Электронагревательный кабель

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Царенко Юрий Валентинович Рубаник Василий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(57) Электронагревательный кабель, содержащий трубчатую оболочку, резистивный элемент, выполненный в виде проводника высокого электросопротивления и расположенный внутри указанной оболочки коаксиально, зазор между которыми заполнен минеральной изоляцией, и токовводы, отличающийся тем, что внутри проводника высокого электросопротивления, выполненного трубчатым, расположены указанные токовводы, выполненные из порошкового материала с низким электросопротивлением, при этом полость между токовводами по длине кабеля заполнена минеральной изоляцией, а вся минеральная изоляция выполнена из порошкового материала. Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к производству жаростойких кабелей с токопроводящей жилой и минеральной изоляцией. Известен 1 кабель нагревостойкий с минеральной изоляцией, который может быть использован для изготовления электрических нагревателей. Недостатком указанного устройства является то, что оно имеет постоянный нагрев по всей длине. 16499 1 2012.10.30 Известен 2 нагревательный кабель с чередующимися припаянными к нагревательным жилам ненагревающимися из-за их высокой электропроводности участками. Недостатками этого кабеля являются ненадежность и сложность массового изготовления из-за присутствия трудоемкого процесса пайки ограниченность применения, так как пайка возможна лишь для узкого круга металлических материалов. Электронагревательный кабель для практического использования в качестве электронагревательного устройства требуется снабжать нетепловыделяющими (холодными) соединительными проводами. Для этой цели обычно используются медные провода, а электрический контакт холодной и горячей частей кабеля обеспечивается при помощи либо сварки, либо скрутки, что ухудшает надежность и технологичность, так как создает трудности при дальнейшей электроизоляции и герметизации кабеля. Из уровня техники известен наиболее близкий по технической сути к изобретению электронагревательный кабель 3, состоящий из металлической жаростойкой коррозионно-стойкой оболочки, заполненной минеральной изоляцией, а также из токопроводящего проводника, расположенного внутри оболочки коаксиально. Проводник выполнен из токопроводящего материала комбинированным, с применением биметалла в зонах с меньшим электрическим сопротивлением. Существенным недостатком данного кабеля является то, что он, в силу присущих ему конструктивных особенностей, подвержен достаточно высоким механическим напряжениям при волочении, особенно в местах расположения биметалла внутри оболочки, что приводит к возможному обрыву токопроводника или разрушению оболочки. Также он характеризуется высокой технологической трудоемкостью изготовления. В связи с этим такой кабель можно деформировать лишь с малыми единичными обжатиями и невысокими скоростями протягивания заготовки. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание электронагревательного кабеля, обладающего более высокой способностью к пластической деформации волочением при одновременном снижении технологической трудоемкости его изготовления. Поставленная задача решается за счет того, что электронагревательный кабель, содержащий трубчатую оболочку, резистивный элемент, выполненный в виде трубчатого проводника высокого электросопротивления и расположенный внутри указанной оболочки коаксиально, зазор между которыми заполнен минеральной изоляцией, и токовводы, в соответствии с изобретением, внутри проводника высокого электросопротивления, выполненного трубчатым, расположены указанные токовводы, выполненные из порошкового материала с низким электросопротивлением, при этом полость между токовводами по длине кабеля заполнена минеральной изоляцией, а вся минеральная изоляция выполнена из порошкового материала. Токопроводящий проводник нагревостойкого кабеля в виде трубчатой оболочки изготавливают из известных материалов - металлов или их сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением, например нихромов или специальных сплавов. При этом заявляемый технический результат достигается за счет выполнения токовводов, расположенных внутри трубчатой оболочки, из порошковых материалов. В отличие от металлов, сыпучие вещества не обладает сплошностью. Основной механической характеристикой порошкового материала является отсутствие в нем какого-либо сопротивления растягивающим напряжениям, поскольку при полном отсутствии связей между отдельными твердыми частицами не существует сил, препятствующих разъединению частиц при действии растягивающих усилий. Единственной силой, которая вызывает сопротивление сдвигу в структуре порошкообразного вещества, является трение твердых частиц относительно друг друга. Всякое превышение усилия над силой трения вызывает внутренние сдвиги в сыпучем веществе и разрушение его как устойчивой системы частиц. Полноценным сопротивлением механическим нагрузкам сыпучее тело обладает только в 2 16499 1 2012.10.30 отношении сжимающих усилий. Сжимающие усилия встречают в порошкообразном такое же сопротивление, как и в сплошном, так как передача сжимающих усилий происходит через точки взаимного касания частиц порошка друг к другу. Поэтому при волочении кабеля пластическая деформация в местах расположения токовводов, выполненных из порошковых материалов, не вызывает резких скачков усилия волочения, что обеспечивает снижение обрывности заготовки, позволяет увеличить скорость деформации. В качестве электропроводящих порошков используют углерод, никель, медь и другие материалы. Наружный диаметр кабеля при этом остается неизменным по всей длине. Полость между токовводами по длине кабеля заполняется минеральной порошковой изоляцией для обеспечения равномерной деформации стенки трубчатого резистивного элемента при волочении кабельной заготовки. Количество холодных и горячих зон в кабеле и их размеры, а также температура в этих зонах определяются исходя из технических требований эксплуатации. Использование трубчатой жилы позволяет повысить допустимую токовую нагрузку кабеля за счет обеспечения лучших условий охлаждения, позволяя при этом уменьшить его материалоемкость. Техническая сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, где изображено продольное сечение нагревостойкого кабеля. Предлагаемый электронагревательный кабель состоит из оболочки 1, выполненной из коррозионно-стойкой стали или жаростойкого сплава, заполненной минеральной изоляцией 2, токопроводящего трубчатого проводника 3, расположенного внутри оболочки коаксиально, минеральной изоляции 4 и токовводов 5, расположенных внутри проводника 3. Токопроводящий проводник 3 выполнен из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. Сборку заготовки предлагаемого кабеля осуществляют следующим образом. На первом этапе изготовления осуществляют сборку трубчатого токопроводящего проводника. Для его изготовления используют трубу из жаропрочного сплава диаметром 8-10 мм, которую заполняют порошком из окиси магния или алюминия. Токовводы формируют путем заполнения участков трубы порошками из графита или никеля, меди на специальных засыпочных машинах 4. Затем полученную заготовку подвергают волочению и промежуточным отжигам до получения необходимого диметра токопроводника. На втором этапе изготовления кабеля полученный токопроводник помещают в трубу из коррозионно-стойкой стали диаметром 20-25 мм, центруют в трубе и заполняют на засыпочной машине 4 минеральной изоляцией. Затем полученную заготовку подвергают волочению и промежуточным отжигам до получения необходимого диметра нагревостойкого кабеля. Волочение кабеля осуществляли с единичными обжатиями 18-20(по прототипу до 10 ) и скоростью протягивания до 40-60 м/мин (по прототипу до 15-20 м/мин). Обрывов и разрушения заготовки кабеля не наблюдали. Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет упростить и удешевить технологический процесс изготовления кабеля, повысить его надежность. Источники информации 1. Сучков В.Ф., Светлова В.И, Финкель Э.Э. Жаростойкие кабели с магнезиальной изоляцией. - М. Энергия, 1969. - С. 3. 2. Заявка ФРГ 2041935, МПК 05 3/48, 1975. 3. Патент 2388189, МПК 05 3/48, 2010 (прототип). 4. Сучков В.Ф., Светлова В.И, Финкель Э.Э. Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией. - М. Энергоатомиздат, 1984. - С. 20-25. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3