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72芯半干式气吹微缆的设计、制造

时间:2019-03-01 09:28:25

 1、前言

随着中国宽带的高速发展,光缆在各地区的覆盖率逐年提高,光缆敷设的管道资源日益紧张。气吹微缆的应用价值越来越引起关注。

本文以GCYFY-72芯气吹微缆的设计过程和制造工艺控制,生产出满足客户需求的光缆。光缆主要机械性能要求见表1。

1:气吹微缆主要机械性能要求

序号

光缆的机械特性

技术要求

1

拉伸

短期拉力应变(0.5G)

  ≤0.3 %

短期拉力附加衰减 dB(0.5G)

≤0.1

动态弯曲半径

20 D

静态弯曲半径

10 D

护套

无目力可见开裂

2

压扁

短期压力附加衰减 dB(450N/100mm)

≤0.1

 

2、光缆结构设计
GCYFY-72芯气吹微缆,是一种通信用气吹布放半干式微型室外光缆。其产品结构简单,如图1:气吹微缆结构示意图所示。

气吹微缆图1.png

如图1:气吹微缆结构示意图

根据光缆的机械性能要求,笔者设计具体结构尺寸见表2。

2:光缆结构尺寸 

序号

光缆结构尺寸

技术要求

1

束管直径 mm

1.45

 

2

束管最小壁厚 mm

0.2

 

3

FRP直径 mm

1.5

 

4

光缆直径 mm

5.4

 

5

光缆护套壁度mm

0.5

3、束管针管设计

气吹微缆图3.png在束管试验过程中,笔者首先以现有1.3mm内孔的常规针管尝试,其平面结构图如图2所示。束管生产过程中逐步调小充油比例,油膏填充不稳定,外径波动较大。对生产下来的束管结构检测,内孔较大。束管收线在盘中,发现束管外表粗细明显。

气吹微缆图2.png                                
 

 

 

           2 常规针管示意图        

                                                              图3  抹油针管示意图             

试验小结:1.3mm内孔的常规针管油膏填充量不稳定,在束管内孔没有调整到设计要求前,已经不能满足12芯束管正常生产了,试验结果不理想。

通过此次试验,笔者结合试验过程中的情况,同时考虑光纤与针管内壁的摩擦对光纤的影响。对束管充油针管重新设计2种方案。第一种为1.2mm内孔的常规针管;第二种为1.1mm内孔的抹油针管,抹油针管平面结构如图3所示。

对比两种不同结构的针管,笔者考虑到光纤数量较多,抹油填充持续压力时间短,容易出现中间光纤填充油膏不足引起束管渗水。因此优先试用1.2mm内孔的常规针管。

再次进行束管试验,使用1.2mm内孔的常规针管试验过程中束管外径在正常范围内波动,以手去感应,束管表面光滑,但生产过程中光纤放线有跳动。

继续进行束管试验,考虑到光纤内部油膏填充情况,纤膏填充比例在纤膏不倒流、光纤放线趋于平稳的情况下尽可能加大。经过数次试验后,束管各项要求均满足设计要求,尤其是经过一系列的试验解决了设计初始使用抹油针管束管渗水的担忧。

试验总结:1.1mm的抹油针管油膏填充量稳定,束管各项检测合格,试验结果较为理想。同时解决了常规针管光纤放线跳动明显的缺点,这有利于束管余长的控制。

 

4、半干式微缆渗水工艺控制

此次生产的GCYFY-72芯气吹微缆,按客户要求为半干式光缆,使用阻水纱进行全端面阻水。为达到更理想的阻水效果,在满足客户要求的前提下笔者对阻水纱的排布方式做了部分改变。加强件外以直拖和缠绕两种方式同时布线,束管绞合时在对称位置将两根阻水纱加入束管的绞合。这样的布线方式能有效的提高阻水性能。

 

5、护套模具的选用

在护套模具的选用时,笔者考虑微缆护套壁厚要求只有0.5mm,对模具安装的精度要求很高。因此在护套生产时笔者采用了免调试模具,其安装简单、模芯模套同心度高,有利于护套的壁厚控制。免调试模具结构图4-图6所示。

  气吹微缆图4.png       气吹微缆图5.png     气吹微缆图6.png

4 模芯示意图              图5  模套示意图                图6  模具组装示意图

4、图5、图6可以看出模芯、模套通过定位销完成组装,因此只要模具加工精度没有问题,模芯、模套的同心度就得到保障,生产出的光缆护套壁厚均匀。

免调试模具与老式模具的外形有很大的差异,因此需使用用配套的机头使用,其安装示意图如图7所示。

气吹微缆图7.png

7  完整的机头组装示意图

6、生产工艺控制

微缆由于可容纳余长很小,按普通层绞式工艺控制容易出现束管损耗高、台阶等情况,因此在每道工序都应该去有效的控制。

1)束管生产时增加束管的收线及副牵引张力,适当减小束管的余长有效的防止束管损耗的产生。

2)关注束管生产时的水温差,有效的控制束管的余长。

3)由于束管的壁厚较小,微缆束管生产宜使用专用的PBT,能有效的提高束管性能,减小后道工序对光纤的影响。

4)层绞生产时,控制束管的放线张力,宜小不宜大。同时调小层绞的收线张力。以上两点能有效的控制层绞生产过程对光纤的影响。

5)护套生产前应提前使第一节水槽的水温升高,减小护套料的聚然收缩。同时调整放、放线张力,宜小不宜大。

 

7、光缆性能验证

我们按照前文所述的结构和工艺生产光缆,并参照表1所述对该成品光缆进行了各项性能的测试。

7.1 光纤传输性能

我们对光缆的套塑、护套都进行了测试。表3是各工序光纤衰减的测试值(蓝管)。

3 各工序光纤衰减的测试值

 

光纤

色谱

束管

层绞

护套

1310nm

1550nm

1310nm

1550nm

1310nm

1550nm

0.321

0.185

0.332

0.191

0.322

0.187

0.323

0.186

0.325

0.186

0.326

0.188

绿

0.332

0.190

0.328

0.186

0.328

0.188

0.325

0.187

0.330

0.191

0.325

0.189

0.328

0.186

0.324

0.188

0.333

0.188

0.330

0.192

0.328

0.188

0.332

0.187

0.325

0.186

0.330

0.187

0.325

0.188

0.328

0.188

0.331

0.188

0.332

0.186

0.323

0.186

0.326

0.186

0.324

0.189

0.332

0.191

0.328

0.187

0.328

0.189

粉红

0.328

0.187

0.325

0.186

0.337

0.186

青绿

0.330

0.191

0.333

0.188

0.331

0.188

从上表3中可以看出光纤在1310nm窗口最大衰减值为0.333dB/Km,在1550nm窗口最大衰减值为0.192dB/Km.均满足客户要求中对光缆中光纤衰减要求。通过与原始光纤数据比对,各工序生产后增加值均控制在0.005dB/Km以内。从中可以得出,整个光缆生产过程中的光纤衰减是没有任何影响的。

7.2 环境性能

7.2.1渗水性能

根据要求对光缆的渗水性能试验:在光缆的任一端取1米长,一端浸泡后,加1米高水柱压力,持续1小时,无水渗出。试验结果符合设计要求。

7.2.2温度循环的验证

根据设计要求的温度循环性能试验规定:光缆的适用温度从20℃~-40℃~60℃,每个温度点恒温12h,光缆温度循环后,在1310nm和1550nm波长的附加衰减(适用温度下相对于20℃下的光纤衰减差)不大于0.15dB/Km,完全满足要求。

7.3 机械性能验证

根据设计要求中机械性能试验规定,成品光缆经检测中心进行光缆拉伸、压扁、冲击、扭转、反复弯曲等机械性能试验测试,测试结果均符合设计要求,机械性能检测情况如下面图8~图12。

 

气吹微缆图8.png                   气吹微缆图9.png

8光缆拉伸试验应变与光功率图                   图9光缆压扁光功率与压力图

1)根据设计要求:光缆在长期允许拉力下光纤应无明显的附加衰减和应变;在短暂拉力下光纤附加衰减应不大于0.1dB和应变不大于0.3%,在此拉力除去后,光纤应无明显的残余附加衰减和应变;护套应无目力可见开裂。

从图8中可以看出,光缆在短期拉力应变≤0.3%,短期拉力附加衰减≤0.05dB。

2)根据设计要求:在长期允许压扁力下光纤应无明显附加衰减;在短暂压扁力下光纤附加衰减应不大于0.1dB,在此压力除去后光纤应无明显残余附加衰减;护套应无目力可见开裂。

从图9中可以反映出该型号光缆在长期压扁力下光纤无明显附加衰减;在短暂压扁力下光纤附加衰减小于0.1dB;压力除去后光纤无明显残余附加衰减。
 

气吹微缆图10.png                        气吹微缆图11.png

 10扭转试验光功率图                        图11冲击试验光功率图

  
气吹微缆图12.png

 12光缆反复弯曲光功率图

3)从图10中可以看出,光缆经过扭转试验后,光纤无明显残余附加衰减。

4)从图11中可以看出光缆经过冲击试验,光纤无明显附加衰减产生。

5)从图12中可以看出,光缆经过反复弯曲试验后,光缆内光纤无明显的附加衰减变化。

光缆经过传输性能、环境性能、机械性能等各项指标的检测,各项性能参数均满足设计要求。

8、结束语

笔者根据多次试验,做好光缆结构设计、工艺模具的设计、生产过程工艺控制能够生产出了完全符合标准要求的GCYFTY-72芯光缆。二次套塑的抹油工艺是生产微型套管的最佳工艺方案。本文介绍的光缆设计、制造工艺控制经验共大家参考与讨论。

 

作者:

丁国锋 顾炎 吴建华 汤一飞 季忠

通光集团有限公司 江苏海门 226100
       江苏通光强能输电线科技有限公司 江苏海门 226100
       江苏通光信息有限公司 江苏海门 226151




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