8.2. СПОСОБЫ РАСЧЕТА ОХЛАЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПОСЛЕ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ИЛИ ВУЛКАНИЗАЦИИ ПОКРЫТИЯ

2 S,

а2=-

5 тепловое сопротивление окружающей среды I 6о

S„+2So ih 8.2.1. Расчет режима охлаждения кабельных изделий с то-

нкослойным покрытием. Если охлаждаемое покрытие тонкослойное, как, например, при изолировании жил городских телефонных кабелей, то перепадом температуры по толщине изоляции можно пренебречь. В этом случае расчет производится на основе уравнения теплового баланса количества теплоты, поступившей с кабельным изделием, и теплоты, отводимой в окружающую изделие охлаждающую среду.

С кабельным изделием в охлаждающую ванну поступает количество теплоты gi, которое рассчитывается как

ei = Q(9,-9„4 (8.44)

где Ск - теплоемкость кабельного изделия на единицу длины; 9г - температура изделия при входе в охлаждающую ванну; 1 \ 9охл - температура, до которой охлаждается изделие.

ЪШУШ Q = CiWi--C2m2-b... + c„m„, г=1,..., и, (8.45)

где /=1, 2, 3, «- число элементов конструкции кабельного изделия (жила, изоляция жил, заполнение и т.д.); т, m-i, т„-массы элементов конструкции кабельного изделия; Ci, С2, с„ - удельные теплоемкости элементов конструкции кабельного изделия.

Величина т рассчт ывается как

m = vyF. (8.46)

Здесь F-тшощадь поперечного сечения элемента конструкции кабельного изделия; v - скорость движения изделия через охлаждающую ванну; у - плотность материала элемента конструкции кабельного изделия.

За величину 9г принимается температура головки экст-\ -.Jn / J рудера, т. е. считается, что поверхность изделия входит в охла-

ждающую ванну с той температурой, какую имеет расплав Таким обоазом по (8.42) мо» ю определить температуру I в головке экструдера; Э»,, составляет обычно 40-50° С

5-тепловое сопротивление покрытия

удельное тепловое сопротивление покрытия, равное 11%, индекс «нач» обозначает начальную температуру.

Если выражение (8.41) для О» подставить в (8.39), то получим

,«2 + 2

6ж.нач~п

- 1 +

.5„ )

(8.42)

по среднему радиусу покрыти? Температура поверхности изделия может быть рассчитана из ниже приведенного выражения:

©пов-9пов-9о = ©п •

(8.43)

Аналитическое решение уравнений (8.41-8.43) Довольно сложно. Поэтому наиболее эффективно использовать для и решения ЭВМ, применяя, например, метод решения параоо лических уравнений, приведенный в [53J.

При охлаждении кабельное изделие отдает с поверхности теплоту

е2 = осп( (9,р-9о), (8.47)

где d-диаметр изделия по покрытию; /-длина охлаждающей ванны; а-ко:)ффициент теплоотдачи; 9ер-средняя температура охлаждаемого изделия.

При определении 9р принимается, что температура изделия По длине охлаждающей ванны меняется линейно от Эг до 9,

охл, тогда

9ср=(9г + 9„,,)/2.

(8.48) 273,

Очевидно, что Qi=Q2, т.е.

(ciYi + СгРгУг + . + c„F„y„) v (9,-= andl{Kp-»o)- (8-49)

Следовательно, если задана скорость движения кабельного изделия через охлаждающую ванну, то длину ванны можно определить следующим образом:

Если охлаждающая ванна, как и при наложении полиэтиленового покрытия, состоит из нескольких секций с различной температурой охлаждающей воды, то длина каждой секции в соответствии с (8.50) рассчитывается отдельно, а полученные значения длин секций li, h и т. д. суммируются.

Наоборот, если длина ванны известна, то скорость определя-, ется так: •

-fco) (g3j;

Следует отметить, что на практике скорость движения кабельного изделия, как правило, лимитируется производительностью экструдера для данного типа экструзионной линии.

8.2.2. Расчет режима охлаждения кабельных изделий с учетом изменения температуры по толщине покрытия. Этот расчет делают в том случае, если перепадом температуры по толщине изоляции пренебречь нельзя. Расчет проводится на основе теории нестационарной теплопроводности с использованием графических зависимостей безразмерных температур от критериев Ро и Bi, приведенных на рис. 8.2 [48]. Основное допущение при проведении этого ориентировочного расчета заключается в том, что охлаждаемое изделие рассматривается как однородный цилиндр, хотя в связи с наличием токо проводящей жилы изменяется характер теплоотвода.

При проведении расчета определяется длина охлаждающей ванны, так как, как уже указывалось, скорость движения охлаждаемого кабельного изделия v определяется, как правило, производительностью экструдера. В этом случае обычно задаются начальная температура полимерного покрытия 9нач> принимаемая равной температуре головки экструдера 9, и температура охлаждающей среды &о- Кроме того, известны диаметр провода D и толщина полимерного покрытия Д-Расчет осуществляется в следующей последовательности.

1) ©пределяются теплофизические параметры, характеризующие материал покрытия (>.„ор, с„ор, Упокр, Опокр) и охлаждающую среду (X, V, с, Y, Р). Параметры среды определяются при ее температуре а параметры покрытия -при ее средней

температуре. В принципе эти параметры изменяются, так как в процессе охлаждения температура пйкрытия изменяется от до Эохл- Приближенно теплофизические параметры определяются при

покр.ср = (г + 9охл)/2,

а теплофизические параметры среды-при

*0 ср

(„o.p.cp+9o) (a,+9„j

+ 9„.

2) Зная теплофизические параметры покрытия и охлаждающей среды, можно определить критерии Re, Рг, Gr.

Затем с помощью уравнений подобия, выбираемых в зависимости от режима течения, определяемого критерием Рейнольдса, вычисляется критерий Нуссельта Nu = txd/k и далее коэффихщент теплоотдачи а.

3) По коэффициенту теплоотдачи а рассчитывается критерий Био:

4) Затем рассчитываются значения безразмерных температур по графическим зависимостям, приведенным на рис. 8.2. На поверхности изделия в конце охлаждающей ванцы

(8.52)

Если задать допустимую температуру на оси иЗделия, то в конце рхлаждающей ванны

охл.ос~9о

00 9,-9о

(8.53)

где Кхл.ос-температура, до которой нужно охладить изделие по оси полимерного слоя.

5) Так как ©„„в/во и 0„с/во являются функциями от критериев Био и Фурье, то по их графическим зависимостям, приведенным на рис. 8.2, определяем критерий Фурье, а по критерию Фурье вычисляем время движения изделия в охлаждающей ванне t:

/ = РоЛ>„„,р. , (8.54)

6) Последний этап - определение длины охлаждающей ванны как l=vt. Следовательно, можем определить, достаточна ли при рассматриваемых условиях длина ванны для охлаждения как поверхности кабельного изделия, так и любого его элемента, в частности расположенного по оси цилиндрического изделия.

8* , .275

При расчете охлаждения кабельного изделия на ЛКНВ можно пользоваться вышеприведенной методикой, однако необходимо учитывать, что изделие входит в охлаждающую камеру с температурой полимерного покрытия, различающейся по сечению. Поэтому, как правило, делается допущение, что температура охлаждаемого слоя при входе в охлаждающую камеру постоянна и равна полусумме температур внешней [ и внутренней поверхностей шланга:

Энач = (9вш + 9вх)/2. (8.55)1

Если построить зависимость температуры внешней и внутренней поверхностей вулканизуемого охлаждаемого покрытия от времени, то можно количественно оценить степень допол- нительной вулканизации этого покрытия при охлаждении. Учитывая эту дополнительную степень вулканизации при охлаждении, можно увеличить линейную скорость движения изделия через вулканизационную камеру.

Глава девятая НЕТРАДИЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК

9.1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОЙ ПЛАСТМАССОВОЙ

ИЗОЛЯЦИИ

Ленточная полимерная изоляция кабелей и проводов изготовляется методом обмотки токопроводящей жилы. Как правило, такой метод используется, если не представляется возможным наложить пластмассовую изоляцию методом экструзии. В частности, методом обмотки приходится изолировать проводники лентами из политетрафторэтилена (фторопласта-4) или полиимидно-фторопластовыми лентами. Для изолирования используются вертикальные обмоточные машины с центральными обмотчиками или горизонтальные обмоточные машины с полутангенциальными обмотчиками.

Принцип действия всех этих машин одинаков. Проволока или токопроводящая жила от датчика направляется через протиры (иногда через правильные приспособления) в устройства (обмотчики), где происходит наложение изоляции методом обмотки с последуюпщм приемом изготовленной продукции или полуфабриката • на барабаны (катушки). Более подробно принципы действия и конструкции обмоточных машин изложены в [4].

Обмотка ориентированными и неориентированными лентами из фторопласта-4, изготовленными методом строжки цилиндрических полимерных заготовок, производится с перекрытием

липнем.