CN111261333B - 一种抗扭曲光电混合缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光缆领域，尤其涉及一种抗扭曲光电混合缆。其包括：同轴设置的缆芯和外护套；所述外护套包覆在缆芯外部、对缆芯进行保护；所述外护套为三层结构，其由外至内分别为外层、中层和内层；所述外层和中层之间周向均匀设有若干外肋条，中层与内层之间周向均匀设有若干内肋条，外肋条将外层和中层分离，内肋条将中层和内层分离；所述缆芯由内护套包覆中心套管形成，中心套管内沿光电混合缆轴向设置有光纤线组和导电线。本发明能够满足光电混合缆跨海铺设的需求；能够降低光电混合缆的铺设难度；能够大幅度降低光电混合缆的成本。

Description

一种抗扭曲光电混合缆

技术领域

本发明涉及光缆领域，尤其涉及一种抗扭曲光电混合缆。

背景技术

光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。光缆主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑料保护套管及塑料外皮构成，是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。

传统的光缆仅具有传输光信号的能力，通常配合光缆还需额外设置电缆进行配合，因此在早些年间出现了同时具有光信号传输能力和电力输送功能的光电混合缆，其大多结构为光缆与电缆的简单组合，即将光纤和导电铜线共同包覆并固定于保护套管和外皮中，以实现光缆和电缆的一体化，避免了额外布置电缆的繁琐性。

但是，随着现在光电混合缆的普及化以及铺设范围逐渐扩大，目前的许多光电混合缆已无法满足许多场合的使用需求，如跨海高处架设的光电混合缆，在使用过程中常常会由于较大风力的海风长期吹拂导致其外层破裂甚至爆裂，而在内层强度不高的情况下极容易导致整体光电混合缆发生断裂，造成巨大的经济损失、产生较大的安全隐患甚至发生严重的事故。为此，本领域研究人员开发出了室外铠装光电混合缆，其分为轻铠和重铠两种。轻铠装光电混合缆的铠装有钢带铠装和铝带铠装，其能够有效提高光电混合缆的机械性能，具有良好的防啮齿动物咬、防断裂、抗扭曲等效果，重铠装光电混合缆在轻铠装光电混合缆的基础上进一步包覆一层钢丝圈，进一步提高了抗压等性能。

而目前在光电混合缆用于跨海架设或从海底铺设的海底光缆等情况时，目前大多使用价格十分昂贵的重铠装光电混合缆，重铠装光电混合缆在铺设作为海底光缆时，具有良好的耐高压、耐扭曲性能，并通常具有良好的水密性，但是架空跨海架设时，其由于单位长度的质量较大，架设较为困难，对支撑的要求较高，且产生了一定程度的性能浪费，而若采用轻铠装，其虽具有一定的抗扭曲性能，但是由于跨海架设时长时间受到较大的海风影响，其容易产生永久扭曲变形，永久扭曲变形容易导致外层铠

装破裂、防潮性能失效等问题，导致光电混合缆受损，因此其需要经常进行检修，并且跨海架设时整体环境盐碱度较高，钢带铠装和铝带铠装均容易腐蚀，耐候性较差，老化较快，需要经常性地进行养护。因此虽重铠装光电混合缆和轻铠装光电混合缆均能够用于跨海架设，但均存在一定的缺陷。

发明内容

为解决现有的室外铠装光电混合缆在用于跨海架设时，或存在成本过高、架设难度过大、性能过剩等问题，或存在使用寿命较短、存在一定的使用缺陷等问题，本发明提供了一种抗扭曲光电混合缆。本发明的目的在于：能够满足光电混合缆的跨海铺设性能需求；降低整体光电混合缆的单位长度质量；降低光电混合缆成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种抗扭曲光电混合缆，包括：

同轴设置的缆芯和外护套；

所述外护套包覆在缆芯外部、对缆芯进行保护；

所述外护套为三层结构，其由外至内分别为外层、中层和内层；

所述外层和中层之间周向均匀设有若干外肋条，中层与内层之间周向均匀设有若干内肋条，外肋条将外层和中层分离，内肋条将中层和内层分离；

所述缆芯由内护套包覆中心套管形成，中心套管内沿光电混合缆轴向设置有光纤线组和导电线。

作为优选，

所述内肋条和外肋条均为圆弧形。

作为优选，

所述外肋条和内肋条的弧形凸起方向相反。

作为优选，

所述中心套管为椭圆形套管。

作为优选，

所述导电线以光纤线组为中心在光纤线组两侧对称设置；

所述中心套管套设并包覆在光纤线组和导电线外并与光纤线组和导电线均相切。

作为优选，

所述光纤线组由聚乙烯层包覆若干光导纤维组成；

所述导电线由乙丙橡胶绝缘层包覆软铜导体构成，乙丙橡胶绝缘层外还涂覆有隔离剂固化形成隔离层。

作为优选，

所述缆芯和外护套之间涂设有阻水膏。

作为优选，

所述中心套管、光纤线组和导电线之间的空隙处填充有第一填充物；

所述缆芯内护套与中心套管之间的空隙中填充有第二填充物。

作为优选，

所述第一填充物和第二填充物为填充绳。

本发明的有益效果在于：

1)能够满足光电混合缆跨海铺设的需求；

2)能够降低光电混合缆的铺设难度；

3)能够大幅度降低光电混合缆的成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图中：1缆芯，101内护套，102中心套管，103光纤线组，1031聚乙烯层，1032光导纤维，104导电线，1041软铜导体，1042绝缘层，1043隔离层，2外护套，201外层，202中层，203内层，204外肋条，205内肋条，206气隙，3阻水膏，4第二填充物，5第一填充物。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

实施例

如图1和图2所示的一种抗扭曲光电混合缆，其包括：

缆芯1和同轴包覆在缆芯1外部、对缆芯1进行保护的外护套2。

所述外护套2为聚乙烯外护套2，其如图2所示，设有外层201、中层202和内层203共三层，内层203紧密包覆在缆芯1外表面，且外层201和中层202之间设有外肋条204、中层202和内层203之间设有内肋条205，外肋条204和内肋条205均沿周向均匀设置，外肋条204和内肋条205的设置使得三层结构的聚乙烯外护套2三层结构相互分离、互不接触，互不接触的三层外护套2在受到外界冲击时能够产生更好的缓冲效果；

受到外界冲击时，首先外层201受力，经由外肋条204部分传递至内中层202，其余部分的冲击力由外层201产生形变进行吸收，冲击传递到中层202后中层202也产生形变吸收一定的力，再经由内肋条205将剩余的力向内层203传递，最后才经由内层203传递至缆芯1处，通过外层201和中层202的形变吸收冲击后，传递至内层203的力已经过大幅度的削弱，因此在受到强冲击如海风刮起碎石或携带海滩细沙等情况对光电混合缆产生冲击时，光电混合缆的缆芯1部分更不容易受到冲击，能够有效避免跨海架设的光电混合缆由于外界冲击产生损坏的问题发生；

此外，外肋条204和内肋条205均为弧形肋条，其截面如图2所示均为弧形，且外肋条204和内肋条205的弧形凸起方向相反，如图中所示，外肋条204沿中层202周向逆时针凸起，内肋条205沿内层203周向顺时针凸起；

弧形的外肋条204和内肋条205在传递冲击力的过程中本身也会产生一定的弯曲，同样也可以吸收一部分冲击力，进一步减少缆芯1部分受到的冲击力，并且弧形的外肋条204和内肋条205在测试中显示出极为优异的抗扭曲性能，在受到图1中所示F1方向的扭曲力时，外层201容易相对中层202产生顺时针的旋转带动外肋条204贴近中层202并且外层201和外肋条204均向中层202靠拢、收缩，在该过程中吸收并损耗了大部分的扭曲力，而在扭曲力传导到中层202后，普通结构的中层202也相应容易产生一定角度的顺时针转动，但由于中层202和内层203之间的内肋条205设置凸起方向与外肋条204相反，若中层202顺时针转动则会带动内肋条205外翻、撑大中层202，而本身弧形的肋条不容易外翻，通常情况下使得弧形肋条外翻所需的力本身即要比使其向内靠拢所需的力要大数倍，而在本发明结构中内肋条205外翻还要进一步克服中层202的弹性、撑大中层202，且外层201和外肋条204靠拢并贴近中层202即已限制的中层202的撑大，进一步增大了内肋条205外翻的难度，在测试中也证实，图1和图2中所示结构的抗扭曲光电混合缆在受到F1向的扭曲力时通常仅会发生外侧扭转，并不会带动中层202和内层203扭转，更不会传导到缆芯1部，能够起到非常优异的抗扭曲效果；

而若整体抗扭曲光电混合缆在受到图1中所示F2方向的扭曲力时，则反之外侧首先会吸收一部分扭曲力但不足以令外肋条204产生外翻，大部分扭曲力快速传导到中层202和内肋条205后，中层202产生逆时针的旋转，此时内肋条205贴近内层203并且中层202和内肋条205均向内层203靠拢、收缩，吸收了大量的扭曲力，配合外层201和外肋条204吸收的扭曲力，可基本抵消自然环境由于海风所产生的扭曲力；

仅对外护套2进行风力测试，将外护套2的内层203夹紧并将外护套2按照常规光电混合缆的架设方式架空拉紧并对内层203旋转角度进行精确测量和记录，设定内层203旋动转动30°为具有损害性的扭曲极限，进行风力模拟测试，外护套2参数和模拟测试条件和结果分别如下表表1和表2所示。

表1：外护套参数

上述表中：CSM为氯磺化聚乙烯。

表2：模拟测试条件和测试结果。

上述模拟测试控制风刀吹出风速，以28m/s风速作为基础风速，从基础风速开始逐级增大，每次增大0.5±0.05m/s，每次保持10min，并持续对内层203转动角度进行测量和记录。

上述表中：(-)表示逆时针转动达到具有损害性的扭曲极限时的风速，(+)表示顺时针转动达到具有损害性的扭曲极限时的风速；每种参数的测试对象均在每种测试条件下测试十次，测试结果取均值，精确到小数后一位。

从上述表2可明显看出，本发明的外护套2具有良好的缓冲和吸收扭曲力的效果，仅靠外护套2即可基本达到抗11～12级的较大风力，可对缆芯1进行良好的保护，此外，上述外护套2在风刀关闭后均能够基本完全复原，永久变形量≤2％。

本发明缆芯1由内护套101和光电线束组成，光电线束如图1所示其截面为椭圆形，内护套101包覆在光电线束外并与光电线束相切，内护套101为橡胶材质或金属材质；

所述内护套101优选为不锈钢编织丝材质，不锈钢编织丝作为内护套101具有非常优异的抗扭曲效果，能够进一步大幅度提高整体光电混合缆的抗扭曲性能，其也大量被用于室内双层铠装缆线中，但由于其强度相对钢带、钢丝等较低，因此基本不用于室外电缆中，但本发明由于着重于高处架设的光电混合缆设计而非埋设或需承受高压的海底光电混合缆设计，因此经过研究和验证后，表明其强度可达到高处架设的光电混合缆需求，并且采用不锈钢编织丝材质的内护套101还具有成本较低、具有耐高湿和高盐碱度环境等优点，因此对于本发明技术方案而言，不锈钢编织丝是经验证已知的最优内护套101材料；

所述光电线束由光纤线组103、导电线104和聚乙烯材质的中心套管102组成，导电线104对称设置在光纤线组103的两端，中心套管102套设并包覆在光纤线组103和导电线104外并与光纤线组103和导电线104均相切；

所述光纤线组103由聚乙烯层1031包覆若干光导纤维1032组成，用以传输光信号；

所述导电线104由乙丙橡胶绝缘层1042包覆软铜导体1041构成，乙丙橡胶绝缘层1042外还涂覆有隔离剂固化形成隔离层1043；

上述椭圆形结构的光电线束本身进一步强化了整体抗扭曲光电混合缆的抗扭曲性能，相较于圆形结构的光电线束，椭圆形结构的光电线束与内护套101内表面的接触较小，内护套101即便受到外护套2影响产生扭曲转动，也更难以影响到光电线束；

并且，椭圆形的光电线束内部还存有较大的余量空间，当光电线束受到外界强压力或由于扭曲力导致外护套2和内护套101收缩挤压光电线束时，仍存在一定的缓冲空间；

所述光电线束内的空隙处还填充有第一填充物5，第一填充物5为填充绳，填充绳能够对导电线104和光纤线组103实现支撑和固定，并且填充绳整体较为柔软，不会对导电线104和光纤线组103产生挤压损伤，即便光电线束受到挤压收缩时也不易对光纤线组103和导电性造成损坏，进一步实现良好的缓冲和保护效果；

所述缆芯1内护套101与光电线束之间的空隙中填充有第二填充物4，第二填充物4也为填充绳，第二填充物4相较于第一填充物5而言，更主要的是起到确保整体光电混合缆圆整的目的，避免光电混合缆在使用过程中由于海风吹拂或热胀冷缩等原因造成自身塌陷，导致整体性能大幅度下降等问题发生。

所述内护套101和外护套2之间涂覆有阻水膏3，所述阻水膏3选用吸收阻水膏3半倍质量的水后24h膨胀率为50～80％的高膨胀率阻水膏3，本发明优选采用市售ZLT-300阻水膏3，其在半倍质量水的作用下，5min膨胀率≥15％，24h膨胀率≥70％，符合本发明标准；

由于本发明抗扭曲光电混合缆用于潮湿的海洋或近海环境中，其一旦外护套2破裂即容易产生水汽腐蚀内部，虽然内护套101选用不锈钢编织丝材质，且填充绳也具有一定吸水、阻隔水份的效果，但仍存在一定的隐患，而增设高膨胀率的阻水膏3后，一旦外护套2产生裂缝，首先接触到水汽，阻水膏3在吸收水汽后膨胀，不但能够起到阻挡水汽的效果，还能够对裂缝处进行一定程度的粘粘修补，避免损坏进一步加剧和外护套2裂缝的扩大。

所述外护套2的中层202、内肋条205和内层203之间，以及外护套2的外层201、外肋条204和中层202之间的空隙中还可进一步作为气隙206，气隙206内可充设氮气或二氧化碳，起到一定的阻燃、防火、缓冲效果。

Claims (7)

1.一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，包括：

同轴设置的缆芯和外护套；

所述外护套包覆在缆芯外部、对缆芯进行保护；

所述外护套为三层结构，其由外至内分别为外层、中层和内层；

所述外层和中层之间周向均匀设有若干外肋条，中层与内层之间周向均匀设有若干内肋条，外肋条将外层和中层分离，内肋条将中层和内层分离；

所述缆芯由内护套包覆中心套管形成，中心套管内沿光电混合缆轴向设置有光纤线组和导电线；

所述内肋条和外肋条均为圆弧形；

所述外肋条和内肋条的弧形凸起方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述中心套管为椭圆形套管。

3.根据权利要求1所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述导电线以光纤线组为中心在光纤线组两侧对称设置；

所述中心套管套设并包覆在光纤线组和导电线外并与光纤线组和导电线均相切。

4.根据权利要求1所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述光纤线组由聚乙烯层包覆若干光导纤维组成；

所述导电线由乙丙橡胶绝缘层包覆软铜导体构成，乙丙橡胶绝缘层外还涂覆有隔离剂固化形成隔离层。

5.根据权利要求1所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述缆芯和外护套之间涂设有阻水膏。

6.根据权利要求1所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述中心套管、光纤线组和导电线之间的空隙处填充有第一填充物；

所述缆芯内护套与中心套管之间的空隙中填充有第二填充物。

7.根据权利要求6所述的一种抗扭曲光电混合缆，其特征在于，

所述第一填充物和第二填充物为填充绳。

Images