ВОДООХЛАЖДАЕМЫЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к кабельной технике, а именно к конструкциям водоохлаждаемых кабелей, и может быть использована для токоподводов мощных электропечей, сварочных агрегатов и т.п.
Известен Водоохлаждаемый кабель, включающий наружный рукав, полый сердечник, перфорированный отверстиями, и навитые на сердечник провода (см. патент RU 2333560, Н01В 7/29, опубликован 10.09.2008). В известных водоохлаждаемых кабелях в качестве гасящих (успокаивающих) элементов применяются: пружины, резиновые шланги, различные дополнительные вставки. Применение таких конструктивных элементов ведет к частичному снижению гибкости кабеля, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели по технической сущности, принятым за прототип, является конструкция водоохлаждаемого кабеля, описанная в полезной модели Устройство для ослабления механического напряжения провода в водоохлаждаемом кабеле, включающая металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины (Патент №66122, H02G 15/007 дата публикации 27.08.2007). Такое устройство эффективно только в установившемся режиме работы, когда существует постоянная скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение дифференцированного противодействия ударным нагрузкам при электродинамическом ударе, повышение эффективности теплоотвода.
вх
вых
Для решения поставленной задачи в известном водоохлаждаемом кабеле, включающем металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины, установленный на штуцер наконечника внутри опорного шланга, дополнительный шланг имеет внутренний диаметр различный для мест входа d и выхода охлаждающей жидкости d, определяемый следующими, установленными в результате собственных исследований заявителя эмпирическими зависимостями:
где:
S - площадь сечения условного прохода опорного шланга, кв. мм;
l - длина дополнительного шланга, мм;
1
k - коэффициент, характеризующий вес и длину кабеля;
2
к - коэффициент, характеризующий соотношение расстояния между токопроводами кабельных гирлянд к радиусу изгиба кабеля;
3
k - коэффициент, характеризующий величины номинального тока, пиковых токовых нагрузок, характера шихты, времени расплава шихты;
4
k - коэффициент, характеризующий диаметр дополнительного шланга на входе и длину опорного шланга.
В установившемся режиме работы водоохлаждаемого кабеля в опорном шланге кабеля существуют постоянные скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях. При электродинамическом ударе (экстремальный режим) возникают искривления кабеля в пространстве - «внезапный поворот трубы» в нескольких местах, что вызывает резкое снижение скорости движения охлаждающей воды и как следствие резкое повышение давления в опорном рукаве.
Эффект повышения давления и усиления демпфирующих свойств в экстремальном режиме проявляется за счет рассчитываемых по эмпирическим формулам уменьшенных внутренних диаметров дополнительных шлангов. Это же приводит к повышению эффективности теплоотвода за счет повышения скорости истечения.
Заявляемое устройство, включающее опорный шланг, дополнительный шланг на входе охлаждающей воды, металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, дополнительный шланг на выходе охлаждающей воды, отличается от известных конструкций водоохлаждаемых кабелей тем, что внутренние диаметры дополнительных шлангов на входе и выходе определяются эмпирическими зависимостями.
На фигуре 1 изображено расположение и размеры дополнительных шлангов на входе и выходе воды из кабеля, продольное сечение.
Заявляемое устройство включает в себя наконечники 1, установленные внутри внешнего шланга 2 и соединенные электрически токопроводящими жилами кабеля 3, опорный шланг 4, установленный на штуцеры 5 наконечников 1, и дополнительные шланги расчетной длины 1, обозначенные поз.6 на входе и поз.7 на выходе воды из кабеля. Внутри опорного шланга 4 в указанном на фиг.1 направлении протекает вода для охлаждения токопроводящих жил кабеля 3, расположенных между внешним 2 и опорным 4 шлангами.
вх
вых
Заявляемое устройство реализуется следующим образом. Для каждого типоразмера кабеля по эмпирическим зависимостям рассчитывается внутренний диаметр d дополнительного шланга 6 на входе охлаждающей воды в кабель и внутренний диаметр d дополнительного шланга 7 на выходе воды из кабеля.
В спокойном режиме работы в опорном шланге кабеля устанавливается постоянная скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях.
При электродинамическом ударе (экстремальный режим) возникают искривления кабеля в пространстве - «внезапный поворот трубы» в нескольких местах, что вызывает резкое снижение скорости движения охлаждающей воды и как следствие резкое повышение давления в опорном рукаве. Дополнительные шланги противодействуют этому. Эффект повышения давления и усиления демпфирующих свойств в экстремальном режиме проявляется за счет рассчитываемых по эмпирическим формулам уменьшенных внутренних диаметров дополнительных шлангов.
i
вх
вых
1
1
вх
вх
1
1
1
2
3
4
i
Определение коэффициентов к для установления внутренних диаметров d и d производят следующим образом. Для определения коэффициента k, характеризующего вес и длину готового кабеля, в процессе изготовления опытной партии кабеля длиной L и веса G устанавливают дополнительные шланги расчетной длины 1 различного внутреннего диаметра с тем, чтобы в ходе испытаний выбрать кабели, выдержавшие наибольшее количество моделируемых электродинамических ударов. Затем определяют эмпирический коэффицент k=lxd/S по известным параметрам: 1 - длине дополнительного шланга; d - диаметру дополнительного шланга на входе; S - площади сечения условного прохода опорного шланга. Изготовив несколько кабелей одной длины (веса) и определив интервал оптимальных значений коэффициента k для кабелей с этими параметрами, переходят к определению коэффициента k для кабелей с другими значениями длины (массы). Полученные усредненные значения сводят в таблицу. Например, для коэффициента k получен интервал значений от 1,8 до 2,1. Аналогичные таблицы составляют для кабелей с разным соотношением расстояния между токопроводами кабельных гирлянд и минимального радиуса гиба кабеля (коэффициент k), с разной величиной номинального тока (коэффициент k), для кабелей с разным соотношением внутреннего диаметра дополнительного шланга на входе и длины опорного шланга кабеля (коэффициент К). При изготовлении водоохлаждаемого кабеля по известным параметрам подбирают коэффициенты k и с их использованием определяют по зависимостям  и  сужение дополнительных шлангов на входе и выходе воды из кабеля соответственно, гарантирующие демпфирование при электродинамическом ударе, что существенно повышает надежность и длительность безаварийной работы водоохлаждаемого кабеля.