CN103177822A

CN103177822A - 基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置

Info

Publication number: CN103177822A
Application number: CN2011104585985A
Authority: CN
Inventors: 赵洪; 路一萍; 李迎; 王暄; 郝广平; 郑海峰; 姜喜双; 袁明杰
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明涉及一种基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置。 对于紫外交联设备，良好冷却效果的冷却系统是急需解决的问题。本发明的 组成包括：控制柜（1），所述的控制柜控制一个交联辐照单元（2）或者两个以上串联在一起的交联辐照单元（2），所述的交联辐照单元包括壳体（3），壳体上具有出风口（4）通过排风管道（5）连接排风风机（6），电缆（7）由入缆口（8）进入壳体然后沿其轴线由出缆口（9）穿出，壳体沿周向均布一组整流箱（10），整流箱里面安装弧形反光罩（11），每个整流箱对应有进风口（12）通过进风管道（13）连接进风风机（14），反光罩里面装有紫外灯源（15），热电偶（16）穿过整流箱和反光罩并且头部靠近紫外灯源。本发明用于电缆紫外光交联辐照设备冷却。

Description

基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置

技术领域：

本发明涉及一种适用电缆紫外光交联辐照设备冷却的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置。

背景技术：

低压配电和装备用交联聚乙烯电缆是大宗量的电缆产品，每年消耗绝缘材料20余万吨，聚乙烯的交联工艺是交联电缆生产的关键环节。目前，国内外工业界主要应用硅烷交联和电子束辐照交联工艺制造低压交联聚乙烯绝缘电缆。高能电子束辐照交联的生产设备投资较大，操作维护复杂，安全防护要求高，挤出和交联工艺不连续，生产效率低，加工成本较高。用硅烷交联技术制造交联电缆，生产周期长（需要数小时水煮，自交联硅烷电缆需要几天时间才能交联），能耗较高，占用生产场地大，硅烷交联用材料融体黏度大，挤出流动性差，生产时易存在少量预交联情况，停机后需清理螺杆和机头, 劳动强度和材料浪费大。对于目前广泛需求的低烟无卤交联型绝缘电缆，用硅烷交联技术制造有较大困难。

紫外光辐照交联是一种交联电缆生产的新工艺。国外学者自50年前提出这个概念后，直到上世纪90年代，人们才找到高效光引发剂。

在电线电缆紫外交联工艺中，紫外辐照系统中各相关部分对冷却的要求如下：

（1）辐照区对冷却的要求：

对于一个装有三个6kW紫外灯源的三灯辐照单元，除了紫外辐射，根据辐射源50%红外份额，70%通量聚焦估算，电缆交联区在一个辐照单元48cm 长度会接受到约6kW辐射热功率，125W/cm的线功率密度, 每厘米电缆在加工过程中如经过3个辐照单元，要接受1.8kW的热辐射，为防止材料瞬时热破坏，需要较强的冷却。而被加工材料聚乙烯是常温下的半结晶材料，透光性差，在110℃以上的温度下，结晶融化，透明度高，有利于紫外交联，所以对交联过程中的材料又不能冷却过度。

（2）紫外灯源对冷却的要求：

紫外灯源（高压汞灯）需要一定的温度保证汞蒸汽放电形成等离子体，才具有较高的紫外辐射效率。但石英材料制成的管壁在460℃以上加速析晶过程，影响紫外透射率，必须对灯源进行控温冷却，因此对紫外灯源的要求是将温度控制在一定范围内。

（3）反光罩对冷却的要求：

为提高紫外线的利用效率，在紫外灯源的后面加装反光罩，对紫外线进行发射聚焦，该反射罩过热会发生变形，影响辐射能量聚焦，其温度应保持在300℃以下。

（4）辐照箱对通风的要求：

电缆交联是在紫外光辐照下发生的，但在紫外光的作用下，辐照区的氧气会生成臭氧，臭氧在高温作用下快速分解，但在辐照箱中驻留的时间内不足以完全分解，故由交联辐照箱中排出携带臭氧的热空气应直接通过风路排出室外。

我国学者瞿保钧课题组对紫外光交联技术进行了长期研究。但先期制造的紫外光辐照装置辐照效率低、辐照源寿命短、生产速度慢，达不到经济生产速度，故紫外光辐照交联设备限制了新技术的推广使用。

根据目前的紫外光源技术，被线状聚焦的辐射光成分中50%为红外分量，被加工电缆绝缘将受到强烈的热辐射，在紫外交联的过程中就有可能被损坏，故如何控制紫外光源和辐照交联区的温度对电缆交联质量是非常重要的，因此对于紫外交联设备，良好冷却效果的冷却系统是急需解决的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，该装置的冷却介质采用室温气流，其特殊结构使气流在电缆交联辐照区产生若干股矩形气射流，共同对电缆辐照区进行冷却，并完成对紫外灯源和反光罩的冷却，以紫外辐射灯源的温度为控制基准，能够同时满足紫外辐照系统中各相关部分对冷却的要求。

上述目的通过以下技术方案实现：

基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其组成包括：控制柜，所述的控制柜控制一个交联辐照单元或者两个以上串联在一起的交联辐照单元，所述的交联辐照单元包括壳体，所述的壳体上具有出风口通过排风管道连接排风风机，电缆由入缆口进入所述的壳体然后沿其轴线由出缆口穿出，所述的壳体沿周向均布一组整流箱，所述的整流箱里面安装弧形反光罩，每个所述的整流箱对应有进风口通过进风管道连接进风风机，所述的反光罩里面装有紫外灯源，热电偶穿过所述的整流箱和反光罩并且头部靠近紫外灯源。

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的控制柜上装有控制所述的进风风机的进风变频器、控制所述的排风风机的排风变频器以及与所述的热电偶连接的温控仪表和显示仪表。

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的弧形反光罩固定在所述的整流箱的外壳上，且与所述的整流箱的外壳间的狭缝形成两个矩形射流喷嘴，所述的整流箱里面安装分流板将整流箱分为两个部分，一部分与进风口连通，另一部分与射流喷嘴连通。

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的进风口处装有调风板。

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的交联辐射单元的壳体为多棱柱体或圆柱体，所述的壳体由固定在机架上的箱座与相对于箱座能够开合的上箱盖组成。

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的串联在一起的交联辐照单元中相邻两个交联辐照单元的进风口周向布置的相位差为60°。

基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，包括：冷却介质采用室温气流，每个辐照单元均配备单独的冷却系统，冷却介质采用室温气流，每个辐照单元均配备单独的冷却系统，气流在冷却过程中依次通过进风风机、辐照单元风道入口、整流箱，然后以射流的形式依次对交联辐照区、紫外辐射灯源和反光罩进行冷却，最后通过辐照箱排风口和排风风机排出室外，冷却过程中，由温控仪表通过变频器自动调整风机驱动电动机的供电频率，冷却系统采用的是闭环反馈控制。

上述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，所述的反光罩为流道的一部分，在气流进入交联辐照区之前完成对反光罩的一次冷却；保证气流先通过交联辐照区，对交联电缆的冷却效果，然后经过反射和绕流的气体中，部分吹向灯源并对其完成冷却功能，部分吹向反光罩并对反光罩进行二次冷却；射流之前的风道中为正压，射流之后的风道中为负压，保证含有臭氧和经过热交换的气体直接排出室外而不进入生产车间；该辐照单元可根据需要沿轴向进行组合。

基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，首先通过温控仪表设定基准温度，然后启动辐照系统，同单元中一组紫外灯源的温度能够由显示仪表实时显示，当其中一个紫外灯源的温度达到某一小于基准温度的值时即A值时，进风风机和排风风机同时启动，冷却气流开始流动，当其中一个紫外灯源的温度超过A值一定量时，经温控仪表进行的PID计算，然后发出指令，通过进风变频器和排风变频器增大进风风机的电动机和排风风机的电动机的供电频率，进而增大进风风机和排风风机的排风量，增强冷却效果，从而使基准紫外灯源的温度降低，在冷却气流的作用下，其他紫外灯源的温度同时降低，直至基准紫外灯源的温度接近A值，在温控仪表的控制下，冷却气流量递减，减弱冷却效果；反之，如果其中一个紫外灯源的温度低于A值一定量时，经温控仪表进行PID计算，然后发出指令，通过进风变频器和排风变频器减小进风风机的电动机和排风风机的电动机的供电频率，进而减少进风风机和排风风机的排风量，减弱冷却效果，从而使基准紫外灯源的温度升高，在冷却气流的作用下，其他两个紫外灯源的温度同时升高，直至基准紫外灯源的温度接近A值，在温控仪表的控制下，冷却气流量递增，增强冷却效果；如此反复，从而达到一个动态平衡的冷却过程。

有益效果：

1.本发明由于温控的需要，冷却介质采用室温气流，每个辐照单元均配备单独的冷却系统。冷却系统中，气流在冷却过程中依次通过进风风机、辐照单元风道入口、整流箱，然后以射流的形式依次对交联辐照区、紫外辐射灯源和反光罩进行冷却，最后通过辐照箱排风口和排风风机排出室外。该冷却系统的温控目标是紫外灯源的实际温度，根据灯源的实际温度，由温控仪表通过变频器自动调整风机驱动电动机的供电频率，以达到调整冷却介质流量的目的，因此冷却系统采用的是闭环反馈控制原理。以紫外辐射灯源温度为控制基准，这样既保证了紫外光的正常产生，又能达到其他的冷却要求；反光罩为流道的一部分，在气流进入交联辐照区之前完成对反光罩的一次冷却；保证气流先通过交联辐照区，对交联电缆的冷却效果好，然后经过反射和绕流的气体中，部分吹向灯源并对其完成冷却功能，部分吹向反光罩并对反光罩进行二次冷却；射流之前的风道中为正压，射流之后的风道中为负压，保证含有臭氧和经过热交换的气体直接排出室外而不进入生产车间；该辐照单元可根据需要沿轴向进行任意数量的组合；该冷却系统还适用于立式交联辐照箱。

本发明在安装调试同单元中三个紫外光源温度达到温差之后，无论冷却气流的进气温度如何，在冷却过程中均能使三个灯源的温差始终处于允许的范围。

[0019] 附图说明：

图1：电缆紫外交联辐照单元的正视图。

图2：图1的左视图。

图3：交联辐照单元的冷却原理图。

图4：整流箱立体图。

图5：图1的B-B剖面俯视展开图。

图6：图1的B-B剖面仰视展开图。

图7：与图1中所示的电缆紫外交联辐照单元的进风口周向布置的相位差为60°的电缆紫外交联辐照单元。

图8：图7的左视图。

图9：整流箱横截面的速度云图。

图10：整流箱对轴截面的速度云图。

图11：交联辐照单元轴向冷却效果图。

图12：两个紫外辐射单元的组合。

图13：三个紫外辐射单元的组合。

图14：四个紫外辐射单元的组合。

图中1.控制柜 2.交联辐照单元 3.壳体 4.出风口 5. 排风管道 6.排风风机

7.电缆 8.入缆口 9.出缆口 10.整流箱 11.反光罩 12.进风口 13.进风管道 14.进风风机 15.紫外灯源 16.热电偶 17.进风变频器 18.排风变频器 19.温控仪表 20.显示仪表 21.射流喷嘴 22.分流板 23.调风板 24.箱座 25.上箱盖。

具体实施方式：

实施例1：

基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其组成包括：控制柜1，所述的控制柜控制一个交联辐照单元2或者两个以上串联在一起的交联辐照单元2，所述的交联辐照单元包括壳体3，所述的壳体上具有出风口4通过排风管道5连接排风风机6，电缆7由入缆口8进入所述的壳体然后沿其轴线由出缆口9穿出，所述的壳体沿周向均布一组整流箱10，所述的整流箱里面安装弧形反光罩11，每个所述的整流箱对应有进风口12通过进风管道13连接进风风机14，所述的反光罩里面装有紫外灯源15，热电偶16穿过所述的整流箱和反光罩并且头部靠近紫外灯源。

实施例2：

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的控制柜上装有控制所述的进风风机的进风变频器17、控制所述的排风风机的排风变频器18以及与所述的热电偶连接的温控仪表19和显示仪表20。温控仪表能够读取交联辐照单元中热电偶的热信号，该信号能够反映其对应的紫外灯源的实际温度，此温度是温控仪表的控制基准。交联辐照单元的一组热电偶的热信号均能传递给显示仪表，通过显示仪表可以实时读取该单元中紫外灯源的实际温度。通过进风变频器与排风变频器，可分别控制进风电动机和排风电动机的转速，以达到调整进风流量和排风流量，从而达到对交联辐照单元中的反光罩、交联辐照区和紫外灯源进行冷却的目的。

实施例3：

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的弧形反光罩固定在所述的整流箱的外壳上，且与所述的整流箱的外壳间的狭缝形成两个矩形射流喷嘴21，所述的整流箱里面安装分流板22将整流箱分为两个部分，一部分与进风口连通，另一部分与射流喷嘴连通。

实施例4：

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的进风口处装有调风板23。

实施例5：

所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，所述的交联辐射单元的壳体为多棱柱体或圆柱体，所述的壳体由固定在机架上的箱座24与相对于箱座能够开合的上箱盖25组成。

实施例6：

工作过程：

以每个交联辐照单元中安装三个整流箱为例进行说明：如图3所示：

由进风风机加压鼓入的室温气流，通过进风管道，分别由各个整流箱的进风口进入整流箱中，在整流箱中，经分流板分流后，从整流箱外壳两侧边与反光罩两侧边形成的两个矩形射流喷嘴喷出，与相邻整流箱射流喷嘴喷出的气流共同形成轴线正对电缆的气体射流，在此过程中，气流直接冲刷反光罩的背面，形成对反光罩的一次降温，三股射流经过相互作用和电缆的反射，构成三股反射气流，分别吹向三个紫外灯源和反光罩，形成对紫外灯源的降温和反光罩的二次冷却，之后在排风风机的作用下，经过热交换的气体由出风口和排风管道，在排风风机的作用下排出室外。在流动冷却过程中，自进风风机始，至射流喷嘴的气路中，气流均为正压，该区气体中不含臭氧；自射流喷嘴开始，至排风风机为止，包括交联辐照箱中除整流箱所有容积均为气体负压区，在该区中，含有由紫外线作用产生的臭氧，由于负压的作用，臭氧只能沿排风管道，经由排风风机排出室外，而不会发生外泄现象。

在冷却系统的冷却作用下，处于同一个单元中的三个紫外灯管源的温度应接近，且满足温度范围要求，因此必须在安装调试时能够分别对灯源冷却的气流量进行相对调整，以使三个灯源的温度达到要求。该过程是通过分别调整三个进风管中调风板的角度达到的，调风板的角度增大，该管中的气流量相对增大，反之，则相对减少。

以每个交联辐照单元中安装三个整流箱为例进行说明：如图3所示，说明对三个灯源的相对冷却气流量的调节过程：

通过显示仪表，可实时观察三个灯源的温度，规定三个整流箱中的灯源分别为1号灯源、2号灯源、3号灯源。当1号灯源温度最高，则调小1号挡风板或同时增大2号挡风板和3号挡风板的角度，然后通过显示仪表观察调整后三个灯管的相对温度；如果1号灯源的温度最低，则调大1号挡风板或同时减小2号挡风板和3号挡风板的角度，然后通过显示仪表20观察调整后三个灯管的相对温度。同理，如其他灯管的温度最高或最低时，仍按此步骤进行调整，调整差值的大小可根据经验确定，如此经过多次调整操作后，即可使处于同一区中的三个灯管的温度达到允许的温差范围。

实施例7：

实施例8：

Claims

1.一种基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其组成包括：控制柜，其特征是：所述的控制柜控制一个交联辐照单元或者两个以上串联在一起的交联辐照单元，所述的交联辐照单元包括壳体，所述的壳体上具有出风口通过排风管道连接排风风机，电缆由入缆口进入所述的壳体然后沿其轴线由出缆口穿出，所述的壳体沿周向均布一组整流箱，所述的整流箱里面安装弧形反光罩，每个所述的整流箱对应有进风口通过进风管道连接进风风机，所述的反光罩里面装有紫外灯源，热电偶穿过所述的整流箱和反光罩并且头部靠近紫外灯源。

2.根据权利要求1所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其特征是：所述的控制柜上装有控制所述的进风风机的进风变频器、控制所述的排风风机的排风变频器以及与所述的热电偶连接的温控仪表和显示仪表。

3.根据权利要求1或2所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其特征是：所述的弧形反光罩固定在所述的整流箱的外壳上，且与所述的整流箱的外壳间的狭缝形成两个矩形射流喷嘴，所述的整流箱里面安装分流板将整流箱分为两个部分，一部分与进风口连通，另一部分与射流喷嘴连通。

4.根据权利要求1或2所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其特征是：所述的进风口处装有调风板,所述的交联辐射单元的壳体为多棱柱体或圆柱体，所述的壳体由固定在机架上的箱座与相对于箱座能够开合的上箱盖组成,所述的串联在一起的交联辐照单元中相邻两个交联辐照单元的进风口周向布置的相位差为60°。

5.根据权利要求3所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照冷却装置，其特征是：所述的进风口处装有调风板,所述的交联辐射单元的壳体为多棱柱体或圆柱体，所述的壳体由固定在机架上的箱座与相对于箱座能够开合的上箱盖组成,所述的串联在一起的交联辐照单元中相邻两个交联辐照单元的进风口周向布置的相位差为60°。

6. 一种基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，包括：冷却介质采用室温气流，每个辐照单元均配备单独的冷却系统，其特征是：冷却介质采用室温气流，每个辐照单元均配备单独的冷却系统，气流在冷却过程中依次通过进风风机、辐照单元风道入口、整流箱，然后以射流的形式依次对交联辐照区、紫外辐射灯源和反光罩进行冷却，最后通过辐照箱排风口和排风风机排出室外，冷却过程中，由温控仪表通过变频器自动调整风机驱动电动机的供电频率，冷却系统采用的是闭环反馈控制。

7. 根据权利要求6所述的基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，其特征是：所述的反光罩为流道的一部分，在气流进入交联辐照区之前完成对反光罩的一次冷却；保证气流先通过交联辐照区，对交联电缆的冷却效果，然后经过反射和绕流的气体中，部分吹向灯源并对其完成冷却功能，部分吹向反光罩并对反光罩进行二次冷却；射流之前的风道中为正压，射流之后的风道中为负压，保证含有臭氧和经过热交换的气体直接排出室外而不进入生产车间；该辐照单元可根据需要沿轴向进行组合。

8. 一种基于气流的低压聚乙烯电缆辐照的冷却方法，其特征是：首先通过温控仪表设定基准温度，然后启动辐照系统，同单元中一组紫外灯源的温度能够由显示仪表实时显示，当其中一个紫外灯源的温度达到某一小于基准温度的值时即A值时，进风风机和排风风机同时启动，冷却气流开始流动，当其中一个紫外灯源的温度超过A值一定量时，经温控仪表进行的PID计算，然后发出指令，通过进风变频器和排风变频器增大进风风机的电动机和排风风机的电动机的供电频率，进而增大进风风机和排风风机的排风量，增强冷却效果，从而使基准紫外灯源的温度降低，在冷却气流的作用下，其他紫外灯源的温度同时降低，直至基准紫外灯源的温度接近A值，在温控仪表的控制下，冷却气流量递减，减弱冷却效果；反之，如果其中一个紫外灯源的温度低于A值一定量时，经温控仪表进行PID计算，然后发出指令，通过进风变频器和排风变频器减小进风风机的电动机和排风风机的电动机的供电频率，进而减少进风风机和排风风机的排风量，减弱冷却效果，从而使基准紫外灯源的温度升高，在冷却气流的作用下，其他两个紫外灯源的温度同时升高，直至基准紫外灯源的温度接近A值，在温控仪表的控制下，冷却气流量递增，增强冷却效果；如此反复，从而达到一个动态平衡的冷却过程。