4.5.1. Расчет геометрических размеров ВОК

Разнообразие областей применения ОВ в системах волоконно-оптической связи требует, чтобы были разработаны самые различные конструкции кабелей с соответствующими размерами и материалами. Исходя из структуры волокна, которая описана в гл. 3, выбираются соответствующие конструкции сердечника кабеля, оболочки, силовых элементов, брони и защитной оболочки, с тем чтобы волоконно-оптический кабель имел высокую надежность и долгий срок эксплуатации. Особое значение должно быть уделено тому, чтобы ОВ в этих кабелях не повреждались из-за воздействий окружающей среды, таких как температурные перепады и механические нагрузки.

Рис. 4.16. Конструкция сердечника ОК с однопоповинной структурой

Рис. 4.16. Конструкция сердечника ОК с однопоповинной структурой

Для повышения механической прочности волоконно-оптических кабелей с модульной конструкцией ОМ свиваются вокруг центрального элемента, который при этом может служить опорой как для защиты от продольного изгиба, так и для защиты от нагрузок на растяжение. Главным образом благодаря скрутке световоды в ОМ имеют определенное свободное пространство, в пределах которого нагрузки на растяжение, изгиб, сжатие, не выходящие за определенные рамки, не оказывают влияния на передаточные характеристики. Наряду с одно- и многоволоконными ОМ в различном исполнении (ОВ в полой оболочке, со сплошной оболочкой, компактные жгуты ОВ, ленточные конструкции ОВ) могут дополнительно свиваться в сердечник кабеля заполнители (кордели), а также медные жилы в виде пар или четверок. Совокупность этих скручиваемых элементов и силовых элементов, предотвращающих изгиб и нагрузки на растяжение, а также скрепляющей ленты или оболочки вокруг них, если таковая имеется, образуют сердечник кабеля.

В волоконно-оптической кабельной технике, восновном, применяется повивная скрутка элементов сердечника. Рассмотрим порядок расчета конструкции ОК с повивной скруткой сердечника.

Согласно [13] диаметр элемента в волоконно-оптическом кабеле повивной скрутки с числом п скручиваемых элементов первого повива, все из которых имеют диаметр D (рис. 4.16), может быть определен с помощью выражения вида:

(4.75)

где θ — угол скрутки и элементов первого повива сердечника ОК.

Диаметр повива определяется по выражению:

(4.76)

Диаметр сердечника ОК с учетом поясной изоляции:

(4.77)

где ΔПИ — толщина поясной изоляции ОК.

Если в конструкции ОК имеется несколько повивов (m), то диаметр сердечника по последнему повиву:

(4.78)

где р — число повивов кабеля.

Тогда диаметр сердечника ОК с учетом поясной изоляции:

(4.79)

Общий диаметр кабеля с промежуточной оболочкой, броней из плоских лент и в защитном шланге определяется из выражения:

, (4.80)

где ΔОБ, ΔП, ΔБР и ΔШ — радиальные толщины оболочки, подушки, брони и защитного шланга.

В табл. 4.2 приводятся значения диаметров элементов сердечника ОК, рассчитанных по выражениям (4.75), (4.76) и (4.78) для количества скручиваемых элементов в первом повиве и от п до 12 при θ=90.

Таблица 4.2. Значения различных диаметров для расчета сердечника кабеля при двухповивной скрутке

Число

элементов в слое

Диаметр центрального элемента d

Диаметр сердечника по повивам

первому D1

второму D2

2

0,000 D

2,000 D

4,000 D

3

0,155 D

2,155 D

4,155 D

4

0,414 D

2,414 D

4,414 D

5

0,701 D

2,701 D

4,701 D

6

1,000 D

3,000 D

5,000 D

7

1,305 D

3,305 D

5,305 D

8

1,613 D

3,613 D

5,613 D

9

1,924 D

3,924 D

5,924 D

10

2,236 D

4,236 D

6,236 D

11

2,549 D

4,549 D

6,549 D

12

2,864 D

4,864 D

6,864 D

Особым типом кабеля одноповивной скрутки является кабель с профилированным сердечником. В нем ОВ свиваются послойно не в трубках ОМ, а в заранее сформированных пазах, которые проложены спиралеобразно в поверхности ПС. Как отмечалось в гл. 3, в зависимости от размера и формы этих углублений в них могут свободно перемещаться одно или несколько ОВ — отдельно или в виде ленточной конструкций. Как и в случае с ОВ в полой оболочке, эти пазы заполняются компаундом. Если требуется конструкция кабеля без гидрофобного заполнителя, то водонепроницаемость по длине может быть обеспечена с помощью набухающей водозащитной ленты или пряжи.

Для того чтобы еще больше увеличить число ОВ в кабеле, в пределах одной общей внешней оболочки могут быть свиты по модульному принципу несколько отдельных кабельных элементов в виде профилированных сердечников. Преимущество этой конструкции в сочетании с ленточной компоновкой у кабелей с большим количеством ОВ (более 100) заключается, с одной стороны, в большой плотности упаковки и, с другой стороны, в упрощенной технологии соединения вследствие упорядоченного размещения ОВ.

Расчет конструкции профилированного сердечника ОК выполняется по [1]. При известной величине диаметра профилированного сердечника (DПС) диаметр ОК с такими же броневыми покровами определяется по выражению:

(4.81)

где ΔЛ — толщина скрепляющего слоя сердечника ОК.

При повивной скрутке сердечника ОК из нескольких одинаковых профилированных элементов диаметр сердечника ОК определяется по (4.79). В этом случае в выражении (4.78) вместо D1 принимается DПС.

При рассмотрении особенностей расчета диаметра ОК гофрированной, ленточной или круглопроволочной бронией толщина этой брони ΔБР будет определяться следующим образом.

При наличии гофрированной брони ее толщина определяется с учетом высоты гофров. При расчете толщины ленточных покровов поступают как и в случае кабелей с медными жилами. Если перекрытие смежных витков ленты, измеренное по ее ширине, меньше 25 %, учитывается только одна ее толщина, при перекрытии 25 - 30 % — толщина 1,5 ленты, а при перекрытии более 33 % — двойная толщина ленты [14].

Диаметр проволоки при бронировании ОК одним слоем определяется по выражению:

, (4.82)

где χ — коэффициент скрутки бронепроволок; h — шаг скрутки; D1 — диаметр кабеля под бронепроволоками.

При выборе толщины защитного шланга ОК исходят из надежности и гибкости оболочки.

Большая толщина шланга повышает его надежность, но отрицательно сказывается на гибкости. Гибкость шланга ОК обратно пропорциональна ее жесткости, т. е. произведению модуля упругости материала Е на момент инерции сечения оболочки J:

, (4.83)

где J= 0,05 (D4ОБ НАР- D4ОБ ВН).

Например, модуль упругости полиэтилена низкого давления равен в среднем 200 МПа, т.е. на 25 % больше модуля упругости свинца (160 МПа). Так как полиэтиленовые защитные шланги еще примерно в 1,5 раза толще свинцовых, то в результате первые значительно (почти вдвое) жестче вторых. Излишняя толщина п, следовательно, повышенная жесткость полиэтиленовых защитных шлангов затрудняют выкладку кабелей по стенкам колодцев.

По мере накопления производственного и эксплуатационного опыта целесообразно постепенно оптимизировать толщину полимерных защитных шлангов отечественных кабелей с учетом мирового опыта конструирования и эксплуатации ОК.

Волоконно-оптические кабели и линии связи


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.