ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ И РЕМОНТА КАБЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК H05B6/36 H05B6/06 H02G1/16 

Изобретение относится к индукционным аппаратам для соединения и ремонта кабелей, в частности:

- вулканизацией кабелей с резиновой, пластмассовой изоляцией;

- заливкой битумной массы, разогретой в стальном коробе, установленном на индукторе, для ремонта бронированных кабелей.

Известен индукционный вулканизатор, содержаний две трехстержневые шихтованные системы с катушками на каждом стержне, при этом на концах стержней жестко закрепляется полуформа /Авт. свид. №131005, опубл. в БИ №16, 1960 г. /1/.

Недостатком известного вулканизатора в общепромышленном исполнении является большая масса порядка 120 кг. Обеспечение взрывобезопасности шести катушек и двух вводов вулканизатора приводит к дальнейшему увеличению массы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является индукционный аппарат для соединения и ремонта кабелей, содержащий многостержневой шихтованный магнитопровод с нечетным количеством стержней; катушки индуктора, расположенные на каждом четном стержне; две стальные ферромагнитные полуформы с медными вкладышами, установленные на свободных концах магнитопровода, причем плоскость разъема полуформ совпадает с направлением магнитного потока в стержнях; электромагнитные шунты, выполненные из набора пластин электротехнической стали и установленные на внешних поверхностях полуформ параллельно стержням магнитопровода /Patent USA, Shakula et al. №4, 128367, Dec 5, 1978 [2]/.

Недостатками известного вулканизатора являются:

- неравномерность температурного поля по длине и высоте пресс-формы, что объясняется следующим - с целью уменьшения габаритов, массы и обеспечения взрывобезопасности аппарата, на его индуктор устанавливают катушки только на центральных стержнях, поэтому вихревые токи в пресс-форме в области крайних и центральных стержней неодинаковы, что и приводит к неравномерности температурных полей пресс-формы;

- узкая область его применения, а именно известный индукционный аппарат /2/ используется в угольных шахтах только для ремонта шланговых оболочек кабеля;

- значительный расход меди - число медных вкладышей в стальных полуформах достигает 3-5 единиц.

В основу изобретения поставлена задача создать такой индукционный аппарат для соединения и ремонта кабелей, в котором применение пресс-форм нового типа обеспечивает высокую равномерность температурного поля вулканизируемых, прессуемых и нагреваемых изделий, расширяет область его применения, а также значительно снижает расход дорогостоящей меди.

Поставленная задача достигается тем, что в индукционном аппарате для соединения и ремонта кабелей, содержащем многостержневой шихтованный магнитопровод с нечетным количеством стержней, катушки индуктора, расположенные на каждом четном стержне, две стальные ферромагнитные полуформы с медными вкладышами, установленные на свободных концах магнитопровода, причем плоскость разъема полуформ совпадает с направлением магнитного потока в стержнях, электромагнитные шунты, выполненные из набора пластин электротехнической стали и установленные на внешних поверхностях полуформ параллельно стержням магнитопровода, согласно изобретению в стальных полуформах, установленных на многостержневой индуктор, только первый медный или латунный вкладыш электрически соединен с кромками стальной полуформы, при этом суммарная длина электрического соединения составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и центральным стержнями, а электрическое соединение выполнено как в левой, так и в правой частях полуформ, а последующие вкладыши для полуформ изготовлены из металлов, которые не опасны по фрикционному искрению;

- причем по конфигурации сечения полуформы устанавливают сплошной короткозамкнутый виток из электропроводного и теплопроводного металла, например из меди, латуни или других неискрящих металлов или сплавов, единичные витки установлены в левой и правой частях полуформ, в витках выполнены прямоугольные отверстия, размеры и расположение которых соответствуют размерам и расположению крайних стержней шихтованного магнитопровода, суммарную длину витка по длине полуформы определяют расстоянием от конца полуформы плюс ширина крайнего стержня, плюс 1/3 расстояния между крайним и центральным стержнями, а в средней, свободной части полуформы устанавливают С-образный, неприваренный медный вкладыш, имеющий толщину, одинаковую с толщиной крайних витков;

- стальные полуформы, установленные на многостержневой индуктор, выполнены полыми, в полость полуформ по всей их длине установлены пакеты электротехнической стали, при этом в нижней части полых полуформ выполнены прямоугольные отверстия, размеры и расположение которых соответствуют размерам и расположению стержней индуктора, а толщина стали полых полуформ меньше глубины проникновения электромагнитного поля;

- электромагнитные шунты установлены в углублениях на боковых поверхностях полуформ и расположены только над четными стержнями шихтованного магнитопровода, а длина шунтов составляет 1, 2 ширины этих стержней; дополнительно к этому электромагнитные шунты установлены на нижних поверхностях полуформ и соприкасаются с четными стержнями шихтованного магнитопровода, а длина каждого из шунтов составляет 1/3 расстояния между четными и нечетными стержнями;

- стальные полуформы выполнены тройниковыми, каждая из которых содержит горизонтально расположенную полуформу, вертикальный патрубок, вкладыши и соединены стяжными устройствами в пресс-форму, установленную на трехстержневой индуктор с установкой ограничителей для совмещения оси центрального стержня индуктора и вертикальной оси тройника, при этом суммарная высота вертикального патрубка и полуформы над центральным стержнем шихтованного магнитопровода в два раза больше, чем высота полуформ над крайними стержнями, что соответствует величине удельных мощностей, то есть киловатт на один килограмм металла и ремонтируемого кабеля;

- на пятистержневой индуктор установлены либо стальной ферромагнитный короб прямоугольной формы, причем высота короба над тремя центральными стержнями в два раза больше, чем над крайними стержнями, что соответствует величине удельных мощностей, то есть киловатт на один килограмм металла короба и битумной массы; при этом на вертикальных стальных стенках короба устанавливают и электрически соединяют со сталью медные и латунные листы; либо стальные полуформы с электрическим соединением медных вкладышей с кромками стальных полуформ, при этом суммарная длина электрического соединения составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и последующим стержнем; либо по конфигурации сечения стальной полуформы устанавливают сплошной короткозамкнутый виток из электропроводного и теплопроводного металла, например из меди; в целом достигается: обеспечить равномерность температурного поля по всей рабочей длине пресс-формы, расширить область применения, снизить расход дорогостоящей меди, повысить качество ремонтируемых изделий.

На фиг.1 показан главный вид индукционного аппарата; на фиг.2 - сечение по линии 1-1 фиг.1; на фиг.3, 4, 5 - индуктор с полуформой, содержащий медный вкладыш, электрически соединенный с кромками полуформы; на фиг.4 - сечение по линии II-II фиг.3; на фиг.5 - индуктор с полуформой с установленным в ней вкладышем из меди электрически соединен с кромками стальной полуформы, а затем с установленными вкладышами из металла не опасного по фрикционному искрению; на фиг.6, 7, 8 - индуктор с полуформой, с установленными в области крайних стержней короткозамкнутыми витками, изготовленными из электропроводного и теплопроводного металла, при этом в витках над шихтованными стержнями выполнены прямоугольные отверстия; на фиг.7 - сечение по линии III-III фиг.6; на фиг.8 - изображение короткозамкнутого витка в аксонометрии; на фиг.9, 10, 11 представлен индуктор с полой полуформой, содержащей пакет электротехнической стали; на фиг.10 - сечение по линии IV-IV фиг.9; на фиг.11 - изображение полой полуформы в аксонометрии без установленного пакета электротехнической стали; на фиг.12 - индуктор с двумя полуформами, содержащими электромагнитные шунты по бокам и снизу; на фиг.13 - вид сверху фиг.12; на фиг.14 представлен индуктор с тройниковой пресс-формой; на фиг.15 - вид слева фиг.14; на фиг.16 - вид сверху фиг.14; на фиг.17 - сечение по линии V-V на фиг.14; на фиг.18 - пятистержневой индуктор с установленным на нем коробом для нагрева битумной массы; на фиг.19 - сечение по линии VI-VI на фиг.18; на фиг.20 - пятистержневой индуктор со стальными полуформами и вкладышами из меди, электрически соединенными с кромками стальных полуформ в области крайних стержней шихтованного магнитопровода.

Индукционный аппарат по фиг.1, 2 содержит корпус 1, в котором установлен многостержневой магнитопровод 2, на среднем стержне которого расположена основная катушка 3. На свободных концах магнитопровода размещена разъемная пресс-форма. Она состоит из двух полуформ - 4 и 5. Полуформы скрепляются стяжными устройствами 6. Аппарат имеет блокировочную и компенсационную катушки 7, которые совместно с блоком управления предназначены для защиты аппарата от режима работы с разомкнутой магнитной цепью. Аппарат снабжен штепсельной полумуфтой 8, с помощью которой устройство подключают к питающей сети.

По варианту аппарата, представленного на фиг.3, 4, 5, сплошные стальные полуформы 9 электрически соединены с медными латунными вкладышами по кромкам 10. Последующие вкладыши 11 изготовлены из металла, безопасного по фрикционному искрению.

По варианту аппарата на фиг.6, 7, 8 на полуформах в области крайних стержней установлены два сплошных короткозамкнутых витка 12 из металлов типа меди, латуни, причем в единичных витках выполнены прямоугольные отверстия 13.

По варианту конструкции аппарата, представленного на фиг.9, 10, 11, в полые стальные полуформы 14 вмонтированы шихтованные магнитопроводы 15, при этом в нижней части полых полуформ профрезерованы прямоугольные отверстия 16, что позволяет устанавливать пресс-форму на стержни шихтованного магнитопровода индуктора.

В варианте устройства на фиг.12, 13 в углублениях 17 на боковых поверхностях полуформ, а также на нижних поверхностях полуформ установлены электромагнитные шунты 18 и 19, изготовленные из пакетов электротехнической стали.

В варианте аппарата, предназначенного для ремонта тройниковых осветительных гибких кабелей, на фиг.14, 15, 16, 17 представлена пресс-форма 20 с приваренным верхним патрубком 21, вкладышами 22, ограничителями 23, препятствующими смещению пресс-формы на индукторе.

В варианте аппарата на фиг.18, 19, 20 - пятистержневой индуктор 24 имеет сьемный стальной ферромагнитный короб 25 переменной высоты для обеспечения равномерного нагрева битумной массы с установленными и электрически соединенными со сталью медные или латунные листы 26.

В варианте аппарата, предназначенного для ремонта гибких кабелей вулканизацией, на фиг.20 пятистержневой индуктор 27 имеет съемные полуформы с электрическим соединением медных или латунных вкладышей с кромками стальных полуформ, при этом длина электрического соединения медь-сталь составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и последующим стержнем.

Устройство по п.1, фиг.3, 4, 5 работает следующим образом. Источником переменного магнитного потока в индукционном аппарате является индуктор; в данном варианте - трехстержневой индуктор /фиг.3/. Переменный магнитный поток Ф_П протекает через центральный стержень индуктора, а затем разветвляется на каждую полуформу 9 от ее центральной части - к крайней. При этом плотность магнитного потока в центральной части стальной полуформы 9 - наибольшая, а в области полуформ над крайними стержнями резко уменьшается.

Для обеспечения равномерности температурного поля стальных полуформ 9 по их длине и высоте предложено осуществить электрическое соединение, например, сваркой медных или латунных вкладышей 11 с кромками 10 стальных полуформ 9 в местах, прилегающих к крайним стержням.

Вследствие электрического соединения медных вкладышей 11 по кромкам 10 стальной полуформы 9 величина полного сопротивления по периметру металлов сталь-медь резко уменьшается, при этом возрастает величина потока и возрастает нагрев.

Устройство по п.2, фиг.6, 7, 8 работает следующим образом. По конфигурации сечения полуформы устанавливают сплошные короткозамкнутые витки 12, например, из меди или латуни в левой и правой частях полуформ. В витках выполнены прямоугольные отверстия 13, благодаря этому обеспечивается равномерность температурного поля.

Устройство по п.3, фиг.9, 10, 11 работает следующим образом. Источником переменного магнитного потока в индукционном аппарате является индуктор; в данном варианте - трехстержневой индуктор /фиг.9, 10/. Переменный магнитный поток Ф_О протекает через центральный стержень индуктора, а затем разветвляется на стальные полуформы 14 /Ф₀₁, Ф₀₂/.

Как указывалось, в полые стальные полуформы 14 вмонтированы шихтованные магнитопроводы 15, в нижней части каждой из полуформ 14 профрезерованы три прямоугольных отверстия 16, которые предназначены для установки на три стержня индуктора.

При включении напряжения на катушку индуктора магнитные потоки протекают между:

а/ трехстержневым магнитопроводом и шихтованными магнитопроводами 15 в полых стальных полуформах 14 /поток Ф_01Ш/;

б/ трехстержневым магнитопроводом и торцевыми частями стальных полуформ /поток Ф_01С/.

Магнитный поток Ф_01Ш протекает по шихтованному магнитопроводу 15, охваченному полой стальной полумуфтой 14, по внутренней поверхности которой на определенной глубине протекают вихревые токи, греющие полуформы.

Вторая часть переменного магнитного потока Ф_01С протекает от трехстержневого шихтованного магнитопровода непосредственно к стальной оболочке полых полуформ в основном по внешней поверхности стальных полуформ.

Опытами установлено, что выполнение в нижних частях стальных полуформ 14 прямоугольных отверстий 16 обеспечивает снижение перегрева стальных частей полуформ.

Таким образом, нагрев полых полуформ 14 происходит как от вихревых токов, протекающих внутри полуформ, так и по их внешней поверхности, что обеспечивает высокий уровень равномерности температурного поля.

Из этого следует, что система, состоящая из индуктора и полых полуформ 14 со вставленными в них шихтованными магнитопроводами 15, в сущности является особым трансформатором, причем шихтованные магнитопроводы 15, вставленные в полуформы 14, являются ярмами этого трансформатора, а стальные полые оболочки являются короткозамкнутыми единичными витками с определенной величиной полного сопротивления:

где R - активное сопротивление;

Х - индуктивное сопротивление.

Величина вихревых токов во внутренней части полуформ определяется величиной ЭДС Е, а также величиной Z - полного сопротивления.

Устройство по п.4, фиг.12, 13 работает следующим образом. Электромагнитные шунты 18 установлены в углублениях 17 на боковых поверхностях полуформ, дополнительно к этому шунты 19 установлены на нижних поверхностях полуформ.

По электромагнитным шунтам 18, 19 протекает переменный магнитный поток Ф_Ш, что позволяет уменьшить магнитный поток и нагрев центральной части стальных полуформ. За пределами центральных шунтов 18, 19 протекают полные магнитные потоки Ф_С по сплошной части стальных полуформ.

Таким образом достигается более высокая равномерность температурного поля как по длине, так и по высоте стальных полуформ.

Устройство по п.5, фиг.14, 15, 16, 17 предназначено для вулканизации тройникового гибкого кабеля. При этом снимают шланговую оболочку гибкого кабеля и изоляцию жил, затем сваривают вертикально и горизонтально расположенные медные жилы. После этого прочно обматывают медные жилы сырой резиной в области тройникового кабеля и устанавливают в пресс-формы. Затем производят вулканизацию такого тройника для обеспечения его прочности и влагонепроницаемости.

Устройство по п.6, фиг.18, 19, 20 работает следующим образом. На пятистержневой индуктор 24 могут быть установлены:

- стальной короб 25, предназначенный для нагрева битумной массы и заливки кабельных муфт бронированных кабелей /до 180-200°С/;

- стальные полуформы для ремонта гибких кабелей с установленными на них короткозамкнутыми витками из электропроводного металла, например из меди, причем витки установлены в левой и правой частях полуформ;

- стальные полуформы /фиг.20/, медные вкладыши которых электрически соединены с кромками стали, при этом обеспечивается высокое качество вулканизации шланговых оболочек гибких кабелей.

Таким образом предлагаемое изобретение обеспечивает высокую равномерность температурного поля вулканизируемых, прессуемых и нагреваемых изделий, позволяет снизить расход дорогостоящей меди, значительно расширяет область подлежащих ремонту изделий.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения индукционных аппаратов для соединения и ремонта кабелей. Сущность изобретения состоит в том, что индукционный аппарат содержит шихтованный магнитопровод с нечетным количеством стержней, на каждом из которых расположены катушки индуктора, две стальные ферромагнитные полуформы с вкладышами, установленные на свободных концах магнитопровода, плоскость разъема полуформ совпадает с направлением магнитного потока в упомянутых стержнях. На внешних поверхностях полуформ установлены электромагнитные шунты из набора пластин электротехнической стали, в полуформах только первый медный или латунный вкладыш электрически соединен с их кромками, причем данное электрическое соединение выполнено как в левой, так и в правой частях полуформ, а его суммарная длина составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и центральным стержнями. Последующие вкладыши для полуформ изготовлены из металлов, которые не опасны по фрикционному искрению. Технический результат - расширение области использования и снижение расхода дорогостоящей меди путем обеспечения высокой равномерности температурного поля, создаваемого индукционным аппаратом. 4 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Индукционный аппарат для соединения и ремонта кабелей, содержащий многостержневой шихтованный магнитопровод с нечетным количеством стержней, катушки индуктора, расположенные на каждом четном стержне; две стальные ферромагнитные полуформы с медными вкладышами, установленные на свободных концах магнитопровода, причем плоскость разъема полуформ совпадает с направлением магнитного потока в стержнях; электромагнитные шунты, выполненные из набора пластин электротехнической стали и установленные на внешних поверхностях полуформ параллельно стержням магнитопровода, отличающийся тем, что в стальных полуформах, установленных на многостержневой индуктор только первый медный или латунный вкладыш электрически соединен с кромками стальной полуформы, при этом суммарная длина электрического соединения составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и центральным стержнями, а электрическое соединение выполнено как в левой, так и в правой частях полуформ, а последующие вкладыши для полуформ, изготовленные из металлов, которые не опасны по фрикционному искрению.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что по конфигурации сечения полуформы устанавливают сплошной короткозамкнутый виток из электропроводного и теплопроводного металла, например, из меди, латуни или других неискрящих металлов или сплавов, витки установлены в левой и правой частях полуформ, в витках выполненные прямоугольные отверстия, размеры и расположение которых соответствуют размерам и расположению крайних стержней шихтованного магнитопровода, суммарную длину витка по длине полуформы определяют расстоянием от конца полуформы плюс ширина крайнего стержня, плюс 1/3 расстояния между крайним и центральным стержнями, а в средней, свободной части полуформы устанавливают С-образный, неприваренный медный вкладыш, имеющий толщину, одинаковую с толщиной крайних витков.3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что стальные полуформы, установленные на многостержневой индуктор, выполнены полыми, в полость полуформ по всей их длине установлены пакеты электротехнической стали, при этом в нижней части полых полуформ выполнены прямоугольные отверстия, размеры и расположение которых соответствуют размерам и расположению стержней индуктора, а толщина стали полых полуформ меньше глубины проникновения электромагнитного поля.4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что электромагнитные шунты установлены в углублениях на боковых поверхностях полуформ и расположены только над четными стержнями шихтованного магнитопровода, а длина шунтов составляет 1,2 ширины этих стержней, дополнительно к тому электромагнитные шунты установлены на нижних поверхностях полуформ и соприкасаются с четными стержнями шихтованного магнитопровода, а длина любого из шунтов составляет 1/3 расстояния между четными и нечетными стержнями.5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на пятистержневой индуктор установлены либо стальной ферромагнитный короб прямоугольной формы, причем высота короба над тремя центральными стержнями в два раза больше, чем над крайними стержнями, что соответствует величине удельных мощностей, то есть киловатт на один килограмм металла короба и битумной массы, при этом на вертикальных стальных стенках короба устанавливают и электрически соединяют со сталью медные или латунные листы, либо стальные полуформы с электрическим соединением медных вкладышей с кромками стальных полуформ, при этом суммарная длина электрического соединения составляет ширину крайнего стержня и половину расстояния между крайним и следующим стержнями, либо по конфигурации сечения стальной полуформы устанавливают сплошной короткозамкнутый виток из электропроводного и теплопроводного металла, например, из меди.