浙江中大元通特种电缆有限公司 杭州余杭 311100
摘要：本文主要解析了一种新型齿轮状金属护套加热电缆的产品设计原理和生产工艺流程，并结合实际生产工艺针对关键性工序的技术难点进行了深入分析同时提供设计方案。
关键词：加热电缆；工艺流程；设计原理；设计方案
Abstract:This paper mainly analyzes the product design principle and production process of a new type of gear shaped metal sheath heating cable, and combines with the actual production process, analyzes the technical difficulties of the key process, and provides the design scheme.
Keywords: Heating cable, process flow, design principle and design scheme.
一、引言
近年来，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，采暖、空调、生活用热的需求越来越大。由于复杂的历史原因，中国冬季集中供暖主要是东北、西北、华北等黄河以北地区，然而，近几年随着人们对住所舒适度要求的提高，如今，黄河以南、长江流域大部分城市也开始推动冬季供暖的方案，导致电加热电缆的市场需求量越来越大。
目前国内采暖的系统主要有水循环加热系统、空调加热系统、电热丝加热系统，这三种加热系统都存在如下弊端：
1）水循环加热系统的使用易污染，寿命短。现如今使用的水循环地暖，地热管里常年积水，水里有微生物，在一定条件下会产生大量的生物粘泥，覆盖在地热管内，对用户的健康造成危害。据有关资料资料统计，在采暖过程中，地热管内壁每增加1mm水垢，就会使环境温度降低6℃，要达到客户要求的温度就要提高加热功率，长期以往对能源造成了浪费。
2）空调加热系统多用于南方地区，其使用受环境温度影响很大：空调加热的原理是热泵进行热力循环，在零摄氏度以下空调制热效果会大打折扣；长期使用空调也会使空气变得非常干燥，加快细菌、病毒的滋生，还容易造成上呼吸道等感染性疾病发生，很多用户冬天里经常吹空调还患上了空调病。
目前我公司研发出一款新型发热电缆，其加热电缆的主要特点是：1）安全环保：采用低烟无卤聚烯烃绝缘材料，绝缘性能优异，无污染；2）机械性能优异：齿轮状外形在受到外力情况下，只会在齿状处受力形变，不会伤及内部加热导线；3）热效率高：加热电缆导体采用镍铬合金、外护套采用齿轮状铝护套，增大单位散热面积，提高热辐射性能。
二、产品的结构设计及工艺流程
2.1 该电缆结构图如下图1所示：
图 1 电缆结构图
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2.2设计原理：
2.2.1 电缆的导体
加热电缆的导体用于导通电流，将电能转化为热能的原件。根据电缆发热功率的不同采用不同的电阻值的金属丝。Gr20Ni35合金具有良好的高温抗氧化性能，强度高，加工性能好，电阻率随温度的变化改变较小，在大气中的性能稳定，在无机盐或有机酸中也有良好的稳定性。
2.2.2 电缆的绝缘
绝缘层采用辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃材料制成，耐温达150℃，且受热变形小，易于生产，绝缘效果好。辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃属于环保材料，不含卤素，燃烧时烟量较低可视距离长，发生火灾时，可确保不熟悉现场的人有逃生的机会，且不会产生氯化氢等有害气体和腐蚀性的气体，符合推行的环保。
2.2.3 高绝缘散热液体涂覆层
高绝缘散热液体： ZS-411辐射散热降温涂料是北京志盛威华化工有限公司研发生产，世界首创的一种新兴节能涂料。涂料是一种在物体相等的温度下，减少红外线波段，提高红外线辐射频率的节能涂料。涂料经过国内部队涂料专家和科学院院士长时间的评审测试，一致认可涂料辐射降温散热有很好的效果，能提高热交换率在10%以上。
ZS-411辐射散热降温涂料是一种以红外线的形式辐射走物体热量或是加快热量传导的涂料，耐温幅度-50>600℃，涂料直接涂刷在要散热降温或是加快热量传导的物体表面，涂层以>0.92ε左右的发射率和红外波长波段向大气空间或是物体内在空间自动辐射热量，加快热量交换，降低物体表面及内部温度，或是加快提高外部热量向物体内部传导，提高热量交换率。 ZS-411辐射散热降温涂料在起到提高热交换的的同时，也有很好的自洁性、绝缘性、防腐性、防水性、抗酸碱、施工方便的特点。
2.2.4 金属铝护套
护套采用防辐射金属铝护套，代替传统的金属护套，强化了产品的热传输效率，同时铝护套比重小，产品更易于安装。设计铝护套主要起到保护电缆内部结构在敷设、运行过程中不受外界机械损伤，并具有密封防水、防化学腐蚀的作用。齿轮状外形在受到外力情况下，只会在齿状处受力形变，不会伤及内部加热导线。铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化，具有一定的耐腐蚀能力。加热电缆在高温的条件下工作时，导体温度达到120℃甚至150℃以上时，要求电缆表面的材料要承受如此高的温度，采用铝护套材料具有很好的耐温性能。
2.3 工艺流程及方案要点
2.3.1产品工艺流程图如下图2所示
图2产品工艺流程图
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2.3.2 导体拉制及绝缘挤制
导体通过拉丝退火工艺对导体进行处理，绝缘采用挤压式挤包辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料，该材料具有耐高温性能，可经受150℃的高温。绝缘材料为氧指数38以上的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，且受热变形小，遇火焰可结壳，阻止火焰的蔓延。
2.3.3 绝缘绕包加高绝缘散热液体涂覆
同时在绝缘外重叠绕包2层（0.2±0.05）mm厚的玻纤带，重叠率为（20±5）%，玻纤带也具有阻燃性能，玻纤带上涂覆一层高绝缘散热液体材料，可以经受600℃的高温，提高了加热电缆的寿命。
固化方式：常温固化，不须加热固化，涂刷时要在通风的环境中。涂刷基体或设备最佳表面温度是0--60℃，不能直接涂刷在正在运行的低温和高温基体或是设备表面上，从而影响辐射散热降温效果。固化涂层：涂料涂层固化后涂层饱满平整，兼顾很好的防腐、防水性。
本涂料为双组分两包装，使用前充分混合：使用前将涂料组分A（淡黄色、白色、灰色、黑色）摇均，A组分放置时间长后会有部分材料沉淀，使用前先摇均匀。组分A摇均匀后和组分B混合，B组份是固化剂，混合比：组分A组分B=20/1（重量比），边搅拌边把组分B缓慢加入组分A中，搅匀，静止30分钟后使用。混合好的涂料要在8个小时用完。
2.3.4 铝护套的挤制
最后挤制一层齿轮状的铝合金外护套，能够有效的保护线芯，防止外部冲击，护套做成齿轮状增加了散热面积，提高效率，节约能量。铝护套具有高耐腐蚀性，不需要采用附加的防护措施，电缆的铝护套还具有接地导线的作用，提高了电缆的安全性能。
三、结束语
本文紧紧围绕齿轮状金属护套加热电缆的工艺设计为中心，以实际生产的产品为导向，向读者展现了一种新型加热电缆的设计方案和工艺流程。齿轮状金属护套加热电缆打破常规技术瓶颈，吸收并应用国内先进的材料，解决了行业内多年以来的技术难题，可以说是一次革命性的技术创新，更是加热电缆领域内一次技术突破，它不但提高国内加热电缆的技术水平，同时正在引领加热电缆走向新的技术方向。
参考文献：
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