الوصف التفصيلي
لماذا الألياف على أسطوانة اللف؟
ماكينة تكديس/استرجاع في محطة فحم لها ذراع بطول 40–60 مترًا، ومسافة سفر تتراوح بين 500–1 000 متر على طول سكة ساحة التخزين، وأسطوانة لف كابل مزودة بمحرك تُخرج وتستعيد الكابل أثناء تحرك الماكينة. تخزن أسطوانة اللف 500–1 000 متر من الكابل في طبقات متعددة. كل متر من ذلك الكابل يجب أن يحمل:
- فيديو CCTV من الكاميرات على الذراع وبيت الماكينة إلى كابينة المشغل وغرفة التحكم البعيدة
- اتصالات PLC إلى PLC بين نظام التحكم على متن الماكينة ونظام التحكم المركزي للمحطة
- بيانات إيثرنت لنظام تشغيل المحطة (TOS) ومراقبة الماكينة
- أقفال أمان — إيقاف الطوارئ، اكتشاف الحرائق، اختلال الحزام — التي يجب أن تعمل دون انقطاع
يحل كابل لف الألياف البصرية المشاكل الثلاث: لا تداخل كهرومغناطيسي، ولا حلقات أرضية، ووزن أخف لكل متر من كابل بيانات نحاسي مكافئ.
أنابيب فضفاضة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل PBT — لماذا الفولاذ لللف؟
يجب أن تتحمل الأنابيب الفضفاضة التي تضم الألياف البصرية قوة الضغط لطبقات متعددة من الكابل الملفوف على الأسطوانة. تخزن أسطوانة اللف الكابل في طبقات — 3، 5، 8 طبقات أو أكثر، اعتمادًا على قطر الأسطوانة وطول الكابل. تتعرض الطبقة السفلية لقوة ضغط جميع الطبقات فوقها — من المحتمل 500–1 000 نيوتن لكل 100 مم من طول الكابل.
| الخاصية | أنبوب فضفاض PBT | أنبوب فضفاض من الفولاذ المقاوم للصدأ |
|---|---|---|
| مقاومة السحق | 1 000 نيوتن/100 مم (نموذجي) | 4 000 نيوتن/100 مم (نموذجي) |
| التمدد الحراري | مرتفع (α ≈ 1.3 × 10⁻⁴/كلفن) | منخفض (α ≈ 1.7 × 10⁻⁵/كلفن) — مطابق للألياف |
| نطاق درجة الحرارة | من -40°م إلى +70°م | من -50°م إلى +85°م |
| حاجز الرطوبة | يعتمد على حشو الهلام | الأنبوب المعدني = حاجز رطوبة مطلق |
| الوزن | أخف | أثقل |
| التكلفة | أقل | أعلى (علاوة +30–50%) |
| مقاومة القوارض | عرضة | مقاومة |
لللف الداخلي أو الخفيف (أسطوانة قصيرة، طبقات قليلة، بيئة محكومة)، أنابيب PBT الفضفاضة مقبولة. لللف الخارجي الثقيل — ماكينات التكديس/الاسترجاع ورافعات STS ومعدات التعدين — أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الفضفاضة هي المواصفة القياسية. العلاوة في التكلفة مبررة بالقضاء على فشل سحق الأنابيب الذي كان سيتطلب استبدال الكابل بالكامل على ماكينة تكلف 5 000–20 000 دولارًا لكل ساعة توقف غير مخطط له.
منع الماء — ثلاث طبقات دفاع
كابل لف على ماكينة خارجية معرض للمطر والثلج والتكثف والغمر العرضي. يتبع الماء الداخل إلى الكابل الفراغات بين الأنابيب ويهاجر على طول الكابل. عندما يصل إلى الألياف، يحدث أمران:
- التعتيم الهيدروجيني: يتفاعل الماء مع سطح ألياف زجاج السيليكا، مما يخلق قمم امتصاص هيدروكسيل (OH⁻) عند 1 383 نانومتر تزيد التوهين
- ضرر التجميد والذوبان: يتمدد الماء المتجمد داخل الكابل بحوالي 9%، مما يخلق إجهادًا ميكانيكيًا على الألياف والأنابيب
- الطبقة 1 — الهلام في الأنابيب: يملأ الهلام الثيكسوتروبي الفراغ بين الألياف والجدار الداخلي لكل أنبوب فولاذي مقاوم للصدأ. الهلام كاره للماء — يطرد الماء ويمنعه من ملامسة الألياف. كما يزيت حركة الألياف أثناء انحناء الكابل
- الطبقة 2 — الشريط القابل للانتفاخ: يلف شريط قابل للانتفاخ بالماء حلزونيًا حول تجميع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. إذا اخترق الغلاف الخارجي والتسليح، يلامس الماء الشريط، الذي ينتفخ ويكوّن سدادة هلامية تمنع انتقال الماء طوليًا
- الطبقة 3 — الخيوط القابلة للانتفاخ: خيوط أراميد قابلة للانتفاخ بالماء تملأ الفراغات بين الأنابيب وتحت طبقة التسليح. توفر هذه الخيوط منعًا إضافيًا للماء طوليًا وتعمل أيضًا كعناصر قوة شد
تصنيع كابل لف الألياف البصرية من Yichi
- لحام الأنبوب الفولاذي المقاوم للصدأ: تُشكل الأنابيب من شريط فولاذي مقاوم للصدأ AISI 304، ملحومة طوليًا، ومشدودة إلى القطر النهائي. يُختبر خط اللحام باستمرار بالتيار الدوامي — أي عيب لحام يؤدي إلى رفض تلقائي لطول الأنبوب المتأثر
- التحكم في الطول الزائد للألياف (EFL): يُقاس EFL بواسطة OTDR على كل أنبوب قبل التجميع. الهدف هو 0.2–0.5% — أعلى قليلًا من ألياف البكرات المعلقة (0.1–0.3%) لاستيعاب الاستطالة الأكبر لبنية الكابل تحت توتر اللف
- التحقق من تغطية التسليح: تُقاس تغطية تسليح الأسلاك الفولاذية بصريًا — الحد الأدنى 90% فوق الغلاف الداخلي. تخلق الفجوات في تغطية التسليح نقاط ضعف حيث يتعرض الغلاف الداخلي لضرر ميكانيكي
- اختبار التوهين قبل وبعد التجميع: تُختبر الألياف للتوهين قبل التجميع (ألياف عارية)، بعد الأنابيب (ألياف في أنابيب)، وبعد التغليف النهائي (الكابل النهائي). أي زيادة أكبر من 0.05 ديسيبل/كم في أي مرحلة يتم التحقيق فيها — تشير إلى مشكلة تصنيع (توتر مفرط، انحناء ضيق، أنبوب مسحوق) يجب تصحيحها