Как обеспечить прочность оптических кабелей ADSS на разрыв?

1.обзор

Основными элементами прочности на разрыв в оптическом кабеле ADSS являются центральный силовой элемент (ЦСЭ), обычно сделанный из Пластик, армированный волокном (FRP), и армирующая пряжа, который является арамидная пряжаИспользование этих элементов, работающих на растяжение, предотвращает чрезмерное натяжение внутренних оптических волокон при воздушной прокладке кабеля, тем самым уменьшая увеличение дополнительное затухание. Предел прочности на растяжение (UTS) или Номинальная прочность на разрыв (RBS) Качество кабеля ADSS является одним из ключевых показателей, используемых для проверки соответствия эксплуатационных характеристик кабеля заявленным характеристикам. Методология обеспечения необходимой прочности на разрыв варьируется в зависимости от конструкции кабеля и требуемой длины пролета. Поэтому контроль производственного процесса для обеспечения соответствия кабеля заданной прочности на разрыв является важнейшим показателем качества.

2.Значение разрывной прочности кабеля ADSS и механизм одновременного распределения нагрузки

Оптические кабели ADSS подвешиваются между опорными конструкциями (столбами/башнями) с определенным провисание в течение заданного времени длина пролета, что требует высокой прочности на разрыв. Кабель прочность на разрыв (RBS/UTS) Это определяющий параметр прочности на осевое растяжение, количественно определяющий эффективность работы элементов, работающих на растяжение. Более высокая прочность на разрыв указывает на превосходное сопротивление осевому растяжению, что позволяет лучше защищать оптические волокна от внешних воздействий, которые могут привести к увеличению деформация волокон и последующие дополнительное затухание Во время эксплуатации. Для достижения максимально возможной прочности на разрыв важно, чтобы все элементы кабеля ADSS, работающие на растяжение, выдерживали нагрузку. одновременно. Из-за разного уровня трения между компонентами в кабелях разных конструкций для обеспечения оптимальных показателей прочности на разрыв в процессе производства требуются различные оборудование, материалы и методы контроля технологического процесса.

3. Обеспечение прочности на растяжение для различных конструкций кабелей

3.1 Основные наблюдения, полученные в ходе испытаний прочности кабеля на разрыв

Испытание на прочность на разрыв для оптических кабелей ADSS имитирует механические условия, возникающие при воздушной прокладке. Испытание включает в себя закрепление обоих концов образца кабеля с помощью фитинги (или захваты), прикладывая растягивающее усилие к одному концу и регистрируя максимальную нагрузку в момент разрыва кабеля, которая определяется как прочность на разрыв или Предел прочности на растяжение (UTS) [1]. Оптический кабель состоит из нескольких компонентов, включая центральный силовой элемент, оптические волокна, свободные оптические трубки и внешнюю оболочку. В кабелях ADSS основными несущими элементами являются арамидная пряжа и FRP (пластик, армированный волокном) стержень. Основываясь на результатах испытаний на разрывную прочность, состояние этих двух элементов обычно характеризуется тремя основными параметрами:

(1) Наблюдение первое: арамидная пряжа и FRP остаются целыми (без разрывов) Такая ситуация обычно возникает из-за недостаточной адгезии или уплотнения внешней оболочки вокруг арамидной нити. По мере того, как внешняя оболочка растягивается и сужается под действием натяжения, соскальзывать Возникает между внешней оболочкой и основным элементом, работающим на растяжение (арамидной нитью). В результате арамидная нить и элемент из стеклопластика не способны эффективно воспринимать осевую нагрузку.

(2) Наблюдение два: арамидная нить рвётся, FRP остаётся целым Этот результат говорит о том, что FRP только начинает нести нагрузку после арамидная нить уже достигла своего максимального предела деформации и разорвалась. Последующее относительное проскальзывание Возникает между разорванной арамидной нитью и прилегающими компонентами внутреннего слоя, что препятствует полной передаче растягивающего усилия внутрь. Таким образом, центральный силовой элемент (FRP) остаётся неповреждённым. В особом случае разрывается большая часть арамидной нити, в то время как часть арамидной нити и FRP остаются неповреждёнными. Это часто объясняется аномальным длина скрутки арамидной нити, что приводит к неодновременному распределению нагрузки между арамидными нитями.

(3) Наблюдение третье: разрыв как арамидной нити, так и стеклопластика Это желаемый результат, поскольку он подтверждает, что как арамидная нить, так и стеклопластик обеспечили максимальную прочность на разрыв. В этом случае прочность кабеля на разрыв оптимизируется.

3.2 Определение межкомпонентного трения в оптических кабелях

Испытание на прочность кабеля на разрыв имитирует приложение натяжения во время монтажа кабеля, когда кабель зажимается с обоих концов фитинги. Фитинги оказывают внутреннее давление. сила захвата F1. Осевой растягивающая нагрузка К одному концу кабеля прикладывается сила F2, и измеряется максимальная нагрузка в момент разрыва. Анализ напряжений показывает, что кабель имеет тенденцию к удлинению в направлении приложенной силы F2. Растягивающая нагрузка последовательно передается от внешних слоев к внутренним под действием силы сжатия F1. Если относительное проскальзывание Между любыми двумя компонентами внутри слоя происходит разрыв, передача усилия на внутренние компоненты прерывается. Эти внутренние компоненты не вносят вклад в общую прочность на разрыв и остаются неповрежденными. Таким образом, обеспечивая адекватное сила трения между всеми компонентами имеет решающее значение.

Наша компания использует прибор, способный измерять максимальный сила трения покоя Между соседними компонентами. Это устройство обычно состоит из испытательной машины на растяжение, стержня для извлечения компонента, зажимного стержня компонента и захватного механизма. Оно предназначено для измерения пиковой силы трения покоя непосредственно перед началом относительного перемещения (проскальзывания) между двумя испытываемыми компонентами.

3.3 Обеспечение прочности на растяжение для различных конструкций кабелей

3.3.1 Устранение аномальных результатов испытаний на разрыв

Чтобы предотвратить аномальную ситуацию Наблюдение первое (арамидная нить и стеклопластик остаются нетронутыми), необходимо убедиться, что внешняя оболочка имеет достаточно высокую прочность сила укупорки (или целостность/герметичность оболочки). Ключевые факторы контроля для достижения этого включают выбор соответствующих размеров наконечника и торца штампа или увеличение расстояния между ними для повышения давление экструзиии оптимизация температуры обработки для улучшения адгезии/уплотнения оболочки вокруг арамидной нити.

Возникновение Наблюдение два аномалия (арамидная нить рвется, FRP остается целым) в первую очередь вызвана относительное проскальзывание между стержнем из стеклопластика и окружающей свободной трубкой. Это проскальзывание значительно снижает вклад стеклопластика в общую прочность на растяжение. Этот сценарий чаще всего наблюдается в Оптические кабели ADSS с смазочным наполнениемОптические кабели классифицируются по способу блокировки воды на: заполненные гелем кабели и сухие кабели [2]. Мы провели испытания на разрывную прочность как заполненных, так и сухих кабелей, используя одинаковое оборудование, материалы и параметры процесса, с единственным отличием в водоблокирующем материале (водоблокирующие нити и ленты для сухих кабелей и заполняющая смазка/гель для заполненных кабелей). Результаты испытаний представлены в таблице ниже: (Предполагается, что таблица будет приведена ниже).

На основе Таблица 1Наблюдаемая прочность на разрыв (прочность на растяжение) оптического кабеля с гелевым наполнением ниже, чем у полностью сухого оптического кабеля. Характеристики кабеля при разрыве, в частности, для заполненного образца, показывают, что стержень из стеклопластика (FRP) остался целым (вид разрушения, наблюдаемый второй). Это свидетельствует о недостаточном распределении нагрузки от центрального силового элемента.

В связи с этим мы использовали разработанный нашей компанией межкомпонентный статический испытательный стенд для измерения силы трения между стержнем из стеклопластика и прилегающими компонентами со свободной трубкой как для сухих, так и для заполненных кабелей. Результаты измерения максимальной силы трения, полученные при идентичных условиях производства, представлены ниже:

	Экспериментальный образец 1	Экспериментальный образец 2
Сила трения (Н) между свободной трубкой и стеклопластиком в полностью сухом кабеле	88.6	91.2
	88.3	90.8
	89.2	91.4
Сила трения (Н) между свободной трубкой и стеклопластиком в кабеле с гелевым наполнением	45.5	57.3
	44.3	57.6
	46.7	57.4

Экспериментальное сравнение в Таблице 2 ясно показывает, что сила трения между свободной трубкой и стержнем из стеклопластика в оптический кабель с гелевым наполнением значительно меньше, чем в полностью сухой оптический кабель (Заполнен трением

Эта разница объясняется тем, что заливочный компаунд (кабельный гель) действуя как смазка, что существенно снижает трение между двумя компонентами. Во время испытания на разрыв (прочность на разрыв) недостаточно низкая сила трения между свободной трубкой и стержнем из стеклопластика приводит к относительное проскальзывание между ними. В результате стержень из стеклопластика либо не выдерживает осевую нагрузку полностью, либо обеспечивает значительное уменьшенное растяжение.

3.3.2 Проблема низкого трения между свободной трубкой и стержнем из стеклопластика в оптических кабелях с гелевым наполнением

Чтобы предотвратить относительное проскальзывание между свободной трубкой и силовым элементом (стержнем из стеклопластика) и эффективно увеличить силу трения между этими двумя компонентами, усовершенствования можно осуществить с двух основных точек зрения: с помощью технологии обработки и модификации материала.

(I) Перспектива улучшения процесса

Следующие результаты прочности на разрыв (прочности на растяжение) были получены только за счет уменьшения шага свивки арамидной нити:

Оптический кабель с гелевым наполнением
Шаг скрутки (мм)	Прочность на растяжение (кН)	Образец производительности после испытания на разрыв
650	16.8	Все компоненты кабеля разорваны кроме Центральный ФРП.
600	17.3	Все компоненты кабеля разорваны кроме Центральный ФРП.
550	17.7	Все компоненты кабеля разорваны кроме Центральный ФРП.
500	18.7	Все компоненты кабеля разорваны.
450	19.6	Все компоненты кабеля разорваны.

На основании результатов эксперимента можно сделать вывод, что уменьшение шага скрутки арамидной нити эффективно увеличивает прочность кабеля на разрыв (прочность на растяжение).

Это увеличение обусловлено меньшим шагом, что приводит к увеличению длины осевого перемещения под действием силы сжатия фитингов. Это увеличивает путь нагрузки арамидной нити, позволяя более эффективно передавать силу сжатия фитингов F1 внутрь. Достигается конечная цель: Стержень из стеклопластика и арамидная нить несут нагрузку одновременно.

Однако, учитывая стабильность работы оборудования скруточной клети в процессе производства кабеля, шаг свивки нити не может быть слишком малым. Более того, при уменьшении шага свивки арамидной нити соответственно увеличивается натяжение кабеля, что приводит к большему провисанию при воздушной прокладке кабеля и, в конечном итоге, к увеличению нагрузки на кабель.

(II) Перспектива модификации материалов

Для увеличения силы трения между свободной трубкой и силовым элементом контактные поверхности этих компонентов могут быть намеренно шероховатыми (сделаны шероховатыми). Исследования в этой области в первую очередь приводят к следующим двум методам увеличения поверхностного трения между двумя компонентами:

(1) Использование многожильного/спирально намотаного стеклопластика (W-FRP) для увеличения трения:

Этот метод предполагает одновременное наматывание двух стеклянных нитей на поверхность стеклопластика в процессе его изготовления. Выступающие над поверхностью стеклянные нити создают Обернутый FRP (W-FRP) значительно менее гладкий по сравнению с обычным FRP, что приводит к увеличению трения.

(2) Добавление грубого полиэтиленового прокладочного слоя на поверхность FRP:

Поскольку поверхность FRP относительно гладкая, грубая ПЭ-прокладочный слой (полиэтиленовый слой) На его поверхность наносится слой грубого полиэтилена, который эффективно увеличивает поверхностное трение между свободной трубкой и силовым элементом (FRP).

Оптический кабель с гелевым наполнением
	Сила трения со свободной трубкой (Н)	Прочность на растяжение (кН)	Образец производительности после испытания на разрыв
Нормальный FRP	55.7	42.3	Все компоненты повреждены кроме ФРП.
Обернутый FRP	188.2	48.7	Все компоненты разрушены.
Прокладочный слой FRP + PE	71	45.4	Все компоненты повреждены кроме ФРП.

Экспериментальные результаты ясно показывают, что при использовании Обернутый FRP (W-FRP)Сила трения между свободной трубкой и силовым элементом значительно увеличивается. Образец для испытания на разрыв затем демонстрирует разрыв все компоненты, что говорит о том, что как арамидная нить, так и стержень из стеклопластика внесли максимальный вклад в прочность на растяжение, что привело к оптимальной (максимальной) прочности на разрыв.

Эксперимент успешно демонстрирует, что принятие Обернутый FRP Эффективно предотвращает явление «проскальзывания» между свободной трубкой и стеклопластиком, которое в противном случае приводило бы к повреждению стеклопластика. Эта модификация обеспечивает значительно более высокую прочность на разрыв (разрыв) оптического кабеля с гелем.

4. Исследование настроек шага скрутки для скручивающих каркасов кабелей ADSS

4.1 Использование оборудования для скручивания

Арамидная нить является важнейшим элементом, работающим на растяжение (несущим нагрузку) в полностью диэлектрическом самонесущем кабеле (ADSS). В процессе производства кабеля арамидная нить скручивается (обматывается) вокруг сердечника кабеля с фиксированным шагом, чтобы минимизировать разницу в длине концов нити. Это необходимо для предотвращения снижения прочности кабеля. Номинальная прочность на растяжение (RTS) из-за неравномерной длины пряжи.

Арамидная нить подается из раздаточной системы через крутильную клеть под определенным натяжением. Поэтому стабильность работы крутильного оборудования крайне важна. В настоящее время наша компания использует Электромагнитная катушка демпфирования, электроуправляемая крутильная клеткаЭта система использует электромагнитную индукцию для обеспечения равномерной подачи арамидной нити. постоянное напряжение и фиксированный шаг скрутки.

При установке катушек с арамидными нитями их необходимо равномерно распределить в скруточном каркасе для обеспечения правильной округлости обмотки. При использовании уточных нитей вместе с арамидными нитями слой, ближайший к внешней оболочке, должен содержать максимально возможное количество арамидных нитей, поскольку он обладает значительно более высокой относительной прочностью на разрыв. Кроме того, при установке катушек необходимо чередовать грубые и тонкие нити в скруточном каркасе для обеспечения механических характеристик кабеля.

4.2 Исследование установки разницы шага скрутки между внутренним и внешним слоями арамидной нити

При необходимости использования большого количества арамидных нитей для производства кабеля ADSS необходимо одновременно использовать несколько прядильных клетей. После испытания на растяжение некоторые нити остаются неповреждёнными, что обусловлено, главным образом, неоптимальной разницей в шаге скрутки между внутренним и внешним прядильными клетьями.

Поэтому был проведен следующий эксперимент для исследования разницы в установке шага между внутренними и внешними слоями прядильных клетей арамидной нити:

Соотношение между шагом внешней нити A и шагом внутренней нити B (мм)	Прочность на растяжение (кН)	Образец производительности после испытания на разрыв
А > Б	40.1	Все внешние нити разорвались; внутренние нити и стеклопластик остались целыми.
А = Б	42.7	Наблюдалось значительное расслоение по длине разрыва нити; стеклопластик остался нетронутым.
А < Б	45.3	Все несущие элементы разрушены.

Эксперимент показывает, что когда шаг свивки внешней нити меньше шага свивки внутренней нити (А
В фитинге, по мере постепенного переноса усилия внутрь, внешняя нить воспринимает нагрузку раньше внутренней. Если шаг внешней нити больше или равен шагу внутренней нити (A≥B), внешняя нить быстрее достигает разрывного удлинения и преждевременно разрывается. Это связано с более ранним нагружением при испытании на растяжение и относительно большим шагом свивки. Неравномерное распределение напряжений между растягиваемыми элементами приводит к снижению общей прочности кабеля на разрыв.

5.Резюме

Чтобы обеспечить оптический кабель квалифицированной (достаточно высокой) прочностью на разрыв (прочностью на растяжение), необходимо гарантировать адекватную целостность внешней оболочки посредством правильного выбора фильеры и настроек температуры экструзии, а также гарантировать, что стержень из стеклопластика обеспечивает достаточно большое усилие растяжения, устанавливая правильный шаг свивки арамидной нити, поддерживая правильную разницу шага внутреннего и внешнего слоев и используя новые материалы силовых элементов.