FI94186B - Vedenalainen kaapeli televiestitystä varten optisilla kuiduilla - Google Patents

Description

94186

Vedenalainen kaapeli televiestitystä varten optisilla kuiduilla % „ Tämä keksintö koskee vedenalaista optista kuitukaapelia, joka käsittää sylinterimäisen sydämen, jonka uloimmalla pinnalla on joukko kierremäisiä uria, jotka on täytetty kokoon-puristumattomalla nesteellä, jolloin ainakin yksi optinen kuitu on asetettu jokaisen uran sisälle, armeerauksen, joka muodostuu kuitumaisista elementeistä koostuvasta köydestä, jonka akseli yhtyy kaapelin akselin kanssa, armeerauksen ollessa upotettuna mainittuun sydämeen, ja vaipan, joka on sijoitettu kuoren ympärille.

Vedenalaiset, televiestitykseen tarkoitetut optiset kuitu-kaapelit joutuvat hyvin suurten mekaanisten rasitusten alaisiksi, mutta niiden sisään sijoitetut optiset kuidut, jotka ovat hyvin herkkiä, eivät voi kestää pienimpiäkään mekaanisia rasituksia. Itse asiassa optiset kuidut ovat hauraita ja tästä syystä helposti murtuvia. Lisäksi kaikkien mekaanisten rasitusten, jopa hyvin vähäisten esiintyminen niissä voi aiheuttaa siirrettyjen signaalien vaimennusta. Mikä tahansa optisten kuitujen murtuminen ja siirrettyjen signaalien vaimennukset merktsisivät kaapelin poistamista käytöstä.

Päätekijät, jotka aiheuttavat mekaanisia jännityksiä vedenalaisissa optisissa kuitukaapeleissa, ovat seuraavat: - vedenalainen ympäristö, jossa kaapelin on määrä toimia ja joka kohdistaa siihen hydrostaattisen paineen, joka kasvaa, jos meren syvyys kasvaa; * - laskuoperaatio, joka aiheuttaa kaapeliin mekaanisia jännityksiä, jotka kasvavat aina, kun syvyys kasvaa - johtuen kyseessä olevan kaapelipituuden painon lisääntymisestä sanotun operaation aikana; 2 94186 ί - lämpötilavaihtelut, joiden alaiseksi kaapeli voi joutua sen kuljetuksen aikana valmistuspaikasta laskualueelle ja jotka aiheuttavat mekaanisia jännityksiä vaipassa johtuen sydämen lämpölaajenemisesta verrattuna vaipan lämpölaajenemiseen johtuen niiden materiaalien moninaisuudesta, jotka muodostavat nämä elementit tunnetuissa kaapeleissa.

Tunnetut vedenalaiset kaapelit on varustettu metallisella, mekaanisesti kestävällä armeerauksella ja jatkuvalla metallivaipalla, jotka on sijoitettu kaapelisydämen ympärille suojaamaan niihin sijoitettuja optisia kuituja.

Esimerkkejä tunnetuista vedenalaisista, televiestitykseen tarkoitetuista optisista kuitukaapeleista ovat ne, joita on kuvattu GB-patentissa 2 021 282 ja AU-patenttihakemuksessa 74368 A/81.

Tunnetuissa kaapeleissa metallivaipan ja mekaanisesti kestävän armeerauksen läsnäoloon sydämen ympärillä, johon optiset kuidut on sijoitettu, liittyy huomattavaa taivutusjäykkyyttä .

Tämä johtuu sekä siitä, että armeeraus ja metallivaippa ovat sellaisenaan taivutusjäykkiä elementtejä, että myös siitä, että ne on sijoitettu erilleen kaapelin pituusakselista, jo-*: ka muodostaa niiden neutraalin taivutusakselin.

Lisäksi käytännössä sanottu taivutusjäykkyys voi osoittautua aivan mahdottomaksi hyväksyä, kun kyseessä ovat tunnetut vedenalaiset optiset kuitukaapelit, joita käytetään suuriin syvyyksiin, esim. yli 1000 metriin. Itse asiassa aina, kun laskusyvyys kasvaa, mekaanisesti kestävää armeerausta, jonka dimensioita on suurennettava, jotta kaapeli kestäisi siihen kohdistuvat suuremmat rasitukset, voidaan suurentaa vain lisäämällä metallimateriaaleja kaapelin ulkopuolelle ja näin ollen kohtaan, joka on yhä kauempana neutraalista taivutuak-selista.

3 94186 Tämän vuoksi tunnetut kaapelit aiheuttavat vaikeuksia niitä käsiteltäessä ja laskettaessa johtuen niiden suuresta jäyk-, kyydestä.

Tämän keksinnön pyrkimyksenä on toteuttaa vedenalaisia televiestintään tarkoitettuja optisia kuitukaapeleita, joilla verrattuna tunnettuihin vedenalaisiin kaapeleihin ja samoissa laskusyvyyksissä on suurempi taipuisuus, pienempi paino pituusyksikköä kohti eivätkä ne ole alttiita vahingoille, kun ne joutuvat minkä tahansa lämpötilamuutosten alaisiksi niiden kuljetuksen aikana.

Keksinnölle on tunnusomaista, että kaapeli käsittää vain yhden vaipan, joka on muovimateriaalia, että köysi on kierteeltään tasapainotettu sen poikkipinta-alan ollessa vähintään 50 mm2 ja köyden ollessa kaapelin ainoa mekaanisesti vahva elementti, ja että köyden kuitumaisten elementtien väliset tilat on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä.

Tässä tekstissä sanonnalla "kokoonpuristumaton neste" tarkoitetaan nestemäistä, edullisesti viskoosia ainetta, jopa korkeaviskoosista ainetta; tämä sanonta sulkee pois kaasut.

Tiivistetty, kiertymistä estävä köysi, joka muodostaa tämän keksinnön mukaisen vedenalaisen kaapelin armeerauksen, on suunniteltu vastustamaan oleellisesti vetojännityksiä laskuoperaation aikana ja sen poikkipinta-ala on vähintään 50 mm2.

Lisäksi tämän keksinnön mukaisessa kaapelissa optiset kuidut voivat sisältyä löysästi pieniin putkiin, jotka on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä ja jotka on sijoitettu sydämen uriin, jotka myös on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä.

4 94186

Vaihtoehtona kaapelin vaipan muovimateriaali voi tunkeutua uriin, kunnes se täyttää ne, muodostaen ripoja, jotka omaksuvat profiilin, joka täydentää pienten putkien profiilia.

Tämä keksintö on paremmin ymmärrettävissä seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, joka on tehty pelkästään ei-rajoitta-van esimerkin avulla viitaten liitteenä olevan piirroksen kuvaan, jossa on esitetty perspektiivikuvanto tämän keksinnön mukaisesta vedenalaisesta kaapelin pituudesta, josta osia on poistettu kaapelirakenteen kuvaamiseksi paremmin.

Kuten sanotussa kuvassa on esitetty, kaapeli käsittää muovisen sylinterimäisen sydämen 1, joka ympäröi armeerausta 2 ja on kiinnitetty siihen, joka on sijoitettu sillä tavoin, että se täyttää sydämen säteittäisesti sisimmän kohdan ja armeerauk-sen 2 akseli osuu yhteen kaapelin pituusakselin 3 kanssa.

Armeeraus 2 on suunniteltu ja näin ollen mitoitettu vastustamaan oleellisesti kaikkia vetojännityksiä, joita kaapelin on kestettävä laskuoperaatioiden aikana.

Armeeraus 2 on erityisesti muodostettu tiivistetystä, kiertymistä vastustavasta köydestä, jonka poikkipinta-ala on vähin-2 tään 50 mm ja joka on muodostettu langoista 3, jotka on val-·: mistettu materiaalista, jolla on suuri vetojännityksen kesto, kuten esimerkiksi teräksestä, aromaattisista polyamideista ja hiilikuiduista.

Köyden 2 langat 4 on asetettu kierremäisesti samankeskisiin päällekkäisiin kerroksiin ja tietyn kerroksen lankojen kiertosuunta on edullisesti vastakkainen viereisen kerroksen lankojen kiertosuuntaan nähden.

Lankojen 4 sijoittelun ollessa sanottu, kun köysi 2 saatetaan vetojännitysten alaiseksi, sille ei tapahdu kiertymisiä ja se osoittaa hyvää taipuisuutta. Tilat 5, jotka ovat lankojen 94186 4 välissä, on täytetty käytännössä kokoonpuristumattomalla nesteellä, kuten esimerkiksi vaseliinilla, silikonirasvalla yms.

Muovikerros 6 sijaitsee köyden 2 ympärillä.

Kerroksen 6 ulkopinnalla, joka edustaa kaapelisydämen 1 ulkopintaa, on kierremäisiä uria 7, joilla voi olla valinnan mukaan suljetun kierteen tai avoimen kierteen muoto, jälkimmäisen termin tarkoittaessa, että jokaisen uran kuvio koostuu S-muotoisista pituuksista vuorotellen Z-muotoisten pituuksien kanssa.

Urien 7 sisään on löysästi sijoitettu optiset kuidut 8 ja nämä urat on kokonaan täytetty samalla käytännössä kokoonpuristumattomalla nesteellä, jolla on täytetty välitilat 5 köyden 2 lankojen 4 välissä.

Lisäksi urilla 7 on leveys,kerroksen 6 ulkopinnan suhteen, sekä syvyys, jotka eivät ylitä 5 mm.

Kerroksen 6 muodostamiseen käytetyt muovimateriaalit voidaan valita esimerkiksi polyolefiineista, esimerkiksi polyeteenistä ja polypropeenista tai alifaattisista polyamideista yms.

* ·«

Kerros 6 on edullisesti alifaattista polyamidia, sillä sanottu materiaali tekee kaapelin muovisydämen vähemmän kutistuvaksi säteittäisesti hydrostaattisen paineen vaikutuksen alaisena. Tällä tavoin torjutaan pitkin kaapelia kaikki tuloksena olevat pienimmät mahdolliset urien 7 dimensiomuutokset ja niiden täytteenä olevan kokoonpuristumattoman nesteen kaikki pituussuuntaiset liikkeet tästä johtuen.

Kaapelisydäntä 1 ympäröi vaippa 9, joka voi jopa olla tehty muusta muovimateriaalista kuin mitä kerrokseen 6 käytetään, ja sulkee sisäänsä urat 7 ja se on sijoitettu suoraan kosketukseen sanotun muovikerroksen 6 ulkopinnan kanssa.

6 94186 <

Kaapelivaipan 9 muodostamiseen voidaan käyttää esimerkiksi polyolefiineja, kuten polyeteeniä ja polypropeenia, alifaat-tisia polyamideja, yms. Vaippa 9 on edullisesti tehty ali-faattisesta polyamidista.

Muoviteipeistä koostuva nauhoitus voi mahdollisesti olla sijoitettu kerroksen 6 ja kaapelin muovivaipan 9 väliin, kun jälkimmäisen valmistushetkellä pelätään kokoonpuristumattoman nesteen vuotamista urista 7, aikavälillä ennen muovivaipan levittämistä kaapelisydämen päälle.

Muovivaippaan 9 voidaan levittää muita rakenneosia (ei esitetty kuvassa), kuten esimerkiksi vanhastaan tunnetun tyyppisiä laivamatoja estäviä suojauksia, mahdollisia sähköä hyvin johtavien metalliteippien muodostamia nauhoituksia (eristettynä tai ilman), mutta käytännössä mikään näistä rakenneosista ei saisi läsnäolollaan saada aikaan joko kaapelin vesitiivistä metallivaippaa tai mekaanisesti kestävää armeerausta.

Tällä tavoin tämän keksinnön mukainen kaapeli on vailla minkäänlaista vesitiivistä metallivaippaa tai minkäänlaista armeerausta, joka kestää mekaanisia rasituksia, joka olisi sijoitettu itse kaapelisydämen ulkopuolelle ja siten ympäröisi vyöhykettä, johon optiset kuidut on sijoitettu.

Vaihtoehtoisen toteutusmuunnoksen mukaisesti (ei esitetty) optiset kuidut 8 on sijoitettu löysästi pienten putkien sisään, jotka on tehty esimerkiksi muovista tai muista materiaaleista, täytettynä kokoonpuristumattomalla nesteellä, jotka putket on sijoitettu sydämen 1 uriin 7. Jokainen urissa 7 oleva tila, jonka pienet putket jättävät tyhjäksi, on joko myös täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä tai muussa tapauksessa täytetty vaipan 9 muovimateriaalilla. Sanotussa tapauksessa kaapelin muovivaipassa 9 on, vastaten uria 7, rivat, joiden profiililla on muoto, joka täydentää pienten putkien muotoa.

7 941 86

Toisessa vaihtoehtoisessa toteutuksessa (ei esitetty) tiivistetyn, kiertymistä estävän köyden muodostama kaapelin armee-raus 2 voi sisältää pituussuuntaisen metallisen rakenneosan, jolla on suuri sähkönjohtavuus, joka kykenee aikaansaamaan sähkönjohtimen, joka tekee mahdolliseksi syöttää optisten kuitujen siirtämien signaalien optoelektronisia vahvistimia, joita on sijoitettu pitkin kaapelia.

Pituussuuntainen metallinen rakenneosa, jolla on suuri sähkönjohtavuus koostuu esimerkiksi vähintään yhdestä yhdistetystä kuparilangasta , ts. joko kokonaisuuteen yhdistetystä tai muussa tapauksessa sen köyden ympärille kierretystä langasta, joka muodostaa kaapelin armeerauksen 2.

Paluujohtimena voi olla merivesi.

Vaihtoehtoisesti paluujohdin voi koostua meriveden ja hyvin sähköä johtavan metalliteipin yhdistelmästä, joka teippi on kierretty vaipan ympärille.

Toisen vaihtoehtoisen muunnoksen mukaisesti paluujohdin koostuu hyvin sähköä johtavasta metalliteipistä, joka on sijoitettu kaapelin sydämen ja muovivaipan väliin ja muussa tapauksessa hyvin sähköä johtavasta metalliteipistä, joka : on liitetty sanottuun kaapelivaippaan.

Muussa toteutusmuodossa, joka on voimassa tapauksessa, jossa mitään pituussuuntaista metallista rakenneosaa, jolla on suuri sähkönjohtavuus ei ole liitetty kaapelin armeeraukseen, opto-elektronisten vahvistimien syöttö voidaan toteuttaa sähköisellä virtapiirillä, joka koostuu hyvin sähköä johtavasta eristetystä metalliteipistä, joka on kierretty vaipan ympärille, * käyttäen merivettä paluujohtimena.

Kuitenkin olipa yllä mainituilla hyvin sähköä johtavilla me-talliteipeillä mikä muoto hyvänsä (joko eristetty tai ei), 8 94186 ( jotka teipit on sijoitettu joko kaapelin muovivaipan alle tai sisäpuolelle, ne eivät saa aikaansaada metallista vesi-tiivistä vaippaa eivätkä mekaanisesti kestävää armeerausta kaapeliin.

Edellä esitetystä kuvauksesta ja seuraavista tarkasteluista on ymmärrettävissä, että tämän keksinnön mukaisten kaapelien avulla ehdotetut tavoitteet voidaan saavuttaa.

Tämän keksinnön mukaisissa vedenalaisissa, televiestintään tarkoitetuissa optisissa kuitukaapeleissa ei esiinny mitään metallisia, mekaanisesti kestäviä rakenneosia sydämen ympärillä, johon optiset kuidut on sijoitettu.

Itse asiassa mekaanisesti kestävä armeeraus on sijoitettu kaapelin säteittäisesti sisimpään vyöhykkeeseen lähelle kaapelin pituusakselia ja vaippa on tehty muovista, eikä mistään metallimateriaalista, kuten on havaittavissa saman tyyppisissä tunnetuissa kaapeleissa.

Tämän seurauksena tämän keksinnön mukaisten kaapelien taipui-suus on suurempi kuin tunnetuilla kaapeleilla sekä, koska mekaanisesti kestävä armeeraus on sijoitettu poikkeuksetta kaapelin pituusakselin läheisyyteen, ts. taivutuksen neutraali-·· akselille, että koska muovivaippa on taipuisampi kuin metalli- vaippa.

Tällä tavoin saadaan aikaan painon pienennys kaapelin pituus-yksikköä kohti tunnettuihin kaapeleihin verrattuna.

Lisäksi vaikka mekaanisesti kestävä armeeraus puuttuu sydämen ympäriltä, johon optiset kuidut on sijoitettu, mitään vaaraa kaapelirakenteen kokoonpuristumisesta ei ole pelättävissä hydrostaattisen paineen vaikutuksesta edes suurissa meren syvyyksissä.

!I 1 «li t ill! I i l ii ! 9 94186

Itse asiassa hydrostaattisen paineen kestävyys tämän keksinnön mukaisissa kaapeleissa on varmistettu sillä, että kaapeli-rakenteessa ei ole mitään materiaalista tyhjiä tiloja ottaen huomioon, että sekä välitilat sen köyden lankojen välissä, joka muodostaa mekaanisesti kestävän armeerauksen, että optisia kuituja ympäröivät putket on kaikki täytetty käytännössä kokoonpuristumattomalla nesteellä. Lisäksi muovivaipan sä-teittäisesti sisin pinta tarttuu täydellisesti kaapelin sydämeen jättämättä mitään välitiloja.

Lisäksi mekaanisesti kestävän armeerauksen puuttuminen kaapeli-sydämen ympäriltä poistaa vaaran, joka esiintyy tunnetuissa kaapeleissa siinä, että se voisi aiheuttaa puristuksia kaapelisydämeen ja näin ollen aiheuttaa jännityksiä optisiin kuituihin, kun laskuoperaation aikana sanottu armeeraus pyrkii kuristamaan sydäntä johtuen siihen kohdistuvista vetojännityksistä.

Tämän keksinnön mukaisissa kaapeleissa vaippa on tehty muovista, eikä metallimateriaalista, kuten tunnetuissa vedenalaisissa optisissa kuitukaapeleissa.

Näissä viimemainituissa on tähän saakka pidetty välttämättömänä jatkuvan metallisen, vesitiiviin vaipan läsnäoloa ympäröi-: mässä vyöhykettä, jossa optiset kuidut sijaitsevat, jotta estettäisiin näin jopa vähäisempiä hivenmääriä vettä tunkeutumasta kaapeliin ja saavuttamasta optisia kuituja ja aiheuttamasta täten siirrettyjen signaalien vaimennusta ja katkoja.

Tämän keksinnön mukaisessa kaapelissa huolimatta muovivaipan läsnäolosta, joka ei voi taata samaa läpäisemättömyyttä kuin jatkuva metallivaippa, käytännössä mitään niistä haitoista, joita optisille kuiduille voidaan pelätä aiheutuvan, ei ole vahvistettu.

Lisäksi tämän keksinnön mukaisissa kaapeleissa jatkuvan ja vesitiiviin metallivaipan eliminoiminen, joka on korvattu 10 94.86 muovivaipalla, tekee nämä kaapelit vapaiksi vaaroista, jotka johtuvat lämpötilavaihteluista, joihin kaapeli saattaa joutua sen kuljetuksen aikana valmistuspaikalta kaapelin lasku-alueelle .

Itse asiassa metallivaippaan verrattuna muovista valmistetulla vaipalla on suurempi mahdollisuus laajenemiseen. Tämän vuoksi muovivaipan laajenevuudesta johtuen ei ole pelättävissä murtumis- ja halkeiluvaaraa, joka voitaisiin vahvistaa metalli-vaipoilla aina, kun aiheutetaan vaipan sisään suljettujen komponenttien lämpölaajenemista millä tahansa mahdollisella lämpötilan kohoamisella, joka saattaisi tapahtua johtuen kaapelien saattamisesta alttiiksi suoralle auringonvalolle.

Vaikka tämän keksinnön mukaisen kaapelin eräitä toteutusmuotoja on kuvattu ja esitetty, tarkoituksena on sisällyttää keksinnön suojapiiriin myös kaikki ne mahdolliset vaihtoehtoiset toteutusmuodot, jotka ovat kenen tahansa alaan perehtyneen saatavilla.

11

.1 «Il I I I li i I I Bl I

Claims (8)

94186

1. Vedenalainen optinen kuitukaapeli, joka käsittää sylin-terimäisen sydämen (1), jonka uloimmalla pinnalla on joukko kierremäisiä uria (7), jotka on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä, jolloin ainakin yksi optinen kuitu (8) on asetettu jokaisen uran (7) sisälle, armeerauksen, joka muodostuu kuitumaisista elementeistä (4) koostuvasta köydestä (2), jonka akseli (3) yhtyy kaapelin akselin kanssa, armeerauksen ollessa upotettuna mainittuun sydämeen (1), ja vaipan (9), joka on sijoitettu kuoren ympärille, tunnettu siitä, että kaapeli käsittää vain yhden vaipan (9), joka on muovimateriaalia, että köysi (2) on kierteeltään tasapainotettu sen poikkipinta-alan ollessa vähintään 50 mm2 ja köyden ollessa kaapelin ainoa mekaanisesti vahva elementti, ja että köyden (2) kuitumaisten elementtien (4) väliset tilat (5) on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että kaapelin muovivaippa (9) on tehty muovista, joka on valittu polyolefiineista ja ali-faattisista polyamideista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että muovivaippa (9) tunkeutuu sydämen uriin (7) aikaansaaden ripoja.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että sanotuilla rivoilla on profiili, joka täydentää pienen putken profiilia, joka on sijoitettu sanottuihin kierremäisiin uriin (7) ja joka putki ympäröi löysästi ainakin yhtä optista kuitua (8) ja on täy-tetty kokoonpuristumattomalla nesteellä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että armeerausta ympäröivässä sylinterimäisessä muovisydämessä (1) olevilla kierremäisillä urilla (7), jotka on täytetty kokoonpuristumattomalla nes- ί 12 94186 teellä, on leveys sydämen ulkopinnan kohdalla sekä syvyys, jotka ovat korkeintaan 5 mm.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että kierremäisiin uriin (7) on sijoitettu vähintään yksi pieni putki, joka on täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä ja johon on löysästi sijoitettu vähintään yksi optinen kuitu (8), putken ja uran (7) välisen tilan ollessa myös täytetty kokoonpuristumattomalla nesteellä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että sanottu armeeraus sisältää pituussuuntaisen metallisen rakenneosan, jolla on suuri sähkönj ohtavuus.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vedenalainen optinen kuitukaapeli, tunnettu siitä, että sanotun metallisen rakenneosan muodostaa vähintään yksi kuparilanka, joka on yhdistetty köyteen tai kierretty sen ympäri. « r 94186