一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置及方法

摘要

本发明提供了一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置及方法，装置包括挤出机、加热螺线管和注塑模具，注塑模具设置在加热螺线管内，挤出机向注塑模具内挤入原料，注塑模具包括封头、出气管、出气口、第一注塑通道、第二注塑通道、斜面体和圆筒，封头安装在圆筒的开口端处，圆筒状斜面设置在圆筒内，出气管和第一注塑通道设置在圆筒的正上方，出气口和第二注塑通道设置在圆筒的正下方，圆筒水平放置在支架上。本发明能够独立制得实验所研究的样品，且研究挤出速率、挤塑温度以及反应力锥倾斜度等变量对界面电学特性的影响，从而正确指导成型模具的设计和挤出参数的选定，提高实际生产的接头产品质量，提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于注塑设备领域，尤其是涉及一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置及方法。

背景技术

聚乙烯绝缘高压直流电缆是一种海底电力电缆，主要用于海岛与大陆或海岛之间、陆地与海上风场之间、海上钻井平台之间的电网连接。单根电缆的长度受到电缆制造设备的限制，当单根电缆长度无法满足使用要求时，可用软接头将多根电缆进行连接，直至满足使用长度要求。

软接头的制备主要通过注塑方法实现，制备时需使用挤出机将交联聚乙烯基料挤出并填充到成型模具内，制备过程中，所选用的成型模具以及挤出机的挤出速率和挤塑温度等都会对软接头质量的好坏产生重大影响。

海缆软接头的制作是在工厂内对导体连接后在海缆本体绝缘基础上进行绝缘材料的二次注入，并伴随着加热交联过程。对一定数量的注塑式软接头解剖研究发现，接头的绝缘层在一定意义上存在本体绝缘、恢复绝缘及过渡区绝缘3种形式。

注塑式软接头在接头恢复XLPE绝缘区域与本体XLPE绝缘区域之间会存在一层宽度约为10mm左右的XLPE-XLPE界面区域，就目前国内相关企业提供的数据显示高压电缆注塑式软接头在试运行或者做出厂试验过程中发生破坏的位置多接近于这个界面区，由于反应力锥整体尺寸较长，所以界面区延伸范围较广。由于高压海缆软接头的内部绝缘质量决定着整个软接头的使用性能，所以对其上述内部微结构的形成机理的研究具有极其重要的意义。由于目前实验所研究的高压XLPE电缆软接头绝缘层界面样品由工厂提供的电缆切割所得，不能研究挤出速率、挤塑温度以及反应力锥倾斜度等变量对XLPE-XLPE界面电学特性的影响，因此无法正确指导成型模具的设计和挤出参数的选定，造成实际生产中软接头的制备效率低，产品质量不高且不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置及方法，能够独立制得实验所研究的高压XLPE电缆软接头绝缘层界面样品，且能研究挤出速率、挤塑温度以及反应力锥倾斜度等变量对XLPE-XLPE界面电学特性的影响，从而正确指导成型模具的设计和挤出参数的选定，从而提高实际生产中软接头的制备效率，产品质量高且性能稳定。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置，包括挤出机、加热螺线管和注塑模具，所述的注塑模具设置在加热螺线管内，所述的挤出机设置在加热螺线管和注塑模具的外侧，所述挤出机向注塑模具内挤入原料，所述的注塑模具包括封头、出气管、支架、出气口、第一注塑通道、第二注塑通道、斜面体和圆筒，所述的圆筒的一端为开口端，另一端为封闭端，所述的封头安装在圆筒的开口端处，所述的斜面体设置在圆筒内，且斜面体的两端分别顶靠在圆筒和封头上，所述的出气管和第一注塑通道设置在圆筒的正上方并与圆筒相通，所述出气口和第二注塑通道设置在圆筒的正下方并与圆筒相通，所述的出气管的轴线与封头的轴线垂直布置，出气管和第二注塑通道以圆筒的中轴线对称设置，所述的圆筒水平放置在支架上。

进一步的，所述斜面体为自圆柱体的一端至另一端以倾斜切面切削后形成的结构，倾斜切面与水平面的夹角为10°-45°，斜面体的长度为280mm。

进一步的，所述加热螺线管与圆筒是无缝嵌套结构。

进一步的，两个注塑通道均为圆柱形通道。

进一步的，所述圆筒的长度为300mm。

进一步的，所述装置还包括两个模具垫块，两个模具垫块放置在支架的两端，两个模具垫块的上表面均为弧形面，圆筒的两端分别坐放在两个弧形面上，所述弧形面与圆筒的弧形面相适应。

进一步的，所述挤出机包括填料仓、挤出螺杆和加热机头，所述的填料仓设置在挤出螺杆的一端，所述的加热机头设置在挤出螺杆的另一端，所述加热机头与注塑通道连通。

利用上述装置制备高压XLPE电缆软接头绝缘层界面的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，聚乙烯斜面的制备：先将斜面体放入圆筒中，然后连接圆筒和封头，使斜面体的两端分别顶靠在圆筒和封头上，将第二注塑通道和出气口封死，再将装有斜面体的注塑模具放在支架上，连接挤出机和第一注塑通道，最后挤出机向注塑模具注入聚乙烯进行聚乙烯斜面的制备；

步骤2，步骤1中的聚乙烯斜面制备完成后进行界面的制备：断开挤出机和第一注塑通道的连通，将注塑模具翻转180度，同时将出气管取下连接到出气口，并将第一注塑通道和取下出气管处的开口封死，将封头打开，取出斜面体，再将封头与圆筒连接，将注塑模具放在支架上，连接挤出机1和第二注塑通道，挤出机向注塑模具注入聚乙烯，直至完成高压XLPE电缆软接头绝缘层界面的制备。

相对于现有技术，本发明所述的一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置及方法具有以下优势：

1、本申请为实验用注塑设备，使用本装置制备XLPE-XLPE界面时，首先进行聚乙烯斜面的制备，将钢制圆柱形斜面放入圆筒形模具内，使斜面的两端分别顶靠在圆筒的两个底部，再将注塑模具放入加热螺线管内，连接挤出机与注塑模具，将聚乙烯经注塑通道挤入圆筒形成斜面；斜面制备完成后通过聚乙烯的二次注入进行界面的制备；在实验中可以改变挤出速率、挤出温度以及斜面的倾斜度等参数进行XLPE-XLPE界面的制备，通过研究不同挤出参数下界面的电学特性指导优化实际成型模具的设计，从而提高实际生产的接头产品质量，提高生产效率，节约生产成本。

2、本申请结构简单，操作方便，体积较小，制造成本低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置的主视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为某一种斜面体的主视图；

图5为某一种斜面体的侧视图；

图6为某一种斜面体的俯视图。

附图标记说明：

1-挤出机，1-1-填料仓，1-2-挤出螺杆，1-3-加热机头，2-加热螺线管，3-注塑模具，4-第一注塑通道，5-封头，6-出气管，7-圆筒，8-支架，9-模具垫块，10-斜面体，11-出气口，12-第二注塑通道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图3所示，一种实验用高压XLPE电缆软接头绝缘层界面模拟装置，包括挤出机1、加热螺线管2和注塑模具3，所述的注塑模具3设置在加热螺线管2内，所述的挤出机1设置在加热螺线管2和注塑模具3的外侧，所述挤出机1向注塑模具3内挤入原料，所述的注塑模具3包括封头5、出气管6、支架8、出气口11、第一注塑通道4、第二注塑通道12、斜面体10和圆筒7，所述的圆筒7的一端为开口端，另一端为封闭端，所述的封头5安装在圆筒7的开口端处，所述的斜面体10设置在圆筒7内，且斜面体10的两端分别顶靠在圆筒7和封头5上，所述的出气管6和第一注塑通道4设置在圆筒7的正上方并与圆筒7相通，所述出气口11和第二注塑通道12设置在圆筒7的正下方并与圆筒7相通，所述的出气管6的轴线与封头5的轴线垂直布置，出气管6和第二注塑通道12以圆筒7的中轴线对称设置，所述的圆筒7水平放置在支架8上，长度方向与支架8长度方向平行。

所述斜面体10为自圆柱体的一端至另一端以倾斜切面切削后形成的结构，倾斜切面与水平面的夹角为10°-45°，斜面体10的长度为280mm。通过改变圆柱形斜面体10斜面的倾斜度来模拟实际软接头反应力锥不同位置斜率不同对界面影响。图3给出的是其中一种倾斜度的斜面体10，图4-图6给出的是另一种倾斜度的斜面体，是沿着对角线方向切削而成，将完整的圆柱体切削成沿圆柱体轴线中心对称的两个等大的斜面体。

加热螺线管2与圆筒7是无缝嵌套结构，加热效果好，且安装牢固。

两个注塑通道均为圆柱形通道，如此设计是的聚乙烯均匀流入圆筒7内。

圆筒7的长度为300mm，通过实际电缆样品以及相关仿真分析得出该长度的界面最具有实际效力。

装置还包括两个模具垫块9，两个模具垫块9放置在支架8的两端，两个模具垫块9的上表面均为弧形面，圆筒7的两端分别坐放在两个弧形面上，所述弧形面与圆筒7的弧形面相适应。如此设计可保证注塑模具3在实验过程中的整体稳定性。

挤出机1包括填料仓1-1、挤出螺杆1-2和加热机头1-3，所述的填料仓1-1设置在挤出螺杆1-2的一端，所述的加热机头1-3设置在挤出螺杆1-2的另一端，所述加热机头1-3与注塑通道连通。

本申请中提及到的高压XLPE电缆软接头是一种现有接头。

利用上述装置制备高压XLPE电缆软接头绝缘层界面的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，聚乙烯斜面的制备：先将斜面体10放入圆筒7中，然后连接圆筒7和封头5，使斜面体10的两端分别顶靠在圆筒7和封头5上，将第二注塑通道12和出气口11封死，再将装有斜面体10的注塑模具3放在支架8上，连接挤出机1和第一注塑通道4，启动挤出机1，将聚乙烯由挤出机1的填料仓1-1填入挤出机1，使聚乙烯经挤出机1的挤出螺杆1-2和加热机头1-3进入第一注塑通道4，继而向注塑模具3的圆筒7内注入聚乙烯，进行聚乙烯斜面的制备，挤入聚乙烯时圆筒7与聚乙烯之间留有间隙，保证制备过程中出气顺畅；

步骤2，步骤1中的聚乙烯斜面制备完成后进行界面的制备：断开挤出机1和第一注塑通道4的连通，将注塑模具3翻转180度，同时将出气管6取下连接到出气口11，并将第一注塑通道4和取下出气管6处的开口封死，将封头5打开，取出斜面体10，再将封头5与圆筒7连接，将注塑模具3放在支架8上，连接挤出机1和第二注塑通道12，挤出机1向注塑模具3注入聚乙烯，直至完成高压XLPE电缆软接头绝缘层界面的制备。

本申请的界面制备完成后，通过分析不同挤出参数下XLPE-XLPE界面电学性能的优劣，从而指导挤出参数的设定和优化实际模具的设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。