傳統(tǒng)海底光纜按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征一般可分為中心管式海底光纜、層絞式海底光纜，以及骨架式海底光纜。骨架式海底光纜在制造技術(shù)、工藝難度、生產(chǎn)設(shè)備等方面的要求相對(duì)較高，其應(yīng)用已日漸減少；中心管式海底光纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其直徑和質(zhì)量相對(duì)較小，但受制于不銹鋼光纖單元加工工藝，一般中心管式海底光纜光纖最大容量?jī)H為96芯。
層絞式海底光纜正中間一般為中心加強(qiáng)件，在中心加強(qiáng)件外層絞合多根不銹鋼光纖單元，因此與中心管式海底光纜相比，可以容納更多的光纖芯數(shù)。而層絞式海底光纜由于不銹鋼光纖單元成纜絞合設(shè)備的裝盤容量限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大長(zhǎng)度層絞式海底光纜的生產(chǎn)。
本工作研究了一種層絞式海底光纜及其不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭，通過(guò)在不銹鋼光纖單元成纜絞合生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)不銹鋼光纖單元進(jìn)行在線接續(xù)，實(shí)現(xiàn)大長(zhǎng)度層絞式海底光纜生產(chǎn)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)渡接頭處層絞式海底光纜的性能，驗(yàn)證過(guò)渡接頭對(duì)層絞式海底光纜性能的影響。
大長(zhǎng)度層絞式海底光纜方案設(shè)計(jì)
層絞式海底光纜纜型設(shè)計(jì)
層絞式海底光纜由中心加強(qiáng)件、不銹鋼光纖單元、內(nèi)護(hù)層、鋼絲鎧裝，以及外被層構(gòu)成。不銹鋼光纖單元以加強(qiáng)件為中心進(jìn)行絞合，形成多管結(jié)構(gòu)，層絞式海底光纜由6根96芯不銹鋼光纖單元絞合成纜，其光纖總芯數(shù)為576芯，層絞式海底光纜結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 1。
圖1 層絞式海底光纜纜型結(jié)構(gòu)
本工作擬實(shí)現(xiàn)符合GB/T 18480、YD/T 2283相關(guān)光學(xué)性能、力學(xué)性能、環(huán)境性能等要求的雙鎧型結(jié)構(gòu)，層絞式海底光纜主要性能設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表 1。
表1 層絞式海底光纜主要性能設(shè)計(jì)指標(biāo)
過(guò)渡接頭方案設(shè)計(jì)
為突破層絞式海底光纜的不銹鋼光纖單元成纜絞合設(shè)備的限制，實(shí)現(xiàn)大長(zhǎng)度層絞式海底光纜連續(xù)生產(chǎn)，本工作研究一種不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭接續(xù)方法，在不銹鋼光纖單元絞合生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行在線接續(xù)，從而增加層絞式海底光纜連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)度。
在層絞式海底光纜不銹鋼光纖單元成纜絞合過(guò)程中，需要在接續(xù)不銹鋼光纖單元母管和不銹鋼光纖單元母管中光纖進(jìn)行熔接后，采用鋼管外套結(jié)構(gòu)，將外套不銹鋼管套接在熔接后光纖外，并分別與兩端的不銹鋼光纖單元母管搭接一段距離，外套不銹鋼管內(nèi)徑較不銹鋼光單元母管外徑略大，外套不銹鋼管壁厚與不銹鋼光單元母管壁厚相同，層絞式海底光纜光單元過(guò)渡接頭示意圖見(jiàn)圖2。
圖2 層絞式海底光纜光單元過(guò)渡接頭示意圖
保證過(guò)渡接頭接續(xù)的質(zhì)量，要求光纖在1550nm波長(zhǎng)的熔接損耗單向最大值不大于0.1dB，雙向平均值不大于0.05dB。在外套不銹鋼管套接與不銹鋼光纖單元母管處采用合適的工藝密封形成整體，保持光纖單元的密封性能好，避免水分和氣體通過(guò)搭接處的間隙滲進(jìn)不銹鋼管內(nèi)產(chǎn)生氫損，造成光纖衰減的增加。
不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭的接續(xù)質(zhì)量影響其成纜絞合性能，本工作采用A、B、C等3種不同接續(xù)工藝進(jìn)行試驗(yàn)。A工藝采用膠水黏連套接段，使不銹鋼光纖單元母管外壁與外套不銹鋼管內(nèi)壁密封黏結(jié)；B工藝采用工裝壓接套接段，使套接段外套不銹鋼管壓接在不銹鋼光纖單元母管表面；C工藝采用激光焊接外套不銹鋼管與不銹鋼光纖單元母管交界面。A、B、C等3種工藝接續(xù)樣品見(jiàn)圖3。
圖3 不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭接續(xù)樣品
A、B、C三種接續(xù)工藝下的光單元接續(xù)管測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。采用A工藝制作的過(guò)渡接頭，其抗拉強(qiáng)度較差，抗拉強(qiáng)度僅能達(dá)到本體的50%；采用B工藝制作的過(guò)渡接頭的抗彎曲性能較差，曲撓30次后，外套不銹鋼管與不銹鋼光纖單元母管之間開(kāi)裂，靜水壓試驗(yàn)后，過(guò)渡接頭內(nèi)有水跡；C工藝制作的過(guò)渡接頭通過(guò)了拉力、曲撓、扭轉(zhuǎn)和抗靜水壓試驗(yàn)，具有良好的性能。因此試驗(yàn)選用C工藝可保障不銹鋼光單元的接續(xù)質(zhì)量。
表2 不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭試驗(yàn)結(jié)果
大長(zhǎng)度層絞式海底光纜試驗(yàn)驗(yàn)證
光學(xué)性能與電氣性能
在1550nm波長(zhǎng)下，大長(zhǎng)度層絞式海底光纜成品的光學(xué)性能、電氣性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由此可知，層絞式海底光纜光學(xué)、電氣性能均符合技術(shù)指標(biāo)的要求。
表3 層絞式海底光纜光學(xué)性能、電氣性能測(cè)試結(jié)果
機(jī)械性能
對(duì)于海底光纜，其機(jī)械性能的設(shè)計(jì)主要是為了保護(hù)光纖。通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M海底光纜在施工過(guò)程中受到的側(cè)壓、拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等工況，驗(yàn)證海底光纜的工程應(yīng)用能力，試驗(yàn)布置見(jiàn)圖4。
圖4 層絞式海底光纜機(jī)械性能試驗(yàn)
由于大長(zhǎng)度層絞式海底光纜存在不銹鋼光纖單元過(guò)渡接頭，其過(guò)渡接頭為層絞式海底光纜的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，在施工過(guò)程中存在過(guò)渡接頭受力失效的情況，對(duì)其機(jī)械性能的研究更為關(guān)鍵。參照 ITU-T G.976、GB/T 18480-2001 和YD/T 2283-2011等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)大長(zhǎng)度層絞式海底光纜在各承力狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，同步測(cè)試光纖附加衰減及光纖應(yīng)變情況。
壓扁試驗(yàn)用于驗(yàn)證層絞式海底光纜在施工或者運(yùn)行過(guò)程中受到外力的側(cè)壓，由于大長(zhǎng)度層絞式海底光纜存在過(guò)渡接頭，其壓扁性能是最重要的機(jī)械性能之一。將層絞式海底光纜過(guò)渡接頭在100mm的壓塊下，壓力以100N·s-1的速率增加至40kN，保壓3min，其附加衰減最大為0.011dB。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證過(guò)渡接頭處與本體層絞式海底光纜的差異，在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)增加壓力至50kN，在50kN的壓力下，層絞式海底光纜壓扁試驗(yàn)情況見(jiàn)圖5。
圖5 層絞式海底光纜壓扁試驗(yàn)情況
由圖5（a）可知，本體處光纖附加衰減正常；由圖5（b）可知，過(guò)渡接頭處3個(gè)通道光纖附加衰減明顯超標(biāo)，已無(wú)法承受50kN壓力。
張力彎曲試驗(yàn)用于模擬施工過(guò)程中海底光纜通過(guò)鼓輪的工況，在此條件下，海底光纜在一定的彎曲半徑下，同時(shí)承受軸向的拉力、鼓輪對(duì)光纜的側(cè)壓力，為海底光纜施工過(guò)程中最嚴(yán)苛的工況，可能出現(xiàn)海纜扭轉(zhuǎn)、彎折等情況，導(dǎo)致過(guò)渡接頭失效。
將層絞式海底光纜過(guò)渡接頭點(diǎn)在短暫拉伸載荷下通過(guò)彎曲半徑1.5m的輪盤3次，層絞式海底光纜張力彎曲試驗(yàn)情況見(jiàn)圖6。
圖6 層絞式海底光纜張力彎曲試驗(yàn)情況
由圖6可知，拉伸載荷下，層絞式海底光纜的附加衰減最大為0.015dB，過(guò)渡接頭未失效。
環(huán)境性能
層絞式海底光纜光纖余長(zhǎng)由不銹鋼光纖單元造管過(guò)程的套管余長(zhǎng)和不銹鋼光纖單元成纜絞合造成的絞合余長(zhǎng)組成，因此層絞式海底光纜光纖余長(zhǎng)較中心管式海底光纜更大；光纖余長(zhǎng)過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致海底光纜低溫性能劣化。
為驗(yàn)證層絞式海底光纜工作、貯存的環(huán)境溫度，將層絞式海底光纜置于高低溫試驗(yàn)箱內(nèi)，分別在-20℃、-30℃、50℃、60℃的溫度下進(jìn)行兩個(gè)溫度循環(huán)試驗(yàn)，溫度循環(huán)情況見(jiàn)圖7。
圖7 層絞式海底光纜溫度循環(huán)試驗(yàn)
經(jīng)溫度循環(huán)試驗(yàn)后，測(cè)得光纖的最大附加衰減為0.009dB，即層絞式海底光纜工作、貯存的環(huán)境下光纖基本不受溫度影響。
《電線電纜》1958年由國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，上海市國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)主管，上海電纜研究所有限公司主辦，是電線電纜行業(yè)應(yīng)用類學(xué)術(shù)刊物。主要欄目有綜述、線纜產(chǎn)品、線纜材料、測(cè)試技術(shù)、敷設(shè)運(yùn)行、工藝設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)交流等，報(bào)道國(guó)內(nèi)外電線電纜行業(yè)的新理論、新方法、新技術(shù)、新成果，歡迎來(lái)稿！
【線上投稿入口】http://dxdl.cbpt.cnki.net
來(lái)源 | 上纜所傳媒
編輯 | 常 佳
審核 | 何曉芳
【聲明】本文為原創(chuàng)內(nèi)容，版權(quán)歸“上纜所傳媒”所有，未經(jīng)授權(quán)請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載。
聯(lián)系郵箱
info@secri.com
聯(lián)系電話
021-65494605
公司地址
上海市軍工路1000號(hào)
云纜學(xué)堂
