ОБМОТОЧНЫЙ ПРОВОД

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике а именно конструкции изолированных электрических обмоточных проводов, основное назначение которых - электродвигатели погружных электроустановок - таких, как нефтяные и водные насосы, электробуры, другие специальные погружные устройства.
Специфической особенностью погружных электроустановок является то, что обмотки их двигателей непосредственно подвергаются воздействию перекачиваемой жидкости. В связи с этим принципиальными особенностями обмоточных проводов указанной области применения по сравнению с другими областями являются:
- повышенная электрическая прочность изоляции;
- химическая стойкость к воздействию масел, нефтепродуктов, щелочей, кислот, спиртов и других агрессивных сред;
- высокая механическая прочность в связи со значительными растягивающими, истирающими и режущими нагрузками в процессе изготовления статоров электродвигателей;
- длительная эксплуатация в условиях высоких температур.
Конструктивно электрические обмоточные провода представляют собой одно- или многопроволочную токопроводящую жилу с изоляцией. Изоляция может быть выполнена одним из двух способов: обмоткой изоляционными лентами с последующим запеканием слоев полимерных лент или экструзией (выдавливанием изоляционного полимера, нагретого до температуры плавления).
В качестве полимерных материалов изоляции обмоточных электрических проводов для погружных электродвигателей используются, как правило, полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, поливинилхлорид, фторопласт, эмаль.
Наибольшее распространение получили следующие типы изоляции (см Месенжик Я.З., Осягин А.А. “Кабели и провода для геофизических, гидрологических исследований и добычи полезных ископаемых”, Энциклопедический справочник, том 1 - Тверь: Издательство ГЭРС, - 2002, с, 289-297);
- двухслойная из полиэтиленовых лент низкой и высокой плотности;
- двухслойная из двух материалов - полиэтилена и полипропилена;
- двухслойная из эмали и поливинилхлоридного пластиката;
- многослойная (до 5 слоев) ленточная из разных типов фторопластовых или полиимидно-фторопластовых пленок;
- однослойная монолитная изоляция из экструдированного слоя фторопласта;
- двухслойная из пленки фторопласта одной марки и экструдированного слоя из фторопласта другой марки и др.
На практике наибольшее применение при изготовлении статоров нефтепогружных электронасосов находят обмоточные электрические провода марки ППИ-У, выпускаемые отечественными кабельными заводами по ТУ 16-705.159-80. Провод выполнен из токопроводящей медной жилы и двух слоев полиимиднофторопластовой пленки отечественного или импортного производства с последующей термической обработкой.
Известен также применяющийся в промышленности обмоточный электрический провод, выпускаемый по тем же ТУ 16-705.159-80, состоящий из токопроводящей медной жилы, первого изоляционного слоя выполненного методом эмалирования из полиамидимидного лака и второй слой из односторонней полиимиднофторопластовой пленки с последующей термообработкой. Марка провода ПЭИ-200. Однако провод обладает довольно низкими техническими характеристиками.
Улучшение технических характеристик обмоточных электрических проводов для погружных электродвигателей идет в основном по пути использования новых материалов изоляции и усовершенствований технологии их нанесения при этом важным показателем является также и уменьшение цены изделия.
Известен обмоточный электрический провод, содержащий токопроводящую жилу, изолированную полиамидно-фторопластовой пленкой (патент RU №63105 на полезную модель, МПК Н01В 3/30).
Известен обмоточный электрический провод, содержащий токопроводящую жилу, покрытую полимерной изоляцией, выполненной из ароматического полиэфирэфиркетона (патент RU на полезную модель №83872 МПК Н01В 3/30, Н01В 7/00).
В предпочтительном варианте исполнения провода токопроводящая жила выполнена из меди. Этот провод обладает комплексом высоких эксплуатационных характеристик.
Ароматический полиэфирэфиркетон является известным полимером и может примененяться в качестве материала конструкционного назначения в различных технологиях, он дает много преимуществ производителям и фирмам-изготовителям комплектного оборудования, а также открывает новые перспективы для целого ряда сегментов рынка, от электроники, изоляции проводов и кабелей, до авиационно-космической промышленности, а также при производстве полупроводников и в автомобильной промышленности (Rev. Plast. Mol., 1989, v.40, No 391, p.120). Во всех этих случаях, использование материалов на основе ароматического полиэфирэфиркетона (торговые названия: VICTREX (полиэфирэфиркетон PEEK), VICOTE, пленка APTIV, производимая с использованием полимера VICTREX) может способствовать снижению системных издержек, помочь улучшить эксплуатационные характеристики.
Показатель теплостойкости, характеризующий максимально допустимую температуру длительной эксплуатации провода изготовленного с изоляцией из ароматического полиэфирэфиркетона составляет 250°С, а кратковременной эксплуатации - 300°С.
Однако, недостатком всех выше перечисленных проводов является их недостаточно высокие технические характеристики.
Наиболее близким техническим решением является электрический повод, который также может использоваться как обмоточный, содержащий токопроводящую жилу, с изоляцией из экструдированного радиационно модифицированного фторполимера (патент RU на полезную модель №63107 «Монтажный электрический провод», МПК H01B 3/30).
Технология изготовления такого провода включает облучение изоляции из фторполимера (сополимера тетрафторэтилена с этиленом), в результате которого радиационное модифицирование фторполимера увеличивает прочность изоляции. Однако эта технология имеет существенные недостатки.
При облучении изоляции электронами в присутствии кислорода часть энергии излучения затрачивается на окисление. Скорость деструкции полимера под влиянием кислорода увеличивается, а скорость сшивания уменьшается. Радиационное окисление поверхности и объема полимера существенно ухудшает электрофизические и механические характеристики изоляции, что особенно проявляется при повышении температуры. Температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления изоляции при облучении на воздухе выше, чем при облучении в инертной среде. В этих случаях существенно различаются так же абсолютные значения диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления изоляции (см. рис.29б, табл.21) (стр.211, прил.2) («Кабели для газовой промышленности» Я.З. Месенжник, издательство ФАН - Узбекской ССР, Ташкент, 1972 г.
3
Поэтому целесообразно проводить такое облучение в инертной среде. Однако, в камерах, где производится обработка изоляции электронным облучением, создание бескислородной среды в объеме камеры более 18 м с большим количеством технологических проемов требует серьезных технических решений и капиталовложений (Г.П.Макиенко «Кабели и провода, применяемые в нефтегазовой индустрии», стр.127, прил.1).
Заявляемая полезная модель решает задачу усовершенствования конструкции провода путем улучшения его технических характеристик, влияющих на работоспособность провода в условиях повышенных температур и механических нагрузок, при этом снижены затраты на их производство.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой полезной модели, является улучшение технических характеристик провода, которые позволяют ему выдерживать более высокие механические и температурные нагрузки, сохраняя при этом все другие улучшенные характеристики, свойственные аналогам.
Этот технический результат достигается тем, что обмоточный провод, содержащий токопроводящую жилу, с изоляцией из радиационномодифицированного фторполимера, в соответствии с заявляемой полезной моделью, содержит второй слой изоляции из подвергнутого воздействию электронов полиэфирэфиркетона. При этом наиболее оптимальным является отношение толщины первого слоя изоляции провода к толщине второго слоя, равное 1-1,1.
Технология изготовления такого провода может быть следующей. Изготавливают токопроводящую жилу предпочтительно из электротехнической меди. Такая токопроводящая жила соответствует ТУ 16.К71-087-90 - проволока медная круглая марки ММ.
Накладывают методом экструзии первый слой изоляции толщиной 0,20+/-0,03 мм - фторполимер, например модифицированный фторполимер марки Hyflon MFA F 1530, производства голландской фирмы “Solvay”, которая производит его по собственным требованиям; или фторполимер марки “Teflon” FEP-100, или “Tefzel-750” выпускаемый концерном “Dupont”, по собственным требованиям, или модифицированный фторполимер марки 4МБ-Б, выпускаемый Кировочепецким Химкомбинатом РФ по ТУ 301-05-73-90. Температура на экструдере по зонам устанавливается от 360 до 430 гр.С, скорость экструзии от 10 до 16 м/мин (в зависимости от диаметра провода).
Затем накладывают второй слой изоляции из полиэфирэфиркетона методом обмотки, например, две ленты пленки марки Aptiv 1000G-0,008 мм или Aptiv 1000G-0,012 мм производства английской фирмы “Victrex (“Victrex Manufacturing Limited”) по собственным техническим требованиям, с перекрытием образующим толщину изоляционного слоя не выводящую диаметр провода за пределы допуска согласно ТУ 16-705.159-80. Скорость изолирования 2-4 м/мин при ширине изоляционной ленты 8-12 мм (в зависимости от диаметра провода). Затем термообрабатывают при температуре 365-395 гр.С, протягивая через камеру термоагрегата со скоростью 3-4,5 м/мин (в зависимости от диаметра жилы провода).
Второй слой изоляции может быть наложен также методом экструзии. При этом для второго слоя может быть использован гранулированный полиэфирэфиркетон марки Victretx 381G, производства английской фирмы “Victrex” (“Victrex Manufacturing Limited”). Толщина второго слоя 0,22+/-0,03 мм. Геометрические размеры применяемых обмоточных проводов соответствуют действующим ТУ 16 705.159-80. Температура на экструдере по зонам устанавливается от 390 до 450 грС, при скорости экструзии 8-12 м/мин. (в зависимости от диаметра провода).
Наложение изоляции с помощью экструзионного оборудования производят в соответствии со следующим технологическим циклом. С отдающего барабана проволока поступает через нагревательное устройство в экструдер, где осуществляется наложение изоляции. Затем посредством тягового устройства провод через емкость с охлаждающей жидкостью поступает на приемный барабан.
После наложения второго слоя изоляции провод подвергают радиационной обработке под воздействием электронов в импульсном линейном ускорителе ИЛУ.
При этом первый слой изоляции является бескислородно радиационно модифицированным фторполимером, поскольку доступ воздуха к первому слою изоляции исключен. При этом наличие в конструкции провода материала второго внешнего слоя, подвергнутого воздействию электронов, существенно улучшает технические характеристики провода (см. табл.).
Таблица 1
Наименование характеристик
Обмоточные провода
Выпускаемый по ТУ 16-705.159-80 марки ППИ-У
С изоляцией из полиэфир-эфиркетона без радиационной обработки
Прототип с изоляцией из радиационно модифицир фторопласта
Заявляемый провод
В возд. среде
В инерт. среде
2
3
4
6
1
Интервал рабочих температур (долговрем. воздейст.) °С
(-60)-(+200)
(-40)-(250)
(-40)-(180)
(-40)-(220)
(-60)-(+260)
2
Интервал рабочих температур (кратковрем. воздейст.) °С
(-60)-(+220)
(-60)-(300)
(-60)-(200)
(-60)-(250)
(-60)-(+330)
3
Температура плавления полимера °С
310
340
310
370
410
Электрическое сопротивление
200
260
170
270
350
4
изоляции (пересчитанное на 1 км длины) Мом.
5
Пробивное напряжение изоляции кВ (измеряемое по ГОСТ 2990-88)
12
18
10
20
28
6
Пробивное напряжение на проход кВ. (измеряемое по ГОСТ 2990-88)
8
8
6
8
12
7
Механическая прочность на истирание (число обратно-поступательных ходов иглы по ГОСТ 15634.2-70.
150
450
130
400
600
Сущность полезной модели поясняется рисунком.
Провод содержит токопроводящую жилу 1 из меди или другого проводящего материала, а также слой изоляции 2 из радиационномодифицированного под воздействием электронно-лучевой сшивки фторполимера, помещенного в оболочку из слоя изоляции 3 из полиэфирэфиркетона, подвергнутого воздействию направленного пучка электронов в ускорителе.
Из провода можно изготавливать многожильные кабели.
Заявляемый провод обладает комплексом высоких эксплуатационных характеристик превосходящих имеющиеся сегодня лучшие аналоги (таблица 1).
Материал изоляции относится по критерию огнестойкости к трудногорючим материалам, благодаря чему провод выдерживает тесты международных стандартов, как провод с ограниченной опасностью пожара.