RU99894U1 - WATER COOLED CABLE - Google Patents

Abstract

Водоохлаждаемый кабель, включающий металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины, установленный на штуцер наконечника внутри опорного шланга, отличающийся тем, что дополнительный шланг имеет внутренний диаметр, различный для мест входа и выхода охлаждающей жидкости, определяемый следующими эмпирическими зависимостями: ! ! ! где S - площадь сечения условного прохода опорного шланга, мм2; ! l - длина дополнительного шланга, мм; ! k1 - коэффициент, характеризующий вес и длину кабеля; ! k2 - коэффициент, характеризующий соотношение расстояния между токопроводами кабельных гирлянд к радиусу изгиба кабеля; ! k3 - коэффициент, характеризующий величины номинального тока, пиковых токовых нагрузок, характера шихты, времени расплава шихты; ! k4 - коэффициент, характеризующий диаметр дополнительного шланга на входе и длину опорного шланга. Water-cooled cable, including a metal tip with a channel for coolant, conductive cores connected to the tip, external and support hoses, forming channels for the passage of coolant and an additional hose of the calculated length installed on the nozzle of the tip inside the support hose, characterized in that the additional hose has an inner diameter different for the places of entry and exit of the coolant, determined by the following empirical relationships:! ! ! where S is the cross-sectional area of the nominal passage of the support hose, mm2; ! l is the length of the additional hose, mm; ! k1 is a coefficient characterizing the weight and length of the cable; ! k2 is a coefficient characterizing the ratio of the distance between the conductors of cable strings to the radius of bending of the cable; ! k3 is a coefficient characterizing the magnitude of the rated current, peak current loads, the nature of the charge, the time of the melt of the charge; ! k4 is a coefficient characterizing the diameter of the additional inlet hose and the length of the support hose.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к кабельной технике, а именно к конструкциям водоохлаждаемых кабелей, и может быть использована для токоподводов мощных электропечей, сварочных агрегатов и т.п.The utility model relates to electrical engineering, mainly to cable technology, namely to designs of water-cooled cables, and can be used for current leads of powerful electric furnaces, welding units, etc.

Известен Водоохлаждаемый кабель, включающий наружный рукав, полый сердечник, перфорированный отверстиями, и навитые на сердечник провода (см. патент RU 2333560, Н01В 7/29, опубликован 10.09.2008). В известных водоохлаждаемых кабелях в качестве гасящих (успокаивающих) элементов применяются: пружины, резиновые шланги, различные дополнительные вставки. Применение таких конструктивных элементов ведет к частичному снижению гибкости кабеля, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.Known Water-cooled cable, including an outer sleeve, a hollow core, perforated with holes, and wires wound around the core (see patent RU 2333560, НВВ 7/29, published September 10, 2008). In well-known water-cooled cables, the following are used as damping (soothing) elements: springs, rubber hoses, various additional inserts. The use of such structural elements leads to a partial decrease in the flexibility of the cable, which impairs its performance.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели по технической сущности, принятым за прототип, является конструкция водоохлаждаемого кабеля, описанная в полезной модели Устройство для ослабления механического напряжения провода в водоохлаждаемом кабеле, включающая металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины (Патент №66122, H02G 15/007 дата публикации 27.08.2007). Такое устройство эффективно только в установившемся режиме работы, когда существует постоянная скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях.The closest analogue to the claimed utility model according to the technical essence adopted for the prototype is the design of the water-cooled cable described in the utility model. A device for easing the mechanical stress of a wire in a water-cooled cable, including a metal tip with a channel for coolant, conductive wires connected to the tip, external and support hoses forming channels for the passage of coolant and an additional hose of the estimated length (Patent No. 66122, H02G 15/007 publication date 27.0 8.2007). Such a device is effective only in the steady state, when there is a constant speed of water and pressure, providing the necessary flexibility and elasticity with slight fluctuations.

Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение дифференцированного противодействия ударным нагрузкам при электродинамическом ударе, повышение эффективности теплоотвода.The objective of the claimed utility model is to provide a differential response to shock loads during electrodynamic shock, increasing the efficiency of heat removal.

Для решения поставленной задачи в известном водоохлаждаемом кабеле, включающем металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины, установленный на штуцер наконечника внутри опорного шланга, дополнительный шланг имеет внутренний диаметр различный для мест входа d_вх и выхода охлаждающей жидкости d_вых, определяемый следующими, установленными в результате собственных исследований заявителя эмпирическими зависимостями:To solve the problem in a well-known water-cooled cable, including a metal tip with a channel for a coolant, conductive wires connected to the tip, external and support hoses, forming channels for the passage of coolant and an additional hose of a calculated length mounted on the nozzle of the tip inside the support hose, additional hose has an inner diameter different places for input _Rin d and exit coolant d _O defined by the following set as a result sobst ennyh research applicant empirical dependence:

где:Where:

S - площадь сечения условного прохода опорного шланга, кв. мм;S is the cross-sectional area of the nominal passage of the support hose, sq. mm;

l - длина дополнительного шланга, мм;l is the length of the additional hose, mm;

k₁ - коэффициент, характеризующий вес и длину кабеля;k ₁ - coefficient characterizing the weight and length of the cable;

к₂ - коэффициент, характеризующий соотношение расстояния между токопроводами кабельных гирлянд к радиусу изгиба кабеля;k ₂ - coefficient characterizing the ratio of the distance between the conductors of the cable strings to the radius of the bend of the cable;

k₃ - коэффициент, характеризующий величины номинального тока, пиковых токовых нагрузок, характера шихты, времени расплава шихты;k ₃ - coefficient characterizing the magnitude of the nominal current, peak current loads, the nature of the charge, the time of the melt of the charge;

k₄ - коэффициент, характеризующий диаметр дополнительного шланга на входе и длину опорного шланга.k ₄ - coefficient characterizing the diameter of the additional hose at the inlet and the length of the support hose.

В установившемся режиме работы водоохлаждаемого кабеля в опорном шланге кабеля существуют постоянные скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях. При электродинамическом ударе (экстремальный режим) возникают искривления кабеля в пространстве - «внезапный поворот трубы» в нескольких местах, что вызывает резкое снижение скорости движения охлаждающей воды и как следствие резкое повышение давления в опорном рукаве.In the steady-state mode of operation of the water-cooled cable in the cable support hose, there are constant water velocity and pressure providing the necessary flexibility and elasticity with slight fluctuations. During electrodynamic shock (extreme mode), cable curvatures occur in space - “sudden turn of the pipe” in several places, which causes a sharp decrease in the speed of movement of cooling water and, as a result, a sharp increase in pressure in the support arm.

Эффект повышения давления и усиления демпфирующих свойств в экстремальном режиме проявляется за счет рассчитываемых по эмпирическим формулам уменьшенных внутренних диаметров дополнительных шлангов. Это же приводит к повышению эффективности теплоотвода за счет повышения скорости истечения.The effect of increasing pressure and enhancing the damping properties in extreme mode is manifested due to the reduced internal diameters of additional hoses calculated by empirical formulas. This also leads to an increase in the efficiency of heat removal by increasing the flow rate.

Заявляемое устройство, включающее опорный шланг, дополнительный шланг на входе охлаждающей воды, металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, дополнительный шланг на выходе охлаждающей воды, отличается от известных конструкций водоохлаждаемых кабелей тем, что внутренние диаметры дополнительных шлангов на входе и выходе определяются эмпирическими зависимостями.The inventive device, including a support hose, an additional hose at the inlet of the cooling water, a metal tip with a channel for the coolant, conductive wires, an additional hose at the outlet of the cooling water, differs from the known designs of water-cooled cables in that the inner diameters of the additional hoses at the inlet and outlet are determined empirical dependencies.

На фигуре 1 изображено расположение и размеры дополнительных шлангов на входе и выходе воды из кабеля, продольное сечение.The figure 1 shows the location and dimensions of additional hoses at the inlet and outlet of water from the cable, a longitudinal section.

Заявляемое устройство включает в себя наконечники 1, установленные внутри внешнего шланга 2 и соединенные электрически токопроводящими жилами кабеля 3, опорный шланг 4, установленный на штуцеры 5 наконечников 1, и дополнительные шланги расчетной длины 1, обозначенные поз.6 на входе и поз.7 на выходе воды из кабеля. Внутри опорного шланга 4 в указанном на фиг.1 направлении протекает вода для охлаждения токопроводящих жил кабеля 3, расположенных между внешним 2 и опорным 4 шлангами.The inventive device includes ferrules 1 installed inside the outer hose 2 and connected by electrically conductive cores of cable 3, a support hose 4 mounted on the fittings 5 of the ferrules 1, and additional hoses of a design length 1, indicated at pos. 6 at the inlet and pos. 7 at water outlet from the cable. Inside the support hose 4 in the direction indicated in FIG. 1, water flows to cool the conductive cores of cable 3 located between the outer 2 and support 4 hoses.

Заявляемое устройство реализуется следующим образом. Для каждого типоразмера кабеля по эмпирическим зависимостям рассчитывается внутренний диаметр d_вх дополнительного шланга 6 на входе охлаждающей воды в кабель и внутренний диаметр d_вых дополнительного шланга 7 на выходе воды из кабеля.The inventive device is implemented as follows. For each cable size, the inner diameter d _{in of the} additional hose 6 at the inlet of cooling water into the cable and the inner diameter d _{out of the} additional hose 7 at the outlet of water from the cable are calculated according to empirical dependencies.

В спокойном режиме работы в опорном шланге кабеля устанавливается постоянная скорость движения воды и давление, обеспечивающие необходимую гибкость и упругость при незначительных колебаниях.In a quiet mode of operation, a constant speed of water and pressure are established in the cable support hose, which provide the necessary flexibility and elasticity with slight fluctuations.

При электродинамическом ударе (экстремальный режим) возникают искривления кабеля в пространстве - «внезапный поворот трубы» в нескольких местах, что вызывает резкое снижение скорости движения охлаждающей воды и как следствие резкое повышение давления в опорном рукаве. Дополнительные шланги противодействуют этому. Эффект повышения давления и усиления демпфирующих свойств в экстремальном режиме проявляется за счет рассчитываемых по эмпирическим формулам уменьшенных внутренних диаметров дополнительных шлангов.During electrodynamic shock (extreme mode), cable curvatures occur in space - “sudden turn of the pipe” in several places, which causes a sharp decrease in the speed of movement of cooling water and, as a result, a sharp increase in pressure in the support arm. Additional hoses counteract this. The effect of increasing pressure and enhancing the damping properties in extreme mode is manifested due to the reduced internal diameters of additional hoses calculated by empirical formulas.

Определение коэффициентов к_i для установления внутренних диаметров d_вх и d_вых производят следующим образом. Для определения коэффициента k₁, характеризующего вес и длину готового кабеля, в процессе изготовления опытной партии кабеля длиной L и веса G устанавливают дополнительные шланги расчетной длины 1 различного внутреннего диаметра с тем, чтобы в ходе испытаний выбрать кабели, выдержавшие наибольшее количество моделируемых электродинамических ударов. Затем определяют эмпирический коэффицент k₁=lxd_вх/S по известным параметрам: 1 - длине дополнительного шланга; d_вх - диаметру дополнительного шланга на входе; S - площади сечения условного прохода опорного шланга. Изготовив несколько кабелей одной длины (веса) и определив интервал оптимальных значений коэффициента k₁ для кабелей с этими параметрами, переходят к определению коэффициента k₁ для кабелей с другими значениями длины (массы). Полученные усредненные значения сводят в таблицу. Например, для коэффициента k₁ получен интервал значений от 1,8 до 2,1. Аналогичные таблицы составляют для кабелей с разным соотношением расстояния между токопроводами кабельных гирлянд и минимального радиуса гиба кабеля (коэффициент k₂), с разной величиной номинального тока (коэффициент k₃), для кабелей с разным соотношением внутреннего диаметра дополнительного шланга на входе и длины опорного шланга кабеля (коэффициент К₄). При изготовлении водоохлаждаемого кабеля по известным параметрам подбирают коэффициенты k_i и с их использованием определяют по зависимостям и сужение дополнительных шлангов на входе и выходе воды из кабеля соответственно, гарантирующие демпфирование при электродинамическом ударе, что существенно повышает надежность и длительность безаварийной работы водоохлаждаемого кабеля.Determination of coefficients to _i to set the inner diameters d and d _{Rin O} produced as follows. To determine the coefficient k ₁ , which characterizes the weight and length of the finished cable, in the process of manufacturing an experimental batch of cable of length L and weight G, additional hoses of the calculated length 1 of various internal diameters are installed so that during the tests to select the cables that withstand the greatest number of simulated electrodynamic shocks. Then determine the empirical coefficient k ₁ = lxd _I / S according to known parameters: 1 - the length of the additional hose; d _in - the diameter of the additional hose at the inlet; S is the cross-sectional area of the nominal passage of the support hose. Having made several cables of the same length (weight) and determined the interval of optimal values of the coefficient k ₁ for cables with these parameters, we proceed to determine the coefficient k ₁ for cables with other values of length (weight). The obtained averaged values are tabulated. For example, for coefficient k _1, an interval of values from 1.8 to 2.1 is obtained. Similar tables are made for cables with different ratios of the distance between the conductors of the cable strings and the minimum bending radius of the cable (coefficient k ₂ ), with different nominal currents (coefficient k ₃ ), for cables with different ratios of the inner diameter of the additional input hose and the length of the support hose cable (coefficient K ₄ ). In the manufacture of a water-cooled cable according to known parameters, the coefficients k _{i are} selected and, using them, determined by the dependencies and narrowing of additional hoses at the inlet and outlet of water from the cable, respectively, guaranteeing damping during electrodynamic shock, which significantly increases the reliability and duration of trouble-free operation of the water-cooled cable.

Claims (1)

Водоохлаждаемый кабель, включающий металлический наконечник с каналом для охлаждающей жидкости, токопроводящие жилы, соединенные с наконечником, внешний и опорный шланги, образующие каналы для прохода охлаждающей жидкости и дополнительный шланг расчетной длины, установленный на штуцер наконечника внутри опорного шланга, отличающийся тем, что дополнительный шланг имеет внутренний диаметр, различный для мест входа и выхода охлаждающей жидкости, определяемый следующими эмпирическими зависимостями:Water-cooled cable, including a metal tip with a channel for coolant, conductive wires connected to the tip, external and support hoses, forming channels for the passage of coolant and an additional hose of the calculated length installed on the nozzle of the tip inside the support hose, characterized in that the additional hose has an internal diameter different for the places of entry and exit of the coolant, determined by the following empirical relationships:

где S - площадь сечения условного прохода опорного шланга, мм²;where S is the cross-sectional area of the nominal passage of the support hose, mm ² ; l - длина дополнительного шланга, мм;l is the length of the additional hose, mm; k₁ - коэффициент, характеризующий вес и длину кабеля;k ₁ - coefficient characterizing the weight and length of the cable; k₂ - коэффициент, характеризующий соотношение расстояния между токопроводами кабельных гирлянд к радиусу изгиба кабеля;k ₂ is a coefficient characterizing the ratio of the distance between the conductors of the cable strings to the radius of the bend of the cable; k₃ - коэффициент, характеризующий величины номинального тока, пиковых токовых нагрузок, характера шихты, времени расплава шихты;k ₃ - coefficient characterizing the magnitude of the nominal current, peak current loads, the nature of the charge, the time of the melt of the charge; k₄ - коэффициент, характеризующий диаметр дополнительного шланга на входе и длину опорного шланга.

k ₄ - coefficient characterizing the diameter of the additional hose at the inlet and the length of the support hose.