CN1006581B - 关于远距离通讯的海底光纤电缆的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一项海底光纤电缆的改进，这种电缆特别适用于敷设在深度超过8000米的海底。

按照本发明，这种电缆由具有四边形横截面的抗机械力元件所构成，其径向垂直于电缆的两对边相对于另外两对边来说要小些。

Description

本发明是关于海底光纤电缆的改进，特别是关于敷设在海底的电缆。

这里所介绍的敷设在海底的电缆，是特别地，但并非唯一地适于敷设在非常深的海底，一般为8000米或者更深的海底。

正如专家们已经知道的，这种类型的电缆必须要能够承受得住二种情形下产生的各种应力，一种是在电缆敷设操作中产生的应力，另一种是电缆在使用中产生的应力。

在电缆的敷设操作过程中，电缆必定受到的特别危险的力是沿着电缆方向的可变牵引力，它随着深度的变化而减弱，以及周围海水加在电缆上的可变径向压力，它使电缆受到挤压。

在敷设好的电缆上，主要的作用力是由电缆周围的海水的压力所产生的静水压力，这种压力自上而下地作用的电缆上。

在已经实现的电缆结构上，甚至在由于电缆敷设的深度而产生巨大的静水压力时，在尝试使光纤完全免受拉伸应力影响的同时，也希望使电缆组件具有稳定的结构。

以前的一种方法为，例如，在光纤芯的周围设置一种防水的中心管状部件，这里介绍的光纤芯是由光纤以及它的最后支撑元件或者外包防护层、带等组装而成。

一般地讲，管状元件是由易于成型的金属构成（例如，铝、铜或者它们的合金）。

这种管状元件可以通过挤压成型，但较好的方法是用铝的长条带子经过折合和焊接制成的铝管。

这两种工艺-挤压和焊接都需加热。因此，需要在光纤芯上设置一道防热护层而隔热。然而，这将不适当地增加电缆本身厚度，使之难以铺设并带来其它的麻烦。

所以，较佳的考虑是，在光纤芯外创造一种不需加热而制成的管状部件。

一种解决的办法是用细长的元件螺旋状环绕制成的组件。这种细长的元件具有近似于一个圆环的扇形片的横截面，能很好地为电缆提供抗径向的压力。

管状部件的周围配置有抗牵引力的抵抗元件，由一层或者多层具有圆形截面的钢丝，螺旋形绕制构成。

这种钢丝的特性是要比其下层的那种细长的，其横截面近似于圆环的扇形片的金属元件坚硬得多，并且当受到强烈的牵引力作用时，它们会在前者上面伸展开来，甚至会沿着接触线损坏它们，造成永久的断裂。这种断裂十分明显地将削弱管状部件的结构，从而妨碍对所作用的应力的弹性反作用力。因此，导致电缆被拉伸，这就说明会对光纤产生损害。

此外，圆钢丝在各层之间构成许多空隙，所述的这种空隙在径向压力下对结构的形变能力是十分有利的。

当然，所述的这种空隙的存在也会进一步增厚电缆，由此产生的副作用是使电缆难于敷设，如上面解释过的一样。

本发明的目的在于创造一种改进的具有光纤芯的海底电缆，它能避免上述那些缺陷，并能保证其结构不被破坏和继续作为一种弹性体，并以同样的抗力部分，采取比已知的那种电缆更少累赘的形式。

更准确地讲，本发明的目的是一种用于远距离通讯的改进的光纤海底电缆，特别是，但并不是唯一地，适用于敷设在非常深的海底，并且在其光纤芯的周围最少具有一个由细长金属元件构成的中心管状部件，每一个这种细长元件都具有一个类似于一个圆环的扇形片的横截面，管 状部件上至少要螺旋形绕上一层细长的抗机械力的金属元件，然后再至少包围上一层防水导电层和至少一绝缘层，其特征是，所述绕在管状部件上的细长的抗机械力元件具有四边形横剖面，其中一对径向垂直于电缆的边比另外两个对边要小些。

在本发明的最佳实施例中，径向垂直于电缆的每一边相对于抗机械力元件的其余边的比率，在1∶3和1∶8之间。

附图描述（以不失一般性的实例）实现本发明的一种实际模式，更确切地说：

附图1表示了按照本发明的用于远距离通讯的光纤电缆的一种（最佳实施例）的横截面图。

附图2表示了按照本发明的用于远距离通讯的光纤电缆的另一最佳实施例的横截面图。

在附图1中，描绘了敷设在深海底的海底光纤电缆的横截面图。

该电缆包括一条光纤芯10，它由许多具有附着在其上面的热塑复盖层的光纤12组成。光纤外绕有一条线13，线13较理想是金属制成。但不一定需是金属、使用这条线的目的是用作为抗拉伸元件。

光纤芯10被容纳在中心管状部件14中，14这个部件由一层其横截面近似于一个圆环的扇形片的细长金属元件15构成-以后在本文中将简单地称为“扇形线15”。扇形线最好应由易于成型的金属材料制成，例如，铝和它的合金，甚至是铜和它的合金。

在附图1中，仅指出了三条扇形线。已经发现适于组成最佳的抗静水径向压力的管状结构的扇形线的数量，应该介于三至五条之间。

事实上，已经发现在径向力的作用下，数量过多或者过少的扇形线将会使细长的金属元件15产生不适当的滑动。

在中心管状部件14的四周，螺旋状地围绕着的抗拉伸力或抗机械力的细长元件18构成了二个复盖层16和17。

抗机械力的细长元件18具有四边形的横截面，其径向垂直于电缆的一对边20，20′相对于另一对边21，21′来说要小些。

在同一个横断面中，每一条径向垂直于电缆的边20（20′）相对于其余两边21（21′）的较好的比率是在1∶3至1∶8之间。

为了简单起见，今后在本文中抵抗元件18将被称作“金属带”。

更可取的是，金属带18应该制成一种合适的形状，以便更适合于其下层的圆柱体形状的中心管状部件14。所以金属带的一种较佳形状是扇形线。

同一层的金属带18是这样螺旋形地绕制，其绕法使其邻近的金属带互相靠紧。这样，在敷设电缆的过程中，便能使金属带互相配合，以支撑由于静水压力和任何作用在电缆上的拉牵力产生的径向压力。

金属带的外层17上包围着防水护层22，该护层最好由具有良好的导电率的材料制成，以能通过它可以输送需要的直流电给发送器。

在所有的具有良好导电性能的材料中，铝和铝合金较为理想，因为它们的重量比较轻。

导电护层22可以用挤压法制成，或者用另一种方法，纵向折拢一条金属带子并对缝焊接制成。

防水导电的护层22上，至少要复盖一护层23，它可用例如挤压的热塑材料，诸如聚乙烯，聚丙烯或者其它能具有同样功能的材料来制成。

作为变换，在附图2中所示的一条电缆中，其中围绕光纤芯10（结构与附图1相同）设置了中心管状部件14-包括了多于三至五条这一最佳数量范围的扇形线15。更精确些，在附图2中举例表示的是六条扇形线。

为了保证在径向压力作用在扇形线上时，中心管状部件不致产生形变，在相邻的扇形线之间设置了一种联接和抗滑动的装置。举例说，这些联接装置（见图参考数24）可由在每条扇形线的一个侧面上的齿型条 构成，它适合于啮合其相邻扇形线的与其邻接的侧面上的槽沟。

构成抗机械力元件的同层16（17）的金属带18，是采用这样一种螺旋形方法绕制的，使在圆周上邻近的元件18彼此之间有一定的间隔。

金属带18与其相邻的金属带之间的间隔25，使得电缆易于工作，并且也使电缆能在相当深的海底安金地敷设。

更可取的是，相同层16（17）的两条抵抗元件18之间的间隔25，相对于其上层或者下层的两个相应相邻元件之间的间隔是偏移不重合的。

金属带的宽度许可作用在其上面的力，包括电缆伸长产生的拉伸力和周围径向作用的静水压力能够均匀地，沿其下层的表面分布，且这下层表面可以充分地伸展以保证电缆结构可靠的弹性响应。

更好的是，存在于中心管状部件14的细长元件15间的空隙-在14内用来容纳光芯10空腔，以及存在于抵抗元件和其上层及下层之间的空隙-充满了一种堵塞水的填料。这是为了防止任何纵向水的迁移流动，以免在防水导电层本身出现任何泄漏时，可能渗透进去。

填料可以是润滑脂型的（例如，一种硅脂），但也可以是一种遇水后膨胀的材料，因而这种材料能够形成一道阻挡层，防止水流的进一步渗入。

在一个更佳的实施例中，填料也可以用一种兼有润滑性能和填充性能的物质构成，譬如一种有机油，它在拉伸发生在金属带18本身之间，或者相对于扇形线15时，可改善它们的滑动，这对改善电缆的柔软性有不可忽视的作用。

在两附图中，示出了按照本发明的改进了的海底电缆，为简单起见，其中光芯10表示为由许多光纤12围绕一金属棒11构成，那里的每一根的光纤12被包围在附着的护层13中。尽管这样，还是应该理解，光纤芯也可以用其他更适宜的办法来构成。

例如，光纤芯可由松弛地被包围在塑料护层中的光纤组成，充有或 者不充有填充物。

再者，它可以包括带螺旋槽的抵抗元件，这些螺旋槽容纳裸光纤，或者它松弛地或者紧紧地被包围装在一个护层内。

总之，虽然以较佳的实施例描述了本发明的结构细节，然而应该很清楚，它们可以根据实际需要而改变，但不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1、一种改进的远距离通讯海底光纤电缆，它包括有一包括一根或多根光纤(12)的光纤芯(10)，光纤芯(10)被容纳在一中心管状部件(14)中，中心管状部件(14)由横截面为近似于一圆环的扇形片的细长金属元件(15)构成，所述中心管状部件(14)由抗机械力的金属元件金属带18包围，金属带(18)螺旋状地绕在中心管状部件(14)的周围，形成至少一层(16，17)，层17外由至少一防水导电护层和至少一绝缘护层包围着，其特征在于形成抗压力的中心管状部件(14)的细长金属元件(15)是由从铝、铝合金，铜和铜合金中选择出的材料制成的，并且金属带(18)是由从钢和合金钢中选出的材料制成，它至少形成一方向包围在中心管状部件(14)径向外面的抗拉伸力层，所述金属带18在圆周上是互相间隔开的，并且相邻金属带之间的间隙中充填有堵塞水的填料。

2、按照权利要求1所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，抗机械力元件的横截面中径向垂直于电缆的每条边与其剩余边的比率在1∶3至1∶8范围之间。

3、按照权利要求1所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的抗机械力元件为其横截面是近似于一个圆环的扇形片的扇形线。

4、按照权利要求1到3中任何一项所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的在圆周上邻近的元件彼此之间有一定的间隔的一层抗机械力元件是螺旋形地绕制成的。

5、按照权利要求4所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，同一层的两个相邻抗机械力元件之间的间隔，相对于该层的上层或下层的两个相应的相邻抗机械力元件之间的间隙是错开的。

6、按照权利要求1所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的中心管状部件是由其横截面近似于一个圆环的扇形片的细长的金属元件构成，元件数目在三至五之间。

7、按照权利要求1所述改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的中心管状部件包括多个其横截面近似于一个圆环的扇形片的细长金属元件，它们的数目超出三至五这个范围，每一条所述的细长的金属元件都设置有联接其相邻金属元件的装置。

8、按照权利要求7所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的联接装置由存在于其一个侧面上的齿型条构成，该齿型条适合于啮合与其相邻的细长金属元件的邻接侧面上的槽沟。

9、按照权利要求1所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，在中心管状部件的细长体之间的空隙中，在管状部件的空腔和外面，以及在抗械机力元件与其上层和下层之间的空隙中，充满了堵塞水的填料。

10、按照权利要求9所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的填料是一种硅脂。

11、按照权利要求9所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的填料是一种遇水后能够膨胀的材料。

12、按照权利要求9所述的改进的远距离通讯海底光纤电缆，其特征是，所述的填料是一种也具有润滑性质的有机油1。

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