудерживающего барьера является снятие диэлектрического напряжения. В одном из воплощений изобретения оно осуществляется путем намотки ленты 24 с высокой диэлектрической постоянной (или ленты для снятия напряжения) вокруг окончания свинцовой оболочки 12 и полупроводящего слоя 14. Лента 24 для снятия диэлектрического напряжения полностью покрывает полупроводящий слой 14 и немного перекрывает (например, на 1 см) маслосодержащий изолирующий слой 16. Подходящая для этой цели лента предлагается компанией 3М под маркой «2220 Stress Control Tape».
Как показано на Фиг.3, первым элементом маслоудерживающего барьера является эластомерная трубка 26. Эластомерная трубка 26 является электроизоляционной и практически маслонепроницаемой, как будет очень подробно описано ниже, и формируется из состава, содержащего фтороэластомер и эпихлоргидрин. В данном документе под термином «практически маслонепроницаемый» понимается как ограниченная проницаемость, так и абсолютная непроницаемость по отношению к данному типу жидкости, содержащейся в кабеле. Ограниченная проницаемость определяется по максимально допустимому увеличению веса в соответствии с Военными Нормативами от 27 сентября 1984 г. № X1511 IB. Эластомерная трубка 26 изготавливается, как правило, способом экструзии или формования, и в своем свободном состоянии имеет практически цилиндрическую форму. В данном описании термины «трубка», «трубчатый», «цилиндр», «цилиндрический» и им подобные не относятся только к объектам, имеющим круглое сечение, а скорее обозначают пустотелые и удлиненные предметы любого поперечного сечения. Эластомерная трубка 26 может быть как однослойным элементом, так и представлять собой элемент, сформированный многослойным с применением прочих эластомеров для обеспечения требуемой общей механической прочности, или же для удешевления системы.
Размеры эластомерной трубки 26 могут значительно варьировать в зависимости от размеров кабеля 10. В одном из воплощений изобретения длина эластомерной трубки 26 больше или равна расстоянию от свинцовой оболочки 12 до наконечника 19. Диаметр эластомерной трубки 26 (в свободном состоянии) меньше, чем диаметр изолирующего слоя 16, как правило, на один миллиметр или более. Благодаря эластичности эластомерной трубки 26 трубка одного и того же диаметра может быть использована с кабелями 10, имеющими диаметр в целом диапазоне. В расширенном состоянии, показанном на Фиг.3, диаметр эластомерной больше, чем диаметр кабеля 10. Толщина эластомерной трубки 26 в свободном состоянии может быть различной, в зависимости от предполагаемого применения.
Перед установкой на кабель 10 эластомерная трубка 26 находится на удаляемой сердцевине 28, как известно сведущим в данной области техники и как описано, например, в патенте США №3515798 (автор Sievert). Удаляемая сердцевина 28 удерживает эластомерную трубку 26 в радиально расширенном состоянии, и данная сердцевина также имеет практически цилиндрическую форму и немного длиннее эластомерной трубки 26. Диаметр удаляемой сердцевины 28 может варьировать в широких пределах, единственным практическим требованием к нему является то, что он должен быть больше внешнего диаметра кабеля 10, и зазор между кабелем и сердцевиной должен быть достаточным для ее последующего удаления. Стенка удаляемой сердцевины 28 имеет толщину, как правило, от одного миллиметра до пяти миллиметров. Удаляемая сердцевина 28 изготавливается из прочного и гибкого материала, такого как ацетат-бутират целлюлозы, полиэтилен, полипропилен или поливинилхлорид. В одном из воплощений изобретения удаляемая сердцевина 28 представляет собой свернутую в спираль полоску, витки которой плотно уложены друг к другу, но могут отделяться друг от друга, что позволяет извлечь удаляемую сердцевину 28 из эластомерной трубки 26, потянув за конец 30 и размотав спираль.
Как показано на Фиг.3, один конец эластомерной трубки 26 удерживается возле метки, образованной маркировочной лентой 22. По мере того, как вытягивается конец 30 удаляемой сердцевины 28, эластомерная трубка постепенно ужимается на месте вокруг кабеля 10, и в конце концов она туго и упруго садится на кабель 10, как показано на Фиг.4. В воплощении, показанном на Фиг.4, эластомерная трубка 26 перекрывает свинцовую оболочку 12 примерно на 2 см, и примерно на такую же длину перекрывает наконечник 19. Таким образом эластомерная трубка 26 образует маслозадерживающий барьер, предотвращающий утечку жидкости из кабеля 10, а также проникновение воды в кабель 10.
Следует отметить, что эластомерная трубка 26 находится в непосредственном контакте с маслосодержащим изолирующим слоем 16 и оказывает упругое давление на маслосодержащий слой 16. В данном описание термин «упругое давление» означает способность установленного эластомерного элемента расширяться и сжиматься в соответствии с изменением размера находящейся под ним основы, а также изменениями давления жидкости в кабеле, вызванными, например, тепловым расширением и сжатием. Поэтому дополнительным преимуществом свойства эластомерной трубки 26 циклично и эластично расширяться и сжиматься является то, что эластомерная трубка 26 обеспечивает снятие давления жидкости в кабеле 10 и ограничивает давление внутри кабеля 10.
Как было указано выше, кабели с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой могут иметь более чем одну проводящую жилу 18.
На Фиг.5 представлен кабель 100 с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, имеющий множество проводящих жил 18. Именно, показан кабель 100, имеющий три проводника 18а, 18b и 18с (собирательно проводники 18), хотя в кабеле возможно и иное количество проводящих жил. Подобно устройству кабеля 10, описанного выше и изображенного на Фиг.1-4, вокруг каждого из проводников 18а, 18b и 18с кабеля 100 имеется свой маслосодержащий изолирующий слой 16а, 16b и 16с соответственно (собирательно изолирующие слои 16), сформированные в кабеле 100 из пропитанной маслом бумаги, и указанные изолирующие слои окружены промежуточными полупроводящими слоями 14а, 14b и 14с соответственно (собирательно промежуточные полупроводящие слои 16), сформированные из насыщенной углем или металлизированной бумаги. Набор проводников 18 (то есть каждый из проводников 18 вместе со своим изолирующим слоем 16 и полупроводящим слоем 14) заключен в единую внешнюю свинцовую оболочку 12, в результате чего формируется кабель 100. Некоторые кабели типа 100 имеют также внешнюю пластмассовую оболочку, окружающую и защищающую свинцовую оболочку 12.
Как показано на Фиг.5, подготовка кабеля 100 к установке маслозадерживающего барьера начинается с обрезки участка свинцовой оболочки 12, в результате чего открывается множество проводников 18 со своими полупроводящими слоями 14 и маслосодержащими слоями 16, что позволяет отделить их друг от друга. Каждый из множества проводников 18 кабеля 100 подготавливается способом, аналогичным тому, что был описан для проводника 18 кабеля 10 (Фиг.1). То есть удаляется участок полупроводящего слоя 14, в результате чего обнажается находящийся под ним маслосодержащий изолирующий слой 16, затем удаляется несколько меньший участок изолирующего слоя 16, в результате чего обнажается лежащая под ним проводящая жила 18. Затем на проводниках 18 устанавливаются кабельные наконечники 19а, 19b и 19с (собирательно кабельные наконечники 19). Как было указано выше, наконечник 19 может быть наконечником любого типа, включая наконечники для соединения или оконцевания кабелей типа 10, но не ограничиваясь ими.
Как показано на Фиг.6, на каждый из подготовленных проводников (обозначенных на Фиг.5 как 18а, 18b и 18с) устанавливаются эластомерные трубки 26а, 26b и 26с соответственно, способом, аналогичным тому, что описан выше в отношение Фиг.1-4, хотя в данном случае этап снятия диэлектрического напряжения, например, за счет намотки ленты с высокой диэлектрической постоянной вокруг окончания свинцовой оболочки 12 и полупроводящего слоя 14, может быть опущен. Как описано выше в отношение Фиг.1-4, эластомерные трубки 26 являются электроизоляционными и практически маслонепроницаемыми, как будет очень подробно описано ниже, и формируются из состава, содержащего фтороэластомер или эпихлоргидрин. В одном из воплощений изобретения длина каждой эластомерной трубки 26 больше или равна расстоянию от конца свинцовой оболочки 12 до наконечника 19. В воплощении, изображенном на Фиг.6, каждая эластомерная трубка 26 перекрывает наконечник 19 примерно на 2 см, но не доходит полностью до свинцовой оболочки 12 из-за расхождения проводников 18 друг от друга. В одном из воплощений изобретения эластомерные трубки 26 располагаются, насколько возможно, поближе к свинцовой оболочке 12.
Как показано на Фиг.6, по окончании установки эластомерные трубки 26 туго и упруго садятся на соответствующие проводники 18, маслосодержащие изолирующие слои 16 и полупроводящие слои 14. Каждая эластомерная трубка 26 находится в непосредственном контакте с маслосодержащим слоем 16 и оказывает упругое давление на маслосодержащий изолирующий слой 16.
На Фиг.7 и 8 показан второй элемент маслоудерживающего барьера для кабеля 100. В частности, показана эластомерная оболочка 120. Эластомерная оболочка 120 является разветвленным элементом холодной усадки, имеющим множество эластомерных участков (элементов) 122а, 122b, 122с и 122d, сообщающихся между собой. На Фиг. 7 показаны эластомерные элементы 122а, 122b, 122с и 122d в расширенном состоянии на удерживающих сердцевинах 124а, 124b, 124с и 124d соответственно. В одном из воплощений изобретения эластомерный чехол 120 является электроизоляционным. В одном из воплощений изобретения эластомерный чехол 120 является практически маслонепроницаемым. В одном из воплощений изобретения эластомерный чехол 120 сформирован из состава, содержащего фтороэластомер и эпихлоргидрин. В одном из воплощений изобретения эластомерный чехол 120 и эластомерные трубки 26 сформированы практически из одного и того же состава. В одном из воплощений изобретения эластомерный чехол 120 является полупроводящим, что способствует снятию диэлектрического напряжения. Эластомерный чехол 120 изготавливается, как правило, способом формования. Как эластомерные трубки 26, эластомерный чехол 120 может быть как однослойным элементом, так и представлять собой элемент, сформированный многослойным с применением прочих эластомеров для обеспечения требуемой общей механической прочности, или же для удешевления системы.
Как показано на Фиг.7, эластомерный чехол 120 сформирован в виде перчатки с большим входом (участок 122d), имеющим соответствующий диаметр для приема интактного (нетронутого) участка кабеля 100, и набором отростков (участки 122а, 122b и 122с) с противоположной стороны для выхода разделенных друг от друга проводников 18 из эластомерного колпака 120. Число отростков соответствует числу проводящих жил 18 в кабеле 100.
Эластомерный чехол 120 (а именно ее элементы 122а, 122b, 122с и 122d) может устанавливаться на кабель 100 и подготовленные проводники 18 в соответствии со способами, описанными выше в отношении установки эластомерных трубок 26. В частности, при извлечении удаляемых сердцевин 124а, 124b, 124с и 124d, соответствующие участки 122а, 122b, 122с и 122d эластомерного чехла 120 дают усадку, и в конце концов туго и упруго садятся на свои места на кабеле 100, как показано на Фиг. 8. Как и размеры эластомерных трубок 26, размеры эластомерных перчаток 120 могут существенно варьироваться в зависимости от размеров кабеля 100 и проводников 18 в нем. Участки 122а, 122b, 122с и 122d подбираются по диаметрам, обеспечивающим хорошую посадку на соответствующих внешних поверхностях кабеля 100 и эластомерных трубок 26а, 26b и 26с, находящихся уже в сжатом состоянии. В одном из воплощений изобретения, как показано на Фиг.8, длины участков 122а, 122b, 122с и 122d в сокращенном состоянии являются достаточными для перекрывания участком 122d свинцовой оболочки 12 кабеля 100 на длину примерно на 2 см, и участками 122а, 122b и 122с находящимися под ними эластомерных трубок 26а, 26b и 26с на длину примерно от 5 до 8 см. Возможно, естественно, перекрывание участков эластомерного чехла 120 с соответствующими участками кабеля и на другую длину, в соответствии с требованиями конкретного приложения. Как только установка эластомерного чехла 120 на место закончена, маслоудерживающий барьер сформирован. Такая система обеспечивает надежную герметизацию конца кабеля и препятствует истечению любого типа жидкости из кабеля наружу, а также попадание воды внутрь кабеля 100 в обычных условиях эксплуатации.
В некоторых приложениях для предотвращения образования пустот под эластомерным чехлом 120 (например, в зонах 130 между участками 122а, 122b и 122с эластомерного чехла 120 может быть предусмотрен ниппель 140 (Фиг.8) для выпуска воздуха во время или после установки эластомерного чехла 120 на место.
Следует отметить, что эластомерный чехол 120 оказывает упругое давление на находящиеся под ним эластомерные трубки 26, а также на находящиеся под ним маслосодержащие изолирующие слои 16. То есть и эластомерные трубки 26, и эластомерный чехол 120 расширяются и сжимаются в соответствии с изменениями размера находящегося под ними кабеля 100, а также изменениями давления жидкости в кабеле, вызванными, например, тепловым расширением и сжатием. Поэтому дополнительным преимуществом свойства эластомерных трубок 26 и эластомерного чехла 120 циклично и эластично расширяться и сжиматься является снятие давления жидкости в кабеле 100 и ограничение давления внутри кабеля 100.
Маслоудерживающие устройства, представленные в настоящем описании, фактически превращают кабель с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой (одножильный или многожильный) в кабель с пластмассовой изоляцией. С такими устройствами для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой можно использовать различные принадлежности, применение которых обычно ограничивается только кабелями с изоляцией из экструдированного диэлектрика. Например, на проводник может быть установлен наконечник с проушиной, или же может быть использована сборная муфта для соединения проводящих жил 18 с проводящими жилами другого кабеля (не показана). Другой кабель может быть в данном случае кабелем с изоляцией из экструдированного диэлектрика, или также кабелем типа с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, на который установлен маслоудерживающий барьер в соответствии с настоящим изобретением.
Как было сказано выше, воплощения настоящего изобретения включают изделия холодной усадки, сформированные из эластомерных составов, включающих по меньшей мере фтороэластомер и эпихлоргидрин. Примеры подходящих эластомерных составов, включающих по меньшей мере фтороэластомер и эпихлоргидрин, подробно описаны в совместной патентной заявке США многих авторов «Изделие холодной усадки и способы изготовления изделия холодной усадки» №11/191 838, поданной 28 июля 2005, которая в данном описании упоминается исключительно в целях ссылки.
Термин «эпихлоргидрин» в настоящем описании относится к любым веществам, содержащим эпихлоргидрин, включая любые полимеры, содержащие эпихлоргидриновые мономеры, такие, как, например, фотополимеры, сополимеры, терполимеры и тетраполимеры, содержащие эпихлоргидрин. Термин «холодная усадка» в данном описании определяется как способность изделия (или части изделия) сжиматься от расширенного состояния до свободного, или частично расширенного, при комнатной температуре (например, примерно пи 20-25°С) без приложения тепла.
В эластомерные составы для изготовления изделий холодной усадки включаются эластомеры, что позволяет получаемым изделиям холодной усадки расширяться от свободного состояния до расширенного, и сжиматься обратно от расширенного состояния до свободного. В соответствии с настоящим изобретением в эластомерные составы включается смесь фтороэластомера и эпихлоргидрина. Некоторые воплощения изделий холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением могут быть подвергнуты в расширенном состоянии воздействию температур по меньшей мере 150°С в течение достаточно продолжительного времени и не показывать (при осмотре невооруженным глазом) при этом признаков разрыва, разлома или расслоения.
Если не указано иное, все значения концентраций в данном описании выражены в весовых частях того или иного компонента, деленных на сто весовых частей резины (phr), где под резиной подразумевается суммарный вес фтороэластомера и эпихлоргидрина. Таким образом, концентрация того или иного компонента в данном описании, выраженная в phr, представляет отношение весовой части компонента к ста частям по весу фтороэластомера и эпихлоргидрина.
В соответствии с настоящим изобретением, эпихлоргидрин и фтороэластомер могут входить в эластомерные составы в широком диапазоне концентраций. Так, например, в некоторых воплощениях настоящего изобретения концентрация фтороэластомера в эластомерном составе может составлять от примерно 10 частей фтороэластомера и более до примерно 60 частей фтороэластомера и менее на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера. Концентрация эпихлоргидрина в эластомерном составе может составлять от примерно 40 частей эпихлоргидрина до примерно 90 частей эпихлоргидрина на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера. В контексте настоящего описания, если используются полимеры, содержащие эпихлоргидрин (например, гомополимеры, сополимеры, терполимеры и тетраполимеры, содержащие эпихлоргидрин), весовые части эпихлоргидрина означают суммарный вес полимеров, содержащих эпихлоргидрин.
2
2
2
2
В соответствии с настоящим изобретением в эластомерный состав может быть дополнительно включен армирующий заполнитель для усиления устойчивости изготавливаемых из него изделий холодной усадки к разрыву и расслоению под воздействием высоких температур. Примеры подходящих материалов заполнителя включают армирующие заполнители на основе кремнезема, угольный порошок армирующего класса, фторопласты, глины и любые их сочетания в любых пропорциях. Примеры подходящих заполнителей подробно описаны в упомянутой выше патентной заявке США №11/191 838. В настоящем описании термин «армирующие заполнители на основе кремнезема» все составы, имеющие формулу SiO (например, чистый кремнезем); все составы, включающие по меньшей мере примерно 10% по весу SiO и/или производных SiO, по отношению к суммарному весу состава; все силикаты; и любые их сочетания в любых пропорциях. Термин «угольный порошок армирующего класса» в настоящем описании обозначает угольный порошок любого типа со средним размером частиц менее чем примерно 40 нм, что соответствует среднему значению площади поверхности примерно 65 м/г.
Изделие холодной усадки может быть изготовлено из эластомерного состава с использованием любого подходящего процесса, такого, как, например, экструзия или формование. В некоторых воплощениях эластомерный состав, используемый для изготовления изделия холодной усадки, запекается, автоклавируется или облучается для достижения требуемых физических свойств состава, примеры подходящих способов запекания, автоклавирования и облучения подробно описаны в упомянутой выше патентной заявке США №11/191 838.
В соответствии с настоящим изобретением, из эластомерных составов могут формироваться изделия холодной усадки любых геометрических форм и конфигураций, как известно сведущим в данной области техники. Не исчерпывающие примеры изделий холодной усадки включают трубки, тарелки и изделия разветвленной структуры (например, в виде чехла с многочисленными входами и/или выходами).
Изделия холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением (с формированные из эластомерных составов в соответствии с настоящим изобретением) могут иметь дополнительные преимущества в виде различных сочетаний хороших механических свойств при различных условиях окружающей среды (например, при комнатной температуре, или при температуре 150°С). В некоторых воплощениях изделия холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением, такие как трубки или тарелки, могут допускать удлинение до разрыва по меньшей мере примерно на 450% при комнатной температуре и/или удлинение до разрыва по меньшей мере примерно на 250% при температуре 150°С при испытании в соответствии с процедурой, описанной в разделе «Процедура Описания Свойств и Характеристик» настоящего документа. В некоторых воплощениях изделия холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением, такие как трубки или тарелки, могут давать необратимую усадку менее чем примерно 35% при нагревании до 100°С при испытании в соответствии с процедурой, описанной в разделе «Процедура Описания Свойств и Характеристик» настоящего документа. Более того, некоторые воплощения трубок и тарелок, сформированных из составов в соответствии с настоящим изобретением, могут давать необратимую усадку менее чем примерно 25% при нагревании до 100°С. Некоторые воплощения трубок и тарелок, сформированных из составов в соответствии с настоящим изобретением, могут давать необратимую усадку менее чем примерно 20% при нагревании до 100°С.
Различные воплощения изделий холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением устойчивы к разрыву или расслоению при высоких температурах. Так, например, некоторые воплощения изделий холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением устойчивы к разрыву, находясь в расширенном состоянии в течение продолжительного периода времени (например, в течение семи дней в состоянии радиального расширения на 200%) при повышении температуры примерно до 150°С.
Различные воплощения изделий холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением обладают химической устойчивостью против таких веществ, как, например, дизельное топливо и жидкость для гидросистем.
Некоторые воплощения изделий холодной усадки в соответствии с настоящим изобретением дают увеличение веса менее чем примерно на 25% при погружении в дизельное топливо при температуре 49°С на 24 часа, и/или менее чем примерно на 10% при погружении в жидкость для гидросистем при температуре 71°С на 24 часа.
Воплощения изобретения могут включать, например, ограничивающие давление устройства. Как показано на Фиг.9-10, первый кабель 12 может включать проводник и маслосодержащий слой, окружающий проводник. Второй кабель 55 может включать проводник. Соединением сращивания 50 могут быть соединены проводник первого кабеля 12 и проводник второго кабеля 55. Ограничивающий давление рукав 60 может покрывать соединение сращивания 50 и проводники первого кабеля 12 и второго кабеля 55. Ограничивающий давление рукав 60 может покрывать несколько скрученных жил, которые в частности могут включать несколько сплетенных проволок.
Для обжима ограничивающего давление рукава 60 вокруг соединения сращивания 50 и участков первого кабеля 12 и второго кабеля 55 может быть наложено несколько фиксирующих элементов в нескольких местах ограничивающего давление рукава 60. Так, например, фиксирующие элементы 66 и 68 могут быть наложены на ограничивающий давление рукав 60 в местах, радиально ориентированных относительно концов соединения сращивания 50. На ограничивающий давление рукав 60 могут быть также установлены фиксирующие элементы в местах, удаленных от соединения сращивания 50, по обе стороны от соединения сращивания 50. В качестве фиксирующих элементов могут использоваться любые структуры, пригодные для закрепления, включая, например, зажимы, проволочные скрутки, ленточные материалы, трубки холодной усадки и прочие крепежные элементы.
Воплощения изобретения могут включать электроизолирующую, практически маслонепроницаемую эластомерную трубку 26, покрывающую часть маслосодержащего слоя первого кабеля 12. Воплощения эластомерной трубки 26 могут быть, например, установлены практически на конце первого кабеля 12, и при этом проводник первого кабеля 12 может содержать частично открытый центральный проводник, и при этом маслосодержащий слой первого кабеля 12 может содержать частично открытый, маслонепроницаемый, электроизолирующий бумажный слой, окружающий проводник. Первый кабель 12 может включать также, например, частично открытый полупроводящий слой, окружающий бумажный слой, и свинцовую оболочку, окружающую полупроводящий слой, и при этом эластомерная трубка контактирует с открытыми участками бумажного и полупроводящего слоев и охватывает их. На ограничивающий давление рукав 60 может быть установлен по меньшей мере один фиксирующий элемент (70 или 72), в месте, радиально ориентированном относительно участка эластомерной трубки 26. Например, на ограничивающий давление рукав 60 может быть установлено два фиксирующих элемента (70 и 72), в местах, радиально ориентированных относительно концевых участков эластомерой трубки 26.
Эластомерная трубка 26 может быть изготовлена, например, из состава, включающего фтороэластомер и эпихлоргидрин. Так, например, воплощения эластомерной трубки 26 могут включать от примерно 10 частей до примерно 60 частей фтороэластомера на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера. Воплощения эластомерной трубки 26 могут, например, включать от примерно 40 частей до примерно 90 частей эпихлоргидрина на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера.
Альтернативные воплощения изобретения могут включать, например, и иные ограничивающие давление устройства для кабелей. Как показано на Фиг.12, кабель может представлять собой одиночный главный кабель 12, разветвляющийся на набор первых кабелей 153а, 153b и 153с, каждый из которых имеет проводник и маслосодержащий слой, окружающий проводник. Каждый кабель из набора вторых кабелей 155а, 155b и 155с также имеет проводник. Может иметься несколько соединений сращивания 150а, 150b и 150с, и при этом в каждом соединении сращивания 150а, 150b и 150с соединяется проводник одного из первых кабелей 153а, 153b и 153с с проводником одного из вторых кабелей 155а, 155b и 155с. Электроизолирующий эластомерный чехол 122 может покрывать часть основного кабеля 12 и части первых кабелей 153а, 153b и 153с. Эластомерный чехол 122 может иметь основную часть в форме перчатки с одиночным отверстием на первом конце основной части в форме перчатки и множеством отверстий на втором конце основной части в форме перчатки, при этом в одиночное входное отверстие может проходить главный кабель 12, а через каждый из упомянутого множества отверстий может принимать соответственно один из первых кабелей 153а, 153b и 153с. В альтернативных воплощениях эластомерный чехол 122 может быть также полупроводящей.
Эластомерный чехол 122 может быть изготовлен, например, из состава, включающего фтороэластомер и эпихлоргидрин. Так, например, воплощения эластомерного чехла 122 могут включать от примерно 10 частей до примерно 60 частей фтороэластомера на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера. Воплощения эластомерного чехла 122 могут, например, включать от примерно 40 частей до примерно 90 частей эпихлоргидрина на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера.
Главный кабель 12 и эластомерный чехол 122 может покрывать ограничивающая давление оболочка 157. Ограничивающая давление оболочка 157 может иметь одиночное отверстие на одном конце основной части ограничивающей давление оболочки 157 и множество отверстий на другом конце основной части ограничивающей давление оболочки 157, при этом в одиночное отверстие может проходить главный кабель 12, а через каждый из упомянутого множества отверстий может проходить соответственно один из первых кабелей 153а, 153b и 153с. Может быть также использовано множество ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с, при этом каждый из ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с может покрывать одно из соединений сращивания 150а, 150b и 150с, проводник одного из первых кабелей 153а, 153b и 153с и проводник одного из вторых кабелей 155а, 155b и 155с. Ограничивающая давление оболочка 157 и каждый из ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с могут включать несколько скрученных жил, которые, в частности, могут включать несколько сплетенных проволок.
Для обжима ограничивающей давление оболочки 157 вокруг эластомерного чехла 122, а также для обжима ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с вокруг соединений сращивания 150а, 150b и 150с и участков первых кабелей 153а, 153b и 153с и вторых кабелей 155а, 155b и 155с, в нескольких местах ограничивающей давление оболочки 157 и ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с может быть наложено несколько фиксирующих элементов. Так, например, на ограничивающую давление оболочку 157 может быть наложен по меньшей мере один фиксирующий элемент 158 в месте, радиально ориентированном по отношению к участку основного кабеля 12. Кроме того, на ограничивающие давление рукава 160а, 160b и 160с может быть наложено несколько фиксирующих элементов 166а, 166b, 166с, 168а, 168b и 168с соответственно в местах, радиально ориентированных по отношению к концевым участкам соединений сращивания 150а, 150b и 150с. Кроме того, несколько фиксирующих элементов 162, 164а, 164b и 164с может быть наложено на ограничивающие давление рукава 160а, 160b и 160с вдали от соединений сращивания 150а, 150b и 150с по обе стороны от соединений сращивания 150а, 150b и 150с. В этом смысле на все ограничивающие давление рукава 160а, 160b и 160с, с одной стороны, может быть наложен один общий фиксирующий элемент 162 в одном месте, радиально ориентированном относительно основного кабеля 12, а фиксирующие элементы 164а, 164b и 164с могут быть установлены индивидуально на каждый из ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с на концах ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с, с другой стороны.
Воплощения изобретения могут включать электроизолирующие, практически маслонепроницаемые эластомерные трубки 26а, 26b и 26с. Каждая из эластомерных трубок 26а, 26b и 26с может покрывать часть маслосодержащего слоя одного из первых кабелей 153а, 153b и 153с. Эластомерные трубки 26 могут быть, например, установлены практически на концах первых кабелей 153а, 153b и 153с, и при этом проводники первых кабелей 153а, 153b и 153с могут включать частично открытые центральные проводники, и при этом маслосодержащие слои первых кабелей 153а, 153b и 153с могут содержать частично открытые, маслонепроницаемые, электроизолирующие бумажные слои, окружающие проводники. Каждый из первых кабелей 153а, 153b и 153с может включать также, например, частично открытый полупроводящий слой, окружающий бумажный слой, и свинцовую оболочку, окружающую полупроводящий слой, и при этом каждая из эластомерных трубок 26а, 26b и 26с контактирует с открытыми участками бумажного и полупроводящего слоев одного из первых кабелей 153а, 153b и 153с и охватывает их. На каждый из ограничивающих давление рукавов 160а, 160b и 160с может быть установлен по меньшей мере один фиксирующий элемент (170а, 170b, 170с, 172а, 172b или 172с), в местах, радиально ориентированных относительно участков эластомерных трубок 26а, 26b и 26с. Например, на ограничивающие давление рукава 160а, 160b и 160с может быть установлено по два фиксирующих элемента (170а, 170b, 170с, 172а, 172b и 172с соответственно), в местах, радиально ориентированных относительно концевых участков эластомерных трубок 26а, 26b и 26с.
Эластомерные трубки 26а, 26b и 26с могут быть изготовлены, например, из состава, включающего фтороэластомер и эпихлоргидрин. Так, например, воплощения эластомерных трубок 26а, 26b и 26с могут включать от примерно 10 частей до примерно 60 частей фтороэластомера на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера. Воплощения эластомерных трубок 26а, 26b и 26с могут, например, включать от примерно 40 частей до примерно 90 частей эпихлоргидрина на 100 частей суммарного веса эпихлоргидрина и фтороэластомера.
Несмотря на то, что в данном подробном описании упоминаются в качестве иллюстраций многочисленные конкретные детали изобретения, сведущим в данной области техники очевидно, что возможно внесение прочих изменений и модификаций в изделие, не нарушающих идею и назначение изобретения. Соответственно, изложенное в настоящем подробном описании изобретение представлено не с целью наложения на него каких-либо ограничений. Так, например, ссылки на такие термины, как установлен, подключен, прикреплен, соединен, сцеплен, и т.д. следует рассматривать в более широком смысле, то есть как установка, подключение, прикрепление, соединение сращивания, сцепление и т.д., достигаемые прямо, косвенно и/или структурно. Полное назначение изобретения определяется лишь формулой и ее юридическими эквивалентами.