Волоконно-оптическая линия связи

Волоконно-оптическая линия связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи и предназначена для обеспечения передачи потоков информации.

Известна волоконно-оптическая линия связи по патенту РФ на изобретение №2199142, МПК G04B 6/44, опубл. 20.02.2004 г.

Это волоконно-оптическая линия связи может быть использована в конструкциях подвесных оптических кабелей при сооружении волоконно-оптических линий связи на линиях электропередачи. Кабель содержит центральный диэлектрический элемент, оптические волокна в полимерных модулях, гидрофобный заполнитель, внутреннюю диэлектрическую оболочку, компенсирующую скручивание кабеля, и внешнюю диэлектрическую оболочку. Внешняя диэлектрическая оболочка по всей внешней поверхности выполнена гофрированной с разной высотой и шагом гофрирования.

Недостатки:

линия связи не приспособлена для прокладки под землей,

не предусмотрено мероприятий по ускорению монтажа.

Аналогом является волоконно-оптическая линия связи, содержащая волоконно-оптические микрокабели, размещенные в канале подземной телефонной канализации, монтажные муфты, смотровые колодцы (см. например, описание полезной модели к патенту RU №2099755, МПК G02B 6/46, дата публикации 20.12.1997 г).

Недостатком этого аналога является малая эффективность при эксплуатации, обусловленная низкой ремонтопригодностью.

Современное состояние подземной инфраструктуры связи: наличие каналов телефонной канализации, кабельных колодцев в условиях высоко конкурентного рынка с большим числом операторов связи, строящих и владеющих линейно-кабельными сооружениями связи, не отвечает запросам рынка. Ресурсы телефонной канализации в основном исчерпаны - каналы телефонной канализации хаотично заполнены кабелями связи различного типа и конструктивных особенностей, при этом пучки кабелей создают порой непреодолимые трудности при прокладке новых или замене существующих кабелей без возможного повреждения других кабелей.

Высокая стоимость работ по строительству новой кабельной канализации, необходимость получать разрешение на землеотвод и оформления разрешительной документации, связанной с работами в подземной канализации, негативно сказываются на темпах развития и вынуждают операторов связи размещать телефонные кабели на крышах домов и опорах электросетей. Паутина из телефонных кабелей связи затянула архитектурный облик российских городов.

Известна волоконно-оптическая линия связи по патенту РФ на изобретение №2632576, МПК G02B 6/46, опубл. 06.10.2017 г., прототип.

Эта волоконно-оптическая линия связи содержит, размещенные в трубе канала подземной кабельной канализации волоконно-оптические микрокабели, в свою очередь, размещенные в микротрубках, микрокабели с микротрубками сгруппированы в один или несколько пакетов, микротрубки выполнены из полиэтилена высокой плотности с применением дополнительного средства снижения трения скольжения, в качестве дополнительного средства снижения трения скольжения применены продольные бороздки на внутренней поверхности микротрубок, с образованием продольных выступов, при этом глубина продольных бороздок выполнена из условия: h=(0,05…0,2)δ_ст,

где:

h - глубина продольных бороздок,

δ_ст - толщина стенки микротрубки,

Недостаток: относительно высокое трение между кожухом пакета микротрубок и стенками трубы канала подземной канализации и между микротрубками и волоконно-оптическими микрокабелями.

Задачами создания изобретения является упрощение повторной прокладки волоконно-оптического кабеля на построенном участке линии связи, повышение эффективности использования построенных сооружений связи (телефонной канализации) и, как следствие, снижение затрат на строительство волоконно-оптического кабеля в телефонной канализации (финансовых, трудовых).

Сущность технического решения заключается в том, что оно содержит волоконно-оптические микрокабели, размещенные в каналах подземной структурированной телефонной канализации - СТК, монтажные муфты, смотровые колодцы, и отличается от ближайшего аналога тем, что СТК представляет собой канализацию, состоящую из одного или нескольких пакетов микротрубок из полиэтилена высокой плотности, имеющих дополнительное средство снижения коэффициента трения.

Достигнутый технический результат: уменьшение трения между кожухом пакета микротрубок и стенками трубы канала подземной канализации и между микротрубками и волоконно-оптическими микрокабелями.

Решение указанных задач достигнуто в волоконно-оптической линия связи, содержащей размещенные в трубе канала подземной кабельной канализации волоконно-оптические микрокабели, в свою очередь, размещенные в микротрубках, микрокабели с микротрубками сгруппированы в один или несколько пакетов, микротрубки выполнены из полиэтилена высокой плотности с применением дополнительного средства снижения трения скольжения, в качестве дополнительного средства снижения трения скольжения применены продольные бороздки на внутренней поверхности микротрубок, с образованием продольных выступов, при этом глубина продольных бороздок выполнена из условия:

h=(0,05…0,2)δ_ст,

где:

h - глубина продольных бороздок,

δ_ст - толщина стенки микротрубки,

отличающейся тем, что продольные бороздки выполнены треугольной формы в поперечном сечении. Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1…25), где:

- на фиг. 1 приведено размещение одной микротрубки с одним микрокабелем в трубе канала подземной канализации,

- на фиг. 2 приведено размещение одного пакета микротрубок в трубе канала подземной канализации,

- на фиг. 3 приведено размещение нескольких пакетов микротрубок в трубе канала подземной канализации,

- на фиг. 4 показан пакет микротрубок,

- на фиг. 5 приведен пакет из двух микротрубок,

- на фиг. 6 приведен пакет из 6 микротрубок,

- на фиг. 7 приведен пакет из 7 микротрубок.

- на фиг. 8 приведен поперечный разрез В-В микрокабеля,

- на фиг. 9 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием на внутренней поверхности,

- на фиг. 10 приведена микротрубка с антифрикционной смазкой на внутренней поверхности,

- на фиг. 11 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием и антифрикционной смазкой на внутренней поверхности, - на фиг. 12 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием на внешней поверхности,

- на фиг. 13 приведена микротрубка с антифрикционной смазкой на внешней поверхности,

- на фиг. 14 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием и антифрикционной смазкой на внешней поверхности,

- на фиг. 15 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием на внутренней и наружной поверхностях,

- на фиг. 16 приведена микротрубка с антифрикционной смазкой на внутренней и внешней поверхностях,

- на фиг. 17 приведена микротрубка с антифрикционным покрытием и антифрикционной смазкой на внутренней и внешней поверхностях,

- на фиг. 18 приведена микротрубка с продольными бороздками,

- на фиг. 19 приведен фрагмент С, первый вариант,

- на фиг. 20 приведен фрагмент С, второй вариант,

- на фиг. 21 приведен фрагмент В,

- на фиг. 22 приведена прокладка пакета из нескольких микротрубок,

- на фиг. 23 приведена прокладка одной микротрубки,

- на фиг. 24 приведен пакет из 6-ти и из 2-х микротрубок в кожухе,

- на фиг. 25 приведен пакет из 7 микротрубок в кожухе.

Условные обозначения, используемые на фиг. 1…25:

1 - микрокабели,

2 - микротрубка,

3 - труба канала подземной кабельной канализации,

4 - пакет,

5 - кожух,

6 - оптическое волокно,

7 - антифрикционное покрытие,

8 - внутренняя поверхность,

9 - антифрикционная смазка,

10 - внешняя поверхность,

11 - продольные бороздки,

12 - продольные выступы,

13 - контактные поверхности,

14 - бухта с пакетом,

15 - кабельный колодец,

16 - бухта с микротрубкой.

Основу волоконно-оптической связи составляют волоконно-оптические микрокабели 1, уложенные в микротрубках 2 (фиг. 1), в свою очередь, уложенные в трубу канала подземной кабельной канализации 3. Волоконно-оптическая линия связи может представлять собой, один пакет 4 микротрубок 2 (фиг. 2) или несколько пакетов 4 (фиг. 3), уложенных в трубе канала подземной кабельной канализации 3. Пакет 4 состоит из одной или нескольких микротрубок 2 диаметром 7, 10 или 12 мм (строительная длина в среднем до 1 км), выполненных из полиэтилена высокой плотности. Пакет 4 может быть выполнен в кожухе 5. Варианты формы кожуха 5 приведены на фиг. 5…7.

Кожух 5 во всех вариантах имеет скругление, выполненное радиусом R,

при этом R=0,5 d,

где d - внешний диаметр микротрубки 2.

Внутри микротрубок 2 уложен микрокабель 1 (фиг. 8). Волоконно-оптические микрокабели 1, как упоминалось ранее, уложены в трубу канала подземной кабельной канализации 3. Можно использовать уже существующий канал подземной кабельной канализации, предназначенный для проводных средств связи, или вновь созданные каналы.

Важным средством достижения технического результата является наличие дополнительного средства снижения трения скольжения, кроме применения материалов, имеющий низкий коэффициент трения (полиэтилена высокой плотности).

В качестве такого средства может быть использовано, например, антифрикционное покрытие 7.

Антифрикционное покрытие 7 (фиг. 9) может быть выполнено на внутренней поверхности 8 микротрубки 2, что обеспечивает снижение коэффициента трения при протягивание волоконно-оптического микрокабеля 1 внутри микротрубки 2 примерно вдвое по сравнению с поверхностью из обычных композиций полиэтилена.

В качестве дополнительного средства снижения трения скольжения может быть применена антифрикционная смазка 9. На фиг. 10 приведена микротрубка 2 с антифрикционной смазкой 9 на внутренней поверхности 8, а на фиг. 11 приведена микротрубка 2 с антифрикционным покрытием 7 и антифрикционной смазкой 9 на внутренней поверхности 8.

Возможно применение антифрикционного покрытия 7 и антифрикционной смазки 9 на внешней поверхности 10 микротрубок 2. Это уменьшит усилие при протягивании пакета 4 микротрубок 2 в трубе канала подземной кабельной канализации 3. На фиг. 12 приведена микротрубка 2 с антифрикционным покрытием 7 микротрубок 2 на внешней поверхности 10, а на фиг. 13 приведена микротрубка 2 с антифрикционной смазкой 9 на внешней поверхности 10. На фиг. 14 приведен микротрубка 2 с антифрикционным покрытием 7 и антифрикционной смазкой 9 на внешней поверхности 10 микротрубки 2.

Возможно применение антифрикционного покрытия 7 и антифрикционной смазки 9 одновременно на внутренней 8 и внешней 10 поверхностях микротрубок 2. На фиг. 15 приведена микротрубка 2 с антифрикционным покрытием 7 на внутренней 8 и внешней 10 поверхностях, на фиг. 16 приведена микротрубка 2 с антифрикционной смазкой 9 на внутренней 8 и внешней 10 поверхностях, на фиг. 17 приведена микротрубка 2 с антифрикционным покрытием 7 и антифрикционной смазкой 9 на внутренней 8 и внешней 10 поверхностях.

На фиг. 18…21 приведена микротрубка 2 с продольными бороздками 11, образующими продольные выступы 12 и контактные поверхности 13.

Оптимальная высота продольных бороздок 11.

h=(0,05…0,2)δ ст, где:

h - глубина продольных бороздок 11,

δ ст - толщина микротрубки.

Меньшая, чем указана в диапазоне высота h не эффективна, а применение более глубоких продольных бороздок 11 уменьшает прочность микротрубок 2.

На фиг. 18 и 19 приведены микротрубки 2 с продольными выступами 12 трапециевидной формы, а на фиг. 20 и 21 - со скругленными продольными выступами 12.

Скругление выполнено радиусом r, при этом:

r=(0,3…1,0)h,

где: r - радиус скругления, h - глубина продольных бороздок.

Предложенные форма и соотношение размеров продольных бороздок 11 и продольных выступов 12 являются оптимальными с точки зрения обеспечения максимальной скорости прокладки волоконно-оптического микрокабеля 1 в микротрубке 2.

При пневмозадувке волоконно-оптического микрокабеля 1 кабеленаправляющий наконечник (на фиг. 1…25 не показан) контактирует с контактными поверхностями 13, а наличие продольных бороздок 11 уменьшает перепад давления на кабеленаправляющем наконечнике. Однако это не приводит к уменьшению скорости протягивания волоконно-оптического микрокабеля 1, так как скорость движения воздушного потока между волоконно-оптическим микрокабелем 1 и внутренней стенкой 8 микротрубки 2 возрастает, что способствует образованию дополнительного тянущего усилия. В процессе пневмозадувки волоконно-оптический микрокабель 1 не касается внутренней стенки 8 микротрубки 2 по всей длине.

На фиг. 22 приведен процесс протягивания пакета 4 микротрубок 2 в трубе канала подземной кабельной канализации 3 с применением бухты с пакетом 14. Протягивание ведут с использованием кабельных колодцев 15.

На фиг. 23 - приведен процесс протягивания микротрубки 2 с использованием бухты с микротрубкой 16. Аналогично протягивают пакет 4 микротрубок 2.

При выборе материала микротрубок 2 в первую очередь руководствовались получением минимального коэффициента трения.

На фиг. 24 приведен пакет из 6-ти и из 2-х микротрубок 2 в кожухе 5, а на фиг. 25 приведен пакет из 7 микротрубок 2 в кожухе 5.

Микротрубки из полиэтилена высокой плотности

Отличие технологии прокладки волоконно-оптической линии связи в трубу подземной канализации 3, изготовленную из пакета 4 микротрубок 2 от традиционной телефонной канализации, сделанной из асбоцементных или полиэтиленовых труб 0 до 110 мм заключается в том, что в первом случае прокладка кабеля осуществляется методом пневмозадувки, во втором - механическим затягиванием.

При задувке кабеля воздушный поток и конструктивные особенности микротрубок 2 из полиэтилена высокой плотности, их внутренняя поверхность изготавливается либо рифленой, либо гладкой, формируют непрерывную скользящую поверхность, снижающую коэффициент трения кабеля о микротрубку до значения не более 0,1. На кабель действует минимальное растягивающее усилие, не происходит его скручивания.

При затягивании оптического кабеля в телефонную канализацию необходимо постоянно контролировать растягивающую нагрузку, которая может негативно повлиять на физические и оптические параметры оптического волокна. Коэффициент трения между оболочкой оптического кабеля и каналом кабельной канализации в этом случае может составлять для полиэтиленовых труб 0,29, для асбоцементных - 0,32, для бетонных - 0,38, что существенно превышает коэффициент трения для указанных выше микротрубок 2.

Соответственно скорость «задувки» может составлять до 90 м/мин., на расстояние до 1500 м в одну сторону, что в 3 раза быстрее метода механического затягивания кабеля в телефонную канализацию.

Производятся микротрубки 2 из сырья высшего качества со следующими характеристиками (табл. 1)

Микротрубки 2 изготовлены из материалов, не поддерживающих горение. Радиус изгиба микротрубок 2 зависит от окружающей температуры. Минимальный радиус изгиба микротрубок 2 составляет 20-кратный внешний диаметр при температуре 20°С. При 0°С радиус изгиба повышается в 2,5 раза.

Технические требования при монтаже микротрубок 2 приведены в табл. 2.

Коэффициент трения для полиэтилена высокого давления очень низкий - 0,1.

Тем не менее, существуют материалы, имеющие коэффициент трения 0,05 и меньше.

Например, исследования показали, что фторопласт имеет очень низкий коэффициент трения, который зависит от скорости относительного движения скользящей пары образцов.

Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения скольжения фторопласта-4 по стали без смазки приведены ниже в табл. 3.

При наличии смазки коэффициент трения примерно в 2 раза меньше. Динамический коэффициент трения фторопласта-4 без смазки при нагрузке ~ 20 кгс/см² зависит от скорости скольжения (табл. 4):

Наличие смазки позволяет получить коэффициент трения 0,025 и менее. Виды смазок широко известны в технике. Могут быть использованы как жидкие, так и твердые смазки или в виде эмульсии или суспензии.

ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Прокладка волоконно-оптической линии связи (фиг. 22 и 23) производится с бухты 14 или 16, установленной у одного кабельного колодца 15. Прокладка пакета 4 (фиг. 17) или отдельной микротрубки 2 (фиг. 2) осуществляется затягиванием в трубу канала подземной кабельной канализации 3 или существующей кабельной канализации или вновь проложенной.

Конец пакета 4 или микротрубки 2, оснащенный наконечником (не показан), вводят в трубу канала подземной кабельной канализации 3 и поступательным движением затягивают по нему на всю длину пролета (пролетов). При наличии кабельных колодцев 15 в них производят вспомогательную подтяжку.

Заявленная конструкция позволит максимально повысить эффективность кабельной канализации, размещая большее число волоконно-оптических микрокабелей 1 в одной и той же трубе канала подземной кабельной канализации 3. Так же позволит уменьшить капитальные расходы и сократить время и стоимость инсталляции, поскольку волоконно-оптические микрокабели 1 можно прокладывать постепенно, по мере необходимости.

Заявленное техническое решение создает условия для прокладки одного или нескольких волоконно-оптических микрокабелей 1 в СТК, а так же обеспечивает защиту этих волоконно-оптических микрокабелей 1 от возможных повреждений во время затяжки устройства, особенно металлическими палками, в трубе канала подземной кабельной канализации 3 для прокладки тяжелых массивных кабелей или при вытяжке уже проложенных ранее кабелей из канала подземной кабельной канализации 3.

Применение изобретения позволило:

- уменьшить время на монтаж волоконно-оптической линии связи и уменьшить усилие протягивания пакета микротрубок СТК в канализации за счет применения антифрикционной смазки,

- уменьшить затраты на монтаж линии волоконно-оптической линии связи за счет снижения сил трения при протягивании микрокабеля.

Такая СТК может обеспечить n микроканалов (от одного и более), размещаемых в каналах стандартной телефонной канализации диаметром 110 мм.

Указанный технический результат достигается тем, что при строительстве волоконно-оптических линий связи в СТК для прокладки волоконно-оптического кабеля используется метод пневмопрокладки вместо механического затягивания кабеля. Скорость «задувки» может составлять до 90 м/мин., на расстояние до 1500 м в одну сторону, что в 3 раза быстрее метода механического затягивания кабеля в телефонную канализацию.

При этом однократно выполнив прокладку СТК требуемой емкости, эффективное использование телефонной канализации многократно повышается, так как последующая прокладка оптического кабеля в свободные каналы СТК или по мере необходимости замена оптического кабеля на большую емкость выполняется без проведения земляных работ.

Волоконно-оптическая линия связи, содержащая размещенные в трубе канала подземной кабельной канализации волоконно-оптические микрокабели, в свою очередь, размещенные в микротрубках, микрокабели с микротрубками сгруппированы в один или несколько пакетов, микротрубки выполнены из полиэтилена высокой плотности с применением дополнительного средства снижения трения скольжения, в качестве дополнительного средства снижения трения скольжения применены продольные бороздки на внутренней поверхности микротрубо с образованием продольных выступов, при этом глубина продольных бороздок выполнена из условия h=(0,05…0,2)δ_ст,

где h - глубина продольных бороздок,

δ_ст - толщина стенки микротрубки,

отличающаяся тем, что продольные бороздки выполнены треугольной формы в поперечном сечении.