CN111090155B - 一种光纤铠装装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤技术领域，具体为一种光纤铠装装置，其包括光纤模组、力放大器模组和光纤传送模组；其中，三通管件的主管入口与力放大器模组密封连接，用以导入光纤；所述三通管件的主管出口与预先铺设好的铠装细管的一端密封连接；所述三通管件的支管连接所述泵送装置。本发明通过光纤传送模组利用气体或液体作为传送介质将光纤泵送传输至铠装细管内；并通过设置力放大器模组防止传送介质回流，同时控制光纤传输速率，使得光纤能够无损伤的泵入铠装管中形成铠装光纤；本发明泵入效率高，不需要人力介入，节省了材料和工艺成本，使铠装光纤更加稳定可靠。

Description

一种光纤铠装装置

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体为一种光纤铠装装置。

背景技术

所谓铠装光纤(光缆)，就是在光纤的外面再裹上一层保护性的“铠甲”。现如今铠装光纤的应用越来越广，包括室内应用和室外应用。在室外应用中，由于石油和化工以及特种行业对分布式光纤传感器(DTS)的运用越来越普遍，其中DTS都会使用到长距离的铠装光纤。而实现铠装光纤目前有穿管和铺设焊接两种技术，但是铺设焊接的成本要比穿管高50％。在某些特种场合，不能直接将铠装好的光纤放入，如油井完井前。为了解决这个问题我们可以预先铺设不锈钢管，等完井后再将光纤吹入不锈钢管中形成铠装光缆。但现有的铠装光纤方式大量依赖人工，造成铠装效率低下、铠装效果不良，人工成本和时间成本高昂。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种光纤铠装装置，可将光纤无损伤的泵入铠装管中形成铠装光纤，泵入效率高，不需要人力介入，节省了材料和工艺成本，使铠装光纤更加稳定可靠。

本发明采用的一个技术方案是：

一种光纤铠装装置，包括：

光纤模组，用以提供并输送待铠装的光纤；

力放大器模组，用以提供防止回流的密闭腔室，并从光纤模组将光纤导入至光纤传送模组；

光纤传送模组，包含一个三通管件和泵送装置；所述三通管件的主管入口与力放大器模组密封连接，用以导入光纤；所述三通管件的主管出口与预先铺设好的铠装细管的一端密封连接；所述三通管件的支管连接所述泵送装置。

作为一种改进，所述光纤模组包括通过滚轴设置在支撑座上的光纤卷，以及设置在光纤卷一侧的光纤计量装置,所述光纤计量装置用以测量光纤放卷的长度；

优选的，所述光纤计量装置为光电计数器；具体的，所述光纤计量装置为光电转速表。

作为进一步的改进，所述光纤模组还包括力矩控制器，所述力矩控制器设置在所述光纤卷的另一侧，用以保证光纤卷上的光纤不会松散。

进一步的，所述力放大器模组包括绞盘，所述待铠装的光纤从光纤模组引入，在绞盘绕卷后导入至光纤传送模组；所述力放大器模组还包括压力罩和驱动轴，所述压力罩和驱动轴共同构成一个用以容置绞盘的密闭承压空间，所述绞盘设置在所述驱动轴上；所述驱动轴通过联轴器与动力装置连接；

优选地，所述绞盘的外侧还设置有卡环，所述卡环用于保证光纤不打结。

更进一步的，所述力放大器模组还包括光纤导向装置，所述导向装置一端通过通孔埋设在压力罩内，另一端固定在所述支撑座上；

优选地，所述光纤导向装置为毛细管。

具体的，所述泵送装置包括但不限于气泵和水泵中的一种。

作为更进一步的改进，所述泵送装置压力P满足下列关系：

P≥ΔPL

其中P为泵送装置泵送压力；ΔP为压降；L为泵送距离；所述压降ΔP满足如下关系式：

其中，f为管道摩擦系数，D为管道直径，V为流动速度，ρ为流体密度。

作为一种改进，所述泵送装置为多缸泵，优选为三缸泵。

进一步的，所述铠装细管包括但不限于铜管、钢管、不锈钢管。

作为进一步的改进，还包括上位机，所述上位机分别连接所述光纤计量装置、动力装置和泵送装置；所述泵送装置为变频马达；所述上位机根据光纤计量装置反馈的光纤长度信息，实时调控动力装置和泵送装置的输出功率。

本发明一种光纤铠装装置，通过光纤传送模组利用气体或液体作为传送介质将光纤泵送传输至铠装细管内；并通过设置力放大器模组防止传送介质回流，同时控制光纤传输速率，使得光纤能够无损伤的泵入铠装管中形成铠装光纤；本发明一种光纤铠装装置，泵入效率高，不需要人力介入，节省了材料和工艺成本，使铠装光纤更加稳定可靠。

附图说明

图1为本发明一种光纤铠装装置的整体结构俯视示意图；

图2为本发明一种光纤铠装装置的力放大器结构俯视示意图；

图3为本发明一种光纤铠装装置的力放大器结构结构剖视示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1：

如图1所示，一种光纤铠装装置，包括：

光纤模组，用以提供并输送待铠装光纤20；作为一种较佳实施例，所述光纤模组包括通过滚轴设置在支撑座12上的光纤卷13，以及设置在光纤卷13一侧的光纤计量装置14,所述光纤计量装置14用以测量光纤放卷的长度；所述光纤计量装置14为光电计数器；具体的，所述光纤计量装置14为光电转速表。作为一种较佳实施例，所述光纤模组还包括力矩控制器15，所述力矩控制器15设置在所述光纤卷13的另一侧，用以保证光纤卷13上的光纤不会松散。

力放大器模组18，用以提供防止回流的密闭腔室，并从光纤模组将光纤导入至光纤传送模组；具体的，所述力放大器模组18包括绞盘182，所述待铠装光纤20从光纤模组引入，在绞盘182绕卷后导入至光纤传送模组；所述力放大器模组18还包括压力罩181和驱动轴184，所述压力罩181和驱动轴184共同构成一个用以容置绞盘182的密闭承压空间，所述绞盘182设置在所述驱动轴184上；所述驱动轴184通过联轴器与动力装置19连接；作为一种优选方式，所述力放大器模组18还包括永磁联轴器，所述永磁联轴器用于动力装置19和驱动轴184之间的动力传动，保护动力装置19并且使驱动轴184不与外界相通。

作为一种较佳的实施例，所述绞盘182的外侧还设置有卡环183，所述卡环183用于保证光纤不打结。作为另一种较佳实施例，所述力放大器模组18还包括光纤导向装置16，所述导向装置16一端通过通孔埋设在压力罩181内，另一端固定在所述支撑座12上；优选地，所述光纤导向装置16为塑料毛细管。

光纤传送模组，包含一个三通管件21和泵送装置11；所述三通管件21的主管入口与力放大器模组18密封连接，用以导入光纤；所述三通管件21的主管出口与预先铺设好的铠装细管的一端密封连接；所述三通管件21的支管通过开关阀门22连接到所述泵送装置11的管接头23上。所述泵送装置11包括但不限于气泵和水泵中的一种；所述泵送装置11将传送介质泵入三通管件21，所述传送介质携带待铠装光纤20沿铠装细管至另一端。作为一种优选实施例，所述泵送装置为多缸泵，优选为三缸泵。进一步的，所述铠装细管包括但不限于铜管、钢管、不锈钢管。

实施例2：

由于泵送光纤需要根据光缆长度、铠装细管尺寸来选择水泵或者气泵的输送压力，并进一步确定选择哪一种功率的泵。

我们根据泊肃叶定律可知：

其中，Q为体积流量，Δp为管子两端的压强差，D为管的直径，L为泵送长度，η为流体的粘滞系数。

以管径3.18mm铠装细管，传送介质为水为例，则

管内径D＝3.18-2*0.51＝2.16mm；

截面积S＝3.66㎜²(忽略光纤的截面积)；

根据实际使用情况，水流量≈0.25L/min；

经计算Δp≈1140psi/km；但实际使用中该压降差Δp并不能满足要求。

经分析，上述计算结果与实际不符的原因在于，在泵送光纤的过程中，水在铠装细管中并不是以层流的方式流动，而是以紊流的方式带动光纤移动，因此泊肃叶定律并不适合本发明所需压力的计算。

为此，本发明引入一套新的计算方式，根据管道摩擦系数来计算，具体的，

所述泵送装置压力P满足下列关系：

P≥ΔPL

其中P为泵送装置泵送压力；ΔP为压降；L为泵送距离；所述压降ΔP满足如下关系式：

其中，f为管道摩擦系数，D为管道直径，V为流动速度，ρ为流体密度。

其中，管道摩擦系数又可以表示为

其中，k为系数，Re为雷诺数，k≈5μm(由于铠装细管内壁非常光滑，因此Re较小时，Re项占主导地位)。

水的密度ρ＝1000Kg/m³；

综上，压降ΔP经计算，为2150psi/km，与实际情况相符。

若，需铠装1.5km光纤，则应选择泵送压力大于等于7525psi的压力泵。

实施例3：

由于泵送的距离不同，光纤到达的位置不同，泵送的速率和泵送输出功率也会动态调整；因此，本发明一种光纤铠装装置，还可以提供一种优选方式，其包括上位机，所述上位机分别与所述光纤计量装置14、动力装置19和泵送装置11电性连接；所述上位机采集光纤计量装置14反馈的光纤长度信息，并根据预设算法根据泵送的距离和光纤长度，实时调控动力装置19和泵送装置11的输出功率。

作为一种优选实施例，所述泵送装置为变频马达。

本发明一种光纤铠装装置，通过光纤传送模组利用气体或液体作为传送介质将光纤泵送传输至铠装细管内；并通过设置力放大器模组防止传送介质回流，同时控制光纤传输速率，使得光纤能够无损伤的泵入铠装管中形成铠装光纤；本发明一种光纤铠装装置，泵入效率高，不需要人力介入，节省了材料和工艺成本，使铠装光纤更加稳定可靠。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光纤铠装装置，其特征在于，包括：

光纤模组，用以提供并输送待铠装的光纤；

力放大器模组，用以提供防止回流的密闭腔室，并从光纤模组将光纤导入至光纤传送模组；

光纤传送模组，包含一个三通管件和泵送装置；所述三通管件的主管入口与力放大器模组密封连接，用以导入光纤；所述三通管件的主管出口与预先铺设好的铠装细管的一端密封连接；所述三通管件的支管连接所述泵送装置；

所述光纤模组包括通过滚轴设置在支撑座上的光纤卷，以及设置在光纤卷一侧的光纤计量装置,所述光纤计量装置用以测量光纤放卷的长度；

所述光纤模组还包括力矩控制器，所述力矩控制器设置在所述光纤卷的另一侧，用以保证光纤卷上的光纤不会松散；所述力放大器模组包括绞盘，所述待铠装的光纤从光纤模组引入，在绞盘绕卷后导入至光纤传送模组；所述力放大器模组还包括压力罩和驱动轴，所述压力罩和驱动轴共同构成一个用以容置绞盘的密闭承压空间，所述绞盘设置在所述驱动轴上；所述驱动轴通过联轴器与动力装置连接；

所述光纤铠装装置还包括上位机，所述上位机分别连接所述光纤计量装置、动力装置和泵送装置；所述泵送装置为变频马达；所述上位机根据光纤计量装置反馈的光纤长度信息，实时调控动力装置和泵送装置的输出功率。

2.如权利要求1所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述光纤计量装置为光电计数器。

3.如权利要求2所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述绞盘的外侧还设置有卡环，所述卡环用于保证光纤不打结。

4.如权利要求1所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述力放大器模组还包括光纤导向装置，所述光纤导向装置一端通过通孔埋设在压力罩内，另一端固定在所述支撑座上；

所述光纤导向装置为毛细管。

5.如权利要求1所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述泵送装置包括气泵和水泵中的一种。

6.如权利要求1所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述泵送装置压力P满足下列关系：

P≥ΔPL

其中P为泵送装置泵送压力；ΔP为压降；L为泵送距离；所述压降ΔP满足如下关系式：

其中，f为管道摩擦系数，D为管道直径，V为流动速度，ρ为流体密度。

7.权利要求5所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述泵送装置为三缸泵。

8.如权利要求1所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述铠装细管包括铜管、钢管、不锈钢管。

9.如权利要求2所述的光纤铠装装置，其特征在于，所述光纤计量装置为光电转速表。

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