RU2196367C2

RU2196367C2 - Heat-resistant cable

Info

Publication number: RU2196367C2
Application number: RU2001107436A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Рыбаков; Б.В. Лысиков; В.К. Прозоров
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: cable engineering; cables for signal transmission from sensors measuring various parameters and functioning in adverse conditions. SUBSTANCE: heat-resistant cable sheath is made of at least two tubes made of metals (metal alloys , steels) whose steady state potentials are either of same or different polarity and differ by not more than 0.15 V. Tubes are mounted coaxially with negative allowance. In addition outer tube may be made of metal (alloy, steel) whose steady state potential is of same polarity as that of metal (alloy, steel) of structure where cable will be routed or of different polarity; in this case steady state potentials of metals (alloys, steels) of cable outer tube and structure should differ by maximum 0.15 V. EFFECT: improved mechanical and plastic properties, enhanced corrosion resistance, and facilitated manufacture of cable. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для передачи сигналов от датчиков, служащих для измерения различных параметров, например температуры, устройств и агрегатов, функционирующих в неблагоприятных условиях. The invention relates to cable technology and can be used to transmit signals from sensors that serve to measure various parameters, such as temperature, devices and units operating in adverse conditions.

Развитие современной техники сопровождается появлением все более жестких условий эксплуатации различных объектов. Поэтому к оболочке кабелей, используемых для канализации электроэнергии, передачи сигналов от датчиков к исполнительным системам различных систем управления, а также для термоконтроля в атомных энергетических реакторах, реактивных двигателях и других устройствах, предъявляются повышенные требования по механическим свойствам, по коррозионной стойкости, вакуумной плотности, качеству поверхности, а также по геометрической точности, определяемой достаточно жесткими допусками на диаметр, толщину и овальность оболочки. Высокие требования предъявляются также и к свойствам изоляции, например, к таким как электрическое сопротивление и напряжение пробоя, зависящих, в первую очередь, от обеспечения условия "равнотолщинности" изоляции между элементами кабеля (жилами и оболочкой) по всей его длине при изготовлении кабеля. The development of modern technology is accompanied by the appearance of increasingly stringent operating conditions for various objects. Therefore, the sheath of cables used for sewage of electricity, the transmission of signals from sensors to the executive systems of various control systems, as well as for thermal monitoring in nuclear power reactors, jet engines and other devices, are subject to increased requirements for mechanical properties, corrosion resistance, vacuum density, surface quality, as well as geometric accuracy determined by rather tight tolerances on the diameter, thickness and ovality of the shell. High requirements are also imposed on the insulation properties, for example, such as electrical resistance and breakdown voltage, which depend, first of all, on ensuring the condition of "equal thickness" of the insulation between cable elements (cores and sheath) along its entire length during cable manufacture.

Известен кабель, содержащий термоэлектродные жилы, изолированные друг от друга и окружающей среды изоляцией (см. В.Ф. Сучков, В.И. Светлова, Э.Э. Финкель "Жаростойкие кабели с магнезиальной изоляцией", М., Энергия, 1969 г. , с. 3). Known cable containing thermoelectrode cores isolated from each other and the environment by insulation (see V.F. Suchkov, V.I. Svetlova, E.E. Finkel "Heat-resistant cables with magnesian insulation", M., Energy, 1969 ., p. 3).

Такой кабель имеет небольшой ресурс работы из-за разрушения термоэлектродов под воздействием эрозии, вибрации, коррозии, графитизации, тепловых ударов и т.п. Кроме того, в ряде случаев одним из основных требований к кабелю является его жаропрочность. Конструкция указанного кабеля делает его не пригодным при работе в агрессивной и/или высокотемпературной среде. Such a cable has a small service life due to the destruction of thermoelectrodes under the influence of erosion, vibration, corrosion, graphitization, thermal shock, etc. In addition, in some cases, one of the main requirements for a cable is its heat resistance. The design of this cable makes it unsuitable for use in aggressive and / or high-temperature environments.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является кабель, содержащий герметичную металлическую оболочку, в которую помещены термоэлектродные жилы, изолированные друг от друга и оболочки магнезиальной изоляцией (см. В.Ф. Сучков, В. И. Светлова, Э.Э. Финкель "Жаростойкие кабели с магнезиальной изоляцией", М., Энергия, 1969 г., с. 3, 4). The closest in technical essence to the proposed one is a cable containing a sealed metal sheath, in which thermoelectrode cores are insulated from each other and shells with magnesian insulation (see V.F. Suchkov, V.I. Svetlova, E.E. Finkel "Heat-resistant cables with magnesian insulation", M., Energy, 1969, S. 3, 4).

Данный кабель обладает высокой работоспособностью даже в высокотемпературных и агрессивных средах. Однако этот кабель обладает и рядом существенных недостатков. This cable has high performance even in high temperature and aggressive environments. However, this cable also has a number of significant drawbacks.

В первую очередь, к ним следует отнести высокую гигроскопичность изоляции (окиси магния), из-за чего при проникновении влаги под оболочку кабеля резко меняется важнейшая техническая характеристика кабеля - электрическое сопротивление. Кроме того, технологический процесс изготовления кабеля не всегда позволяет получить оболочку с требуемыми механическими свойствами и геометрическими размерами. Так при деформации кабельной заготовки вследствие торможения внутренней поверхности оболочки об изоляцию внутренняя поверхность как бы "сдвигается" относительно наружной поверхности оболочки. При этом в металле оболочки возникают не только напряжения растяжения, но и сдвига, что увеличивает опасность его разрушения. Возникает анизотропия деформации, при которой степень деформации и, следовательно, механические и прочностные свойства по толщине оболочки значительно отличаются. Для снятия "наклепа" кабель подвергают отжигу, который может привести к образованию неблагоприятной окислительной среды под оболочкой кабеля, взаимодействию выделившего из магнезиальной изоляции О₂ и Н₂ с металлической оболочкой и снижению ее прочностных свойств. Облегчает опасность проникновения газов в металл оболочки и то обстоятельство, что при трении о магнезиальную изоляцию возможно разрушение окисной защитной пленки на внутренней поверхности оболочки.First of all, they should include high hygroscopicity of the insulation (magnesium oxide), which is why when the moisture penetrates under the cable sheath, the most important technical characteristic of the cable changes sharply - electrical resistance. In addition, the manufacturing process of the cable does not always allow you to get a sheath with the required mechanical properties and geometric dimensions. So, when a cable billet is deformed due to braking of the inner surface of the sheath against insulation, the inner surface is “shifted” relative to the outer surface of the sheath. At the same time, not only tensile stresses but also shear arise in the shell metal, which increases the risk of its destruction. A strain anisotropy arises, in which the degree of deformation and, consequently, the mechanical and strength properties over the shell thickness are significantly different. To remove the “hardening”, the cable is annealed, which can lead to the formation of an unfavorable oxidizing medium under the cable sheath, the interaction of O ₂ and H ₂ released from the magnesian insulation with the metal sheath and a decrease in its strength properties. The risk of penetration of gases into the shell metal is also facilitated by the fact that during friction against magnesian insulation, the destruction of the oxide protective film on the inner surface of the shell is possible.

Ухудшение механических характеристик оболочки кабеля приводит к быстрому появлению в оболочке трещин, проникновению через них внутрь кабеля влаги и, как следствие этого, необходимости частой замены кабеля, тогда как в ряде случаев сделать даже разовую замену кабеля не представляется возможным. The deterioration of the mechanical characteristics of the cable sheath leads to the rapid appearance of cracks in the sheath, the penetration of moisture through them into the cable and, as a consequence, the need for frequent cable replacement, while in some cases it is not even possible to replace the cable once.

Настоящее изобретение направлено на повышение надежности при том же и даже меньшем диаметре кабеля, увеличение ресурса и расширение области применения кабеля, упрощение и удешевление технологического процесса изготовления кабеля. The present invention is aimed at improving reliability with the same and even smaller cable diameter, increasing the resource and expanding the scope of the cable, simplifying and reducing the cost of the cable manufacturing process.

Технический результат, который достигается с помощью данного изобретения, заключается в повышении механических и пластических свойств кабеля и увеличении его коррозионной стойкости, а также сокращении технологических и контрольных операций, необходимых для изготовления кабеля. The technical result that is achieved using this invention is to increase the mechanical and plastic properties of the cable and increase its corrosion resistance, as well as reduce the technological and control operations necessary for the manufacture of the cable.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в жаростойком кабеле, содержащем герметичную металлическую оболочку, в которую помещены термоэлектродные жилы, изолированные друг от друга и оболочки магнезиальной изоляцией, оболочка выполнена, по крайней мере, из двух трубок, изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых или имеют одинаковые знаки, или имеют разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов (сплавов металлов, сталей) отличаются не более чем на 0,15 В, и установленных коаксиально с натягом, а также потому, что наружная трубка кабеля изготовлена из металла (сплава металлов, стали), стационарный потенциал которого имеет одинаковый знак со стационарным потенциалом металла (сплава металла, стали) конструкции, в которой его будут устанавливать, или имеет с ним разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов (сплавов металлов, сталей) наружной трубки кабеля и конструкции отличаются не более чем на 0,15 В, и в качестве материала для изготовления трубок используют цирконий. The specified technical result is achieved due to the fact that in a heat-resistant cable containing a sealed metal sheath, in which thermoelectrode cores are insulated from each other and sheaths with magnesian insulation, the sheath is made of at least two tubes made of metals (metal alloys) , steels), the stationary potentials of which either have the same signs or have different signs, but the stationary potentials of metals (metal alloys, steels) differ by no more than 0.15 V, and coaxially with interference, and also because the outer tube of the cable is made of metal (metal alloy, steel), the stationary potential of which has the same sign with the stationary potential of the metal (metal alloy, steel) of the structure in which it will be installed, or has different signs, but the stationary potentials of metals (metal alloys, steels) of the outer cable tube and structure differ by no more than 0.15 V, and zirconium is used as the material for the manufacture of the tubes.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, на которых на фиг.1 изображено поперечное сечение жаростойкого кабеля, оболочка которого выполнена из двух трубок, а на фиг.2 изображено поперечное сечение жаростойкого кабеля, оболочка которого выполнена из трех трубок. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, in which Fig. 1 shows a cross section of a heat-resistant cable, the sheath of which is made of two tubes, and Fig. 2 shows a cross-section of a heat-resistant cable, the sheath of which is made of three tubes.

Жаростойкий кабель состоит из термоэлектродных жил 1, магнезиальной изоляции 2 и оболочки, выполненной из внутренней трубки 3, наружной трубки 4 и промежуточной трубки 5. The heat-resistant cable consists of thermoelectrode cores 1, magnesian insulation 2 and a sheath made of an inner tube 3, an outer tube 4 and an intermediate tube 5.

Оболочку жаростойкого кабеля, в которой расположены термоэлектродные жилы 1 и магнезиальная изоляция 2, выполняют, по крайней мере, из двух трубок - внутренней трубки 3 и наружной трубки 4, изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых или имеют одинаковые (например, положительные) знаки, или имеют разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов (сплавов металлов, сталей) отличаются не более чем на 0,15 В, и установленных коаксиально с натягом. Изготовление трубок из металлов, или сталей, или сплавов металлов, стационарные потенциалы которых или имеют одинаковые знаки, или имеют разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов (сплавов металлов, сталей) отличаются не более чем на 0,15 В, и установленных коаксиально с натягом, исключает опасность электрохимического взаимодействия трубок в условиях неблагоприятной среды и температур и тем самым устраняет опасность возникновения коррозии оболочки, обеспечивает создание прочной, как бы "монолитной", оболочки без применения каких бы то ни было средств и способов крепления трубок друг с другом, а также позволяет максимально "утонить" толщину оболочки кабеля и при этом даже улучшить его прочностные и пластические свойства и коррозионную стойкость. Улучшение прочностных и пластических свойств кабеля обусловлено тем, что в процессе изготовления кабеля сильнее всего деформируется прилегающая к магнезиальной изоляции внутренняя часть оболочки, и, чтобы восстановить механические свойства материала оболочки, кабель вынуждены подвергать дополнительному числу отжигов, что неблагоприятно отражается на механических свойствах материала оболочки. Эта же часть оболочки также и более других разрушается как от механического, так и от химического взаимодействия с магнезиальной изоляцией. При этом необходимо учитывать, что коррозионное или усталостное разрушение носит межкристаллитный характер, протекает очень быстро, и скорость разрушения не зависит от толщины самой оболочки. Выполнение оболочки многослойной уменьшает анизотропию деформации, которая проявляется в основном на внутренней оболочке, создает дополнительные поверхности, покрытые окисной пленкой, которые являются барьером как для диффузии газов из изоляции, так и для коррозионного и усталостного разрушения, повышает пластические свойства кабеля при растяжении и изгибе за счет скольжения слоев относительно друг друга. Например, оболочка, выполненная из двух трубок стали Х18Н10Т, имеет относительное удлинение в 2 раза больше, а радиус изгибав 1,5 раза меньше по сравнению со стандартной оболочкой того же диаметра, изготовленной из той же марки стали. Существенно выше у кабелей с предлагаемой оболочкой и прочностные свойства, что позволяет уменьшить диаметр кабеля. The heat-resistant cable sheath, in which the thermoelectrode conductors 1 and magnesian insulation 2 are located, is made of at least two tubes — the inner tube 3 and the outer tube 4, made of metals (alloys of metals, steels), whose stationary potentials either have the same ( for example, positive) signs, or have different signs, but the stationary potentials of metals (metal alloys, steels) differ by no more than 0.15 V, and installed coaxially with interference. The manufacture of tubes of metals, or steels, or metal alloys whose stationary potentials either have the same signs or have different signs, but the stationary potentials of metals (metal alloys, steels) differ by no more than 0.15 V, and installed coaxially with an interference fit, eliminates the danger of electrochemical interaction of the tubes in an unfavorable environment and temperatures and thereby eliminates the risk of corrosion of the shell, ensures the creation of a solid, as if “monolithic”, shell any whatsoever means and methods of attaching the tubes to each other, and also maximizes the "thin the" shell thickness of the cable and thus even improve its strength and plastic properties and corrosion resistance. The improvement of the strength and plastic properties of the cable is due to the fact that the inner part of the sheath adjacent to the magnesia insulation is most deformed during cable manufacturing, and in order to restore the mechanical properties of the sheath material, the cable is forced to subject an additional number of anneals, which adversely affects the mechanical properties of the sheath material. The same part of the shell is also destroyed more than others from both mechanical and chemical interactions with magnesian insulation. It should be borne in mind that corrosion or fatigue failure is intergranular in nature, proceeds very quickly, and the rate of destruction does not depend on the thickness of the shell itself. The implementation of the multilayer sheath reduces the anisotropy of deformation, which manifests itself mainly on the inner shell, creates additional surfaces coated with an oxide film, which are a barrier both for diffusion of gases from insulation and for corrosion and fatigue fracture, and increases the plastic properties of the cable under tension and bending due to the slip of the layers relative to each other. For example, a shell made of two tubes of X18H10T steel has a relative elongation of 2 times more and a bending radius of 1.5 times less than a standard shell of the same diameter made of the same steel grade. Significantly higher in cables with the proposed sheath and strength properties, which allows to reduce the diameter of the cable.

Кроме того, стойкость оболочки кабеля к межкристаллитному растрескиванию (коррозии) можно повысить за счет изготовления наружной трубки 4 кабеля из металла (сплава металлов, стали), стационарный потенциал которого имеет одинаковый знак со стационарным потенциалом металла (сплава металла, стали) конструкции (не показана), в которой его будут устанавливать, или имеет с ним разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов (сплавов металлов, сталей) наружной трубки 4 кабеля и конструкции будет отличаться не более чем на 0,15 В. В то же время металл (сплав металлов, сталь), из которого изготавливают наружную трубку 4, должен обладать таким стационарным потенциалом, который имеет одинаковый знак со стационарным потенциалом металла (сплава металлов, стали), из которого выполнена внутренняя трубка 3, или имеет со стационарным потенциалом металла (сплав металлов, стали) внутренней трубки 3 разные знаки, которые отличаются друг от друга не более чем на 0,15 В. In addition, the resistance of the cable sheath to intergranular cracking (corrosion) can be improved by manufacturing an outer tube 4 of a cable made of metal (metal alloy, steel), the stationary potential of which has the same sign with the stationary potential of the metal (metal alloy, steel) of a structure (not shown ), in which it will be installed, or has different signs with it, but the stationary potentials of the metals (metal alloys, steels) of the outer tube 4 of the cable and structure will differ by no more than 0.15 V. At the same time the metal (metal alloy, steel) from which the outer tube 4 is made must have such a stationary potential that has the same sign with the stationary potential of the metal (metal alloy, steel) of which the inner tube 3 is made, or has a stationary metal potential (alloy of metals, steel) of the inner tube 3 different signs that differ from each other by no more than 0.15 V.

Аналогичным образом и металл (сплав металлов, сталь) любой промежуточной трубки 5 должен обладать таким стационарным потенциалом, который имеет со стационарными потенциалами металлов (сплавов металлов, сталей) "соседних" с ней трубок, например наружной 4 и внутренней 3, одинаковые знаки или имеет со стационарными потенциалами металлов "соседних" трубок разные знаки, которые отличаются друг от друга не более чем на 0,15 В. Similarly, the metal (alloy of metals, steel) of any intermediate tube 5 should have such a stationary potential, which has the same signs with the stationary potentials of metals (metal alloys, steels) of the "neighboring" tubes, for example, outer 4 and inner 3, or with stationary potentials of metals of "neighboring" tubes, different signs differ from each other by no more than 0.15 V.

При изготовлении кабеля с оболочкой в виде коаксиально с натягом установленных трубок требования к физическим свойствам и геометрии наружной оболочки 4 значительно снижаются, что позволяет сократить число контрольных операций по проверке свойств оболочки и изоляции. Снижаются, кроме того, требования по контролю геометрических размеров оболочки. In the manufacture of a cable with a sheath in the form of coaxial interference fit of installed tubes, the requirements for the physical properties and geometry of the outer sheath 4 are significantly reduced, which reduces the number of control operations to verify the properties of the sheath and insulation. In addition, the requirements for controlling the geometric dimensions of the shell are reduced.

Заявленный кабель прокладывают, в первую очередь, в местах с агрессивными и высокотемпературными средами, встречающимися в атомной и химической промышленности, в авиации и судостроении и т.д. В некоторых случаях, например при размещении кабеля в ядерных реакторах, предпочтительно изготавливать трубки, из которых образована оболочка кабеля, из циркония, поскольку у последнего сечение захвата нейтронов значительно меньше, чем у многих других конструкционных материалов, а кроме того, этот металл хорошо поглощает кислород и водород, вследствие чего внутренняя трубка 3 будет препятствовать проникновению выделяющихся при высоких температурах из магнезиальной изоляции 2 газов в наружную трубку 4 и ее преждевременному разрушению. The declared cable is laid, first of all, in places with aggressive and high-temperature environments found in the nuclear and chemical industries, in aviation and shipbuilding, etc. In some cases, for example, when placing the cable in nuclear reactors, it is preferable to make the tubes from which the cable sheath is formed of zirconium, since the latter has a much smaller neutron capture cross section than many other structural materials, and in addition, this metal absorbs oxygen well and hydrogen, as a result of which the inner tube 3 will prevent the penetration of gases released at high temperatures from the magnesian insulation 2 into the outer tube 4 and its premature destruction.

Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения повышаются механические и пластические свойства кабеля при том же и даже меньшем диаметре кабеля, улучшаются коррозионные свойства кабеля, упрощается и удешевляется технологический процесс изготовления кабеля. Thus, when using the present invention, the mechanical and plastic properties of the cable are increased with the same and even smaller cable diameter, the corrosion properties of the cable are improved, and the cable manufacturing process is simplified and cheapened.

Уменьшение диаметра кабеля и повышение его пластических свойств позволит проводить линии кабельной передачи в не доступных для ныне использующихся кабелей местах. Reducing the diameter of the cable and increasing its plastic properties will allow cable lines to be drawn in places that are not accessible to current cables.

Claims

1. Heat-resistant cable containing a sealed metal sheath, in which thermoelectrode cores are placed, isolated from each other and sheaths with magnesian insulation, characterized in that the sheath is made of at least two tubes made of metals, or alloys of metals, or steels whose stationary potentials either have the same signs or have different signs, but the stationary potentials of metals or alloys of metals or steels differ by no more than 0.15 V and are installed coaxially with an interference fit .

2. The heat-resistant cable according to claim 1, characterized in that the outer tube of the cable is made of metal, or an alloy of metals, or steel, the stationary potential of which has the same sign as the stationary potential of the metal, or metal alloy, or steel structure in which it will be install, or has different signs with it, but the stationary potentials of metals, or metal alloys, or steel of the outer cable tube and structure differ by no more than 0.15 V.