CN1007097B - 制造轴向防水通信电缆芯线的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明为提供一可重复可靠地制造轴向防水电缆芯线的方法。根据本发明以凡士林为基本成份的填充物质被加热至滴化点(drop point)温度以上，在压力下输送至装填器(5)注入缆芯，在这里被分成分布于缆芯周围的许多射流从而实现静压向动压的转换并通过缆芯外层注入缆芯中心。在中心处又发生动压变静压的再转换。如此可使缆芯单股线之间的空隙被填充物质充填。

Description

本发明涉及制造轴向防水通讯电缆芯线的方法，根据此方法由多股线组成的电缆芯线通过一装填器，主要由碳氢化合物组成的填充物以足够的富余量在高于滴化点的温度下用加压方式供给装填器，它扩散到芯线周围并掺入芯线内，而未被芯线吸收的剩余填充物则被排除掉。

对于一般都埋在地下的通讯电缆应尽可能防止渗入潮气及水份，尤其应防止水份沿电缆轴向进一步渗透。当电缆中的各单股线用纸绝缘时，它同时起防止水渗透的作用，这是因为各单股线纸护层遇湿膨胀而形成实际上的密封，除了已被纸吸收的潮气外将防止水的进一步渗透。但现今使用塑料绝缘的单股线已成惯例，因湿气及水份渗透而损害电缆就成了非常严重问题。由于塑料沾湿时不膨胀，湿气及水份一旦渗入电缆便可无阻碍地沿各单股线轴向渗透。如果对这种湿气及水份的渗透不予以防止，则电缆的电性能，如容抗及串音性能将整个会受到相当的损害。而且，已渗入电缆的水份可穿过绝缘层中的小孔对单股线产生电离作用而导致腐蚀。除此而外，如果水份渗入电缆接线箱那是很危险的，它可导致各传输电路之间的短路。

人们知道有各种制造轴向防水的通讯电缆的方法。其中一种方法是将一种可与聚乙烯混合的以凡士林为基本组成的填充物质导入缆芯。这是在高于填充物的滴化点的温度下实现的。

这种填充物质具有一种粘滞特性，即在较高温度（80℃左右）下它具有约0.046P_a.s的低动态粘度，而在约50℃的较低温度下具有约9.15P_a.s的较高粘度。

由美国专利3，789，099及3，876，487已知如何将以凡士林 为基本成份的填充物质导入通讯电缆缆芯的方法。按此法将加热了的，有足够富余量的填充物质在压力下输送至装填器的压力装填室中。在压力装填室与压力释放室之间存在一个压力梯度以保证填充物的轴向流动及剩余填充物质的排除。填充物质的速度与压力的结合乃是这种方法的基础。由于缆芯在压力装填室中受到来自所有方向上的压力，因此，只要它稍许被挤压，结果会使填充物的渗透受到阻碍。由于压力装填室中有压力，因此应予以密封，但这将引起许多问题。如果密封采用的是紧配合则将导致缆芯受到挤压的危险，在某些情况下，会受到损害，这会导致缆芯填充不足。如果密封不那么严密将会导致压力装填室中达不到足以将填充物压入缆芯的压力的危险，这也会导致缆芯填充不良。此外，由于应与待处理的缆芯直径匹配，密封应是可更换的，以满足用同一设备来处理不同尺寸缆芯的需要。

英国专利说明书1，507，375披露了一种方法及相应设备，是利用柔性的、可膨胀的套筒作为密封以免除上述最后提到的那个缺点，然而，缆芯受挤压、缆芯的损害以及压力装填室中形成压力不足这些问题还依然存在。这些问题在填充多股导线缆芯，即填充可包含相当多数量单股线的电缆时更为严重。

本发明的目的是为提供一种没有这些缺点的方法，特别是提供一种可用来重复可靠地制造轴向防水电缆芯线的方法。根据本发明，此目标之所以能实现主要是由于将填充物分成分布于缆芯周围的若干自由射流，从而获得了实质上完全的静压变动压的转化。填充物质以高速纯径向（不产生纵向速度分量）以导致由动压变静压的再转化的方式由缆芯外层至少注入到缆芯中心部位。

用这种方法，填充物质不是被压入而是被注入缆芯。除了不可避 免的转换为热能的损耗如转换损耗、摩擦损耗等之外，填充物质的静压实质上全部转化为动压，根据伯尔努利（Bernouilli）公式：

Pt＝Pst+1/2ρV²（l+ξ），

此处    Pt＝总压力（单位为（Pa））

Pst＝静压力（单位为（Pa））

V＝速度m/s

ρ＝密度Kg/m³

而ξ为损耗因子

1/2ρV²项代表动压力。由于填充物质没有受到静压，而且也没有形成静压，所以就不需要带密封的压力室，缆芯也就不会受到挤压。由于填充物的高动压或者说是高动能，各不相连的芯线被推开而形成空隙由此而得到大的渗透深度和填充物的良好扩散以及缆芯完全而均匀的被填充。当将过量的被加热了的填充物以高速注入时就得到了大量的热源。这使得固化面至少远移至缆芯中心而不会在射流的径向面内产生固化。所说的热源对于填充的质量及均匀度起着积极影响。另一方面，一旦填充物质被注入缆芯就会较快固化从而导致较短的冷却流轨，由此，紧接着缆芯轴向防水密封工序可在缆芯上施加所需要的任何一种衬托物和一种能用于缆芯的塑料套而无须担心填充物会从缆芯漏出来。应该指出，上述的热效应是在对缆芯不依次单独地进行予先处理或事后处理，特别是不进行加热或冷却处理的情况下得到的。

实验查明，特别是对于多股导线缆芯最低限度应输送10倍于缆芯所能吸收的过量填充物。根据电缆类型及绞合单股线的数量情况，这一盈余量可加至60至70倍。

用本发明的方法可以重复，可靠而经济地制做不同类型的全系列的纵向防水电缆。

业已证明此方法特别适用于填充单步操作的多线缆芯。（即含有4800根或更多的单股线的缆芯）。

将填充物分成相互隔开的射流，以及将静压变动压的转化程序，能使在装填器及输送填充物所需之泵之间发生装填器的向上液流，此时填充物能通过例如管道输送并注入缆芯。不过，本发明的最佳实施例其特征在于静压变动压之转化以及将填充物分成许多射流的步骤是在装填器中进行的。

当在装填器中发生了静压变动压的转化，填充物质即可实质上无损耗的直接注入缆芯。业已发现，有限数量的（大约4至8个）射流即足以完全填充缆芯，即便是多股电缆也一样。然而射流的数量完全不受限制。

在本发明的另一最佳实施例中填充物分成相互隔开的一组射流，这种办法对填充过程的可靠性重复性产生积极影响。如果填充物被分成若干组射流，则相继各组的射流彼此相互影响，而填充的均匀性可能会被破坏。

作为一个例子各射流可指向同一径面内，然而，按照本发明的方法，在另一个最佳实施例中，缆芯轴向方向各射流彼此互相错位，这一措施避免了各单股线被射流挤压到一起从而使缆芯的填充工序受到阻碍。

按照本发明的方法，在又一个最佳实施例中，有一个附加处理工序，那就是在低于滴化点的较低温度下，将过量填充物加至缆芯外表面。此附加工序用来填充缆芯外围。给缆芯加上一填充物覆层。这道工 序设在例如用纸，塑料或金属给缆芯缠绕或包扎工序之前。当然，由于附加处理工序中无需将填充物高速注入缆芯，因此填充物是在较低压力下加至缆芯上的。

用本发明方法得到的缆芯轴向防水的通讯电缆以缆芯直至其中心的均匀填充为特征，即便对含有2400或更多对线的多股线电缆亦如此。

本发明进一步涉及到为实现上述方法而采用的设备。它由填充物容器、装填器、输送填充物至装填器的泵以及加热填充物质所用的设备所组成。装填器包括有环形压力室及中心通道室，压力室与泵相连并通过位于隔离壁上的一系列孔洞与通道室相连。按照发明，这一设备的特征在于通道室不受约束地由装填器的一端延伸至其另一端，两端都是敞开的，而且可自由连通。

通道室内无任何压力，因此无须密封故可以具有较大尺寸以使待处理的缆芯无接触地通过装填器。因此压力保持室无须存在。由于不存在如密封垫或密封套这类易受磨损、对扰动敏感的密封元件，再由于通道室的通道足够大，因此当整个装置转用到其它类型电缆时，只要在给定的直径范围内就无须更换部件。

当转向另一直径范围不同类型的电缆时，只需调换包括隔离壁的通道室部件即可。另外，在用本发明的方法实施缆芯轴向防水工序时，如前所述，无需对缆芯进行抽气、加热或冷却等予先处理或事后处理。由于无需相应零部件，本设备的尺寸则就是有限的了;又由于无密封件及压力保持室而使装填器的轴向尺寸非常紧凑，所以整个设备的长度尺寸更进一步压缩。设备的最大有效长度约为2m。因为此设备将成为整个制造电缆线上的一个组成部分，缆芯的移动依靠线上已有的 驱动装置即可，而无需再另加单独的驱动装置。

一个按照本发明的最佳实施例之特征在于位于隔离壁上的射流孔具有一定的形状及尺寸以使填充物质在静压射流孔中实质上完全转化为动压。实验表明，当每个射流的速度约为70m/Sec时可获最佳效果，即便对于含有2400对或更多的多股线电缆其渗透深度亦可达到缆芯中心。射流孔的数量及尺寸可以这样决定，即一方面，对于所要求的填充物流率要使压力室进流孔获得最大静压;另一方面在孔内，在所要求的速度下，用同样方式完成静压转化为动压从而产生密实喷流，但却不出现飞溅现象。孔的数量（4个或更多）及其直径（实际应用中从1到7mm）应相互适应。

在按照本发明的另一最佳实施例中隔离壁上设有相互分隔开的一组射流孔，其结果是装填器的轴向尺寸可减至最低限度。这进一步形成设备的紧凑结构。

一个按照本发明的另一个最佳实施例之特征在于每个射流孔都位于各自的径面中。譬如，在隔离壁上射流孔可沿螺旋线均匀分布。采用这种方法只需较小长度的装填器即可使填充物在缆芯截面上的分布均匀。

应该指出，从前述专利说明中本质上已了解到应使射流孔沿装填模周围形成螺旋线式分布。然而，相应的设备需提供几组射流孔，这种装置有大量部件而且较为复杂。当转向不同类型电缆时需作较大量调整工作。每一类型电缆附件的成本较高。

一个按照本发明的又一最佳实施例之特征在于从缆芯移动的方向看，在装填器的后面还装有一个装填模。利用此装填模对已装填好的缆芯再加处理，给缆芯外表面加一个填充物的覆层。

现根据附图对本发明作更充分的说明：

图1为轴向防水通讯电缆端部侧视图。

图2示出了图一所示电缆的剖面图。

图3给出了制造轴向防水电缆设备的示意图。

图4为本发明设备的装填器的纵向剖视图。

图5及图6示出了装填器部件的纵向剖视图。

图7为装填器的局部剖视图。

通讯电缆T的实施例示于图1与图2中，它的主要部份是缆芯C，沿缆芯缠绕或包扎一层防潮塑料或其它材料的衬托物F。用防水护套将衬托物包住，这一护套W由铝带及一层塑料组成。最后塑料护套S挤压在护套W上。

如果这种通讯电缆需置于地下，则在护套S上再附加一层铠装（未示出），一般是由两层包扎钢带及聚乙烯外护套构成。缆芯C是由许多根加有塑料绝缘套管P的单股铜线K组成。单股线A可成对绞合，如果需要，再将它们绞合成组以构成缆芯。在形成缆芯的过程中单股线及对线之间出现了空隙V。为了使缆芯C轴向防水，在这些间隙V中充填上填充物质J。它以凡士林作为基本成分，并与聚乙稀混合。这种填充物也加至缆芯外围。

以上描述的电缆只是作为一个例子。无论在构造及材料上都与上述电缆不同的许多其它类型电缆人们也都是熟悉的。

图3示出了缆芯C轴向防水设备的示意图。装置1含有容器3，其中有固定的装填器5，它通过压力管道7与泵11相连，泵由电动机13推动。泵11的入口通过吸管15，过滤器17，切断阀19与容器3相连。在泵11及装填器5之间装有与管道7相连的压力调节器21以及压力表23。标号25标示管状填充模。它通过压力管 道27连接到带有加压泵31的补给容器29。压力表33接至压力管道27。容器3包含有加热器35用它来加热胶状填充物，胶状填充物一直填充到容器3的L水平面。容器3中填充物的温度可由与加热器相连的恒温器37控制。容器3与装有阀41的补给管道39相连。通过补给管道39来补充容器3中的填充物。如需要可在容器3中安装搅拌器（未示出）以保证容器中填充物温度的均匀分布。水准调节器43可使容器中填充物的填充水平面L能保持恒定。C表示待处理的缆芯。它沿箭头Z方向移动。

图4为装填器5的纵向剖面。装填器5是设备的核心部份。它主要由内管51、套管53（其内径大于内管的外径）组成。两个环55与57套在内管外表面，而在套管53的内壁装有两个轴衬59及61。适当选择轴衬59与61的内径及环55及57的外径尺寸以使环紧固于轴衬。环55的外周径向相对开有两个槽63。即绕环55整个一圈都开了槽。而在套管53及轴衬59上有两个径向向对的、皆沿套管53及轴衬59圆周的缝65。装配装填器5时，环55及57插入轴衬59及61直至环55与轴衬59的肩角接合，而槽63与缝65对准为止。借助于穿过缝65、伸入槽63的u型弹簧片69将内管51及套管53卡在一起以防止相互的轴向位移。

轴衬59与61的内表面上相应开有槽71及73。其中装有密封圈75及77。在套管53的外面装有加固托架83用来将装填器5悬挂于容器3中。套管53上有孔87与管道7的开口89相连。在内管51的壁上设有许多射流孔91（在实施例中示出了4个）。它们位于不同径面并沿轴向以一定间隔分布。内管51及套管53之间的环形空间93通过补给孔87、管道口89及压力管7与泵11 连通，起压力室的作用。通过孔91使压力室与内管51的内部空间相通。此内部空间即为通道室95。通道室95无任何阻碍的由内管51的一端延伸至另一端。由于缆芯的直径d比内管51的内径D小以及不存在如套管、衬垫等密封部件，待处理的缆芯可在径向留有很大空隙的情况下通过通道室95。通道室95在缆芯充填的过程中实际上是没有压力的。

图5及图6分别示出了套管53及内管51的纵向剖视。此二图清楚的示出装填器的简单结构。装填器不含有易受磨损的部件。同一内管还适应于处理一系列具有不同直径的缆芯。如果待处理的缆芯直径大于内管51的内径D，则可用一个与套管53匹配的，具有较大直径D的，或者，如果需要的话具有更多射流孔91的内管来实现对不同系列缆芯的充填。这样，用很有限的一些部件即可处理整个不同类型系列的电缆。

图7为图3中用点划线框起的长方形E的部件分解图。包括装填器5及填充模25。装填器5已由图4、5和6予以充分说明。填充模25实质上就是与补给管98相连的管97。98是压力管道27的一部份，它通向补给器29。用此填充模给已充填好的缆芯外表面再加一覆层。输送至填充模25的填充物的温度比注入时所用的温度为低，即低于滴化点。管97的内径应保证在待处理的缆芯通过时留有足够的空隙。输送来的填充物应有足够的富余量。剩余的填充物沿轴向返流入容器3。

现用下列例子较仔细的叙述一下如何根据本发明来充填通讯电缆缆芯的方法。设备1一般置于给缆芯包上衬托物F的折叠台（folding    station）或绕包器（lapping    head）（未示出） 的前方。如果有效空间容许的话，设备1可纳入生产线并紧挨着绞合（Stranding    Station）后面。待处理的电缆利用后面折叠台或绕包器已有的驱动装置拖动移过本设备。驱动装置可以是绞盘、覆带装置、收线盘（takeOup    ree）等等。

容器3由填充物质J填充至水平面L。用水准调节器43使此水平面保持恒定。接通加热器35，填充物J加热至滴化点温度以上。用温度调节器调至并保持所需温度。用压力调节器37调节并保持所要求的压力。压力调节器21调到处理电缆所要求给定的压力。此时需要处理的缆芯进入设备1，穿过装填器5及填充模25再被导入后面的折叠台，或绕包器。当达到调节温度后启动泵11及31。缆芯C被拖动穿过设备1并按上述方式在通过装填器5时灌注填充物J。亦按上述方式在通过填充模25时施加填充物覆层。装填器5的结构细节前面业已充分说明。用压力调节器实现填充物的定量补给。为达此目的，压力调节器21调节至予先确定好的压力，并通过反馈连通管99调节驱动泵11的电动机13的转速以保持压力恒定。切断阀19用作维修并供在清洗过滤器17时切断吸管15之用。

用所述之设备，可对具有下列尺寸的缆芯实施缆芯轴向防水工艺。

所用之参数如下：

缆芯C外径d    6mm

单股线数量    1808

线径    1.04mm

内管51的内径    65mm

射流孔91的数量    4

射流孔91的直径    3.5mm

模制（die）管97的内径    65mm

填充物质    凡士林

滴化点（drop    point）    75℃

压力调节器调整压力    1500kpa

主泵11的流速 2.3dm³/Sec

泵31的流速 0.2dm³/Sec

射流注入速度    52m/Sec

缆芯C的移动速度    5m/min

用同一装填器，只需适当调节压力及移动速度即可使其参数与所举例子相差不大的其他电缆实现纵向防水工艺。如果需要，此时填充模应换成另一个与电缆尺寸匹配的填充模。如需处理的电缆直径同以前差别很大，就只好将内管51更换。新内管又可以用来处理直径在另一范围内的电缆。

Claims (12)

1、一由无数绞合单股线(A)组成缆芯(C)的纵向防水电信电缆(T)缆芯制造方法，该方法包括下列步骤：

令所述缆芯(C)通过装填器(5)；

将碳氢化合物为主要成分的填料(J)加热到高于填料滴化点的温度；

将过量的所述加热填料(J)带压加入装填器(5)中；

将所述加热填料(J)分布到缆芯(C)周边上，并通入缆芯(C)中；

排掉多余的不为缆芯(C)所吸收的填料；

该方法的特征在于下列步骤：

将所述加热填料(J)分成许多分布在缆芯(C)周边的自由射流；和

将所述加热填料只在完全径向的方向上且不致产生轴向速度分量的情况下从缆芯(C)的周边高速注射入至少缆芯(C)的中心。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将加热填料（J）分成许多自由射流的步骤是在装填器（5）中进行的。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将加热填料（J）分成许多自由射流的步骤包括将加热填料（J）分成一系列单股自由射流的步骤。

4、如1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述将加热填料（J）分成许多自由射流的步骤还包括形成若干从缆芯（C）的纵向看起彼此偏移的独立射流的步骤。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在另一附加步骤中，填料（J）是在低于其滴化点的温度下过量加到缆芯（C）的外表面的。

6、一种纵向防水的电信电缆（T），包括由无数绞合单股线（A）组成的缆芯（C），该电信电缆（T）系通过往缆芯（C）中带压加入过量加热填料（J）而达到防水目的的，其特征在于，所述加热填料（J）是分成许多分布在缆芯（C）周边上的自由射流，并只在完全径向的方向上且不致产生轴向速度分量的情况下从缆芯（C）周边高速注射入至少缆芯（C）的中心。

7、如权利要求6所述的电信电缆，其特征在于，所述加热过的填料（J）是以低于其滴化点的温度过量加到缆芯（C）的外表面的。

8、一种制造由无数绞合单股线（A）组成纵向防水电信电缆（T）的缆芯（C）的设备，该设备包括一填料（J）的容器（3）、一装填器（5）、一将填料（J）从所述容器（3）供到装填器（5）的泵（11）和加热填料（J）的加热装置（35），装填器（5）包括一环形加压室（93）和一中央通道室（95），所述缆芯通过所述中央通道室（95），所述加压室与泵（11）相连接，且通过间壁（51）中的一个系列孔口（91）与通道室（95）连通，该设备的特征在于，所述通道室（95）毫无限制地从装填器（5）的一端延伸至另一端，且其两端敞开着，并与毗邻的环境自由连通。

9、如权利要求8所述的设备，其特征在于，间壁（51）上的各孔口（91）其断面及尺寸选取的使孔口（91）中加热填料（J）的静态压力实质上完全都被转化成动态压力。

10、如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，间壁（51）上设有一系列单孔口（91）。

11、如权利要求8至10中任一权利要求所述的设备，其特征在于，各孔口（91）位于一独立的径向平面上。

12、如权利要求8至11中任一权利要求所述的设备，其特征在于，从输送缆芯（C）的方向看配置在装填器（5）背后的是填充模（25）。

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