Производство обмоточных проводов

• Введение
• 1. Литературный обзор
• 1.1 Описание провода
• 1.2 Описание материалов
• 1.3 Описание технологии
• 1.4 Составление годовой производственной программы цеха
• 1.5 Обоснование выбора конструкции
• 1.6 Расчет валового запуска
• 1.7 Обоснование выбора технологического процесса
• 1.8 Обоснование выбора технологического оборудования
• 1.9 Расчет технологического режима
• 1.10 Расчет маршрута калибров
• 1.11. Расчет потребного количества оборудования
• 1.12. Обоснование и выбор внутрицеховой и отправной тары
• 1.13. Расчет необходимого количества и стоимости полуфабрикатов и материалов на годовую программу
• 1.14 Расчет установленной мощности токоприемников и мощности трансформаторного отделения
• 1.15 Предварительный расчет потребных площадей для производственных и вспомогательных целей
• 1.16 Обоснование планировки оборудования в отделении
• 1.17 Обоснование типов и расчёт необходимого количества транспортных средств и грузоподъёмных механизмов
• 1.18 Обоснование требований к строительной части
• Список литературы

Обмоточные провода — это провода, применяемые для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и приборов.

В настоящее время требуются провода с большими температурными индексами. Для производства таких проводов применяются специальные лаки, обеспечивающие нормальную работу провода в течение 20 000 часов при определенной температуре. В связи с тем, что сейчас производят все более мощные двигатели, работающие при повышенных температурах, большое распространение получили провода с температурным индексом 150 и выше.

Провода с эмалевой изоляцией получили очень широкое распространение, так как малая толщина изоляции позволяет уменьшить габариты и массу электрических машин. Это является большим плюсом при проектировки различных агрегатов, использующих электрические двигатели. Кроме того эмалевая изоляция обладает хорошими электрическими и механическими параметрами.

На данный момент производство различных электрических машин и приборов, требует модернизации в производстве обмоточных проводов. В том числе повышение температурного индекса и снижение размеров обмотки в электрических машинах. Для решения этих проблем применяют новые лаки, и компаунды, которые могут обеспечить высокий температурный индекс и соответствующие электрические характеристики. Так же активно применяют провода с 2 слоями различных лаков. В таких проводах первый слой может обеспечивать электрические характеристики, а второй может повысить температурный индекс. Такой вид изоляции помогает снизить стоимость продукции и сохранить характеристики провода.

Задачей настоящего курсового проекта является разработка цеха по производству наиболее востребованных в настоящее время эмалированных проводов марки ПЭЭИД2−200, при этом выбрать прогрессивные материалы, технологию, оборудование, определить экономические затраты.

обмоточный провод эмалированный цех

1. Литературный обзор

1.1 Описание провода

ПЭЭИД2−200-МЭК — провод медный, круглый, эмалированный, с двухслойной изоляцией на основе полиэфиримидов, с покрытием полиамидимидом с толщиной изоляции типа 2, с температурным индексом 200. Температурный индекс 200 указывает на то, что данный провод может выдержать 20 тысяч часов при температуре 200 ⁰С. Цифра 2 в маркировке провода указывает на тип изоляции. Минимальная температура окружающей среды, допускаемая при эксплуатации проводов — 60⁰С.

Область применения

Провода предназначены для изготовления обмоток температурного класса 200 в силовых и тяговых двигателях, сухих трансформаторах, генераторах, измерительных приборах, катушках, реле и аппаратуре связи, а так же в холодильных установках и кондиционерах, работающих в среде фреонов (хладонов).

Благодаря высоким электрическим, температурным свойствам, а так же устойчивости к агрессивным средам: кислотам, растворителям (60% уайт-спирита, 30% ксилола, 10% бутанола), маслам (трансформаторному) и фреонам (R 12, R 22), провод обеспечивает высокую степень надежности изделий и используется в изготовлении взрывозащищенного оборудования для химической, газовой, нефтеперерабатывающей и угольной промышленности. Исключительная механическая прочность изоляции провода позволяет использовать провод при автоматической намотке.

Номинальный диаметр проволоки (токопроводящей жилы), предельные отклонения диаметра проволоки провода, минимальная диаметральная толщина изоляции максимальный диаметр проводов должны соответствовать указанным в табл.1. [1]

Таблица 1. Геометрические размеры провода

Провода должны быть намотаны на катушку одним отрезком. Минимальная масса отрезка провода на катушке должна быть не менее 0,45 кг.

Поверхность провода должна быть гладкой и свободной от инородных включений и пузырей. Допускаются единичные наплывы.

Намотка проводов на катушке должна быть без петель, механических повреждений, перепутывания и спадания витков.

Требования к электрическим параметрам Минимальное значение пробивного напряжения изоляции проводов должно соответствовать указанному в табл.2, при этом для промежуточных значений размеров должно соответствовать значению, установленному для ближайшего большего номинального диаметра проволоки. [1]

Таблица 2. Пробивное напряжение изоляции

Число точечных повреждений в изоляции проводов на длине (30±0,30) м не должно быть более 5.

Электрическое сопротивление проволоки (токопроводящей жилы) постоянному току, пересчитанное на 1 м длинны и температуру 20⁰С, указанно в табл.3.

Таблица 3. Электрическое сопротивление проволоки

Требования к механическим параметрам Относительное удлинение проводов при растяжении до разрыва должно соответствовать указанному в табл.4, для промежуточных размеров должно соответствовать значению, установленному для ближайшего большего номинального диаметра. [8]

Таблица 4. Относительное удлинение провода

Изоляция проводов должна обладать адгезией к проволоке для проводов с номинальным диаметром проволоки свыше 1 мм после кручения провода вокруг своей оси.

Провода не должны быть упругими, максимальный угол отдачи провода должен соответствовать указанному в табл.5, для промежуточных размеров должен соответствовать значению, установленному для ближайшего большего номинального диаметра проволоки.

Таблица 5. Максимальный угол отдачи провода

Изоляция проводов с номинальным диаметром проволоки 0,250 мм и более должна быть механически прочной.

Среднее и минимальное значение нагрузок, разрушающих изоляцию, должны соответствовать указанным в табл.6, значения для промежуточных размеров должны соответствовать установленным для ближайшего большего номинального диаметра проволоки.

Таблица 6. Разрушающая нагрузка изоляции

Изоляция проводов должна быть эластичной в исходном состоянии. Для проводов с проволокой номинальным диаметром до 1,600 мм включительно не должно быть растрескивания или отслаивания изоляции после растяжения и навивания провода на стержень.

Требования к термическим параметрам Изоляция проводов должна быть эластичной после воздействия температуры (220±5)°С в течение 30 минут (тепловой удар).

После воздействия температуры не должно быть растрескиваний и отслоения изоляции. Для проводов с проволокой номинальным диаметром свыше 0,140 до 1,600 мм включительно после навивания на стержень в соответствии с табл.7, при этом для промежуточных размеров диаметр стержня должен соответствовать установленному для ближайшего большего номинального диаметра проволоки.

Таблица 7. Диаметр стержня

Изоляция проводов должна быть стойкой к продавливанию при температуре (320±5)°С (термопластичность).

Стойкость к воздействию растворителей Изоляция проводов должна быть стойкой к воздействию стандартного органического растворителя.

Требования к маркировке Маркировка должна соответствовать требованиям ГОСТ 18 690–82.

Каждая катушка с проводом должна быть снабжена ярлыком, на котором должно быть указано:

1) Товарный знак или наименование предприятия-изготовителя;

2) Обозначение технических условий;

3) Условное обозначение провода;

4) Дата изготовления (год, месяц);

5) Табельный номер рабочего;

На ярлыке должно быть проставлено клеймо технического контроля.

Транспортная маркировка должна соответствовать требованиям ГОСТ 14 192–77.

На ящике должны быть указаны манипуляционные знаки: «Осторожно, хрупкое», «Боится сырости» .

Требования к упаковке Упаковка проводов должна соответствовать ГОСТ 18 690–82.

Провода должны быть намотаны на катушки по ТУ 16−507.000−82, ТУ 6−05−1569−77, ТУ 16. К11−11−89.

Катушки с проводом должны быть упакованы в ящик по ГОСТ 16 511–86, ГОСТ 9142–90 или другие равноценные, или контейнеры, поддоны, пакеты.

В каждый ящик (контейнер, поддон, пакет) должен быть вложен паспорт качества и упаковочный лист, в котором указывают:

1) Товарный знак или наименование предприятия-изготовителя;

2) Обозначение технических условий;

3) Условное обозначение провода;

4) Масса брутто и нетто в килограммах;

5) Число катушек (шт.);

На документе должно быть проставлено клеймо технического контроля. [10]

Правила приемки Правила приемки провода должны соответствовать требованиям ГОСТ 15 895–77 и ГОСТ 16 504–81 с дополнениями изложенными далее.

Для проверки соответствия провода требованиям настоящих технических условий устанавливаются: приемо-сдаточные, периодические и типовые испытания. [1]

Приемо-сдаточные испытания

1. Проверка внешнего вида поверхности провода и качества намотки.

Производится внешним осмотром без применения увеличительных приборов.

2. Проверка конструктивных размеров (по ГОСТ Р МЭК 60 851−2-2002).

Измерительное оборудование должно иметь разрушающую способность не менее 2 мкм для проводов с жилой диаметром свыше 0, 200 мм и не более 1 мкм — для проводов с жилами диаметром до 0, 200 мм включительно. Можно использовать как механический контактный, так и механический бесконтактный микрометры.

С образца провода в виде прямого отрезка удаляют изоляцию любым способом, не повреждающим жилу. Проводят три измерения диаметра жилы в точках, равномерно распределенных по окружности сечения жилы.

3. Проверка массы отрезка провода на катушке.

Проверку массы отрезков провода проводят на весах статического взвешивания среднего класса точности или лабораторных весах общего назначения с погрешностью, регламентированной ГОСТ 29 329–92 или ГОСТ 24 104–83 соответственно.

Массу отрезка провода на катушке определяют как разность между измеренной массой брутто и расчетной массой катушки без провода.

Расчетную массу первой катушки без провода определяют как среднеарифметическое значение массы от взвешивания 100 катушек.

4. Испытание изоляции напряжением (по ГОСТ Р МЭК 608 581−5).

Испытательное напряжение — это напряжение переменного тока номинальной частотой 50 или 60 Гц.

Образцы провода в виде прямого отрезка длиной около 400 мм с удаленной с обоих концов изоляцией складывают пополам и скручивают на длине (125±5) мм. Петлю на конце скрученного участка образца разрезают в двух местах, чтобы обеспечить максимальное расстояние между образовавшимися концами.

Испытательное напряжение прикладывается между жилами проводов.

Испытание проводят на пяти образцах. Фиксируют 5 отдельных значений.

5. Проверка числа точечных повреждений в изоляции провода.

Точечные повреждения при высоком напряжении.

Образец провода с заземленной жилой протягивают с постоянной скоростью через электрод с U-образной канавкой. Испытательное напряжение постоянного тока прикладывается между электродом и землей. Повреждения изоляции провода фиксируют и регистрируют счетчиком. Определяют число повреждений провода на длине 30 м.

6. Проверка относительного удлинения.

Образец провода в виде прямого отрезка растягивают до разрыва жилы со скоростью (5±1) мм/с на установке для измерения удлинения или испытания на разрыв при испытуемой длине образца 200−250 мм. Линейное увеличение образца при разрыве выражают в процентах от первоначальной испытуемой длины. Также фиксируют усилие при разрыве.

7. Проверка упаковки. [8]

Периодические испытания

1. Испытание на упругость.

Образец провода в виде прямого отрезка наматывают пятью витками вокруг оправки, диаметр которой и натяжение, прикладываемое к проводу при намотке, указаны в нормативных документах на конкретные провода. Показателем упругости является угол раскручивания конца пятого витка образца провода.

2. Испытание изоляции провода на адгезию.

Образец провода в виде прямого отрезка длиной около 300 мм закрепляют между клиновидными зажимами испытательного устройства, расстояние между которыми 200−250 мм, и растягивают рывком до разрыва или удлинения, значение которого установлено в нормативном документе на конкретный провод.

3. Испытание изоляции провода на стойкость к продавливанию (термопластичность).

Термопластичность определяется температурой, при которой происходит замыкание между двумя образцами провода, пересекающих друг друга под прямым углом, при приложении усилия в точке приложения.

4. Испытание изоляции провода на тепловой удар.

Образец помещают на 30 мин в термостат с принудительной циркуляцией воздуха, имеющий температуру, установленную в нормативном документе на конкретный провод. После извлечения образца из термостата его охлаждают до комнатной температуры и осматривают на наличие трещин.

5. Испытание изоляции провода на механическую прочность.

Образец провода в виде прямого отрезка испытывают на истирание при одностороннем движении иглы диаметром 0,23 мм вдоль поверхности провода, к которой прикладывают постепенно возрастающую нагрузку.

Нагрузку, при которой возникает электрический контакт иглы с жилой, считают разрушающей.

6. Испытание изоляции провода на стойкость к органическим растворителям.

При испытании используют следующие растворители: стандартный растворитель (60% уайт-спирита, 30% ксилола, 10% бутанола); растворитель, принятый по согласованию между заказчиком и изготовителем.

Образец погружают в растворитель и выдерживают при температуре (60±3) ⁰С в течение (30±3) мин. Затем образец вынимают из растворителя и не позже, чем через 30 с определяют твердость поверхности провода.

7. Проверка электрического сопротивления токопроводящей жилы.

Электрическое сопротивление — это сопротивление провода постоянному току при температуре 20 ⁰С на длине 1 м.

Для провода пучковой скрутки используют отрезок длиной до 10 м включительно, концы которого перед измерением сопротивления должны быть спаяны. Если измерение сопротивления применяют для определения количества оборванных проволок, испытывают отрезок провода пучковой скрутки длиной 10 м. [8]

Типовые испытания Испытания проводят по программе, утверждённой в установленном порядке. По результатам испытаний, оформленных протоколом и актом, принимают решения о возможности и целесообразности внесения изменений в техническую документацию. [8]

Транспортировка и хранение Упаковка, транспортирование и хранение провода должно соответствовать требованиям ГОСТ 18 690–89.

Условия хранения провода должны соответствовать группе 1 (Л) по ГОСТ 15 150–69.

Условия транспортировки провода в части воздействия климатических факторов должны соответствовать условиям хранения 5 (ОЖ4) по ГОСТ 15 150–69. [6]

Указания по эксплуатации.

Провод должен эксплуатироваться при температуре не менее минус 60 °C и не более плюс 180 °C.

Провода по окончании срока эксплуатации должны быть демонтированы и переданы на вторичное сырьё. [1]

1.2 Описание материалов

Проводниковые материалы

По применяемым проводниковым материалам обмоточные провода делятся на медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления. Незначительная часть проводов выпускается с проводниками из биметаллов, драгоценных металлов и из специальных сплавов, в частности сверхпроводящих.

Основным проводниковым материалом, используемым для производства обмоточных проводов, является медь. По электрической проводимости медь превосходит все другие материалы, за исключением серебра, что позволяет обеспечивать минимальные габаритные размеры обмоток электрических машин; аппаратов и приборов.

Примеси оказывают неблагоприятное влияние на механические и электрические свойства меди, поэтому для производств эмалированных проводов используется медь марок М1, М0. Лучшими параметрами с точки зрения применения в производстве обмоточных проводов, и в первую очередь эмалированных проводов, обладает бескислородная медь, почти свободная от содержания кислорода. Бескислородная медь превосходит обычную по пластичности и обеспечивает получение проволоки с лучшим качеством поверхности.

Из медных слитков получают катанку. Существуют два метода получения медной катанки: традиционный — метод горячей прокатки. Сущность процесса прокатки заключается в последовательном уменьшении поперечного сечения и увеличения длины прокатываемой заготовки при её прохождении между несколькими парами валков, вращающихся в разные стороны; второй, более прогрессивный — метод непрерывного литья и прокатки.

Вторым по значению металлом в производстве обмоточных проводов является алюминий. Содержание его в земной коре составляет 7,5%, а меди — около 0.01%, так что потенциально применение алюминия взамен меди будет расширяться.

Для производства обмоточных проводов применяется алюминий технической чистоты марок: А5Е и А7Е по ГОСТ 11 069–74.

В табл.8 приводятся основные параметры алюминия и меди. [5]

Таблица 8. Параметры меди и алюминия

Удельное сопротивление алюминия в 1,62 раза выше, чем у меди. Поэтому сечение алюминиевой проволоки с таким же электрическим сопротивлением, как и медной, должно быть в 1,62 раза, а диаметр — в 1,27 раза больше, чем медной проволоки. При этом алюминиевая проволока будет в 3 раза легче медной.

Кроме меди и алюминия, довольно широко применяются также сплавы высокого электрического сопротивления — манганин, константан и нихром. Провода из сплавов сопротивления необходимы для электроизмерительных и электронагревательных приборов, образцовых резисторов, реостатов.

Манганин — относится к группе медно-никелевых сплавов (ГОСТ 492−73) и содержит, кроме меди и никеля, марганец. Примерный состав манганина марки МНМц3−12: марганец — (11,5−13,5) %; никель (с кобальтом) — (2,5−3,5) %; остальное — медь.

Константан имеет те же компоненты, что и манганин, только содержатся они в других соотношениях, константан марки МНМц40−1,5: никель (с кобальтом) — (39−41) %; марганец — (1−2) %; остальное — медь.

Сплавы, имеющие общее название нихром, состоят из никеля, хрома и железа (ГОСТ 10 994−74).

Основные параметры сплавов высокого сопротивления приведены в табл.9.

Таблица 9. Параметры сплавов высокого сопротивления

Изоляционные материалы Классификация по температуре Существует понятие «температурный индекс», численно равный температуре, при которой в течение не менее 20 000 ч пробивное напряжение (или другой параметр) сохраняется выше определенного заданного уровня. По значению температурного индекса можно классифицировать обмоточные провода следующим образом:

1 — с температурным индексом 105 (например, поливинилацеталевая изоляция и изоляция на основе масляных лаков, пропитанный натуральный шелк, бумага);

2 — с температурным индексом 120 (полиуретановая изоляция; изоляция из волокна лавсан и т. д.);

3 — с температурным индексом 130 (например, немодифицированные полиэфирные лаки);

4 — с температурным индексом 155 (полиэфиримидная изоляция, стекловолокнистая изоляция, пропитанная глифталевыми лаками, и т. д.);

5 — с температурным индексом 180 (например, стекловолокнистая изоляция, пропитанная кремнийорганическими лаками, некоторые модифицированные полиэфиримидные лаки);

6 — с температурным индексом 200 (полиамидимидная изоляция);

7 — с температурным индексом 220 — 240 (полиимидная изоляция).

Для проводов более высокой нагревостойкости температурные индексы обычно не устанавливаются, так как при (250 — 300)°С и выше срок эксплуатации обмоточных проводов менее 20 000 ч. Температурный индекс обмоточных проводов зависит не только от изоляционного материала, но и от материала проводника и технологических факторов производства проводов.

Классификация по типу изоляции По видам изоляции обмоточные провода можно классифицировать следующим образом:

обмоточные провода с эмалевой изоляцией, или эмалированные провода;

обмоточные провода с волокнистой или комбинированной эмалево-волокнистой изоляцией, в том числе со стекловолокнистой и бумажной;

обмоточные провода с пластмассовой изоляцией, включая пленочную.

Кроме того, в ограниченном количестве для нужд приборостроения выпускаются обмоточные провода со сплошной стеклянной, стеклоэмалевой и керамической изоляцией.

Обмоточные провода с эмалевой изоляцией имеют более тонкую изоляцию, что позволяет увеличить коэффициент использования паза в электрических машинах и аппаратах, повысить их мощность или снизить габариты электротехнических устройств при сохранении существующих параметров.

Обмоточные провода с пленочной изоляцией используются в тяговых электрических машинах, высоковольтных двигателях, электродвигателях погружных насосов нефтедобычи. Высокая нагревостойкость и электрическая прочность обусловливают их высокую надежность в эксплуатации. В ряде случаев пленочная изоляция может быть герметизирована путем спекания при нагреве.

Обмоточные провода с пластмассовой изоляцией применяются для намотки погружных электродвигателей насосов водопонижения. Одним из важнейших параметров обмоточных проводов является нагревостойкость. Поэтому, классификация обмоточных проводов проводится по длительной допустимой рабочей температуре.

Обмоточные провода с эмалевой изоляцией С точки зрения условий производства эмалированные провода менее трудоемки по сравнению с проводами, изоляция которых накладывается на проволоку, например, методом обмотки. Поэтому при переходе к выпуску эмалированных проводов производительность труда на кабельных заводах возрастает. Однако, этот переход связан и с определенными трудностями. Так, все в больших количествах требуются различные синтетические лаки для эмалирования проволоки, зачастую довольно дорогостоящие; возникают проблемы, связанные с необходимостью охраны окружающей среды в связи с использованием для лаков токсичных растворителей.

Основная тенденция в производстве эмалированных проводов — увеличение объема выпуска проводов с высокопрочной и нагревостойкой изоляцией, рассчитанной на эксплуатацию при (130 — 180)°С, за счет сокращения выпуска проводов на рабочую температуру 105 °C, в частности проводов с изоляцией на основе масляных и поливинилацеталевых лаков. В то же время неуклонно возрастает производство нагревостойких эмаль-проводов с полиэфирной, полиэфиримидной и полиимидной изоляцией. В будущем эмалированные провода должны постепенно заменить обмоточные провода с волокнистой изоляцией.

Одной из важнейших задач является снижение толщины изоляции за счет уменьшения метрического номера применяемых синтетических и стеклянных волокон. Для проводов с бумажной изоляцией главным вопросом всегда являлся вопрос качества медного или алюминиевого проводника, так как при эксплуатации масляных трансформаторов, в которых эти провода применяются, дефекты проволоки могут вызывать концентрацию напряженности электрического поля, и в результате происходят пробой изоляции и межвитковое замыкание.

Для изоляции обмоточных проводов с эмалевой изоляцией применяют электроизоляционные лаки, представляющие собой раствор высокомолекулярных пленкообразующих соединений в органических летучих жидкостях. При нагревании лакового покрытия на проволоке молекулярная масса пленкообразующих соединений возрастает, а растворитель испаряется, в результате чего на проводе образуется твердая эмалевая пленка. Ее гибкость обеспечивается наличием в пленке жидкостей, которые не испаряются при нагреве и выполняют роль пластификаторов.

Наиболее нагревостойкие эмалевые покрытия образуют лаки на основе полиэфирных смол, представляющих собой продукты поликонденсации двухосновных кислот и многоатомных спиртов. Сырьем для получения лака ПЭ-943 служат терефталевая кислота, этиленгликоль и глицерин. Основа лака ПЭ-939 получается при взаимодействии глицерина и расплавленной полиэфирной смолы (лавсана). С целью улучшения стойкости проводов с полиэфирной изоляцией к тепловым ударам и повышения нагревостойкости используются модифицированные полиэфирные лаки.

Провода с изоляцией этими лаками по нагревостойкости соответствуют классу F (155°С) или Н (180°С). Максимальная нагревостойкость изоляции проводов обеспечивается при применении полиимидных соединений. Полиэфиримидные лаки имеют более высокую нагревостойкость (155 — 180)°С по сравнению с полиэфирными 130 °C, не уступают им по технологическим параметрам и растворяются в крезоле в смеси с сольвентом каменноугольным или ксинолом. Лак ПЭ-955 представляет собой продукт на основе полиэфира.

Полиуретановый лак УЛ-1 представляет собой продукт взаимодействия диизоцианатов с соединениями, содержащими гидроксильные группы, и применяется для проводов, обслуживающихся без предварительной зачистки изоляции. Около 5% проводов выпускаются с изоляцией лаками на основе высыхающих натуральных масел (тунговое и льняное), синтетической смолы ксиленольного копала и резината кальция, получаемого из канифоли. Растворителем лака на масляной основе является керосин.

Лаковые покрытия имеют высокие электроизоляционные параметры, но невысокие механическую прочность и стойкость к растворителям. Двухслойная изоляция проводов с эмалевой изоляцией представляет собой два различных лака, нанесенных на провод последовательно. На провода, предназначаемые для склеивания при нагревании, поверх основной изоляции на основе поливинилацеталевого или полиэфирного лака наносится клеящий слой из поливинилацетатного лака. Этот лак при температуре (120−150)°С размягчается, а при понижении температуры переходит в твердое состояние. Для защиты провода от механических повреждений применяются покрытия на основе полиамидов (лак КЛ-1) — раствор поликапролактама в трикрезоле.

Лаки для проводов с температурным индексом 105 °C.

В качестве изоляционных покрытий эмалированных проводов с ТИ 105 наиболее широко применяются покрытия на основе поливинилацеталевых лаков.

Самый распространенный в отечественной практике поливинилацеталевый лак — это лак ВЛ-931, или винифлекс.

Лак ВЛ — 931 — однородная жидкость от желтого до светло-коричневого цвета с вязкостью от 300 до 600 с по вискозиметру ВЗ — 1 с соплом 5,4.

Другим представителем поливинилацеталевых лаков является — лак ВЛ — 941. За рубежом лаки на основе поливинилформалевых смол известны, как: формекс, формвар, формадур и т. д.

Изоляция на основе поливинилацеталевых лаков может длительно работать при температуре 105 градусов.

Лаки для проводов с температурным индексом 120 °C.

Следующим классом по температурному индексу являются круглые медные провода с температурным индексом 120 °C с полиуретановой изоляцией Отечественный полиуретановый лак УР — 973 получают путём взаимодействия монофенилуретана, фенольной и полиэфирной смолы с добавками поливинилацеталевой смолы — поливинилформаьэтилаля. Вязкость лака по вискозимитру ВЗ — 1 находится в пределах 50−100 с.

Разработанный позднее полиуретановый лак марки УР — 9119 обладает рядом преимуществ перед лаком УР — 973. Он представляет собой раствор в смеси трикрезола (или ксиленола) и ксилола полиэфирной смолы марки ТС — 1 и трилзоцианата ауризонол БТТ Лаки для проводов с температурным индексом 130 °C.

Основой полиэфирных лаков, предназначенных для проводов с температурным индексом 130, являются, полиэтилентерефталатные смолы. В отечественной практике используются два полиэфирных лака, различающихся по способу получения: ПЭ-943 и ПЭ-939. Проводами с изоляцией из полиэфирных лаков являются провода: медные круглые марок ПЭТВ-1 и ПЭТВ-2, алюминиевые круглые марки ПЭЭА-130, прямоугольные медные марки ПЭТВП.

Лаки для проводов с температурным индексом 155 °C В целях повышения стойкости к тепловому удару изоляции эмалированных проводов на полиэфирных лаках применяются их модифицирование. Наиболее распространённым способом модифицирования является введение в состав полиэтилентередналатного полимера имидной группы. Модифицированные полиэфирные лаки обеспечивают более высокие тепловые характеристики проводов. Марки круглых медных проводов с температурным индексом 155°С: ПЭТ-155; ПЭТМ-155; ПЭФ-155; медных прямоугольных — ПЭЭИП — 1−155; ПЭЭИП2−155

Для проводов с температурным индексом 155 применяются полиэфирциануратимидные лаки, такие как: ИД-9142; ПЭ-999; ПЛ-955.

Лаки для проводов с температурным индексом 180 °C Для проводов с температурным индексом 180 °C применяются полиэфиримидные. Основная марка медных круглых проводов с температурным индексом 180 °C — ПЭТ-180. В России они выпускаются пока в незначительных количествах — это лаки марок ИД-9122, ПИ-9177, ПИ-180.

Лаки для проводов с температурным индексом 200 °C и выше Для проводов, длительно эксплуатирующихся при температуре (200−220)°С, используются лаки на полиамидимидной и полиимидной основе. К таким лакам относятся лаки марок: ПИ 9155 А; АД 9113; АД 9103. Зарубежные фирмы также занимаются изготовлением таких лаков.

В настоящее время увеличивается спрос потребителей на провода с изоляцией из 2-х и более типов. Наиболее распространённые из них — это провода марок: ПЭТД — 180; ПЭЭИД2 — 200. Основной слой изоляции получен на основе полиэфиримидных лаков, второй на основе полиамидимидного лака. Второй слой в этих проводах повышает тепловые характеристики провода, кроме того за счёт скольжения обеспечивает хорошую технологичность при намотке из него изделий.

В 2-х слойных проводах с клеящим верхним слоем важным свойством является способность витков провода в намоточных изделиях склеиваться при нагреве их током и тем самым обеспечивать монолитность намотки.

1.3 Описание технологии

Проволока, предназначенная для эмалирования, сматывается с отдающего устройства за счет усилия тягового устройства волочильной приставки. [2]

Проволока проходит через волочильную приставку, где изменяется ее диаметр до необходимого размера. После этого проволока проходит через устройство чистки, очищаясь от остатков эмульсии, медной пыли. [2]

Для придания пластичности, утраченной в процессе вытяжки при волочении, проволока проходит через печь основного отжига, которая находится в одном корпусе вместе с эмаль-печью. На выходе из печи отжига находится система охлаждения проволоки, предназначенная для исключения окисления проволоки; система представляет собой вертикальный короб, через который проходит проволока и по которому циркулирует вода. Остатки воды с проволоки сдуваются с помощью подачи воздуха под давлением. [2]

После отжига проволока поступает в лаконаносящее устройство, где происходит нанесение эмаль-лака. На проволоку наносится слой лака, после чего она проходит через эмаль-печь, короб охлаждения и возвращается обратно в лаконаносящее устройство, где на нее накладывается следующий слой лака и т. д. Таким образом, изоляция на проволоку наносится послойно, с термообработкой каждого слоя в эмаль-печи. [2]

После термообработки в эмаль-печи, каждый проход провода проходит через короб охлаждения, где происходит его охлаждение, с целью исключения повреждения изоляции при контакте с верхними оборотными роликами.

После прохождения последнего прохода, эмаль-провод, через систему контроля диаметра и точечных повреждений изоляции готового провода, поступает на приемное устройство, где происходит его намотка на приемную катушку. [2]

1.4 Составление годовой производственной программы цеха

Годовая производственная программа выпуска составляется с целью расчёта необходимого количества материалов, оборудования, работающих. Годовая производственная программа выпуска равняется 600 000 км. Годовой товарный выпуск указан в табл.10.

Расчёт ведётся по четырем диаметрам: 0,315; 0,335; 0,355; 0,38 мм.

Таблица 10. Годовой товарный выпуск

1.5 Обоснование выбора конструкции

Эмалированный провод марки ПЭЭИД2−200-МЭК выпускается по ТУ 16 К71−250−95. Конструкция провода приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция провода ПЭЭИД2−200: 1 — медная токопроводящая жила; 2 — нижний слой эмалевой изоляции на основе полиэфиримидов; 3 — верхний слой эмалевой изоляции на основе полиамидимидов.

Требования к конструкции

Медная проволока должна иметь двухслойную эмалевую изоляцию: первый слой — полиэфиримидную, второй — полиамидимидную.

Поверхность провода должна быть гладкой и свободной от инородных включений и пузырей.

Допускаются единичные наплывы.

Намотка провода на катушке должна быть без петель, механических повреждений, перепутывания и спадания витков.

Материалы, применяемые для изготовления провода должны соответствовать: катанка медная 1 и 2 класса по ТУ 16. К71−008−87, проволока медная (при кооперационных поставках) по ТУ 16−705.492−2005, лаки изоляционные: полиэфиримидный (нижний слой), полиамидимидный (верхний слой).

Круглая медная электротехническая проволока должна соответствовать ТУ 16−705.492−2005.

Проволока медная электротехническая изготавливается следующих марок:

МТ — медная твёрдая;

ММ — медная мягкая;

МС — медная для воздушных линий связи;

МТЭ — медная твёрдая для эмалирования;

ММЭ — медная мягкая для эмалирования;

МТБ — медная твердая из бескислородной меди;

ММБ — медная мягкая из бескислородной меди.

Поверхность проволоки должна быть чистой. При арбитражных проверках проволоки ММЭ окисленность поверхности не должна превышать 0,75 г/м² и сухой остаток не должен превышать 0,1 г/м².

На поверхности проволоки не допускаются: царапины, риски, забоины, заусеницы, раковины, надрывы, а также дефекты, обусловленные технологией производства, выводящие диаметр за предельные отклонения.

Для изготовления проволоки должна применяться катанка медная по ТУ 16−705.491−2001и другой отечественной и зарубежной нормативной документации. Проволока марок МТЭ и ММЭ должна изготовляться из катанки классов, А и Б.

Удельно-электрическое сопротивление проволоки диаметром до 1,00 мм постоянному току, при температуре 20 °C должно быть не более 0,1 724 ОМ*м*10^-6.

Число перегибов для проволоки марок ММЭ и МТЭ не нормируется.

Проволока марки ММЭ диаметром от 0,160 до 2,80 мм должна выдерживать навивание на стержень диаметром, равным номинальному диаметру проволоки.

Проволока (подтяжка), предназначенная для последующего волочения, в том числе для эмалирования проводов тонких и тончайших размеров, не должна иметь обрывов при волочении до диаметра, согласованного между заказчиком и изготовителем.

Для изготовления проводов ПЭЭИД2−200 выбираем медную проволоку марки ММЭ. Расчетная масса материалов приведена в табл.11.

Таблица 11. Конструктивные размеры и расчетная масса эмалированного провода марки ПЭЭИД2−200-МЭК

1.6 Расчет валового запуска

Валовый запуск — количество полуфабрикатов, которое должен выпустить цех для выполнения годовой производственной программы. Процент отходов берётся из установленных для базового предприятия норм отходов материала на токопроводящую жилу по всем технологическим операциям.

Где, ВЗ — валовый запуск;

ГВ — годовой выпуск;

n_k — количество заготовок, участвующих в выпуске готового изделия;

k_уm — коэффициент укрутки на последующих технологических операциях;

— суммарный процент отходов на всех технологических операциях включая данную.

км

Данные расчета по маркоразмерам сведены в табл.12.

Таблица 12. Валовый запуск

1.7 Обоснование выбора технологического процесса

На рисунке 2 приведена блок-схема технологических процессов при производстве провода ПЭЭИД-2−200 с указанием потоков основных технологических материалов.

Рис. 2. Блок-схема технологических процессов при производстве провода ПЭЭИД-2−200

Выбранный технологический процесс должен обеспечивать высокую производительность и высокое качество продукции при наименьших издержках производства.

Проволока с отдающего устройства поступает на волочильную приставку. Диаметр проволоки в процессе волочения уменьшается, а скорость её движения увеличивается. Волоки для медной проволоки изготавливаются из металлокерамических сплавов, натуральных и искусственных алмазов. Для увеличения скорости процесса волочения в каждую волоку подаётся эмульсия. [2]

При волочении медной проволоки всех диаметров применяются только жидкие смазки. При волочении медной проволоки диаметром 0,2 мм и выше применяются мыльно-масленные и синтетические эмульсии, типа эфирол, унапол и другие, основой которых являются нефтяные масла.

После прохождения проволоки через волочильную приставку, она подвергается отжигу, который необходим для повышения пластичности меди после волочения. [2]

На проектируемом участке при изготовлении провода ПЭЭИД2−200 процесс волочения, отжига и эмалирования совмещён.

Проволока эмалируется сразу после волочения, что исключает её промежуточное хранение и транспортировку, в процессе которых качество поверхности может ухудшаться, за счет окисления, загрязнений, повреждений. [2]

Эмалирование представляет собой процесс нанесения жидкого лака на поверхность проволоки с последующей термообработкой в эмаль-печи. В результате чего получается твердое изоляционное покрытие.

Эмалирование с помощью металлических калибров — нанесение лака осуществляется при движении проволоки через лаковую ванну, а его излишки снимаются металлическими калибрами, которые могут быть разъемные и неразъёмными. Этот способ применяют для диаметров от 0,2 до 2,5 мм и для прямоугольных сечений. [2]

При изготовлении проектируемого провода ПЭЭИД2−200 выбираю способ эмалирования с помощью металлических калибров, т.к. при его использовании достигается более равномерное нанесение слоя эмали. Проволока проходит лаковую ванну, где покрывается слоем жидкого лака. Излишки лака снимаются калибрами.

В эмаль-печи происходит процесс пленкообразования. Стабильность температуры и наличие свежего воздуха в печи является необходимыми условиями для качественного изготовления провода. С этой целью в эмаль-печи имеется система шиберов (заслонок), а на выходе из эмаль-печи — система воздушного подпора.

Проволока, покрытая слоем жидкого лака, поступает в печь эмалирования, где с помощью системы вентиляции, каталитического устройства и системы нагревателей создается определённый тепловой режим. Сначала происходит испарение растворителей, затем образование твёрдой плёнки. Температура в зоне испарения регулируется нагревателями в соответствии с требованиями технологического процесса. Удаление паров растворителей из зоны испарения обеспечивается потоком воздуха от рециркуляционного вентилятора. Концентрация паров растворителей в первой зоне должна быть минимальной. Затем провод поступает в зону полимеризации, где под воздействием рециркуляции обратного воздушного потока, нагретого до требуемой температуры, происходит образование твердой эмаль-плёнки. Вентилятором рециркуляции воздух отсасывается из зоны испарения и направляется в зону полимеризации через двойной блок нагревателей и плиту катализатора. В каталитическом узле происходит сгорание растворителей. Часть воздушного потока, примерно (10−15) %, после катализатора направляется в зону нагрева, где происходит полное сгорание растворителей. Нагрев осуществляется электронагревателями. Из зоны нагрева воздушный поток поступает во вторичный теплообменник, где он отдаёт часть тепла вновь поступающему в эмаль-печь воздуху. Свежий воздух подаётся специальным вентилятором. Вентилятор отсоса дымов отводит дымы из теплообменника в атмосферу. [2]

Процесс получения плёнки необходимой толщины и характеристик осуществляется за несколько проходов согласно маршрута лаконаносящих калибров.

Готовый провод через систему роликов направляется на приемные катушки. Полные катушки снимаются с осей с помощью электротельфера и устанавливают на подвижную тележку. [2]

1.8 Обоснование выбора технологического оборудования

Эмаль-агрегаты представляют собой сложные комплексные устройства, для производства эмалированных проводов. Принцип действия эмаль-агрегатов заключается в следующем: проволока с отдающих устройств поступает в волочильную приставку, затем в печь отжига перед эмалированием, затем в ванну для наложения слоя лака и в печь для тепловой обработки этого слоя лака (эмаль-печь), где происходит процесс пленкообразования. Как правило, эмаль-агрегаты многоходовые, т. е. одновременно на них эмалируется несколько проволок. Каждая проволока проходит через ванну с лаком и эмаль-печь несколько раз. После эмаль-печи провод охлаждается в камере охлаждения.

После последнего прохода готовый провод через тяговое устройство поступает на приемные катушки.

Конструкции эмаль-агрегатов постоянно совершенствуются. У каждой фирмы, выпускающей эмаль-агрегаты имеются свои особенности в конструировании. Однако тенденции в развитии одинаковы. В современных эмаль-агрегатах — это наличие волочильных приставок, обеспечивающих получение проволоки необходимого диаметра на каждом ходу, с поверхностью высокого качества; наличие нескольких лаковых ванн, что дает возможность изготавливать многослойные провода; каталитическое окисление растворителя при высоких температурах; оптимальное использование тепла от каталитического сжигания паров растворителей; снижение расходов электроэнергии на единицу продукции; возможность использовать конические катушки повышенной емкости в качестве приемной тары. Характеристики эмаль-агрегатов представлены в табл.13. На рисунке 2 представлена лепестковая диаграмма.

Таблица 13. Характеристики эмаль-агрегатов

Рис. 2 Лепестковая диаграмма характеристик Э/А 1−2XCH80; 2−2XCH160; 3 — Delta H4 SВ; 4−3XCV1500

Для эмалирования проволоки диаметром 0,315 — 0,380 мм на проектируемом участке применяем эмаль-агрегат марки Delta H4 SВ горизонтального типа.

Эмаль-агрегат Delta H4 SВ снабжён волочильными приставками, т. е. проволока эмалируется сразу после волочения, что исключает её промежуточное хранение и транспортировку, в процессе которых качество поверхности может ухудшаться, например, за счет окисления и повреждения.

Эмаль-агрегат (1 линия) состоит из следующих узлов:

отдающее устройство (1 шт. общая для всех линий эмаль-агрегата);

волочильная приставка (1 шт.);

устройство очистки проволоки (1шт.);

печь отжига перед эмалированием (1 шт.);

устройство охлаждения проволоки;

лаковый узел (1 шт.);

эмаль-печь основная (1 шт.);

короб охлаждения (2 шт.);

приемное устройство (1 шт.);

система направляющих и поворотных роликов;

контрольно-измерительные приборы (2 шт.);

центральный пульт управления (1 шт. общий для всех линий эмаль-агрегата);

система вентиляции.

Отдающие устройства представляют собой комплект отдающих металлических катушек с диаметром щеки 630 мм ёмкостью (450−500) кг, проволока инерционно сматывается с катушек.

Волочильная приставка — QDR H2. Проволока, имеющая на входе диаметр до 1,6 мм, подвергается от 4 до 22 проходам волочения со средним уменьшением провода (сечения) на каждый проход 20%, что соответствует удлинению 23−26%, а общее удлинение составляет 93%, допускаемое скольжение за проход 1−2%.

Основные характеристики волочильного станка QDR H2:

диапазон диаметров — 0,315−1,00 мм.

максимальный входной диаметр — 1,6 мм.

максимальная скорость — 439 20 м/мин.

максимальное число проходов — 22 для каждого хода минимальное число проходов — 4

кол-во волок — 14

После волочильных приставок провод попадает в печь отжига, которая предназначена для отжига проволоки непосредственно перед эмалированием. Печь состоит из корпуса, внутри которого расположены трубы отжига, выполненные из нержавеющей стали. Нагрев печи осуществляется бронированными нагревателями, контактирующими с трубами. Первая печь отжига предназначена для отжига подтяжки перед волочением. Отжиг происходит в атмосфере пара. Подача пара осуществляется через трубопровод, который соединён с каждой из 3 труб отжига в местах выхода провода из печи. Со стороны входа провода в печь отжига происходит отсос пара отсасывающим вентилятором. На трубопроводах отсоса установлены вентильные клапана для регулирования потока отсасываемого пара. [2]

Лак в лаковые ванны подаётся из специальных емкостей, установленных в лакораздаточном отделении цеха, по циркуляционной системе с обязательной фильтрацией, а уровень лака в ваннах дозируется специальными регулировочными задвижками. [2]

Баки для лака снабжены: системой нагрева на диатермическом масле, фильтром, клапанами, и предусмотрены для подключения к централизованной системе раздачи лака. [2]

Эмаль-печь — основной рабочий узел в эмаль-агрегате. Камера эмаль-печи изготовлена из нержавеющей стали, нагреватели закрытые. Нагрев производится также и за счёт тепла, выделяющегося при сгорании в каталитическом устройстве паров растворителей. Печь имеет электрический обогрев. [2]

Эмаль-печь — двухзонная: первая зона предназначена для удаления растворителя, вторая — для пленкообразования. Газы отсасываются в центре камеры печи и пропускаются через катализатор. После сгорания паров растворителя и побочных продуктов горячий поток газов поступает в систему циркуляции, а затем снова в рабочую камеру печи, что обеспечивает максимальное использование теплоты. Вентилятор обеспечивает необходимую циркуляцию газов.

Каталитическое устройство представляет собой рамку, закрытую со всех сторон, выполненную из нихромовой проволоки или проволоки из нержавеющей стали. Внутри рамки помещают расплющенные гофрированные проволоки из жаростойких металлов, на которые наносят катализатор: платину, палладий. [2]

Важным при эмалировании является натяжение проволоки. С этой целью в эмаль-агрегатах используют приводные двигатели с большим скольжением, т. е. регулировка натяжения осуществляется с помощью автотрансформатора. Каждый ход проволоки имеет индивидуальную тягу.

Основные характеристики эмаль-печи:

Количество ходов — 2;

Напряжение питания — 380 В;

Частота — 50 Гц;

Мощность электронагревателей и электродвигателей — 100 кВт;

Габаритные размеры эмаль-печи включая лаковый узел и короб охлаждения: 17 682*2500*2000 мм;

Приёмное устройство — сдвоенное для каждого хода. Устройство намотки состоит из: горизонтальной плиты, на которой монтируется вертикальный блок намотки, вертикальная траверса снабжена горизонтальной кареткой и подвижной вилкой, граничным выключателем.

Провод проходит через комплектующую группу, затем подаётся на вертикальные шкивы и к одному из блоков намотки. При достижении установленной длины провода на катушке, зафиксированной в счётчике, происходит автоматический переброс провода на другую катушку, установленную на другом блоке намотки. Перемещение роликов траверсы осуществляется от электродвигателя переменного тока. Приемное устройство оснащено устройством контроля обрыва провода, в случае обрыва приемник автоматически останавливается. [2]