ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01B7/24 

Изобретение относится к технике подводной кабельной связи и может быть использовано для обеспечения проводной связи между буксируемыми подводными объектами.

Известен стекловолоконный кабель [1], состоящий из волокна и защитной оболочки. Внутренний диаметр защитной оболочки кабеля не менее чем на 30% больше внешнего диаметра волокна, причем защитная оболочка состоит из двух слоев синтетических материалов. Эти два слоя образуют единую оболочку, защищающую светопроводящее волокно от механических повреждений.

Недостатки аналога - слабая механическая прочность конструкции кабеля вследствие того, что она не может выдерживать давление толщи морской воды и не обладает достаточной механической прочностью при буксировке, низкое сопротивление на микроизгибы, натяжение волокна оказывается по существу таким же, как натяжение оболочки кабеля.

Известен оптический кабель [2] , который применяют для строительства подводно-кабельных линий связи. Оптический кабель состоит из стекловолокна и защитной оболочки, в состав которой входит металлическая оболочка, покрытая полиэтиленом высокой плотности, поверх которого продольно навиты стальные проволоки, обеспечивающие достаточную для подводного кабеля прочность на разрыв. Металлическая оболочка выполнена в виде стальной членистой трубки, элементы которой состоят из отрезков 100-150 мм, связанных между собой шарнирными соединениями.

Однако использование этого кабеля в качестве кабель-троса невозможно из-за недостаточности для буксировки подводных объектов механической прочности и конструктивных особенностей, которые не позволяют передавать по нему электроэнергию для питания подводного объекта.

Известен многожильный коаксиальный кабель-буксир [3], который имеет силовые жилы для передачи питания, несколько жил для сигналов управления и контроля и одну-три коаксиальные пары для гидроакустической, телевизионной и другой информации. Коаксиальный кабель-буксир состоит из наружного и внутреннего слоев брони, нейлоновой оплетки, полиэтиленового слоя изоляции, медного экрана и центрального проводника из медных жил.

Недостатки прототипа. С ростом глубины надежность передачи информации по многожильному кабелю падает из-за частых механических повреждений отдельных жил. Под действием высокого гидростатического давления кабель обжимается, жилы лишаются возможности некоторого осевого перемещения, что и приводит к их обрыву при вибрациях кабель-буксира. На больших глубинах применение многожильного кабеля неоправдано или даже не выполнимо.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем повышения механической прочности кабеля.

Цель достигается тем, что оптический кабель, содержащий стекловолокна, размещенные в диэлектрической массе, металлическую оболочку, покрытую полиэтиленом и стальной оплеткой, дополнительно снабжен центральным стальным проводом, размещенным в диэлектрической массе, выполненной из нейлона, между нейлоном и металлической оболочкой введены эластомер с напресованной на нем дополнительной стальной оплеткой, и масса, по оптическим свойствам подобная материалу стекловолокон, которые выполнены одномодовыми, металлическая оболочка выполнена гофрированной, полиэтилен выполнен из материала низкой плотности, а металлическая оплетка выполнена из навитой в два ряда стальной бронепроволоки.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый оптический кабель. Он содержит гофрированную металлическую трубку 1, предназначенную для защиты волокон от большого давления толщи морской воды, от изломов волокна, а также для передачи по ней электроэнергии, массу 2, предназначенную для заполнения поврежденных внутренних участков кабеля и пропускания оптических сигналов. Она размещена внутри гофрированной трубки 1, представляет собой вязкую оптическую прозрачную жидкость на основе стекла R₂O-GeO₂-CaO-SiO₂. Масса нужна для того, чтобы повысить надежность кабеля при разрывах центральной жилы и внутренней стальной оплетки. Так, например, в случае их разрыва кабель работоспособен, так как световые сигналы проходят через массу, которая проникает в волокна в местах разрыва. Речь идет о градиентных волокнах, т.е. волокнах с показателем преломления, изменяющимся по радиусу сердцевины. Оптические волокна могут быть изготовлены из стекла или пластмасс: полистирола и полиметилметакрилата, стальная оплетка 3 предназначена для предохранения от внешних механических повреждений, центральная жила 4 - для передачи по ней различного вида информации, а также для предохранения волокон от изгибов, растяжений и т.д., которые могут вызвать ухудшения их оптических свойств. Центральная жила находится с оплеткой 3 внутри массы 2, и перемещается в осевом направлении внутри оплетки вместе с нейлоном. Полиэтилен 5 низкой плотности служит для повышения надежности кабеля, обладает стойкостью к растрескиванию, светостойкостью, является хорошим изоляционным материалом, имеет стойкость к агрессивной среде (воде, спиртам, кислотам и т. д. ). Для его изготовления применяются каучуки и различные ацетиленовые сажи. Удельный вес его 0,918 г/см³. Толщина полиэтиленовой изоляции около 200 мм, выбрана такой, чтобы напряженность электрического поля в изоляции при максимально ожидаемых значениях питающего напряжения на концах кабеля не превышало 2 кВ/мм. Поверх полиэтилена низкой плотности в два ряда наложены бронепроволоки 6, предназначенные для повышения стойкости кабеля при механических радиальных воздействиях.

На фиг. 2 показана центральная жила 4. Она имеет провод 7, предназначенный для повышения прочности кабеля и выполненный из стали диаметром 10-12 мм. Он находится в найлоне. Волокна 8, градиентного типа предназначены для передачи сигналов управления и контроля, а также для гидроакустической, телевизионной и другой информации и находятся в нейлоне. Волокна уложены витками, чтобы при изгибе кабеля или его растяжении волокна оставались неповрежденными по всему сечению кабеля. Волокно 8 может состоять из нескольких световодов, например из шести-восьми. Эти волокна укладываются витками, скручиваются между собой. Длина витка при укладке волокна и стальной оплетки выбрана одинаковой, чтобы свести к минимуму изгибы волокон при деформациях волоконной жилы под воздействием оплетки в процессе изготовления. Выбор одномодового волокна обусловлен возможностью достижения малой величины дисперсии по рабочей длине волны около 1,3 мкм. Кроме того, одномодовые волокна гораздо менее чувствительны к микроизгибам по сравнению с многомодовыми. Эластомер 9 предназначен для амортизации, чтобы исключить или уменьшить микроизгибы волокна, и состоит из двух оболочек. Одна наружная оболочка, неподвижная, выполнена из жесткого полиэтилена, и на нее напрессована оплетка 3, другая внутренняя, подвижная, выполнена из мягкого полиэтилена. Так как стеклянные волокна очень чувствительны к механическим растягивающим усилиям, в предложенной конструкции кабеля при перегрузках центральная жила не испытывает механической нагрузки, она свободно перемещается, а растягивающее усилие приходится на элементы 1, 2, 3, 5, 6. Нейлон 10 служит защитным покрытием и для фиксирования волокна в определенном положении.

Длина витка при укладке волокна и стальной оплетки выбрана одинаковой, чтобы свести к минимуму изгибы волокон при деформациях волоконной жилы под воздействием оплетки в процессе изготовления.

В кабеле центральную волоконную жилу можно вручную перемещать в осевом направлении внутри стальной оплетки. Кроме защиты от давления размещение волоконной жилы в центре кабеля позволяет свести к минимуму напряжения в волокнах, вызываемые изгибами и скручиванием кабеля.

По сравнению с прототипом заявляемый оптический кабель имеет следующие преимущества: обладает повышенной механической прочностью, так как светопроводящие волокна не рвутся и не истираются при многократных изгибах и механических напряжениях, имеет меньший диаметр и вес.

От использования изобретения следует ожидать повышения механической прочности оптического кабеля на 30% по сравнению с коаксиальным, т.е. с прототипом. В то же время оптический кабель обладает на 2-3 порядка большей пропускной способностью по сравнению с прототипом.

Предлагаемый оптический кабель может найти широкое применение в качестве кабель-буксира на нефтяных промыслах, при разведке полезных ископаемых, при заглублении подводных кабельных магистралей связи и т.д.

Использование: в технике подводной кабельной связи, при обеспечении проводной связи между буксируемыми подводными объектами. Сущность изобретения: оптический кабель содержит оптические волокна, размещенные в заполненной слоем нейлона металлической гофрированной оболочке 1 с покрытием 5 из полиэтилена низкой плотности и наложенным поверх нее металлической оплеткой 6, представляющей собой навитую в два ряда стальную бронепроволоку. Кабель содержит размещенный в центре него в слое нейлона стальной провод, размещенный между слоем диэлектрической массы и металлической оплеткой слой эластомера с напрессованной на нем дополнительной стальной оплеткой 3 и слой массы 2, по оптическим свойствам подобной материалу стекловолокон. Стекловолокна выполнены одномодовыми. 2 ил.

ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ, содержащий размещенные в заполненной слоем диэлектрической массы металлической оболочке с полиэтиленовым покрытием и наложенной поверх нее металлической оплеткой стекловолокна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит размещенный в центре кабеля в слое диэлектрической массы стальной провод, размещенные между слоем диэлектрической массы и металлической оплеткой слой эластомера с напрессованной на нем дополнительной стальной оплеткой и слой массы, по оптическим свойствам подобной материалу стекловолокон, при этом указанный слой диэлектрической массы выполнен из нейлона, металлическая оболочка выполнена гофрированной, стекловолокна выполнены одномодовыми, полиэтиленовое покрытие выполнено из полиэтилена низкой плотности, а металлическая оплетка представляет собой навитую в два ряда стальную бронепроволоку.