ЖАРОСТОЙКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01B7/28 

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.

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.

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).

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.

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).

Данный кабель обладает высокой работоспособностью даже в высокотемпературных и агрессивных средах. Однако этот кабель обладает и рядом существенных недостатков.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Жаростойкий кабель состоит из термоэлектродных жил 1, магнезиальной изоляции 2 и оболочки, выполненной из внутренней трубки 3, наружной трубки 4 и промежуточной трубки 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Уменьшение диаметра кабеля и повышение его пластических свойств позволит проводить линии кабельной передачи в не доступных для ныне использующихся кабелей местах.

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для передачи сигналов от датчиков, служащих для измерения различных параметров и функционирующих в неблагоприятных условиях. Техническим результатом является повышение механических и пластических свойств кабеля и увеличение его коррозийной стойкости, а также улучшение технологического процесса изготовления кабеля. Оболочку жаростойкого кабеля выполняют, по крайней мере, из двух трубок, изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых или имеют одинаковые знаки, или имеют разные знаки и отличаются при этом не более чем на 0,15 В. Трубки устанавливаются коаксиально с натягом. Кроме того, наружную трубку кабеля можно изготовить из металла (сплава металлов, стали), стационарный потенциал которого имеет одинаковый знак со стационарным потенциалом металла (сплава металлов, 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 должны отличаться не более чем на 0,15 В. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Жаростойкий кабель, содержащий герметичную металлическую оболочку, в которую помещены термоэлектродные жилы, изолированные друг от друга и оболочки магнезиальной изоляцией, отличающийся тем, что оболочка выполнена, по крайней мере, из двух трубок, изготовленных из металлов, или сплавов металлов, или сталей, стационарные потенциалы которых или имеют одинаковые знаки, или имеют разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов, или сплавов металлов, или сталей отличаются не более чем на 0,15 В, и установленных коаксиально с натягом. 2. Жаростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что наружная трубка кабеля изготовлена из металла, или сплава металлов, или стали, стационарный потенциал которого имеет одинаковый знак со стационарным потенциалом металла, или сплава металла, или стали конструкции, в которой его будут устанавливать, или имеет с ним разные знаки, но при этом стационарные потенциалы металлов, или сплавов металлов, или сталей наружной трубки кабеля и конструкции отличаются не более чем на 0,15 В.