Диссертация (Исследование и разработка судовых кабелей, сохраняющих работоспособность в экстремальных условиях эксплуатации), страница 12

Эти уточнения касаются длины образца кабеля, величиныгидростатического давления, скорости подъема давления, времени выдержкии объема нормированной протечки через торец образца.Для кабелей, рассматриваемых в данной работе, принята и утвержденав технических условиях следующая методика испытаний:Образецкабелядлинной2метразакладываетсявбакгидростатического давления, так что 1 метр образца кабеля находитсяснаружи, а остальная часть в узле уплотнения и непосредственно в воде вбаке. Испытание состоит из двух этапов.На первом этапе оценивают конструктивно-технологический запаскабеля (КТЗ), для чего гидростатическое давление поднимают со скоростью(1,01±0,01)∙106 Па в минуту до значения, которое на 50 % больше рабочегодавления. При данном давлении выдерживают кабель 15 минут.

Далееснижают гидростатическое давление до нормального атмосферного.81Навторомэтапеоцениваютстойкостькабелякрабочемугидростатическому продольному давлению. Для этого с той же скоростьюдавление повышают до рабочего и выдерживают при этом давлении 2 часаили 24 часа в зависимость от требований к конкретной конструкции кабеля.После чего давление снижают до нормального атмосферного.Критерием годности для испытания на стойкость к воздействиюпродольного гидростатического давления является объём воды, вытекшейчерез торец свободного конца образца кабеля.

В таблице 4.3 приведенызначения нормируемых параметров по величине рабочего давления и объёмадопустимой протечки для конкретных марок кабелей, рассматриваемых вданной работе.Таблица 4.3Нормируемы параметры при испытаниях на продольноегидростатическое давление для конкретных марок кабелейМарка кабеляЗначениерабочегодавления,МПаЗначениядавления сучётом 50 %запаса, МПаОбъем допустимойпротечки, млКВПЭфМ – 5 4×2×0,5269КсСГнг(D)100 4х2х0,52 (0,8)1015КсСГОнг(D)100 4х2х0,52 (0,8)1015КсПГнг(А) 4×1,0 (N)710,5КсРГнг(А) 3×1,0 (N,PE)710,530 за 2 часа испытания100 за 24 часа1500150010001000Стоит отметить, что при данных испытаниях существенное влияниена результаты оказывает тип узла уплотнения.

Нельзя использоватьматериал, который будет передавливать образец кабеля в узле уплотнения(например, резиновые сальники). Используемый в узле уплотнения материал,должен одновременно обладать хорошей адгезией с материалом оболочкикабеля, а также не деформироваться при воздействии гидростатическогодавления [73]. Для этой цели хорошо подходит тип уплотнения на основеэпоксидной смолы или бутилакрила [74].82Как указывалось в главе 2, на стойкость кабеля к воздействиюпродольногогидростатическогодавлениявлияетсимметричностьконструкции. Более качественно загерметизировать кабель получаетсявслучае 4 – ёх парной конструкции.

Возможно, это связано с тем, что данныйкабель имеет больше осей симметрии и герметик более равномернораспределяется по свободному пространству в конструкции. Кроме того, прииспытаниях на воздействие продольного гидростатического давления начасть образца кабеля, который находиться в гидробаке, действует также ирадиальная составляющая давления, вследствие чего, образец сжимается. Внесимметричной конструкции, элементы с разным коэффициентом упругостирасположены не равномерно, а из-за неравномерного сжатия в конструкциимогут образовываться каналы, по которым будет распространяться вода,особенноеслиприналожениигерметикаобразовывалисьбольшиевоздушные пузыри, что тоже более вероятно с меньшим количеством осейсимметрии. Если конструкция симметричная со всех сторон, то нагрузкабудет распределяться равномерно, а проводящих воду каналов будетобразовываться меньше.В главе 3 было отмечено, что токопроводящие жилы силовыхгерметизированныхогнестойкихкабелеймогутизготовлятьсясприменением, как герметика, так и ВБ – материалов в виде нитей.

Прииспользовании в изолированных токопроводящих жилах ВБ – нитейзамечено два недостатка при воздействии на них температуры ввулканизационных печах: 1 – выделяется газ, вследствие, чего в изоляцииобразуются воздушные включения, которые ухудшают физико-механичесиесвойства материала изоляции; 2 – нити теряют способность впитывать воду.ПоэтомуВБ–нитиGeсa-Tapes,которыеиспользовалисьпервоначально, были заменены арамидными нитями игерметикамиразличного состава.В связи с этим, для того, чтобы определить какой материалоптимальноиспользоватьдлягерметизации83токопроводящихжилогнестойких силовых кабелей, были проведены испытания на стойкость квоздействию гидростатического давления токопроводящих жил кабелей с ВБ– нитями и с герметизирующими материалами, результаты которыхприведены в таблице 4.4.

Кроме того, чтобы доказать совместимостьматериала изоляции с герметиком, так же были проведены испытания натепловуюдеформациюпроверкафизико-механическихпараметров(относительное удлинение и прочность при разрыве).Виспытуемыхизолированныхтокопроводящихжилахиспользовались следующие герметизированные материалы: арамидные водоблокирующие нити фирмы LongVision; однокомпонентный герметик Teroson PU 8590; герметизирующим заполнителем Bluesil MF 940UВсе образцы показали нулевую протечку при испытаниях настойкость к воздействию радиального гидростатического давления.

Былипроведены испытания на определение совместимости материала изоляции игерметика. В таблице 4.4 приведены результаты физико-механическихиспытаний материала изоляции токопроводящей жилы, герметизированнойоднокомпонентным герметиком Teroson PU 8590.Стоит отметить, чторезультатыиспытанийнастойкость квоздействию продольного гидростатического давления носят случайныйстатистический характер, ввиду сложности технологии, и предсказать егосложно по причине сложности физики процесса распространения воды вдолькабеля.84Таблица 4.4.Физико-механические параметры керамообразующейкремнийорганической резины, используемой в качестве изоляциитокопроводящей жилы для судового герметизированного огнестойкогокабеляНаименование параметраДопустимоеФактические показаниязначениеобразцаФизико-механические параметрыОтносительноеудлинение1524,3изолированной токопроводящей жилы,%Относительное удлинение при разрыве125405изоляции, %Прочность при растяжении изоляции,5,08,52Н/ммИспытание на тепловую деформациюСтойкость изоляции к тепловойдеформации-относительноеудлинениепод1756,5нагрузкой, %-остаточное относительное удлинение250,6после снятия нагрузки, %Анализ результатов, приведенных в таблице 4.4, показываетсовместимость герметизирующего материала с материалом изоляции, атакже его пригодность для герметизации изолированной огнестойкойтокопроводящей жилы.4.2.2 Статистическая обработка данных по результатам испытаний на продольноедавлениеДля кабеля марки КВПЭфМ – 5 4x2x0.52 имеется большой наборданных по результатам испытаний на продольное гидростатическоедавление.

Построим распределение вероятности значений объёма вытекшейводы в заданных интервалах. Количество интервалов (n) определим поправилу Стёрджесса [75, 76]:(4.1)Где N – общее число испытаний.85Распределение вероятности объема вытекшей воды через кабельВероятность протечки в заданноминтервалепоказано на рис 4.3.0,900,800,700,600,500,400,300,200,100,000-2020-4040-6060-8080-100100-120Интервалы, см3Рис.

4.3 Распределение вероятности объема вытекшей воды для кабеля маркиКВПЭфМ – 5 4х2х0,52Рассчитаем математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение дляполученных данных по формулам [77].(4.2)(4.3)Построим нормальное распределение с математическим ожиданием µ=2,8 исреднеквадратичнымотклонениемσ=38.9,полученных данных (см. рис 4.4.).86рассчитаннымисходяизРис. 4.4. Нормальное распределение вероятности с µ=2,8 и σ=38.9Гистограмма, полученная по результатам испытаний, схожа снормальным распределением.

Из гистограммы видно, что 80 % кабелеймарки КВПЭфМ – 5 4х2х0,52 укладываются в допускаемые пределы (до 30мл) по объёмам протечки. И (по правилу 3σ) с точностью 95,45% можносказать, что кабели попадут в интервал до 77,8 мл по объемы воды, вытекшейчерез торец кабеля (при неизменной технологии изготовления).4.2.3 Исследование продольной герметизации судовых кабелей сприменением водоблокирующих материаловВ рамках данной работы, с целью оптимизировать технологию иувеличитьскоростьпроизводствабылапредпринятапопыткамодернизировать конструкцию кабеля марки КВПЭфМ – 4×2×0,52 иизготовить её, используя в качестве герметизирующего элемента –водоблокирующие материалы.

Схема расположения водоблокирующихматериалов и общий вид конструкции приведен на рис. 4.5.87Рис 4.5. Конструкция судового герметизированного кабеля марки КВПЭфМЛ – 5е4×2×0,52. Способ герметизации – применение ВБ – материалов.Дляопределениястойкостиквоздействиюпродольногогидростатического давления конструкции кабеля марки КВПЭфМЛ – 5е4×2×0,52 были проведены испытания по типовой методике (метод 216, ГОСТ20.57.406-81), по результатам которых констатировалась нулевая протечкаданной конструкции при воздействии давления величиной 90 кгс/см 2 втечение 15 минут и 60 кгс/см2 в течение 2-ух часов.88Таблица 4.5Конструктивные элементы кабелей, изображенных на рис. 1№позициина рис.4.5123456789Элементы конструкции для кабеля марки КВПЭфМЛ – 5е 4×2×0,52Токопроводящая жила из медной мягкой проволоки диаметром 0,52 ммИзоляция жилы из полиэтилена (диаметр по изоляции 1,20 мм)Водоблокирующие нити (диаметр в сухом состоянии – 1,3 мм)Водоблокирующая лента толщиной 0,22 мм;Если идти от сердечника: лента сердечника; внутренняя лента; внешняя лента;Внутренняя оболочка (диаметр по внутренней оболочке – 7,4 мм)Экран в виде обмотки из ламинированной алюминиевой фольгиКонтактный проводникОболочка из полимерного материала, не содержащего галогеновКрестообразный разделитель из полиэтиленаПри разделке конструкции после испытания были зафиксированыдлины каналов распространения воды по конструкции вдоль элементов (табл.4.6).Таблица 4.6Результаты испытаний кабелей на продольную герметичностьПараметрДлина канала распространения воды по элементамконструкции кабеля (см.

рис. 2.2 и табл. 2.3)Объем протечки, см301550 мм по сердечнику (3)290 мм по внутренней ленте (4)320 мм по внешней ленте (4)На примере данной конструкции были проведены расчёты поопределению длины канала распространения воды по кабелю.89Длину канала по внешней и внутренней ленте, находящейся подвнешней оболочкой и под экраном кабеля соответственно, определили последующей формуле [78, 79]:(4.4)Где l-длина канала распространения воды;∆p=6 МПа-величина давления, при котором проводились испытанияR1 и R2 -внутренний и внешний радиусы канала, где распложенВБ –материал, мм;η – кинематическая вязкость воды равна при температуре 20°С равная1,0•10-3 Па•с;v- скорость водонабухания ВБ – материала, м/с;kc – коэффициент, учитывающий сжатие кабеля в радиальномнаправлении.k-коэффициент укрутки;В процессе испытания на образец воздействует гидростатическоедавление в продольном и в радиальном направлении, из-за чего воздушныйпромежуток,гденаходитьсяВБ–материалуменьшается.Экспериментальные исследования показали, что при давлении воды 6 МПауменьшение воздушного промежутка достигает 90 %, при этом коэффициентkc , который учитывает это явление, составляет 0,1.Расчет длины распространения воды по сердечнику производили поформуле (4.2).