Глава восьмая
НЕТИПОВЫЕ СПОСОБЫ НАЛОЖЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
8.1. ИЗОЛИРОВАНИЕ ЖИЛ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ ПОРИСТОЙ БУМАЖНОЙ МАССОЙ
Принцип действия и основные узлы бумаго-массного изолировочного агрегата. Основное отличие технологии изолирования жил городских телефонных кабелей бу мажной массой от технологии изолирования бумажной лентой заключается в том, что вместо изготовления по лотна бумаги, последующей резки его на узкие ленты и обмотки проволоки этими лентами на проволоку накла дывается методом осаждения из водной суспензии сплошной цилиндрический слой рыхлой бумажной мас сы, состоящей из волокон целлюлозы. Ввиду того что при таком способе изолирования не образуется воздуш ная прослойка между токопроводящей жилой и изоля цией, для сохранения значений электрической рабочей емкости кабеля в требуемых пределах в сплошно-м бума го-массном слое искусственно создается большое количе ство пор, которые заполняются воздухом.
Агрегат для наложения бумажной массы состоит бо лее чем из десяти различных устройств и позволяет изолировать одновременно до 60 жил. Схема основной, изолировочной части такого агрегата изображена на рис. 8.1. Медные (проволоки сходят с катушек, установ ленных на отдающем устройстве У, проходят через очи стное устройство 2 и поступают в ванну с сетчатым ци линдром 3. В этой ванне, наполненной водной суспензией бумажной массы, точнее, на боковой сетчатой поверх ности вращающегося в ванне цилиндра, происходит осе дание бумажной массы на каждой из непрерывно дви жущихся проволок. Проволоки с образовавшимся на них слоем бесформенной бумажной массы пропускаются че рез систему отжимных прессов 4, служащих для удале ния из бумаго-массной изоляции значительного количе ства влаги. Далее изолированные жилы проходят сквозь гладильный механизм 5 при помощи которого изоляции придается цилиндрическая форма, красильное устройст во б и поступают на сушку в электрическую печь про ходного тива 7. Высушенные изолированные жилы по-
344
средством тяговых сукон 8 подают ся на расположенное под су шильной печью приемное устрой ство 9.
Приготовление бумажной массы.
Технологический процесс изолиро вания жил начинается по существу с приготовления бумажной массы, сырьем для которой служит наибо лее жесткая разновидность сульфат ной целлюлозы, так называемая крафт-целлюлоза, отличающаяся высокой механической прочностью. Бумажной массой называется смесь волокон целлюлозы с большим ко личеством воды. Сплошной слой бу маго-массной изоляции на проволо ке образуется в результате перепле тения и сцепления отдельных воло кон между собой. Как сила сцепле ния волокон между собой, так и степень адгезии бумаго-массной изоляции к медной жиле зависят от длины волокон и состояния их по верхности. Длина волокна крафтцеллюлозы составляет 2—4 мм; для обеспечения достаточной механиче ской прочности бумаго-массной изо ляции волокна целлюлозы должны быть укорочены до 1—2 мм. Подоб ное измельчение волокон достига ется посредством их размола в во дяной среде. Сущность размола за ключается в разрывании и разреза нии волокон целлюлозы и одновре менном их раздавливании и рас щеплении. Наряду с измельчением происходит набухание волокон за счет поглощения ими воды, в ре зультате чего волокна становятся мягче и эластичнее.
В отечественной практике при меняются две технологические схе мы приготовления бумажной массы.
Рис. 8.1. Схема изолировочной части бумаго-массного агрегата.
По первой из них размол волокон целлюлозы производит ся в устройстве циклического действия, так называемом ролле (рис. 8.2), который представляет собой открытую железобетонную ванну 1 овальной формы вместимостью 5—8 м3. Наклонное дно ролла вблизи его задней стенки образует возвышение, так называемую горку 2, служа щую для создания разности уровней циркулирующей массы. Размалывающий механизм состоит из вращаю щегося рольного барабана 3 и неподвижной планки 4, снабженных стальными ножами толщиной 4—6 мм. Ван ну наполняют водой и загружают листами целлюлозы и чистыми отходами кабельной бумаги. Волокнистый мате риал, попадая между ножами вращающегося барабана и неподвижной планки, расположенными под углом в 5—7° и действующими подобно ножницам, размельча ется и одновременно захватывается ножами барабана, поднимается на высоту горки и перебрасывается через нее. Благодаря этому поддерживается разность уровней размалываемой массы за горкой и перед барабаном и, следовательно, непрерывная ее циркуляция. Проходя много раз между ножами и постепенно размельчаясь, волокна целлюлозы превращаются в однородную каше образную слизистую бумажную массу бурого цвета. Длительность размола массы в ролле 3—4 ч. Продоль ная перегородка 5 способствует циркуляции массы, кла паны 6 служат для выпуска размолотой массы.
Концентрация размолотой массы, т. е. отношение ко личества абсолютного сухого волокна целлюлозы (по массе) к количеству налитой в ролл воды, составляет 4—б%. Для облегчения последующей очистки массы и главным образом для обеспечения равномерного распре деления волокон при осаждении их на поверхности изо лируемых проволок необходимо в десятки раз уменьшить концентрацию волокна в массе, т. е. разбавить ее водой. Подобное разбавление производится не сразу, а в две стадии: сначала в мешальном баке, затем непосредст венно перед очистными устройствами.
По окончании процесса размола готовая масса из ролла перекачивается в метальный бак, куда добавля ется также свежая вода. Концентрация бумажной массы снижается до 1,5—2%. Назначение метального бака: во-первых, создать запас размолотой массы для обеспе чения непрерывной работы изолировочной части агрега та, во-вторых, способствовать равномерному распределе-
Рис. 8.2. Ролл для размола целлюлозы.
Рис. 8.3. Гидроразбиватель.
нию волокон целлюлозы в массе после разбавления ее водой. Последнее достигается при помощи непрерывно вращающейся лопастной мешалки, препятствующей так же всплыванию легких и оседанию тяжелых волокон. В составе бумаго-массного агрегата должно быть не менее двух метальных баков. В один поступает бумаж ная масса, а из другого в это же время производится непрерывная подача массы в изолировочную часть агре гата. Для равномерной подачи массы из метального бака в торце его непрерывно вращается черпальное ко лесо с металлическими ковшами. Масса, выливающаяся из ковшей на лоток, направляется' в смесительный желоб и далее в очистные устройства. В смесительный желоб возвращается также использованная в ванне сетчатого цилиндра, т. е. отдавшая практически почти все волокно, вода (так называемая оборотная вода), благодаря чему здесь происходит окончательное разбавление свежей бу мажной массы и снижение концентрации волокна о 1,5— 2,0 до 0,15—0,25%.
Для очистки бумажной массы от различных механи ческих примесей, например песка, металлических частиц, неразмолотых волокон, применяются песочница и узло-
ловитель. Песочница представляет собой наклонный бе тонный или деревянный ящик с ребристым дном. При протекании массы по песочнице посторонние частицы по степенно оседают на дно. Действие цилиндрического узло ловителя с вибрирующей ванной основано на процежи вании волокнистой смеси через вращающееся цилиндри
ческое сито. В качестве сита служит |
полый |
барабан |
с узкими продольными прорезями на |
боковой |
поверх |
ности, вращающийся в ванне, куда непрерывно посту пает масса, прошедшая песочницу. Хорошо размолотые, отделенные одно от другого волокна под действием ви брации ванны в горизонтальной плоскости проходят че рез щели внутрь барабана, а непромолотые волокна — узелки задерживаются и удаляются через специальный патрубок. Очищенная в узлоуловителе масса готова к использованию.
По более современной схеме приготовление бумажной массы начинается в гидроразбивателе. Гидроразбиватель — это стальной открытый цилиндр высотой 1,5 м и диаметром 1 м (рис. 8.3), в днище которого вращается диск 1 диаметром 0,5 м. Диск сидит на валу, располо женном под цилиндром и приводимом в движение от электродвигателя. В неподвижной части днища укрепле ны стальные ножи 2. Гидроразбиватель, как и ролл, за гружают листами целлюлозы и отходами кабельной бумаги и наполняют примерно наполовину водой. При вращении диска 1 благодаря циркуляции воды происхо дит разрыв, раздробление листов целлюлозы и бумаги, ударяющихся о неподвижные ножи 2. Размол (укороче ние) волокон при этом не производится. Полученная масса с концентрацией волокна 4—5% отводится из гидроразбивателя через перфорированное отверстие в дни ще в переливной короб, откуда поступает в предвари тельное очистное устройство. Действие очистителя вы сокой концентрации, называемого гидроциклоном или водоворотной ловушкой, основано на различии плотнос тей волокна целлюлозы и примесей. Поступающая в цилиндрической формы очиститель масса ускоряется лопатками ротора и получает спиральное водоворотное движение. Под действием центробежной силы более тя желые, чем волокнистая масса, примеси отбрасываются к стенке очистителя и передаются в отдельную зону, откуда поступают в грязесборник. Очищенная масса по дается в мешальные баки.
Размол волокон целлюлозы осуществляется в кони ческих мельницах непрерывного действия. Мельница (рис. 8.4) состоит из неподвижного чугунного коничес кой формы корпуса-статора 1 и вращающегося внутри него полого чугунного ротора <?, также имеющего кони ческую форму. На внутренней поверхности статора и на ружной боковой поверхности ротора укреплены стальные ножи 2 и 4, расположенные в осевом направлении. Бу мажная масса, подаваемая насосом, поступает через впускной патрубок 6 со стороны узкого конца, проходит
под действием напора жидкости между размалывающи ми ножами и удаляется через выпускной патрубок 7 со стороны широкого конца. Продвижению массы способст вует центробежная сила, развивающаяся при вращении ротора и возрастающая за счет разности диаметров ши рокого и узкого концов мельницы. Ротор приводится в движение электродвигателем через зубчатую или эла стичную муфту 8. Специальным механизмом 5 со шка лой осуществляется осевое перемещение ротора, что не обходимо для регулирования расстояния между разма лывающими ножами ротора и статора.
Предварительно раздробленная в гидроразбивателе целлюлоза размалывается, проходя через мельницу в те чение 3—5с. Частота вращения ротора около 500об/мин. Сочетание гидроразбивателя с конической мельницей обеспечивает в несколько десятков раз большую произ водительность по сравнению с роллом.
Размолотая масса подается в напорный бак и отту д а —для окончательной очистки —в узлоловитель. На пути в узлоловитель масса разбавляется оборотной во
дой, поступающей из специального бака, до концентра
ции 0,15—0,25%.
Узлоловитель применяется либо с вибрирующей важ ной, либо так называемого закрытого -типа. Последний имеет неподвижное цилиндрическое сито. Внутри сита вращается ротор .с лопастями-скребками, которые очи щают отверстия сита от волокон и узелков. В верхнюю часть корпуса узлоловителя по патрубку под напором подается масса. Опускаясь вниз, масса поступает внутрь сита и под действием напора выходит через отверстия сита наружу. Очищенная масса отводится по патрубку в питательный бак. Перепад давлений на входе и выходе узлоловителя 350 Па. Непромолотые отходы и загрязне ния удаляются через желоб. Из питательного бака гото вая масса подается в ванны сетчатых цилиндров изоли ровочных агрегатов.
Наложение и формирование бумаго-массной изоля ции, Бумаго-массная изоляция начинает образовываться в ванне сетчатого цилиндра, куда одновременно с бу мажной массой непрерывно поступают отожженные мед ные проволоки. Последние, сходя с отдающих катушек, проходят сначала устройство химического или электро химического обезжиривания в щелочном растворе. Непо средственное покрытие проволок волокнами бумажной массы происходит на боковой поверхности полого сетча того цилиндра, вращающегося в ванне. Основу сетчатого цилиндра составляет стальной сварной опорный каркас типа беличьей клетки, на который насажены с равномер ными интервалами кольца из медной проволоки (рис. 8.5,а).
Число медных колец должно быть на одно больше количества одновременно изолируемых проволок. Следо вательно, на сетчатом цилиндре отечественного 60-ходо- вого агрегата МИК-60 насажено 61 кольцо. Поверх ко лец натягивается бронзовая или латунная сетка. Части сетки, расположенные над медными кольцами, закраши вают лаком, а части, приходящиеся на промежутки меж ду кольцами, вдавливают внутрь, придавая1 им форму канавки (желобка). Таким образом, на боковой поверх ности цилиндра образуется 60 сетчатых канавок, свобод но пропускающих воду и разделенных медными кольца ми. Сетчатый цилиндр 2 вращается в подшипниках, вмонтированных-в стенки стальной ванны 1 (рис. 8.5,6). Бумажная масса подается по трубе 3 в предварительный
350
отсек 4 и оттуда переливается в ванну. Бандажи на обоих концах сетчатого цилиндра препятствуют попада нию массы из ванны .во внутреннюю полость цилиндра помимо просачивания через его боковую поверхность.
Рис. 8.5. Сетчатый цилиндр.
а — к а р к а с ; б — с х е м а р а с п о л о ж е н и я в в а н н е .
Проволоки 6, прошедшие очистное устройство, на правляются каждая в определенную канавку поверхнос ти цилиндра. Увлекаемые силой трения, развивающейся при вращении цилиндра, проволоки огибают цилиндр, соприкасаясь с его поверхностью на протяжении почти
351
полного оборота. В том месте, где проволоки впервые касаются сетчатой поверхности цилиндра, начинается также просачивание воды сквозь сетку внутрь цилиндра. При этом волокна массы оседают на поверхности сетча тых канавок, а также налипают со всех сторон на рас положенную в канавке проволоку.
Направления движения массы в ванне и .вращения сетчатого цилиндра совпадают. В точке схода проволо ки с обволакивающей их бумажной массой 7 отрыва ются от сетчатой поверхности цилиндра и принимаются двумя бесконечными шерстяными сукнами (сначала только нижним, а затем также и верхним), передающи ми их в прессовую часть агрегата.
Карманы, имеющиеся на торцевых стенках ванны, служат для приема из внутренней полости цилиндра просочившейся сквозь сетчатые канавки воды, отфиль трованной от бумажных волокон, осевших на сетке; это так называемая оборотная вода, уровень которой внутри цилиндра регулируется с помощью наборных перегоро док 5, выполненных из деревянных планок. Оборотная вода стекает по трубам в специальный сборник, откуда непрерывно .в смесительный желоб, где ею разбавляется свежая, поступающая из метальных баков бумажная масса. Для смывания остающихся на сетке волокон слу жат трубы S, укрепленные параллельно оси цилиндра и имеющие ряд отверстий, через которые на канавки сет ки направляется сильная струя воды.
Основное назначение прессов — удаление из бумаго массной изоляции значительной части влаги, содержание которой в изоляции, покрывающей поверхность проволок после их схода с сетчатого цилиндра, достигает почти 95% ее общей массы. Каждый из трех отжимных прес сов, часто называемых гауч-прессами, состоит из двух вращающихся чугунных обрезиненных валов: верхнего и нижнего, между которыми и проходят проволоки во влажной бумаго-массной изоляции, увлекаемые двумя бесконечными сукнами. Обезвоживание изоляции проис ходит благодаря давлению верхнего вала, которое может регулироваться посредством системы рычагов с грузами.
Бесконечные шерстяные, так называемые «мокрые» сукна помимо функции транспортировки покрытых изо ляцией жил между прессовыми валами поглощают вла гу, отжимаемую из бумажной массы прессами. Для ре гулирования положения сукон, а также их натяжения
тренние хромированные поверхности завальцовывают края изоляционной бумаго-массной полоски вокруг про волоки, и, таким образом, изолированной жиле придает ся цилиндрическая форма. Одновременно достигается равномерность радиальной толщины изолирующего слоя.
Расцветка бумаго-массной изоляции осуществляется либо добавлением красителя в метальные баки, либо нанесением краски на уже изолированную жилу, что предпочтительнее. Кра-сильное устройство представляет собой ванну е краской и два валика. Нижний гладкий валик, погруженный в ванну, подает краску на верхний печатающий валик. Верхний валик, вращающийся со скоростью, соответствующей линейной скорости изолиро вания жил, своими выступающими частями снимает краску с нижнего валика и наносит ее на изоляцию жил, проходящих под ним. Красильное устройство устанавли вается после гладильного механизма перед сушильной печью.
Прошедшая гладильный механизм изоляция все еще содержит значительный процент влаги (около 70% по массе) и ее необходимо высушить до нормальной 6—8%- ной влажности. Сушка изолированных жил производится в электрической печи проходного типа. Весьма сущест венное значение имеют правильный выбор и распределе ние температур сушки по зонам печи. Для получения высококачественной изоляции, обладающей малой ди электрической проницаемостью, сушильная печь по своей длине должна иметь три различные температурные зоны. Проволока со слоем сырой изоляции попадает в зону наивысшей температуры, порядка 700—800°С. При столь высокой температуре вода, содержащаяся в изоляции, очень быстро нагревается, закипает и испаряется. Сплошной слой бумажной массы в местах выхода пу зырьков пара на поверхность разрывается и в изоляции образуется большое количество мельчайших воздуш ных пор.
Для закрепления пористой структуры служит вторая температурная зона. Так как в нее попадают жилы уже с менее влажной изоляцией, то во избежание подгора ния последней температура во второй зоне снижена до 500—600°С. Далее, проходя через третью температурную зону (300—400°С), изолированная жила окончательно высушивается. Температура в каждой зоне печи поддер живается автоматически при помощи терморегуляторов'
354
Тяговое устройство, состоящее из двух бесконечных сухих сукон, натянутых на валики, обеспечивает прохож дение изолированных жил через гладильный механизм и сушильную печь. Приемное устройство находится под су шильной печью, катушки расположены по обе стороны приемного устройства.
На некоторых отечественных агрегатах МИК-60 изо лированные жилы, сошедшие с тяговых сукон, сразу же скручиваются в пары (за счет вращения специально сконструированной легкой рамки) и затем уже поступа ют на приемные катушки, число которых в этом случае равно 30. Благодаря тому, что операция скутки .в пары как бы встраивается в операцию изолирования жил при сохранении неизменной линейной скорости процесса, тру доемкость совмещенных операций снижается по срав нению с суммарной трудоемкостью раздельных операций.
Технологический режим изолирования. Процесс изо лирования жил бумажной массой состоит из нескольких разнородных основных и вспомогательных операций.
Технологию образования бумаго-массной изоляции характеризуют: состав бумажной массы; качество, т. е. помол бумажной массы; концентрация волокон целлю лозы на различных стадиях процесса; толщина изоля ционного слоя на жиле; линейная скорость изолирования и температуры сушки изоляции.
Выше говорилось, что сырьем для бумажной массы служат целлюлоза и отходы кабельной и телефонной бумаги. Соотношение обеих компонент может колебаться от 30 : 70 до 70 : 30. Степень пористости бумаго-массной изоляции зависит от степени помола бумажной массы. О последней судят по числу градусов помола, определяе мому посредством известного аппарата Шоппер—Ригле- ра. Помол от 0 до 30° Ш—Р, соответствующий незначи тельному расщеплению и укорачиванию волокон, назы вают тощим, а помол свыше 60° Ш—Р, т. е. со значительным расщеплением и укорачиванием волокон, — жирным. При повышении жирности массы ее пористость резко падает. Нормальным (с учетом механических ха рактеристик изоляции) считается тощий помол в 25—35° Ш—Р.
Представление о нормальной концентрации бумаж ной массы в ходе процесса изолирования дает рис. 8.7. Физическая роль воды в технологическом цикле заключа-
23* |
355 |
ется в 1рансп6ртированйи волокон целлюлозы на подго товительных стадиях и в стимулировании процесса осаж дения волокон на проволоках в ванне сетчатого цилинд ра. Толщина слоя изоляции определяется количеством волокон целлюлозы, осевших в единицу времени на по верхности проволоки, проходящей по канавке сетчатого цилиндра. Следовательно, толщина изоляции зависит как от линейной скорости изолирования, так и от кон центрации бумажной массы в ванне сетчатого цилиндра.
Рис. 8.7. Изменение концентрации бумажной массы на различных стадиях технологического процесса.
Линейная скорость изолирования для проволок данного диаметра постоянна. Регулирование толщины изоляции производится путем изменения количества массы, пода ваемой в единицу времени в ванну сетчатого цилиндра.
Температурный режим сушки был приведен .выше. Максимальная линейная скорость изолирования зависит от мощности сушильной электропечи. Суммарное количе ство теплоты, нобходимое для сушки жил, складывается из затрат теплоты на нагрев медной проволоки iQM, бу маго-массного волокна Qбм и воды QBдо 100°С, а также на испарение воды Qacn и перегрев полученното па ра Qn,n- Количество теплоты, кДж, затрачиваемой на
нагрев какого-либо вещества, рассчитывается по извест ной формуле:
Q=Mc(t—20°),