深水同轴电缆的研制

2024-06-05

深水同轴电缆的研制（精选八篇）

深水同轴电缆的研制篇1

半硬射频同轴电缆是用于传输高频电信号的重要传输线之一, 其以封闭电磁场的传输方式工作, 因而具有极高的工作稳定性。半硬射频同轴电缆具有电性能优良 (包括阻抗均匀、损耗小、功率高、屏蔽性能好、相位稳定等) , 使用环境温度范围宽, 结构稳定, 成型方便, 电缆组件装配简捷等特点, 使其成为各类通信以及电子设备的机内连接传输线或机柜之间相互连接传输线的最佳选择。

虽然传统的半硬同轴电缆在绝缘芯线制作过程中采用了聚四氟乙烯实心推挤到内导体上的工艺, 可制得较大连续长度的绝缘芯线, 但绝缘芯线经检验后必须裁剪成规定的长度 (该长度通常受制于外供的整体铜管坯料的长度) , 才能穿入作为外导体的铜管坯料中, 并在拔管机上通过合适的模具拉拔成所需规格的半硬同轴电缆, 这使得电缆的制造长度受到了限制。因此, 传统的半硬同轴电缆制造工艺已不适合大长度半硬同轴电缆的制作。为了实现大长度低损耗半硬同轴电缆的制作, 我们对电缆的结构和材料进行了重新设计, 并对新的制造工艺展开了探索。

1 电缆结构和材料的改进

半硬同轴电缆一般由内导体、绝缘、外导体组成。传统的半硬同轴电缆通常采用镀银铜线或镀银铜包钢线作为内导体, 实心推挤的聚四氟乙烯作为绝缘, 整体冷拔拉制无缝铜管作为外导体。为了满足大长度低损耗半硬同轴电缆的衰减小、驻波低、屏蔽性好、弯曲半径合理等要求, 我们对电缆的结构和材料进行了一些改进。

在大长度低损耗半硬同轴电缆中, 我们仍采用镀银铜线或镀银铜包钢线内导体。内导体的电阻损耗是电缆衰减的主要来源, 由于趋肤效应, 在高频下内导体的导电途径仅限于内导体的外表面, 频率越高, 导电途径越接近内导体外表面, 因此只要在导体表面镀上足够厚度的银层就能降低内导体的高频电阻率, 保证电缆优良的高频导电性能。为了降低电缆的衰减, 镀银铜单线或镀银铜包钢线是内导体的较好选择, 并且导体外表应圆整, 表面镀层应均匀。在制作小规格的半硬同轴电缆时, 一般应采用镀银铜包钢线作为电缆的内导体, 原因在于:a.小规格的半硬同轴电缆的内导体较细, 加工或使用时容易拉断, 而铜包钢线的抗拉强度较铜单线大。b.钢的材质比铜硬, 小规格半硬同轴电缆在组件装配时可直接将内导体作为电缆接插件的内芯插针, 使组件装配简单。

聚四氟乙烯具有电性能稳定、使用温度范围宽等优点, 尤其在高频率下使用更能体现出其介质损耗小的优越性, 是一种理想的高频低损耗绝缘材料。传统半硬同轴电缆采用的是实心聚四氟乙烯绝缘, 其等效介电常数εr=2.04, 介质损耗tgδr≤2×10-4。在大长度低损耗半硬同轴电缆中我们采用的是膨体聚四氟乙烯绝缘, 其具有更低的εr (<1.5) 和tgδr (≈1×10-4) , 因此可以进一步降低电缆的衰减[1]。同时, 随着膨体聚四氟乙烯推挤技术的不断进步, 推挤绝缘的外径精度和等效介电常数的均匀性都能得以保证, 从而改善了电缆的驻波特性。

传统半硬同轴电缆的外导体为冷拔无缝紫铜管。由于大长度的空心铜管坯材必须成盘或成圈供应, 否则无法运输, 经过盘曲的管坯放出后不可能保持挺直状态, 这使得大长度的绝缘芯线难以穿入管内, 因此铜管坯料必须以直态供应, 才能保证绝缘芯线的顺利穿入。受到运输条件限制, 直态铜管坯料的长度不可能很长, 再加上拔管设备长度的限制, 最终使得传统半硬同轴电缆的制造长度有限, 通常只能达数米长。此外, 直态的软铜管坯料在运输过程中还可能受到损伤, 在穿入绝缘芯线前还需特别对铜管坯料进行筛选, 剔除有裂缝和凹瘪等缺陷的铜管坯料, 因此工序繁复, 材料浪费多。为克服传统半硬同轴电缆的整体无缝铜管外导体结构的缺点, 在大长度低损耗半硬同轴电缆中我们采用了连续焊接铜管外导体的结构, 这种新型外导体结构不但可实现电缆的大长度连续生产, 而且可使电缆兼具整体无缝铜管外导体电缆的优良电气特性 (如低损耗、小驻波、高屏蔽等) 。

2 电缆制造工艺的改进

为了实现大长度低损耗半硬同轴电缆的制作, 我们改进了传统的半硬同轴电缆生产工艺, 改进后的大长度低损耗半硬同轴电缆的生产工艺流程如图1所示。

2.1 内导体

在大长度低损耗半硬同轴电缆中, 内导体所用的铜包钢线或铜线可从市场直接购得, 但使用前必须进行严格检验, 材料应符合相应的采购规范中的要求。铜包钢线的铜层应与钢芯黏附牢靠, 无铜层脱落现象, 外观应平整无缺陷, 无氧化。为保证电缆具有较小的传输损耗, 需在导体的外表面进行镀银, 镀银层厚度应符合电缆产品规范要求。为保证内导体平直以及外径均匀准确, 在绝缘制作前需对镀银导线进行拉丝定径[2]。

2.2 绝缘

在大长度半硬同轴电缆中, 采用聚四氟乙烯推挤—拉伸—烧结一步成型新工艺制得微孔结构的膨体聚四氟乙烯绝缘。该膨体聚四氟乙烯绝缘新工艺已在柔软稳相电缆绝缘制造中获得成功运用, 借此经验我们在大长度半硬同轴电缆绝缘的制造中也加以尝试。该膨体聚四氟乙烯绝缘新工艺是在实心聚四氟乙烯挤出工艺的基础上发展的, 与实心聚四氟乙烯绝缘挤出工艺不同之处仅仅在于新工艺增设了一道拉伸的步骤, 如图2所示。

从挤出装置的模口中挤出的实心绝缘体经过拉伸后变成由微小的纤维和结节组成的网状结构, 微结构中结节和纤维之间的孔隙被空气占有, 膨体聚四氟乙烯绝缘体的微结构如图3所示。膨体聚四氟乙烯绝缘体中引入的空气使其等效介电常数下降, 空气所占体积比例越大, 介电常数下降越多。膨体聚四氟乙烯绝缘体中空气含量的多少主要取决于实心绝缘体的拉伸程度, 拉伸程度越高, 空气含量越高, 绝缘体的等效介电常数就越低。因此我们可通过控制拉伸程度来获得所需的绝缘体等效介电常数。

在膨体聚四氟乙烯绝缘挤出时增设的拉伸工序, 使整个挤出工艺的要求比实心聚四氟乙烯绝缘挤出时更高, 对聚四氟乙烯树脂和助剂的选用, 混料、预制棒压制以及推挤工艺等方面的控制更严格。膨体聚四氟乙烯绝缘的挤出模具有别于实心聚四氟乙烯绝缘的挤出模具, 通常采用套管式配置, 挤出时呈空心套管状。开始绝缘套管并不与中心导体接触, 经拉伸后套管管径收缩与中心导体相贴, 同时绝缘体内形成的微孔又使挤出的套管径向膨胀, 最终形成了整体膨体聚四氟乙烯绝缘。相比实心聚四氟乙烯绝缘挤出模具, 膨体聚四氟乙烯绝缘挤出模具在设计时应考虑更多的因素, 通常包括以下几个方面:a.电缆结构设计中所要求的整体型膨体聚四氟乙烯绝缘体的内、外径;b.挤出时绝缘在出模口的膨胀;c.挤出的聚四氟乙烯膏状体干燥时的体积收缩;d.已干燥的挤出绝缘拉伸时的径向膨胀;e.烧结时绝缘的径向收缩。

与实心聚四氟乙烯绝缘推挤工艺相比膨体聚四氟乙烯绝缘挤出技术难点在于挤出时必须同时满足挤出外径、等效介电常数以及绝缘与导体的附着力等要求。根据我们初步工艺试验证明, 膨体聚四氟乙烯绝缘新工艺可成功地应用于大长度半硬同轴电缆绝缘的制造。

2.3 外导体

在大长度半硬同轴电缆中, 外导体采用铜管连续焊接工艺加工, 整个加工过程是在同一台设备上完成的, 整个工艺流程如图4所示。外导体加工时, 将大长度具有一定宽度的紫铜带连续放出, 经过成型装置卷成大长度的带有纵向接缝的圆形铜管, 再采用激光焊对接缝进行连续的焊接, 形成一密闭而完整的光铜管, 在铜管成型和焊接的同时把绝缘芯线穿入铜管内, 然后将经焊接的铜管连同绝缘芯线一起通过拉丝模冷拔制成大长度半硬同轴电缆, 最后由牵引装置牵出后卷绕在收线盘上。

在铜管焊接时, 通常可采用氩弧焊或激光焊方式。氩弧焊的焊缝较宽, 通常达1~2 mm, 热影响区域也较大, 因此对于直径3mm以下的小尺寸半硬同轴电缆的外导体铜管, 氩弧焊工艺已不适用。激光焊的焊缝宽度和热影响区均较小, 完全适合小尺寸铜管的焊接, 因此我们在铜管焊接时采用了激光焊方式, 选择了相应的激光焊焊接设备。激光焊焊接系统一般包括高功率激光发生器、传输光缆以及激光焊炬。在激光焊炬中光束被聚焦, 然后射向被焊铜管的接缝处使之熔接, 激光聚焦点固定, 当铜管向前移动时就形成连续的焊缝。与氩弧焊采用单纯的氩气保护不同, 激光焊采用氩氦混合气体保护, 防止铜管高温氧化的效果更好。由于激光焊的焊缝比较精细, 因此对于切边宽度精度、带边质量 (光滑平整, 无毛刺) 、成型铜管的圆整度以及接缝的平整度和密合度等要求较氩弧焊更高。根据我们初步工艺试验证明, 激光焊工作平稳, 焊接速度快、效率高, 可完全适用于大长度、小尺寸半硬同轴电缆外导体铜管的连续焊接。

3 结束语

我们设计了大长度半硬同轴电缆的新结构, 该电缆具有膨体聚四氟乙烯绝缘, 激光连续焊接铜管外导体。新结构电缆不仅制造长度大, 而且电气性能较传统工艺制造的半硬同轴电缆更为优越。本文对膨体聚四氟乙烯绝缘的制造工艺和激光焊连续焊接工艺的可行性进行了探索, 并进行了初步工艺试验验证, 试验证明新工艺完全适用新结构的制造。新型大长度半硬同轴电缆尚需经历更为精确的电气性能测试和严酷的环境试验的考验, 使之完成对传统工艺制造的半硬同轴电缆的升级换代。

参考文献

[1]汪祥兴.射频电缆设计手册[R].上海:中国电子科技集团公司第二十三研究所, 1996.

深水同轴电缆的研制篇2

【关键词】定方位；压裂；油管；电缆；定位装置

【Abstract】Orientation perforating technology is a kind of new type of perforating with downhole directional perforation technology， its basic principle is to use cable transmission mode， the first anchor bearing support device to the desired depth， then using gyroscope under well measurement positioning device inside the upper guide key accurate orientation；According to the determination of gyroscope orientation adjustment guide at the end of the perforating gun head， then perforating gun under accurate orientation， well perforation；Finally the positioning device and the perforating gun， achieve precise directional perforation construction.Give full play to the cable transmission way used less equipment， convenient operation， short construction time， low intensity of labor advantage.

【Key words】bearing；Fracturing；Oil tube；Cable；Positioning device

引言

定方位射孔技术是一项新的射孔工艺技术，在许多国家的各大油气田广泛采用该项技术，取得了显著地应用效果。定方位射孔技术是在将陀螺测斜技术与射孔技术进行有机结合并且改进常规的油管输送式射孔管柱的基础上，开发出的一种可以进行井下定方向性射孔的新型射孔工艺技术。

1.1工艺过程。电缆定方位射孔工艺在现场施工作业时，采取以下五步骤：

（1）首先采用电缆将磁性定位器和投放工具以及定位装置连接下井，用磁性定位器将深度确定好后，点火将定位装置座在預定深度，然后起出电缆。

（2）第二步采用电缆将方位测量装置（陀螺仪）连接下井，方位测量装置插入定位装置后，测量方位（确定定位装置键的方位），然后起出电缆。

（3）第三步地面根据测量出的定位装置键的方位，调整定方位射孔枪下的导向头，采用电缆将定方位射孔枪和夹层枪连接下井。

（4）第四步当定方位射孔枪下的导向头插入定位装置后，射孔枪即对准射孔段，射孔弹即对准设计要求的方位，此时，通电点火射孔，地面观察电缆和绞车抖动的状况，以次判断射孔枪是否起爆。

（5）上起电缆和射孔枪并解锁定位装置，当定位装置解锁后下放或上提测量射孔检查曲线，最后定位装置随射孔枪体一起起出井口完成施工。

（1）定位装置的可靠性。如何通过电缆坐封工具是定位装置丢手，同时保证定位装置坐封牢靠。

（2）射孔枪方位的确定。为确保射孔枪定向射孔，枪尾应设计导向槽，与定位装置导向键配合，实现定方位射孔。

（3）定位装置的解封技术。在定方位射孔完成后，在上提射孔仪器连接串的同时完成定位装置的解封。

2. 关键部件的研制

2.1定投放工具心轴产生的上拉力作用在定位装置的丢手活塞上，它带动定位键套、锁舌套、中心管、托环、下楔体上行，投放工具挤压筒产生的下推力下压锁紧套、上楔体下行，这时上、下楔体压缩弹簧，同时撑着卡瓦向外扩张紧贴在套管内壁上，当四个卡瓦镶嵌进套管内壁一定深度后，锁紧套不再下行时，锁舌锁住。此时投放工具剩余的高压抽拉力剪断丢手活塞上四个剪钉，完成投放工具与定位装置脱手。

3. 现场应用及效果评价

根据甲方要求，我们从2011年5月初开始，截止2011年10月，我们对长庆油田公司油气工艺研究院指定的36口电缆定方位射孔井进行了技术服务。截至目前，我们已完成对外销售151套，实现销售收入600余万元。

（1）在现场施工时效方面：在我们的精心组织及精细施工下，在各试油队的良好配合下，电缆传输定方位射孔工艺技术，缩短了射孔现场占井时间约14小时。

（2）从起出的射孔枪来看：每口井射孔后起出的枪串，经我们和试油队技术员以及现场技术监督共同检验，射孔弹的发射率均达到了100%；射孔枪上的穿孔率均达到了100%；射孔孔眼与盲孔对位率均达到了99.8%以上。

（4）经现场36口井的应用证明，定方位射孔能够降低水力压裂启动压力，提高采油强度，具有广阔的推广应用前景。

4. 结论和认识

电缆传输定方位射孔技术工艺填补了长庆油田射孔技术的一方面空白，是西安方元能源工程有限责任公司在借鉴国内外各类射孔新技术、新资料的基础上，参考有关类似射孔器材的基础上，与油气工艺研究院合作，研发的一项新工艺。通过本文对电缆定方位射孔工艺技术的研究

（2）采用磁性定位器跟踪控制，提高了定位装置和射孔枪准确深度。

（3）射孔弹的方位取消了旋转油管定位的方法，而是采用陀螺仪测量后，地面旋转调节提高了方位的准确度。

（4）安全性、可靠性、射孔下井一次成功率得到提高。

（5）满足定向井既不受井斜角限制，实现了全井最大井斜角超过15°、射孔段井斜角小于30°井的定向射孔。

（6）射孔施工周期由油管传输定向射孔的30 小时减至目前的8 小时，提高施工效率。

（7）定方位射孔的技术关键是定方位，在确定地应力方向之后，依靠井下方位测量仪，枪身定位短节和专用连接头以及地面监测系统，通过调节电缆，使射孔方位与地层最大主应力方向

（8）定方位射孔工艺技术能有效提高单井的原油产量，为长庆油田后期的增长稳产工作做好了一定的铺垫工作。

参考文献

[1]于连俊；邓金根；曲从锋；赵汝新；关建庆《斜井的定向射孔压裂技术研究》[J]；石油天然气学报（江汉石油学院学报）；2005年06期.

[2]邓金根，蔚宝华，王金凤，王炳印，李宾《定向射孔提高低渗透油藏水力压裂效率的模拟试验研究》[J]；石油钻探技术；2003年05期.

[文章编号]1619-2737（2014）04-02-135

[作者简介] 张文安（1969.5.20-），男，籍贯：四川，汉族，1992年7月毕业于华东石油大学（矿场地球物理专业），同年分配到长庆油田测井工程处从事测井工作，2001年响应国家下岗分流政策，买断国企身份与经历一样的同事成立西安方元能源工程有限责任公司，目前担任公司总经理助理一职

【摘要】定方位射孔技术是一种可以进行井下有方向性射孔的新型射孔工艺技术，其基本原理是采用电缆传输方式，首先将定方位支撑装置锚定到预定深度，然后用陀螺仪下井测量定位装置内上部导向键的准确方位；根据陀螺仪测定的方位调整射孔枪尾部的导向头，随后射孔枪下井准确定向、射孔；最后将定位装置及射孔枪起出，实现精确定向射孔施工。充分发挥了电缆传输方式动用设备少、作业方便、施工时间短、劳动强度低等优势。

【关键词】定方位；压裂；油管；电缆；定位装置

【Key words】bearing；Fracturing；Oil tube；Cable；Positioning device

引言

1.1工艺过程。电缆定方位射孔工艺在现场施工作业时，采取以下五步骤：

（1）首先采用电缆将磁性定位器和投放工具以及定位装置连接下井，用磁性定位器将深度确定好后，点火将定位装置座在預定深度，然后起出电缆。

（2）第二步采用电缆将方位测量装置（陀螺仪）连接下井，方位测量装置插入定位装置后，测量方位（确定定位装置键的方位），然后起出电缆。

（3）第三步地面根据测量出的定位装置键的方位，调整定方位射孔枪下的导向头，采用电缆将定方位射孔枪和夹层枪连接下井。

（5）上起电缆和射孔枪并解锁定位装置，当定位装置解锁后下放或上提测量射孔检查曲线，最后定位装置随射孔枪体一起起出井口完成施工。

（1）定位装置的可靠性。如何通过电缆坐封工具是定位装置丢手，同时保证定位装置坐封牢靠。

（2）射孔枪方位的确定。为确保射孔枪定向射孔，枪尾应设计导向槽，与定位装置导向键配合，实现定方位射孔。

（3）定位装置的解封技术。在定方位射孔完成后，在上提射孔仪器连接串的同时完成定位装置的解封。

2. 关键部件的研制

3. 现场应用及效果评价

（4）经现场36口井的应用证明，定方位射孔能够降低水力压裂启动压力，提高采油强度，具有广阔的推广应用前景。

4. 结论和认识

（2）采用磁性定位器跟踪控制，提高了定位装置和射孔枪准确深度。

（3）射孔弹的方位取消了旋转油管定位的方法，而是采用陀螺仪测量后，地面旋转调节提高了方位的准确度。

（4）安全性、可靠性、射孔下井一次成功率得到提高。

（5）满足定向井既不受井斜角限制，实现了全井最大井斜角超过15°、射孔段井斜角小于30°井的定向射孔。

（6）射孔施工周期由油管传输定向射孔的30 小时减至目前的8 小时，提高施工效率。

（8）定方位射孔工艺技术能有效提高单井的原油产量，为长庆油田后期的增长稳产工作做好了一定的铺垫工作。

参考文献

[1]于连俊；邓金根；曲从锋；赵汝新；关建庆《斜井的定向射孔压裂技术研究》[J]；石油天然气学报（江汉石油学院学报）；2005年06期.

[2]邓金根，蔚宝华，王金凤，王炳印，李宾《定向射孔提高低渗透油藏水力压裂效率的模拟试验研究》[J]；石油钻探技术；2003年05期.

[文章编号]1619-2737（2014）04-02-135

【关键词】定方位；压裂；油管；电缆；定位装置

【Key words】bearing；Fracturing；Oil tube；Cable；Positioning device

引言

1.1工艺过程。电缆定方位射孔工艺在现场施工作业时，采取以下五步骤：

（1）首先采用电缆将磁性定位器和投放工具以及定位装置连接下井，用磁性定位器将深度确定好后，点火将定位装置座在預定深度，然后起出电缆。

（2）第二步采用电缆将方位测量装置（陀螺仪）连接下井，方位测量装置插入定位装置后，测量方位（确定定位装置键的方位），然后起出电缆。

（3）第三步地面根据测量出的定位装置键的方位，调整定方位射孔枪下的导向头，采用电缆将定方位射孔枪和夹层枪连接下井。

（5）上起电缆和射孔枪并解锁定位装置，当定位装置解锁后下放或上提测量射孔检查曲线，最后定位装置随射孔枪体一起起出井口完成施工。

（1）定位装置的可靠性。如何通过电缆坐封工具是定位装置丢手，同时保证定位装置坐封牢靠。

（2）射孔枪方位的确定。为确保射孔枪定向射孔，枪尾应设计导向槽，与定位装置导向键配合，实现定方位射孔。

（3）定位装置的解封技术。在定方位射孔完成后，在上提射孔仪器连接串的同时完成定位装置的解封。

2. 关键部件的研制

3. 现场应用及效果评价

（4）经现场36口井的应用证明，定方位射孔能够降低水力压裂启动压力，提高采油强度，具有广阔的推广应用前景。

4. 结论和认识

（2）采用磁性定位器跟踪控制，提高了定位装置和射孔枪准确深度。

（3）射孔弹的方位取消了旋转油管定位的方法，而是采用陀螺仪测量后，地面旋转调节提高了方位的准确度。

（4）安全性、可靠性、射孔下井一次成功率得到提高。

（5）满足定向井既不受井斜角限制，实现了全井最大井斜角超过15°、射孔段井斜角小于30°井的定向射孔。

（6）射孔施工周期由油管传输定向射孔的30 小时减至目前的8 小时，提高施工效率。

（8）定方位射孔工艺技术能有效提高单井的原油产量，为长庆油田后期的增长稳产工作做好了一定的铺垫工作。

参考文献

[1]于连俊；邓金根；曲从锋；赵汝新；关建庆《斜井的定向射孔压裂技术研究》[J]；石油天然气学报（江汉石油学院学报）；2005年06期.

[2]邓金根，蔚宝华，王金凤，王炳印，李宾《定向射孔提高低渗透油藏水力压裂效率的模拟试验研究》[J]；石油钻探技术；2003年05期.

[文章编号]1619-2737（2014）04-02-135

深水同轴电缆的研制篇3

随着我国三网融合和4G(LTE(长期演进))建设的逐步深入,运营商业务量的急剧攀升和服务项目多元化,射频(RF)同轴电缆被大量用于移动通信。然而铜价格的不断上扬,增加了运营商的建设和维修成本,需要寻找其他高性价比金属代替铜原材料制造RF同轴电缆。在最常用的工业金属中,铝在电气、机械等性能方面与铜最接近,国内外的RF同轴电缆市场上已有厂商成功制得50Ω物理发泡聚乙烯皱纹铝管外导体RF同轴电缆系列产品。这说明皱纹铝管外导体RF同轴电缆性能接近并可替代同规格皱纹铜管外导体RF同轴电缆,而且减轻了产品重量,增加了运营商选择产品的机动性。本文将以50-23(7/8″Al)皱纹铝管外导体RF同轴电缆为例,简述50Ω皱纹铝管外导体RF同轴电缆的研制过程。

1 产品设计

1.1 结构参数

50-23(7/8″Al)皱纹铝管外导体RF同轴电缆(简称本电缆)是参照YD/T 1092—2004《通信电缆———无线通讯用50Ω泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体射频同轴电缆》标准中HCTAY 50-23(7/8″低损馈线)皱纹铜管外导体RF同轴电缆结构进行设计和生产的[1]。本电缆由光滑铜管内导体、物理发泡聚乙烯绝缘、皱纹铝管外导体、线性低密度聚乙烯(LLDPE)护套组成,其结构尺寸参见表1。

1.2 电气性能参数[2]

RF同轴电缆在使用时希望具有最高的传输效率,不希望出现传输能量的反射与损耗。RF同轴电缆最主要的性能参数是特性阻抗、衰减系数、电压驻波比(VSWR),因此在本电缆的设计和制造过程中必须特别关注。

特性阻抗ZC是电缆处于匹配状态(即线路上无反射波)时沿线的电压与电流的比值,其计算公式如下:

式中D为外导体等效内径,d为内导体等效外径,εr为介质材料的相对介电常数。本电缆的结构设计是围绕其特性阻抗50Ω展开的。

衰减系数α是电磁波能量沿电缆长度方向传输时单位长度的损耗,其由导体电阻损耗αR和介质损耗αG组成。通常在电缆的电气性能参数设计时,力求有较小的衰减系数。为使本电缆的衰减系数与最常用的HCTAY 50-22(7/8″馈线)皱纹铜管外导体RF同轴电缆衰减系数相当,在本电缆的结构设计时,适当增大了电缆尺寸,以弥补铝管外导体使电缆衰减变大的不足,本电缆的衰减系数设计值可参见表2。

电压驻波比RVSWR是衡量电缆阻抗在长度方向的均匀性和一致性的指标,其定义为:

式中ρ为反射系数。VSWR性能不仅会影响电缆的信号传输质量,还会降低电缆的传输功率,因此在本电缆的制造过程中,应对绝缘芯线的挤制和外导体结构尺寸均匀性严格控制,尽可能降低电缆的RVSWR值。

2 材料选用

由于本电缆是用于移动电话网的天线系统,随着传输速度的提高,未来有可能通过无线网络传输实时图像、声音,因此在选材上必须确保本电缆具有优良的长期稳定性、防潮性、弯曲性、耐环境性,以及使用寿命长、维护方便等优点。高质量的铜管内导体是高频信号传输的基础,本电缆中内导体采用了牌号TU的软态电缆用无缝铜管,其可确保内导体圆整、光洁且表面无氧化层。

为了降低发泡混合料(即低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和成核剂混合料)挤制的物理发泡绝缘层不一致的风险,本电缆采用了美国陶氏化学公司开发的聚乙烯物理发泡用品牌料,可实现较高的生产线速度及较小的电容变化,可确保电缆优异的电气性能、物理性能和加工性能。由于在熔融的聚合物中CO2的可溶性比N2高出10倍,CO2发泡可增加绝缘的发泡度,降低绝缘介质的等效介电常数,从而减小电缆的衰减,因此本电缆绝缘层物理发泡时的注入气体采用了高纯度CO2。

从电缆的电气性能、机械强度、生产成本、劳动强度等多方面综合考虑,相对于光滑铝管,皱纹铝管可降低生产的难度,改善电缆的柔软性,因而本电缆中外导体选用了皱纹环形铝管。同时,为降低生产成本和节约用铝,应选用厚度适宜的铝带。铝带厚度太薄或太厚都不利于管状成型焊接和轧纹工艺,最终选用了牌号1060,厚度为0.40mm的纯铝带。本电缆生产时选用氩氦混合气体(作为焊接保护气体)保护熔池,使焊缝在焊接过程中免受高温氧化,保护焊针免受铝液体熔滴的溅射,相应增加熔深。本电缆中外护套采用了美国陶氏化学公司生产的聚乙烯护套料,提高了电缆的表面硬度和耐磨损性,而且使电缆具有优异的抗紫外线性能。

3 生产工艺控制

本电缆在生产过程中要经过物理发泡绝缘挤制、皱纹铝管外导体焊接和轧纹、外护套挤制等多道工序,其中物理发泡绝缘挤制、皱纹铝管外导体焊接和轧纹工序的稳定性与电缆的最终性能紧密相关。

3.1 物理发泡绝缘挤制

物理发泡聚乙烯绝缘的结构均匀性将直接影响RF同轴电缆的电气性能,因此在制造过程中应严格控制其工艺。首先,确保内导体铜管的表面光洁度和外径的匀称度。电缆的低损耗取决于内导体的高导电率和表面光洁度,为确保拉拔后铜管外径的匀称度,我们选用了纳米金刚石材料制成的拉丝模对校直后的铜管进行拉拔,然后清洗,再对铜管表面进行高频预热,以增强铜管与绝缘内皮层之间的粘结强度。其次,确保物理发泡绝缘层的质量。通常泡沫聚乙烯绝缘层采用皮—泡—皮的三层结构。内皮层采用黏性材料(AA分子胶水)和LDPE混合,使内皮层与铜管紧密粘结,薄的内皮层是制造低衰减电缆的必要措施,因此内皮层厚度应尽可能薄且均匀一致,一般为0.05～0.10 mm。发泡层由HDPE、LDPE和成核剂组成,根据电缆的低损耗要求和挤制时物料熔体黏弹流动性来选择HDPE、LDPE及其混合比,合适的混合比是生产完美泡沫层的重要基础。外皮层覆盖于绝缘线外表面,主要用于保护绝缘的泡沫层,提高绝缘芯线的耐磨强度和光洁度,使其具有良好的防潮性能。我们选用了HDPE进行外皮层的挤制,外皮层厚度一般为0.05～0.10mm。在挤制泡沫聚乙烯绝缘层时CO2气体注入量、挤出温度和压力、挤塑模具的选用及泡沫挤出量的稳定性等的控制均十分关键。在整个物理发泡聚乙烯绝缘的生产过程中,应通过在线检测系统对其结构尺寸和电容等进行监控和修正,以提高绝缘芯线的合格率。

3.2 皱纹铝管外导体焊接和轧纹工序

与皱纹铜管外导体电缆制造相同,本电缆制造中最重点,也是最难点的工序是皱纹铝管外导体焊接和轧纹工序,因此在制造过程中应严格控制以下工艺:

(1)确保纯铝带的质量。由于纯铝带是外导体制造中最关键的原材料,将厚度一致的铝带沿绝缘芯线轴向对焊成密封铝管,经过轧纹机制造出环形皱纹,形成稳定的结构,可改善电缆弯曲时机械尺寸的变化量,确保传输相位等电气性能的稳定性,因此为能生产出大长度优质电缆,应合理地选择纯铝带的牌号、状态和外形尺寸。同时,考虑到外导体直流电阻会影响电缆的衰减性能,及为了降低铝管焊接的难度,我们参照国家铝带标准(GB/T 3880—2006),经过多次试验后选用了牌号1060的纯铝带。

应选用适当厚度和宽度的纯铝带。铝与铜相比,抗拉强度远不如铜,因此相同规格电缆中选用的铝带厚度应比铜带厚。但铝带太厚,经过成型轮难以变形,不利于管状成型和焊接,同时也增加了电缆的重量和制造成本;铝带太薄,成型容易出现荷叶边,而且在焊接时铝管可能熔断,轧纹时有可能产生外导体波峰环纹堆叠。经过多次理论计算和调试,我们采用了厚度为0.40mm的纯铝带,这样既可保证铝带管状成型焊接和轧纹的质量,又可确保电缆的电气性能和机械性能。恰当的铝带宽度是保证电缆持续大长度生产的必要条件,铜带宽度b=πd′+2t,其中d′为焊接模孔径,t为废切边的宽度,考虑铝带柔软的金属物理特性,t的经验值取3～4mm。较宽的精切宽度更有利于铝带的在线接续和铝带切边机的持续稳定工作。

(2)选择合适的成型装置、焊接模和定径模。管状成型质量是保证焊接质量的前提和基础,要确保焊接无缺陷,必须保证铝带两侧边在成型轮内的变形均匀。通常铝带侧边和金属滚轮成型装置接触时发生摩擦易出现毛刺,这对焊接的稳定性十分不利,在铝管克服阻力通过焊接模、定径模时,易使铝管表面变形、划伤,造成焊接后铝管表面毛糙,严重时甚至有可能造成电缆电气性能的恶化。为解决划伤问题,改善焊接铝管的外观,我们综合考虑RF同轴电缆的高频电信号传输时的趋肤效应和金属滚轮成型装置易划伤铝带的缺陷,经过多方比较和生产试验,选用了特殊涂覆材料制成的成型压轮装置和模具,从而确保了大长度外导体的生产。

(3)选择合适的焊针材料。焊接过程属于热传导,为了减轻焊针在工作时熔化,增加焊接速度和熔深,应选择合适的焊针材料。表3列出了不同材料焊针的特点,我们对这些材料进行了多次调试,焊针材料最终选用了镧钨。该材料焊针适合于交流焊接,可使焊接时产生的热量更集中,弧光喷出时强劲有力,增加焊接时的有效功率和熔深。根据实际生产经验,为避免出现熔池飘移并有利于焊缝平滑,焊接铝带的焊针的引弧极锥度应比焊接铜带的引弧极锥度要平缓一些。

(4)选择合适的焊接保护气体。焊接时为使焊缝免受氧化,常用惰性气体保护熔池,由于铝带在空气中极易与氧结合生成致密结实的氧化铝薄膜,且氧化铝的熔点明显高于纯铝带的熔点,因此焊接铝带时比焊接铜带时需要更多的热量。氩气易受高温金属等离子体影响发生电离,这降低了其焊接时的有效功率,且其易在铝带的搭接区产生气孔,给焊接速度和熔深带来不良影响,因此单用氩气作为焊接时的保护气体,铝管焊接会出现虚焊,轧纹后铝管弯曲时会出现焊缝开裂。为避免出现铝管焊缝开裂,则必须增加焊接能量,而氦气不易电离,密度较小,焊接能量可不受阻地直达铝管表面,同时又能保护焊针免受铝金属蒸气的污染,从而增加熔深,提高焊接速度,但考虑氦气的价格昂贵,因而采用了氩氦混合气体。

(5)严格控制铝管外导体的外观和结构尺寸。皱纹铝管的结构尺寸与绝缘芯线的放线张力、主牵引的速度、轧纹速度、前后导管内孔径、轧纹刀片的进刀量等多个方面相关。铝管外导体的环形纹路由高速轧纹设备制造,轧纹设备的稳定性将直接影响轧纹后结构尺寸的均匀性。皱纹铝管外形恶化不仅会造成连续生产困难,而且还会使VSWR劣化。为提高轧纹质量,生产时应合理地设定焊接电流、生产速度、主牵引及轧纹速度,同时还要控制轧纹深度与节距,以避免出现阻抗周期性不均匀。

(6)应及时处理正常生产中出现的意想不到的问题。如因焊机冷却水过热,铝带精切后铝粉过多,而造成的焊针熔化问题;因铝带精切宽度小于理论计算值,铝带经过精切刀、成型轮碾压后铝粉过多,铝带氧化,而造成的焊缝小开裂问题;因焊接电流偏小而造成虚焊问题;因铝带成型宽度偏小,气体保护不佳,而造成的轧纹后铝管弯曲焊缝开裂问题;因前后导管孔径较小,铝管行进时阻力大,而造成的轧纹堵死问题;因放线张力大,而造成的波峰外径增大问题等。

4 性能测试

使用安捷伦ENA矢量网络分析仪对本电缆成品的VSWR、特性阻抗和衰减等主要电气性能进行检测,VSWR、特性阻抗和衰减测试曲线如图1～图3所示。本电缆的衰减与YD/T 1092—2004标准规定同规格皱纹铜管外导体电缆和HCTAY 50-22(7/8″馈线)电缆的衰减比较可参见表4。

通过克服多项工艺难题制得的本电缆,即50-23(7/8″Al)皱纹铝管外导体RF同轴电缆,其电气性能接近国际同类产品先进水平,可达到市场常用皱纹铜管外导体电缆HCTAY 50-22(7/8″馈线)衰减指标及机械强度要求,而且其节约了铜资源,重量更轻,成本更低,具有良好的发展前景。

参考文献

[1]信息产业部.YD/T1092—2004通信电缆——无线通信用50Ω泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体射频同轴电缆[S].北京:人民邮电出版社,2005.

同轴测试过渡器的研制篇4

使用HFSS软件模拟步骤:

1.1 设计的指标参数

研制一种同轴测试过渡器。具体参数为:

7/16" (内导体外径7mm;外导体内径16.1mm) - 3 1/8" (内导体外径33.4mm内径31.27mm;外导体外径79.4.mm内径76.88mm) 。

1.2 设计的具体步骤

7/16-3 1/8同轴测试过渡器的研制。

(1) 7次运算的模拟情况。

首先打开HFSS应用软件, 利用软件中的图样绘制工具绘出7/16- 3 1/8 同轴测试过渡器的结构图样。对图形的模拟只考虑腔体的设计, 所以其中所绘出的图形尺寸外导体只考虑内径的大小, 内导体只考虑外径的大小。

绘出图样后就要开始设置结构参数, 除特定的已知结构参数外, 还要设定模拟时的可调参数, 参数的设置应尽量遵循简洁、明了的基本原则, 所有参数的表示式应清晰, 明白, 容易理解, 为微模拟时创造一个好的条件。参数设定完后, 开始对所绘制图形进行模拟调试, 在7/16- 3 1/8 同轴测试过渡器的模拟图样中, 基本的模拟初始条件为:首先在两个端口分别设置激励 (waveport_1 和waveport_2) , 然后设置最初的模拟运算次数为7 次, 步长设为0.1MHZ, 模拟的频率范围是10MHZ- 1GHZ, 运算类型为快速, 精度为0.000001。一切设置结束后就进行编译, 看是否出错, 有错误就根据软件中的提示改正错误, 直到编译正确为止, 然后就开始进行模拟运算。

一开始进行7 次运算所模拟出的波形结果可能不太令人满意, 具体表现为模拟出的波形的左端端口反射损耗始终不能降到- 60d B一下, 这时应该修正图形结构, 重新设置参数。对参数进行有目的的调试, 仔细观察模拟出的波形结果, 并认真分析相关数据找出基本的调试规律。并且对所做的模拟调试中的数据参量也应该有一个基本的认识:数据和模拟出的波形的曲线变化是有一定的对应关系的, 要得出好的结果, 就不能盲目调试。因为7/16- 3 1/8 口径的同轴测试过渡器只有两个可调参数, 所以就比较容易掌握其参数的调试规律, 哪个参数影响波形曲线的哪些变化趋势认真比较后就能有大概的了解, 在此基础上就可以进行有效的调试了。经过一定时间的模拟调试, 可以积累了调试经验, 对HFSS应用软件也有了更新的认识:了解不同的可调参数的所代表的具体物理意义以及一些可调参数设置的技巧, 大大提高了模拟的效率。在模拟调试过程中使模拟出的波形端口反射损耗容易降低到了- 50d B以下, 因为设计指标要求端口反射损耗要降低到- 60DB一下, 所以必须对7 次模拟运算的调试结果进行优化。步骤一般是:减小数据调试时的频率步长, 步长从0.1MHZ减小到0.05MHZ后, 再次进行模拟调试。在模拟出达到指标要求的波形后就开始进行15 次的模拟运算了。

(2) 15 次运算的模拟情况。

15 次的模拟运算不仅代表的是运算精度的进一步提高, 模拟运算所需要的时间更长, 而且个人对所调数据的判断和分析能力也要求更高, 对波形曲线和数据的相互关联也需要有更进一步的认识。15 次模拟运算是在整个模拟调试过程中最为关键的环节, 它在整个模拟调试过程中起着承前启后的作用, 它不仅是对7 次模拟运算的精度的进一步加强, 而且它的调试结果会直接影响18 次模拟运算的最终模拟结果。所以说15 次的模拟运算的结果的好坏就直接影响最终所能达到的指标结果是有根据的。

因为在7 次模拟运算中所得到的最好波形曲线的模拟数据在进行15 次的模拟运算后, 所得出的波形结果会变得很差, 具体表现为端口反射损耗只能达到- 30d B, 而且模拟出的波形也不符合标准, 模拟效果很难令人满意。

由于最初的数据调试一般是在7 次模拟运算中的最好的那一组数据基础上进行调试和模拟的, 对可调参数的调试变化的幅度不是很大, 所以对调试模拟出的波形结果不是很理想。这时需要改变了自己原有的一些数据调试思路, 开始加大频率的调试跨度 (由最初的10MHZ- 1GHZ变化到了10MHZ- 1.8GHZ) , 修改了频率步长 (步长变为0.05MHZ) , 而且针对每一次调试的数据和模拟出的波形都认真地进行相关分析, 并进行多组数据和波形的类比, 在此基础上再加以认真的分析和总结。最终模拟调试的效果就会非常明显:波形曲线慢慢地变的标准, 端口反射损耗也进一步降低。经过一段时间调试, 就会获得达到设计指标要求的波形, 最终完全模拟出了达到了设计指标的要求波形图样。在此期间进行的优化是对模拟的波形的局部优化, 因为波形的曲线已经符合标准, 所以要进行的是下调整个曲线的端口反射损耗, 所以应该再次减小了步长 (一度把步长减小到0.03MHZ) , 最后在将近10 组参数的模拟后, 找到了最好的一组模拟波形结果。

在高次模拟的初调工作结束后就筛选出最好的一组图样, 在此基础上进行模拟结果的优化。如果初调后的结果不够理想, 优化的效果也不太明显, 就可能是最好波形所在的范围没有确定好:即好的波形可能在别的频率范围上, 已确定的频率范围太窄了, 就应改加大自己设置的频率范围;也有可能是数据调整的跨度太大, 错过了好的波形, 这时就要相应地减小模拟调试中的步长。总之, 对所调数据和波形的正确判断十分重要, 而这一切, 都离不开在反复的调试和模拟过程中所总结出的经验, 以及对可调数据的敏感性。只有具备这些基本的调试素质才能快速, 准确地调试模拟出达到指标要求的结果。

15 次的调试是对HFSS软件一个更新, 更全面的认识过程, 因为这时对参数调试的技巧性要求更强, 而熟练掌握数据调试的技巧又是基于对所应用的软件的深入了解和熟练运用上, 以及对所调的大量数据的认真分析和仔细观察、总结的基础上的。通过15 次模拟运算的调试工作, 能了解到更多关于所使用的HFSS功能键的作用, 并能更加熟练的加以应用, 真正提高了应用HFSS软件的能力, 提高了模拟的效率。

(3) 最终模拟情况。

15 次模拟运算的调试结束后紧接着就开始18 次的模拟运算, 虽然运算次数再度增加, 但在15 次的基础上增加运算次数, 对波形的影响已经不是很大, 所以只要15 次的模拟运算结果符合指标要求, 18 次模拟运算的结果就不会有问题。在15 次模拟运算数据的基础上, 只增加运算次数, 就能得出比较满意的调试结果。由于18次运算所模拟出的波形已经很好的达到了设计的指标要求, 而且为了提高模拟效率, 可以再次验证这组数据在十五次中的模拟运算结果是否是最好的。随即结束了同轴测试过渡器的模拟研制任务。

2 使用pro/ENGINEER软件制图

对pro/ENGINEER软件的应用主要包括两个方面的学习:立体图形的绘制和平面图形的生成。立体图的绘制要求绘制时图形的尺寸要准确, 画法简洁, 清晰。还要考虑到实体加工时的重量, 精度等要求, 因此绘制前要多动脑筋考虑如何绘制, 也就说要重新确定同轴测试过渡器的结构。在不影响调试结果的前提下, 应尽量使模型更加简洁, 减少加工的难度。所以这时也体现了理论和实际制作的区别。由于pro/ENGINEER软件功能比较强大, 所以绘制好了立体图样后就不必再另行绘制平面图形了, 直接在立体图形上生成就可以。但平面图形生成时就必须要考虑标注的格式和规范了, 一般平面图形的标注有很多讲究, 比如:标注的位置, 规格, 精度的大小等等。总之要使平面图样所标注的结构尺寸清楚, 准确, 符合标准, 这样才能顺利地加工出实物。

首先要进行同轴测试过渡器立体图样的绘制, 立体图样完成以后就马上开始进行平面图形的生成工作了, 平面图的生成本身比较简单, 但由于平面图的生成样式有很多规范和讲究, 其中涉及精度的设置, 阴影线的设置, 装配图的特殊要求等, 所以会显得比较繁琐。经过一个多星期的努力, 完成了两组同轴测试过渡器的所有立体图和平面图的绘制。

平面图样生成后就开始表格的添加, 这时绘图的最后一个环节, 要求每个平面图形都有相关的表格来描述所绘制的图形的加工材料, 以及所用加工材料的重量等等。这样就使得绘图更加严谨、规范。

最后再次确定了两组同轴测试过渡器的尺寸结构, 因为模拟的参数和实际的加工结构是有区别的, 加工时需要从原料的节省, 减少加工难度等方面综合考虑, 所以为了符合实际加工标准, 就开始改动部分尺寸参数大小。在此期间需要修改图形结构, 对两组同轴测试过渡器的外径、内径尺寸都作了一定的修改, 最后改动数据后的参数在HFSS软件上再次进行18 次的模拟。最终得出的模拟结果与最初的模拟结果的差别不是很大。

3 结论

通过此次同轴测试器的研制工作, 进一步证实了利用软件模拟出指标优秀的数据和图样的方法是可行的。因为通过软件的模拟不仅可以得到准确的数据, 而且大大提高了整个研制工作的效率, 节省了研制成本。此次模拟出的各项指标都是优秀的, 如果具备成熟的加工条件和充足的加工时间, 必然能制作出性能优良的实物。

参考文献

[1]杨春晖, 杨莘元.现代微波技术基础[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 2001 (8) :1.

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[5]CAD教育网, 周四新.Pro/ENGINEER Wildfire工业设计范例教程[M].北京:人民邮电出版社, 2005 (4) .

[6]詹友刚.Pro/ENGINEER 2001教程[M].北京:清华大学出版社, 2004 (4) :3.

[7]王子宇.微波技术基础[M].北京:北京大学出版社, 2004 (5) :1.

[8]沈志远.微波技术.北京:国防工业出版社, 1981.

新型电缆集束器的研制篇5

但是在施工时需要将集束线手工进行归方, 在没有专用工具情况下, 放线时, 必须由2 ~ 3 个人靠手工对集束线归方, 人员劳动强度非常高。特别是在冬天投入的人力更多, 而且效果差, 效率低, 工艺达不到要求。

本文介绍一种新型电缆集束器, 该设备是一种将集束导线自动归方成型的装置, 减轻人员的劳动强度, 提高人员工作效率, 提高工艺水平。

1 新型电缆集束器设计特点

1.1 新型电缆集束器的技术设计

新型电缆集束器设计科学合理、操作简单, 减少安全事故的发生, 提高生产效率。新型电缆集束器采用机电一体化设计, 组成的部件是由可编程控制器、PLC一体机文本显示屏, 欧姆龙编码器等多种电子元器件。在机器的精密机械零部件上采用的全部都是由进口CNC加工中心加工完成的精密机械零部件。在材料的选取上为方便野外施工、方便运输搬运, 机架和工作台、外框及零部件采用铝合金型材等轻型材料加工组成。

电缆集束器的设计要点:方便, 省力, 不能损伤集束电缆绝缘层。

为方便导线捆扎, 设计自动控制程序软件。为方便施工减轻工具重量, 所选用的零部件应优先考虑轻型材料制造, 同时满足设计要求。设备的进出线及归方部位要平滑, 挤压力度要适中, 力量大了会损坏绝缘, 力量小了达不到归方的要求。并且要在有限的结构范围内实现归方鬼能, 然后与自动控制程序实现精确配合。

1.2 新型集束电缆工作方式

归方程序设计采用第一组上下送料轮将导线向前进行送料。第二组和第三组轮子采用按压方式将导线进行预压成型归方, 然后进入第四组成型轮进行归方出线。6 种不同规格导线设计成3 种型号归方器进行归方。一个型号可归方二种规格电缆。分别对应25mm2-35mm2;50mm2-70mm2;95mm2-120mm2电缆;

1.3 电缆集束器功能介绍

新型电缆集束器不仅能够快速的将电缆归成方型, 而且在设计上匹配了附加以下方便的功能:

(1) 扎线间隔长度设置功能, 可随意设置间隔长度, 并精准测量显示;

(2) 出线总长度统计功能, 可统计出线总长度并清零;

(3) 自动/ 手动操作模式切换功能, 选择自动模式:按手动点动按钮进行出线;

(4) 急停保护功能如有紧急情况发生, 按急停开关进行停机保护 (红色按钮) ;

(5) 一机多用功能, 在一台机器上可归方二款集束导线, 可归方的电缆型号如下:GFQ/95--120 →对应95mm2和120mm2线缆, GFQ/50--70 → 对应50mm2和70mm2线缆, GFQ/20--35 →对应20mm2和35mm2线缆。

2 新型电缆集束器效益分析

采用新型电缆集束器前, 需要两至三人采用手动归方, 采用新型设备之后改成自动归方功能, 只需要一人即可完成, 减少了人力的消耗, 归方速度由原来的每小时五十米提升至每小时三百米, 归方速度提升。导线的整体效果比原来更加的平整和美观, 而且改善了人工归方出现的不平整和扎线距离不均匀的现象。

3 结论

使用电缆集束器对集束电缆进行归方工作, 可以规范员工对电缆的归方操作, 提高归方一致性, 使电缆捆扎整齐、平整提升集束架空电缆的美观度, 提高工作效率。对于规范集束电缆的归方工序、减少工作量、提高工作效率、提升美观度起了很大的作用。我国的农村地区面积较大, 采用集束架空导线可以提高容灾、降低线损, 新型电缆集束器在这些地方得到大量的推广与使用。

参考文献

紫外光辐照交联光伏电缆的研制篇6

太阳能作为一种绿色能源得到了大力推广,这带动了与太阳能光伏项目配套的光伏电缆的发展。目前我国尚未颁布光伏电缆国家标准,大多数光伏电缆生产厂家依据德国标准TV 2 Pfg 1169/08.2007《光伏系统中电缆应用要求》进行产品研制。在该标准中产品绝缘和护套材料主要为专用的辐照交联聚烯烃,即绝缘和护套材料挤出后,需再利用复杂的电子束辐照工艺进行辐照交联。辐照设备投资较大,辐照工艺复杂,为了降低生产成本,本公司展开了紫外光辐照交联光伏电缆的研制。

该光伏电缆的结构设计与选材与常规光伏电缆的基本一致,仅在绝缘和护套材料的选用方面有所不同。为保证产品具有良好的柔软性及导电性,导体采用第5类镀锡铜线导体,结构及性能符合GB/T3956—2008标准的规定;绝缘采用了耐温125℃紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料,该材料阻燃效果好,烟密度低,不含任何卤素、重金属等有害物质,符合RoHS指令要求;护套采用了耐温125℃紫外光辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃护套料,为避免黑色护套易吸收紫外光的问题,护套选用了淡黑色。图1示出了紫外光辐照交联光伏电缆的结构。

2 紫外光辐照交联工艺

在紫外光辐照交联光伏电缆生产工艺中紫外光辐照交联工艺最为关键,其工艺原理是在主要原料聚烯烃中掺入适量光交联剂进行混炼,然后将混炼好的光交联聚烯烃混合料挤包在导电线芯上,采用紫外光作为辐射源,在特制的辐照设备中一定条件下进行熔融态紫外光辐照,光交联剂在吸收特定波长的紫外光后产生自由基,通过自由基反应将聚烯烃分子链交联成三维网状结构。

占地较小的紫外光辐照交联设备(上牵引、辐照箱、电气控制柜等)可安放在原有普通挤出生产线中,如图2所示。上牵引可使导电线芯保持一定张力,使其在运行过程中始终位于辐照箱的中心位置,确保最佳的辐照效果;辐照箱采用了均匀配置和特殊设计的反射聚焦紫外光光源,通过电气控制系统确保辐照箱中心位置紫外光强度与辐照温度等工艺参数处于最佳工作状态,使高效的光引发体系在紫外光辐照下快速引发聚烯烃发生交联反应,其连续生产速度可达每分钟数十米;采用热、温、冷三级水温逐级冷却方式,确保三维网状交联结构的稳定性。

虽然紫外光辐照交联设备使用非常方便,但为确保电缆产品质量,生产时应严格按照以下步骤进行操作:a.设备通电并设定合适的辐照温度。b.打开辐照箱上盖,采用脱脂棉蘸无水酒精擦拭紫外光灯管壁表面去除灰尘(高温时细微颗粒会加速石英玻璃灯管壁的失透而缩短灯管使用寿命),并擦拭反光罩表面保证较高的反射效果。c.将牵引线与经过挤出机挤制的待辐照电缆连接,接头置于辐照箱出口外侧,并将上盖落至辐照箱最低处。d.开启各组灯管,待温度升至100~150℃时(约10~15s),开启牵引机,进行正常生产;当辐照效率降低时,应适当调整生产速度。e.关闭牵引机。f.关闭各组紫外光灯管,按下操作区各个红色“停止”按钮。此时风机将会持续工作约5~6min(电容亦不允许频繁充放电,两次间隔至少为5 min),以迅速降低辐照箱内的温度,排除剩余的臭氧气体。g.打开辐照箱上盖将线缆尾部取出,并进行必要的清理工作。h.闭合辐照箱上盖,关闭电源开关,如长期不使用,应关闭总电源开关。同时,在紫外光辐照交联生产过程中操作人员还应注意以下安全事项:a.辐照箱箱体外罩温度较高,避免高温烫伤。b.辐照箱上盖必须下降到最低位置,避免紫外光灼伤。c.不可直视主箱体两端进出线口,以免灼伤眼睛;不可使紫外光灯发出的光线直射皮肤表面,以免灼伤皮肤。

3 性能检测

采用上述结构设计、材料、设备和工艺,成功试制了一根PV1-F 4mm2紫外光辐照交联光伏电缆,产品主要性能的送检测试结果如表1所示。可见,该电缆的各项指标均能符合本公司的企业标准,同时也符合TV 2Pfg 1169/08.2007标准规定。

紫外光辐照交联技术是除过氧化物交联、硅烷交联和电子束辐照交联之外又一种交联技术。本公司成功研制的紫外光辐照交联光伏电缆突破了电子束辐照交联技术在太阳能光伏电缆领域的垄断,表明低投入的紫外光辐照交联技术可生产出满足标准要求光伏电缆产品。紫外光辐照交联技术工艺简单,挤出、辐照一步完成,且设备投资小,控制方法简单,高效节能,无任何残毒和废弃物,适合于产业化和规模化生产。

煤矿用阻燃综合控制电缆的研制篇7

煤炭是储量最多、分布最广、价格最低廉的常规能源。在前十几年里全球煤炭行业和我国煤炭行业呈持续上升趋势, 但我国具有综合性能的矿用类电缆产品从执行标准到生产规范都仍处于初级状态。为了追赶居于领先水平的国外矿用综合电缆产品, 填补国内的空白, 本公司集中技术力量开发了可用于煤矿井下生产环境和煤炭运输监控的煤矿用阻燃综合控制电缆。该电缆集电能传输和信号传输于一体, 传输时可确保电能和信号之间互不干扰, 解决了常用煤矿电缆中电能和信号不能同缆传输的问题。该电缆必须满足以下性能要求:a.产品结构紧凑、易于敷设, 实用性强;b.燃烧时烟密度很低, 无腐蚀性气体逸出, 不产生有害的卤酸气体;c.具有阻燃, 径、轴向防水, 防蚁鼠性能。

2 结构设计和选材

为了达到以上性能要求, 我们在该煤矿用阻燃综合控制电缆结构设计和选材时进行了以下考虑[1]:a.控制单元用于电能传输, 为使导体具有柔软性好、可靠性高、强度大、稳定性好等特点, 导体由符合GB/T 3956—2008标准规定的第5种多股镀锡铜线束绞而成, 导体截面积为0.5～4.0mm2[2];为使电缆能通过单根垂直燃烧及成束电缆燃烧试验 (B类) , 电缆 (控制单元、射频同轴单元) 绝缘和护套材料应选用氧指数不小于35的无卤低烟阻燃聚烯烃材料 (主要机械和燃烧性能如表1所示) ;为消除因导体表面不光滑引起的表面电场强度增加, 以及有效防止外界电磁场对控制单元绝缘线芯的干扰, 控制单元屏蔽层采用镀锡铜线编织, 编织密度不小于80%。b.射频同轴单元用于信号传输, 其材料、结构和性能应符合GB/T 14864—1993标准规定[3]。c.为使电缆能径、轴向防水, 在射频同轴单元和控制单元绞合成缆时采用阻水聚酯纱填充。d.为使电缆能阻燃、防蚁鼠, 综合电缆采用无卤低烟阻燃包带绕包;内衬层采用无卤低烟阻燃聚烯烃护套材料挤出;采用了镀锡铜线编织铠装, 编织密度不小于80%;外护套采用环保型无卤低烟阻燃防蚁鼠聚烯烃护套材料挤出。最终我们设计的煤矿用阻燃综合控制电缆的结构如图1所示。

3 生产工艺

由于煤矿用阻燃综合控制电缆的结构较为特殊, 因此必须对以往的线缆制造工艺加以调整。在多次生产试制后, 我们最终确定的煤矿用阻燃综合控制电缆生产工艺流程如图2所示[4], 同时各工序工艺质量应达到较高的要求[5]:a.在控制单元导体绞合时, 应对单线直径进行严格控制, 单线表面应光洁、色泽均匀, 无油污、氧化和机械损伤;导体绞合节径比宜不大于6, 外观应圆整、节距均匀, 紧压完整无缺陷;绞合导体收排线时应确保绞合导体无喇叭状、腰鼓状、压线、乱线等现象。b.在控制单元和射频同轴单元的绝缘挤出时, 绝缘挤包层表面应光滑、色泽均匀, 无油污、损伤等质量缺陷;绝缘线芯不允许进水。c.在射频同轴单元屏蔽编织时, 镀锡铜线编织表面应平整、紧密, 无油污、氧化、毛头、洞疤及机械损伤等缺陷;镀锡铜线编织密度应不小于80%。d.在控制单元和射频同轴单元绞合成缆时, 成缆最外层绞合方向为右向, 绞合节径比宜不大于14, 缆芯应圆整, 无扭伤、凸起或松散等现象, 无严重损伤或蛇形。e.在包带层绕包时, 应平服、紧密, 无破损或露包现象, 包带接头处应用黏带粘牢;缆芯收排线应均匀、平整。f.在内衬层挤出时, 表面应光洁、平整, 无气泡、裂纹、杂质、机械损伤等缺陷。g.在编织铠装时, 镀锡铜线编织表面应平整、紧密, 无油污、氧化、毛头、洞疤及机械损伤等缺陷;镀锡铜线编织密度应不小于80%。h.由于外护套主要承担了提高电缆机械强度、防化学腐蚀、防潮防水、阻燃、防蚁鼠、环保等功能, 因此确保外护套挤出工艺的质量非常重要。在外护套挤出时, 环保型无卤低烟阻燃防蚁鼠聚烯烃护套材料挤出温度的控制非常关键, 经过我们多次反复试制, 建议挤出温度的控制范围如表2所示。挤出的外护套表面应光洁、平整, 无气泡、裂纹、杂质、机械损伤等缺陷。电缆表面印字应正确、清晰、耐擦。

4 全性能检测

通过对煤矿用阻燃综合控制电缆的结构设计和生产试制, 我们成功开发了MKZRZHYYPR92-0.45/0.75kV 3×2.5+75-5-1煤矿用阻燃综合控制电缆的样品线, 并送国家电线电缆质量监督检验中心进行产品检测[6], 主要性能检测结果如表3所示[7]。可见, 产品性能完全满足了研制要求, 这表明本公司研制的煤矿用阻燃综合控制电缆具有全面综合环保功能。可以预计, 随着电力需求增长和工业发展, 会使煤炭需求仍然保持一定的增长势头, 煤矿用阻燃综合控制电缆这种特种电缆新产品将具有较为广阔的市场前景。

℃

注:1) 取自电缆的材料燃烧时释出气体的试验。

参考文献

[1]乔月纯, 李吉浩.电线电缆结构设计[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[2]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 9330—2008塑料绝缘控制电缆[S].北京:中国标准出版社, 2008.

[3]国家技术监督局.GB/T 14864—1993实心聚乙烯绝缘射频电缆[S].北京:中国标准出版社, 1993.

[4]王卫东.电缆工艺技术原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[5]钱如立.电线电缆制造基础知识[M].上海:上海电缆研究所, 2001.

[6]国家安全生产监督管理总局.MT 818—2009煤矿用电缆[S].北京:中国标准出版社, 2009.

一种钢包车电缆的改进与研制篇8

众所周知, 炼钢就是以生铁、废钢、造渣材料等为原料, 通过加热熔化、造渣、脱磷、氧化脱碳与除气、还原脱氧脱硫、去除杂质生产钢的冶炼过程。而在整个冶炼过程中必须要使用到一种特殊设备, 即钢包车。钢包车的运行环境恶劣, 除本身频繁移动外, 其周边处于高温区且时常有钢液飞溅, 这就使得配套使用的电缆经常需要做高速移动, 承受较大的拉力和弯曲且处于高温区域, 传统的电缆通常使用很短的一段时间就会出现质量问题, 如线芯断裂、护套老化开裂等, 直接影响钢厂的生产效率。为此, 需要有高性能的钢包车电缆与其相匹配。本文就是根据钢包车的使用环境及相关的国内外标准, 结合我们公司制造钢包车软电缆的生产经验, 对钢包车电缆进行进一步的改进。本文主要介绍该电缆的结构设计理念、材料的选型和工艺制造特点。

1 设计思路

根据钢包车电缆使用的特殊场合, 钢包车电缆出现故障主要有以下三个原因:

1) 电缆引入钢包车电机时, 连接点与钢包车太近, 无法采取遮挡措施, 当出钢时钢液飞溅, 很容易烧毁电缆;

2) 电缆卷筒位于行走路段的中间高空位, 车辆行走时, 电缆从高空来回牵引拖拽, 极易被拉断;

3) 电缆固定点由于长时间受力, 磨损严重, 经常发生短路及接地现象。

要使得钢包车电缆能够规避上述原因产生的质量问题, 钢包车电缆需要具备柔软、抗拉、耐磨、阻燃、防钢液飞溅灼伤等特殊性能。

1.1 电缆的柔软性能

电缆的柔韧性很大程度上取决于电缆的导体。因此采用IEC60228中的第6类软导体, 同时适当减小导体绞合节距, 最大程度的减小电缆的允许弯曲半径。绝缘和护套材料均选用较软的橡皮材料, 既保证了绝缘和护套的电气性能又提高了电缆的整体柔韧性。

1.2 电缆的抗拉性能

电缆在使用过程中会承受较大的拉力, 为提高电缆的抗拉能力, 主要采取以下措施。一方面, 电缆的导体中加入芳纶丝, 提高导体线芯的抗拉能力。芳纶丝是一种新型高科技合成纤维, 具有柔软、超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能, 其强度是钢丝的5~6倍, 模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍, 韧性是钢丝的2倍, 而重量仅为钢丝的1/5左右, 在560°的温度下, 不分解, 不融化。另一方面, 缆芯成缆后不采用包带包覆, 而是采用涤纶丝编织加强, 起到紧固缆芯作用, 适当的控制编织密度, 然后再进行护套挤出, 目的在于护套挤出过程中将胶料充分填充到缆芯的边隙处, 使得护套、编织加强层、缆芯紧密的融合在一起。同时编织网状加强层嵌入到护套中, 相当于“钢筋混凝土”结构, 极大的增加护套整体抗拉能力。

1.3 电缆的阻燃性能

电缆的使用环境属于高温区, 其应具备阻燃性能, 护套采用阻燃型硅橡胶。硅橡胶属于热固型材料, 材料在燃烧过程中结壳、固化, 可有效的阻止电缆延燃, 起到良好的阻燃效果。

1.4 电缆的防钢液飞溅灼伤性能

电缆的护套虽然采用阻燃性能优良的氯丁橡皮, 但飞溅的钢液很容易灼伤电缆外护套, 为避免钢液飞溅, 在电缆的外护套外绕包一层玻璃纤维带, 同时再编织一层镀镍丝。玻纤带轻质、耐热、热容量小、导热系数低, 镀镍丝具有抗氧化、防腐蚀性能。这两者的结合能够有效的防止因钢液的飞溅而灼伤电缆外护套, 起到保护作用。

2 产品试制

2.1 产品的结构简图及工艺流程

电缆的结构图见图1。

根据设计的产品结构, 生产工艺流程如下:

拉丝→退火/镀锡→导体绞合→绝缘→成缆→编织加强→护套→绕包→编织铠装。

2.2 工艺控制要点

2.2.1 导体绞合

动力线芯导体采用镀锡圆铜线, 应先束绞然后再股绞, 股绞时中心加芳纶丝。绞制过程中应适当的控制绞合节距, 节径比一般不大于10倍, 保证导体线芯的柔韧性。控制线芯导体采用镀锡圆铜线编织中心加芳纶丝。

2.2.2 绝缘

绝缘采用乙丙橡皮挤出, 挤出时应控制好挤出温度及速度, 避免胶料欠硫或过硫影响绝缘的电气及物理机械性能。

2.2.3 成缆

成缆时不采用传统的绕包包带及填充工艺, 而只是缆芯绞合, 成缆节径比不大于18倍。