CN202887874U - 低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置 - Google Patents
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Abstract
低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置。紫外光进入聚乙烯绝缘层内部进行交联，过程中，需要有一定的红外辐射热量来维持绝缘层熔融状态，温度过高会使电缆绝缘层表面发生热氧化，使反光罩等受热部件产生热变形。本产品组成包括：具有辐照箱出风口（
12
）的辐照箱壳体（
1
），在辐照箱壳体的一个辐照单元内，沿圆周方向均匀布置三只紫外汞灯作为辐照源形成一组灯箱、辐照箱的紫外汞灯对应位置的壳体上具有通风窗（
5
）、出风口（
4
）、进风口（
6
），灯箱通过风斗（
3
）连接，灯箱内安装有分流板（
7
）、隔板（
8
）、紫外汞灯（
9
），在紫外汞灯的背面安装反光罩（
10
）。本产品用于紫外光辐照设备的通风冷却。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置。
背景技术：
聚乙烯是一种通用热塑性高分子材料，在聚合物家族中需求量最大，用途最广，是经济建设和日常生活中不可或缺的原材料。然而，在一些有温升或高温场合，聚乙烯易发生变形，导致力学强度丧失，而失去使用价值。如何将聚乙烯改性成热固性塑料以提升其耐高温性能成为亟待解决的问题。
年美国科学家Charlesby在实验室无意中用辐射能将聚乙烯改性成热固性的交联聚乙烯，从此翻开了电线电缆绝缘料制造领域崭新的一页。电缆用交联聚乙烯绝缘料是以电缆专用低密度聚乙烯(LDPE)为基础树脂，加入过氧化物体系，抗氧化物体系等，经特殊工艺制成的电缆绝缘料。聚乙烯绝缘交联改性后，显著提高了电气性能、耐环境应力开裂性能、耐热老化性能和抗蠕变性能等综合性能，使电缆长期工作温度从70℃提高到90℃以上。聚乙烯交联工艺主要有过氧化物交联、温水交联、电子束辐照交联和紫外光交联。紫外光交联技术是由我国自主研发，拥有自主知识产权的一种交联新技术。与前三种传统交联方法相比，紫外光交联法具有许多独特的优点：如工艺设备简单，投资少；易于操作，维护方便；生产效率高，运转成本低；辐照过程中对聚乙烯的辐射损伤小，产品机械力学性能和电性能优良。
年聚乙烯的紫外光交联现象被首次发现，但直到进入80年代后，研究人员才在聚乙烯本体紫外光交联的理论及其应用研究上取得了突破性进展，实现聚乙烯本体厚样品的快速光交联，使聚乙烯光交联的工业应用出现了曙光。90年代末，中国科技大学瞿保钧课题组及合作者研发出光交联聚乙烯绝缘电力电缆和控制电缆产品，配套完善了光交联的工艺装备，创建了世界上第一条光交联聚乙烯绝缘电线电缆试生产线。
紫外光辐照设备采用空气强制对流冷却。在辐照箱的一个辐照单元内，沿圆周方向均匀布置三只6kW的紫外汞灯作为辐照源，该汞灯产生紫外光的同时伴随着大量红外辐射热（目前使用国产汞灯为紫外光源，红外分量约为50%）。在紫外汞灯的背面安装反光罩，经反射的辐射能量汇聚于被加工的电缆表面，射线中紫外光的作用是参与聚乙烯绝缘层的交联反应，而射线中的红外分量是辐照箱内热量产生的主要原因。电缆用低密度聚乙烯是常温下的半结晶材料，透光性差，在挤出温度达到110℃以上时，结晶融化，透明度较高，有利于紫外光进入聚乙烯绝缘层内部进行交联，所以在交联过程中，需要有一定的红外辐射热量来维持绝缘层熔融状态，以提高紫外光透射深度和降低反应活化能；但另一方面，温度过高会使电缆绝缘层表面发生热氧化，甚至导致表面焦糊，还可能使反光罩等受热部件产生热变形。设计辐照箱内部的冷却结构和通风方案，宏观上保证设备各部件有效冷却和维持适宜的交联温度，是光交联生产过程中的关键技术之一。
为进一步加强冷却效果，针对现有的紫外辐射低压电缆交联辐照箱进行改进。在该设备中反光罩起汇聚紫外光，提高紫外光利用率的作用。实际生产运行时发现，被加工电缆在交联过程中析出的交联剂等气体会附着在反光罩上部两侧，这部分起不到反射作用，影响辐射能量聚焦和热量传导。在紫外光的作用下，辐照箱内的氧分子会转变成臭氧，不但会吸收部分紫外线，浓度超标时还将污染工作环境，尽管臭氧在高温作用下会迅速分解，但是在辐照箱驻留的时间内还不足以完全分解，所以需要减少通风阻力，使其尽快排放到室外高处大空间以降低浓度。申请人利用计算流体动力学（CFD）技术，对现有设备进行了流场数值模拟，发现灯箱出风口通风阻力较大，风速高，是限制冷却风量提高的主要风阻之一，实际上该通风口通风总面积小于气流之前通过的分流板总通风面积和通风窗总通风面积，需要改进冷却结构，增加空气流通截面积，从而减少通风阻力，增加冷却风量，达到进一步加强整体换热效果的目的。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，增加空气流通截面积，从而减少通风阻力，增加冷却风量，达到进一步加强整体换热效果的目的。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，其组成包括：具有辐照箱出风口的辐照箱壳体，在所述的辐照箱壳体的一个辐照单元内，沿圆周方向均匀布置三只紫外汞灯作为辐照源形成一组灯箱、所述的辐照箱的紫外汞灯对应位置的壳体上具有通风窗、出风口、进风口，所述的灯箱通过风斗连接，所述的灯箱内安装有分流板、隔板、紫外汞灯，在所述的紫外汞灯的背面安装反光罩。
所述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，所述的反光罩的中心处具有紫外光强测量孔，所述的紫外光强测量孔的一侧具有热电偶安放孔，在所述的反光罩上部两侧边各开设一排通风孔或在电缆线偏热侧只开设一排通风孔，所述的通风孔之间的距离相同。
所述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，三组所述的灯箱互成120°夹角，三只所述的紫外汞灯的功率均为6kW。
有益效果：
1. 本实用新型反光罩结构改进以前，从灯箱进风口进入的冷却空气首先经分流板配风，然后流经隔板间隙，分成两路风外掠冷却反射罩凸面，再从通风窗出流，在灯箱出风口汇集形成三股冷却气流进入电缆与反射罩之间的区域，沿径向冲刷冷却电缆，之后绕流冷却紫外汞灯，冷却空气最终从辐照箱下部的总出风口排出。
本实用新型在反光罩开设通风孔，空气流经通风窗后分为两个风路：一路气流进入风斗，在风斗中汇聚后，从两个灯箱间的出风口中出流；另一路气流则通过反光罩上的通风孔出流。这两部分空气进入由三个灯箱反光罩的反射面组成的空间时会形成一定速度和角度的射流，冲向电缆表面，沿电缆径向与电缆表面进行对流换热，气流折返后，在反射面上方形成大的旋涡，依靠旋涡绕流紫外汞灯，对汞灯经行冷却，同时对反光罩的反射面进行冲刷冷却。
本实用新型气流通过反射罩上的通风孔出流，空气将更加贴近反光罩凸面，流线过度更加平缓，对反光罩表面冷却更加充分；由于在可能附着交联剂挥发产物的区域开设通风孔，挥发气体会被气流吹散，减少副产物附着在反光罩上的可能；减少灯箱内的通风阻力，在相同的温控目标下，与辐照箱匹配的鼓、引风机的电机频率降低，电能消耗减少；臭氧在设备的驻留时间减少，安全防护更容易。
附图说明：
附图1是本产品的结构示意图。
附图2是附图1中反光罩的结构示意图。
附图3是附图1中反光罩的未改进之前的结构示意图。
附图4是附图1中灯箱的结构示意图。
附图5是附图1中灯箱的未改进之前的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，其组成包括：
具有辐照箱出风口12的辐照箱壳体1，在辐照箱壳体的一个辐照单元内，沿圆周方向均匀布置三只紫外汞灯作为辐照源形成一组灯箱、辐照箱的紫外汞灯对应位置的壳体上具有通风窗5、出风口4、进风口6，每组灯箱通过风斗3连接，灯箱内安装有分流板7、隔板8、紫外汞灯9，在紫外汞灯的背面安装反光罩10。
实施例2：
上述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，三组所述的灯箱互成120°夹角，三只所述的紫外汞灯的功率均为6kW。
实施例2：
上述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，所述的反光罩的中心处具有紫外光强测量孔13，所述的紫外光强测量孔的一侧具有热电偶安放孔14，在所述的反光罩上部两侧边各开设一排通风孔15或在电缆线11偏热侧只开设一排通风孔，所述的通风孔之间的距离相同。
在反光罩上部两侧边各开设一排通风孔，也可在电缆线偏热侧只开设一排通风孔，需现场测试决定；通风孔的数量和直径主要由一定的面积关系式决定（开设通风孔后使得灯箱出风口总通风面积+反光罩通风孔总通风面积≈通风窗总通风面积），同时考虑交联剂等气体附着在反光罩的实际位置及反光罩折弯后的强度要求；通风孔的定位尺寸L1、L2主要根据挥发物附着位置及强度要求确定。
附图2为本实用新型的反光罩的结构示意图，附图3为反光罩为未改进之前的结构示意图，紫外光强测量孔和热电偶安放孔，实际运行时通过的空气量较少，可以忽略不计。新通风方案设计为：反光罩两侧各开设13个直径为8mm的通风孔，其在反光罩上的定位尺寸分别是L1、L2，各通风孔之间的距离为L3。通风孔的数量和直径主要由上述面积关系式决定，同时考虑交联剂等气体附着在反光罩的实际位置及反光罩折弯后的强度要求；而定位尺寸L1、L2主要根据挥发物附着位置及强度要求确定。此外，交联不同规格电线电缆以及在不同的运行工况下，反光罩通风孔的设计可以做出相应调整。
在反光罩开设通风孔，空气流经通风窗后分为两个风路：一路气流进入风斗，在风斗中汇聚后，从两个灯箱间的出风口中出流；另一路气流则通过反光罩上的通风孔出流。这两部分空气进入由三个灯箱反光罩的反射面组成的空间时会形成一定速度和角度的射流，冲向电缆表面，沿电缆径向与电缆表面进行对流换热，气流折返后，在反射面上方形成大的旋涡，依靠旋涡绕流紫外汞灯，对汞灯经行冷却，同时对反光罩的反射面进行冲刷冷却。
总结紫外光交联辐照设备在实际运行时存在的问题，利用Fluent软件对辐照箱流场进行数值模拟，发现了限制系统冷却风量提高的主要风阻所在位置，进而通过对设备本身通风结构的分析，提出在反光罩适当位置开设通风孔以提高冷却空气总流量的改进通风方案。在一个灯箱中，分流板总通风面积为22560mm
3
，通风窗总通风面积为23400mm
3
，灯箱出风口总通风面积为18060mm
3
，设计开设通风孔后使得灯箱出风口总通风面积+反光罩通风孔总通风面积≈通风窗总通风面积。
Claims (3)
1.一种低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，其组成包括：具有辐照箱出风口的辐照箱壳体，其特征是：在所述的辐照箱壳体的一个辐照单元内，沿圆周方向均匀布置三只紫外汞灯作为辐照源形成一组灯箱、所述的辐照箱的紫外汞灯对应位置的壳体上具有通风窗、出风口、进风口，所述的灯箱通过风斗连接，所述的灯箱内安装有分流板、隔板、紫外汞灯，在所述的紫外汞灯的背面安装反光罩。
2.根据权利要求1所述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，其特征是：所述的反光罩的中心处具有紫外光强测量孔，所述的紫外光强测量孔的一侧具有热电偶安放孔，在所述的反光罩上部两侧边各开设一排通风孔或在电缆线偏热侧只开设一排通风孔，所述的通风孔之间的距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的低压聚乙烯绝缘电缆紫外光交联辐照箱的辐射装置，其特征是：三组所述的灯箱互成120°夹角，三只所述的紫外汞灯的功率均为6kW。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HARBIN HAPRPO ELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HARBIN SCIENCE AND ENGINEERING UNIV. Effective date: 20140807 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 150080 HARBIN, HEILONGJIANG PROVINCE TO: 150000 HARBIN, HEILONGJIANG PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140807 Address after: 150000 No. three power Road 23, Xiangfang District, Heilongjiang, Harbin Patentee after: HARBIN HAPRO ELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 150080, Nangang, Harbin Province Road, No. 52, Harbin University of Science and Technology Patentee before: Harbin University of Science and Technology |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20130417 |