超高压电缆护套挤出机头的设计与应用

2012-09-28黄东宇毕利琴

电线电缆 2012年2期

祝军，黄东宇，毕利琴

(江苏上上电缆集团有限公司，江苏溧阳213300)

0 引言

超高压电缆通常是指110 kV及以上的高压电缆，目前全国立式交联(VCV)和悬链式交联(CCV)超高压电缆生产线有110多条，年生产能力达到40000 km以上。各生产企业为保证高压电缆的质量，关键工序大多选用进口设备，而超高压电缆护套的挤出工序一般都被认为是普通工序，生产线大多选用国产设备。当然国产的挤塑机只要参数选用合适也能够满足产品的要求，但仅挤塑机满足要求还不行，因为护套挤出最后成型是依靠挤出机头来完成的，一个好的机头对挤出质量起着至关重要的作用。

为此，我公司选择了上海和杭州两家知名模具厂生产的机头进行试用，但试用比较后发现，两家模具厂生产的机头均存在较为严重的设计缺陷。原机头存在的问题无法解决，市场上又买不到满意的机头，我公司决定自行设计。通过三个月的努力，最终完成了自制新机头的设计、制造和安装。安装后通过对聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、低烟无卤(LSFOH)等不同材料的挤出验证，结果完全达到设计要求。

1 原有机头存在的问题

提供机头的两家模具厂分别采用不同的方案来生产超高压电缆护套:一家模具厂是单层与多层分开，大规格与小规格分开，用多个机头分别完成。这类机头操作复杂、成本高，同时还有一个致命的问题是分料器流道设计存在缺陷——有严重的滞留区。长时间生产PVC会出现焦烧，PE也会因过热而产生气泡等问题;另一家模具厂用一个机头来生产所有的电缆规格，每次开车需要重新校模，护套易偏心，无法快速换规格，机头分料器流道的流线性也较差。两家机头还有一个共同的特点是机颈长、加热器设置不合理，极易造成塑料挤出时局部过热而产生焦烧。

2 自制新机头的设计

2.1 设计要求

所有的挤塑机机头都有着相同的基本要求:操作简单;安装拆卸方便;能快速换规格;分料器流道压力均匀且无明显的合胶线。

另外，由于超高压电缆护套大多采用双层挤出，外层较薄且无厚度要求，所以，护套挤出机头在结构上也有一些特殊的要求。

2.2 设计方案

(1)挤塑机机头规格的选择。目前，超高压电缆生产企业一般分两类，一类是生产220 kV及以下电缆的企业，生产的电缆皱纹铝套最大外径约在150 mm;另一类是生产500 kV及以下电缆的企业，生产的电缆皱纹铝套最大外径约在170 mm。两类电缆企业生产的电缆皱纹铝套外径都在84 mm以上，所以都可以用一个机头来生产所有的规格，只是机头的大小有所不同。这样既可以节约制作机头的成本，也可以免去更换机头带来的不便与风险。

(2)机头结构的设计。为保证机头操作的简单，在设计机头时应尽可能简化结构，特别是日常操作和拆卸零件。目前，通常的做法是模芯与分料器合二为一，同时分料器之间及分料器与机头壳体之间都应采用锥面配合(见图1)。锥面配合有利于分料器和机体精确定位并保证良好的密封性，也使装配和拆卸时间缩短。

图1 分料器与机头壳体装配示意图

(3)分料器流道的设计。分料器的流道是挤塑机机头设计的技术难点之一。好的机头结构，配以合理的分料器流道，机头就能够如虎添翼。目前通常的做法是采用双流道或多流道设计，流道要求流线性好，在提高分料器圆周方向压力均匀性的同时，避免胶料在流道中滞留，从而产生焦烧、气泡等质量问题。分料器的流道深度和流道汇合角也是分料器设计中的关键参数之一，分料器展开的汇合角根据不同的挤出材料选择在70°～80°之间。为使挤塑机头能有良好的通用性，一般选择一个固定角度(见图2)。

图2 分料器流道汇合角示意图

(4)调偏机构的设计。在GB/T 11017—2002和GB/Z 18890—2002中，没有对超高压电缆护套外半导电层厚度的规定，只是要求在外护套表面应有均匀牢固的导电层作为外护套耐压试验的外电极。外电极本身比较薄，调偏量自然也比较小，因此，我们选用调偏环来实现;内层护套的调偏量较大，采用直接调节模套的方法。为减小对偏心度的影响，我们可在模套外面加一个套，称之为模套座。调偏时不是直接对模套调整而是对模套座进行调整，更换模套时模套座保持不动(见图3)，这样换规格后偏心度可保持基本不变。

图3 模套座与模套结构图

(5)内外层交汇的设计。生产双层时，内分料器前端是模芯，外分料器前端是一个环形锥形。考虑到生产单层和拆卸外分料器对前端保护的需要，在外分料器前端设计一个活动接口——中模。更换中模与外层调偏环便可实现单层的挤出。

(6)机颈的设计。超高压电缆护套挤出大多采用双层挤出。目前，设备安装时均将两台挤塑机配置在同一侧，主机与机头轴线垂直，半导电挤塑机与机头轴线夹角45°，这样可以节省很大的空间。在设计时两台挤塑机轴线与机头轴线的交叉点应尽可能靠近，同时缩短机颈的长度。原机头半导电挤塑机机颈长度约为250 mm，重新设计后机颈长度仅为120 mm，大大缩短了挤出材料挤出时在机颈内的滞留时间，从而减少了过热、焦烧的机会。

(7)抽真空装置的设计(见图4)。为保证外护套与缆芯接触紧密，超高压电缆的护套都进行抽真空生产。由于超高压电缆护套挤出时缆芯大多涂有沥青，因此，真空的密封只能采用金属环，同时金属环还必须加热到足以熔化沥青的温度。在生产过程中偶尔也会出现沥青滴落在机头内的情况，为避免沥青堵塞真空口，抽真空的出风口应偏离下方45°以外。为解决沥青在机头内因累积过多而可能出现的意外情况，在设计内层分料器内孔时将其做成倒锥的形状，较多的沥青可一直向后流，并在金属密封环处设计贮存槽，用于贮存较多滴落的沥青，同时也可在贮存槽的底部开一调节小孔，必要时放掉沥青。

图4 真空装置结构示意图

(8)加热器的配置。目前，大机头加热器有不锈钢云母加热器和铸铝加热器两种。不锈钢云母加热器加热直接、速度快，铸铝加热器保温效果好，用哪一种加热器要根据机头设计的具体情况来定。当零件较薄、贮热量少时，需要用铸铝加热器。机颈处加热如果采用不锈钢云母加热器，需要在加热器内增加贮能器(见图5)，从而确保温度的均匀性。加热器的固定螺钉应加装一个压紧弹簧，避免反复加热后造成加热器的松动。一个机头加热器的总功率应在15～20 kW。