新型電纜管道封堵器的研制與應(yīng)用

楊 忠 李華鵬 李 巍 杜建國(guó) 王德剛

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司興義供電局，貴州黔西南562400；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司興義冊(cè)亨供電局，貴州黔西南552200）

1 新型電纜管道封堵器的研制背景

電纜化是美化城市環(huán)境、節(jié)省土地資源、提高供電可靠性的一項(xiàng)重要措施[1]。而電纜在地下敷設(shè)以及管溝（孔）的日常維護(hù)均涉及防火、防水、防泥沙、防小動(dòng)物進(jìn)入等要求，這就需要對(duì)管道口進(jìn)行封堵[2]。

目前，電纜管道封堵主要有以下方法：

（1）采用防火泥、水泥、泡沫劑、密封栓等材料進(jìn)行固化密封[3]。這種封堵方法施工簡(jiǎn)便、成本低廉，但傳統(tǒng)防火泥封堵效果往往不理想，容易漏水、進(jìn)入泥沙、竄入老鼠等。而采用有機(jī)高分子發(fā)泡樹脂容易取得一定的封效果[4]，但拆除不方便，可能因?yàn)槎味氯斐晒芸讏?bào)廢[2]。

（2）充氣密封裝置。專利文獻(xiàn)[5-7]介紹了此種密封的若干做法。這種密封裝置一般為帶有充氣口的中空密封帶，置于電纜與管道之間，充氣后密封帶膨脹將空隙填滿。這種密封裝置的優(yōu)點(diǎn)是施工方便、效率高，但若充氣過快可能充爆密封帶[3]，長(zhǎng)期使用也可能有漏氣泄壓、密封失效問題。

（3）電纜封堵器。這是一種機(jī)械密封裝置，利用硅橡膠等高彈性材料的受壓變形性，通過收緊螺栓擠滿電纜與管道壁之間的空隙。機(jī)械密封操作簡(jiǎn)便、快速、安全，而且可以重復(fù)使用。專利[8-9]的封堵器零部件數(shù)量較多，裝配較復(fù)雜。專利[10]采用多層可剝離的橡膠層，以適應(yīng)多種電纜、管道規(guī)格，但小電纜、小管道使用大直徑封堵器，存在經(jīng)濟(jì)性欠佳問題。專利[11]采用中部可更換的矩形密封模塊來(lái)適應(yīng)不同的電纜、管道大小，也存在類似問題。上述封堵器均未提到電纜和空管口不同場(chǎng)合下的通用性問題。

市場(chǎng)上常見封堵電纜和空管道兩種封堵器結(jié)構(gòu)，因此，本文研究了一種加裝中央密封活塞適應(yīng)電纜和空管口兩種封堵互換的裝置，安裝、使用更為便利。

2 新型電纜管道封堵器的研制方案

2.1 設(shè)計(jì)原理

新型電纜管道封堵器用于封堵管道口，此類管口可能接入接出電纜，或者預(yù)留多管口，需要臨時(shí)封堵。針對(duì)這兩種情況，本研究設(shè)計(jì)的管道封堵器如圖1所示，左側(cè)為封堵空管口，右側(cè)為封堵有電纜的管口，兩者的區(qū)別僅在于封堵空管口使用了特制的中央密封活塞，而不用中央密封活塞裝入電纜就成為密封電纜管口的封堵器。

圖1 新型電纜封堵器設(shè)計(jì)原理

密封的關(guān)鍵是利用了橡膠密封圈的高彈性，在橡膠密封圈上、下兩端設(shè)置帶孔的上、下壓板，螺栓穿入上、下壓板和同樣帶孔的橡膠密封圈。旋上螺母后，橡膠密封圈夾在上、下壓板之間。當(dāng)其裝到電纜管道口上后，旋緊螺栓就會(huì)產(chǎn)生圖1中豎直箭頭方向的力，這個(gè)力使橡膠密封圈壓縮，并向水平箭頭方向膨出，從而使其與電纜管道、電纜（或中央密封活塞）、螺栓桿部位擠緊，形成可靠的密封效果，阻止水、泥沙、小動(dòng)物進(jìn)入電纜管道內(nèi)部，同時(shí)所使用材料（橡膠密封圈、中央密封活塞）具有良好的絕緣性和阻燃性，所以新型電纜管道封堵器可以提供優(yōu)異的防水、防火、防小動(dòng)物性能。

2.2 結(jié)構(gòu)與功能

新型電纜管道封堵器結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。封堵器由中央密封活塞、橡膠密封圈、上壓板、下壓板、螺栓、螺母組成，下面分述各部分結(jié)構(gòu)及功能。

圖2 新型電纜封堵器結(jié)構(gòu)組成

2.2.1 中央密封活塞

中央密封活塞是一種柱形結(jié)構(gòu)，如圖3所示。從前面和后面觀察，均由3個(gè)同心圓筒構(gòu)成，最外層的圓筒構(gòu)成外壁，中間兩個(gè)圓筒構(gòu)成內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在各圓筒之間設(shè)置放射狀的加強(qiáng)筋，外圈有12道矩形筋，內(nèi)圈有6道梯形筋。在上下兩層結(jié)構(gòu)之間設(shè)置水平隔板，將活塞分隔為上下兩部分，同時(shí)也保證了內(nèi)部密封?；钊敳窟吘壨怀觯馔仓胁坑幸画h(huán)狀凹槽，這樣做的目的是幫助軸向定位。安裝時(shí)，頂部突出邊緣靠在上壓板面上，防止其滑入電纜管道深部；外筒中部的環(huán)狀凹槽適應(yīng)橡膠密封圈外凸的特點(diǎn)，使得活塞安裝更容易，同時(shí)也減少了軸向滑動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)既滿足了安裝需求，也兼顧了材料的力學(xué)特性。整體而言，這樣的結(jié)構(gòu)使得中央密封活塞在減少材料用量的基礎(chǔ)上又能承受巨大的壓迫力，保持結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定。根據(jù)活塞的上述結(jié)構(gòu)和功能，宜采用具有一定強(qiáng)度且易于成型的材料，例如選用尼龍一類的塑料注射成型。配料時(shí)，應(yīng)添加阻燃劑，以保障防火性能。

圖3 中央密封活塞結(jié)構(gòu)

2.2.2 橡膠密封圈

橡膠密封圈外形似中空的鼓，其內(nèi)外壁中央處均向外凸起，如圖4所示。這樣做的目的有以下幾點(diǎn)：

（1）擰緊螺栓和壓縮上下壓板時(shí)，引導(dǎo)密封圈由中部向外膨出，可以更快地達(dá)到擠壓密封效果；

（2）下壓板要進(jìn)入電纜管道內(nèi)部，其外周邊緣與密封圈底部邊緣基本平齊，而密封圈中部外凸，頂部和底部比中部小一些，這樣不影響下壓板順利進(jìn)入電纜管道內(nèi)部，而其他封堵器為了避免因制造安裝誤差使得上下端蓋難以進(jìn)入電纜管道內(nèi)部，必須有意將上下端蓋做?。?/p>

（3）由于上、下壓板內(nèi)周大于密封圈中部，這樣在擰緊螺栓過程中也避免了上、下壓板內(nèi)周對(duì)電纜外皮的破壞。其次，沿密封圈縱向有一切口，使其可以張開成“C”字形以嵌入電纜或裝入中央密封活塞。最后，在密封圈上設(shè)有螺栓孔，用于穿螺栓。

圖4 橡膠密封圈結(jié)構(gòu)

基于密封圈結(jié)構(gòu)、性能要求，其材質(zhì)宜采用硅橡膠，原因如下：硅橡膠具有優(yōu)異的耐熱性，可在200℃條件下長(zhǎng)期使用，即使300℃下也可短期使用；其低溫脆化點(diǎn)為-60～-70℃，在電纜低溫使用環(huán)境下也能保持足夠的彈性；硅橡膠具有1～100 TΩ高絕緣電阻，這可以保證密封圈在電纜絕緣層絕緣性能下降的情況下仍保持良好的絕緣性能；硅橡膠耐老化、耐候性極佳，可以避免普通橡膠材質(zhì)老化后彈性下降而影響密封性的問題；硅橡膠耐油、耐溶劑性好，普通橡膠材質(zhì)不耐溶劑，硅橡膠這一特性對(duì)于避免地下電纜井難以預(yù)見因素的影響來(lái)說(shuō)很重要；硅橡膠具有優(yōu)良的生理惰性，耐生物老化性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境友好，對(duì)施工維護(hù)人員無(wú)害；硅橡膠阻燃性優(yōu)于一般橡膠，僅添加少量阻燃劑就具有自熄性，而且硅橡膠不含有機(jī)鹵素化合物，即使燃燒也不產(chǎn)生有毒氣體，這對(duì)于城市環(huán)境保護(hù)意義重大[12]。

2.2.3 上、下壓板

上、下壓板形似月牙，如圖5所示。根據(jù)封堵管口大小，每個(gè)封堵器可采用2～4片上壓板和2～4片下壓板（小直徑管口使用較少數(shù)量的上、下壓板，大直徑管口使用較多數(shù)量的上、下壓板）。之所以分為多塊壓板，是因?yàn)榘惭b封堵器時(shí)電纜可能已經(jīng)連接好，如果采用整周的壓板則無(wú)法安裝了。在每個(gè)上壓板或下壓板上有兩個(gè)孔，用于穿螺栓。上壓板外側(cè)凸耳用于軸向定位，以便在管道上安裝時(shí)卡住管口邊緣，避免封堵器進(jìn)入管道深處。下壓板上設(shè)有防螺母轉(zhuǎn)動(dòng)的六邊形孔，因?yàn)榉舛缕靼惭b時(shí)下壓板在管內(nèi)，無(wú)法使用扳手，螺母可能在旋緊時(shí)跟著螺栓一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就無(wú)法旋緊螺栓了，也達(dá)不到要求的預(yù)緊力，進(jìn)而會(huì)影響密封效果。上、下壓板采用金屬材質(zhì)，體積小，強(qiáng)度高，也易于批量加工，具體選材可使用不銹鋼，若使用碳鋼表面應(yīng)作熱鍍鋅處理。

2.2.4 螺栓與螺母

圖5 上、下壓板結(jié)構(gòu)

螺栓和螺母用于壓緊上、下壓板，進(jìn)而使橡膠密封圈變形而形成密封效果。由于橡膠密封圈的彈性較好，螺栓與螺母的強(qiáng)度不需要很高，但地下電纜井往往潮濕陰暗，普通材質(zhì)的螺栓與螺母在這樣的環(huán)境下容易銹蝕，時(shí)間長(zhǎng)了甚至難以拆卸，這樣會(huì)給電纜管道的維護(hù)帶來(lái)很多困擾，因而封堵器螺栓與螺母需要具備較好的耐腐蝕性，最好采用不銹鋼材質(zhì)，或經(jīng)特殊防腐工藝處理過，例如采用QPQ工藝處理的螺栓。另外，考慮到有些電纜管道間距比較小，而外六角螺栓占用的扳手空間較大，操作不便，甚至可能因此損傷電纜外皮，故應(yīng)采用內(nèi)六角螺栓。

2.3 封堵器的安裝

安裝前，應(yīng)檢查中央密封活塞、橡膠密封圈、上壓板、下壓板、螺栓、螺母的規(guī)格、型號(hào)與待施工電纜管道大小是否匹配。安裝時(shí)，先將橡膠密封圈撐開套在電纜或中央密封活塞上，然后放上上壓板，穿入螺栓，再裝上下壓板，旋上螺母，此時(shí)不必旋緊螺栓，保持螺栓與螺母沒有松動(dòng)即可。圖6為封堵器固定電纜的效果，圖7是封堵器固定中央密封活塞的效果。

圖6 新型電纜封堵器固定電纜的效果圖

圖7 新型電纜封堵器固定中央密封活塞的效果圖

然后，將封堵器推入電纜管道管口，當(dāng)上壓板定位凸耳卡在管口上后，再旋緊螺栓。旋螺栓時(shí)，應(yīng)以每組上、下壓板為單位逐次漸進(jìn)旋緊，以便橡膠密封圈均勻壓縮，這樣可以獲得更好的密封效果。圖8是封堵器安裝在電纜井墻面管口的效果圖。

3 新型電纜管道封堵器的應(yīng)用

3.1 實(shí)施效果

為了檢驗(yàn)新型電纜管道封堵器的效果，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了安裝，實(shí)施效果如圖9所示。應(yīng)用效果表明，新型電纜管道封堵器對(duì)安裝環(huán)境要求低，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)提供水源和電源，對(duì)場(chǎng)地大小也無(wú)特殊要求；安裝容易，拆除方便，裝拆對(duì)電纜及管道影響很小；封堵效果易于保證，可以避免水、泥沙、有害氣體和老鼠等進(jìn)入和侵害電纜管道。

圖8 新型電纜封堵器安裝中央密封活塞與電纜的效果圖

圖9 新型電纜封堵器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

3.2 預(yù)期效益

預(yù)計(jì)新型電纜管道封堵器可用于變電站地下室、電纜井、地下管溝、終端受配電房等場(chǎng)所，亦可用于通信管井的光纜管口密封。由于新型電纜管道封堵器密封有效時(shí)間長(zhǎng)，施工簡(jiǎn)便，比傳統(tǒng)封堵方法可以極大地節(jié)省后期維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)防護(hù)效果更持久，因此可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)傳統(tǒng)耐火泥、水泥等材料的封堵技術(shù)，新型電纜管道封堵器在地下電纜井中封堵管口具有顯著的優(yōu)勢(shì)，不僅簡(jiǎn)化了施工工藝，封堵效果也更加持久可靠，在提高工作效率的基礎(chǔ)上又能節(jié)約維護(hù)成本，因此具有較好的應(yīng)用前景。