CN113900205B

CN113900205B - 一种表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆

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Publication number: CN113900205B
Application number: CN202111246303.8A
Authority: CN
Inventors: 杜灿阳; 李崇智; 张兆波; 杨向荣; 祁林; 刘宏超; 罗俊超
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd; GDH Pearl River Water Supply Co Ltd
Current assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd; GDH Pearl River Water Supply Co Ltd
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2041-10-26
Also published as: CN113900205A

Abstract

本发明公开了一种表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆，其表面具有螺旋沟槽；螺槽形状因子δ在0.8～0.95之间，螺槽形状因子δ表示护套层截面面积与理论光缆护套截面面积的比值。预先设置在护套中的螺旋沟槽，以特定的沟槽形状和螺旋形状在护套纵向呈螺旋分布，可改变管道中的水流方向，由管道中的“直流方向”改变为围绕护套流动的“螺旋方向”，可进一步提高水流对光缆的推进动力，从而克服部分光缆前进阻力，提高光缆在管道中的铺设和安装距离。

Description

一种表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆

技术领域

本发明属于通信光缆领域，更具体地，涉及一种表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆。

背景技术

随着近年来光通信工程的发展，在光缆敷设和安装过程中，为节约安装资源，提高光缆的敷设效率，通信网络以及干线工程越来越多的采用机械化的敷设方式，常用的光缆敷设方法有：机械牵引、管道气吹，也出现了水敷设的施工方式。

在管道水敷设工艺中，高速水流替代了气吹工艺中的气流，由于水流对光缆有浮力作用，可降低光缆与管道内壁的摩擦力，提高光缆的铺设距离，相比气吹光缆，其铺设距离可以增加～100％左右，但对于长距离的管道敷设而言，比如：6km或者10km。

为了实现更长距离的光缆敷设，或者适应实际地形的需求，需要提高推进力，然而过大的水压会导致管道需要承受更大的压力，增加爆管的风险。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆，其目的在于，针对水敷设的工艺特点，通过表面开槽设计，在不增加进水口压力、和敷设管道外径的情况下提高光缆受到敷设介质的推进动力，由此解决现有的光缆水敷设技术受到管道承压和外径的限制，不能进一步提高敷设距离的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了水敷设光缆，其表面具有螺旋沟槽；螺槽形状因子δ在0.8～0.95之间，螺槽形状因子δ表示护套层截面面积与理论光缆护套截面面积的比值，计算方法如下：

其中，s为护套层截面面积；s₀为理论护套面积，即包括凹槽在内护套圆周的横截面积。

优选地，所述水敷设光缆，其螺槽螺旋因子ζ在1.01～1.10之间，螺槽螺旋因子ζ为螺旋槽的长度与缆长度的比值，计算方法如下：

其中，L_p为螺旋节距，D_c为光缆外径，H为螺槽深度。

优选地，所述水敷设光缆，其螺旋槽系数α在1.149～1.4之间，螺旋槽系数α的计算方法如下：

其中，δ为螺槽形状因子，ζ为螺槽螺旋因子，D_c为光缆外径，W为螺槽宽度，H为螺槽深度，

为螺旋槽升角。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋沟槽，螺旋节距L_p优选在30～100mm，螺槽深度H优选为理论护套层厚度的10％至30％，槽宽W优选在1～5mm，螺旋槽升角

优选在30°～60°。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋凹槽为单螺旋或SZ双螺旋；当为SZ双螺旋时，螺旋换向点夹角为90°～150°，S或者Z螺旋圈数为2～6圈。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋型凹槽填充有水溶性的调节剂，所述调节剂为水溶性树脂，其溶解度为90～100％，在管道中与水溶解后，溶液的在常温下(23℃)的运动粘度为20～50mm²/s。

优选地，所述水敷设光缆，其所述水溶性树脂为聚乙烯醇、或醋酸纤维素。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋沟槽填充后所述光缆表面形成完整的圆柱表面。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋沟槽光缆护套截面呈连续交替对称分布，数量在4～32之间。

优选地，所述水敷设光缆，其所述螺旋沟槽的横截面为圆形、三角形、方形、或梯形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

预先设置在护套中的螺旋沟槽，以特定的沟槽形状和螺旋形状在护套纵向呈螺旋分布，可改变管道中的水流方向，由管道中的“直流方向”改变为围绕护套流动的“螺旋方向”，可进一步提高水流对光缆的推进动力，从而克服部分光缆前进阻力，提高光缆在管道中的铺设和安装距离。

优选方案，可在螺旋沟槽内填充水溶性的调节剂，调节敷设介质的性质，包括密度、运动粘度，进一步提高敷设距离。填充在沟槽中的调节剂，形成水溶层，在护套纵向呈螺旋分布，在光缆制备以及运输过程中，护套中的水溶层不会与环境中的水分溶解，可保持光缆护套的形状完整性。只有，当光缆在水铺设的施工过程时，护套内的水溶层会被水溶解掉，而护套中的护套层树脂不具有水溶解性，从而致使护套内预先设置的螺旋槽体呈现。

采用本发明提供的光缆，其水铺设安装距离可达到12km，甚至15km。另外，在水铺设施工中，由于护套表面有螺旋槽体，可降低光缆与管道内壁的接触面，避免施工过程中，光缆护套损伤、刮伤等，可保证光缆内部缆芯的完整性。

附图说明

图1是本发明提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆护套横截面示意图；

图2是本发明提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆表面结构示意图；

图3是本发明提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆沟槽填充水溶性的调节剂结构示意图；

图4是实施例1提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆的横截面结构示意图；

图5是实施例1提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆填充水溶性的调节剂的表面结构剖面示意图；

图6是实施例1提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆水溶性的调节剂溶解后的表面结构剖面示意图；

图7是实施例2提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆的横截面结构示意图；

图8是实施例2、3提供的表面具有SZ型双螺旋沟槽的水敷设光缆水溶性的调节剂溶解后的表面结构剖面示意图；

图9是实施例2提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆水溶性的调节剂溶解后的表面结构剖面示意图；

图10是实施例3提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆的横截面结构示意图；

图11是实施例3提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆水溶性的调节剂溶解后的表面结构剖面示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：I为螺旋沟槽，II为护套层，III为阻水带，IV为套管，V为阻水填充物，Ⅵ为光纤，Ⅶ为中心加强件。

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。

本发明提供的表面具有螺旋沟槽的水敷设光缆，如图1所示，其表面具有螺旋沟槽；螺槽形状因子δ在0.8～0.95之间，螺槽形状因子δ表示护套层截面面积与理论光缆护套截面面积的比值，计算方法如下：

螺槽螺旋因子ζ在1.01～1.10之间，螺槽螺旋因子ζ为螺旋槽的长度与缆长度的比值，计算方法如下：

其中，L_p为螺旋节距，D_c为光缆外径，H为螺槽深度。

螺旋槽系数α在1.149～1.4之间，螺旋槽系数α的计算方法如下：

为螺旋槽升角。

所述螺旋沟槽，如图2所示，螺旋节距L_p优选在30～100mm，螺槽深度H优选为理论护套层厚度的10％至30％，槽宽W优选在1～5mm，螺旋槽升角

优选在30°～60°。

所述螺旋凹槽为单螺旋或SZ双螺旋；若为SZ双螺旋则螺旋换向点夹角为90°～150°，S或者Z螺旋圈数为2～6圈。

表面凹槽在水敷设时能减少摩擦阻力，提升敷设距离；当表面螺旋凹槽为单螺旋槽时，由于没有螺旋换向处的紊流影响，因此敷设距离相对较长；当表面螺旋凹槽为双槽时，由于双向受力均衡，因此辐射过程中不会产生过度扭转，敷设质量较高。

优选方案，表面螺旋型凹槽填充水溶性的调节剂，所述调节剂为水溶性树脂，其溶解度为90～100％；在管道中与水溶解后，溶液的在常温下(23℃)的运动粘度为20～50mm²/s；所述水溶剂优选为聚乙烯醇、或醋酸纤维素，填充后所述光缆表面形成完整的圆柱表面，如图3所示。在此方案中，表面螺旋沟槽同时起到提高推进动力和携带调节剂的作用，横截面圆形光缆更亦于收卷、保存和运输。

所述螺旋沟槽光缆护套截面呈连续交替对称分布，数量在4～32之间；所述螺旋沟槽的横截面为椭圆形、三角形、方形、或梯形。

所述光缆在护套内包覆阻水带，层绞式松套管、层绞式光纤带或者中心管式的缆芯，以及非金属加强件；所述的光缆类型可以是层绞式松套管、层绞式纤带、也可以是中心管式，光缆的芯数为12～144f。

水敷设光缆的敷设距离，主要考虑三个方面的因素：水流影响、管道影响和光缆性状影响，可表示为：

其中，L为敷设距离，P为光缆进口处的水流压力，D_d为管道内径，D_c为光缆外径，F为光缆受到的摩擦阻力。

其中，水流影响受到管道承压的限制，光缆进口处的水流压力P在管道参数的限制下，不可能大幅提高；而管道内径D_d同样受到施工设计限制。故我们设法降低光缆受到的摩擦阻力，从而提升敷设距离。

而在表面具有螺旋槽的光缆进行水敷设时，摩擦阻力由于表面的螺旋槽结构和管壁作用而呈现复杂状态，经实验摸索，摩擦阻力F的影响因素为：光缆表面开槽结构、管道内壁性状、和光缆在敷设介质中的悬浮状态，可表示为：

F∝f∝α·β·γ

其中，f为光缆系数，α螺旋槽系数，β为管道系数，γ为光缆浮动系数；具体地：

其中，δ为螺槽形状因子表示护套层截面面积与理论光缆护套截面面积的比值，优选在0.8～0.95之间，而槽体横截面形状可以是多种结构，比如：圆形、三角形、方形、梯形等；ζ为螺槽螺旋因子为螺旋槽的长度与缆长度的比值，用来描述螺旋槽的螺旋程度；D_c为光缆外径，W为螺槽宽度，H为螺槽深度，

为螺旋槽升角。

螺槽形状因子δ的计算方法如下：

螺槽螺旋因子ζ的计算方法如下：

其中，L_p为螺旋节距，D_c为光缆外径，H为螺槽深度，优选在1.01～1.10之间。

综合以上分析，影响光缆摩擦系数值的变化量，以螺槽深度、螺槽升角为最，螺槽深度优选为理论护套层厚度的10％至30％，螺槽升角优选30°至60°。

管道系数β为螺旋换向点夹角，由于管道设计和光缆外径基本保持稳定，因此管道系数在0.4～0.67之间；

光缆浮动系数γ，与水溶液的粘度、光缆与水溶液的密度差值以及水流量相关，通常而言，当水铺设过程中的，水流量固定时，管道中的水溶液粘度值越低，光缆与水溶液的密度差值越小，其光缆的铺设距离会越长，光缆浮动系数γ的计算方法如下：

其中，η为水溶液粘度值(常温下)，g为重力加速度，Q_p为水流量，ρ_c为光缆密度，ρ_w为敷设介质密度，通常为水密度，通过螺旋开槽可以携带水溶性的调节剂，调节敷设介质密度以及敷设介质粘度，从而减小光缆浮动系数、以至于减小光缆系数，最终降低光缆受到的摩擦阻力。一般而言，为提高光缆在管道中铺设距离，需要有较小的光缆系数值，一般为～0.3，在螺旋槽中添加调节剂后，光缆系数值可降低至0.20～0.25，光缆在管道中的铺设距离可增加50～100％，当光缆和水的密度差值接近时，其光缆在管道中的铺设距离会大大增加。

水溶液的粘度值与密度差值是相反的关系，比如：水溶液中水溶树脂较多时，其溶液的粘度值较大，且溶液的密度值也较大，但与光缆的密度差值较小。

以下为实施例：

实施例1

实施例1的结构如图4所示，所述的光缆芯数为30芯，绞合件数为5个，套管中的光纤芯数为6芯，所述的螺旋沟槽Ⅰ中的调节剂为聚乙烯醇，所述的护套层Ⅱ为MDPE，所述的阻水带Ⅲ为聚丙烯酸钠涂覆带，所述的套管Ⅳ为PBT松套管，阻水填充物Ⅴ为油膏，所述的光纤Ⅵ为着色光纤，其中光纤为G652.E，所述的中心加强件Ⅶ为GRP。

其中，所述螺旋沟槽如图1所示，其与光缆纵向单螺旋设置，所述螺旋沟槽的螺距为60mm，槽宽为3mm，螺旋槽升角为30°；所述光缆的横截面如图3所示，所示的螺旋沟槽在护套截面为连续交替对称分布,数量为8，其槽深为理论护套层厚度的10％，理论护套层厚度为4mm，螺槽形状因子δ为0.8，螺槽螺旋因子ζ为1.02。

其中，所述凹槽中填充水溶性树脂，其水中的溶解度为95％，溶解后形成的水溶液的在常温下的运动粘度为30mm²/s。

其中，所述的护套表面的槽体形状为长方体，如图5所示，水溶性调节剂溶解后，护套表面如图6所示。

其中，所述的水敷设光缆在长距离管道中的铺设距离为11.1km，所述的长距离管道有4处转弯，每处的转弯角度为135°，所述的水敷设压力为15bar，水流速度为50m/min，水流量为47L/min，所述的水敷设管道为硅芯管，管径为40/33mm。

实施例2

实施例2的结构如图7所示，所述的光缆芯数为120芯，绞合件数为5个，套管中的光纤带数为2带，光纤带中的光纤芯数为12芯，螺旋沟Ⅰ填充的调节剂为醋酸纤维素，所述的护套层Ⅱ为HDPE，所述的阻水带Ⅲ为聚丙烯酸钠涂覆带，所述的套管Ⅳ为PBT松套管，所述的阻水填充物Ⅴ为油膏，所述的光纤Ⅵ为光纤带，其中光纤为G652.E，所述的中心加强件Ⅶ为GRP。

其中，所述的螺旋沟槽如图8所示，其与光缆纵向SZ双螺旋设置，所述螺旋沟槽的螺距为70mm，槽宽为2mm，螺旋角度为30°，螺旋换向点的角度为120°，螺旋圈数为3圈；所述光缆的截面如图7所示，所示的螺旋沟槽在护套截面为连续交替对称分布，数量为12，其槽深为理论护套层厚度的15％，理论护套层厚度为3mm，螺槽形状因子δ为0.95，螺槽螺旋因子ζ为1.05。

其中，所述的水溶层中水溶性树脂水中的溶解度为97％，所述的水溶液在常温下的运动粘度为40mm²/s。

其中，所述的护套表面的槽体形状为三角形，如图9所示。

其中，所述的水敷设光缆在长距离管道中的铺设距离为11.5km，所述的长距离管道有4处转弯，每处的转弯角度为135°，所述的水敷设压力为16bar，水流速度为49m/min，水流量为48L/min，所述的水敷设管道为硅芯管，管径为40/33mm。

实施例3

实施例3的结构如图10所示，所述的光缆芯数为24芯，所述的螺旋沟槽Ⅰ填充的调节剂为聚乙烯醇，所述的护套层Ⅱ为MDPE，所述的加强件Ⅲ为GRP，所述的套管Ⅳ为PBT松套管，所述的阻水填充物Ⅴ为油膏，所述的光纤Ⅵ为着色光纤，其中光纤为G652.E。

其中，所述螺旋沟槽如图8所示，其与光缆纵向SZ双螺旋设置，所述螺旋沟槽的螺距为90mm，长度为3mm，螺旋角度为45°，螺旋换向点的角度为140°，螺旋圈数为4圈；所述光缆的截面如图10所示，所示的螺旋沟槽在护套截面为连续交替对称分布，数量为16层，其槽深为理论护套层厚度的12％，理论护套层厚度为4mm，螺槽形状因子δ为0.9，螺槽螺旋因子ζ为1.03。

其中，所述凹槽中填充水溶性树脂，其水中的溶解度为95％，溶解后形成的水溶液的在常温下的运动粘度为45mm²/s。

其中，所述的护套表面的槽体形状为长椭圆，如图11所示。

其中，所述的水敷设光缆在长距离管道中的铺设距离为12.5km，所述的长距离管道有5处转弯，每处的转弯角度为145°，所述的水敷设压力为17bar，水流速度为51m/min，水流量为49L/min，所述的水敷设管道为硅芯管，管径为40/33mm。

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

1.一种水敷设光缆，其特征在于，其表面具有螺旋沟槽；螺旋沟槽形状因子δ在0.8～0.95之间，以降低光缆受到的摩擦阻力，螺旋沟槽形状因子δ表示护套层截面面积与理论光缆护套层截面面积的比值，计算方法如下：

其中，s为护套层截面面积；s₀为理论护套层截面面积，即包括螺旋沟槽在内护套圆周的横截面积；

其螺旋沟槽螺旋因子ζ在1.01～1.10之间，螺旋沟槽螺旋因子ζ为螺旋沟槽的长度与光缆长度的比值，计算方法如下：

其中，L_p为螺旋节距，D_c为光缆外径，H为螺旋沟槽深度。

2.如权利要求1所述的水敷设光缆，其特征在于，其螺旋沟槽系数α在1.149～1.4之间，螺旋沟槽系数α的计算方法如下：

其中，δ为螺旋沟槽形状因子，ζ为螺旋沟槽螺旋因子，D_c为光缆外径，W为螺旋沟槽宽度，H为螺旋沟槽深度，

为螺旋沟槽升角。

3.如权利要求1或2所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽，其螺旋节距L_p在30～100mm。

4.如权利要求1或2所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽，其深度H为理论护套层厚度的10％至30％。

5.如权利要求1或2所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽，其槽宽W在1～5mm。

6.如权利要求1或2所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽，其升角

在30°～60°。

7.如权利要求1所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽为单螺旋或SZ双螺旋；当为SZ双螺旋时，螺旋换向点夹角为90°～150°，S或者Z螺旋圈数为2～6圈。

8.如权利要求1所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽填充有水溶性的调节剂，所述调节剂为水溶性树脂，其溶解度为90～100％，在管道中与水溶解后，溶液在23℃下的运动粘度为20～50mm²/s。

9.如权利要求8所述的水敷设光缆，其特征在于，所述水溶性树脂为聚乙烯醇、或醋酸纤维素。

10.如权利要求8所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽填充后所述光缆表面形成完整的圆柱表面。

11.如权利要求1所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽在光缆护套截面呈连续交替对称分布，数量在4～32之间。

12.如权利要求1所述的水敷设光缆，其特征在于，所述螺旋沟槽的横截面为圆形、三角形、方形、或梯形。