光缆工业工程结构优化和调整方案

　　摘要:光缆生产厂家面对目前竞争激烈的市场纷纷开发新特产品,产品的结构优化及强化相关材料的选型,以保持产品竞争力。践及相关设计理论上对光缆结构,主要包括松套管、加强件组合等方面的优化进行探析。同时也加大传统光缆产本文着重从光缆生产实　　、绞合元件数及光纤带宽。

 

　　关键词:结构填充,度余长,光纤带材料

 

　　1概述

 

　　随着通信行业光缆市场竞争日益激烈,光缆厂家纷纷出台策略以应对市场。众所周知,光缆结构价格中的核心部分一光纤价格己濒临谷底,其竞争优势黯然,由此光缆制造商对光缆结构之优化及其材料选型的动作极其活跃。就光缆径向结构尺寸而言,主要是由光纤、松套管、加强件外径、光纤综合自由度及各种形式保护层厚度等要素决定。

 

　　对于光缆的拉伸、扭转等机械物理性能试验,松套管与加强件外径优化尤为引以注意,松套管对光纤是第一机械保护,其壁厚及外径优化需均衡考虑。特别是随着光通信材料国产化时潮的到来,松套管结构优化及其材料选型需慎重行事。光缆结构要素松套管径向优化后,光纤在缆结构中的富裕度适度,其机械物理性能与环境性能是可以保证。`光缆加强件的优化根据产品的结构特点适度进行也是可行。以下是笔者就主要光缆结构要素的优化与业内同仁进行探讨。

 

　　2光缆结构优化要素

 

　　2.1松套管结构优化

 

　　依据传统的光缆设计思路,普通层绞式光缆松套管内光纤的填充度一般取值为02%左右,这样每根松套管内分别含6芯、8芯和12芯的松套管外径可由以下公式近似计算得出。

 

　　依此推算光缆成品系统外径(以单根束管分别含6、8和12芯六根绞结构GYAT型光缆为例)分别为:1.smm、212.mm、13.6m。由此得光缆的单位面积光纤最大密度分别为:1.72%、2.15%和2.59%

 

　　面对光纤技术水平及光缆制造工艺的不断提高与发展,对着色光纤外径优化,并针对光缆松套管内光纤填充度作过有效试验,将光纤填充度提高2一5%,光缆工艺作适当调整,确保光缆结构中光纤的富裕度。

 

　　依此推算光缆成品系统外径(以单根束管分别含6、8和21芯六根绞结构GYAT型光缆为例)分别为:1.2mm、1.6~、13.omm。由此得光缆的单位面积光纤最大密度分别为:1.87%、2.32%和2.77%

 

　　松套管外径优化是光缆结构优化的关键所在,这里光纤松套管内的填充度是一个重要参数,不同的光缆厂家该参数有不同的取值。理论上讲松套管内光纤填充度小些对光纤的自由度是有好的改善,也便于光纤富裕度的控制,对光缆的安全性能也有保障,但是市场竞争激烈,对一些经验值的修缮以达到技术与经济的某种协调也是势在必然。

 

　　当然,结构优化的光缆最终都须要通过光缆的全性能试验,也就是说只要有某项性能指标不能通过型式试验,则认为该光缆结构优化是失败的,需要调整设计方案或和工艺方案。目前试验数据表明普通层绞式光缆的光纤填充度作2一5%的修缮后光缆的各项性能未受影响,松套管结构优化光缆衰减变化情况见表一,型式试验各项指标状况见表二。松套管中的光纤填充度进一步逼近与光缆厂家的设备精度和工艺方案优劣等因素有很大关系,对此我们将做进一步跟踪。

 

　　2.2加强构件优化

 

　　YD厅091一201《核心网用光缆—层绞式通信用室外光缆》要求普通层绞式光缆的长期拉伸力为,光N纤长期应变为0.005%;短期拉伸OO力为150N,光纤短期应变为.01%。依据国标对普通层绞式光缆机械拉伸试验的要求,光缆结构余长设计合适,钢丝选型恰当基本上都可以满足要求。考虑到光缆运行安全,一般大规格缆径光缆加强件适当选择较大规格钢丝,光缆余长精确控制,对超小规格松套管绞合之光缆而言,也需考虑到这一点,一般光缆应变设计不超过.035%较为安全。表三例出了不同规格中心加强件(磷化钢丝为例)在不同应变条件下的力值(钢丝抗拉强度取值1770lNmm2,杨氏模量取值为190Gpa)情况,其规格选择可根据光缆结构及机械性能要求而确定。

 

　　2.3绞合元素的优化

 

　　根据传统光缆设计理念,普通层绞式光缆缆芯绞合元素一般为大于6(含)的偶数件绞合单元,通常有6根绞、8根绞、01根绞和21根绞。随着光缆制造设备及工艺技术的发展,光缆材料质量的改进,普通层绞式光缆可以根据光缆规格紧凑分配而采用大于5(含)的自然数件绞合单元,即5、6、7、8、9、10、11、21中根任一自然数件绞合单元的绞合结构(双层绞合结构依此类推)。现在市面上一般普通层绞式光缆多为5根绞结构,主要是60芯及以下光缆占据市场需求比重较大所致。我们做过一些基础工艺调研,发现5根绞结构以上的奇数件绞合单元进行成缆后结构稳定,光缆经过机械拉伸试验,其结构余长基本符合要求,7根绞合结构光缆机械拉伸试验结果。

 

　　根据目前光缆原材料市场牌价,光缆综合成本价格基本呈现出一定的规律,即同一种型号光缆其每递增一个绞合单元光缆成本会阶跃一个较大的成本台阶,并随着松套管径或和光缆规格的增大,这一成本台阶会继续升高,从成本之考虑普通层绞式光缆采用自缆数件绞合单元递增光缆规格(芯数),其结构成本会趋之于更合理。一般而言,普通层纹式大芯数光缆会涉及到更多件绞合单元的绞合结构,但大芯数光缆市场需求相对比重不大,所以光缆生产厂家多以偶数件绞合结构选型为主。

 

　　层绞式光纤带光缆的优化随着光通信事业的高速发展,信息传输量与宽带业务飞速增长,城域网与接入网大量建设,然而城市规划时管道资源空间受限,并且有变更性难等特点,对于大芯数光缆和高纤密度的光纤带光缆之需求量将日趋增加。为此,光纤带光缆之优化成为一种必然。光纤带光缆优化着眼点应是从光纤带规格选型、及其组合形式和自由度方面考虑,其它诸如松套、加强件等优化与普通光缆情形近似,在此不再累赘。光纤带光缆规格及其光纤带规格选定一般是运营商指定,作为光缆制造商来说则需要对光缆规格芯数进行优化分解。例如,运营商订

 

　　单型号为GYDIA288BI的光缆在不指定光纤带规格情形下,结构设计时光纤带规格通常有5种选择,分别是4芯带、6芯带、8芯带、21芯带和24芯带,一般24芯带会须要更高条件的技术装备,故国内多数光缆厂家不采纳此规格光纤带生产光缆。松套管规格也有若干种选择,它主要是依据相同光纤带规格组合方式一矩形(特别商定时,可以不同光纤带方式组合一呈六边形)和光纤带自由空间大小决定。

 

　　以下是GYDAT288BI光缆的多种设计方案(主要以相同光纤带规格组合的方式进行),明细见表五。从优化方案对比图中可以说明,61种方案中性价比与安全性较为优良的有10种,从横坐标轴两端方向延伸的组合方案设计生产之光缆安全性或性价比及加工难度等趋于劣化。某种意义上说,光缆外径是光缆价格的决定性风向标之一(除光纤成本外),所以该01种方案还可以选择单向价格进行精确优化,在此不一一例举。另外,根据目前常规的光纤带规格,48一1000芯的光纤带光缆中有519个规格是不能采用单一光纤带组合生产,必须进行不同规格光纤带组合生产。

 

　　4,已澎21等单一光纤带结构(指芯数结构)

 

　　综上所述,普通层绞式光缆组成要素优化时,需考虑到松套管光纤余长及成缆后结构余长以满足光缆的机械物理性能和环境性能,这就须要密切注意松套管之外径、壁厚与刚度,还要精确控制好成缆之节距、过度区和扎纱捆扎松紧度,同时加强件参数适度保守给定。层绞式光纤带光缆除面临普通光缆结构之考虑外,还须结合光纤带光缆自身的特点多与运营商沟通,选择最优化之规格型号之光缆(包括光纤带规格选定),提高性价比,保持综合竞争优势。

 

　　4光缆结构优化材料选型

 

　　光缆结构优化的先决条件之一是材料性能指标达到设计要求并保持良好的质量稳定性。目前光缆市场竞争激烈,从一定意义上说光缆材料国产化是顺应当代时潮,也是情理之中。但作为生产厂家光缆结构优化材料选型就得慎之又慎,特别是大部分光缆产品的松套管外径相对较小,壁厚较薄,光纤填充度接近30%,个别厂家甚至更高,这必然对光缆材料性能指标要求更高。

 

　　4.1着色料选型

 

　　着色料在光纤着色过程中是用于素线光纤的染色,它经过uv固化附着于光纤的表层,在通信工程中主要是光纤接续时便于识别。光纤着色后外径是光缆结构设计的关键要素之一,其存在一定的优化空间,但这一过程对着色料性能指标要求更高。着色光纤颜色鲜明,固化度优良,光纤附加衰减低,收排线易于控制及与下道工序并带或松套管等材料之相容性等均孺要周全顾及。

 

　　着色料粘度及与工艺温度、涂覆压力、生产线速度、本色光纤外径变动幅度之间的有着微妙的平衡关系,着色料还会因不同厂家的型号素线光纤其被覆层树脂成份与表面应力不同而与之产生亲合性差异,这势必针对不同品牌光纤需要选择与之相适应的着色料,或者说需要选择工艺适适应性范围较广的着色料供应厂商以应对不同工艺和材质生产的光纤之着色。诸如:着色料粘度、光敏剂含量、粘稠剂等成份与配方和彩料细度及分散均匀性都需要一定的改性,否则难以从着色光纤外径方面进行优化考虑。

 

　　4.2二次被粗材料和加强件选型

 

　　光缆二次被覆是对光纤流入光缆制造过程中的预保护工序,同时产生了光缆中的一个关键参数一束管余长,其抗拉伸、抗弯曲、抗冲击(侧压)、热稳定性及其加工工艺性能等要素均需进行综合评价,随着制造厂家光缆结构优化之深入,对松套管材料要求会更高,材料定型须谨慎。光缆的机械拉伸性能完全取决于加强件的抗拉强度、弹性模量、拉伸系数及其外径的选定,随着人们对光缆认识程度之提高,通信线路施工与保护规范的完善,非特殊条件下,光缆机械物理性能要求根据光缆应用条件可适当选择。

 

　　4.3 52绞合用扎纱及填充绳选型

 

　　光缆在52绞合成缆的过程中会使用到两个辅料,即扎纱和填充绳,这两者作用在光缆结构优化过程中是不可或缺的。扎纱捆扎绞合元件的节距和捆扎力都有必要重新考虑(扎纱的强度和热稳定性是基本要求),否则会因此产生松套管扎痕现象而引起光缆常规性能特别是高低温特性不能满足国家标准。填充绳虽说在光缆结构中所起的作用比较简单,但它的圆整度、外径均一性和一定的强度是相当重要的,否则会影响到成缆过程,随着径向优化,在此建议不得对其原有的一些基本参数要求降低,否则会得不偿失,特别是一定的抗拉强度与伸率指标需要有效受控。

 

　　5结束语

 

　　本文通过对光缆产品结构优化的探讨、分析与验证,认为光缆松套管、加强件、绞合元件数及光纤带组合等方面进行适度的优化是可行的。随着光通信材料国产化的推进,光纤光缆企业需要根据实际情况考虑光缆结构优化,从而确保品质安全;另一方面,用户在选择光纤光缆时特别需要仔细甄别,在此希望本文能给大家一些帮助。

 

　　参考文献

 

　　【l]邹林森,《光纤与光缆》,武汉工业大学出版社

 

　　价l陈炳炎,《光纤光缆的设计和制造》,中国电子元件行业协会光电缆分会