ЖАРОСТОЙКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01B7/04 H01B7/18 H01B11/18 

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для передачи сигналов от датчиков, служащих для измерения различных параметров, например температуры, и установленных в различных устройствах и агрегатах, работающих в жестких условиях.

Современное оборудование подвергается все более жестким условиям эксплуатации. Для контроля работоспособности узлов и агрегатов в таких условиях используются всевозможные датчики, информация от которых по кабельным трассам поступает на контролирующие приборы. Чтобы эта информация была достоверной, особое внимание уделяется состоянию оболочек кабелей, к которым 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 кабелей, например к таким, как электрическое сопротивление и напряжение пробоя, зависящим 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).

Указанный кабель обладает незначительным ресурсом работы из-за разрушения термоэлектродов под воздействием эрозии, вибраций, 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 агрессивных средах и при высоких температурах. Однако этот кабель обладает несколькими существенными недостатками.

Одним из них является высокая 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 выделившихся 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 невозможно.

Следует также отметить, что указанный кабель быстро теряет необходимую гибкость в процессе изготовления и эксплуатации.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении механических (прочностных и пластических) свойств кабеля при том же и даже меньшем его диаметре и уменьшении числа технологических операций при изготовлении 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, установленных коаксиально с зазором, заполненным магнезиальной изоляцией, соединенных на концах сваркой и изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых отличаются более чем на 0,15 В и имеют разные знаки, а также за счет того, что наружная трубка изготовлена из циркония и/или внутренняя трубка изготовлена из циркония.

Сущность изобретения поясняется чертежами, 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 установленных коаксиально с зазором, заполненным магнезиальной изоляцией 2, 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, установленных коаксиально с зазором, заполненным магнезиальной изоляцией 2, и изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых отличаются более чем на 0,15 В и имеют разные знаки, т.е. положительный и отрицательный. Такое конструктивное решение позволяет повысить механические свойства кабеля по целому ряду причин.

Во-первых, 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 в два и более слоев уменьшает анизотропию деформации, которая проявляется, в основном, на внутренней трубке, 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.

Как показали многочисленные испытания, заявленный кабель имеет относительное удлинение в 2 раза больше, а радиус изгиба в 1,5 раза меньше по сравнению с кабелем того же диаметра, оболочка которого изготовлена из той же стали. Существенно выше у таких кабелей и прочностные свойства, что позволяет уменьшить их диаметр. Показатель гибкости у предлагаемых кабелей сохраняется как в процессе изготовления, так и при эксплуатации. Уменьшение диаметра кабеля и повышение его пластических свойств позволят проводить линии кабельной передачи в недоступных для ныне использующихся кабелей местах.

На расширении области применения положительно сказывается и то обстоятельство, что данное изобретение позволяет изготавливать наружные трубки кабеля из таких металлов (сплавов металлов, сталей), свойства которых наиболее приемлемы для того объекта техника, в котором этот кабель будет использоваться. Например, если наружный слой оболочки кабеля выполнить из циркония, то такой кабель можно будет использовать в активной зоне ядерного реактора, т. к. сечение захвата нейтронов цирконием заметно меньше, чем у многих других конструкционных материалов. С другой стороны, и внутренней слой оболочки кабеля может быть изготовлен из циркония, поскольку этот металл обладает хорошими абсорбционными свойствами. В таком случае внутренний слой оболочки кабеля будет использоваться в качестве геттера кислорода, водорода и азота.

Возможен вариант, при котором внутренняя 3 и наружная 4 трубки циркониевые, а промежуточная трубка 5 стальная, чтобы повысить остойчивость кабеля. Трубки, из которых изготовлена оболочка кабеля, располагают с зазором, заполненным изоляционным материалом 2, с целью исключить опасность их электрохимического взаимодействия. Вследствие того, что деформации, главным образом, подвергается внутренняя трубка, даже разрушение которой не грозит продолжению нормальной работы кабеля, сокращается число технологических операций, необходимых для изготовления кабеля требуемого диаметра.

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 позволят проводить линии кабельной передачи в недоступных для ныне использующихся кабелей местах.

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для передачи сигналов от датчиков, служащих для измерения различных физических параметров, например температуры, и установленных, главным образом, на объектах техники, эксплуатирующихся в экстремальных условиях. Изобретение направлено на повышение механических (прочностных и пластических) свойств кабеля при том же и даже меньшем его диаметре и уменьшение числа технологических операций при изготовлении кабеля. Указанный технический результат достигается за счет того, что оболочку жаростойкого кабеля выполняют, по крайней мере, из двух трубок, изготовленных из металлов (сплавов металлов, сталей), стационарные потенциалы которых отличаются более чем на 0,15 В и имеют разные знаки. Трубки устанавливают коаксиально с зазором. Заполняют зазор магнезиальной изоляцией. Кроме того, наружную и/или внутреннюю трубки могут изготавливать из циркония. 2 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, установленных коаксиально с зазором, заполненным магнезиальной изоляцией, и изготовленных из металлов или сплавов металлов или сталей, стационарные потенциалы которых отличаются более чем на 0,15 В и имеют разные знаки. 2. Жаростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что наружная трубка изготовлена из циркония. 3. Жаростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя трубка изготовлена из циркония.