Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10915
.pdf
используемых для передачи электроэнергии. Для удобства в данном описании изобретение будет описано с
особым акцентом на многожильные круглые электрические проводники, а объем изобретения будет более
подробно указан в прилагаемой [Цена, 1/-] 419,175 № 382/34.
претензии.
Многожильные круглые кабели широко используются в передаче электроэнергии. Как правило, это кабели с
концентрической скруткой, то есть они состоят из множества круглых проводов, расположенных в виде
спиральных слоев вокруг продольно расположенного центрального провода или сердечника из проводов. В
США стандартная практика прокладки кабелей с концентрической скруткой требует, чтобы все провода имели
одинаковый диаметр, чтобы первый слой состоял из шести проводов, скрученных вокруг одного жильного
сердечника, и чтобы каждый последующий слой содержал на шесть проводов больше, чем слой,
непосредственно расположенный под ним.
До настоящего времени при производстве многожильных проводниковых кабелей, имеющих множество 70
перекрывающихся слоев спирально расположенных проводов, было необходимо, чтобы провода в соседних
слоях располагались в противоположных спиральных направлениях, чтобы предотвратить проваливание
некоторых проводов одного слоя 75 в углубления между проводами нижележащего слоя. Только путем
расположения проводов в смежных слоях в противоположных направлениях стало возможным создать кабель
с однородной внешней поверхностью. 8( Обычно эти кабели имеют изоляцию, и один или несколько
изолированных кабелей заключены в оболочку, которая может быть металлической или неметаллической и
которая может иметь над ней броневую защиту в зависимости от типа эксплуатации и места установки. В
качестве изоляции может использоваться пластичный материал, например, вулканизированная резиновая
смесь, или же она может состоять из волокнистого материала, такого как обернутая бумага или лакированная
камбрика. Оболочка, окружающая изолированный проводник, обычно состоит из свинца, как это бывает в
бумажной изоляции и во всех высоковольтных кабелях.
Бронирование кабеля в свинцовой оболочке обычно включает 95.
слой спирально расположенных проводов.
В электрических кабелях проводники обычно изготавливаются из меди, и если изоляция состоит из
вулканизированной резины, то практически повсеместно требуется, чтобы провода были покрыты
равномерным сплошным слоем олова или какого-либо сплава, который будет защищать и сохранять медь от
свободной серы в резиновой смеси, а также облегчать выполнение паяных соединений.
[Второе издание.] ] П ТН;, Т -С Е С-.-- - Т д:., Q ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения конвенции (США): 25 мая 1933 года.
Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): январь.
4,
1934.
Полная спецификация принята: ноябрь. 7, 1934.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Электрический кабель и способ его изготовления.
Кабели FCP имеют многожильную структуру, что обеспечивает необходимую гибкость по сравнению с
цельным стержнем, имеющим такое же поперечное сечение металла. В многожильном кабеле промежутки
между проводами снижают объемный КПД, или отношение фактического сечения металла к общему сечению.
Иными словами, при одинаковом поперечном сечении металла или размере проводника многожильный
кабель будет иметь больший общий диаметр, чем кабель с цельным проводником. Радиальная толщина
изоляции проводника зависит в первую очередь от напряжения, а не от диаметра проводника, поэтому
необходимый объем изоляционного материала изменяется в зависимости от диаметра проводника.
Количество изоляционных и бронирующих материалов также варьируется в зависимости от диаметра
проводника. Кроме того, особенно в тех случаях, когда используется пластиковый изоляционный материал,
такой как резиновая смесь, требуется больше изоляционного материала, поскольку он проникает и
практически полностью заполняет углубления между жилами на внешней поверхности проводника. Поэтому
до настоящего времени для многожильного проводника требовалось значительно больше изоляционных,
защитных и бронирующих материалов, чем для одножильного проводника при любых заданных условиях
эксплуатации.
При изгибе кабеля с концентрической скруткой многожильного провода происходит деформация круглого
сечения, увеличивается периферия и дополнительно снижается объемная эффективность кабеля в месте
изгиба.
Кроме того, наблюдается искажение или изменение ровности поверхности кабеля, вызванное тем, что
некоторые внешние провода либо выталкиваются наружу, либо втягиваются внутрь сильнее, чем соседние
провода в том же слое. Если изгиб кабеля продолжается, это расширение и деформация могут стать очень
заметными и привести к выпячиванию или расхождению жил, что обычно называют «корзинчатым» или
«клеточным» изгибом. Затем, если кабель выпрямить, может обнаружиться, что некоторые провода
необратимо деформированы, и кабель не вернется к своему первоначальному размеру и форме.
В случае электрических кабелей крайне важно свести к минимуму увеличение диаметра и неровности
поверхности, вызванные изгибом. По электрическим соображениям желательно не только максимально
уменьшить зазоры между проводником и вышележащей изоляцией, но и снизить физические напряжения,
воздействующие на изоляцию при изгибе кабеля, чтобы предотвратить ее повреждение.
Увеличение длины обычного или стандартного кабеля при изгибе приводит к тому, что провода расходятся в
стороны, увеличивая тем самым размер незаполненных пространств между поверхностью кабеля и
вышележащей изоляцией и создавая для изоляции значительное физическое напряжение. Это состояние
значительно усугубляется тем фактом, что в ранее доступных кабелях 70 напряжения в проводах при изгибе
кабеля распределяются неравномерно по всем проводам или неравномерно вдоль какого-либо одного
провода по всей протяженности изгиба.
В изолированных электрических кабелях, имеющих многожильные проводники, между поверхностью
многожильного кабеля и поверхностью вышележащей изоляции существуют относительно небольшие зазоры.
Эти пространства, образованные углублениями между соседними проводами 8O на внешней поверхности
кабеля, обычно не полностью заполняются вышележащим слоем твердого изоляционного материала. Когда
кабель находится в эксплуатации, эти углубления подвергаются электрическому напряжению, и, даже
несмотря на то, что они заполнены изоляционной жидкостью, такой как масло, они более подвержены
ионизации, чем вышележащий слой изоляции. Если в этих пространствах находится воздух или какой-либо
другой газ, как, например, в кабелях с резиновой изоляцией, они особенно подвержены ионизации.
Ионизация разрушает изоляционный материал и может приводить к образованию 95 химически активных
реагентов, которые оказывают неблагоприятное воздействие на изоляцию и проводник. В случае, например,
резиновой изоляции, это разрушение происходит особенно быстро, если резина находится под физическим
напряжением, и приводит к тому, что обычно называют «коронным разрядом». В конечном итоге эта
ионизация может привести к полному проколу или разрушению изоляции, что вызовет перебои в работе 105 и
потребует замены кабеля.
Считается, что если бы удалось устранить эти ионизируемые зазоры между кабелем и вышележащей
изоляцией, проблема внутреннего коронного разряда или ионизационного повреждения 110 исчезла бы. Эта
теория подтверждается тем фактом, что данная проблема не возникает для одножильных проводников,
покрытых резиной. Кроме того, хорошо известно, что опасность образования коронного разряда на остром
крае или неровной поверхности выше, чем на гладкой, равномерно закругленной поверхности.
Ранее было установлено, что идеальный многожильный кабель должен иметь сечение 120, не иметь
межжильных промежутков и минимизировать деформацию по размеру и форме при изгибе.
Для удобства описания нашего изобретения мы будем использовать термин «гибкость» для обозначения
способности многожильного кабеля изгибаться с минимальным искажением и расширением.
Ранее предлагалось устранить промежутки между проводами кабеля 1301 419,175 419,175, изготовленного из
круглых проводов, путем протягивания многожильного кабеля через матрицу.
Тот факт, что этот метод не получил широкого распространения, а также наш опыт показывают, что его
применение в коммерческой практике нецелесообразно, если не полностью невозможно.
Также высказывалось предположение, что путем обжима или обработки молотком кабеля, состоящего из
многожильных круглых проводов, можно уменьшить или устранить зазоры между проводами.
При ударах молотком или обжиме проводов концентрической складки, провода в нескольких слоях сильно
деформируются в местах пересечения с проводами J15 в соседнем слое, а соседние слои сцепляются или
заклинивают друг с другом, что значительно снижает гибкость кабеля и одновременно делает невозможным
его изгибание без чрезмерного искажения размеров и формы.
Кроме того, эта деформация отдельных жил, составляющих кабель, уменьшает эффективную площадь
поперечного сечения каждой жилы, а также значительно упрочняет медь, и, следовательно, увеличивает
сопротивление кабеля потоку электрического тока и дополнительно снижает его гибкость.
В тех случаях, когда требовались многожильные кабели не круглого сечения, например, секторные
проводники, в процессе изготовления проводника применялась операция прокатки для получения желаемой
формы. В некоторых случаях при использовании кабелей секторной формы давление на ролики было
достаточным для изменения формы некоторых проволок, однако существенного уменьшения зазоров между
проволоками по всему поперечному сечению кабеля не удавалось достичь без нежелательной деформации
проволок и сцепления соседних слоев, как в случае ударного воздействия.
Другие предложили уменьшить или полностью устранить промежутки между проводами в многожильном
кабеле путем индивидуальной обработки проводов таким образом, чтобы при их соединении между собой не
оставалось зазоров, по крайней мере, теоретически. Если такой кабель и удастся изготовить, то это будет
дорого и сложно, к тому же отдельные провода будут иметь тенденцию скручиваться и смещаться.
Кроме того, было бы нецелесообразно, если не невозможно, достичь уровня эффективности,
приближающегося к 100%.
Насколько можно судить, коммерческая практика до настоящего времени ограничивалась, главным образом,
обработкой кабеля молотком или прокаткой с целью придания ему желаемой внешней формы; любое
улучшение объемной эффективности кабеля было случайным и определенно ограничивалось значительным
увеличением деформации кабеля при изгибе, а также увеличением электрического сопротивления.
Мы разработали кабель с КПД, приближающимся к 100%, и одновременно обладающий превосходной
гибкостью. Наш кабель имеет однородную, практически гладкую внешнюю поверхность 7G, на которой
отсутствуют выступающие острые края, а отдельные провода не склонны к скручиванию или выпадению из
своего положения внутри кабеля. Кроме того, мы разработали практичный способ производства этого кабеля,
который не приводит к чрезмерному упрочнению металла и может использоваться для луженых проводов без
повреждения оловянного покрытия. Кабель, изготовленный в соответствии с пунктом 80 нашего изобретения,
обладает более низким электрическим сопротивлением, чем любой ранее доступный кабель из
перекрученных многожильных жил.
Таким образом, согласно настоящему изобретению, многожильный электрический кабель, включающий в себя
сердечник и множество вышележащих слоев спирально расположенных жил, все из которых направлены в
одном и том же общем направлении спирали, характеризуется тем, что угол смачивания жил в одном слое
отличается от угла смачивания жил в соседнем слое на контактирующих поверхностях этих слоев.
Способ изготовления кабеля также характеризуется прокаткой 95 многожильного проводника в одной
плоскости под давлением, достаточным для того, чтобы металл в проводах растекся и практически заполнил
пространства, первоначально существовавшие между проводниками; при этом давление прокатки
прикладывается таким образом, что проводник слегка деформируется, снимая давление с многожильного
проводника и позволяя ему слегка вернуться в круглую форму; прокаткой проводника в плоскости,
практически перпендикулярной плоскости первой прокатки, под давлением, достаточным для того, чтобы
прокатать проводник очень незначительно, но не полностью деформируя его в направлении,
перпендикулярном направлению первой прокатки, и дополнительно заполнить пространства, существующие
между проводниками, снимая давление с многожильного проводника, позволяя ему вернуться почти в круглую
форму; и последующей прокаткой проводника под давлением практически в той же плоскости, что и первая
прокатка, чтобы придать готовому проводнику практически круглую форму, но без существенного
дальнейшего уменьшения пространств между 120 проводниками.
Изобретение лучше всего будет понято из приведенного ниже описания в свете прилагаемых чертежей
некоторых конкретных вариантов осуществления изобретения (125).
На чертежах: Рисунок 1 представляет собой схематическое изображение аппарата для изготовления
компактного многожильного кабеля; Рисунок 2 — увеличенный боковой вид короткого отрезка
тридцатисемижильного многожильного кабеля, несколько слоев проводов постепенно обрезаются, чтобы
более четко показать конструкцию; Рисунок 3 — вид с торца кабеля, изображенного на Рисунке 2; Рисунки
4–10 — разрезы нескольких комплектов кабельных роликов, перпендикулярные линии движения кабеля через
скручивающую машину; Рисунок 11 — увеличенный вид с торца кабеля с бумажной изоляцией и свинцовой
оболочкой; Рисунок 12 — вид двух кабельных роликовых устройств; Рисунок 18 — вид сверху аппарата,
показанного на Рисунке 12; Рисунок 14 — разрез, в основном по линии 16–16 на Рисунке 12; Рисунок 15 —
боковой вид конечного кабельного роликового устройства, и Рисунок 16 — вид с торца роликового устройства,
показанного на Рисунке 15.
Обращаясь сначала к рисунку 1, на котором показано устройство для изготовления в соответствии с данным
изобретением тридцатисемижильного круглого кабеля, обладающего высокой эффективностью, хорошей
гибкостью и равномерно гладкой внешней поверхностью без выступающих выступов. В правой части рисунка
1 находится катушка 31, содержащая запас проволоки 32, которая служит центральным сердечником кабеля.
Провод 32 проходит от подающей катушки 31 к левому краю через намотчик 33, который спирально
наматывает множество проводов 41 вокруг сердечника 32. Устройство 33 удобно состоит из расположенных
на некотором расстоянии друг от друга параллельных дисков, которые соответствующим образом соединены
и установлены для совместного вращения, 4 и между которыми установлено множество катушек подачи
проволоки 84. В этом иллюстративном варианте осуществления имеется шесть катушек подачи проволоки.34.
В процессе работы маховик 33 вращается, как показано на рисунке 4, посредством шестерни 35,
расположенной на внешней периферии одного из дисков, которая входит в зацепление с шестерней 86,
жестко закрепленной на главном приводном валу 37, проходящем по всей длине аппарата. Вал 37 может
приводиться в движение любым подходящим источником энергии (не показан). Удобно, что этот вал
соединен, например, через червячную передачу 38 на валу 37, зацепляющемся с червячной передачей 39,
жестко закрепленной на лебедке 40, для привода лебедки, которая протягивает кабель через устройство.
По мере вращения летательного аппарата 33 вокруг продольно движущейся проволоки 32 проволоки 41
вытягиваются из подающих катушек 34 и наматываются спирально, образуя слой вокруг сердечника 32. От
вала 33 сердечник, который теперь состоит из семи прядей, последовательно проходит через прокатные узлы
42 и 43, которые будут описаны более подробно далее. Проходя через прокатный узел 42, семижильный
сердечник прокатывается, удобно в вертикальной плоскости, чтобы сжать жилы вместе, изменяя форму
отдельных жил для более или менее полного заполнения межжильных пространств. Эти валы придают
сердцевине в основном округлую форму. На рисунке 4 показан разрез, демонстрирующий прохождение
материала через валки блока 42, то есть отверстие между валками, через которое проходит сердечник 75.
При использовании роликов, как показано на рисунке 4, на боковых сторонах кабеля в местах соединения
роликов образуются небольшие выступы. Прокатный узел 43, проход которого через валки имеет круглую
форму, как показано на рисунке 5 под углом 80°, и предпочтительно имеет диаметр, немного меньший, чем
проход узла 42, желательно прокатывает кабель в плоскости под углом 90° к плоскости первой прокатки.
Вальцовочный агрегат 43 85 функционирует в основном как боковой вальцовочный валок, прокатывающий
небольшие выступы по обеим сторонам стержня, выходящего из вальцовочного агрегата 42.
От прокатного узла 43 семижильный сердечник с 90 жилами проходит через маховик 44.
На рисунке 1 показано устройство 44, состоящее из трех параллельно расположенных дисков, которые
соединены и установлены таким образом, чтобы вращаться вместе. Между расположенными на некотором
расстоянии друг от друга дисками 95 установлено множество катушек подачи проволоки 45. На иллюстрации
изображено двенадцать таких катушек с проволокой. Вращающийся элемент 44 приводится в движение,
например, с помощью шестерни 46, расположенной на внешней периферии одного из дисков, которая
зацепляется с шестерней 47, жестко закрепленной на приводном валу 37. По мере прохождения
семижильного сердечника через направляющую 44 слой проводов 48 с подающих катушек 45 будет
укладываться 105 вокруг сердечника в том же общем спиральном направлении, что и провода 41.
От вала 44 сердцевина, теперь состоящая из девятнадцати прядей, поступает в прокатный блок 49, который
может быть в целом аналогичен по конструкции прокатному блоку 42, за исключением размера прокатного
полотна.
Блок 49 прокатывает сердечник, удобно располагая его в вертикальной плоскости, до получения практически
круглой формы, обеспечивая «прохождение через валки» необходимой формы. 115.
возможно, имеющий форму, в основном показанную на рисунке 6. Прокатный узел 49 сжимает пряди вместе,
изменяя форму отдельных прядей таким образом, чтобы они более или менее полностью заполняли
межпрядные промежутки 12C. После прохождения через прокатный узел 49 стержень проходит через
прокатный узел 50, который по конструкции и функциям может быть в целом аналогичен боковому прокатному
узлу 43, и прокатный проход которого обозначен цифрой 125 на рисунке 7.
От прокатного узла 50 девятнадцатижильный сердечник проходит через маховик 51, включающий, как
показано на рисунке 1, четыре параллельно расположенных диска, которые соединены и установлены таким
образом, чтобы вращаться вместе.
Между расположенными на некотором расстоянии друг от друга дисками установлено множество катушек
подачи проволоки 52. Удобно, что маховик 51 вращается посредством зубчатой передачи 53, расположенной
на внешней периферии одного из дисков, который зацепляется с зубчатой передачей 54 на приводном валу
37. В представленном варианте осуществления имеется восемнадцать катушек 52 для подачи проволоки, и по
мере вращения маховика 51 слой проволоки 55 будет укладываться вокруг сердечника в том же общем
спиральном направлении, что и проволока 41 и 48.
От маховика 51 сердечник из тридцати семи жил переходит в прокатный блок 56, который по конструкции, за
исключением формы валков, может быть в целом аналогичен блокам 42 и 49. Устройство 56 сворачивает
кабель, удобно располагая его в вертикальной плоскости, но поскольку это внешний слой 2G проводов для
кабеля в иллюстративном варианте исполнения, кабель желательно сворачивать в слегка деформированную
форму. Причины этого будут изложены ниже.
На рисунке 8 показан проход через валки блока 56.
От прокатного устройства 56 кабель поступает в прокатное устройство 57, которое будет описано более
подробно ниже.
Предпочтительно, прокатный узел 57 включает в себя C0 два комплекта валков, первый комплект которых
прокатывает кабель в горизонтальной плоскости, слегка изменяя его круглую форму, причем прохождение
через эти валки показано на рисунке 9, а второй, или финишный, комплект валков снова прокатывает кабель в
вертикальной плоскости, как показано на рисунке 10.
Конструкция кабелеукладочных устройств, схематически показанная на рисунке 1, более подробно
представлена на рисунках с 12 по 16 включительно. Блоки 42, 49 и 56 изображены в правой части рисунков 12
и 13, а блоки 43 и 50 показаны слева на этих рисунках и представлены в разрезе на рисунке 14.
Примечательно, что блоки 42, 49 и 56 отличаются друг от друга только размером и формой кабельных
направляющих и роликов, определяющих проходы через эти блоки. Эти устройства прокатывают сердечник
кабеля в вертикальной плоскости, а проходы через валки устройств 42, 49 и 56 показаны, соответственно, на
рисунках 4, 6 и 8.
X35 Обращаясь, в частности, к рисункам 12 и 13, следует отметить, что основание 71 имеет выступающую
вверх стойку 72, в которой съемно установлена разрезная направляющая 73 с горловиной 74 для
направления сердечника к валкам. В данном конкретном варианте исполнения направляющая 73
удерживается на месте с помощью пластины 75, шарнирно соединенной со стойкой 72 в точке 76 и обычно
закрепленной в закрытом положении с помощью гайки и винта 77. Направляющая 73 легко снимается и может
быть заменена другими направляющими, что позволяет использовать роликовый блок для кабелей
различного размера и формы.
От направляющей 73 кабель, не показанный на этих рисунках, проходит влево от 7Q через ролики 78 и 79.
Верхний ролик 79 съемно крепится к одному концу вала 80, например, с помощью гайки 81. Вал 80 установлен
с возможностью вращения в корпусе 82, который имеет ограниченный вращательный диапазон 7,
вращающийся вокруг вала 83, установленного в верхних концах стоек 72 и 72а. Станет очевидно, что рулон 79
можно легко снять и заменить другими рулонами для намотки кабелей разного диаметра или формы 8G.
Нижний вал 78 установлен непосредственно под валом 79 на одном конце вала 84 и удерживается на нем с
помощью гайки 85. Вал 84 вращается на 85° и установлен в корпусе 86, который крепится к стойкам 72 и 72a,
расположенным ниже, и в целом аналогично корпусу 82.
Корпус 86, шарнирно закрепленный на внешнем конце 9Q, представляет собой направленный вверх стержень
87, проходящий через вертикально расположенное отверстие во внешнем конце корпуса 82. Желательно,
чтобы такие средства, как винтовая пружина 28, окружающая стержень 87 95, обычно способствовали
разъединению корпусов и роликов. Желательно, чтобы верхний конец стержня 87 имел резьбу и был снабжен
гайкой 89 для стягивания роликов друг с другом против силы пружины 10W 88. Гайка 89 может быть снабжена
шкалой 90, обеспечивающей точную и равномерную регулировку роликов.
Нижний ролик 78 снабжен по краю кольцевой канавкой 78а, дно которой выполнено в соответствии с формой,
которую необходимо придать нижней половине кабеля при прохождении между роликами 78 и 79. Верхний
ролик 79, как ясно показано на рисунках 13 и 14, снабжен приподнятым ободом 79a, который точно входит в
паз нижнего ролика 78 и придает верхней части кабеля желаемую форму при прохождении между роликами.
11S Очевидно, что в описанной конструкции ролики могут легко регулироваться относительно друг друга и
легко заменяться. Данная конструкция позволяет с чрезвычайно высокой точностью наматывать кабель на
120°. желаемая форма и размер.
Секции 48 и 50 отличаются друг от друга только валками, определяющими проходы через эти секции. Эти
устройства наматывают кабель в горизонтальной плоскости, и, поскольку диаметр проходов желательно лишь
немного меньше диаметра проходов непосредственно предшествующих намоточных устройств, их основная
функция заключается не в сжатии проводов, 1SO; 419,175, а в скатывании небольших выступов по бокам
кабеля, выходящего из предыдущего намоточного устройства.
Обращаясь к рисункам 12, 13 и 14, и особенно к последнему, можно увидеть, что основание 92 имеет
выступающий вверх корпус 93, в котором с возможностью вращения установлены вертикальные валы 94 и 95.
Валы 94 и 95 не имеют свободы перемещения в направлении движения кабеля через устройство, но
регулируются по направлению друг к другу с помощью винтов 96 и 97.
На верхних концах валов 94 и 95 закреплены боковые ролики 98 и 99.
Желательно, чтобы эти ролики были съемно закреплены на валах, например, с помощью винтов 100 и 101,
что позволило бы заменять их для кабелей различного размера и формы.
Валки 98 и 99 идентичны и снабжены на своих кромках кольцевыми канавками 98a и 99a, которые точно
обработаны для намотки кабеля в горизонтальной плоскости, в частности, для прокатки по небольшим
выступам, образованным валками 78 и 79 предыдущего прокатного узла.
Более подробное описание прокатного узла 57 представлено на рисунках 15 и 16. От основания 111 вверх
выступает корпус 112, в котором размещена пара горизонтальных валков 113 и 114, в целом аналогичных
валкам 98 и 99 в блоках 43 и 50. Удобно, что валки 113 и 114 установлены в корпусе 112 таким же образом,
как и валки в блоках 43 и 50. На рисунках 15 и 16 показаны ролики 113 и 114, но для простоты их фактическая
установка опущена.
Внутри корпуса 112 также находится набор роликов 115 и 116, которые, в идеале, снова наматывают кабель в
вертикальной плоскости. Удобно, что эти ролики закреплены на валах 117 и 118, которые установлены в
стенке корпуса 112, и регулируются по направлению друг к другу с помощью винтов 119 и 120.
0 На кромке валка 115 имеется полукруглая канавка 115a, а на кромке валка 116 – полукруглая канавка 116a.
Как более наглядно показано на рисунке 10, и по причинам, которые будут изложены далее, желательно,
чтобы канавки 115a и 116a валков 115 и 116a были очень слегка смещены друг относительно друга. Эту
регулировку удобно выполнить с помощью винтов 121 и 122.
Теперь мы опишем конкретную конструкцию многожильного кабеля, которая иллюстрирует преимущества
нашего компактного кабеля по сравнению с ранее доступными кабелями. Стандартный медный кабель с
концентрической скруткой диаметром 500 000 круглых мил (см) состоит из тридцати семи круглых проводов,
каждый диаметром 1162 дюйма. Вокруг единственного проволочного сердечника расположен слой из шести
спирально уложенных проволок.
Поверх этого слоя расположен слой из двенадцати проводов, уложенных в противоположном направлении по
спирали. Внешний слой из 70 проводов, состоящий из восемнадцати волокон, уложен в том же общем
спиральном направлении, что и слой из шести волокон. Теоретически общий диаметр этого кабеля в семь раз
превышает диаметр одного из проводов, или 0,813475 дюйма, что соответствует значению, указанному в
циркуляре Бюро стандартов США №.
31, 1 октября 1914 года, 0,814 дюйма.
Компактный кабель длиной 500 000 см, изготовленный в соответствии с нашим изобретением, также удобно
включает в себя тридцать семь проводов.
Центральный провод 32 изначально представляет собой круглый провод диаметром 0,144 дюйма.
Вокруг центральной проволоки спирально уложены шесть проволок 41, изначально круглые и имеющие тот же
диаметр, что и центральная проволока. В некоторых случаях может быть целесообразно использовать
провода немного меньшего диаметра, чем центральный провод. Этот семижильный сердечник с общим
диаметром 0,432 дюйма последовательно проходит через прокатные узлы 42 и 43, где он сжимается до
круглой формы с общим диаметром 0,390 дюйма.
Прокатный узел 42 (желательно 95) обеспечивает большую часть сжатия проволок и придает
семипроволочному сердечнику поперечное сечение, слегка отклоняющееся от круглой формы. Сжатие
семижильного сердечника до почти круглой формы за одну операцию желательно для минимизации
обработки и упрочнения меди.
Мы обнаружили, что этот этап можно выполнить, используя рулоны, имеющие форму, показанную на рисунке
4. 105 На практике сложно сделать кромки сжимающих роликов блока 42 достаточно острыми, чтобы на
каждой стороне кабеля в месте соединения роликов не образовывался едва заметный выступ. 11O.
Сжатый сердечник проходит от прокатного узла 42 к прокатному узлу 43, проходное отверстие которого имеет
очень небольшое отклонение от круглости, но под углом 90° относительно узла 42. Валки установки 43 115
скатывают любые незначительные выступы на семижильном сердечнике и дополнительно слегка сжимают
его, придавая ему круглую форму.
Семижильный сердечник, выходящий из прокатного узла 43, имеет равномерную круглую форму, а его
внешняя поверхность (120) практически гладкая.
Пространства между центральной проволокой и окружающими проволоками практически полностью
заполнены за счет течения металла во всех проволоках. Поперечный разрез семипроводного сердечника
показывает, что центральный провод теперь имеет в целом шестиугольную форму, и что каждый из
окружающих проводов имеет практически плоскую поверхность контакта с центральным проводом и 130.
Это неприемлемо по той причине, что проволоки в обоих слоях направлены в одном и том же общем
спиральном направлении, и поскольку разница в углах скручивания в двух слоях желательно невелика,
изменение формы поперечного сечения вдоль любой отдельной проволоки происходит постепенно, и
практически отсутствует изменение площади поперечного сечения в любой отдельной жиле.
Благодаря тому, что проволоки в обоих слоях кабеля 75 направлены в одном и том же общем спиральном
направлении, такое проникновение металла в углубления на поверхности слоя из шести проволок
обеспечивает длительный скользящий контакт и не приводит к нежелательному сцеплению слоев, которое
негативно повлияет на гибкость кабеля.
Возможно, это незначительное продольное взаимодействие жил в двух слоях даже улучшает гибкость кабеля
на 85 градусов, что затрудняет смещение любой отдельной жилы со своего места в слое.
Вокруг сердечника, выходящего из прокатного узла 50, намотан слой из 90 восемнадцати изначально круглых
проводов диаметром 55 дюймов каждый. Этот слой проводов составляет внешний слой описываемого здесь
кабеля. При желании, все или ни один из проводов, составляющих кабель, не могут быть лужеными, или же
лужеными могут быть только провода внешнего слоя. На внешнем слое проволоки процесс прокатки может
варьироваться за счет использования валков немного отличающейся формы, чтобы предотвратить
повреждение луженых поверхностей проволоки.
Теперь сердечник диаметром 0,812 дюйма проходит через прокатный узел 56, в котором валки имеют
желаемую форму, показанную на рисунке 8. Следует отметить, что 105 этих валков отличаются от валков в
блоках 42 и 49 тем, что края канавки в нижнем валке имеют вертикальное, а не наклонное расположение.
Кроме того, форма прохода этих роликов желательно такова, чтобы сжимать кабель несколько сильнее, чем в
случае блоков 42 и 49.
Например, горизонтальная или главная ось прокатного стана может составлять 0,800 дюйма, а вертикальная
или второстепенная ось этого стана — 115 710 дюймов. Из прокатного узла 56 слегка деформированный
сердечник проходит через первый комплект валков в узле 57, которые желательно снова слегка сжимают
кабель, деформируя его, но на этот раз под углом 120°, при этом главная ось поперечного сечения находится
под углом 90° к главной оси прохода через валки, показанные на рисунке 8. Например, проход через эти валки
будет иметь вертикальную или большую ось 0,750 1/25 дюйма и горизонтальную или малую ось 730 дюймов.
Затем кабель проходит через обрабатывающие ролики, которые слегка придают ему окончательную круглую
форму.
Как показано на рисунке 10, эти ролики обрабатывают каждый соседний провод в одном и том же слое.
Внешняя поверхность гладкая, за исключением шести спирально расположенных углублений между
проволоками, которые имеют практически одинаковую ширину и глубину по всей длине кабеля и стали
значительно мельче и уже, чем до намотки.
Поверх сердечника, выходящего из прокатного узла 43, укладывается слой из двенадцати изначально круглых
проволок 48, каждая диаметром 131 дюйм, расположенных в том же общем спиральном направлении, что и
проволоки в слое из шести проволок. Укладка проводов в одном и том же спиральном направлении
становится возможной благодаря тому, что семипроводный сердечник имеет практически гладкую внешнюю
поверхность, в которой углубления настолько малы, что провода 48 из двенадцатипроводного слоя могут
быть уложены ровно в одном и том же спиральном направлении. Провода в слое из двенадцати проводов
уложены не строго параллельно проводам в нижележащем слое. Этот вопрос будет более подробно
рассмотрен далее.
После нанесения на сердечник двенадцатислойного слоя проволоки, увеличивающего его внешний диаметр
до 0,652 дюйма, сердечник последовательно проходит через прокатные устройства 49 и 50, которые сжимают
проволоку до круглой формы с диаметром 0,580 дюйма. Валки блока 49, показанного на рисунке 6,
аналогичны валкам прокатного блока 42 и придают сердечнику слегка деформированную форму. От
прокатного блока 49 кабель проходит к прокатному блоку 50, где через боковые ролики, показанные на
рисунке 7, эти ролики служат для сглаживания небольших выступов, которые могли образоваться в прокатном
блоке 49, и дальнейшего незначительного сжатия сердечника до круглой формы.
Сердечник из девятнадцати проволок, выходящий из прокатного узла 50, имеет равномерную круглую форму
и практически гладкую наружную поверхность. Зазоры между поверхностью шестислойного проволочного
слоя и проволоками двенадцатислойного проволочного слоя практически полностью заполнены в результате
течения металла в проволоках двенадцатислойного проволочного слоя. На данном этапе процесса
изготовления поперечный разрез сердечника показывает, что каждая проволока в слое из двенадцати
проволок имеет практически плоский поверхностный контакт с каждой соседней проволокой в том же слое, а
также имеет широкие поверхностные контакты с проволоками нижележащего слоя.
В заданном поперечном сечении проволоки в слое из двенадцати проволок имеют не совсем одинаковую
форму; это различие обусловлено потоком металла в этих проволоках через неглубокие углубления,
существующие на поверхности слоя из шести проволок, и попаданием его в эти углубления. Заполнение
углублений на поверхности нижележащего слоя не является предпочтительным, поскольку это было признано
желательным для обеспечения идеально круглой формы, в которой практически отсутствует присущая
отдельным S-проводам тенденция к скручиванию или отклонению от своего положения в кабеле. Диаметр
готового кабеля составляет 0,745 дюйма.
Благодаря многоступенчатому сжатию последнего слоя проводов для достижения желаемого общего
диаметра и формы, луженые поверхности внешних проводов не повреждаются. В тех случаях, когда слой
проводов сжимается в один рулон почти до круглой формы, а затем боковые выступы скатываются вниз, как в
шести- и двенадцатислойных кабелях, эти выступы чрезвычайно малы и не оказывают негативного влияния
на механические и электрические характеристики кабеля. Мы обнаружили, что при прокатке слоя нитей
способом, описанным нами для восемнадцатипроволочного слоя, гребни не образуются. Кроме того,
появилась возможность более полно заполнить впадины на внешней поверхности кабеля. Финальный кабель
2.5 имеет равномерно круглую форму и практически гладкую внешнюю поверхность. Очень мелкие впадины,
спирально расположенные на поверхности проводника, узкие и имеют практически одинаковое поперечное
сечение C0 по всей длине кабеля.
Следует отметить, что сумма начальных площадей поперечного сечения проводов, составляющих наши 500
000 см².
Длина кабеля значительно превышает 500 000 см. В ходе нескольких операций прокатки при производстве
кабеля проволока удлиняется, а также изменяется ее поперечное сечение, так что в готовом кабеле
достигается желаемая площадь поперечного сечения. Сжатие общего диаметра каждого слоя проводов после
завершения прокатки этого слоя относительно общего диаметра того же слоя в готовом кабеле указывает на
то, что по мере нанесения и прокатки последовательных слоев нижележащий сердечник в некоторой степени
действует как амортизирующая основа, и что нижележащий слой или слои, в зависимости от случая,
дополнительно слегка сжимаются и удлиняются за счет прокатки вышележащих слоев. В представленном
варианте осуществления в нескольких слоях используются проволоки разного диаметра. Это было сделано
лишь для того, чтобы обеспечить использование того же количества проводов в каждом слое, что и в
современной стандартной практике.
Общий диаметр нашего компактного кабеля с пропускной способностью 500 000 см составляет 0,745 дюйма
(Qi), тогда как у стандартного кабеля с концентрической скруткой проводника того же сечения он составляет
0,814 дюйма.
Общий диаметр нашего компактного кабеля примерно на 8% меньше, чем у стандартного кабеля с
концентрической скруткой.
В соответствии с описанным здесь методом было изготовлено множество отрезков компактного кабеля
длиной 500 000 см, при этом количество и размер проводов, а также размер и форма рулонов оставались
неизменными, но длина T0 или угол скручивания проводов в нескольких слоях варьировались для получения
несколько отличающихся конструкций.
Все эти кабели были протестированы на увеличение диаметра и деформацию поверхности при изгибе, и
результаты показывают, что некоторые кабели обладают гораздо лучшей гибкостью, чем другие. Причины
этих различий пока до конца не изучены, но, по-видимому, существуют определенные определяющие
факторы, которые мы опишем в том виде, в котором мы их понимаем сейчас.
При проектировании и изготовлении коммерчески пригодного многожильного кабеля необходимо учитывать
ряд достаточно определенных ограничений. Например, углы скручивания прядей, то есть углы осей прядей
относительно продольной оси кабеля с углом скручивания 90°, не могут быть произвольными в следующих
случаях:
Складки образуются из-за увеличения веса кабеля при заданном эффективном размере проводника по
сравнению с проводником без изгибов. Это происходит потому, что электрический ток, проходя через кабель,
как правило, более или менее равномерно распределяется между проводами и следует параллельно им, а не
переходит от одного провода к другому по пути, параллельному оси кабеля. В современной коммерческой
практике установлен предельный уровень допустимого увеличения веса в результате выброса судна на берег
составляет около 2%. Угол укладки проводов в любом слое также ограничен количеством проводов, которые
должны плавно и без чрезмерного расстояния между ними укладываться в слой. Также желательно
соблюдать определенные пределы углов скручивания, чтобы облегчить обработку сердечника на различных
этапах производства кабеля.
Среди 500 000 компактных кабелей, фактически изготовленных и протестированных нами, кабель со
следующими характеристиками кажется наиболее близким к коммерчески осуществимому идеалу:
Длина свивки 6 проволочных слоев 6,7 i Длина свивки 12 проволочных слоев 9,5 Длина свивки 18
проволочных слоев 7,8 i Угол свивки 6 проволочных слоев 6,25' Угол свивки 12 проволочных слоев 8,50 Угол
свивки 18 проволочных слоев 14,750 Угол смачивания внешней поверхности 6 слоев 9,250 Угол смачивания
внутренней поверхности 12 слоев 6,500 Угол смачивания внешней поверхности 12 слоев 10,250 дюймов
дюймов дюймов 120 проволока проволока 125w проволока 4,19,175 9.
Угол смачивания внутренней поверхности 18, слой проволоки 12,500. «Длина свивки» — это расстояние вдоль
кабеля параллельно оси кабеля, необходимое для того, чтобы проволока совершила один полный оборот
вокруг оси кабеля. Угол скручивания — это угол между касательной к продольной оси провода и продольной
осью кабеля, обычно называемый углом спирали. Очевидно, что угол скручивания для любой заданной длины
зависит от радиуса или расстояния между продольной осью кабеля и продольной осью рассматриваемой
проволоки, и поэтому углы на внутренней и внешней поверхностях проволоки в местах ее контакта с
соседними слоями будут отличаться друг от друга и от угла, измеренного вдоль продольной оси проволоки.
Углы смачивания на поверхности представляют собой измерения этих углов на внутренней и внешней
Соседние файлы в папке патенты