KR101909735B1 - 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템 - Google Patents

수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전단에서 선재가 공급되어 기설정된 기준속도로 상기 선재를 후단으로 이송시키는 제1인취부와, 상기 제1인취부에서 이송되는 상기 선재가 통과되어 상기 선재의 외측에 일정 두께의 절연층을 피복시키는 압출헤드와, 상기 절연층이 피복된 선재가 일방향으로 통과되면서 상기 절연층을 냉각시키는 냉각라인을 포함하는 압출 케이블 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1인취부와 상기 압출헤드 사이에 설치되어 상기 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제1안내롤러와, 상기 냉각라인상에 설치되어 상기 압출헤드에서 절연층이 피복된 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제2안내롤러와, 상기 제1안내롤러와 상기 제2안내롤러 사이에 설치되어 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러로 이동되는 선재의 처짐량을 검출하는 처짐검출부와, 상기 냉각라인의 후단에 설치되어 일정 속도로 상기 절연층이 피복된 선재를 인취하는 제2인취부와, 상기 처짐검출부에서 검출된 값에 기초하여 상기 제2인취부의 인취속도를 결정하여 상기 선재의 처짐정도를 조절하여 상기 선재가 상기 제1, 제2안내롤러상에서 특정 현수커브 형상을 이루도록 제어하는 현수커브제어부를 포함하여, 상기 제1, 제2안내롤러가 동일한 높이선상에 위치하여 상기 선재가 수평라인을 따라 이동되되, 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러까지 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않고 상기 제1, 제2안내롤러에 매달린 상태로 하방으로 일정높이로 쳐진 현수구조로 이동되는 비접촉구간이 형성되며, 상기 현수커브제어부에서는 상기 비접촉구간 내에서 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않도록 상기 처짐검출부에 검출된 값이 기설정된 임계범위값을 초과할 경우에 상기 제2인취부의 인취속도를 제어한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 선재를 수평라인으로 배치시키고 현수커브 제어를 통해 압출헤드를 통해 절연층이 피복된 선재가 냉각수조의 바닥면에 비접촉되는 최대구간을 확보하여 고속으로 전선 케이블을 생산할 수 있어, 제품 생산속도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 현수커브 제어에 의해 냉각수조 내에 배치되는 전선 케이블의 형상을 미리 설정하고, 이에 따른 다양한 형태의 냉각방식을 채택할 수 있어 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템{A Cooling system of extruded cable using the horizontality catenary control}
본 발명은 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선재를 수평으로 배치시키고 수평상태에서 짧은 구간에서의 현수커브 제어를 통해 선재에 피복되는 절연층이 냉각수조 내에서 비접촉되는 최대구간을 확보하여 고속으로 전선 케이블을 생산할 수 있는 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고압 케이블의 절연층으로 폴리에틸렌(PE)을 주로 사용하게 되는데, 이러한 폴리에틸렌은 분자고리가 직선형으로 110 ~ 115℃에서 녹는다. 이에 따라 도체 온도를 70℃ 이내로 하여 사용될 수 밖에 없어, 이러한 문제점을 개선하기 위해 선형 분자고리끼리 망상구조로 연결시켜 케이블 피복부분의 내유성 등 기타 화학적 내성이 발현될 수 있도록 하는 가교 공정을 거치게 된다.
이러한 가교 공정은 수가교, 조사가교 및 화학가교 등이 있는데 일반적으로 고압전선의 제조에는 과산화물로 이루어진 가교제를 폴리에틸렌(PE)에 섞어 고온 고압 상태로 가교시키는 화학가교를 주로 많이 사용하고 있다.
도 1은 종래 화학가교를 적용한 전선 케이블 생산 설비 시스템에 관한 공정도이다.
도면을 참조하면, 설비라인의 우측 상부층에 전선 케이블 압출라인(100)이 배치되고, 압출라인(100)을 통해 절연층이 피복된 전선 케이블이 좌측 하방으로 경사진 가교라인(200)을 통해 이동되면서 열처리가 이루어진다. 이러한 가교라인(200)에서는 전선 케이블의 외층을 가열하여 화학적 특성을 높이도록 한다. 그리고 가교라인(200)을 거친 전선 케이블은 냉각라인(300)을 통해 냉각과정을 거쳐 완제품으로 생산되도록 한다.
이러한 폴리에틸렌(PE)을 이용한 전선 케이블의 압출온도는 대략 100℃ 이하이고, 가교온도는 대략 120 ~ 130℃ 정도로 일정 구간동안 가교가 이루어져야 하며 특히 절연층의 두께가 두꺼워질 경우에는 고온에서 자중에 의해 표면의 처짐이 발생하게 되는데, 이러한 현상을 방지하기 위해 압출라인을 수직방향으로 설계하거나 도면에서와 같이 상부에서 일측 하방으로 쳐진 가교라인(200)을 배치시켜 전선 케이블이 가교공정을 거치면서 압출되도록 한다.
이와 같이 전선 케이블에 화학가교를 적용한 전선 케이블 생산 설비 시스템은 도면에 도시된 바와 같이 대략 생산라인 길이가 150 ~ 200m 정도, 설비높이가 12 ~ 25m 가량으로 상당히 큰 규모의 설비시스템으로 이루어지며, 가교공정을 거쳐야 해서 제품 생산속도가 느리고, 작업 비용이 많이 소요되어 경제성이 취약하게 되는 문제점이 발생된다.
또한, 종래의 화학가교방법은 압출단계에서 가교제를 미리 혼합시켜 케이블을 압출한 다음, 가열하면 화학가교반응이 일어나는데, 이러한 가교공정에 의해 가열된 폴리에틸렌(PE)은 재생이 불가능하여 압출과정에서 제품불량이 발생되면 바로 폐기시켜야 해서 심각한 환경오염을 유발시키게 된다.
최근에는 이러한 절연층으로 사용되는 폴리에틸렌(PE)의 단점을 극복하고 재사용이 가능한 소재에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
이에 아이소택틱(isotactic) 구조를 가지는 폴리프로필렌(PP)을 전선 케이블의 절연층 피복으로 이용하는 방안이 연구되고 있는데, 이러한 폴리프로필렌(PP)은 녹는점이 165℃로 재사용이 가능할 뿐만 아니라 폴리에틸렌(PE)과는 달리 별도의 가교공정이 필요치 않아 생산속도의 향상을 기대할 수 있으나, 이러한 폴리프로필렌(PP)은 압출온도가 220℃로 종래의 폴리에틸렌(PE) 보다 더 높은 온도에서 압출되어야 하며, 종래의 폴리에틸렌(PE)은 화학가교를 위해 가교관을 통과한 절연층에 20℃ 정도의 냉각수로 고화시키면 되나 폴리프로필렌(PP)은 재질 특성상 압출후 급냉시킬 수 없어 낮은 속도로 서냉시켜야 하는 문제점이 발생되어, 결국 생산속도를 종래보다 향상시킬 수 없게 된다.
따라서, 이러한 폴리프로필렌(PP)을 이용하여 전선 케이블을 압출시킬 경우에는 생산성을 높이기 위해서는 냉각처리 과정이 매우 중요한 문제로 대두되며, 이러한 폴리프로필렌(PP)이 절연층으로 피복된 전선 케이블의 효율적인 냉각 시스템에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
한국등록특허 제 1492790호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선재를 수평으로 배치시키고 현수커브 제어를 통해 선재에 피복되는 절연층이 냉각수조 내에서 비접촉되는 최대구간을 확보할 수 있도록 하여 고속으로 전선 케이블을 연속적으로 인출할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각수조 내에서 절연층이 피복되는 선재가 이루게 되는 현수커브 형상을 미리 설정하고, 이에 따른 다양한 형태의 냉각방식을 채택하여 냉각효과를 극대화시키도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 전단에서 선재가 공급되어 기설정된 기준속도로 상기 선재를 후단으로 이송시키는 제1인취부와, 상기 제1인취부에서 이송되는 상기 선재가 통과되어 상기 선재의 외측에 일정 두께의 절연층을 피복시키는 압출헤드와, 상기 절연층이 피복된 선재가 일방향으로 통과되면서 상기 절연층을 냉각시키는 냉각라인을 포함하는 압출 케이블 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1인취부와 상기 압출헤드 사이에 설치되어 상기 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제1안내롤러와, 상기 냉각라인상에 설치되어 상기 압출헤드에서 절연층이 피복된 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제2안내롤러와, 상기 제1안내롤러와 상기 제2안내롤러 사이에 설치되어 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러로 이동되는 선재의 처짐량을 검출하는 처짐검출부와, 상기 냉각라인의 후단에 설치되어 일정 속도로 상기 절연층이 피복된 선재를 인취하는 제2인취부와, 상기 처짐검출부에서 검출된 값에 기초하여 상기 제2인취부의 인취속도를 결정하여 상기 선재의 처짐정도를 조절하여 상기 선재가 상기 제1, 제2안내롤러상에서 특정 현수커브 형상을 이루도록 제어하는 현수커브제어부를 포함하여, 상기 제1, 제2안내롤러가 동일한 높이선상에 위치하여 상기 선재가 수평라인을 따라 이동되되, 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러까지 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않고 상기 제1, 제2안내롤러에 매달린 상태로 하방으로 일정높이로 쳐진 현수구조로 이동되는 비접촉구간이 형성되며, 상기 현수커브제어부에서는 상기 비접촉구간 내에서 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않도록 상기 처짐검출부에 검출된 값이 기설정된 임계범위값을 초과할 경우에 상기 제2인취부의 인취속도를 제어한다.
아울러, 상기 선재와 상기 선재에 피복되는 절연층의 두께 및 각 재질 특성에 따라 상기 압출헤드에서 피복된 절연층이 상기 냉각라인을 따라 이동되면서 상기 절연층의 표면이 일정 온도 범위내로 유지되는 구간을 결정하는 냉각길이결정 제어모듈을 더 포함하여, 상기 냉각길이결정 제어모듈에서 결정되는 냉각길이에 기초하여 상기 비접촉구간의 길이를 설정한다.
여기서, 상기 냉각길이결정 제어모듈은 길이방향으로 설치되는 냉각라인의 구간별로 선재의 온도와, 상기 선재에 피복되는 절연층의 내부온도와, 상기 절연층의 표면온도를 검출하는 온도검출블럭을 각각 포함하여, 상기 각 온도검출블럭에서 검출된 온도값을 기초로 각 온도값이 각 임계값 이하로 유지되는 최소구간이 냉각길이로 결정된다.
아울러, 상기 제2안내롤러는 상하길이방향으로 높이조절 가능하도록 설치되되, 상기 냉각라인의 길이방향을 따라 복수개 설치되며, 상기 냉각길이결정 제어모듈에서 결정된 냉각길이와 상기 현수커브제어부에 의해 설정된 상기 선재의 현수커브 형상에 기초하여 상기 냉각라인의 길이방향으로 설치되는 상기 각 제2안내롤러의 높이가 조절되어 상기 비접촉구간의 길이에 대응되는 위치에 설치되는 제2안내롤러에 상기 선재에 피복된 절연층 표면이 접촉된다.
또한, 상기 압출헤드는 상기 현수커브제어부에 의해 결정되는 선재의 처짐상태에 의해 일정각도로 경사배치된다.
더욱이, 상기 냉각라인은 길이방향을 따라 형성된 냉각수조 내측으로 냉각수가 공급되며, 상기 절연층이 피복된 선재가 상기 냉각수조 내로 이동되면서 상기 냉각수에 의해 냉각되되, 상기 압출헤드의 후단에 설치되며 상기 냉각수조의 상부에서 상기 냉각수조 내측으로 일정량의 냉각수가 적하되는 적하수단이 상기 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 설치되어, 상기 압출헤드에서 절연층이 피복된 선재가 상기 냉각수조 내측에서 길이방향을 따라 이동되면서 상기 절연층의 표면으로 냉각수가 적하되는 적하식 냉각라인과, 상기 적하식 냉각라인의 후단에 설치되며 상기 냉각수조의 상부에서 상기 냉각수조 내측으로 냉각수를 분사시키는 분사노즐이 상기 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 복수개 설치되어, 상기 적하식 냉각라인을 통과한 선재가 냉각수조 내에서 일부 침지된 상태로 후단으로 이동되면서 상기 분사노즐에서 냉각수가 분사되는 반침분사식 냉각라인과, 상기 반침분사식 냉각라인의 후단에 설치되어 상기 반침분사식 냉각라인을 통과한 선재가 냉각수조 내에서 절연층 전체면이 냉각수에 침지된 상태로 냉각수조의 후단으로 이동되는 침지식 냉각라인을 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 선재를 수평라인으로 배치시키고 현수커브 제어를 통해 압출헤드를 통해 절연층이 피복된 선재가 냉각수조의 바닥면에 비접촉되는 최대구간을 확보하여 고속으로 전선 케이블을 생산할 수 있어, 제품 생산속도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 현수커브 제어에 의해 냉각수조 내에 배치되는 전선 케이블의 형상을 미리 설정하고, 이에 따른 다양한 형태의 냉각방식을 채택할 수 있어 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 화학가교를 적용한 전선 케이블 생산 설비 시스템에 관한 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 주요구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 측단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 평단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 A부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 B부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각라인을 냉각방식에 따라 도식화한 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 따른 적하식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 반침분사식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 침지식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 냉각길이결정 제어모듈에 의해 냉각길이가 계산되는 방법을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 주요구성을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 측단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템의 평단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 A부분을 상세히 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3의 B부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템은 제1인취부(10), 압출헤드(20), 냉각라인(30), 제1,제2 안내롤러(41, 42), 처짐검출부(50), 제2인취부(60) 및 현수커브제어부(70)를 포함하여 구성된다.
제1인취부(10)는 도면에는 도시되지 않았으나 전단에 선재(a)가 권취되어 있는 권취드럼으로부터 선재(a)가 공급되며 작업자가 지정한 기준속도로 선재(a)를 후단으로 이송시키게 된다.
압출헤드(20)는 제1인취부(10)에서 기준속도로 이송되고 있는 선재(a)가 통과되어 선재(a)의 외측에 일정 두께의 절연층(b)을 피복시킨다.
냉각라인(30)은 압출헤드(20)의 후단에 설치되어 절연층(b)이 피복된 선재(a)가 일방향으로 통과되면서 절연층(b)을 냉각시키게 된다.
제1안내롤러(41)는 제1인취부(10)와 압출헤드(20) 사이에 설치되어, 선재(a)가 제1안내롤러(41)에 지지되면서 후방으로 슬라이딩 이동된다. 그리고 제2안내롤러(42)는 냉각라인(30)상에 설치되어 압출헤드(20)에서 절연층(b)이 피복된 선재(a)가 제2안내롤러(42)에 접촉되어 후방으로 슬라이딩 이동된다.
이러한 제1, 제2안내롤러(41, 42)는 일정 높이선상에 설치되어 선재(a)가 냉각라인(30)의 길이방향을 따라 수평을 이루며 이동되되, 제1안내롤러(41)에서 제2안내롤러(42)까지 선재(a)에 피복된 절연층(b)의 표면이 냉각라인(30)의 바닥면에 접촉되지 않고 제1, 제2안내롤러(41, 42)에 매달린 상태로 중력에 의해 중심부가 하방으로 쳐진 현수커브 형상을 이루는 비접촉구간이 형성된다.
아울러, 제2안내롤러(42)는 비접촉구간내에서 선재가 이루게 되는 현수커브 형상에 의해 상하길이방향으로 높이조절 가능하게 설치되며, 냉각라인(30)의 길이방향을 따라 복수개 설치된다.
처짐검출부(50)는 제1안내롤러(41)와 제2안내롤러(42) 사이 즉 비접촉구간 내에 설치되어, 제1안내롤러(41)에서 제2안내롤러(42)로 이동되는 선재(a)의 처짐량을 검출한다. 도면에서는 처짐검출부(50)의 단부에 설치된 롤러가 절연층(b)의 상부표면에 접촉되며, 이러한 접촉각을 측정하여 처짐량을 검출하도록 하나, 이외 다른 센서검출 방식을 통해 다양하게 기울기가 측정될 수 있다.
제2인취부(60)는 냉각라인(30)의 후단에 설치되어 제어에 의해 일정 속도로 절연층(b)이 피복된 선재(a)를 후단으로 인출되도록 한다.
현수커브제어부(70)는 처짐검출부(50)에서 검출된 기울기값에 기초하여 제2인취부(60)의 인취속도를 결정함에 의해 선재(a)의 처짐정도를 제어하도록 하는데, 이러한 현수커브제어부(70)는 비접촉구간 내에서 선재(a)에 피복된 절연층(b)의 표면이 냉각라인(30)의 바닥면에 접촉되지 않도록 처짐검출부(50)에서 검출된 기울기값이 기설정된 임계범위값을 초과할 경우 제2인취부(60)의 인취속도를 제어한다.예를 들어 설명하자면, 기울기값이 커서 처짐량이 많으면 인취속도를 더 빨리하여 처짐량을 줄이도록 하고 기울기값이 너무 작아 처짐량이 적으면 다시 인취속도를 느리게 하여 일정 처짐량을 유지하도록 제어한다.
즉, 현수커브제어부(70)는 제1, 제2안내롤러(41, 42) 사이 비접촉구간내에서서 하방으로 쳐지게 되는 선재(a)가 일정한 현수커브 형상이 유지되도록 제어하게 된다.
이러한 현수커브 제어는 선재(a)가 냉각라인(30)의 바닥면에 접촉되지 않는 최대한의 길이를 가지는 비접촉구간으로 설정되는데, 이는 절연층(b)이 제2안내롤러(42)에 접촉하여 표면이 변형되지 않을만큼 경화시키기 위해서는 냉각수조 내에 머무르게 되는 최소한의 냉각시간이 필요로 하게 된다.
이에, 상기와 같이 비접촉구간을 최대한으로 길게 설정하여 선재(a)가 냉각라인(30)을 따라 고속으로 이동하여도 충분한 냉각시간을 확보할 수 있게 된다.
아울러, 선재(a)가 이루는 현수커브 형상이 일정 형상으로 유지되도록 제어됨에 의해 냉각라인(30) 내에서 선재(a)의 이동경로가 미리 설정되어 반침, 침지 등의 다양한 방식으로 미리 냉각라인(30)을 설계하여 냉각효율을 높일 수 있다. 이는 후술되는 냉각라인(30)의 구성에서 자세히 설명하도록 한다.
이러한 절연층(b)이 피복된 선재(a)(케이블)의 처짐량은 아래의 수학식 1에서와 같이 제1, 제2안내롤러(41, 42) 사이의 비접촉구간의 거리(s)와 절연층(b)이 피복된 선재(a)(케이블)의 단위중량(Wkg/m) 및 장력(Tkg)에 의해 결정된다.
Figure 112017024095484-pat00001
상기와 같은 수학식 1에 의해 케이블 처짐량이 미리 계산되어지며, 이러한 케이블 처짐량은 냉각라인(30)의 냉각수조의 깊이와 비교하여 비접촉구간을 최대한 확보할 수 있도록 한다.
아울러, 케이블 지지거리 즉, 비접촉구간의 거리는 선재(a)에 피복된 절연층(b) 표면이 냉각라인(30)을 통과하면서 어느 정도 경화되어 제2안내롤러(42)에 접촉되더라도 표면이 변형되지 않도록 할 수 있는 최소거리를 의미하며, 이러한 비접촉구간은 냉각길이결정 제어모듈(80)에서 설정하도록 한다.
냉각길이결정 제어모듈(80)은 온도검출블럭(81)을 포함하여 선재(a)와 선재(a)에 피복된 절연층(b)의 각 부분의 온도를 검출하여 냉각길이를 결정하도록 하며, 이는 도면을 통해 후술되는 냉각길이 설정방법에서 더욱 자세히 설명하도록 한다.
상기의 냉각길이결정 제어모듈(80)에서 결정된 최소 냉각길이에 기초하여 현수커브제어부(70)에 일정 현수커브 형상을 이루는 최대길이의 비접촉구간이 설정되면, 냉각라인(30)의 길이방향을 따라 복수개 설치되는 각 제2안내롤러(42)의 높이가 각각 일정하게 조절되며, 비접촉구간의 길이에 대응되는 위치에 설치되는 제2안내롤러(42)가 선재(a)가 이루는 현수커브형상과 대응되도록 높이조절되어 선재(a)의 피복된 절연층(b) 표면이 제2안내롤러(42)에 접촉된다.
이와 같이, 현수커브제어부(70)에 의해 최대한의 비접촉구간을 확보하여, 짧은 구간내에 안내롤러를 구비할 필요가 없어 고속으로 전선 케이블을 연속적으로 인출할 수 있게 된다.
아울러, 압출헤드(20)는 현수커브제어부(70)에 의해 결정되는 선재(a)의 처점상태에 의해 선재(a)의 경사도에 맞춰 일정각도로 경사배치시킨다.
아래에서는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각라인(30)의 냉각방식에 대해 더욱 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각라인을 냉각방식에 따라 도식화한 블럭도이고, 도 8은 본 발명에 따른 적하식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 반침분사식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 침지식 냉각라인을 상세하게 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각라인(30)은 길이방향을 따라 형성된 냉각수조 내측으로 냉각수가 공급되고, 절연층(b)이 피복된 선재(a)가 냉각수조 내로 이동되면서 냉각수에 의해 냉각된다. 이러한 냉각수조는 하부에서 순환파이프를 통해 물이 냉각수조 내측으로 유입되며, 냉각수조 양측에 일정 높이의 물막이를 설치하여 냉각수의 수위가 결정된다.
이러한 본 발명에 따른 냉각라인(30)은 압출헤드(20) 후단에서 냉각방식을 달리하여 적하식 냉각라인(31)과 반침분사식 냉각라인(32) 및 침지식 냉각라인(33)이 연속적으로 설치된다.
적하식 냉각라인(31)은 압출헤드(20)의 후단에 설치되어 압출헤드(20)로부터 절연층(b)이 피복되어 나오는 선재(a)를 냉각시키게 되는데, 200℃ 이상으로 가열된 절연층(b) 표면에 차가운 냉각수가 갑자기 접촉되면 절연층(b)의 표면에 기포가 발생되어 외관이 손상되므로 서냉을 위해 대략 50 ~ 70℃ 정도의 고온수로 이루어진 물방울을 절연층(b)의 표면으로 떨어뜨려 냉각시키도록 한다.
이를 위해 냉각수조의 상부에서 냉각수조 내측으로 일정량의 냉각수 물방울이 적하되도록 적하수단(31a)이 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 복수개 설치된다. 아울러, 적하식 냉각라인(31)은 냉각수조 내측에 순환파이프를 통해 냉각수가 유입되지 않고 적하수단(31a)에 의해 상부에서 공급되도록 하고, 적하식 냉각라인(31)의 후단에서는 냉각수에 일부 침지될 수도 있도록 하여 급랭을 피하면서 냉각효과를 나타내도록 한다.
반침분사식 냉각라인(32)은 적하식 냉각라인(31)의 후단에 설치되며 냉각수조 하부에서 순환파이프를 통해 냉각수가 일부 유입되며 냉각수조의 상부에서 냉각수조 내측으로 냉각수를 분사시키는 분사노즐(32a)이 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 복수개 설치된다. 이러한 반침분사식 냉각라인(32)은 선재(a)가 적하식 냉각라인(31)를 통과하여 절연층(b) 표면이 어느 정도 식혀진 다음, 반침분사식 냉각라인(32)의 냉각수조 내측에 담겨진 냉각수에 일부 침지된 상태로 후단으로 이동되며, 이때 상부에 설치된 분사노즐(32a)에 의해 분사되는 냉각수가 냉각수에 일부 침지된 절연층(b)의 표면으로 접촉되면서 활발한 대류현상을 일으켜 냉각효율을 높이도록 한다.
침지식 냉각라인(33)은 반침분사식 냉각라인(32)의 후단에 설치되어 반침분사식 냉각라인(32)을 통과한 선재(a)가 냉각수조 내에서 절연층(b)의 전체면이 냉각수에 침지되도록 냉각수조의 양측에 일정 높이의 물막이(34)를 설치하고 상부에는 절연층(b)이 피복된 선재(a)가 냉각수 수면위로 상승하지 않도록 상부커버(34a)를 설치한다.
전술한 바와 같이 본 발명은 현수커브제어부(70)에 의해 선재(a)가 이루는 일정한 현수커브 형상을 미리 설정할 수 있어 적극적으로 적하식, 반침 분사식 및 침지식으로 냉각라인(30)을 일정 길이로 미리 설계할 수 있게 된다. 아울러 선재(a)의 처짐정도에 따라 적하식 냉각라인(31)의 후단에 물막이(34)의 높이를 조절하여 적하식 냉각라인(31)의 후단부부터 침지식 또는 반침식으로 다양하게 구성하여 냉각효율을 극대화 시킬 수 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 냉각길이 계산방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명에 따른 냉각길이결정 제어모듈에 의해 냉각길이가 계산되는 방법을 도시한 도면으로, 도 11의 (A)는 절연층(b)이 피복된 선재(a)의 온도를 검출하는 부분을 나타낸 도면이고, 도 11의 (B)는 각 부분의 온도값을 표로 나타낸 도면이고, 도 11의 (C)는 각 부분의 온도값을 그래프로 도시한 도면이다.
냉각길이결정 제어모듈(80)은 선재(a)와 선재(a)에 피복되는 절연층(b)의 두께 및 각 재질특성에 따라 압출헤드(20)에서 피복된 절연층(b)이 냉각라인(30)을 따라 이동되면서 절연층(b)의 표면이 안내롤러에 닿더라도 절연층(b)의 표면 형상이 변형되지 않을 정도로 일정 온도 이하로 냉각된 구간을 결정하게 되는데, 길이방향으로 설치되는 냉각라인의 구간별로 선재(a)의 온도와 선재(a)에 피복되는 절연층(b)의 내부온도와 절연층(b)의 표면온도를 각각 검출하는 온도검출블럭(81)을 포함하여 각 온도검출블럭(81)에서 검출된 온도값을 기초로 각 온도값이 각 임계값 이하로 유지되는 최소구간을 냉각길이로 설정한다.
예를 들어 도 11의 (a)에서 전선 케이블의 규격을 설정하고 시뮬레이션을 통해 각 부분의 초기 온도값을 설정하게 된다. 즉 압출당시 선재(a)의 초기온도는 20℃, 절연층(b)의 내부온도는 210℃, 절연층의 표면온도는 210℃로 설정하고 냉각라인의 구간별로 통과되면서 변화하는 온도값을 시뮬레이션 한다.
도 11의 (b)와 (c)는 구간마다 변화되는 온도값을 표와 그래프로 나타낸 것으로 Tc는 선재(a)의 온도값, Ti는 절연층(b) 내부온도값, Ts는 절연층 표면 온도값을 나타낸다.
도 11의 (c)의 그래프를 보면 절연층 표면 온도(Ts)는 냉각라인 초기구간부터 급격하게 떨어지다 10m구간부터는 30℃ 미만으로 떨어지게 되며, 절연층 내부온도(Ti)는 냉각라인을 따라 천천히 온도값이 떨어지기 시작하여 20m 구간 근방에서 을 지나면서 110℃ 정도로 떨어지며, 선재의 온도값(Tc)은 초기온도값보다 냉각라인을 지나면서 점차 온도가 올라가는 것을 알 수 있다. 이는 선재(a)의 표면에 저척되는 고온의 절연층(b)에 의해 일시적으로 가열되는 현상으로 20m 정도 떨어진 구간에서는 완만게 온도가 상승하는 것으로 나타난다.
이와 같이 냉각라인의 길이방향을 따라 이동되면서 변화되는 각 온도값을 작업자가 미리 설정해둔 기준 임계값 이내로 들어서는 최소거리의 구간을 냉각길이로 설정하게 된다.
이러한 냉각길이는 절연층(b)의 표면이 변형되지 않을 최소 냉각구간으로 현수커브 제어부(70)에서는 최소 냉각구간을 확보하면서도 비접촉되는 최대구간을 산출하도록 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템을 이용한 케이블 냉각방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템은 먼저 제품으로 생산될 전선 케이블의 선재(a) 및 절연층(b) 재질 및 두께 등의 규격을 판단한 다음, 작업자가 해당 규격에 따른 최소 냉각길이를 냉각길이결정 제어모듈(80)을 통해 결정한다.
냉각길이결정 제어모듈(80)을 통해 결정된 최소 냉각길이는 현수커브제어부(70)에서 선재(a)의 처짐량에 따른 최대길이를 가지는 비접촉구간을 산출하게 된다. 이러한 비접촉구간은 냉각수조의 최대깊이에 대응하여 전술한 [수학식 1]을 통해 전선 케이블의 단위하중 및 장력에 따른 전선 케이블의 처짐량에 의해 산출되며, 이에 따라 선재(a)가 이루게 되는 현수커브 형상을 미리 알 수 있게 된다.
이렇게 미리 계산된 선재(a)의 현수커브 형상에 의해 압출헤드(20)의 경사 및 냉각라인(30)의 길이와 냉각방식을 결정하여 압출헤드(20)를 일정경사로 배치시키고 일정 모듈의 냉각수조를 냉각라인(30)의 길이에 맞춰 결합시켜 냉각라인(30)을 구축하도록 한다.
상기와 같이 전선 케이블의 규격에 맞춰 냉각 시스템을 구축시킨 다음, 작업자가 선재(a)가 공급되는 기준속도를 설정하고 제1인취부(10)를 통해 선재(a)를 후단으로 공급시킴과 함께 냉각라인(30)의 후단에 설치되는 제2인취부(60)에서도 제1인취부(10)와 동일한 속도로 인출하도록 한다.
이렇게 제1인취부(10)에서 공급되는 선재(a)는 제1안내롤러(41)상에서 접촉되어 슬라이딩되면서 압출헤드(20)로 공급되며, 압출헤드(20)에서 200℃ 이상의 고온으로 선재(a)의 외측에 일정 두께의 절연층(b)을 피복시키고, 냉각라인(30)을 통과하면서 선재(a)에 피복된 절연층(b)을 냉각시키도록 한다.
이러한 냉각과정은 선재(a)가 먼저 압출헤드(20)의 후단에 배치되는 적하식 냉각라인(31)을 통과되면서 일정 온도의 냉각수 물방울이 절연층(b)의 표면으로 적하되어 절연층(b)의 표면온도를 낮추도록 한다. 그런 다음 반침분사식 냉각라인(32)을 통과하면서 절연층(b)이 냉각수에 일부 침지되며 상부에서는 분사노즐(32a)을 통해 냉각수가 분사되어 냉각효율을 높이도록 하며, 이후 침지식 냉각라인(33)을 통과하면서 절연층(b)을 경화시킨다.
이러한 냉각과정 중에 처짐검출부(50)에서는 선재(a)의 처짐량을 상시 검출하도록 하여 처짐량을 현수커브제어부(70)로 전송하고, 현수커브제어부(70)에서는 임계값과 비교하여 제2인취부(60)의 인취속도를 재조정하도록 하며, 이에 따라 선재(a)가 이루는 현수커브 형상이 일정하게 유지되도록 한다.
상기와 같이 본 발명은 현수제어 방식으로 수평방향으로 전선 케이블을 배치시키고 선재(a)에 피복되는 절연층(b)의 표면이 외부접촉에 의해 변형되지 않을 수 있는 최소 냉각길이를 계산하고, 현수커브제어부(70)에서는 이러한 냉각길이를 기초로 선재(a)가 현수커브 형상을 이루는 최대길이의 비접촉구간을 설정하고 이러한 현수커브 형상에 대응되는 다양한 냉각방식의 냉각라인(30)을 수평방향으로 구축하도록 한다. 아울러, 처짐검출부(50)에서 냉각수조 내로 이동간에 전선 케이블의 처짐량을 상시 검출하고 처짐정도에 따라 제2인취부(60)의 인취속도를 제어하여 절연층(b) 표면이 바닥에 접촉되지 않고 고속으로 전선 케이블을 연속생산할 수 있게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 제1인취부
20 : 압출헤드
30 : 냉각라인 31 : 적하식 냉각라인
31a : 적하수단 32 : 반침분사식 냉각라인
32a : 분사노즐 33 : 침지식 냉각라인
34 : 물막이
41 : 제1안내롤러 42 : 제2안내롤러
50 : 처짐검출부
60 : 제2인취부
70 : 현수커브제어부
80 : 냉각길이결정 제어모듈 81 : 온도검출블럭
a : 선재 b : 절연층

Claims (6)

  1. 전단에서 선재가 공급되어 기설정된 기준속도로 상기 선재를 후단으로 이송시키는 제1인취부와, 상기 제1인취부에서 이송되는 상기 선재가 통과되어 상기 선재의 외측에 일정 두께의 절연층을 피복시키는 압출헤드와, 상기 절연층이 피복된 선재가 일방향으로 통과되면서 상기 절연층을 냉각시키는 냉각라인을 포함하는 압출 케이블 냉각 시스템에 있어서,
    상기 제1인취부와 상기 압출헤드 사이에 설치되어 상기 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제1안내롤러와,
    상기 냉각라인상에 설치되어 상기 압출헤드에서 절연층이 피복된 선재가 접촉되면서 후방으로 슬라이딩 이동되는 제2안내롤러와,
    상기 제1안내롤러와 상기 제2안내롤러 사이에 설치되어 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러로 이동되는 선재의 처짐량을 검출하는 처짐검출부와,
    상기 냉각라인의 후단에 설치되어 일정 속도로 상기 절연층이 피복된 선재를 인취하는 제2인취부와,
    상기 처짐검출부에서 검출된 값에 기초하여 상기 제2인취부의 인취속도를 결정하여 상기 선재의 처짐정도를 조절하여 상기 선재가 상기 제1, 제2안내롤러상에서 특정 현수커브 형상을 이루도록 제어하는 현수커브제어부를 포함하여,
    상기 제1, 제2안내롤러가 동일한 높이선상에 위치하여 상기 선재가 수평라인을 따라 이동되되, 상기 제1안내롤러에서 상기 제2안내롤러까지 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않고 상기 제1, 제2안내롤러에 매달린 상태로 하방으로 일정높이로 쳐진 현수구조로 이동되는 비접촉구간이 형성되며,
    상기 현수커브제어부에서는 상기 비접촉구간 내에서 상기 선재에 피복된 절연층의 표면이 상기 냉각라인의 바닥면에 접촉되지 않도록 상기 처짐검출부에 검출된 값이 기설정된 임계범위값을 초과할 경우에 상기 제2인취부의 인취속도를 제어하며,
    상기 선재와 상기 선재에 피복되는 절연층의 두께 및 각 재질 특성에 따라 상기 압출헤드에서 피복된 절연층이 상기 냉각라인을 따라 이동되면서 상기 절연층의 표면이 일정 온도 범위내로 유지되는 구간을 결정하는 냉각길이결정 제어모듈을 더 포함하여, 상기 냉각길이결정 제어모듈에서 결정되는 냉각길이에 기초하여 상기 비접촉구간의 길이를 설정하되,
    상기 냉각길이결정 제어모듈은
    길이방향으로 설치되는 냉각라인의 구간별로 선재의 온도와, 상기 선재에 피복되는 절연층의 내부온도와, 상기 절연층의 표면온도를 검출하는 온도검출블럭을 각각 포함하여,
    상기 각 온도검출블럭에서 검출된 온도값을 기초로 각 온도값이 각 임계값 이하로 유지되는 최소구간이 냉각길이로 결정되는 것을 특징으로 하는 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2안내롤러는 상하길이방향으로 높이조절 가능하도록 설치되되, 상기 냉각라인의 길이방향을 따라 복수개 설치되며,
    상기 냉각길이결정 제어모듈에서 결정된 냉각길이와 상기 현수커브제어부에 의해 설정된 상기 선재의 현수커브 형상에 기초하여 상기 냉각라인의 길이방향으로 설치되는 상기 각 제2안내롤러의 높이가 조절되어 상기 비접촉구간의 길이에 대응되는 위치에 설치되는 제2안내롤러에 상기 선재에 피복된 절연층 표면이 접촉되는 것을 특징으로 하는 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압출헤드는 상기 현수커브제어부에 의해 결정되는 선재의 처짐상태에 의해 일정각도로 경사배치되는 것을 특징으로 하는 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각라인은 길이방향을 따라 형성된 냉각수조 내측으로 냉각수가 공급되며, 상기 절연층이 피복된 선재가 상기 냉각수조 내로 이동되면서 상기 냉각수에 의해 냉각되되,
    상기 압출헤드의 후단에 설치되며 상기 냉각수조의 상부에서 상기 냉각수조 내측으로 일정량의 냉각수가 적하되는 적하수단이 상기 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 설치되어, 상기 압출헤드에서 절연층이 피복된 선재가 상기 냉각수조 내측에서 길이방향을 따라 이동되면서 상기 절연층의 표면으로 냉각수가 적하되는 적하식 냉각라인과,
    상기 적하식 냉각라인의 후단에 설치되며 상기 냉각수조의 상부에서 상기 냉각수조 내측으로 냉각수를 분사시키는 분사노즐이 상기 냉각수조의 길이방향을 따라 일정길이로 복수개 설치되어, 상기 적하식 냉각라인을 통과한 선재가 냉각수조 내에서 일부 침지된 상태로 후단으로 이동되면서 상기 분사노즐에서 냉각수가 분사되는 반침분사식 냉각라인과,
    상기 반침분사식 냉각라인의 후단에 설치되어 상기 반침분사식 냉각라인을 통과한 선재가 냉각수조 내에서 절연층 전체면이 냉각수에 침지된 상태로 냉각수조의 후단으로 이동되는 침지식 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 현수제어를 이용한 압출 케이블 냉각 시스템.
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