Подробное Описание
Зачем нужно волокно на намоточном барабане?
Штабелёр-перегружатель на угольном терминале имеет стрелу длиной 40–60 метров, ход 500–1 000 метров вдоль рельсов склада и моторизованный кабельный намоточный барабан, который выдаёт и выбирает кабель по мере перемещения машины. Намоточный барабан хранит 500–1 000 метров кабеля в несколько слоёв. Каждый метр этого кабеля должен передавать:
- Видео CCTV с камер на стреле и в машинном отделении в кабину оператора и удалённую диспетчерскую
- Связь PLC-to-PLC между бортовой системой управления машины и центральной системой управления терминала
- Данные Ethernet для терминальной операционной системы (TOS) и мониторинга машин
- Цепи безопасности — аварийный стоп, обнаружение пожара, несоосность ленты — которые должны работать без перебоев
Намоточный кабель с оптическим волокном решает все три проблемы: нет ЭМП, нет контуров заземления и меньший вес на метр по сравнению с эквивалентным медным кабелем передачи данных.
Стальные трубки против трубок из PBT — почему сталь для намотки
Свободные трубки, в которых размещены оптические волокна, должны выдерживать усилие сжатия от нескольких слоёв кабеля, намотанного на барабан. Намоточный барабан хранит кабель слоями — 3, 5, 8 слоёв и более, в зависимости от диаметра барабана и длины кабеля. Нижний слой испытывает усилие сжатия всех слоёв над ним — потенциально 500–1 000 Н на 100 мм длины кабеля.
| Свойство | Свободная трубка из PBT | Свободная трубка из нержавеющей стали |
|---|---|---|
| Стойкость к сжатию | 1 000 Н/100 мм (типично) | 4 000 Н/100 мм (типично) |
| Тепловое расширение | Высокое (α ≈ 1,3 × 10⁻⁴/К) | Низкое (α ≈ 1,7 × 10⁻⁵/К) — согласовано с волокном |
| Диапазон температур | от -40 °C до +70 °C | от -50 °C до +85 °C |
| Барьер для влаги | Зависит от гелевого заполнения | Металлическая трубка = абсолютный барьер для влаги |
| Вес | Легче | Тяжелее |
| Стоимость | Ниже | Выше (премия +30–50%) |
| Стойкость к грызунам | Уязвима | Стойкая |
Для внутренней или лёгкой намотки (короткий барабан, несколько слоёв, контролируемая среда) свободные трубки из PBT приемлемы. Для наружной тяжёлой намотки — штабелёров-перегружателей, кранов STS, горнодобывающего оборудования — стальные свободные трубки являются стандартной спецификацией. Ценовая премия оправдана устранением отказов из-за смятия трубок, которые иначе потребовали бы полной замены кабеля на машине, где незапланированный простой стоит $5 000–20 000 в час.
Влагоблокировка — три уровня защиты
Намоточный кабель на наружной машине подвергается воздействию дождя, снега, конденсата и периодическому погружению. Вода, попавшая в кабель, следует по промежуткам между трубками и мигрирует вдоль длины кабеля. Когда она достигает волокна, происходит две вещи:
- Водородное затемнение: Вода реагирует с поверхностью кварцевого волокна, создавая пики поглощения гидроксильными группами (OH⁻) на 1 383 нм, которые увеличивают затухание
- Повреждение при замораживании-оттаивании: Вода, замёрзшая внутри кабеля, расширяется примерно на 9%, создавая механическое напряжение на волокнах и трубках
- Уровень 1 — гель в трубках: Тиксотропный гель заполняет пространство между волокном и внутренней стенкой каждой стальной трубки. Гель гидрофобен — он отталкивает воду и предотвращает её контакт с волокном. Он также смазывает движение волокна при изгибе кабеля
- Уровень 2 — набухающая лента: Водонабухающая лента спирально наматывается вокруг пучка стальных трубок. Если наружная оболочка и броня повреждены, вода контактирует с лентой, которая набухает и образует гелевую пробку, блокирующую продольную миграцию воды
- Уровень 3 — набухающие нити: Водонабухающие арамидные нити заполняют промежутки между трубками и под слоем брони. Эти нити обеспечивают дополнительную продольную влагоблокировку и также служат растягивающими элементами
Производство намоточного кабеля с оптическим волокном Yichi
- Сварка стальных трубок: Трубки формируются из ленты нержавеющей стали AISI 304, свариваются продольным швом и протягиваются до конечного диаметра. Сварной шов непрерывно контролируется вихретоковым методом — любой дефект сварки вызывает автоматическое отбраковку соответствующей длины трубки
- Контроль избыточной длины волокна (EFL): EFL измеряется методом OTDR на каждой трубке перед скруткой. Целевое значение 0,2–0,5% — немного выше, чем у фестонного волокна (0,1–0,3%), чтобы учесть большее удлинение конструкции кабеля под намоточным натяжением
- Проверка покрытия бронёй: Покрытие стальной проволочной бронёй измеряется оптически — минимум 90% покрытия над внутренней оболочкой. Пробелы в покрытии бронёй создают слабые места, где внутренняя оболочка подвержена механическим повреждениям
- Испытание затухания до и после скрутки: Волокна испытываются на затухание до скрутки (голое волокно), после размещения в трубках (волокна в трубках) и после окончательной оболочки (готовый кабель). Любое увеличение более 0,05 дБ/км на любом этапе расследуется — оно указывает на производственную проблему (чрезмерное натяжение, крутой изгиб, смятие трубки), которую необходимо устранить