NO138083B - Anlegg for kontinuerlig vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et anlegg for vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter, f.eks. isolerte kabler, omfattende et vulkaniseringsrør som det vulkaniserbare produkt trekkes gjennom, og som danner en opphetningssone og en avkjølningssone, en anordning for oppvarmning av produktet i opphetningssonen til vulkaniseringstemperatur, samt en anordning for avkjølning av det vulkaniserte produkt i avkjølningssonen.

For vulkanisering av kabler anvendes vanligvis et vulkaniserings-rør som det produkt som skal vulkaniseres trekkes gjennom og hvor produktet først underkastes opphetning slik at det materiale i produktet som inneholder vulkaniseringsreagenset oppnår en temperatur hvor vulkaniseringsreaksjonen finner sted, hvorefter det vulkaniserte produkt avkjøles og ledes ut fra vulkaniseringsrøret. Slike vulkaniserbare materialer er bl.a. lavtrykkspolyeten

(HDPE), høytrykkspolyeten (LDPE), etylenpropylen (EPR) og andre syntetiske gummier, samt naturgummi.

Det er tidligere kjent å utføre opphetningen av det produkt som

skal vulkaniseres på flere måter, hvorav noen skal omtales i det følgende.

Opphetningen av produktet som skal vulkaniseres kan finne sted i

et vulkaniseringsrør ved hjelp av vanndamp ved en temperatur på

.ca. 180 - 210°C og et tilsvarende trykk.på 1,0 - 2,0 MPa. An-leggets vulkaniseringskapasitet er avhengig av rørets lengde og vanndampens temperatur. En forhøyning av damptemperaturen avstedkommer ufravikelig også en forhøyning av trykket og dette stiller på sin side krav-til holdfastheten av de mekaniske delene. Av disse årsaker har man av økonomiske grunner ikke ansett det mulig å overskride de nevnte verdier på temperatur og trykk i de anlegg som fortiden er i drift. En forlengelse av røret er heller ikke økonomisk lønnsomt utover en viss grense. De kjedelinjeformede rørene er vanligvis ca. 100 - 150 m lange og vertikalrørene tilbake ca. 40 - 70 m.

Det er også tidligere kjent å utføre opphetningen av det pro-

dukt som skal vulkaniseres ved hjelp av infrastrålere som be-

finner seg inni røret. Det nødvendige trykk tilveiebringes ved hjelp av beskyttelsesgass. Et slikt anlegg er beskrevet i US-patentskrift nr. 3.588.954. <p>lasseringen av infrastrålerne på innsiden

av røret er teknisk besværlig og som følge av den plass de krever, blir rørets tverrsnitt stort og dets vegg tykk. På grunn av strå-lernes høye overflate-temperatur skader de lett overflaten på det produkt som skal vulkaniseres. Av denne grunn kan fremgangsmåten kun anvendes ved vertikalt anordnede rør. Strålerne oppheter ef-fektivt bare en liten sektor. Oppvarmingen av det produkt som skal vulkaniseres, blir ikke jevn fordi strålerne dannes av separate varmeelementer og fordi man bare kan plassere et begrenset antall strålere i røret. Vanndampen, som blandes med beskyttelsesgassen og de gasser som frembringes ved vulkaniseringsreaksjonen, fjernes fra røret ved å sirkulere beskyttelsesgassen gjennom en komplisert rensnings- og tørkingsanordning. Hertil kommer at det råmateriale som er vulkanisert i denne vulkaniseringsprosess, er av spesialtype, fordi ved opphetning med infrastrålere tåler ellers ikke produktet som skal vulkaniseres, infrastrålernes høye overflate-temperaturer. Dessuten må det anordnes lengre avkjølingssoner på grunn av den høyere vulkaniseringstemperatur.

Likeledes er det fra US-patentskrift nr. 3.645.656 tidligere kjent

å utføre opphetningen av det produkt som skal vulkaniseres, ved hjelp av en beskyttelsesgass, som opphetes i en opphetningsanordning som befinner seg utenfor vulkaniseringsrøret. Gassenes varmekon-veksjon er dog som kjent dårlig sammenlignet med f.eks. vanndampens, og av denne grunn kan ikke nevnte fremgangsmåte i effektivitet kon-kurrere med den tidligere omtalte dampmetode.

Alle de ovenfor beskrevne fremgangsmåter har vannavkjøling. Et al-minnelig kjent faktum er dog at vann og vanndamp har en skadelig innvirkning på de produkter som skal vulkaniseres. Ved høy temperatur trenger vannet lett inn i materialet som skal vulkaniseres og resultatet blir en porøs konsistens i materialet. Den umiddelbare årsak til denne porøse konsistens er mikroblærer hvis diameter varierer mellom 1 og 20 /um. I denne henseende er dampvulkani-seringsmetoden klart underlegen sammenlignet med beskyttelsesgass--metoden. Antall mikroblærer er større og de er i gjennomsnitt større enn i produkter som er vulkanisert i beskyttelsesgass. Rensing og tørking av beskyttelsesgassen i anordninger som befinner seg utenfor røret, forbedrer produktets kvalitet, men elimi-nerer allikevel ikke helt mikroblærene.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et vulkaniseringsanlegg som uten bruk av opphetet væske eller gassformig medium og uten anvendelse av separate opphetningselementer, muliggjør opphetning av det produkt som skal vulkaniseres, og dette formål oppnås ved hjelp av anlegget ifølge oppfinnelsen, som er karakterisert ved at selve vulkaniseringsrøret er koblet til i det minste en spenningskilde slik at vulkaniseringsrørets vegger virker som elektrisk motstand for oppvarmning av rørmaterialet for å tilveiebringe en opphetningsmantel som utstråler varme til det produkt som skal vulkaniseres.

Oppfinnelsen tilveiebringer således et anlegg hvor opphetningen av det produkt som skal vulkaniseres, finner sted ved hjelp av varme-stråling som stammer fra selve vulkaniseringsrøret. Røret bringes til ønsket temperatur ved å lede elektrisk strøm, f.eks. veksel-strøm med lav spenning gjennom røret. Strålingen er særdeles jevn både i aksial og periferisk retning av røret eftersom røret danner en kontinuerlig opphetningsmantel, og rørets temperatur er lavere enn de tidligere nevnte infrastråleres overflatetemperatur. Fordi opphetningen ved motstandsopphetning således skjer jevnt, kan produktets gjennomsnittstemperatur holdes lavere. Av denne grunn kan det anvendes normalt belegningsmateriale. Dertil blir lengden av opphetningssonen mindre enn ved andre strålningsmetoder og på grunn av produktets mindre varmeinnhold kan avkjølingssonen gjøres kortere, eller alternativt kan man ved linjer av samme lengde kjøre med • høyere produksjonshastighet. Som følge av vulkanisering i lavere temperatur blir produktet også mindre eksentrisk enn ved vulkanisering. i høyere temperatur. Røret kan også fremstilles med mindre diameter, da man ikke behøver avse plass for separate varmeelementer.

Rørets diameter bestemmes derfor av produktet, og veggtykkelsen

av det eventuelt nødvendige trykk. Trykket tilveiebringes ved hjelp av en beskyttelsesgass. Denne opphetningsmetode kan anvendes uten hensyn til vulkaniseringsrørets lengde og stilling.

Det er mulig å tilslutte vulkaniseringsrøret til spenningskilden slik at man får en kontinuerlig opphetningsmantel langs hele opphetningssonen, eller forbinde vulkaniseringsrøret ved opphetningssonen i separate rørpartier til forskjellige spenningskilder slik at mari får et flertall på hverandre følgende separate opphetningsmantler. På denne måte kan man regulere temperaturtordelingen i rørets lengderetning slik det er best i hvert enkelt tilfelle. Da temperaturfordelingen over opphetningssonén takket være oppfinnelsen kan programmeres efter behov, risikerer man ikke at produktet overvulkaniseres eller svis. Optimeringen av opphetningen gir og-så den best mulige vulkaniseringshastighet som sammenliknet med konvensjonelle dampvulkaniseringsmetoder blir større.

Det er fordelaktig å forsyne vulkaniseringsrøret, henholdsvis vul-kaniseringsrørpartiene ved opphetningssonén med innløps- og ut-løpstilkoblinger for å lede beskyttelsesgass inn i røret og ut fra dette. På denne måte sirkuleres beskyttelsesgassen ikke gjennom en kostbar renseanordning, men slippes ut fra opphetningssonens nedre ende gjennom et lite munnstykke.

Avkjøling av det vulkaniserte produkt kan skje med beskyttelsesgass eller væske. Hvis det anvendes kjølevann, er det fordelaktig efter opphetningssonén å anbringe en mantel rundt vulkaniseringsrøret som er forsynt med innløps- og utløpstilkoblinger for kjølevæske for røret. Ved å avkjøle den del av vulkaniseringsrøret som befinner seg mellom opphetnings- og avkjølingssonen, får man kjøle-vanndampen til å kondensere på rørets avkjølte del, således for-hindres dampen i å trenge inn i opphetningssonén. Likeledes for-hindrer beskyttelsesgassens sirkulasjon i opphetningssonén vanndamp i å trenge inn dit.

Som nevnt ovenfor tilveiebringer vannet dannelse av mikroblærer i vulkaniseringsprosessen. At vannet trenger inn i produktet beror på råmaterialet, f.eks. plastens eller gummiens hygroskopisitet. Fenomenet skjer dessuten meget raskt fordi temperaturen i det produkt som skal vulkaniseres, er meget høy når den kommer i be-røring, med vannet. Dertil fordampes vann fra overflaten av kjøle-vannet inn i den egentlige vulkaniseringssonen. Fordampningens skadelige innvirkning kan- i noen grad forringes ved mellom opphetningssonén og avkjølingssonen å anordne en kaldfelle av ovennevnte slag eller en pakning hvor en del av dampen kondenseres. For å unngå de ulemper som forårsakes av mikroblærene som oppstår på grunn av vanndampens innvirkning, er det grunn til å benytte et gassformig kjølemedium for avkjølingen. Som kjølemedium benyttes da en gass .som ikke har skadelig innvirkning på det produkt som skal vulkaniseres. Slike gasser er f.eks. kvelstoff, kulldioksyd, svovelheksafluorid og endel edelgasser. På denne måte er det mulig å utføre vulkaniseringen av produktene under helt tørre for-hold, dvs. gjennomføre både opphetning og avkjøling i helt vann-fri tilstand.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende nærmere under henvisning til vedlagte tegning, hvor

figur 1 fra siden viser en fordelaktig utførelsesform av

et vulkaniseringsanlegg ifølge oppfinnelsen, hvor vulkaniseringsrøret står vertikalt for gjennom-føring av kabelen ovenfra og ned,

figur 2 skjematisk viser vulkaniseringsanleggets vulkani-seringsrør i vertikalsnitt,

figur 3 forstørret viser vulkaniseringsrørets opphetningssone,

figur 4 skjematisk viser en alternativ opphetningssone

av vulkaniseringsrøret.

Figur 1 viser en vertikalvulkaniseringslinje hvis hoveddeler består av en<*>vertikal vulkaniseringsdel 1 som holdes vertikalt oppe av en bærer 2, og en munnstykkepresse 3 ved vulkaniseringsdelens øvre ende hvis presséhode 4 er anordnet på vulkaniseringsdelens forlengelse. Ved vulkaniseringsdelens øvre og nedre ender er an-bragt drivhjul 5 og 6 for en leder 7 som trekkes fra en lager-trommel 8 til en mottagningstrommel 9. Lederen blir i presshodet omsluttet av en mantel som først opphetes til vulkaniseringstemperatur og derefter avkjøles i vulkaniseringsrøret. Vulkaniserings-

delen 1 er i sin øvre og nedre ende forsynt med tetninger 10

som den mantlede kabel passerer gasstett gjennom.

I figur 2 vises i større målestokk vulkaniseringsdelen 1 som består av et vulkaniseringsrør 11 som det produkt som skal vulkaniseres ledes aksielt gjennom - i dette tilfelle fra rørets øvre ende nedover gjennom røret. Røret består av trykk- og temperatur-bestandig materiale, f.eks. stål. Når produktet passerer røret underkastes det vulkaniseringsopphetning og derefter avkjøling. Opphetningssonén er betegnet A og avkjølingssonen B. Ved opphetningssonén omgis vulkaniseringsrøret av et koaksialt ytre mantel-rør 12, som f.eks. består av kobber. Mantelrøret er ved sin øvre ende tilsluttet til den ene pol på en lavspenningsvekselstrøms-transformator 13 mens vulkaniseringsrøret ved sin øvre ende er tilsluttet til transformatorens .annen pol, slik at mantelrøret fungerer som mateledning for å lede oppvarmningsstrøm til vulkani-seringsrøret. Når den elektriske strøm er tilkoblet, blir vulkani-seringsrøret opphetet og vil danne en kontinuerlig oppvarmningsmantel innen opphetningssonén A langs rørets periferi og aksielt, og varme utstråles herfra på produktet som skal vulkaniseres.

Vulkaniseringsrøret har ved opphetningssonens begynnelsesende en innløpstilkobling 15 og ved sluttenden en utløpstilkobling 16,f.eks. munnstykker, for å lede en beskyttelsesgass gjennom vulkaniserings-røret. Inn i den ringformede kanal 17, som dannes av mantelrøret 12, kan gjennom den nedre innløpstilkobling innføres kjøleluft

ved hjelp av en vifte 19.

Umiddelbart efter opphetningssonén er før avkjølingssonen B an-bragt en mantel 20 rundt røret 11, og mantelen er forsynt med en innløpstilkobling 21 og en utløpstilkobling 22 for sirkulering av kjølevann rundt denne del av røret for å avkjøle dette. Sirku-lasjonsvannpumpen er betegnet 2 3 og varmeveksleren 24. Ved denne del av vulkaniseringsrøret dannes således en såkalt kaldfellesone

.C.

Ved begynnelsesenden av avkjølingssonen er vulkaniseringsrøret forsynt med en utløpstilkobling 25 og ved sluttenden med en innløps-tilkobling 26 for kjølegass eller -væske som sirkuleres gjennom denne del av røret ved hjelp av en pumpe 27 gjennom en varmeveksler 28. Kjølegass eller forgasset væske som eventuelt for-søker å trenge inn i opphetningssonén, kondenseres i kaldfellen C og renner tilbake til avkjølingssonen B. Mantelen 20 danner således en- såkalt kaldfelle. Kjølegass anvendes istedenfor kjøle-vann i de tilfeller da man vulkaniserer materiale der nærvær av vann avstedkommer skadelige virkninger. På denne måte kan vulkaniseringen utføres helt uten at produktet kommer i kontakt med vanndamp eller vann.

I stedet for den kontinuerlige opphetningsmantel som vises på figur 1, kan opphetningssonén A være sammensatt av et flertall efter hverandre følgende opphetningsmantler. Vulkaniseringsrørets begynnelsesdel består da av på hverandre følgende separate rør-deler lia, 11b, av hvilke hver er koblet til sin egen transforma-tor 13a, 13b slik at-når strømmen er påslått, danner rørdelene de forannevnte separate opphetningsmanteler Al, A2. Ved passende regulering av transformatorene kan man få temperaturfordelingen i opphetningssonén til å tilsvare det gunstigste vulkaniseringsfor-løp for hvert enkelt produkt som skal vulkaniseres.

I det følgende angis et eksempel på vulkanisering av en plastkabel ved hjelp av apparaturen ifølge figurene 1 og 4. En Al-leder med tverrsnitt 10,0 mm, som skal overtrekkes med plast, trekkes ved hjelp av trekkh^ul gjennom munnstykkehodet inn i vulkaniserings-røret og videre ved hjelp av trekkhjulet til mottagningstrommelen. I munnstykkepresshodet sprøytes et 12 mm tykt polyetenskikt på metallederen. Elastsprøytetemperaturen er 125°C og opphetningssonén A opphetes ved hjelp av fem vekselstrømtransformatorer, hvorav hver til sin sone innmatet ca. 2,0 - 2,5 kA vekselstrøm.

Temperaturen ved begynnelsesenden av opphetningssone A var 3 50°C på en strekning på 15 mm og derefter 300°C på en strekning på 23 m. Begynnelsesenden av avkjølingsonen ble holdt ved romtemperatur ved å blåse inn luft i den omgivende mantel. Vulkaniseringsrøret var fylt med kvelstoff med et trykk på 1,4 Mp a. Den beskyttelsesgass som sirkulerte i opphetningssonén såvel som den gass som sirkulerte i avkjølingssonen ble holdt under trykk for å forebygge blæredan-nelse som følge av vulkaniseringen.

Produktet ble i dette eksempel vulkanisert med «n hastighet på 3,5 m/m og den oppnådde vulkaniseringsgrad var 90%.

I likhet med den avkjølingsmetode som vises på figur 2, sirkuleres kjølegass under overtrykk via koblingene 25, 26.gjennom vulkani-seringsrøret 11, hvorved kjølegassen avkjøler kabelen 14, og -varmen avledes fra kjølegassen utenfor røret. Alternativt er det mulig å forsyne vulkaniseringsrøret langs avkjølingssonen med en ytre mantel som er forsynt med innløps- og utløpstilkoblinger for væske eller gass som sirkuleres gjennom mantelen ved hjelp av en pumpe via en varmeveksler. Vulkaniseringsrøret er fylt med en gass til hvilken varme konvekteres fra den vulkaniserte kabel og som avgir sin varme til vulkaniseringsrørets 11 vegg, som avkjøles ved hjelp av en væske eller gass som sirkuleres gjennom nevnte mantel. For innledning av det gassformige medium i vulkaniserings-røret og for å holde det innen avkjølingssonen B under trykk er rørets avkjølingssone utstyrt med passende innløps- og utløps-tilkoblinger for mediet, som ikke er vist her. I stedet for å vareta den gass som ledes inn i vulkaniseringsrøret og efter av-kjøling lede den tilbake inn i røret, er det i noen tilfeller mulig å lede kjølegassen ut av røret og direkte i atmosfæren, f.eks. gjennom koblingen 25.

Tegningen og beskrivelsen av denne er bare ment å anskueliggjøre oppfinnelsens idé. Apparaturen ifølge oppfinnelsen kan i sine enkelte detaljer varieres betydelig innen rammen av patentkravene. Selv om vulkaniseringsrøret i tegningen står vertikalt, kan det også ha form av en kjedelinje og være anordnet i en hvilken som helst stilling. Selv om det på figur 2 er vist at vulkaniserings-røret 11 ved sin øvre ende er tilsluttet direkte til spenningskildens ene pol og ved den nedre ende ved hjelp av mantelrøret 12 til spenningskildens annen pol,er det klart at vulkaniseringsrørets nedre del kan tilsluttes til spenningskilden ved hjelp av et annet mellomledd eller -skinne.

Claims (4)

1. Anlegg for kontinuerlig vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter, f.eks. isolerte kabler, omfattende et vul-kaniseringsrør (11) som det vulkaniserbare produkt trekkes gjennom og som danner en opphetningssone (A) og en avkjølingssone (B), en anordning for oppvarmning av produktet i opphetningssonén til vulkaniseringstemperaturen samt en anordning for avkjøling av det vulkaniserte produkt i avkjølingssonen, karakterisert ved at selve vulkaniseringsrøret (11) er koblet til i det minste én spenningskilde (13; 13a, 13b) slik at vulkaniseringsrørets vegger virker som en elektrisk motstand for oppvarmning av rørmaterialet for å tilveiebringe en oppvarmningsmantel som utstråler varme til det produkt som skal vulkaniseres.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at vulkaniseringsrøret (11) består av innen oppvarmningssonen (A) aksielt efter hverandre beliggende rørdeler (lia, 11b), som hver for seg er koblet til en egen spenningskilde (13a, 13b) for å danne flere efter hverandre beliggende, adskilte oppvarmningsmantler (Al, A2).

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at vulkaniseringsrøret (11), henholdsvis rørdelene (lia, 11b) i oppvarmningssonen (A) er omsluttet av et ytre, koaksialt mantelrør (12), henholdsvis flere mantelrør (12a, 12b) for å danne en ring-formet kanal (17) for kjøleluft.

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at vul-kaniseringsrøret (11), henholdsvis rørdelene (lia, 11b) er koblet til spenningskilden QL3; 13a, 13b) via mantelrøret (12; 12a,12b) som danner kjøleluftkanalen (17).