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高C-12

框式绞线机生产风能电缆用同心复绞导体的尝试

时间：2012年9月
摘要：风能电缆是用于陆地和海洋风力发电机的一种专用电缆，应具备耐扭曲、高柔性等特征。一般该电缆导体都在笼式绞线机上生产，由于作者所在企业生产装备产能无法满足大批量大规格生产而采用框式绞线机生产。本文作者通过亲身的经历，较为详细介绍了风能电缆用同心复绞导体在框式绞线机上的生产及质量控制。
关键词：框式绞线机、 同心复绞式导体、绞距、股线
论文主体：
随着国家绿色能源政策的不断推进和电线电缆行业产品转型升级，作为有着电线电缆生产制造50多年的老企业，必须顺应时代的要求才能使企业得以生存和不断发展。近几年来，在新的形势下特别是在《电线电缆行业“十二五”发展规划》出台，特种用途电缆（特种电缆）市场以每年15%～20%的速度递增，市场潜力巨大。风能电缆就是其中之一，它是适用于陆地和海洋风力发电机的一种专用电缆，由于使用环境的特殊性，必须具备了抗氧化、耐寒、耐油污、耐腐蚀、抗辐射、耐扭曲、抗疲劳、高柔性等特征。在这种大环境下，公司为了抢占特种电缆市场和提升本企业产品技术含量，在2010年承接了一批风力发电用耐扭曲软电缆（简称风能电缆），产品型号规格微微FDEH-40-0.6/1kv 1×150、FDEHP-40-1.8/3kv 1×240，数量达200km，交货期为一个月。公司决定利用现有制造装备边开发边生产，一定要满足用户的要求。
一、现状分析
公司现有生产同心复绞（也称软结构）导体的设备只有两台12+18/400型笼式绞线机、8台250型束线机、两台400型束线机、两台600型束线机。这些设备首先要满足日常软结构导体的生产，风能电缆用导体（也称导电线芯）同样是软结构导体，如用于风能电缆导体的生产那就会影响其它产品的生产和交货。与此同时根据所承接的风能电缆产品的规格来看，用这些设备生产存在以下问题：
1、根据现有设备的生产能力不能满足其产能要求。因依据其订单任务
估算必须投入1.5台12+18/400型笼式绞线机全部用于生产风能电缆导体，影响到其它软结构导体的生产。
2、根据150mm2、240mm2的软结构导体结构，一般为37根股线，每根股
线应有不少于21根Φ0.5单线束合而成，然而由于风能电缆对其柔软性要求特别高，估计会采用Φ0.4单线，则组成股线的单线就不会少于27根，那么600型束线机（生产规范最大2.5 mm2）和250型束线机不能生产，只能在两台400型束线机上生产，其股线生产跟不上绞线机。
3、由于股线中单线根数多，250型束线机生产的股线长度只能达到400m～500m,这将导致成品导体中的焊接点数量剧增，这对耐扭曲试验要到达3000次以上的风能电缆来说存在较大隐患，同时生产效率大大降低。
4、两台12+18/400型笼式绞线机已经服役30多年，设备老化严重，目前只能用Φ250和Φ300盘在其上生产，Φ300盘的容量也会出现第3方面问题。如要用Φ400盘生产一个月的话，将会导致设备的频繁损坏和维修。
5、如一定要使用上述设备生产，那只有增加导体结构中的股线数量达到减少股线中单线根数，提高股线长度。这样就会增加导体的绞合层数，使原来的3层结构（排列1+6+12+18）变成4层结构（1+6+12+18+24），即在12+18/400型笼式绞线机变2次绞合为3次绞合，将大幅降低生产效率和增加劳动强度。
二、解决方案
面对这些问题和困难，我们通过对现有所有束、绞设备进行综合分析提出：风能电缆用150mm2、240mm2的软结构导体在框式绞线机上生产，这样就可解决产能的问题。这在我们公司是前所未有的，我们大家都知道：软结构（同心复绞）导体适宜在笼式绞线机上生产，这是由笼式绞线机的退扭特性所决定。而框式绞线机不具备这个特性，相反存在无退扭特性，即在绞合中股（单）线会产生扭曲应力，导致绞合的导体存在松散或扭曲等质量问题。硬结构导体或导线利用去应力装置解决了单线在绞合中存在的扭曲应力问题。但软结构导体用的股线是由多根细单线束合而组，在框式绞线机上生产其股线存在多大应力不得而知，同样对生产的软结构导体的质量把握不大。但用框式绞线机生产有以下长处：
1、导体的绞合可以变2次绞合生产为一次绞合生产，对产品绞合质
量、生产效率都有极大好处。
2、股线的长度不受盘容量的影响，可以大大减少股线的焊接点，对有耐扭曲试验几千次要求的风能电缆来讲更有利。
3、如果在框式绞线机上试验成功，则可以做到不影响其它软结构导体的生产，又可以确保风能电缆导体的生产。
4、可以利用现有的管式绞线机来弥补束线机对股线长度的限制。
5、可以通过在框式绞线机上的试生产，探求无退扭绞线设备生产软结构导体的可行性。
从以上可以看出：在框式绞线机生产软结构导体值得一试。
三、具体措施
我们准备用于生产风能电缆导体的框式绞机是JLK550/12+18+24型框式绞线机（以下简称550框绞机），这是我们公司前几年在12+18+24/500型笼式绞线机的基础上经改造而成的，是专用于生产钢芯铝绞线产品的绞线设备，没有用于绕包绕包材料的绕包头，而用于风能电缆的导体需绕包加强型无纺布；其次框式绞机是无退扭绞线设备，股线或单线在绞合中会随在绞笼的转动方向产生360°的自身扭转，导致股线在绞合中发生松散或绞紧从而影响导体质量。再次我们公司没有500型束线机。要想在550框绞线机上生产，必须解决这些问题，为此，我们经过各种论证后采用以下办法：
1、利用现有其它设备上闲置的绕包头移植安装到550框绞线机上，解
决导体绕包问题。
2、根据550框绞线机的无退扭特性，采用股线和导体都同向绞合工
艺，为此查阅GB/T3956-2008《电缆的导体》标准，标准中第5类导体的层与层之间的绞向无明确要求，不违背标准要求。同向绞合能提高导体的柔软性，还可避免股线在绞合中发生松散。
3、由于没有500型束线机，同时现有400型束线机虽然能够一次的束
出所需股线，但400型束线机的盘具无法与550框绞机配套，且现有2台设备无法满足股线的规模批量生产。我们决定利用自己的优势，采用8台250束线机、2台600束线机和5台400型管绞机来生产所需股线，即先在250型束线机束合单线根数少的小股线，再利用400型管绞机把小股线绞合成所需股线，然后将股线倒盘到550型框绞机专用的Φ500盘上。这个过程我们称之为“束-绞-翻”。
4、考虑到提高导体的圆整性和绞合紧密度，采用小股线束合绞距和大
股线绞合绞距相同的工艺进行加工，同时为避免在550框绞机上股线自身扭转而造成股线再次扭绞产生扭曲应力，故在小股线和大股线生产时按节径比倍数增加3～4陪计算绞距。对Φ0.4单线伸长率也作相应调整。
5、考虑到加工工序较多，对单线的公差作相应调整。
四、试生产
公司技术部根据上述在550框绞机上生产风能电缆导体的设想，设计了两导体的结构如表1所示
表1 导体结构
标称截面
（㎜2）
结构
（根数/直径）
结构
排列
股线结构
（根数/直径）
绞
向
150
1221/0.4
1+6+12+18
33/0.4
左
240
1959/0.4
1+6+12+18+24
（1+6）×33/0.4
（12+18+24）×32/0.4
左
我们决定先在550型框绞机试生产150㎜2导体。该导体由37股33/0.4束合成的股线绞合成。根据上面制定的措施我们具体的做法：
对TR0.4铜单线的生产工艺改为：单线公差有原-0.004mm～+0.004mm改到+0～+0.005mm；伸长率有23％提高到27％。
把33/0.4的股线分成3×11/0.4，其截面约为1.4㎜2，11/0.4小股线在250型和600型束线机上生产，长度可分别达到1.6 km和10km。然后通过400型管式绞线机把3股11/0.4小股线绞合成33/0.4大股线，用Φ1000铁盘收线。再把Φ1000铁盘上的33/0.4大股线倒盘到Φ500盘上，每盘装2.5km。32/0.4股线分成4×8/0.4，然后按上述方法生产。
在生产11/0.4小股线时其束合节径比增大4陪（同在笼式绞线机生产软结构导体用的股线束合节径比相比），400型管式绞线机绞合4股11/0.4小股线的绞距根据11/0.4小股线束合时绞距制定工艺。
等37盘用Φ500盘装的33/0.4大股线生产完成后，我们就上550框绞机试生产第一根2.5km150mm2风能电缆用软结构导体。在换好规格生产引出成品导体后，我们第一时间就考察导体是否有应力存在，我们剪下一段导体约2～3m，让其在自然状态下观察，导体平直、无任何扭曲和打圈的现象，再剥掉导体上的加强型无纺布，导体在自然状态下也无松散现象，最后观察牵引轮上无收线涨力状态下的导体也无任何扭曲和打圈的现象。至此可以基本评估导体无应力存在。在以后的开车中观察，绞合导体表面圆整、紧密、平直，股线没有过度绞紧的现象。导体经测试结果：称重截面150.2 mm2、直流电阻：0.123Ω/km＜0.129Ω/km、单线直径：0.396mm～0.401mm。完全符合GB/T3956-2008《电缆的导体》要求。试生产取得了预期的目的，只要在后道挤橡加工中导体质量不影响成品质量可以投入批量生产。我们试生产的2.5km导体转挤橡工序试生产及进行产品性能试验，全部达到产品要求。
我们根据试生产情况投入了正式批量生产，在一个月内共生产风能电缆用150㎜2导体178.639km、240㎜2导体31.361km。导体称重截面及直流电阻如表2和表3所示（表中列出的是摘录的部分数据）：

表2 150㎜2导体称重截面、直流电阻
称重截面
（㎜2）
结构
（根数/直径）
单丝直径
（㎜）
直流电阻
（Ω/km）
标准直流电阻
（Ω/km）≯
149.31
1221/0.4
0.397-0.399
0.125
0.129
150.13
1221/0.4
0.396-0.402
0.123
150.21
1221/0.4
0.397-0.401
0.124
149.54
1221/0.4
0.396-0.400
0.126
150.23
1221/0.4
0.395-0.399
0.124
149.72
1221/0.4
0.395-0.398
0.126
150.27
1221/0.4
0.396-0.401
0.122
149.82
1221/0.4
0.395-0.402
0.126
注：表中标准直流电阻为GB/T3956-2008《电缆的导体》中规定

表3 240㎜2导体称重截面、直流电阻
称重截面
（㎜2）
结构
（根数/直径）
单丝直径
（㎜）
直流电阻
（Ω/km）
标准直流电阻
（Ω/km）≯
239.29
1959/0.4
0.395-0.398
0.0779
0.0801
239.93
1959/0.4
0.397-0.399
0.0764
240.18
1959/0.4
0.398-0.403
0.0755
239.82
1959/0.4
0.396-0.402
0.0767
239.50
1959/0.4
0.395-0.400
0.0776
注：表中标准直流电阻为GB/T3956-2008《电缆的导体》中规定
从上述表中可以看出：150㎜2和240㎜2导体在生产中截面及直流电阻控制的还是相当均匀的，完全满足产品的技术要求。同样在挤橡工序200km风能电缆的生产中对导体质量无任何反馈信息，产品都通过了全性能试验，完全符合产品技术要求。
五、结束语
这次在框式绞线机上生产风能电缆用同心复绞导体的尝试取得了成功，达到了公司利用现有制造装备边开发边生产，满足用户要求的目的，也得到了用户的肯定。但同时我们也应看到不足之处：由于生产装备的不配套、装备的严重老化等问题，使得股线的生产不得不采用“束-绞-翻”的生产方式来满足框式绞线机的生产，为此投入了大量的人力来满足市场，增加了生产成本。由次可见，在电线电缆制造过程中，谁拥有先进且配套合理的生产装备，谁就能赢得市场，获得更大的发展空间。目前我公司已着手准备采购高速多头拉丝机和630型束线机，来满足公司的快速发展的需求。
通过这次风能电缆用同心复绞导体的生产，也使自己的职业生涯得到丰富和充实，发挥了自己作为一名技师应有的作用。同时我也深刻体会到：不管身处什么岗位，只要心系企业，勇于面对困难积极探索创新，就能实现自己的人生价值。与此同时也使我更加认识到电线电缆制造及装备的理论知识的重要性，这将鞭策我在今后得工作中加强学习和钻研，在企业的发展上展现自己的才能。

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