В статье рассмотрены высокотемпературные термопарные провода разработки и производства кабельного завода СЕНТЕК. Рассказано о создании новой технологии для изготовления изоляции и оболочки методом плетения.
Провода и кабели термопарные нагревостойкие (далее – провода) нашли широкое применение в области термометрии, так как позволяют решать обширный круг задач при температурах от 250 до 1100 °C. Несмотря на широкий диапазон температур все марки данных проводов имеют схожую конструкцию. Два параллельно уложенных проводника изолированы высокотемпературными нитями и скреплены общей оболочкой, как правило, из того же материала, что и изоляция. Пример внешнего вида провода представлен на рис. 1. Наличие оболочки обеспечивает дополнительную защиту от механических повреждений и внешних воздействий, что особенно важно в условиях производства, где провода могут подвергаться воздействию многих неблагоприятных факторов. Такая конструкция гарантирует их долговечность и надежность в эксплуатации.
Рис. 1. Внешний вид высокотемпературного термопарного провода
Высокотемпературные термопарные провода играют ключевую роль в различных промышленных технологических процессах, где требуется высокая точность измерений температурных показателей. Их использование охватывает такие сферы, как металлургия, химическая промышленность, энергетика и многие другие области, где контроль температуры является критически важным.
Эти провода применяются в качестве основы при изготовлении термопар. Термоэлектроды сваривают на конце, образуя термопарный измерительный спай, и помещают в защитный кожух из нержавеющей стальной трубки. Данная конструкция заменяет классическую начинку термопар в виде керамических изоляторов (бус) и экономит производителям термопар время, которое уходит на сборку вышеуказанных бус, одеваемых вручную на термопарную проволоку. Дополнительным преимуществом является снижение габаритных размеров начинки термопары и, как следствие, снижение затрат на изготовление и уменьшение тепловой инерции термопары.
Также они могут использоваться для создания непосредственно термопары из провода без применения дополнительных защитных элементов. Среди металлургических заводов данный способ применяется для контроля температуры в газовых и электрических печах. При этом длина таких термопар не имеет больших ограничений. Провода за счет гибкости изоляции и оболочки легко прокладываются на десятки метров, обеспечивая беспрепятственный монтаж в труднодоступные места печи. Таким образом, быстро и с минимальными затратами инженеры металлургических предприятий создают многозонные системы термометрии для повышения производительности и точности технологических процессов термообработки.
Специалисты кабельного завода СЕНТЕК за время существования предприятия освоили многие виды существующих на данный момент на рынке СНГ высокотемпературных термопарных проводов, а также разработали и внедрили собственные новые марки. Провода изготавливаются со следующими материалами жил, соответствующими ГОСТ Р 8.585-2001 [1]: хромель-алюмель – ТХА(К), хромель-копель – ТХК(L), нихросил-нисил – ТНН(N), медь-константан – ТМКн(Т), железо-константан – ТЖК(J). А также – с компенсационными сплавами медь – сплав ТП для термопар ТПП(S).
Основные марки перечислены ниже.
Кабели термопарные КТМСЭ с верхним пределом рабочих температур до 400 °C (рис. 2).
Рис. 2. Кабель термопарный КТМСЭ
Кабели изготавливаются с многопроволочными жилами не ниже 3-го класса гибкости по ГОСТ 22483-2021 (IEC 60228:2004) [2]. Изоляция и оболочка выполнены из стеклонити методом плетения. Для дополнительной защиты от электромагнитных помех и механических воздействий наносится экран из нержавеющей стальной проволоки. Экран помогает минимизировать влияние внешних факторов на сигналы, передаваемые через провода, что особенно важно в промышленных условиях, где могут возникать различные помехи. Это позволяет обеспечить более точные и стабильные измерения температуры. Кабели могут применяться в качестве гибких выводов термопар, которые прокладываются в зонах с повышенной температурой.
Провода термопарные нагревостойкие ПТН, ПТНО, ПТНГ с верхним пределом рабочих температур до 650 °C.
Изоляция и оболочка выполнены из стеклонити повышенной нагревостойкости. При необходимости поверх оболочки может быть нанесен экран. Также предусмотрена конструкция с гибкими многопроволочными жилами, известная под маркой ПТНГ. Такие провода обладают высокой устойчивостью к многократному изгибанию, что делает их идеальными для использования в условиях, где требуется частое движение или изгибание проводов. На рис. 3 представлен вид проводов ПТНО, состоящих из одной жилы. Провода этих марок отличаются компактностью габаритов.
Рис. 3. Провода ПТНО, состоящие из одной жилы
Кабельный завод СЕНТЕК изготавливает данные провода по собственному ТУ 3567-006-97927353-2014 [3], а также по ТУ 16-505-663-74 [4]. Технология изолирования проводов по ТУ 16-505-663-74 была разработана и освоена в Советском Союзе по аналогии с технологией изготовления обмоточных проводов повышенной нагревостойкости ПОЖ. Стеклонить наносится методом обмотки несколькими слоями. При этом предварительно на термопарную проволоку наносят подклеивающий состав. Далее наносится первый слой стеклонити. Провод с нанесенной нитью пропитывается, проходя через ванну с органо-силикатной композицией. Наносится второй слой нити и также пропитывается. Далее провод поступает на сушку в печь. Органосиликатная композиция спекается в печи и служит связующим межслойным материалом, улучшающим механические и электроизоляционные свойства провода [5]. Отдельная операция – нанесение наружного лакового слоя кремнийорганическим составом. Такой способ изготовления дает возможность производить очень компактные по габаритам провода. Радиальная толщина изоляции может доходить до 0,15 мм.
Сложность данной технологии заключается в том, что операция по изготовлению не может быть разбита на несколько этапов, а должна выполняться за один проход (за исключением операции лакирования). При этом нужно контролировать наличие и вязкость органосиликатной композиции в трех ваннах. Обрывы нити при обмотке недопустимы, так как влекут за собой неизбежные дефекты изоляции. Остановка процесса нежелательна – она тоже влечет за собой дефекты изоляции, преждевременное высыхание пропиточного состава, образование комочков пропиточного состава, подтеков из ванн и прочие нарушения в работе.
Изготовление проводов по ТУ 16-505-663-74 сильно осложнено тем, что в России на данный момент серийно не выпускается оборудование для производства подобных проводов. Среди производителей кабельного оборудования в мире эта технология тоже остается непопулярной.
Учитывая эти обстоятельства, сотрудники кабельного завода СЕНТЕК разработали и внедрили новые технические условия (ТУ 3567-006-97927353-2014) на провода марок ПТН, ПТНО и другие, изготовленные методом плетения изоляции и оболочки. Данная технология упрощает и ускоряет процесс изготовления проводов. Взаимное переплетение стеклонитей повышенной нагревостойкости создает прочную конструкцию. Изоляция устойчиво держится на проволоке и самопроизвольно не разматывается без применения межслойных пропиток для ее скрепления. При этом, если у заказчиков возникнет потребность, провода могут быть изготовлены с уменьшенными габаритными размерами, соответствующими ТУ 16-505-663-74.
Таким образом, предприятие внедрило полноценную замену проводам по ТУ 16-505-663-74.
Провода термопарные ПТКС с верхним пределом температур до 1100 °C.
ПТКС – это марка высокотемпературных проводов, разработанная на предприятии в качестве замены импортным проводам Cefirs производства TE Wire & Cable LLC (CША). Изоляция и оболочка выполнены из кремнеземной нити. При необходимости поверх оболочки может быть нанесен экран. За счет внушительной радиальной толщины изоляции (около 0,6 мм) провода имеют высокую надежность, долговечность и, если потребуется, кратковременно могут быть использованы при температурах до 1100 °C. Данная продукция широко используются на предприятиях по изготовлению алюминия и титана, в технологиях термообработки и других областях.
Литература
1. ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования». М., «Стандартинформ». 2010.
2. ГОСТ 22483-2021 (IEC 60228:2004) «Жилы токопроводящие для кабелей, проводов и шнуров» (IEC 60228:2004, Conductors of insulated cables, MOD). М., «Стандартинформ». 2010.
3. ТУ 3567-006-97927353-2014 «Провода и кабели термопарные, нагревательные и термосткойкие».
4. ТУ 16-505-663-74 «Провода термопарные нагревостойкие».
5. Аникиенко В. М., Леонов А. П., Петров А. В. Обмоточные провода: учебное пособие. Томск, издательство ТГУ. 2010.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»