Розробка конструкції магістрального оптичного кабелю модульної конструкції

/

Зміст

• Перелік умовних позначень
• Вступ
• 1. Огляд конструкції магістральних оптичних кабелів
• 1.1 Класифікація оптичних кабелів і вимоги до них
• 1.2 Основні конструкції магістральних оптичних кабелів
• 1.3 Прокладка ок в кабельній каналізації
• 2. Магістральний оптичний кабель модульної конструкції
• 2.1 Конструкція кабелю типу оп
• 2.2 Умовне позначення кабелю
• 2.3 Основні техніко - експлуатаційні характеристики кабелю
• 2.4 Материали для ок
• 3. Термомеханічний розрахунок ок
• 3.1 Розрахунок термомеханічних зусиль
• 3.2 Розрахунок допустимих розтягуючи зусиль
• 3.3 Розрахунок мінімального радіусу вигину
• 4. Розрахунок маси ок
• 4.1 Маса оптичного волокна
• 4.2 Маса сталевого центрального силового елементу
• 4.3 Маса трубок оптичного модуля
• 4.4 Масса корделей
• 4.5 Маса гідрофобного заповнення в ом
• 4.6 Маса поліетілентерефталатной плівки
• 4.7 Маса алюмополімерної стрічки
• 4.8 Маса оболонки (ПЕ)
• 4.9 Маса всього волоконно-оптичного кабелю
• 5. Технологія виготовлення оптичного кабеля
• 5.1 Виготовлення оптичних волокон
• 5.2 Виготовлення оптичного модуля
• 5.3 Скручування
• 6. Техніко-економічне обгрунтування виготовлення волоконно-оптичного кабелю типу ОАП-С-ХЛ-32Е5
• 7. Охорона праці
• 7.1 Загальні питання охорони праці
• 7.2 Небезпечні шкідливі і виробничі чинники
• 7.3 Техніка безпеки у виробничому приміщенні
• Висновок
• Список джерел інформації

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

Скорочення словосполучень:

ОВ - оптичне волокно;

ОК - оптичний кабель;

ОКТ - опорна кварцева трубка;

ОМ - оптичний модуль;

ПА - поліамід;

ПБТ(Ф) - полібутилентерефталат;

ПВХ - полівінілхлорид;

ПЕ - поліетилен;

ПЕВЩ - поліетилен високої щільності;

ПЕНЩ - поліетилен низької щільності;

ПЕСЩ - поліетилен середньої щільності;

ПОВ - полімерні оптичні волокна;

ПП - поліпропилен;

ЦСЕ - сентральний силовий елемент;

MCVD - модифікований метод хімічного паро фазного осадження;

NA - числові апертури;

ВСТУП

Останні два сторіччя домінуючим засобами 'швидкого' зв'язку стали телеграф, телефон, лінії електропередач, супутники, де носіями інформації є електромагнітні хвилі.

Сучасні технології передачі даних по електричним кабелям дозволяють передавати інформацію з досить високими швидкостями (до десятків ГГц). Провідні системи (симетричні, коаксіальні, хвильоводні) мають ряд позитивних якостей:

- технологічність;

- відпрацьована технологія;

- досить високі швидкості передачі даних тощо.

Але мають і ряд недоліків:

- Використання дорогих кольорових металів;

- доволі низькі питомі характеристики;

- відносно слабка захищеність від зовнішніх електромагнітних впливів;

- доволі високе значення коефіцієнта згасання;

- необхідність використання великої кількості ретрансляторів при значній довжині лінії.

Ці проблеми вирішуються при застосуванні волоконно-оптичних кабелів, Які при цьому мають значно більшу пропускну спроможність відносно електричних, при тих самих масо-габаритних показниках. Використання оптичних кабелів особливо актуалізується у сучасних умовах сильного електромагнітного забруднення, зменшення запасів кольорових металів та збільшення їх вартості, зростання потреби у системах з високою пропускної спроможністю. Відзначаються тенденції збільшення об'ємів використання оптичних кабелів та заміни електричних на оптичні.

Таким чином можна відзначити надзвичайну актуальність робіт, присвячених питанням розробки оптичних кабелів, систем передачі, устаткування.

Метою даного проекту є розробка конструкції магістрального оптичного кабелю модульної конструкції, призначеного для прокладання в кабельній каналізації; визначення масо-габаритних показників; розрахунок механічних характеристик; розробка технології виготовлення такого кабелю.

1. ОГЛЯД КОНСТРУКЦІЇ МАГІСТРАЛЬНИХ ОПТИЧНИХ КАБЕЛІВ

1.1 Класифікація оптичних кабелів і вимоги до них

Оптичний кабель (ОК) - кабельний виріб, який містить одне або більше оптичних волокон (ОВ) або пучків ОВ в середині єдиної оболонки, поверх якої залежно від умов експлуатації може знаходитися відповідне захисне покриття, у тому числі броня, силові і несучі елементи. При необхідності ОК може мати в своєму складі також електричні провідники. ОК зв'язку класифікуються по багатьом критеріям, але найбільш поширеною є класифікація за умовами прокладання і експлуатації:

-для безпосереднього прокладання в ґрунті;

-для прокладання в каналах кабельної каналізації;

-для прокладання в тунелях;

-для підвішування на опорах;

-для прокладання через водні перешкоди;

-морські;

-внутрішні;

-для міжблочних сполук.

Дана класифікація визначає механічні характеристики і характеристики стійкості до зовнішніх впливаючих факторів (ЗВФ). Усі ОК в частині конструкції, розмірів, маси, а також оптичних, електричних, механічних характеристик і характеристик стійкості до ЗВФ повинні відповідати вимогам НД до конкретного типу ОК. Конструкція ОК повинна забезпечувати захист ОВ впродовж всього терміну служби ОК. Матеріали, що використовуються в конструкціях ОК, повинні поєднуватися між собою, бути екологічно чистими і не містити в своєму складі речовини, які можуть завдати шкоди довкіллю і обслуговуючому персоналу. Оптичні характеристики ОК визначаються оптичними характеристиками ОВ, що містяться в них. ОК може складатися з таких електропровідних елементів: провідники дистанційного живлення, силові елементи, екрани, водоблокуючі бар'єри, металеві оболонки і бронепокрови. В цьому випадку електропровідні елементи мають бути однорідними за якістю і без дефектів. Електричний опір ізоляції поліетиленового захисного шланга має бути не менше 2000 МОм·км. ОК, що містять електропровідні елементи, повинні витримувати напругу, прикладену між металевими елементами і землею, номінальним значенням 10 кВ змінного струму частотою 50 Гц або номінальним значенням 15 кВ постійного струму тривалістю 5 с. Відносно механічних характеристик, ОК мають бути стійкими до: розтягуванню, розчавлюванню, удару (численним ударам), циклічному вигину, вигину з натягом, осьовому крученню, пошкодженням при утворенні петлі, перемотуванню, пошкодженю пострілом, стиранню оболонки і маркіровки, вібрації. Механічні характеристики, їх чисельні значення і критерії стійкості мають бути вказані в НД для конкретного ОК. Що стосується дії зовнішніх чинників, ОК мають бути стійкими до: циклічної зміни температури, води і вологості, утворення водню, соляного туману і ядерного випромінювання. Характеристики стійкості до ЗВФ, їх чисельні значення і критерії стійкості мають бути вказані в НД для конкретного ОК.

1.2 Основні конструкції магістральних оптичних кабелів

Основним елементом ОК є ОВ, тому всі конструктивні елементи ОК повинні забезпечувати надійну роботу ОВ впродовж всього терміну служби кабелю.

Оскільки межі механічної міцності ОВ значно нижчі, ніж струмоведучих елементів електричних кабелів зв'язку, його обов'язково необхідно захищати. Для цього на ОВ наносять захисне покриття. Розрізняють первинне захисне покриття і вторинний захист.

Первинне захисне покриття ОВ наноситься безпосередньо на його оболонку. Воно виготовляється із лаків на акрилатній основі і є двошаровим. Перший (внутрішній) шар складається з м'якого акрилата. Він забезпечує захист ОВ. Другий (зовнішній) шар виготовляється з твердого акрилата і забезпечує захист шару м'якого акрилата.

Вторинний захист накладається поверх первинного. Найчастіше застосовуються наступні типи вторинного захисту:

-захист за допомогою вільного укладання ОВ в спеціальній трубці (оптичному модулі) або в пазу профільованого осердя;

-захист за допомогою жорстких покриттів;

-стрічкові конструкції.

Оптичний модуль (ОМ) є системою у вигляді пластмасової трубки, в середині якої розміщено одне або декілька ОВ.

При необхідності ОМ може бути заповнений гідрофобним заповнювачем. Трубки можуть виготовлятися з поліетилену (ПЕ), поліаміду (ПА), полібутилентерефталату (ПБТ) або полікарбонату. ОВ в ОМ розташовано вільно по гелікоїді. Таке розміщення ОВ дозволяє значно знизити вплив на нього зовнішніх навантажень, прикладених до ОК. Іншим способом захисту ОВ є вільне його укладання в паз (пази) профільованого елементу (осердя). Пази нарізаються по гелікоїді. ОВ вільно укладаються в пази і фіксуються шляхом обмотування профільованого елементу скріплюючою обмоткою. В результаті утворюється система, ідентична захисту за допомогою ОМ. Профільований елемент виготовляють з ПЕ або поліпропілену (ПП). При необхідності вільний простір може бути заповнений гідрофобним заповнювачем.

Жорсткі методи захисту ОВ використовують у випадках, коли виникає необхідність забезпечення малих радіусів вигину і достатньо високого рівня стійкості до роздавлюючих зусиль. При такому захисті покриття (жорсткий буфер) накладається безпосередньо на первинне захисне покриття. Матеріалом для жорсткого буфера служить ПА або ПБТ, інколи фторопласт.

Стрічкові елементи є груповим способом захисту декілька ОВ. Існує три основні типи отримання стрічкових елементів. Перший тип - «сендвіч» - є низка (до 20) ОВ, з'єднаних за допомогою стрічки, яка підклеюється до ОВ завдяки липкій речовині (адгезиву). Другий тип - це низка (до 12) ОВ, які з'єднані між собою за допомогою спеціального заповнення, як правило, з таким же складом, що і первинне захисне покриття. Третій тип є ув'язненням двох або чотирьох ОВ в капсулу з матеріалу, аналогічного по складу первинному захисному покриттю. Два останні типи стрічкових елементів (рисунок 1.1) застосовуються найчастіше. Стрічкові конструкції в основному використовуються у випадках, коли виникає необхідність в організації щільних пучків (більше 100) ОВ.

До складу ОК, окрім ОВ, можуть входити і інші елементи: провідники дистанційного живлення, сигнальні пари, силові елементи, корделі та інші елементи, які служать для заповнення вільних проміжків в кабелі з метою надання потрібної форми, механічної міцності, подовжній герметичності, тощо. Сукупність ОВ із захисним покриттям, електричних дротів, заповнювачів, можливо, з поясною ізоляцією, яка знаходиться під оболонкою, називається кабельним осердям. Кабельне осердя визначає типову конструкцію ОК. ОВ є головним елементом ОК і разом із захисним покриттям визначає його конструкцію. Залежно від типу захисного покриття ОВ розрізняють ОК:

-стрічкові;

-із вільним укладанням ОВ - модульні, з центральною захисною трубкою і з профільованим осердям;

-з жорстким вторинним покриттям.

Значно нижча, в порівнянні з основними елементами металевих кабелів, межа механічної міцності на розрив ОВ вимагає використання в конструкціях ОК таких специфічних елементів, як силові, які повинні брати на себе всі розтягуючи зусилля, що можуть прикладатися до ОК в процесі прокладання або технічної експлуатації.

В ОК модульного типу або повивного скручування декілька ОМ або профільованих елементів скручуються навколо центрального елемента, який одночасно є силовим елементом і називається центральним силовим елементом (ЦСЕ). ЦСЕ, як правило, виготовляються зі склопластикового стрижня або сталевого троса в ПЕ - оболонці. Діаметр ЦСЕ залежить від кількості і діаметру скручених біля нього елементів. У разі, коли в ОК використовується тільки одна захисна трубка, яка розміщується в центрі конструкції ОК, всі силові елементи виносяться за межі кабельного осердя.

Для захисту осердя ОК від вологи і інших зовнішніх впливів призначена неперервна металева або неметалічна трубка, розташована поверх осердя. На оболонку може накладатися броня з металевих стрічок, одного або декількох повивів металевих дротів, яка призначається для захисту від зовнішніх механічних і електричних впливів і в деяких випадках для протидії розтягуючим зусиллям (броня з дротів). Поверх металевої оболонки, обплетення або броні накладається захисний шланг - суцільна пресована трубка з пластмаси.

Конструкція ОК, в якій ОВ укладаються в одній захисній трубці значно більшого діаметру, ніж діаметр ОМ. Ця трубка розміщується в центрі конструкції ОК і утворює його осердя (рисунок 1.1). Всі силові елементи винесені за осердя. До переваг такої конструкції відносяться порівняно малі діаметри ОК, до недоліків - відносна складність ідентифікації і монтажу ОВ. Основною вимогою до кабелів для прокладки в кабельній каналізації є їх механічна стійкість до розтягуючих і згинальних навантажень, продавлювання, крученню, вологи. Прокладку цих кабелів здійснюють протяжкою будівельної довжини в труби, які можуть бути виконані з поліетилену, азбестоцементу або бетону. Довжина ділянок для прокладки ОК може становити від 100 до 500 м.

Рисунок 1.1 - Оптичний кабель з центральною захисною трубкою для прокладання в ґрунті

Основні конструкції ОК для прокладки в каналах кабельної канлізаціі, трубах і колекторах представлені на рисунку 1.2.

Конструкція кабелю (рис. 1.2 а) містить сердечник з армуючим елементом у вигляді сталевого троса або склопластикового стрижня, навколо якого скручені ОВ в полімерній оболонки накладеної у вигляді трубки. Можлива герметизація ОВ шляхом заповнення трубок желеподібним складом. Кількість ОВ може сягати від 2 до 72 і більше ОВ.

Поверх сердечника ОК накладають скріпляючий елемент з полімерної плівки або алюмополіетілена, полімерну оболонку, армуючий елемент і зовнішній захисний шланг. Межа міцності на розрив складає не менше 1500 H при відносному видовженні ОК не більше 0,5%. Кабель витримує вигин, як правило, радіусом 150 мм, вплив вібрацій при частоті 10 Гц, стійок до закручування на кут 3600.

На рисунку 1.2 б як приклад наведена багатопрофільна конструкція ОК з великою кількості ОВ фірми 'Alcatel'. У пазах профільованого модуля застосовується як укладання одного ОВ, так і багатоволоконна укладка. Причому в останньому випадку укладання ОВ може бути стрічковою.

Ці ОК мають сердечник у вигляді пластмасової трубки з стрічковим укладанням (до 96) ОВ. Трубка заповнена гідрофобним заповнювачем. В якості силового елемента використовуються дві групи периферійно розташованих склопластикових стрижнів. Для прокладання таких кабелів у кабельну каналізацію знайшов гідне місце метод вдування.

Рисунок 1.2 - Конструкція ОК для прокладки в трубах и колекторах:

а - модульної конструкції; б - з профильованим сердечником; в - з центрально розташованим модулем

1 - ОВ;

2 - трубка модуля;

3 - силовий елемент;

4 - заповнюючий компаунд;

5 - пластикова плівка;

6 - захисний шланг из полиетилену;

7 - профильований сердечник;

8 - водоблокуюча стрічка;

9 - стрічки з волокнами

На базі стрічкових оптичних кабелів для прокладання в кабельній каналізації можуть формуватися інші конструкції ОК, такі як розміщення ОМ в пазах профільованого осердя (рисунок 1.3). Подібна конструкція відрізняється підвищеною стійкістю до ударів і розчавлювання.

Таким чином, тип осердя визначає тип ОК. Поверх осердя накладаються захисні покриття (оболонка, броня, силові елементи або їх комбінація). Тип захисного покриття визначається умовами застосування ОК і відповідними факторами довкілля.

Рисунок 1.3 - Підвісний оптичний кабель з оптичним модулем в пазах профільованого елементу

1.3 Прокладка ок в кабельній каналізації

Можливість прокладки дуже великих довжин волоконно-оптичного кабелю може призвести до необхідності виконання розрахунку максимального натягу кабелю з тим, щоб мати впевненість у тому, що конкретна робота з прокладання буде успішно виконана, особливо в підземних кабельних каналізаціях. Такий максимальний натяг можна порівнювати з встановленими механічними характеристиками даного кабелю в ТУ. У тих випадках, коли ці значення виявляться близькими, можна розглядати питання про методи, що забезпечують можливість прокладки, таких як альтернативне застосування іншої конструкції кабелю, вкорочення траси, зміна траси або напрямку прокладання, використання проміжних лебідок або прийняття спеціальних заходів безпеки у конкретних місцях.

Нижче як приклад наведено розрахунок максимального натягу ОК згідно трасі кабельної магістралі, наведеною на рис. 1.4.

Розрахунки натягу кабелю виконувалися за формулами:

Т_п = Р₀ l K_T g,(1.1)

деТ_п - розтягуюче зусилля;

Р₀ - залежність від маси одиниці довжини кабелю;

l - довжина кабелю;

K_T - коефіцієнт тертя;

g - прискорення вільного падіння, дорівнює 9,81 м/см².

Т_б = Р₀ l (K_T cosб sinб) g, (1.2)

де б - кут, на який відхиляється траса.

Т_изг = Т_п exp (б₁ K_T ) (1.3)

Рисунок 1.4 - Схема траси кабельної магістралі

При цьому натягнення в кінці секції на прямолінійній ділянці Т₁ визначалося з виразу:

Т₁ = Т₀ + Т_n, (1.4)

де Т₀ - натяг ОК на початку секції;

Т_n - натяг ОК, отримане на довжині цієї ділянки.

Натяг ОК на секції з нахилом Т₁ визначалося з виразу:

Т₁ = Т₀ + Т_б, (1.5)

де Т_б - натяг ОК на ділянці з кутом нахилу;

а на секції з вигином б₁ визначалося за виразом:

Т₁ = Т₀ exp (б₁ K_T ) (1.6)

Сумарна величина натягу ОК визначалася як сума натягів на кожній секції від кінця однієї ділянки до кінця іншого. Результати розрахунків натягу ОК по маршруту А -- G (рис. 1.4) представлені в таблиці 1.1

У розрахунках було прийнято Р₀ = 0,92 кг/м, К_т = 0,55.

Цей приклад розрахунку сумарного натягу ОК показує, як визначається можливість прокладки кабелю по вибраному маршруту.

Після проведення розрахунків натягу ОК в залежності від рельєфу траси визначають перший колодязь, з якого починають прокладку кабелю. Якщо траса прямолінійна, має не більше одного-двох кутових колодязів, на ній відсутні вигини і зниження, то за одну протяжку можна затягнути в одному напрямку всю будівельну довжину кабелю. Якщо траса не прямолінійна, має більше двох кутових колодязів і т. д., необхідно визначити перший колодязь і провести прокладку кабелю від цієї криниці в двох напрямках. Бажано, щоб це був кутовий колодязь.

Барабан з віддаленою обшивкою встановлюють з боку траси прокладки так, щоб смотка йшла зверху. Барабан повинен вільно обертатися від руки. Кінець кабелю звільняють від кріплення до барабана, а також від захисного ковпачка. Кінець кабелю, з якого починають прокладку, очищують, зашпаровуючи, наприклад, в одному з пристосувань: ЧСК-12; ЧСК-12К; НКР. У кожному разі тяжіння кабелю проводиться за центральний силовий елемент і оболонку. З'єднання компенсатора кручення з заготівельним дротом здійснюють звичайним скручуванням. Скрутка не повинна виступати за габарити наконечника і компенсатора кручення.

Таблиця 1.1 - Результати розрахунків натягу ОК

Прокладку кабелю роблять за допомогою лебідки з обмежувачем тяжіння, обертаючи її рівномірно без ривків. З протилежного боку кабель розмотують з барабана вручну. Розмотування барабана тяжінням кабелю неприпустима. Під час прокладки необхідно стежити за проходженням кабелю через кутові колодязі. Кабель повинен проходити по центру поворотного колеса і фіксуватися притискними роликами. Середня швидкість прокладки кабелю складає 5-7 м / хв. Варіанти схем прокладки ОК наведено на рис. 1.5.

Рисунок 1.5 - Прокладка ОК в кабельної каналізації вручну: а -- вид сбоку; б -- вид зверху

1 -- труба спрямовуюча ТНГ;

2 -- барабан з кабелем;

3 -- пристрій УРКР;

4 -- воронка канальна БКП;

5 -- ролик верхній;

6 -- ролик нижній;

7 -- лебідка дротяна ручна ЛПР;

8 -- панчіх кабельний ЧСК-12;

9 -- компенсатор кручення ККР;

10 -- розпірка РГВ;

11 -- блок кабельний БЛК

Під час прокладки необхідно забезпечувати необхідний радіус вигину на вході і виході каналу (рис. 1.5 і 1.6);

Рисунок 1.6 - Прокладка кабелю в каналізації кабельною машиною

1-- коліно;

2-- кабель;

3-- запобіжна втулка (воронка);

4-- блок;

5 -- штанга;

6 -- сережка;

7 -- панчоха;

8 -- карабін;

9 -- компенсатор кручення;

10 -- заготівка.

Якщо через складний рельєф траси тягове зусилля лебідки перевищує допустиме значення, в транзитних колодязях виробляють підтяжку ОК із зусиллям не більше 600 ... 700 Н. Підтяжка може здійснюватися вручну в проміжних точках. При цьому робітники, які виконують підтяжку, повинні бути заздалегідь підготовлені і мати навички з визначення для себе допустимого зусилля. При підтяжці кабелю не можна упиратися ногами в стінки колодязя або його арматуру. Не можна також допускати перегинів кабелю в руках. Необхідно стежити, щоб не утворилася петля і кабель рівномірно йшов у протилежний канал. Для забезпечення синхронності підтяжки ОК необхідна службовий радіозв'язок для подачі команд.

Якщо з міркувань обмеження навантаження неможливо виконати прокладку великих будівельних довжин волоконно-оптичного кабелю при розташуванні тягне пристроєм лише на одному кінці, то може знадобитися застосування методу розділення поздовжнього навантаження. Залежно від умов прокладку можна виконати або статичними, або динамічними методами.

Самий елементарний статичний метод відомий як 'метод вісімки'. У цьому випадку необхідно, щоб барабан з кабелем був розташований у проміжному пункті, а кабель змотувався з барабана в одному напрямку даного маршруту за допомогою звичайного методу протяжки з одного кінця. Після цього залишившийся кабель знімається з барабана і укладається на землі у вигляді вісімки. Потім лебідка переміщається на інший кінець секції і прокладання цього кабелю виконується за допомогою розглянутого методу протяжки з одного кінця. Цей метод вимагає наявності необхідного місця для розміщення кабелю, що укладається вісімкою.

Більш складним є метод поділу динамічного навантаження, він вимагає і більшого обсягу обладнання, та його встановлення. Однак його перевагою є можливість прокладки кабелю в одному напрямку безпосередньо з барабана. У цьому випадку на проміжних пунктах використовуються спеціальні кабельні лебідки, а максимальне навантаження, що припадає на кабель, залежить від відстані між цими проміжними пунктами. Необхідно враховувати той факт, що при використанні проміжних лебідок всі зусилля, що діють при прокладці, переходять на оболонку кабелю; при цьому слід враховувати конструкцію конкретного кабелю, що прокладається за допомогою цього методу. Системи проміжних або розподілених лебідок вимагають хорошого узгодження, синхронізації і зв'язку між проміжними пунктами в процесі проведення робіт. Проміжні лебідки типу кабестана можуть викликати додатково перекручування кабелю. Після закінчення прокладки кабелю його кінець біля наконечника (панчохи) обрізають і герметизують поліетиленовим ковпачком.

Оптичні кабелі викладають за формою транзитних колодязів, укладають їх на консолі відповідного ряду в найближчих до кронштейна струмках (бажано на перше консольне місце) і закріплюють перев'язкою. Кабель, що викладається, не повинен перехрещуватися з іншими кабелями, що йдуть в тому ж ряду, і затуляти собою отвори каналів.

Запас кабелю, що залишається в колодязі для монтажу муфти, згортають кільцями діаметром 1000 - 1200 мм, укладають до стіни і прикріплюють до кронштейнів. При подальшому монтажі муфти в монтажно-вимірювальній машині запас кабелю після викладення складає 8 м, а при монтажі муфти в колодязі (залежно від типу колодязя) - 3 - 5 м.

Після викладення кабелю знімають всі протівоугони, що направляють воронки, інші пристрої і встановлюють їх на наступній ділянці траси. Потім проводять контрольні вимірювання загасання ОВ, яке повинне бути в межах встановленої километричні норми. Після перевірки прокладеної довжини кабелю поліетиленові ковпачки на його кінцях повинні бути відновлені.

2. МАГІСТРАЛЬНИЙ ОПТИЧНИЙ КАБЕЛЬ МОДУЛЬНОЇ КОНСТРУКЦІЇ

2.1 Конструкція кабелю типу ОП

Кабелі типу ОП призначені для прокладки в кабельній каналізації, блоках, трубах, захисних поліетиленових трубах (в т.ч. методом пневмопрокладки), в умовах підвищеної вологост, і за відсутності загрози пошкодження гризунами.

Рисунок 2.1 - Оптичний кабель модульної конструкції типу ОаП - С

1 Центральний силовий елемент із сталі

2 Оптичне волокно

3 Оптичний модуль з гідрофобним заповненням

4 Кордельне заповнення

5 Заповнення гідрофобним компаундом

6 Поліетилентерефталатна плівка

7 Захисний шар із алюмополімерної стрічки

8 Зовнішня оболонка із поліетилену

2.2 Умовне позначення кабелю

ОаП - С - ХЛ - 32 Е5 1,5

О - волоконно-оптичний кабель

а - виконання з алюмополімерним захисним шаром

П - зовнішня оболонка із поліетилену

С - центральний силовий елемент - сталевий трос з поліетиленовим покриттям

ХЛ - тип температурного виконання від -40 до +60

32 - кількість оптичних волокон

Е - одномодове оптичне волокно в відповідності з рекомендаціями ITU - T G, 652B

5 - повив сердечника складається з п'яти елементів

1,5 - допустиме розтягуючи зусилля, кН.

2.3 Основні техніко-експлуатаційні характеристики кабелю

Всі основні техніко - експлуатаційні характеристики кабелю типу ОП приведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Основні техніко-эксплуатаційні характеристики кабелю

2.4 Матеріали для ОК

Оптичне волокно

Оптичне волокно - основний елемент, виконаний у вигляді тонкого скляного волокна циліндрової форми, по якому здійснюється передача хвиль довжиною декілька мікрон, що відповідає діапазону частот Гц. Волокно, як правило, має двошарову конструкцію і складається з серцевини і оболонки з різними показниками заломлення і . Скляні волокна мають як скляне ядро, так і скляну оптичну оболонку. Скло, використовуване в даному типі волокон, складається з надчистого діоксида кремнію або плавленого кварцу. У скло додають домішки, щоб отримати необхідний показник заломлення. Германій і фосфор, наприклад, збільшують показник заломлення, а бор і фтор, навпаки, зменшують його. В порівнянні з іншими видами волокон пластикові мають обмежені можливості з погляду загасання і смуги пропускання. Пластикові і PCS волокна не мають захисних оболонок навколо оптичної оболонки.

Види оптичних волокон:

- Полімерні оптичні волокна (ПОВ)

- Кварц-полімерні оптичні волокна

- Волокна з багатокомпонентних силікатних стекол

- Волокна, прозорі в середньому інфрачервоному діапазоні

- Кварцеві оптичні волокна

Фарби (чорнила) для оптичних волокон.

Використовується, в основному, «чорнило» ультрафіолетового затвердіння, що наноситься на оптичне волокно для їх колірного кодування. «Чорнило» забезпечує стійкість колірного забарвлення протягом всього терміну служби оптичного кабелю, не робить впливу на характеристики передачі оптичного волокна, стійкі до хімічних матеріалів, вживаних в конструкціях оптичного кабелю. «Чорнило» прозоре для оптичного випромінювання, що забезпечує можливість використання системи юстирування LID в автоматичних апаратах для зварки оптичного волокна і можливість підключення до оптичного волокна оптичних телефонів для організації службового зв'язку по оптичному волокну в процесі будівництва і експлуатації.

У оптичному модулі розміщується як правило до 12 оптичних волокон, для їх забарвлення використовується «чорнило» переважно наступних кольорів: блакитний, жовтогарячий, зелений, брунатний, сірий, білий, червоний, чорний, жовтий, фіолетовий, рожевий, бірюзовий.

Таблиця 2.2 - Основні характеристики «чорнил»

Полібутілентерефталат (ПБТ)

Твердий безбарвний полімер молярна маса (27-40)·10³; коефіцієнт полідисперсності Mw/Mn?2, Mw и Mn - молярна маси відповідно.

На відміну від поліетилентерефталату ПБТ - полімер, що швидко кристалізується; максимальний ступінь кристалічності 60%. Володіє високою міцністю, жорсткістю і твердістю, стійкий до повзучості, хороший діелектрик. ПБТ володіє хорошими антифрикційними властивостями. Коефіцієнт тертя у ПБТ значно менше, ніж у поліeкапроаміда і поліформальдегіду.

На відміну від поліамідів у ПБТ завдяки незначному водопоглинанню зберігаються в умовах підвищеної вологості високі електроізоляційні і механічні властивості. При тривалому контакті з водою і водними розчинами солей (напр. NahCO₃, Na₂CO₃, NaHSO₃, KCl) ПБТ піддається гідролітичній деструкції: швидкість процесу при кімнатній температурі мала, але зростає при підвищених температурах (800C).

Таблиця 2.3 - Характеристики полібутілентерефталата

ПБТ розчиняється в сумішах фенолу з хлорованими аліфатичними вуглеводнями у м-крезолі, не розчиняється в аліфатичних і перхлорірованних вуглеводнях, спиртах, ефірах, жирах, рослинних і мінеральних маслах і різних видах моторного палива. При 600°C обмежено стійкий в розбавлених кислотах і розбавлених лугах. Деструктіруєтся в концентрованих мінеральних кислотах і лугах. По стійкості до дії хімічних реагентів і розтріскування під напругою перевершує полікарбонати.

Гідрофобний заповнювач

Як гідрофобні заповнювачі переважно застосовують гідрофобні гелевидні компаунди. Заповнювачі на основі порошкоподібних матеріалів, нитки і стрічки (виконуються, в основному, на основі розпушеної целюлози, що розбухає при контакті з водою і створюючою 'пробку' для подальшого її розповсюдження) застосовують значно рідше.

Гідрофобні компаунди, використовувані як заповнювачі оптичних модулів, окрім задачі захисту ОВ від дії вологи виконують також функцію амортизатора для ОВ при механічних діях на ОК, а також функцію мастило, що зменшує тертя між ОВ і стінкою оптичного модуля.

Гідрофобні заповнювачі відрізняються діапазоном робочих температур і призначенням: внутрішньомодульні заповнювачі, вживані для заповнення модулів з ОВ, і міжмодульні заповнювачі, вживані для заповнення вільного простору в осерді ОК і в бронепокровах, що виконуються із сталевих дротів або склопластикових стержнів.

Внутрішньомодульні заповнювачі характеризуються значно вищими вимогами, що пред'являються до них, і мають меншу в'язкість в порівнянні з міжмодульними заповнювачами.

Гідрофобні заповнювачі марки TFC фірми MWO GMBH. Гідрофобні заповнювачі марки TFC - надчисті, тиксотропні продукти з низькою в'язкістю і високою прозорістю. Вони виготовляються двох типів: ТFС 1529 і TFC 1129 (таблиця 2.4).

Заповнювач типу TFC 1529 - нестікаючий компаунд, має стабільні характеристики до -40°С. Вільний від силіконових масел.

Заповнювач типу TFC 1129 - нестікаючий компаунд із стабільними характеристиками до -60°С. Вільний від силіконових масел.

Таблиця 2.4 - Основні технічні характеристики заповнювачів марок ТFС 1529 і ТFС 1129

Гідрофобні заповнювачі фірми Henkel KGaA. Гідрофобні заповнювачі марок Macroplast CF 250, 300 і 320 використовуються для заповнення модулів з ОВ. Заповнювачі цих марок можуть вводитися в ОК при нормальній температурі, краплепадання відсутнє при температурі до 100 °С. Заповнювачі не надають дії на ОВ, сумісні з полімерними матеріалами ОК, залишаються в'язкими при температурі до - 80 °С, не містять силікону і неорганічних заповнювачів.

Гідрофобний заповнювач марки Macroplast CF 290 призначений для заповнення міжмодульного простору і захищає елементи ОК від дії вологи. Виготовляється на основі вуглеводнів і синтетичних полімерів. Колір заповнювача янтарний.

Гідрофобні заповнювачі фірми BPLC (Франція). Гідрофобні нетоксичні заповнювачі Naptel призначені для внутрішньомодульного (Naptel 308) і міжмодульного (Naptel 851, 842, 827, 867) заповнення ОК. Виробляються на основі поліізобутилену з додаванням воску (таблиця 2.6, таблиця 2.7). Виготовляються у вигляді гомогенного в'язкого гелю білого кольору.

Таблиця 2.5 - Основні технічні характеристики заповнювача Macroplast CF 290

Таблиця 2.6 - Основні технічні характеристики гідрофобного заповнювача Naptel 308

Таблиця 2.7 - Основні технічні характеристики гідрофобних заповнювачів Naptel 851,842, 827, 867

Тиксотропний гель

Водоблокуючі тиксотропні компаунди Optiflll 5300, 5270 призначені для заповнення в середині модуля, а компаунд Optiflll 5209 і компаунди Insojell - для міжмодульного заповнення ОК. Робочий діапазон температур від - 60 до +150 °С. Компаунди Optiflll виготовляються у вигляді гелю з синтетичних матеріалів і на основі мінеральних масел з інертними заповнювачами.

Поліетилентерефталат (лавсан)

Основним матеріалом для скріплення елементів осердя ОК повивного скручуванняє поліетилентерефталатна стрічка, що забезпечує фіксацію елементів конструкції осердя до накладення полімерної оболонки і запобігає витіканню з осердя гідрофобного заповнювача.

Плівка поліетилентерефталатна марки ПЕТ - Е виготовляється відповідно до ГОСТ 24234 - 80 і призначається для скріплення конструктивних елементів ОК (таблиця 2.8). Вона може експлуатуватися при температурі від - 65 до + 155°С.

Таблиця 2.8 - Основні технічні характеристики плівки марки ПЕТ - Е

Полиэтилен

Поліетилен - твердий термопластичний полімер білого кольору; макромолекули мають лінійну будову з невеликою кількістю бічних розгалужень. ПЕ неполярний полімер, що володіє високими електроізоляційними властивостями.

Розрізняють три види поліетилену:

1) Поліетилен низької щільності (високого тиску) ПЕНЩ виходить в результаті реакції полімеризації при температурі 130 - 140 єС і тиском 250 - 300 МПа.

2) Поліетилен високої щільності (низького тиску) ПЕВЩ виходить в результаті реакції полімеризації при температурі 70 - 140 С і тиском 0,3 - 70 МПа.

3) Поліетилен середнього тиску.

Завдяки низькій щільності, високій в'язкості, подовженню при розриві і хорошій оброблюваності він використовується для виробництва оболонок сердечників оптичних кабелів. Для різних видів оболонок оптичних кабелів зазвичай використовують поліетилен низької щільності (ПЕНЩ). Проте, при необхідності забезпечення більшої міцності і опору деформації при високих температурах, застосовують і твердіші різновиди поліетилену - поліетилен середньої щільності (ПЕСЩ) і високої щільності (ПЕВЩ). Це підвищує вартість кабелю, проте ПЕВЩ істотно збільшує зносостійкість оболонки. Також низький (у 1000 разів менше ніж у ПЕСЩ) коефіцієнт дифузії молекул води через ПЕВЩ забезпечує ізоляцію металевих силових елементів понад 2000 МОм/км. Відомо, що саме по опору ізоляції можна судити про порушення оболонки ліній телекомунікації. Для цього повинен бути високий захист кабелю від проникнення вологи, що сприяє дальності виявлення порушення оболонки.

У сьогодення час широкого поширення набув лінійний ПЕНЩ, отриманий в газовій фазі. У відмінності від звичайного ЛПЕНЩ має менше число розгалужень, тому має вищі механічні властивості: модуль пружності і стійкість до стирання, а так само менший tgд.

Таблиця 2.9 - Характеристики поліетилену

ПЕ вигідно відрізняється від інших термопластов поєднанням високої міцності з достатньою еластичністю і здатністю працювати в широкому інтервалі температур (от -120 до 100 ?С). Діапазон, що рекомендується, для використання поліетилену складає від -60 до +79?С; при цьому допускається короткочасне нагрівання до 90?С за умови, що в цьому випадку кабель не піддаватиметься підвищеному тиску. Точка плавлення поліетилену знаходиться в діапазоні температур від 110 до 130?С. Як і решта полімерів, при пониженні температури поліетилен стає твердішим. При температурі біля -65?С поліетилен стає крихким.

Для ПЕ характерна мала зміна електричних властивостей в широкому діапазоні температур і частот. Тангенс кута діелектричних втрат ПЕ в інтервалі температур від -45 до +115 ?С и частот 10 - 50 кГц знаходиться в межах (2 - 4)·10^-4. Електричні властивості ПЕ погіршуються із збільшенням ступеня його окислення і за наявності домішок. Властивості ПЕ можна модифікувати змішенням його з іншими полімерами і сополімерами. Так, при змішенні ПЕ з поліпропіленом підвищується нагрівостійкість, при змішенні з бутілкаучаком або етіленпропіленовим каучаком - ударна в'язкість і стійкість до розтріскування.

ПЕ володіє низькою газо- і паропроникнісю і малопроникнистю для води і водяної пари. Хімічна стійкість ПЕ залежить від М, ММР і особливо від щільності; з її збільшенням химостійкість ПЕ зростає. Найбільш високими химостійкость володіють ПЕНД і ПЕСД. ПЕ не реагує з лугами, з розчинами солей, органічними кислотами і навіть з концентрованою соляною і плавиковою кислотами. ПЕ руйнується при 20 ?С 50%-ій HNO₃, а так само з рідкими і газоподібним хлором і фтором. ПЕ не розчиняється, але набухає в органічних розчинниках при 20 ?С; вище 80 ?С розчиняється в багатьох розчинниках, особливо добре у вуглеводнях і галогенпроїзводних. ПЕ можна хлорувати, сульфохлоріровать, бромувати, фторувати. Ці реакції використовуються на практиці для модифікації властивостей ПЕ. Кабелі з такою оболонкою можна використовувати в умовах підвищеної вологості і за наявності хімічних речовин в навколишньому просторі.

При дії на ПЕ тепла, ультрафіолетових променів, кисню повітря відбувається старіння, яке виражається в погіршенні физико-механичних і електроізоляційних властивостей. Щоб загальмувати цей процес, полімер стабілізують введенням антиоксидантів (ароматичних амінів, алкилфенолов, фоcфітов і ін.) і світлостабілізаторов (сажа, і похідні бензофінолів, ін.). Тому поліетилен, призначений для використання на відкритому повітрі, зазвичай чорного кольору. Зміст антиоксидантів 0,03-0,05% по масі.

При виготовленні виробів з ПЕ спостерігається їх усадка. Значення термічної усадки при охолоджуванні виробів від 115 до 20 ?С змінюються в наступних межах: лінійна від 5,1 до 0%, об'ємна от 15,3 до 0%.

ПЕ практично нешкідливий і не виділяє в навколишнє середовище небезпечних для здоров'я людини речовин. Шкідливу дію можуть надавати лише продукти його розкладання.

ПЕ є горючим матеріалом. Його кисневий індекс складає 18,4. Для підвищення КИ ПЕ в нього вводять спеціальні добавки - антіпірени. Існуючі композиції самозатухающего кабельних ПЕ містять 5% триоксиду сурми, хлорованого парафіну. В результаті КИ складає 26. В результаті застосування декаброма діфінілоксида, трігидрад алюмінію і соди CaCO₃КИ досягає 28-32.

Введення антиоксидантів і антіпіренов приводить до зміни физико-хімічних властивостей. Зокрема підвищується відносна діелектрична проникність, а значить зростає ємкість.

Для зменшення діелектричної проникності в кабельну конструкцію на основі ПЕ вводять повітря. Отримують пористу ізоляцію.

Іноді використовується багатошарова оболонка з поліетилену, із ламінуємого алюмінію, відома за технологією виготовлення мідних кабелів.

Напруга, що викликає руйнування, при 20?С дорівнює 10 МПа. Поліетилен, вживаний для ізоляції, можна розтягнути на 400%, перш ніж він порветься, а поліетилен, використовуваний для виготовлення кабельних оболонок, - на 500%; його руйнуюча напруга складає не менше 12 МПа.

У поліетилені немає ніяких пластифікаторів, які могли б мігрувати в інші матеріали. Проте при постійному зіткненні з полівінілхлоридом (ПВХ), гумою і тому подібне в поліетилен можуть проникати невеликі кількості пластифікаторів. Тому в деяких випадках поліетилен потрібно захищати від міграції пластифікаторів.

Таблиця 2.10 - Показники ПЕ

Таблиця 2.11 - Основні технічні характеристики поліетіленов по ГОСТ 16336-77

Алюмінієва стрічка з полімерним покриттям

Використовуються для виготовлення алюмополіетіленових оболонок ОК, що забезпечують захист кабелю від поперечної дифузії вологи через полімерні оболонки. Застосовуються при виготовленні ОК, призначених для експлуатації у воді (що прокладаються в затоплюваною водою кабельної каналізації, болотах, через водні перешкоди і тому подібне). Наявність у ОК комбінованої оболонки спрощує також проведення трассопошукових робіт.

Така стрічка використовується в конструкціях ОК з поліетиленовими оболонками для захисту від поперечної дифузії вологи. Основні технічні характеристика алюмополімерной стрічки представлені в таблиці 2.15.

Таблиця 2.12 - Основні технічні характеристики стрічки Dozakl

Матеріали для силових елементів ОК

Як центральний силовий елемент ОК повівной скручування використовують сталевий дріт або трос з полімерним покриттям. Сталевий дріт використовується в бронепокровах ОК, що прокладаються в ґрунт (зокрема в скельний ґрунт і ґрунт, схильний до мерзлотних явищ). Застосування її забезпечує вищу стійкість ОК до розтягуючих і роздавлюючих зусиль при менших габаритах і вартості ОК в порівнянні з ОК, виконаним на основі діелектричних силових елементів, а також спрощує трассопоіськові роботи.

Сталь (польск. stal, від нім. Stahl) -- сплав заліза з вуглецем (і іншими елементами), що деформується, вміст вуглецю в якому не перевищує 2,14 %, але не менше 0,02 %. Вуглець до сплавам заліза міцність і твердість, знижуючи пластичність і в'язкість.

Враховуючи, що до сталі можуть бути додані легуючі елементи, сталлю називається сплав заліза, що містить не менше 45% заліза, з вуглецем і легуючими елементами (легована, високолегована сталь).

Характеристики сталі:

Щільність сталі -- (7,7 - 7,9) 10? кг/м?;

Питома вага сталі -- (7,7 - 7,9) г/cм?;

Питома теплоємність сталі при 20° C -- 0,11 ккал/град (462 Дж/град);

Температура плавлення сталі -- 1300 - 1400 ° C;

Питома теплота плавлення сталі -- 49 кал/град;

Коефіцієнт теплопровідності сталі -- 39 ккал/мчасград (45,5 Вт/(мК);

Для троса використовується стальна катана проволока без покриття, яка виконується за ГОСТом 7372-79

3. ТЕРМОМЕХАНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОК

3.1 Розрахунок термомеханічних зусиль

Розрахунок проводиться наближеними методами. Припускаємо, що при всіх впливах кабель працює в області пружних деформацій.

Метою цього розрахунку є визначення термомеханічних зусиль у оптичному кабелі, що виникають при зміні температур у допустимих межах.

При нагріванні відносне видовження елементів кабелю розраховується за формулою.

, (3.1)

де - температурний коефіцієнт лінійного розширення елементів кабелю, ;

- різниця між температурою навколишнього середовища і максимальною робочою температурою кабелю, дорівнює 40.

Таблиця 3.1 - Результати розрахунку термомеханічних сил

Розрахуємо розтягуючу термомеханічну силу для елементів, які лежать паралельно вісі кабелю, за формулою:

F_i1=, (3.2)

де - площа поперечного перетину елементів кабелю;

- модуль Юнга (пружності) елементів кабелю.

Сила, яку створюють елементи кабелю не паралельні вісі:

F_i2=, (3.3)

де = arctg;

А - радіус скручування;

h - крок скручування.

F_тм = ,(3.4)

де F_тм - сумарна термомеханічна сила, Н.

Результати розрахунків приведені в таблиці 4.1.

Розрахуємо ту силу, яка розтягує кабель на таку величину , коли оптичне волокно розтягується на величину .

,(3.5)

де - видовження кабелю, коли тільки починає видовжуватись видовження оптичного волокна;

- різниця між довжиною волокна покладеного по гелікоїді та волокном на внутрішній поверхні модуля;

= 1 м.

м, (3.6)

де - довжина волокна з урахуванням коефіцієнтом укрутки та гелікоїдальності.

; (3.7)

, (3.8)

де - коефіцієнт укрутки коли волокно знаходиться в центрі модуля, дорівнює 1,0019;

- коефіцієнт гелікоїдальності, дорівнює 1,01;

- коефіцієнт укрутки, коли волокно знаходиться на внутрішній поверхні модуля, дорівнює 1,0009.

F₁ (3.9)

Видно, що , а це означає, що термомеханічні зусилля не викликають деформації волокна.

Тоді у розрахунку допустимого розтягуючого зусилля термомеханічну силу не враховуємо. При цьому допускаємо деякий запас через те, що волокно не розтягнулося на величину . Результати розрахунків за формулами 3.1 - 3.9 предствалені у таблиці 3.1.

3.2 Розрахунок допустимих розтягуючи зусиль

волоконний оптичний кабель каналізація

Метою розрахунку механічної міцності по заданих навантаженнях є визначення тих деформацій, що виникають в ОК, унаслідок яких можуть виникнути небажані зміни характеристик ОВ.

Величина деформації кабелю (відносне подовження), і отже ОВ, не повинна перевищувати деякої заданої величини, що забезпечує його надійну роботу протягом всього терміну служби.

Величина розтягуючого навантаження, що забезпечується конструкцією ОК, визначається виразом вигляду:

F кН, (3.10)

де - допустиме відносне видовження, дорівнює 0,005;

F - максимально допустима розтягуючи сила при розподілі зусиль між усіма елементами кабелю;

При тяжінні кабелю під час прокладки за силовий елемент (трос), максимально допустиме розтягуюче зусилля дорівнює:

= (3.11)

=1,13 10^-6 210 10⁹ 0,005 + 1,41 10^-6 200 10⁹ 0,005 = 2,77 кН

3.3 Розрахунок мінімального радіусу вигину

При вільному укладанні оптичного волокна в кабелі, наприклад в трубці з полімерного матеріалу або в пазах сердечника, в нім виникають тільки деформації вигину, залежні від його зовнішнього радіусу b и радіусу кривизни . Зовнішня частина зігнутого оптичного волокна розтягується, а внутрішня стискається . Напруги в крайніх точках перетину оптичного волокна рівні між собою. Деформація менша, якщо радіус скручування A малий, проте при малих радіусах вигину R положення міняється, до менших деформацій приводить вибір більшого А.

Радіус вигину розраховуємо за формулою:

(3.12)

де - зовнішній радіус уявленого стрижня, що згинається, мм;

- радіус кривизни, що розраховується за формулою:

(3.13)

Рисунок 3.1 - Схематичне креслення розташування оптичного волокна в кабелі при його вигині

У циліндричній системі координат по якій лежить волокно можна описати залежностями:

(3.14)

(3.15)

. (3.16)

Очевидно, що величина має мінімальне значення при (це є найнапруженіша точка). тоді вираз , отже

(3.17)

Через те, що загальна довжина кабелю вельми велика та враховуючи гелікоїдальну форму модулів, сили тертя між волокном та модулем , вважаємо що модуль та волокно поєднані жорстко. Тоді b = A.

(3.18)

де A = мм, = 0,005. Тоді знаходимо R = 265 мм, це віповідає 24 діаметрам кабелю. Паспортне значення 20 діаметрів кабелю. Деяке зменшення від 24 можливе завдяки зміщенню волокна відносно модулю.

Висновок: таким чином в даному розділі виконано розрахунок термомеханічних зусиль, які виникають у волокні при нагріванні кабелю в межах робочих температур. Показано, що ці зусилля не призводять до видовження волокна, через наявність певного запасу по довжіні волокна. Розраховано максимально-допустиме розтягуюче зусилля при рівномірному їх розподілі між елементами кабелю. Воно склало кН. При прикладенні розтягую чого зусилля лише до силового елементу (тросу), це зусилля склало 2,77 кН. Розраховано мінімально допустимий радіус вигину кабелю. Розраховане значення склало 265 мм, це відповідає 24 зовнішнім діаметрам кабелю. Всі розрахунки виконано наближеними інженерними методами.

4. РОЗРАХУНОК МАСИ ОК

4.1 Маса оптичного волокна

Для розрахунку скористаємося наступною формулою:

М_ом = (М_ов + М_пзп1 + М_пзп2 + М_кр) К_гел К_у n m, (4.1)

де М_ов - маса оптичного волокна, кг/км.;

Мп_зп1 - маса первинного захисного покриття (лак), кг/км.;

М_пзп2 - маса вторинного захисного покриття, кг/км.;

М_кр - маса фарби, кг/км.;

К_гел - коефіцієнт гелікоїдальності, дорівнює 1,01;

m - число волокон в модулі;

n - число ОМ.

К_у - коефіцієнт укручування розрахуємо по наступній формулі, дорівнює

М_в =,(4.2)

де b - радіус оптичного волокна по світловідбиваючої оболонці, дорівнює 125·10^-6 мм;

- щільність кварцу, дорівнює 2,2 г/см³

Маса первинного захисного покриву 1:

М_пзп1 = р(2b+д_пзп1) д_{пзп1 пзп1} =(4.3)

= 3,14(12510^-3+30^.10^-3) 3010^-31,02=1510^-3 кг/км,

де д_пзп1 - товщина первинного захисного покриття, дорівнює 3010^-3 мм^;

_пзп1 - щільність первинного захисного покриття (лак), дорівнює 1,02 г/см³ .

Маса первинного захисного покриву 2:

М_пзп2 = р((2b+2д_пзп1)+д_пзп2)д_{пзп2 пзп2} =(4.4)

= 3,14(18510^-3+ 3010^-3) 3010^-3) 510^-3 1,02 = 2110^-3 кг/км,

де д_пзп2 - товщина вторинного захисного покриття, дорівнює 5·10^-6 м.

Маса фарби:

М_кр = р(2b+2(д_пзп1+д_пзп2)+д_кр) д_{кр кр} =(4.5)

= 3,14(245 10^-3+5 10^-3) 5 10^-3 1,13= 4 10^-3 кг/км,

де д_кр - товщина краски, дорівнює 5·10^-6 мм;

_кр - щільність вторинного захисного покриття (фарба), дорівнює 1,13 г/см³

Маса всіх волокон що знаходяться в модулях:

М_ом = (М_ов + М_пзп1 + М_пзп2 + М_кр) К_гел К_у n m =(4.6)

= (27 + 15 + 21 + 4) 10^-3 1,01 1,005 8 4 = 2,176 кг/км,

4.2 Маса сталевого центрального силового елементу

М_цсэ = М_тр + М_пп=7,76 + 1,47 = 9.23 кг/км, (4.7)

де М_тр - маса сталевого троса;

М_пп - полімерного покриття.

D_тр=0,701D=1.8226 мм, (4.8)

де D_тр - діаметр троса в полімерному покритті.

D_трд= D_тр-2д_пп=1,8226-0,6=1,2226 мм, (4.9)

де D_трд -діаметр троса без полімерного покриття;

д_пп - товщина полімерного покриття дорівнює 0,3 мм.

D_пр=0,4 мм

М_тр= ( + ( N_н К_у)) К_{с ст} =(4.10)

= кг/км,

де D_пр - діаметр дроту, дорівнює 0,4 мм;

К_у - коефіцієнт укручування дроту, дорівнює 1,09;

_ст - щільність стали, дорівнює 7,8 г/см³;

К_с - технологічний коефіцієнт мастила, дорівнює 1,07;

N_н - кількість зовнішніх проволок.

М_пп =D_трд + д_пп) д_{пп пэ} К_ф =(4.11)

= 3,14(1,2 + 0,3) 0,3 0,92 1,13 = 1.47 кг/км,

де К_ф - технологічний коефіцієнт чинник приймаємо рівний 1,13;

_пе - щільність поліетилену, дорівнює 0,92 г/см^3.

4.3 Маса трубок оптичного модуля

М_ом =D_ом - д_ом) д_ом К_у n_ом =(4.12)

= 3,14(2,6 - 0,3)0,3 1,31 1,0005 4 = 11,35 кг/км,

де D_ом - діаметр оптичного модуля, мм.

д_ом - товщина поліетилентерефталатної плівки, мм;

- щільність поліетилентерефталатної плівки, 1,31 г/см³

К_у - коефіцієнт укручування оптичних модулів розрахуємо по наступній формулі:

К_у=, (4.13)

деh - крок скручування оптичних модулів, дорівнює 250 мм;

4.4 Маса корделей

М_корд= N_к К_{у пэ} = 1 1,005 0,92 = 0,231 кг/км, (4.14)

де N_к - кількість корделів;

К_у - коефіцієнт укрутки корделя, як у модуля

4.5 Маса гідрофобного заповнення в ОМ

М_гз = (S_в - S_ов К_гел m) _гз К_у n =(4.15)

= (4,15-0,051 1,01 8) 0,82 1,005 4=12.32 кг/км,

де М_гз - маса внутрішньомодульного гідрофобного заповнення;

S_в - внутрішня площа ОМ, дорівнює 4,15 мм²;

S_ов - площа ОВ, дорівнює 0,051мм²;

m - число волокон в модулі;

n - число ОМ;

_гз - щільність внутрішньомодульного гідрофобного заповнювача, дорівнює 0,82 г/см³.

М_гзом = (S_н - S_тр - S_ом К_гел m) _мгз К_у n =(4.16)

= (38,75 - 2,54 - 5,307 1,01 5) 0,85 1,0008 1= 12,33кг/км,

де М_гзом - маса міжмодульного гідрофобного заповнювача

S_н - площа по плівці ПЕТФ;

S_ом - площа оптичних модулів

_мгз - щільність міжмодульного гідрофобного заповнювача, дорівнює 0,85 г/см³.

4.6 Маса поліетілентерефталатной плівки

М_пэтф = р(D + д) д _пэтф =(4.17)

= 3,14(7,026 + 50 10^-3) 50 10^-3 1,38 1.2 = 1,84 кг/км,

де М_пэтф - маса ПЕТФ плівки

D - внутрішній діаметр поліетілентерефталатной (ПЕТФ) плівки, дорівнює 7,026 мм;

д - товщина плівки з поліетилентерефталату, дорівнює 50 10^-3 мм^;

_пэтф - щільність ПЕТФ плівки, дорівнює 1,38 г/см³.

4.7 Маса алюмополімерної стрічки

М_al = р(D + д) д _al = 3,14(7,076 + 0,1) 0,1 2,7 = 6,084 кг/км, (4.18)

де М_al - маса алюмінію; д - товщина алюмінію, дорівнює 0,1 мм;

_al - щільність алюмінію, дорівнює 2,7 г/см³.

М_пэ = р(D + д) д _пэ =(4.19)

= 3,14(7,176+ 0,05) 0,05 0,92 = 1,04 кг/км,

де М_пэ - маса поліетилену в алюмополімерной стрічці;

д - товщина полімеру (ПЕ);

D - внутрішній діаметр полімерної оболонки.

М_апл = М_al + М_пэ = 7,124 кг/км, (4.20)

4.8 Маса оболонки (ПЕ)

М_обол. = р(D + д) д K_ф =(4.21)

= 3,14(7.2 + 1.8) 1.8 0,92 1,13 = 52,88 кг/км,

деМ_обол. - маса оболонки з поліетилену;

D - внутрішній діаметр оболонки, дорівнює 7,2 мм;

д - товщина оболонки, дорівнює 1,8 мм.

4.9 Маса всього волоконно-оптичного кабелю

М = М_ов + М_цсэ + М_ом + М_корд + М_гз + М_пэтф + М_пэ. + М_апл =(4.22)

= 12,176 + 9,23 + 11,35 + 0,231 + 24,65 + 1,84 + 52,88 + 7,124 = 119,481 кг/км

Висновок: в даному розділі було виконано розрахунок маси оптичного кабелю марки ОаП - С - ХЛ - 32Е5. Розрахована величина склала: 119,481 кг/км. Отримане значення відповідає тим, що повідомляються виробниками.

5. ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ОПТИЧНОГО КАБЕЛЯ

5.1 Виготовлення оптичних волокон

Технологічний процес виготовлення ОВ розробляється виходячи з вимог точного використання конструктивних рішень і найменшого впливу на параметри волокна зовнішніх впливаючих чинників, а також економічній доцільності робіт.

Волокна зазвичай виготовляються в ході декількох технологічних операцій, щоб цілеспрямовано оптимізувати їх механічні, геометричні і оптичні характеристики. Крім того, ця технологія дозволяє здійснювати швидке і економічне масове виробництво, що є істотним чинником для сучасної техніки зв'язку з використанням волоконно-оптичних кабелів.

Загальна технологічна схема виготовлення ОВ включає виготовлення заготовок і витяг ОВ з цих заготовок.

Заготівка є скляним стержнем, що складається із скла серцевини і скла оболонки. Якщо розглядати поперечний переріз такої заготівки, то по ньому в збільшеному масштабі видно геометричні розміри і профіль показника заломлення ОВ, яке може бути зроблене з заготівки. При сильному нагріванні одного кінця відбувається витяг заготівки у волокно, при цьому одночасно наноситься первинне захисне покриття.

Виготовлення кварцевих заготовок здійснюють різними технологічними методами, в основі яких лежить метод рідкої фази, парофазна техніка і зол - гель процес.

Метод рідкої фази в основному використовують для виготовлення багатокомпонентних ОВ з діаметром серцевини 250 мкм і 400 мкм, числовою апертурою більше 0,5 і коефіцієнтом загасання 3 - 20 дБ / км.

До методів рідкої фази відносять: методи тигля, шаруватого розплаву, подвійного тигля, обмінної дифузії, модифікований метод обмінної дифузії.

Зол - гель процес виробництва оптичних заготовок розроблявся з 1977 року. Існують два основні методи виготовлення кварцевого гель - скла: гідроліз і полімеризація алкоголятів; перетворення на гель золів, отриманих з колоїдних оксидних дисперсій. З допомогою зол-гель процесу виготовляють опорні кварцеві труби (ОКТ), серцевину і оптичну оболонку.

Алкоголяти дозволяють отримувати багатокомпонентні гелі, і завдяки маленьким порам (2 - 7 нм) ці гелі можуть спікатися при температурах, значно менших, ніж температури, які застосовуються при утворенні скла. Таким чином, можна виключити проблему кристалізації, оскільки спікання відбувається при температурі значно нижче за ту, при якій починається утворення центрів кристалізації і зростання кристалів. Проте сушка монолітних алкоголятних гелів є важким завданням. Вона може бути вирішена шляхом гіперкритичного відкачування повітря з автоклава. Метод дуже трудомісткий, вимагає громіздкого устаткування і великих витрат.

Зупинимося в основному на виготовленні заготовок методом парофазної техніки. Він є найбільш поширеним для ОВ, вживаних в техніці зв'язку.

Технологія виготовлення опорних кварцевих труб

Опорні кварцеві труби є важливим вихідним компонентом для виготовлення кварцевих заготовок. ОКТ виготовляють з різних видів сировини по одностадійній або двохстадійній технології.

Одностадійний процес забезпечує найкращі геометричні характеристики труб, що виготовляються, але, як і процес контактного двохстадійного формування труб, не забезпечує високої міцності кварцевого скла ОКТ зважаючи на його забруднення частинками матеріалу дорну установки контактного формування труби.

Найбільшого поширення набув двохстадійний процес виробництва ОКТ з натурального скла з використанням методу безконтактного формування труби, що має достатньо високі техніко - економічні показники.

ОКТ, які виготовляються на його основі, випускають діаметром 8 - 24 мм з радіальною товщиною стінок 1 - 1,6 мм. Допуск на радіальну товщину стінки для кращих зразків ОКТ вагається від ± 0,2 до ± 0,4 мм. Довжина ОКТ може складати 1 - 2,5 м. Допуск на радіальну товщину стінки в значній мірі визначає точність виготовлення заготівки із заданим профілем показника заломлення заготівки.

Існує декілька методів виготовлення заготовок:

- Виготовлення заготівок шляхом плавлення скла

- Модифікований метод хімічного парофазного осадження (MCVD)

- Плазмовий метод хімічного парофазного осадження (PCVD)

- Метод зовнішнього парофазного осадження (OVD)

- Метод осьового парофазного осадження (VAD)

Модифікований метод хімічного парофазного осадження (MCVD)

Цей метод виготовлення заготовок для виробництва волокон став одним з найбільш випробуваних і перевірених методів, використовуваних для виготовлення волоконно-оптичних заготовок. Процес простий, гнучкий і, таким чином, легкий у виробництві. Його простота зробила цей процес найбільш придатним для наукових досліджень в області оптичних хвилеводів. Великомасштабне використання цього методу здійснене фірмою Lucent Technologies в США і багатьма іншими виробниками в США, Японії і Європі. Метод дозволяє здійснити варіацію безлічі параметрів, наприклад діаметру готового багатомодового або одномодового скловолокна, числової апертури (NA) і профілю показника заломлення. Ці параметри можуть змінюватися при зміні кількості паракремнієвого діоксиду і кількості домішок легування, при цьому весь процес управляється і контролюється комп'ютерами. Це робить відносно легким для виробників процес виготовлення ОВ згідно з різноманітністю технічних вимог.

MCVD процес призводить до осадження надчистого кремнієвого діоксиду (завжди легований для серцевини) на внутрішню частину скляної трубки, потім трубка піддається дії підвищеної температури (газове полум'я) для того, щоб трубка набула форму твердого скляного стержня діаметром близько 30 - 40 мм і завдовжки 1000 мм. Таким чином, скляний стержень має готовий профіль скловолокна. Цей процес також включає витягування стержня (названого заготівкою) в скловолокно, яке є оптичним хвилеводом.

Процес осадження фази заснований на високому температурному окисленні SiCl₄, а також окисленні легуючих домішок. Процес займає близько восьми годин, залежно від розміру заготівки, в перебігу якого формуватиметься оболонка і серцевина скла.

Цей процес осадження відбувається подібним способом як для одномодових, так і багатомодових волокон.

Рисунок 5.1 - Виготовлення волокна методом MCVD

Процес осадження починається, коли дуже чиста, високоякісна кварцева трубка вимивається в кислотній ванні і фіксується в токарноподібному пристрої, де трубка може обертатися довкола її центральної осі. Киснево - водневий пальник переміщається в двох напрямах уздовж трубки, щоб прогрівати її дуже високою температурою. Ввідний кінець трубки сполучений через газонепроникний з'єднувач, що обертається, з системою, яка подає в трубку гази. Ця система включає газовий змішувуч і комп'ютер, регулюючий управління потоком газів (контроллер витрати маси). Дуже важливо, щоб ця частина апарату була абсолютно герметична і виключала попадання забруднюючих речовин з системи введення і забезпечувала точну пропорцію подачі газів. З іншого кінця трубки (вихідного кінця) віддаляються зайві матеріали.

В процесі осадження точно контролюється кількість хімічних компонентів, що подаються в трубку за допомогою подачі індивідуальних потоків газів (Аг, Не і О₂). В області підвищеної температури, що створюється безпосередньо над пальником, SiС1₄ і легуючі домішки окислюються. При цьому дрібний порошковий окисел формується з газів, що подаються, по всій довжині трубки. Коли теплова енергія від пальника безпосередньо досягає порошку, що осів, під дією тепла плавиться порошок у вільний від бульбашок, твердий, прозорий кремнієвий діоксид (легований або нелегований). При досягненні пальником кінця трубки, міняється напрям її руху. Пальник швидко переміщається назад по трубці до початкової точки, аби утворити новий шар порошку. Всілякі легуючі матеріали, що подаються в різних кількостях протягом фази осадження, утворюють серцевину і оболонку. Послідовно наносячи один шар легованого кремнієвого діоксиду на іншій при зміні кількості легуючих домішок може бути виготовлене волокно з різним профілем показника заломлення. У цьому методі доступ забруднюючих речовин всіх видів понижений настільки, наскільки це технічно можливо -- особливо забруднюючих речовин, що містять водень. Забруднюючі речовини, що містять водневі форми ОН в скловолокні призводять до серйозних збільшень загасання в світловодах.

Основна перевага процесу MCVD полягає в тому, що структура ОВ і його властивості можуть бути включені в заготівку і збережені в готовому скловолокні. Відносні габарити і індексна конфігурація заготівки передаються готовому волокну протягом процесу витягу.

Після того, як процес осадження закінчений, виконується наступна важлива стадія виготовлення заготовок: стискування трубки. Це відбувається у декілька етапів (рисунок 5.2). Для стискування підвищується температура трубки за допомогою газового воднево-кисневого пальника до 1500 - 2000 °С, при якій трубка повільно розм'якшується і згортається до твердого стержня заготівки.

Цей процес є вирішальним для формування завершальних геометричних властивостей заготівки. Стискування відбувається, коли полум'я пальника послідовно передається трубці.

Рисунок 5.2 - Усадження заготівки

Інтенсивність нагріву примушує порожнисту пом'якшуватися і згортатися в твердий стержень.

Якщо гази, реагуючі всередині трубки, не містять водень, то при цьому методі особливого процесу сушки не потрібно, оскільки, загалом, газ, сильно насичений воднем і використовуваний для нагріву, входить в контакт з трубкою лише зовні, інші чинники довкілля також не чинять впливу.

Недоліком методу MCVD слід вважати наявність великого температурного градієнта між внутрішньою поверхнею кварцевої трубки в місці реакції і зовнішньою поверхнею.

Таблиця 5.1 - Порівняльні характеристики різних технологічних методів виробництва заготовок

Витяг заготівки

Готова стержнева заготівка (незалежно від способу її виготовлення) витягується у волокно. Це відбувається в спеціальній витяжній башті заввишки близько 12 м (рисунок 5.3).

Процес витягування починається нагорі башти, де стержнева заготівка затискається в центруючому патроні. Нижній кінець заготівки подається в електричну піч, де він нагрівається до температури трохи більше 2000 °C. Графітовий нагрівальний елемент захищений середовищем з інертного газу аргону. Заготівка повільно опускається в піч, а в цей же самий час з неї вниз виходить витягувань із заготівки волокно. Швидкість витягування і швидкість подачі автоматично контролюються за допомогою комп'ютера.

Рисунок 5.3 - Витяжна башта

Діаметр волокна перевіряється вимірювальним приладом з лазерним управлінням, що знаходиться відразу ж під піччю. Отримані значення передаються в систему контролю, яка і регулює швидкість витяжної шпилястої лебідки, що знаходиться в нижній частині Збільшення діаметру волокна призводить до збільшення швидкості витягування і навпаки. Зазвичай діаметр волокна складає 125 2 мкм а швидкість витягування - 3 10 м/с. Волокно охолоджується повітрям, що оточує його. В отриманого витягуванням волокна співвідношення між геометричними параметрами оболонки і серцевини таке ж, як у заготівки.

Потім волокно покривається захисним шаром акрилату. Таким чином, волокно отримує первинне покриття. Це відбувається в той час, коли волокно все ще знаходиться в башті. Первинне покриття складається з двох шарів акрилату - м'якшого внутрішнього шару і жорсткішого зовнішнього. Деякі виробники (в основному японського походження) використовують для тих же цілей силікон.

Первинна оболонка з акрилату забезпечує наступні переваги:

-збільшує міцність волокна,

-захищає волокно від вологи,

-запобігає мікровигинам волокна,

-полегшує роботу з волокном.

Відразу ж після нанесення первинного покриття воно отверджується під дією УФ - випромінювання. При другій перевірці діаметру волокна перевіряється діаметр первинного покриття, а також його співвісність з волокном. Волокно тепер отримало свій остаточний діаметр. Зазвичай це - 24510 мкм.

Піч для витягу ОВ повинна забезпечувати оптимальний температурний градієнт для максимального перенесення тепла до заготівки в зоні плавлення і високу чистоту атмосфери, що оточує заготівку. Основними джерелами тепла для розігрівання заготовок є: газові пальники, лазери на основі СО₂, піч з графітовим нагрівачем, індукційна піч з цирконієвим нагрівачем, індукційна піч з графітовим нагрівачем.

Система виміру діаметру ОВ заснована на використанні лазера (метод лазерного сканування), який забезпечує точність ±0,5 мкм навіть при вібрації ОВ.

5.2 Виготовлення оптичного модуля

Лінія по виготовленню оптичного модуля OFC-40 (рисунок 5.4) забезпечена спеціальними датчиками, трьома ваннами охолоджування, вдосконаленими віддавцями оптичного волокна, завдяки чому можна отримати модуль із заданими характеристиками. Все це дозволяє добиватися заданої надмірності, яка відповідає за безперервну роботу оптичного волокна в перебігу терміну служби волоконно-оптичного кабелю. Здвоєний приймач дозволяє здійснити намотування оптичного модуля заданими довжинами на барабани без зупинки лінії шляхом автоматичного перекидання з одного барабана на іншій, що у свою чергу сприяє збільшенню швидкості виробництва.

Рисунок 5.4 - Лінія по виготовленню оптичного модуля

5.3 Скручування

На лінії OFC-70 (рисунок 5.5) відбувається скручування оптичних модулів, сталевого тросу в полімерному покритті і поліетиленового корделю.

Для виготовлення сталевого тросу використовується канатна проволока діаметром 0,4 мм марки 04 - 1570 - В ГОСТ 7372 - 79. Трос скручується за схемою правильної концентричної скрутки (1 + 6). Скручування проводиться на крутильній машині сигарного типу СРН 12х200. Крок скручування 40 мм. Коефіцієнт скручування:

m = h/D, (5.1)

деh = 40 мм - крок скрутки;

D - середній діаметр по скрутці D = 0,8 мм

m = 40/0,8 = 50

Для зменшення механічного впливу металевих проволок на оптичні модулі його вкривають шаром поліетилену. Він накладається методом екструзії на екструзійному апараті МЕ-1-45.

Кордель також виготовляється методом екструзії на тому ж обладнанні.

Модулі скручуються методом правильного знакозмінного (SZ) скручування довкола склопластикового центрального силового елементу.

Рисунок 5.5 - Лінія для скручування оптичних модулів

Крок скручування вибирається з допустимого видовження кабелю при розтягуванні, який дорівнює 250 мм для цієї конструкції. Інші технологічні параметри надано вище. Всі параметри скручування регулюються з центрального комп'ютера. Для повного заповнення всіх порожнеч осердя накладення гідрофоба відбувається на двох ділянках - заздалегідь покривається центральний елемент, потім скручування. Якість скручування досягається за рахунок централізації управління, наявністю двох гідрофобних голівок і якості вживаного гідрофобінола Lunectra (Німеччина). Для бандажу скручених модулів накладається лавсанова стрічка методом обмотки з перекриттям 20% на лінії OFC - 60.

Загальними вимогами до оболонки оптичного кабелю є: висока міцність на розрив; мале відносне подовження і відсутність явища повзучості; висока гнучкість, стійкість до утворення петель; опір удару, розчавлюючим навантаженням, стиранню; мала товщина і маса; збалансованість моментів, що крутять; технологічність виготовлення.

Оболонка може включати полімерний шланг, металеву і алюмополіетіленовую оболонки, захисні покриви. При здійсненні цих операцій з'являється небезпека теплового удару і механічних деформацій оптичних волокон. При підвищенні температури вище за допустимий рівень можуть відбутися необоротні деформації в елементах конструкції (усадка, зварювання окремих елементів) і зрештою погіршення працездатності оптичного кабелю. Щільне обтискання оболонкою скручених волокон перешкоджає їх бездеформаційному переміщенню в конструкції при вигині, що приводить до значного збільшення мінімально допустимого радіусу вигину кабелю.

Для запобігання цим небажаним явищам накладення оболонки на заготівку слід проводити з повітряним зазором. Зменшенню величини теплового удару сприяє також обмотка скрученої заготівки нагрівостійкими стрічками і проміжне накладення оболонки невеликої товщини.

Накладення полімерних захисних оболонок здійснюється на лініях екструзій з діаметром шнека понад 45 мм.

Лінія екструзії призначена для нанесення оболонок з полівінілхлоридного пластика, поліетилену на оптичні кабелі діаметром від 2 до 20 мм. Радіальна товщина оболонки від 0,5 до 3,0 мм. Допуск по зовнішньому діаметру ±0,05 мм. Лінійна швидкість нанесення оболонок від 3 до 60 м/хв.

У цій лінії пінольний віддаючий пристрій з примусовим приводом розрахований на застосування віддаючих котушок і барабанів з діаметром щоки від 350 до 1000 мм. Натягнення заготівки регулюється в межах від 3 до 50 Н з точністю ±10 %.

Екструдер з діаметром шнека 70 мм і довжиною шнека 20 його діаметрів має безступінчатий привід, що дозволяє плавно змінювати частоту обертання шнека від 5 до 1000 оборотів в хвилину з точністю ±3 % від заданої величини. Електричний обігрів циліндра і головки дозволяє довести максимальну робочу температуру розплаву маси в головці до 400°С. Регулювання температури безступінчате, інтервал установки заданої температури 1°С. Охолоджування циліндра - повітря, а завантажувальної воронки - водяне. Контроль і регулювання температури чотирьох зон циліндра і трьох зон головки проводяться автоматично з точністю ±1 °С.

Пристрій, що охолоджує, є ванною з трьома секціями охолоджування для поступового зниження температури ошлангованого кабелю. Температура води в секціях міняється від 90 до 20°С.

Ошлагований кабель після виходу з ванни з водою сушиться обдуванням повітря.

Безконтактний оптичний прилад для вимірювання і регулювання діаметру забезпечує точність вимірювання ±0,01 мм в діапазоні від 2 до 26 мм. Точність підтримки заданого діаметру по оболонці +0,05 мм.

Тяговий пристрій дозволяє здійснювати намотування оптичного кабелю з кроком розкладки від 2 до 26 мм на барабан з діаметром щоки від 500 до 1600 мм з натягненням від 5 до 50 Н з точністю підтримки заданого натягнення ±10 % від заданого значення.

Лінія забезпечена пристроєм синхронізації роботи окремих вузлів, приладами запису параметрів (температури і тиск маси в головці екструдера, діаметру кабелю, лінійної швидкості опресовування), елементами управління, регулювання, вимірювання і блокування, системою автоматичного регулювання роботи вузлів і контролю якості виробів із застосуванням приладів, що сигналізують про порушення заданих режимів роботи окремими вузлами і про неприпустимі відхилення від номінальних значень.

Гладкі оболонки з алюмінію і сталі не володіють гнучкістю, необхідною для їх намотування і розмотування із звичайних кабельних барабанів при ручній і механізованій прокладці. Для істотного підвищення гнучкості алюмінієвих і сталевих оболонок їх гофрують.

Нанесення алюмополіетіленової оболонки, що складається з алюмінієвої стрічки завтовшки 0,15 мм, на якій знаходиться шар поліетилену, здійснюється таким чином. При виробництві оптичних кабелів стрічку накладають подовжньо під поліетиленову оболонку, причому при накладенні забезпечується перекриття кромок стрічки. При накладенні поліетиленової оболонки поверх алюмополіетіленової стрічки методом екструзії відбувається їх зварювання. Між оболонкою і стрічкою виключається простір, в який могла б проникнути вода при пошкодженні оболонки.

Рисунок 5.6 - Лінія для накладання оболонки

Лінія OFC - 60 (рисунок 5.6) використовується в трьох режимах - накладання проміжної оболонки, накладення зовнішньої оболонки і одночасне накладання гофрованої сталевої ламінованої стрічки з зовнішньою оболонкою на волоконно-оптичний кабель. Для забезпечення безперервності при виготовленні волоконно-оптичного кабелю з захисним шаром із алюмінієвої ламінованої стрічки в лінію вбудований накопичувач і зварювальний апарат. Наявність на лінії датчиків виміру геометрії кабелю дозволяє досягти чіткого екстриситету. У лінію вбудований високовольтний розрядник для перевірки цілісності оболонки, що дозволяє відсікати можливість відвантаження неякісного волоконно-оптичного кабелю.

6. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНОГО КАБЕЛЮ ТИПУ ОаП-С-ХЛ-32Е5

У економічній частині бакалаврського проекту визначається собівартість волоконно-оптичного кабелю для прокладки в землі з урахуванням впливу ринкових чинників, прибутку, ціни виробу і ефективності його виробництва, джерел фінансування.

Таблиця 6.1 - Розрахунок витрат по матеріалах

Витрати по матеріалах З_м визначаються:

З_м = (Ц_м ? М_м ? К_тр) - (Ц_о ? М_о),(6.1)

де Ц_м, Ц_о - ціна одиниці матеріалу і відходів, грн., приймаються по ринкових цінах;

М_м, М_о - маса матеріалів, відходів, кг Приймається за даними розрахунку, що виконується в технічній частині роботи.

К_тр = 1,2 - коефіцієнт, що враховує транспортні витрати.

Приймаємо, що відходи дорівнюють нулю (для спрощення розрахунку).

Витрати по основній заробітній платі розраховуємо збільшено, приймаючи їх величину у розмірі 6% від витрат на матеріали, відповідно до структури собівартості по ЕІКТ.

З_З = 3753,73· 0,06 = 266,45 грн

Додаткова заробітна плата прийнята у розмірі 12% від основної

Д_З =266,45 • 0.12 = 31,97 грн

Калькуляція собівартості на виготовлення нагрівального кабелю і розрахунок ціни представлені в таблиці 2.

Таблиця 6.2 - Калькуляція собівартості

Проектований виріб - волоконно-оптичний кабель для прокладки в кабельній каналізації.

Калькуляційна одиниця - 1 км.

Об'єм товарної продукції - 10000 км.

У розрахунках прийняті:

Відрахування на соціальні заходи (ОСМ) приймаємо відповідно до норм чинного податкового законодавства у розмірі 38.44% від суми основної і додаткової заробітної плати працівників.

ОСМ = (266,45 + 31,97) · 0,3844 = 114,71 грн.

Витрати за змістом і експлуатації устаткування РСО, загальновиробничі витрати ОР, інші виробничі витрати ДПР, адміністративні витрати АР, витрати на збут РС можна прийняти у розмірі середніх значень по галузі, тобто:

РСО = 450%, ОР = 350%, ДПР = 10%, АР = 200% від основної заробітної плати працівників, РС = 3% від виробничої собівартості виробу.

РСО = 266,45 · 4,5 = 1199,02 грн.,

ОР = 266,45 · 3,5 = 932,58 грн.,

ДПР = 266,45 · 0,1 = 26,65грн.

Виробнича собівартість СП рівна сумі всіх витрат, без урахування адміністративних витрат і витрат на збут:

СП = 4440,83+ 266,45 + 31,97+ 114,71 + 1199,02 + 932,58 + 26,65 = 7012,21 грн.

РС = 7012,21 · 0,03 = 210,37 грн.,

АР = 266,45 · 2 = 532,9 грн.

Прибуток для встановлення ринкової ціни рекомендується прийняти виходячи з досягнутого середньогалузевого рівня для продукції ЕІКТ з урахуванням прийнятої стратегії маркетингу. У роботі її приймаємо у розмірі 10% від суми всіх витрат.

П = (7012,21 + 532,9 + 210,37) · 0,1 = 775,55 грн.

Ціна виробництва:

Ц_П = СП + П,(6.2)

Ц_П = 7012,21 + 775,55 = 7787,76 грн.

Податок на додану вартість (ПДВ), в розрахунках прийнятий у розмірі 20%

ПДВ = Ц_П · 0,2,(6.3)

ПДВ = 7787,76 · 0,2 = 1557,55 грн.

Ціна продажу:

Ц_ПР = Ц_П + НДС,(6.4)

Ц_ПР = 7787,76 + 1557,55 = 9345,31 грн.

Ефективність виробництва нового виробу може бути визначена збільшено по формулі:

Е_Р = (П · N₂) / (Ц_И · Ф_Е · N₂),(6.5)

де Е_Р - розрахунковий коефіцієнт економічної ефективності;

П - прибуток на виріб, грн;

N₂ = 10000 км - річний об'єм виробництва в натуральному виразі;

Ц_И = 6582,77 - ціна виробу (без ПДВ), грн;

Ф_Е = 0,4 - фондомісткість виробу.

Е_Р = (775,55 · 10000) / (7787,76 · 0.4 · 10000) = 0,25

Дана розробка є доцільною, на що вказує набуте розрахункове значення коефіцієнта економічної ефективності вище нормативного (Ен=0,15).

У роботі так само визначається, скільки засобів потрібно для реалізації даного проекту (на проведення технічної підготовки виробництва і придбання додаткового устаткування і виробничих площ) і джерела їх отримання: власні засоби, залучення акціонерного капіталу, кредити.

Вважаємо, що підприємство є прибутковим і у нього є достатньо засобів для реалізації даного проекту на 50%, останні 50% необхідної суми беремо кредит в банка.

Термін окупності капітальних вкладень (інвестицій) у виробництво:

Т_ОК = (С_Ф + к · С_кр)/(П - Н),(6.6.)

де С_Ф - вартість виробничих фондів;

Н - податок на прибуток підприємства (30%) за чинним законодавством.

С_ф = Ц_И · Ф_Е · N₂,(6.7)

к - процентна ставка за кредит (до = 20%);

С_кр = 0,5· С_Ф - сума кредиту.

С_ф = 7787,76 · 0,4 · 10000 = 31151040

Т_ОК = (31151040+0.2 · 0.5 · 31151040) / (7755500 - 2326650) = 6,31 років

Набуте значення терміну окупності нижче нормативного (Т_окн = 6,7), що вказує на доцільність розробки проекту.

Термін повернення кредиту:

Вк = С_кр (1 + к / 100) / (П - Н)(6.8)

Вк = 0.5 ·31151040 (1 + 20 / 100) / (7755500 - 2326650) = 3,44 року

Висновок: у техніко-економічному обґрунтуванні, було розрахована собівартість волоконно-оптичного кабелю для прокладки в кабельній каналізації, ціна виробництва якого отримали 9 грн. за 1 метр кабелю. На сьогоднішній день ціна такого кабелю складає від 10 грн. і вище 1 метра кабелю.

7. ОХОРОНА ПРАЦІ

7.1 Загальні питання охорони праці

У розділі дипломного проекту «Охорона праці» розглядаються питання безпеки праці на виробництві, попередження виробничого травматизму і професійних захворювань, пожеж і вибухів.

Охорона праці - це система правових, соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичних мерів і засобів, направлених на збереження здоров'я і працездатності людини в процесі праці.

На підставі вимоги КЗОТа конкретні заходи по створенню здорових і безпечних умов праці, попередження нещасних випадків і професійних захворювань регламентуються спеціальними Правилами і Нормами відповідно до закону України «о охороні праці» нормативні акти можуть бути як єдиними для всіх галузей народного господарства, так і спеціальні для даної відрости. Державні міжгалузеві і галузеві нормативні акти про охорону праці - це правила, стандарти, норми, положення, інструкції і інші документи, яким надані сила правових норм, обов'язкових для виконання.

У даному проекті розглядається виробництво оптичного кабелю для систем енергопостачання, а, отже, необхідно розглянути умови роботи при виробництві кабелю, вплив виробничого середовища на людину і навколишнє середовище.

При виробництві кабелів виникають такі небезпечні чинники як поразка електричним струмом, термічні і механічні травми, отруєння парами ПЕ і ін.

Для уникнення поразок електричним струмом, всі електричні прилади і верстати цеху повинні бути заземлені, небезпечні зони повинні мати попереджувальні написи і захищатися.

7.2 Небезпечні шкідливі і виробничі чинники

Виробнича санітарія один з важливих розділу охорони праці, забезпечують санітарно-гігієнічні умови праці ГОСТ 12.1.005-88. При виготовленні кабелів в цеху можуть виникнути шкідливі і небезпечні фактори, приведені в таблиці 7.1.

Таблиця 7.1- Шкідливі і небезпечні виробничі чинники

При виробництві виділяються шкідливі гази, пари і пил. Допустимі концентрації і клас небезпеки цих речовин приведені в таблиці 8.1. У таблиці приведені нормовані параметри небезпечних і шкідливих чинників, їх умов

Мікрокліматичні умови вибираються відповідно до вимог ГОСТ 12.1.005-88 (6) з урахуванням енерговитрат для теплого і холодного періодів року. Значення параметрів вибрані в таблиці 7.2.

Таблиця 7.2 - Допустимі параметри мікроклімату

Освітлення виробничого приміщення здійснюється за допомогою природного верхнього і штучного світла. Відповідно до вимог СНіП 2.4 - 79/95 (9) залежно від точності виконуваних робіт і мінімального розміру об'єктів розрізнення характеристики фону і контрасту об'єкту розрізнення з фоном визначуваний розряд і підрозряд виконуваної зорової роботи вибираємо відповідні їм нормативні значення коефіцієнта природної освітленості(КЕО)1% і мінімальній освітленості при штучному освітленні. Дані занесені в таблицю7.3.

Перераховуємо нормовані КЕО для умов міста Харкова IV пояс світлового клімату, який визначається по формулі:

Ен⁴=е_н³ м с, (7.1)

дем - коефіцієнт світлового клімату, рівний 0 9;

с - коефіцієнт сонячності клімату, рівний 1;

е_н⁴=1 0,9 1 = 0.9%

У наш час експлуатація переважної більшості технологічного устаткування, енергетичних установок, машин і механізмів зв'язку з виникненням шумів і вібрації різної частоти і інтенсивності. Шум може тимчасово активізувати або постійно погіршувати психічні процеси організму людини. Фізіологічні і біологічні наслідки можуть виявлятися у формі порушення функцій слуху і інших аналізаторів, зокрема вестибулярною апарату, такою, що координує функції кори головного мозку, нервової системи, систем травлення і кровообігу.

Таблиця 7.3 - Нормативні значення коефіцієнта природної освітленості

Несподівані і імпульсні шуми можуть викликати переляк і неадекватну поведінку. Постійний шум може викликати певну дію, на сенсорні функції, знижуючи, наприклад, швидкість руху очей, звуження поля зору, викликаючи зміну кольорового сприйняття, порушення рівноваги, втрату больової чутливості.

Матеріальні ущерби від цих захворювань значно більші ніж від інших професійних захворювань. У зв'язку з цим боротьба з шумом має не тільки санітарно-гігієнічне, але і велике техніко-економічне значення.

7.3 Техніка безпеки у виробничому приміщенні

Основною небезпекою є небезпека поразки людини електричним струмом.

ПУЕ - 87 (5) передбачені наступні заходи електробезпеки конструктивні, схемно-конструктивні, експлуатаційні.

Конструктивні заходи забезпечують захист людини від дотику до струмопровідної частини (захисні кожухи, оболонки, ізоляції).

Електроустаткування виробничого приміщення відноситься до електроустаткування напругою до 1000 В, всі струмопровідні частини знаходяться в кожухах і ізоляції. Ступінь захисту оболонки ГР-44 ГОСТ 14254-80, де перша цифра 4-захист від попадання твердих тіл розміром більше 1 мм друга цифра 4-захист від бризок води. Клас електротехнічного виробу за способом захисту від поразки електричним струмом I, тобто має робочу ізоляцію і елемент занулення.

Схемно-конструктивні заходи знижують небезпеку поразки при дотику до металевих струмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою.

У електричних мережах з глухозаземленою нейтраллю як схемно-конструктивна міра застосовують занулення.

Занулення - навмисне з'єднання частин електричних установок, що нормально не знаходяться під напругою, з глухозаземленою нейтраллю генератора або трансформатора в мережах трифазного струму, з глухозаземленим виведенням джерела однофазного струму (з нульовим захисним провідником) ГОСТ 12.1.030-81.

Захисне заземлення навмисне електричне з'єднання із землею або її еквівалентом металевих струмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою з метою забезпечення електробезпеки.

Захисне заземлення застосовують в мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю і в мережах напругою понад 1000 В як з ізольованою так і з глухозаземленою нейтраллю ГОСТ12.1.030-81.

До експлуатаційних заходів електробезпеки слід віднести дотримання правил техніки безпеки.

ВИСНОВОК

У дипломному проекті розглянуто конструкцію і основні техніко-експлуатаційні характеристики оптичного кабеля модульної конструкції, що прокладається в кабельній каналізації. Описані матеріали кабеля, проведено термомеханічний розрахунок, розрахунок на вигин і розрахунок маси кабеля.

В термомеханічному розрахунку було показано, що термомеханічні зусилля, які виникають у волокні при нагріванні кабелю в межах робочих температур не призводять до видовження волокна, через наявність певного запасу по довжені волокна. Розраховане максимально-допустиме розтягуюче зусилля при рівномірному їх розподілі між елементами кабелю склало кН. При прикладанні розтягуючого зусилля лише до силового елементу (тросу), це зусилля склало 2,77 кН, що відповідає нормативному значенню. Розрахований мінімально допустимий радіус вигину кабелю склав 265 мм, що віповідає 24-м зовнішнім діаметрам кабелю. Всі розрахунки виконано наближеними інженерними методами.

Розрахована маса кабелю склала 119,481 кг/км. Також в дипломному проекті виконано техніко-економічне обґрунтування виготовлення кабелю, яке показало рентабельність його виробництва. Розрахована собівартість оптичного кабеля для прокладання в кабельній каналізації склала 7012,21 грн/км, ціна продажу становила 9345,31 гривень за один кілометр кабеля. Окремим розділом в проекті розглянуті питання охорони праці та навколишнього середовища на виробництві.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1 Гроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. Москва, «Энергоатомиздат», 1991.

2 Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В., Дащенко А.О., Усов А.В. Волоконно-оптические кабели. Одесса, «Астропринт», 2000

3 Белоруссов Н.И., Пешков И.Б. Производство кабелей и проводов. М., «Энергоиздат.», 1981.

4 Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для вузов.- 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990.

5 Дональд Дж. Стерлинг Кабельные системы. 2 - е издание. «Лори»,2003.

6 Основы кабельной техники. Учеб. пособие для вузов. Под ред.

В. А. Привезенцева. Изд. 2-е, пере раб. и доп. М., «Энергия», 1975.

7 «Справочник по электротехническим материалам» под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева (2 том Москва 1974г,3 том Ленинград 1976г).

8 Гроднев И.И. Кабели связи М., «Энергия», 1986

9 Справочник « Оптические кабели связи», М, 2004 г.

10 И.Г. Смирнов. «Структурированные кабельные системы». Москва, 1998г

11 Волоконно - оптические кабели. Информация о продукции. Ericsson Cables AB, 1998 г.

12 М.А. Кулаков, В.О. Ляпун «Цивільна оборона», 2008.

13 М.І. Стеблюк, «Цивільна оборона», 2006.