CN113091924B - 一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，属于分布式光纤测温技术领域，包括：由下至上分布的底座、密封件和上法兰；其中，底座底部为第一连接件、顶部为下法兰；下法兰由上至下开设有一级沉头槽和二级沉头槽，第一连接件贯穿有二级沉头通孔；底座通过第一连接件固定在高温超导电缆终端上；密封件嵌于二级沉头槽上，且密封件上开设有孔以引出光纤；上法兰内贯穿有底端宽、顶端窄的通孔结构；且上法兰底部为导筒结构，当上法兰和下法兰通过第二连接件连接时，导筒将插入一级沉头槽内，从而给密封件施加挤压力。如此，本发明在提高密封强度的同时，能够确保光纤不因受到挤压而产生明显光损，从而提高光纤测温的精度。

Description

一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构

技术领域

本发明属于分布式光纤测温技术领域，更具体地，涉及一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构。

背景技术

高温超导电缆具有传输容量大、结构紧凑、损耗低、无电磁污染等优点，在提升电网传输容量、升级现有电力系统容量等方面具有潜在应用前景。然而，高温超导电缆由于过电流、局部热扰动等因素容易发生失超故障、失去超导特性，进而对电缆系统造成损害甚至影响电网运行。

对超导电缆来说，电缆导体只有在远远低于环境温度的低温条件下才能够进入超导状态，采用分布式光纤对高温超导电缆的运行温度进行监测，实时反映超导电缆沿线的温度分布，跟踪高温超导电缆的实时载流量变化。分布式光纤测温系统在超导电缆温度异常时发出动作指令，切断线路开关，对保护电缆系统的完整性、维护电网稳定运行具有重要现实意义。

然而，分布式光纤布置于液氮低温环境中，需要引出至室温环境下与主机连接，低温制冷系统需要对外界封闭，因此密封结构的设计是光纤引出的关键。目前，还没有专门的针对高温超导电缆测温光纤设计的引出结构。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，实现引出端口密封的同时，保证光纤在引出端口处受到应力不会产生明显的光损，进而避免影响光纤测温的精度，并且密封结构可拆卸，便于电缆系统的运维和检修。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，包括：

由下至上分布的底座、密封件和上法兰；其中，

所述底座底部为第一连接件、顶部为下法兰；所述下法兰由上至下开设有一级沉头槽和二级沉头槽，所述第一连接件贯穿有二级沉头通孔；所述底座通过所述第一连接件固定在所述高温超导电缆终端上；

所述密封件嵌于所述二级沉头槽上，且所述密封件上开设有孔以引出光纤；

所述上法兰内贯穿有底端宽、顶端窄的通孔结构；且所述上法兰底部为导筒结构，当所述上法兰和下法兰通过第二连接件连接时，所述导筒将插入所述一级沉头槽内，从而给所述密封件施加挤压力。

进一步地，还包括：

位于所述密封件顶部的不锈钢垫片，且所述不锈钢垫片上开设有孔以引出光纤。

进一步地，所述密封件的高度满足：

h＝1.3～1.5(h₁+h₂-h₃)

其中，h为所述密封件的高度，h₁为所述上法兰底端通孔的深度，h₂为所述二级沉头槽的深度，h₃为所述不锈钢垫片的高度。

进一步地，所述密封件的外径满足：

d＝0.95～0.98d₁

其中，d为所述密封件的外径，d₁为所述二级沉头槽的内径。

进一步地，所述二级沉头通孔孔径小于所述不锈钢垫片的外径，且大于光纤引出孔之间的最大距离。

进一步地，所述第一连接件和第二连接件为六角螺栓。

进一步地，所述密封件为聚四氟乙烯，所述密封件的开孔的个数与引出光纤的根数一致。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明采用挤压密封形式进行密封，整体结构具有可拆卸的优点，可定时对密封件进行更换，避免材料老化导致整体结构密封强度的降低，通过上下法兰连接给密封件施加挤压力，避免了装配、拆卸过程中对引出光纤的扭转，确保光纤不被破坏。

(2)相比于内嵌短段光纤的可插拔式光纤贯通器，本发明所提出的光纤引出结构不涉及光纤的连接损耗问题，有效地保证了低温段光纤的测温精度。

(3)通过导筒和不锈钢垫片，可以抑制密封件受到轴向挤压而产生的轴向形变，使密封件较大程度地产生径向形变，密封件外壁与底座内壁相挤压后，形变向密封件开孔处传导从而使之收紧并与光纤外表面紧密贴合，从而达到密封效果。

(4)密封件选用耐低温且具有一定弹性的聚四氟乙烯，能够进一步提高密封效果。

附图说明

图1是本发明提供的光纤引出结构的安装示意图；

图2是本发明提供的光纤引出结构的结构示意图；

图3是本发明提供的装配过程中密封件形变过程示意图，其中，①、②、③分别为密封件的径向外扩阶段、径向内缩阶段和最终的通孔收紧状态示意图；

图4是本发明提供的光纤引出结构参数示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1为引出光纤，2为光纤引出结构，3为高温超导电缆终端上的光纤引出通道，4为高温超导电缆终端杜瓦壁，5为密封件，6为底座，7为不锈钢垫片，8为上法兰，9为第二连接件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，光纤引出结构2与高温超导电缆终端杜瓦壁4相连接，引出光纤1通过高温超导电缆终端上的光纤引出通道3、光纤引出结构2从液氮低温环境中引出至室温常压环境。

具体地，引出光纤1为单芯、多模的通信级光纤，且涂敷以特殊耐低温材料如聚酰亚胺或丙烯酸酯，使光纤能在液氮温度下进行测温。同时，引出光纤1可使用涂敷耐低温材料的不锈钢铠装光纤或外封装以紧包绝缘套管从而增加其强度，且不会影响电缆绝缘性能。

如图2所示，是本发明提供的光纤引出结构的具体结构示意图，包括：

由下至上分布的底座6、密封件5和上法兰8；其中，

底座6底部为第一连接件、顶部为下法兰；下法兰由上至下开设有一级沉头槽和二级沉头槽，第一连接件贯穿有二级沉头通孔；底座6通过第一连接件固定在高温超导电缆终端上；

密封件5嵌于二级沉头槽上，且密封件5上开设有孔以引出光纤；

上法兰8内贯穿有底端宽、顶端窄的通孔结构；且上法兰8底部为导筒结构，当上法兰和下法兰通过第二连接件9连接时，导筒将插入一级沉头槽内，从而给密封件5施加挤压力。

进一步地，光纤引出结构2还包括：位于所述密封件5顶部的不锈钢垫片7。不锈钢垫片7外径与密封件5外径相当，内附通孔，通孔孔径与光纤引出孔的位置相配合，具体地，从密封件5附孔内穿出的所有光纤可以从不锈钢垫片7通孔内穿出。如图3所示，不锈钢垫片7抑制了密封件5受到轴向挤压而产生的轴向形变，使密封件5较大程度地产生径向形变，密封件5外壁与底座6内壁相挤压后，形变向光纤通孔传导从而使之收紧与光纤外表面紧密贴合，达到良好的密封效果，可实现1MPa长期压力下保持密封、无泄漏。

进一步地，第一连接件和第二连接件9为六角螺栓。底座6顶部的下法兰的厚度应满足整体结构密封强度的要求，下法兰上螺孔的大小、个数应满足材料屈服强度要求，螺孔中带有与第二连接件9相匹配的内螺纹；第二连接件9的外螺纹尺寸应与超导电缆终端对应光纤引出口的内螺纹相匹配。底座6底部的第一连接件内贯穿有二级沉头通孔，一级沉头槽尺寸与上法兰8的导筒结构外径相一致，二级沉头槽尺寸需要和不锈钢垫片、密封件上光纤引出孔的位置相配合，具体地，二级沉头通孔孔径应小于不锈钢垫片的外径，而大于光纤引出孔之间的最大距离，二级沉头槽内径略大于不锈钢垫片和密封件的外径。

进一步地，密封件5一般选用耐低温且具有一定弹性的聚四氟乙烯PTFE(Polytetra fluoroethylene)，密封件5上钻孔用以引出光纤，光纤引出孔的位置应与二级沉头通孔结构相配合，且孔径大小需要与引出光纤的间隙配合，具体地，在引出光纤外径的基础上留出一定的裕度，为加工赋予公差，可减小装配难度，过大则难以保证结构密封性，孔的个数与引出光纤的根数相一致，一个孔通过一根光纤。

此外，由于密封件5需要产生足够的收缩形变以保证整体结构密封强度，密封件5高度不宜过低，又考虑到装配的可实现性，密封件5又不宜过高，如果过高则容易发生法兰盘偏移。综合以上两个因素，密封件5的高度应与其他部件保持过盈配合，表示为：

h＝1.3～1.5(h₁+h₂-h₃)

其中，h为所述密封件的高度，h₁为所述上法兰底端通孔的深度，h₂为所述二级沉头槽的深度，h₃为所述不锈钢垫片的高度，参阅图4。

密封件5的外径与其他部件保持间隙配合以便装配，表示为：

d＝0.95～0.98d₁

其中，d为所述密封件的外径，d₁为所述二级沉头槽的内径，参阅图4。

进一步地，上法兰8上螺孔的大小、位置与底座6上附的下法兰结构保持一致。上法兰8内贯穿有底端宽、顶端窄的通孔结构，底端孔孔径与不锈钢垫片7外径相配合，顶端孔孔径与光纤引出位置相配合。上法兰8底端设计有导筒结构，导筒外径应与底座6内一级沉头槽的内径相匹配。

进一步地，第二连接件9的尺寸应与下法兰和上法兰上螺孔相匹配，能够实现上下法兰的压接。

进一步地，本实施例可以实现两根不锈钢铠装光纤的引出，不锈钢铠装与密封件内孔壁直接接触、紧密贴合，能够达到良好的密封效果。优选地，引出光纤的数目可以根据实际工程需要进行改变，对应地，密封件5、不锈钢垫片7上的孔数目也需做相应调整。

需要说明的是，本实施例提供光纤引出结构需要按照一定的顺序安装和拆卸：光纤引出结构安装时，首先将引出光纤1从底座6穿出，然后把底座6固定到超导电缆终端上(底座6上的螺栓和高温超导电缆终端上的光纤引出通道3内壁上的螺纹相匹配)，在将引出光纤1穿过不锈钢垫片7和密封件5后，将不锈钢垫片7和密封件5放置到底座6的沉头槽内，接着盖上上法兰8，最后拧紧第二连接件9，整个过程中应确保光纤不受扭。光纤引出结构拆卸时顺序正好相反，在此不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，包括：

由下至上分布的底座(6)、密封件(5)和上法兰(8)；其中，

所述底座(6)底部为第一连接件、顶部为下法兰；所述下法兰由上至下开设有一级沉头槽和二级沉头槽，所述第一连接件贯穿有二级沉头通孔；所述底座(6)通过所述第一连接件固定在所述高温超导电缆终端上；

所述密封件(5)嵌于所述二级沉头槽上，且所述密封件(5)上开设有孔以引出光纤；

所述上法兰(8)内贯穿有底端宽、顶端窄的通孔结构；且所述上法兰(8)底部为导筒结构，当所述上法兰(8)和下法兰通过第二连接件(9)连接时，所述导筒将插入所述一级沉头槽内，从而给所述密封件(5)施加挤压力。

2.如权利要求1所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，还包括：

位于所述密封件(5)顶部的不锈钢垫片(7)，且所述不锈钢垫片(7)上开设有孔以引出光纤。

3.如权利要求2所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，所述密封件(5)的高度满足：

h＝1.3(h₁+h₂-h₃)～1.5(h₁+h₂-h₃)

其中，h为所述密封件(5)的高度，h₁为所述上法兰(8)底端通孔的深度，h₂为所述二级沉头槽的深度，h₃为所述不锈钢垫片(7)的高度。

4.如权利要求2所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，所述密封件(5)的外径满足：

d＝0.95d₁～0.98d₁

其中，d为所述密封件(5)的外径，d₁为所述二级沉头槽的内径。

5.如权利要求2所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，所述二级沉头通孔孔径小于所述不锈钢垫片(7)的外径，且大于光纤引出孔之间的最大距离。

6.如权利要求1至5任一项所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件(9)为六角螺栓。

7.如权利要求1至5任一项所述的用于高温超导电缆测温光纤的引出结构，其特征在于，所述密封件(5)为聚四氟乙烯，所述密封件(5)的开孔的个数与引出光纤的根数一致。

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