CN103909638A - 用于交联或硫化细长元件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交联或硫化细长元件的方法和装置，所述方法包括下述步骤：用一层交联材料来涂覆导体元件（12）的挤出步骤（4）；在挤出步骤之后，在硫化管（6）中通过处理已被涂覆的导体元件来进行交联反应的步骤；和冷却已被涂覆的导体元件的冷却步骤（7）。本发明进一步包括一种感应加热设备（10），所述感应加热设备放置在硫化管（6）之后，用来加热已被涂覆的导体元件。

Description

用于交联或硫化细长元件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于交联或硫化细长元件的方法，所述方法包括下述步骤：
用一层交联材料来涂覆导体元件的挤出步骤；
在挤出步骤之后，通过在硫化管中处理已被涂覆的导体单元来进行交联反应的步骤；以及
冷却已被涂覆的导体元件的冷却步骤。
本发明还涉及一种用于交联或硫化细长元件的装置。
背景技术
如上面所述，本发明涉及一种处理细长元件的方法和装置。细长元件在实践中是电缆，即，本发明涉及制造电线和电缆，更具体的是用于高压（HV）电缆和超高压（EHV）电缆。
一种针对中压和高压的能量传输电缆的广泛应用且众所周知的构造包括用一层或几层通常是聚乙烯的塑料材料层进行绝缘的电导体（铜或铝）。这种绝缘体在本身已知的挤压过程中被施加到导体上。
为了提供充分的机械强度和电强度，被挤压的热塑性聚合物交联。一种用于这种目的已知方法是已知的过氧化物交联过程。在这个过程中，催化剂（过氧化物）被加入到热塑性材料中，在温度的作用下，将最终引起化学反应，从而导致聚合物的交联。
一种用来改善上述加热/交联过程的众所周知的方法是在内部加热导体，以使得热也从内部扩散到绝缘体内，并且因此，加速交联反应。导体的这种内部加热通过在导体内部感应产生涡电流来实现。这些感应加热元件已经是已知的并且用了很长时间。所述感应加热元件已经被用作在挤出器头上游（即，当沿着过程的方向看时，在挤出器头之前）的预加热器，以及用作在挤出器头下游且在硫化管之前（即在挤出器头之后且在硫化管之前）而且还沿着硫化管的后加热器。
可以提到已知的现有技术的实例：专利CH644548、专利EP1839319B1和专利申请EP12185803.9。
专利CH644548示出了一种硫化管装置，其中，电缆由压缩气体从外面加热，芯部由沿着硫化管放置的感应加热单元而被加热升温。
专利EP1839319B1描述了一种感应加热设备装置，所述感应加热设备装置放置在挤出头下游、在硫化管开始处。
专利申请EP12185803.9公开了一种装置，所述装置用于在挤压步骤之前用放置在挤出头上游的加热器来感应加热电缆的芯部。
在上面所讨论的文献中描述的装置通常用于制造低压电缆和中压电缆。对于这些电缆，绝缘体厚度相对于导体尺寸较小，绝缘材料即使在被加热升温时也没有趋于在重力作用下围绕芯部流动的明显趋势。
然而，对于高压电缆和超高压电缆的生产，情况则完全不同。
用于HV和EHV芯部的线速非常低（在0.2m/min到5m/min范围内），从而导致在加热段的停留时间长。为了保持外部的半导体层和绝缘层的质量，不得不应用相对低的加热曲线，这意味着实际上较低的线速。
因为这些类型的电缆具有厚的绝缘厚度，所以由小导体来支承绝缘体的相当大的重量。这里，重要的是意识到如果在HV电缆和EHV电缆制造过程中靠近导体的绝缘材料的熔化强度降低，则与下述情况一样，在绝缘材料的熔化强度快速降低时，发生显著下垂并且绝缘体将偏离中心，这是不允许的。
由于所述事实，上面所讨论的已知装置不能用来加速交联反应和提高线速。
发明内容
上面讨论的事项是现有技术存在的问题。本发明的目的是获得一种方法和装置，通过它们，可以解决现有技术的问题。这通过本发明来实现。本发明的方法的特征在于：该方法进一步包括在硫化管之后通过使用感应加热来加热已被涂覆的导体元件的步骤。本发明的装置的特征在于：该装置进一步包括感应加热设备，所述感应加热设备放置在硫化管之后，用来加热已被涂覆的导体元件。
本发明的一种优点在于它解决了上面讨论的现有技术的问题。换句话说，本发明提供一种与现有技术相比可能显著提高线速的方法和装置。
附图说明
下面，将参考附图中示出的实施例来更加详细地描述本发明，附图中，
图1示出了一种已知的硫化生产线的总布置图。
图2示出了一种本发明所使用的硫化生产线的总布置图。
图3a和3b示意性示出了朝向导体并且存在于导体中的20kV与150kV的重力载荷。
图4示出了在图3a和3b中示出的电缆之间的情况的数据。
图5示出了在线速是1.27m/min时没有利用本发明情况下的电缆温度和交联的实例。
图6示出了在线速是1.72m/min时利用本发明情况下的图5的实例。
图7示出了在线速是1.72m/min时没有利用本发明情况下的图5的实例。
图8a示出了在线速是1.72m/min时没有利用本发明情况下在硫化管之后的电缆温度和交联。
图8b示出了与图8a相对比的在绝缘体之后20米处的情况。
图9a示出了在利用本发明时情况下恰好在感应加热设备之后的电缆温度和交联，以及
图9b示出了与图9a相对比的在绝缘体之后20米处的情况。
具体实施方式
图1示出了硫化挤出生产线的总布置图。硫化挤出线包括：送料器1、计量绞盘或者计量履带2、用于导体元件的预加热器3、带有挤出器头的挤出组件4、后加热器5、硫化管6、冷却管7、履带或绞盘8和接收器9。
正如之前所讨论的操作和上面描述的挤压生产线的构造对于本领域技术人员来说是公知的，因此，在这里不详细描述挤压生产线的操作和/或构造。参考在此所提及的事项，例如，预加热器3可放置在计量绞盘2等的上游。
在上面描述的电缆制造过程中，绝缘体不得不以充分低的温度被挤出到导体上，以避免在挤出装置中过早交联，因为这将导致绝缘体的缺陷。
在挤出步骤之后，材料不得不被加热升温到充分高的温度，以在可能最短的时间内启动和完成化学反应。
交联反应在硫化管（即，位于挤出器头下游、环绕被挤出的电缆的管子）中进行，在该管子内部，通过辐射和/或对流热传递来加热电缆。
不论绝缘材料中的热扩散怎么低，靠近导体的聚合物层花费最长的时间来升高温度以及经历期望的化学反应。
如上面所讨论的，用来提高加热/交联过程的众所周知的方法从内部加热导体，以使得热也从内部扩散到所挤出的绝缘材料中，因此加速交联反应。通过使用感应加热程序来实现这种内部加热。
如之前所进一步讨论的，所述内部加热对于具有相对低的绝缘厚度的低压电缆和中压电缆来说工作得很好，但是，这种情况完全不同于具有高绝缘厚度的高压电缆和超高压电缆。在高压电缆和超高压电缆中，涉及到如前面所述的绝缘材料最终下垂的问题。
图2示出了本发明中所使用的硫化管的总布置图。与图1相比，在图2中，用相同的附图标记来表示相应部件。
图2实际上示出了硫化挤出生产线的一部分，即，仅仅示出了理解本发明所需的部分。例如，在图2中没有示出送料器和接收器。当例如查寻图1以及图2时，本领域技术人员无论如何能立即理解图2所示的生产线的结构和操作。
图2中所示的实施例具有：带有挤出器头4和伸缩管的挤出组件；硫化管6；以及冷却管7，在本实施例中冷却管是具有闭环气体冷却能力的装置。用附图标记12示出被引导到挤出器头4的导体元件。
根据本发明的基本思想，还存在感应加热设备10，所述感应加热设备放置在硫化管6之后，用来加热已被涂覆的导体元件，即，本发明的发明点是通过利用感应加热设备在硫化管6之后加热已被涂覆的导体元件。
图2清楚地示出了感应加热设备10已经放置在硫化管下游，即，在硫化管6之后且在冷却管7之前。
正如本发明在上面所讨论的，导体的感应加热设备放置在硫化管6的下游。在过程的这一位置处，交联反应已经充分进行，以使得靠近导体的绝缘体部分地交联，并且刚度或粘度已增加。因此，可通过感应加热设备从导体进行加热升温，进而在没有下垂后果的情况下加速交联的完成。
与没有所述感应加热设备相比，上面描述的事实允许增加线速。所述感应加热设备，即通过使用感应加热设备10以图2所示的方式作为后加热器来完成交联过程，而且还消除之前描述的有害的下垂后果。
图3a、3b和4描述所述下垂后果。图3a和3b示意性示出了指向两个不同导体并且存在于所述两个不同导体中的重力载荷的差别，即具有相同导体直径的20kV的电缆（图3a）和150kV的电缆（图3b）。图3a和3b示出了由于重力所引起的绝缘体中的与剪切应力有关的所述事项。用附图标记12示出导体元件。
在区域B中并且低于导体元件12的绝缘材料由于其自身重力而沿着区域A和区域B之间的分离线产生竖直方向的剪切应力。静止的热的塑料材料将因此具有下沉趋势，丧失绝缘体的对中性和圆度。该下沉趋势一方面取决于剪切应力的水平，另一方面取决于熔化强度，熔化强度进而随着温度升高而降低。
上面所讨论和在图3a和3b中示出的事项在图4中用数据示出。图4的计算是将相同导体元件直径（30.2mm）的20kV电缆情况下的数据与150kV电缆情况下的数据相比较的一个实例。明显的是，在150kV电缆中的重力载荷几乎是20kV电缆的三倍。因此，如果靠近150kV电缆的导体元件的绝缘材料在仍处于热塑性状态时被加热升温，则它将下沉到不可接受的程度。
图5-9示出了与利用和不利用本发明的相同产品相比较的情况的实例。
实例的数据：
铜Ac=630mm2,Uo=150kV
没有感应加热，线速是1.27m/min，达到交联96%（图5）
没有感应加热，线速是1.72m/min，交联为40%（图7、图8a和图8b）
没有感应加热，线速是1.72m/min，达到交联96%（图6、图9a和图9b）
图5、6和7：
曲线：b=导体温度，g=绝缘温度，r=表面温度，b1=交联。参数b、g、r和b1在图5、6和7示出。
X-轴：从十字头到端密封
Y-轴：T=0…300℃/X=0…100%
图5和6：
曲线：r=温度，b1=交联。在图5和6中示出参数r和b1。
X-轴：从导体表面到电缆表面
Y-轴：T=0…300℃/X=0…100%
上面示出的实例证明：与现有技术的技术相比，通过应用本发明可能达到较高的线速。
上面已经通过使用附图中所述的实施例描述了本发明。所示出的实施例并没有打算限制本发明，而是，本发明在权利要求的范围内可以完全自由地改变。所用的硫化生产线可相当自由地形成，即，各个步骤的布置可改变而且也可以有额外的步骤。例如，如果需要的话，已被涂覆的导体元件也可以在冷却步骤之前被加热，即，非常可能在挤出步骤之前提供具有预加热器的硫化生产线。所谓的预加热器可以例如是感应加热设备等。

Claims (6)

1.一种用于硫化或交联细长元件的方法，所述方法包括下述步骤：
用一层交联材料来涂覆导体元件（12）的挤出步骤（4）；
在挤出步骤之后，通过在硫化管（6）中处理已被涂覆的导体元件来进行交联反应的步骤；以及
冷却所述已被涂覆的导体元件的冷却步骤（7），
其特征在于，所述方法进一步包括在硫化管（6）之后通过使用感应加热设备（10）加热所述已被涂覆的导体元件的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却步骤之前进行加热所述已被涂覆的导体元件的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在挤出步骤之前加热所述导体元件（12）的步骤。
4.一种用于硫化或交联细长元件的装置，在所述装置中，导体元件（12）通过使用挤出器头（4）用一层交联材料来涂覆所述细长元件，在挤出器头之后、在硫化管（6）中进行交联反应，通过使用冷却管（7）来冷却已被涂覆的导体元件，其特征在于，所述装置进一步包括感应加热设备（10），所述感应加热设备放置在所述硫化管（6）之后，用来加热所述已被涂覆的导体元件。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述感应加热设备（10）放置在冷却管（7）之前。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括预加热器，所述预加热器放置在挤出器头（4）之前，用来加热所述导体元件。
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