重新设计以适应澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆的实例

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-10-07 矿业澳洲


【矿业澳洲点评】相比我国的地下煤矿用电缆,澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆设计标准更严格,具有结构独特、抗撕耐磨、使用寿命长、轻便、柔软、安全等特点,通过合理的产品结构设计实现澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆综合性能好、耐磨抗撕性能优、外径小、便于敷设、易于弯曲、使用安全的目的。


《重新设计以适应澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆的实例》


澳大利亚被誉为坐在矿车上的国家,矿产资源相当丰富,连接采矿设备的地下煤矿用卷绕和拖曳电缆应用十分广泛。相比我国的地下煤矿用电缆,澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆设计标准更严格,具有结构独特、抗撕耐磨、使用寿命长、轻便、柔软、安全等特点。


【结构设计和材料选择】在设计澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆时,为了适应矿井狭小空间,电缆必须更轻便、柔软,弯曲半径更小(仅为10倍的电缆外径),故导电线芯中的导体选用了镀锡铜线绞合(单线绞合成股线→股线复绞成导体),且单线绞合成股线时缩小了绞合节径比,仅为12~15,股线复绞时采用了内外层绞向相同,且内外层绞合节径比一致,控制在6~8,从而使该导电线芯外径比常规导体外径更小,更柔软。绝缘选用了EPR(乙丙橡胶)材料,可剥离半导电绝缘屏蔽选用了EVM(乙烯—醋酸乙烯酯橡胶)材料,为了简化电缆结构,缆表面光滑,易剥离,降低制造成本,提高价格竞争力,绝缘和半导电绝缘屏蔽采用了双层共挤。为保证电缆结构的紧凑性、稳定性和耐弯曲性,缆芯中心采用了三叶形半导电橡胶填充,内、外护套间采用芳纶丝编织加强。


为了提高电缆的阻燃性、抗撕裂性、耐冲击弹性、耐油和耐寒等性能,对比各种材料性能后,护套采用了CSP(氯磺化聚乙烯)橡胶,同时在护套表面增加了螺旋反光带硫化工艺,使电缆易于在光线阴暗的环境中被发现,增强电缆的使用安全性。经反复优化,最终设计的澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆结构如图1所示。



图1澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆的结构


【生产工艺】澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆的生产工艺流程如图2所示,其关键工序包括双层共挤、三叶形填充、线芯成缆、护套挤出。



图2澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆的生产工艺


【双层共挤】如果绝缘和绝缘屏蔽分别挤出,则会因绝缘屏蔽层太薄,挤出时不易控制,造成挤出外径不均匀,且浪费材料,同时挤出时的同心度偏差也较大,导致绝缘外表面局部场强集中,使电缆易击穿。因此,澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆中绝缘和绝缘屏蔽采用了双层共挤。双层共挤时,绝缘材料以三元乙丙橡胶为基料配以其他助剂(各组分配比如表1所示)通过炼胶获得。首先将三元乙丙橡胶、氧化锌、防老剂MB、硬脂酸、气相法白炭黑、二氧化钛、化学碳酸钙和滑石粉在密炼机中混炼均匀,温度控制在100℃以下,然后进行滤胶,滤胶后胶料停放时间不少于4h,接着加入细料DCP、促进剂DM、GMF继续混炼成团状物移出密炼机,将团状物在开炼机上拉薄通、翻三角、削片,冷却24h后方可使用。


表1炼制绝缘材料时各组分配比


双层共挤时,可剥离半导电橡胶绝缘屏蔽材料以乙烯—醋酸乙烯酯橡胶为基料配以其他助剂(各组分配比如表2所示)通过炼胶获得。首先将乙烯—醋酸乙烯酯橡胶和丁腈橡胶在密炼机上进行混炼3~4min,依次分批加入防老剂#300、碳酸钙,半补强炭黑、TCP、石蜡、硬脂酸锌、乙炔炭黑、DCP、TAIC,混炼均匀,炼胶温度控制在100℃以下。


表2炼制半导电橡胶绝缘屏蔽材料时各组分配比


为了确保电缆具有优良的物理机械性能和电气性能,必须对绝缘和绝缘屏蔽双层共挤时的硫化程度和同心度进行严格控制。由于绝缘和绝缘屏蔽的硫化程度是影响电缆物理机械性能的关键因素,因此必须避免其因硫化不足或过度硫化而降低绝缘和绝缘屏蔽的机械性能。双层共挤时采用了挤压式模具,并在严格控制硫化度的情况下,将硫化管内氮气压力调整至0.8~0.9MPA,以提高挤出绝缘线芯的同心度、圆整度,以及绝缘层和绝缘屏蔽层表面的光滑度、紧密度,从而提高电缆的耐压水平和使用寿命。


【三叶形填充和线芯成缆】虽然缆芯中心采用三叶形半导电橡胶填充可保证电缆结构紧凑、稳定,但这对三叶形填充、线芯成缆提出了较高的要求。要保证三叶形填充外面的六根线芯稳定排列非常困难。我们设计了许多方案,改造了成缆设备,在原先5个放线盘的基础上再增加了1个放线盘,形成3+3大小绝缘线芯相间排列的放线形式,同时采用小节距成缆,缆芯间隙采用已挤压成型的三叶形橡胶条填充,从而获得了结构稳定和耐弯曲性较好的缆芯。


【护套挤出】护套采用双护层结构,先在缆芯表面挤制半硫化的内护套;再在内护套外表面编织抗拉强度高的芳纶丝网格状的加强层,编织密度不低于85%,编织节距为节圆直径的2.5倍;然后采用挤压式模具挤制外护套,以确保护套密实;最后通过在线硫化,使内、外护套与其间的芳纶丝编织加强层三位一体紧密地融合在一起,极大地提高电缆的抗撕耐磨能力。外护套材料是以氯磺化聚乙烯橡胶为基料配以其他助剂(各组分配比如表3所示)通过炼胶获得,即将氯磺化聚乙烯橡胶和硫磺、促进剂TMTD、氧化镁、防老剂NBC、石蜡、硬脂酸、古马隆树脂、超细滑石粉、混气炭黑和三氧化二锑等在密炼机中混炼均匀,炼胶温度应控制在100℃以下。根据客户要求,增加反光带包带硫化工艺,使护套更致密,同时使电缆在光线阴暗的环境中易于被发现,提高使用安全性。


表3炼制护套材料时各组分配比


【性能试验结果】根据上述结构设计并进行严格的生产工艺控制后,我们成功研制了系列澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆。以241.1-640/1100V3×150+3×16电缆为例,部分性能参数测试结果如表4所示,可见该电缆性能可满足澳大利亚标准AS/NZS地下煤矿用卷绕和拖曳电缆标准要求。该电缆除了具有外径小(68.4mm)、易于弯曲(弯曲半径为684mm)、耐磨、抗拉、耐压、阻燃性能外,还具有特殊的反光能力,便于敷设,使用安全等特点。


表4电缆部分性能测试结果


【总结】通过合理的产品结构设计实现澳洲地下煤矿用卷绕和拖曳电缆综合性能好、耐磨抗撕性能优、外径小、便于敷设、易于弯曲、使用安全的目的。该系列电缆具有一定的先进性,其经济效益和社会效益比较理想,促使我们进一步拓展澳洲及海外市场,前景十分广阔。


——卫国升,程文燕,刘华军,上海飞航电线电缆有限公司

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