一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆及制作系统的制作方法

本实用新型涉及城市轨道交通直流牵引供电系统中使用的一种直流电力电缆，具体地说是一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆及制作系统。

背景技术：

城市轨道交通的高速发展，大大缓解了城市交通拥堵的状况，同时也对城市轨道交通运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。城市轨道交通直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，它为城市轨道交通的安全稳定运行提供可靠的动力和电能。直流电力电缆作为牵引电能的输送通道，直接影响了地铁车辆乃至整个系统的安全性和可靠性。另外，直流电力电缆多使用在人口密集的地下场所，一旦出现无法工作的情况，就可能导致地铁运行的中断，对乘客的人身安全造成威胁甚至危及生命。

目前城市轨道交通直流牵引供电系统所使用的直流电力电缆存在以下问题：(1)由于目前使用的直流电力电缆多以无卤低烟阻燃电缆为主，主要是护层采用无卤低烟阻燃材料，绝缘层材料主要采用交联聚乙烯和乙丙橡胶。其存在的缺陷是：发生火灾时，电缆的护层虽然能够延缓整个电缆燃烧蔓延速度，但在火灾持续燃烧时，会突破护层，点燃绝缘，导致电缆短路，无法工作。(2)传统耐火电缆的耐火层普遍采用价格较高的耐火云母带绕包而成，绕包速度慢，绕包过程中云母粉容易脱落，影响耐火效果；被火烧焦后的耐火云母带发脆，遇到震动和喷淋时易脱落，耐火效果差，很难保证电力线路在火灾的情况下仍能安全畅通。(3)有的耐火电力电缆的耐火层采用陶瓷化防火耐火硅橡胶制作而成，其加工工艺为：加硫→挤出→硫化，挤出过程需要专门的硅橡胶电线电缆挤出机完成，硫化也需要专门的硫化设备，如：热空气硫化炉、微波硫化烘道等，耐火层加工工艺复杂，生产效率低。(4)现有技术的耐火电缆结构只设计一层耐火层，包覆在导体外面，虽然结构简单，加工工艺简单，但遇到持续火灾时，火焰突破外护层直至仅剩耐火层时，耐火层作为电缆的最后一层保护层，极易受到外界的损伤，包括震动、机械损伤或人为损伤，导致电缆耐火时间短，耐火效果差。(5)有的耐火电缆采用多层耐火层，虽然耐火效果好，但需配备专门的加工设备，增加加工工序，加工工艺复杂，加工效率低。(6)传统的轨道交通直流电力电缆绝缘层的交联方式普遍采用温水交联或蒸汽交联。温水交联方式需要在电缆绝缘层挤制完成后将整盘缆芯放入专门的温水交联池中至少加热5-8小时/次才能满足要求，而每次交联电缆的数量与温水交联池的大小有关，占地面积大，交联速度慢，导致电缆加工时间长；蒸气交联需要在电缆绝缘层挤制完成后将整盘缆芯放入蒸气交联房中加热，交联速度比温水交联方式有所提升，但也受到占地面积的局限性影响，很难大批量进行交联，延误电缆加工时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆；本实用新型阻燃耐火能力高，绝缘性能和耐火效果好，电缆生产效率高，有效地节约了人力成本、设备投入，能够有效延缓火焰沿着电缆漫延的时间，延长电缆在高温燃烧环境中持续工作的时间。

本实用新型还提供一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆的制作系统。

本实用新型解决技术问题的技术方案为：

一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆，包括由内到外依次连接的绞合导体、耐火绝缘层、阻燃绝缘层、阻水层、阻燃耐火防水隔离层、铠装层、阻燃外护层，所述阻燃耐火防水隔离层包括内侧的纵包铝塑复合带、外侧的阻燃耐火聚烯烃套，所述纵包铝塑复合带与阻燃耐火聚烯烃套粘接组合为复合一体结构，所述绞合导体采用经过退火处理的铜丝绞合成规格为50mm²-400mm²的正规绞合导体或软导体；

所述阻燃绝缘层采用紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料在绝缘挤制交联生产装置上挤制包覆结构，所述紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料以聚烯烃材料为基料，添加光引发剂、交联剂、阻燃剂助剂经混合塑化造粒制成，阻燃绝缘层通过紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料在绝缘挤制交联生产装置中挤制、紫外光辐照交联装置在线交联得到；

所述阻燃耐火聚烯烃套采用低烟无卤隔热防火电缆料在挤塑机上挤制结构；所述低烟无卤隔热防火电缆料以聚烯烃材料为基料，添加阻燃剂和耐火材料共混复合制备而成；

所述阻燃外护层采用无卤低烟阻燃聚烯烃材料在挤塑机上挤制结构。

所述耐火绝缘层采用双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带在绕包装置上重叠绕包结构；所述陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带是由陶瓷化防火耐火硅橡胶和耐高温玻璃纤维布复合而成。

所述耐火绝缘层包括内玄武岩纤维针织套、外玄武岩纤维针织套、石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉；所述内玄武岩纤维针织套以及外玄武岩纤维针织套由内到外依次套设在所述绞合导体上，且所述外玄武岩纤维针织套的内径大于所述内玄武岩纤维针织套的外径以在二者之间形成一个用于储存石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉的空腔；

所述石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉混合均匀后捣实在所述外玄武岩纤维针织套与内玄武岩纤维针织套之间的空腔中。

一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆制作系统，从前向后依次包括铜线拉制退火设备、框式绞线生产装置、绝缘挤制交联生产装置、紫外光辐照交联装置、带冷却水槽的冷却装置、阻水层绕包机、纵包成型装置、挤塑生产装置一、铠装层包覆装置、挤塑生产装置二，挤塑生产装置一包括放线装置和挤塑机，所述纵包成型装置设于挤塑生产线的放线装置和挤塑机之间，所述框式绞线生产装置包括将铜丝绞合成为圆形铜导体的绞合成形装置、用于在圆形铜导体外侧包覆陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带的第一包覆装置或用于在圆形铜导体外侧包覆内外玄武岩纤维针织套及填充物的第二包覆装置，所述第一包覆装置采用绕包装置，第二包覆装置采用包覆和灌装一体的生产线，其中通过绕包装置在圆形铜导体的外侧绕包两层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带，所述紫外光辐照交联装置设于绝缘挤制交联生产装置的挤塑机与冷却水槽之间。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆加工简单，大大提高了生产效率，有效地节约了人力成本、设备投入。其中耐火绝缘层采用双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带，采用普通绕包装置既可完成加工，绕包工艺简单易操作，价格低廉。双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带既可以将绞合导体扎紧固定成圆形，保证电缆后续加工的连续性和稳定性；又可以作为电缆绝缘层保证电缆正常供电；高温燃烧时可生成陶瓷状的坚硬壳体包覆在导体外面，隔绝外界火焰，保护线路在火焰持续燃烧的情况下，不管是震动还是喷淋，仍能保持畅通。采用耐火绝缘层和阻燃耐火防水隔离层组成双层耐火结构，采用阻燃绝缘层、阻燃耐火隔离层、阻燃外护层组成三层阻燃结构，能够大幅延缓火焰沿着电缆漫延的时间，延长电缆在高温燃烧环境中持续工作的时间，具备高效的阻燃耐火能力。

由于阻燃耐火防水隔离层的阻燃耐火聚烯烃套采用低烟无卤隔热防火电缆料，易加工，能够在较低的火焰温度下生成坚硬的壳体，既隔热又防火，保护内部缆芯，确保线路的正常运行。所述阻燃外护层采用无卤低烟阻燃聚烯烃材料，根据不同的使用环境需要，无卤低烟阻燃聚烯烃材料还可以具有防紫外线、防蚁鼠的功能。

通过框式绞线生产线设有将退火处理的铜丝绞合成为圆形铜导体的绞合成形装置、在圆形铜导体外侧绕包两层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带的绕包装置，以保证框式绞线机加工圆形铜导体的同时在导体外绕包两层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带；所述两层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带均采用重叠绕包，包带厚度0.2mm-0.4mm，绕包重叠率达到50％-60％，使包带紧紧包覆在导体外面，既能扎紧导体，使得圆形铜导体与瓷化防火耐火硅橡胶复合带形成更加稳定的整体结构，又能保证耐火绝缘层紧密完整的包覆在导体外面，提高了电缆的绝缘性能和耐火效果。同时将绞合导体和耐火绝缘层的制作加工在同一条框式绞线生产线上完成，简化了生产工艺流程、减少了中转环节对产品质量的不利影响，在保证产品性能的基础上生产效率提高了一倍。

2.阻燃绝缘层采用紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料，可以在线进行交联，挤制和交联工艺简单，阻燃效果好，交联质量均匀、稳定，具有良好的阻燃性能，能够阻滞、延缓火焰沿着电缆漫延。

通过将混炼好的紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料通过绝缘挤制交联生产装置的挤塑机均匀挤包在耐火绝缘层的外表面，形成熔融态的阻燃绝缘层后，进入以紫外光作为辐射源的紫外光辐照交联装置完成交联过程，其中交联温度、生产速度根据线径粗细或绝缘厚度进行调整，完成交联过程后到冷却水槽冷却处理，所述紫外光辐照交联装置设于挤塑机与冷却水槽之间。紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料挤制工艺不需增加专用挤塑生产线，紫外光辐照交联设备只需在原有的挤塑生产线上增加该设备，即置于挤塑机与冷却水槽之间，可实现绝缘层挤制和交联过程两道工序一次完成，在保证产品性能的基础上生产效率又提高了一倍。

3.将铝塑复合带通过纵包成型装置纵包在阻水层外表面形成纵包铝塑复合带阻水层，然后通过挤塑生产线的挤塑机将低烟无卤隔热防火电缆料均匀挤制包覆在铝塑复合带外面形成外侧的阻燃耐火聚烯烃套，纵包铝塑复合带与阻燃耐火聚烯烃套形成阻燃耐火防水隔离层，所述纵包成型装置设于挤塑生产线的放线装置和挤塑机之间，阻水层和阻燃耐火隔离层共同采用同一挤塑生产线完成加工。低烟无卤隔热防火电缆料挤制不需专用挤塑生产线，阻水层和阻燃耐火隔离层共同采用同一挤塑生产线完成加工，既保证了产品性能，又提高了生产效率。

4.本申请提供了两种耐火绝缘层的结构以，前一种耐火绝缘层采用双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带在绕包装置上重叠绕包结构；所述陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带是由陶瓷化防火耐火硅橡胶和耐高温玻璃纤维布复合而成；由于上述陶瓷化防火耐火硅橡胶的基体为硅橡胶，为有机材料，当该陶瓷化防火耐火硅橡胶遇到火焰燃烧后，里面的有机材料硅橡胶会降解或燃烧，燃烧后得到由陶瓷化防火耐火硅橡胶中的无机颗粒烧结瓷化形成的一个多孔网状壳，其具有一定的机械强度，继续绝缘和耐火保护内侧的绞合导体的正常输电使用。该烧结后得到的多孔网状壳具有多个通透的网格空洞，显然其高温绝缘性和耐火性肯定不高，仅能短时间内勉强维持绞合导体的正常输电使用。

另外，本申请还提供了后一种耐火绝缘层的结构，所述耐火绝缘层包括内玄武岩纤维针织套、外玄武岩纤维针织套、石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉；所述石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉混合均匀后用10MPa～20MPa的压力压实在所述外玄武岩纤维针织套与内玄武岩纤维针织套之间的空腔中；外玄武岩纤维针织套与内玄武岩纤维针织套由于是玄武岩纤维材质，其抗拉强度等机械力学性能很好，在上述10MPa～20MPa的压实压力下不会把外玄武岩纤维针织套胀破，保证了空腔中的五种粉末在火烧前始终处于紧实状态，使得电缆具有较好的绝缘性，且由于是玄武岩纤维材质，其熔点很高以及高温性能很好，在火灾燃烧下不会被烧破或烧漏，保证了空腔中的五种粉末在火烧过程中始终处于紧实状态，且控制五种粉末的粒径大于外玄武岩纤维针织套的针织孔眼，使得粉末不至于从外玄武岩纤维针织套中漏出；当该耐火绝缘层遇到高温火烧时，空腔中的石英粉与白云母粉、石英粉与硅灰石粉、石英粉与高岭土粉之间会发生烧结瓷化反应，在白云母粉、硅灰石粉以及高岭土粉这些成瓷粉的边缘处形成低共熔混合物，这些低共熔混合物在石英颗粒与白云母粉、硅灰石粉以及高岭土粉颗粒之间起桥接作用，在火灾温度下固化，最终得到一个密实的、孔隙率很低的烧结瓷壳；玻璃作为助熔剂会降低石英粉与硅灰石粉、石英粉与高岭土粉之间的烧结瓷化反应发生的温度，使得该电缆在较低的温度(600℃～800℃)下即可以发生烧结瓷化保护其内的绞合导体，不像上述的陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带需等到火灾火焰猛烈燃烧产生1000℃及以上的高温才可以发生瓷化反应，使得该电缆既可以耐小型火灾又可以耐大型火灾；且玻璃的熔点比较低，熔化后可以将石英粉、白云母粉、硅灰石粉以及高岭土粉连接成一个密实体，虽然该密实体还不是瓷化物，但该密实体也能对处于低温的火灾初期中的绞合导体进行保护；与陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带燃烧后得到的多孔网状壳相比，显然上述由压紧紧实的石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉烧结瓷化得到的烧结瓷壳更加密实、孔隙率更低，使得该烧结瓷壳的高温绝缘性与耐火性显著高于上述多孔网状壳的高温绝缘性与耐火性，从而能够更好地长时间保护内侧的绞合导体的正常输电使用。

附图说明

图1为实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆的加工方法流程示意图；

图3为本实用新型的框式绞线生产线加工绞合导体和绕包耐火层示意图；

图4为本实用新型的绝缘挤制交联生产装置加工阻燃绝缘层示意图；

图5为本实用新型的挤塑生产线加工阻燃耐火防水隔离层示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图来详细解释本实用新型的实施方式。

如图1-图5所示，一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆，包括由内到外依次连接的绞合导体1、耐火绝缘层2、阻燃绝缘层3、阻水层4、阻燃耐火防水隔离层、铠装层7、阻燃外护层8，所述阻燃耐火防水隔离层包括内侧的纵包铝塑复合带5、外侧的阻燃耐火聚烯烃套6，所述纵包铝塑复合带5与粘接阻燃耐火聚烯烃套6粘接组合为复合一体结构，通过该结构既能提升电缆的防水性能，又能进一步加强电缆的阻燃耐火特性。

所述绞合导体1采用经过退火处理的铜丝绞合成规格为50mm²-400mm²的正规绞合导体或软导体。

所述耐火绝缘层2采用双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带在绕包装置上重叠绕包结构。陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带是由陶瓷化防火耐火硅橡胶和耐高温玻璃纤维布复合而成，柔软有弹性，密封性好。在650℃及以上火焰或无焰条件下开始变硬，随着温度的升高，能迅速被烧成陶瓷状坚硬的完整壳体，温度越高，壳体越坚硬，不脱落，保障线路在火灾情况下的畅通。

所述阻燃绝缘层3采用紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料在绝缘挤制交联生产装置上挤制包覆结构。所述紫外光辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃材料以聚烯烃材料为基料，添加光引发剂、交联剂、阻燃剂等助剂经混合塑化造粒制成，然后在绝缘挤制交联生产装置中进行在线挤制和交联。挤制和交联工艺简单，阻燃效果好。

所述阻燃耐火聚烯烃套6采用低烟无卤隔热防火电缆料在挤塑机上挤制结构；所述低烟无卤隔热防火电缆料以聚烯烃材料为基料，添加阻燃剂和耐火材料共混复合制备而成。该材料具有良好的加工性能和耐火特性，在较低的火焰温度下，即在500℃-1000℃燃烧时就能形成坚硬的壳体，保护电缆内部线芯的正常工作。

所述阻燃外护层8采用无卤低烟阻燃聚烯烃材料在挤塑机上挤制结构。根据不同的使用环境需要，无卤低烟阻燃聚烯烃材料还可以增加防紫外线、防蚁鼠的功能。

所述耐火绝缘层采用双层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带在绕包装置上重叠绕包结构；所述陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带是由陶瓷化防火耐火硅橡胶和耐高温玻璃纤维布复合而成。

所述耐火绝缘层包括内玄武岩纤维针织套、外玄武岩纤维针织套、石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉；

所述内玄武岩纤维针织套以及外玄武岩纤维针织套由内到外依次套设在所述绞合导体上，且所述外玄武岩纤维针织套的内径大于所述内玄武岩纤维针织套的外径以在二者之间形成一个用于储存石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉的空腔；

所述石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉混合均匀后捣实在所述外玄武岩纤维针织套与内玄武岩纤维针织套之间的空腔中。

一种轨道交通用阻燃耐火直流电力电缆制作系统，从前向后依次包括铜线拉制退火设备、框式绞线生产装置、绝缘挤制交联生产装置、紫外光辐照交联装置、带冷却水槽的冷却装置、阻水层绕包机、纵包成型装置、挤塑生产装置一、铠装层包覆装置、挤塑生产装置二，挤塑生产装置一包括放线装置和挤塑机，所述纵包成型装置设于挤塑生产线的放线装置和挤塑机之间，所述框式绞线生产装置包括将铜丝绞合成为圆形铜导体的绞合成形装置、用于在圆形铜导体外侧包覆陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带的第一包覆装置或用于在圆形铜导体外侧包覆内外玄武岩纤维针织套及填充物的第二包覆装置，所述第一包覆装置采用绕包装置，第二包覆装置采用包覆和灌装一体的生产线，其中通过绕包装置在圆形铜导体的外侧绕包两层陶瓷化防火耐火硅橡胶复合带，所述紫外光辐照交联装置设于绝缘挤制交联生产装置的挤塑机与冷却水槽之间。

在上述系统的基础上，当耐火绝缘层采用内玄武岩纤维针织套、外玄武岩纤维针织套、石英粉、白云母粉、硅灰石粉、高岭土粉以及玻璃粉的结构时，为了把玄武岩纤维针织套包覆在导体外面，并且石英粉、白云母粉等材料混合均匀并压实在内外玄武岩针织套之间，需要采用包覆和灌装一体的生产线来代替绕包装置。

上述虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。