Mô Tả Chi Tiết
Vì Sao Dùng Sợi Quang Trên Tang Cuốn?
Một máy chất dỡ liệu trong cảng than có chiều dài cần 40–60 mét, quãng đường di chuyển 500–1 000 mét dọc đường ray bãi liệu, và một tang cuốn cáp động cơ nhả và thu cáp khi máy di chuyển. Tang cuốn lưu trữ 500–1 000 mét cáp thành nhiều lớp. Mỗi mét cáp đó phải mang:
- Video CCTV từ camera trên cần và buồng máy tới cabin vận hành và phòng điều khiển từ xa
- Truyền thông PLC-tới-PLC giữa hệ thống điều khiển trên máy và hệ thống điều khiển trung tâm của cảng
- Dữ liệu Ethernet cho hệ điều hành cảng (TOS) và giám sát máy
- Khóa liên động an toàn — dừng khẩn cấp, phát hiện cháy, lệch băng tải — phải hoạt động không gián đoạn
Cáp cuốn sợi quang giải quyết cả ba vấn đề: không EMI, không vòng lặp đất, và trọng lượng mỗi mét nhẹ hơn cáp dữ liệu đồng tương đương.
Ống Lỏng Thép Không Gỉ so với PBT — Vì Sao Dùng Thép Cho Cáp Cuốn
Ống lỏng chứa sợi quang phải chịu được lực nén của nhiều lớp cáp quấn trên tang. Tang cuốn lưu trữ cáp thành nhiều lớp — 3, 5, 8 lớp hoặc hơn, tùy đường kính tang và chiều dài cáp. Lớp dưới cùng chịu lực nén của tất cả các lớp phía trên — có thể 500–1 000 N trên mỗi 100 mm chiều dài cáp.
| Thuộc tính | Ống lỏng PBT | Ống lỏng thép không gỉ |
|---|---|---|
| Khả năng chống nén | 1 000 N/100 mm (điển hình) | 4 000 N/100 mm (điển hình) |
| Giãn nở nhiệt | Cao (α ≈ 1.3 × 10⁻⁴/K) | Thấp (α ≈ 1.7 × 10⁻⁵/K) — tương thích sợi |
| Dải nhiệt độ | –40°C đến +70°C | –50°C đến +85°C |
| Hàng rào chống ẩm | Phụ thuộc gel lấp đầy | Ống kim loại = hàng rào chống ẩm tuyệt đối |
| Trọng lượng | Nhẹ hơn | Nặng hơn |
| Chi phí | Thấp hơn | Cao hơn (+30–50% chênh lệch) |
| Khả năng chống gặm nhấm | Dễ bị | Chống chịu |
Đối với cuốn trong nhà hoặc tải nhẹ (tang ngắn, ít lớp, môi trường kiểm soát), ống lỏng PBT là chấp nhận được. Đối với cuốn ngoài trời, tải nặng — máy chất dỡ liệu, cần trục STS, thiết bị khai thác mỏ — ống lỏng thép không gỉ là đặc tả tiêu chuẩn. Mức chênh lệch chi phí được bù đắp bằng việc loại bỏ hư hỏng nát ống vốn đòi hỏi thay toàn bộ cáp trên một máy có chi phí ngừng máy ngoài kế hoạch 5 000–20 000 USD mỗi giờ.
Chống Thấm Nước — Ba Lớp Phòng Thủ
Một cáp cuốn trên máy ngoài trời chịu mưa, tuyết, ngưng tụ và đôi khi ngập nước. Nước vào cáp đi theo các khe hở giữa các ống và di chuyển dọc chiều dài cáp. Khi chạm tới sợi quang, hai điều xảy ra:
- Sẫm màu do hydro: Nước phản ứng với bề mặt sợi thủy tinh silica, tạo ra đỉnh hấp thụ hydroxyl (OH⁻) tại 1 383 nm làm tăng suy hao
- Hư hại do đóng băng-tan băng: Nước đóng băng bên trong cáp giãn nở ~9%, tạo ứng suất cơ học lên sợi và ống
- Lớp 1 — Gel trong ống: Gel thixotropic lấp đầy khoảng trống giữa sợi và thành trong của mỗi ống thép không gỉ. Gel kỵ nước — nó đẩy nước và ngăn nước tiếp xúc sợi. Nó cũng bôi trơn chuyển động sợi khi cáp uốn
- Lớp 2 — Băng trương nở: Băng trương nở chống nước được quấn xoắn quanh cụm ống thép không gỉ. Nếu vỏ ngoài và lớp giáp bị xuyên thủng, nước chạm vào băng, băng trương nở và tạo nút gel chặn nước di chuyển dọc
- Lớp 3 — Sợi trương nở: Sợi aramid trương nở chống nước lấp đầy khe hở giữa các ống và dưới lớp giáp. Các sợi này cung cấp thêm khả năng chống nước dọc và đồng thời là phần tử chịu lực kéo
Quy Trình Sản Xuất Cáp Cuốn Sợi Quang Yichi
- Hàn ống thép không gỉ: Ống được tạo từ dải thép không gỉ AISI 304, hàn dọc và kéo xuống đường kính cuối. Đường hàn được kiểm tra liên tục bằng dòng điện xoáy — bất kỳ khuyết tật hàn nào tự động loại bỏ đoạn ống bị ảnh hưởng
- Kiểm soát chiều dài sợi dư (EFL): EFL được đo bằng OTDR trên từng ống trước khi bện cáp. Mục tiêu là 0.2–0.5% — cao hơn một chút so với sợi quang festoon (0.1–0.3%) để thích ứng với độ giãn dài lớn hơn của kết cấu cáp dưới lực căng cuốn
- Xác nhận độ phủ lớp giáp: Độ phủ giáp dây thép được đo quang học — tối thiểu 90% phủ trên vỏ trong. Khe hở trong độ phủ giáp tạo điểm yếu nơi vỏ trong bị phơi trước hư hại cơ học
- Kiểm tra suy hao trước và sau khi bện: Sợi được kiểm tra suy hao trước khi bện (sợi trần), sau khi đặt ống (sợi trong ống) và sau khi bọc vỏ cuối (cáp hoàn chỉnh). Bất kỳ mức tăng lớn hơn 0.05 dB/km ở bất kỳ giai đoạn nào đều được điều tra — nó chỉ ra vấn đề sản xuất (lực căng quá mức, uốn chặt, ống bị nát) phải được khắc phục