一种耐寒电缆HDPE护套生产用分级冷却系统的制作方法

一种耐寒电缆hdpe护套生产用分级冷却系统
技术领域
1.本实用新型涉及电缆加工技术领域，特别是涉及一种耐寒电缆hdpe护套生产用分级冷却系统。


背景技术：

2.我国的北部地区，特别是青藏高原和黑龙江地区的气候特点是高寒，昼夜温差大，因此，作为电力传输神经系统的电缆常年工作在气候条件恶劣的高寒地域，必须具有优良的防腐、耐寒能力。为此，电缆外护套材料需要选用具有较好耐低温及耐环境应力开裂的高分子材料，本领域常选用hdpe材料，该材料具有较高的密度、力学强度、熔点和硬度。在hdpe中加入适量的碳黑和其它改性剂制成的耐寒电缆的hdpe护套可以大大改善和提高hdpe的性能，使之具备吸湿性小、耐磨、耐寒以及耐环境应力开裂等特点。
3.但是，hdpe护套料密度较大，熔融时粘度也较大，因此要求的挤出温度较高，与lldpe或ldpe护套料的挤出温度相比，温度要提高5～15℃。但又由于耐寒hdpe护套料挤出时剪切力不能太大，否则护套表面会不光滑，而且容易产生气孔、沙坑及针眼等缺陷，所以必须在生产加工过程中消除护套收缩应力，即对护套进行冷却。传统电缆护套冷却一般采用单一水池循环冷却水的方式，该冷却方式无法阶段控制冷却速率，无法满足耐寒hdpe护套料的冷却需求，从而无法消除护套收缩应力，使得护套的机械电气性能降低。
4.因此，本领域技术人员致力于开发一种可以阶段控制护套冷却速率的分级冷却装置。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型公开了一种耐寒电缆hdpe护套生产用分级冷却系统，所要解决的技术问题是提供一种可以阶段控制护套冷却速率的分级冷却装置。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种耐寒电缆hdpe护套生产用分级冷却系统，包括依次设置的一级冷却水池、混水池、二级冷却水池和溢水池，所述一级冷却水池、混水池、二级冷却水池和溢水池内均设有感温装置，一级冷却水池、混水池和二级冷却水池的侧壁上部均设有供护套通过的通过孔；所述混水池的底部设置有加热装置，且混水池的底部设有引回一级冷却水池的第一回水管，混水池的上端设有喷淋装置，溢水池的底部设有引回混水池的第二回水管。
7.优选的，所述溢水池远离二级冷却水池的一侧设有散热池，所述散热池与溢水池之间设有溢水管；所述一级冷却水池靠近混水池的一侧设有溢水孔。
8.优选的，所述喷淋装置包括冷水管，所述冷水管的下端设有喷头主体；所述冷水管由所述散热池引回，冷水管上设有通向二级冷却水池的支水管。
9.优选的，全部所述通过孔同轴向中心线，该轴向中心线向二级冷却水池的一端倾斜，且该轴向中心线与水平线之间的夹角φ为2～7
°
。
10.优选的，所述一级冷却水池内的水温为50～60℃。
11.优选的，所述喷头主体设有柱形的内喷道，所述内喷道的上侧设有雾化喷嘴，内喷道的下侧设有高压喷嘴。
12.优选的，所述内喷道的下侧还设有承托架和回水孔。
13.优选的，所述一级冷却水池、混水池和二级冷却水池的下方均设有支架。
14.优选的，所述一级冷却水池的冷却速率满足如下的公式：
[0015][0016]
δt＝r
护-t
′
护
[0017]
其中，
[0018]v冷却
——一级冷却水池冷却速率；
[0019]
δt——护套经过一级冷却水池的前后温差；
[0020]
δt——护套经过一级冷却水池的冷却时间；
[0021]
d——电缆外径；
[0022]q液
——液体流量；
[0023]cp
——护套比热容；
[0024]
p——护套材料密度；
[0025]
——护套平均厚度；
[0026]
——冷却水冷却系数；
[0027]
γ——水池散热系数(一般取1.02～1.1之间)。
[0028]
所述二级冷却水池远离一级冷却水池的一侧设有收线装置，所述收线装置的收线速度满足如下的公式：
[0029][0030]v收
——收线速度；
[0031]
l
水池
——一级冷却水池长度；
[0032]
δt——护套经过一级冷却水池的冷却时间。
[0033]
本实用新型的有益效果是：
[0034]
通过设置一级冷却水池、混水池和二级冷却水池，可以实现分阶段的控制护套的冷却速率，以严格控制护套的冷却温度，即采用梯度冷却的方法来消除其内应力，避免护套因收缩应力变形，提高护套的机械电气性能。通过设置感温装置进行对温度的时时监控，感温装置可以采用温度计。混水池内的水多数来自于溢水池的返回，也有通过喷淋装置流入的，底部的加热装置用于加热混水池内的水，再将加热后的水通过第一回水管输入一级冷却水池，以便提高一级冷却水池的温度，以满足护套较高的挤出温度时的冷却需求。同时，还通过喷淋装置使初始冷却后的护套平滑进入二级冷却水池，并且还承担降温的作用。
附图说明
[0035]
图1是本实用新型具体实施方式的整体结构示意图；
[0036]
图2是本实用新型的喷淋装置的主视结构示意图；
[0037]
图3是本实用新型的喷淋装置的左视结构示意图。
[0038]
上述附图中：1、一级冷却水池；11、感温装置；12、溢水孔；2、二级冷却水池；3、混水池；31、第一回水管；32、加热装置；4、溢水池；41、溢水管；42、第二回水管；5、散热池；6、喷淋装置；61、冷水管；62、喷头主体；621、内喷道；622、雾化喷嘴；623、高压喷嘴；624、承托架；625、回水孔；63、支水管；7、支架；8、护套。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0040]
如图1所示，本实用新型提供了一种耐寒电缆hdpe护套生产用分级冷却系统，包括依次设置的一级冷却水池1、混水池3、二级冷却水池2和溢水池4，一级冷却水池1、混水池3、二级冷却水池2和溢水池4内均设有感温装置11，一级冷却水池1、混水池3和二级冷却水池2的侧壁上部均设有供护套8通过的通过孔，一级冷却水池1中的冷却水受重力可随电缆一起进入混水池3。混水池3的底部设置有加热装置32，且混水池3的底部设有引回一级冷却水池1的第一回水管31，可以使得一级冷却水池1内的水温保持在为50～60℃的范围。混水池3的上端设有喷淋装置6，溢水池4的底部设有引回混水池3的第二回水管42。
[0041]
护套8经过了一级冷却水池1及中间的喷淋装置6的冷却，在二级冷却水池2中进入二次冷却阶段，此时护套8已完全固化且消除了由于冷却速度过快造成的内应力过大、表面凹凸不平等质量问题，这个阶段需要考虑的是提高冷却效率，降低冷却水消耗，采用直接引用循环水的方式进行冷却。冷却后的水随电缆受重力作用流入溢水池4，溢水池4同时被引入混水池3，进入混水池3的水温一般为30～45℃。
[0042]
此外，一级冷却水池1、混水池3和二级冷却水池2的下方均设有支架7，用以支撑并防止挤压第一回水管31和第二回水管42，第一回水管31、第二回水管42和冷水管61均设有增压泵。
[0043]
在本实施例中，通过设置一级冷却水池1、混水池3和二级冷却水池2，可以实现分阶段的控制护套8的冷却速率，以严格控制hdpe护套8的冷却温度，即采用梯度冷却的方法来消除其内应力，避免护套8因收缩应力变形，提高护套8的机械电气性能。通过设置感温装置11进行对温度的时时监控，感温装置11可以采用温度计。混水池3内的水多数来自于溢水池4的返回，也有通过喷淋装置6流入的，底部的加热装置32用于加热混水池3内的水，再将加热后的水通过第一回水管31输入一级冷却水池1，以便提高一级冷却水池1的温度，以满足hdpe护套8较高的挤出温度时的冷却需求。同时，还通过喷淋装置6使初始冷却后的护套8平滑进入二级冷却水池2，并且还承担降温的作用。一级冷却水池1主要负责护套8的第一阶段的冷却，由于刚挤出的护套8材料温度较高，需要控制该阶段冷却水温度。
[0044]
此外，溢水池4远离二级冷却水池2的一侧设有散热池5，散热池5与溢水池4之间设有溢水管41，用于将溢水池4中的水流入散热池5，在散热池5中将温度降低后再返回用于冷
却，形成水的循环。另一方面，一级冷却水池1靠近混水池3的一侧设有溢水孔12，具体的结构为在护套孔的下方设置有溢水管41道，溢水管41道上有用于溢水的溢水孔12。混水池3的上方为喷淋装置6，一级冷却水池1中的冷却水在喷淋装置6前端受重力以及喷淋装置6水流的影响之间通过前端的溢水孔12流出，以减少一级冷却水池1中的冷却水进入喷淋装置6内影响喷淋装置6冷却效果。
[0045]
如图2所示，喷淋装置6包括冷水管61，冷水管61由散热池5引回，冷水管61上设有通向二级冷却水池2的支水管63，冷水管61的下端设有喷头主体62。喷头主体62设有柱形的内喷道621，内喷道621的上侧设有雾化喷嘴622，内喷道621的下侧设有高压喷嘴623，且内喷道621的下侧还设有承托架624和回水孔625。
[0046]
在本实施例中，电缆通过一级冷却水池1后表面温度仍然较高，无法通过导轮等较硬的承托装置转移到二级冷却水池2，否则容易造成表面擦伤，电缆圆整度低等问题。冷却喷淋装置6一方面降低护套8的温度，另一方面通过设置一定的倾斜角度，具体的，通过孔的轴向中心线向二级冷却水池2的一端倾斜，控制上下喷淋水量的大小以及形状，同时设置冷却水回水孔625等设计，降低电缆转移过程中承托装置对未完全冷却护套8的压力，降低护套8被擦伤的风险。具体的，全部通过孔同轴向中心线，该轴向中心线向二级冷却水池2的一端倾斜，且该轴向中心线与水平线之间的夹角φ为2～7
°
。(本实施例中φ的为大小为5
°
)。同时由于一级冷却水池1溢水水温较高，需要控制喷淋装置6的上下侧的出水压力及出水形状引导一级冷却水池1的溢水通过喷淋装置6前部的溢水孔12进入混水池3。降低了一级冷却水池1的溢出水对喷淋系统冷却效果的影响，同时一级冷却水池1的冷却水过高水温容易使水内的矿物质钙化堵塞喷淋口。
[0047]
具体的，一级冷却水池1的循环水温需要根据电缆尺寸、护套8厚度以及收线速度的不同进行调整，一级冷却水池1的冷却速率满足如下的公式：
[0048][0049]
δt＝t
护-t
′
护
[0050]
其中，
[0051]v冷却
——一级冷却水池冷却速率；
[0052]
δt——护套经过一级冷却水池的前后温差；
[0053]
δt——护套经过一级冷却水池的冷却时间；
[0054]
d——电缆外径；
[0055]q液
——液体流量；
[0056]cp
——护套比热容；
[0057]
p——护套材料密度；
[0058]
——护套平均厚度；
[0059]
——冷却水冷却系数；
[0060]
γ——水池散热系数(一般取1.02～1.1之间)。
[0061]
所述二级冷却水池2远离一级冷却水池1的一侧设有收线装置，所述收线装置的收线速度满足如下的公式：
[0062][0063]v收
——收线速度；
[0064]
l
水池
——一级冷却水池长度；
[0065]
δt——护套经过一级冷却水池的冷却时间。
[0066]
在本实施例中，冷却系数和初始冷却水温有关，以35kv 3
×
150交联聚乙烯绝缘耐寒中压电缆为例进行计算，冷却系数的取值和初始水温之间的关系如下表所示。
[0067][0068]
当取值护套平均厚度4.4mm，耐寒电缆外径106.2mm，一级冷却池水池1长度6.8m，一级冷却水池1水温54℃，环境温度25℃，冷却水流量5l/min，护套挤出后未冷却的平均温度230℃，设计一级冷却水池1出线电缆护套表面温度为90℃，收线速度为3m/min，聚烯烃护套料的热容为2.3j/g℃，密度为0.91g/cm3，水池散热系数取1.03。
[0069]
按如下公式计算
[0070][0071]v冷却
＝1.05℃/s。
[0072]
按照如下公式验证，
[0073][0074]v冷却
＝1.03℃/s，与测试结果接近。生产实测一级冷却水池1出水电缆表面平均温度92℃，与设计表面温度90℃接近，满足生产需求。
[0075]
本实施方式不仅适用于耐寒电缆护套生产，还适用于挤出温度较高，对护套性能要求较高，对护套冷却后应力敏感的特种电缆护套的生产。
[0076]
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。