NO167777B

NO167777B - Fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel.

Info

Publication number: NO167777B
Application number: NO851556A
Authority: NO
Inventors: Paolo Gazzana Priaroggia
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1991-08-26
Also published as: MX162805A; SE8501922D0; SG93287G; ES543109A0; SE8501922L; DE3513859A1; AU568724B2; ES8606950A1; GB8509947D0; NO167777C; NO851556L; FR2563345B1; IT8420620A0; GB2157847B; DE3513859C2; US4676590A; IT1175834B; BR8501642A; IT8420620A1; GR850937B

Description

Oppfinnelsen angår en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel som er egnet for å legges på store dyp, hvor kabelen innenfor en tett metallmantel omfatter et sentralt, strekkbestanding, tvinnet rep hvis akse faller sammen med kabelaksen, og et antall rør som hvert løst opptar minst én optisk fiber, idet rørene strekker seg i skruelinjeform rundt repet og er féstet til dette.

En fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel utsettes for det hydrostatiske trykk som utøves av omgivel-sene, og utsettes derfor for trykkspenninger i radial retning, idet disse trykkspenninger er høyere jo større dybden er og består i hele levetiden av kabelen.

Trykkspenningene i radial retning av kabelen frem-bringer fare for sammenbrudd i kabelkonstruksjonen. Sammen-bruddsfaren er særlig alvorlig i de fiberoptiske undervanns-telekommunikasjonskabler på grunn av at de optiske fibrer er meget ømtålige.

De optiske fibrer er i virkeligheten ikke bare skjøre og følgelig lett kan gå i stykker, men tilstedeværelsen av mekaniske spenninger også av liten størrelse i disse kan forårsake en dempning av de overførte signaler.

Av dette følger at dersom sammenbrudd, også av liten størrelse eller omfang, skulle oppstå i konstruksjonen av en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel, settes kabelen ut av drift av de ovenfor angitte grunner da de optiske fibrer uunngåelig ville bli utsatt for mekaniske påkjenninger som i seg selv alltid er farlige.

For å unngå de nevnte farer er de kjente fiberoptiske undervanns-telekommunikasjonskabler forsynt med en metallisk armering som er motstandsdyktig mot mekaniske påkjenninger, rundt den sone hvor de optiske fibrer befinner seg, og ved økning av den dybde på hvilken kabelen legges og drives økes dimensjonene på den metalliske armering.

Tilstedeværelsen av en metallisk armering som omgir og beskytter de optiske fibrer, hvor armeringen er mer betyde-lig jo større dybden er der hvor den fiberoptiske undervannskabel drives, påvirker kabelens fleksibilitet i negativ retning da armeringen befinner seg langt fra den bøyningsnøytrale akse som som kjent er sammenfallende med selve kabelens lengdeakse.

Det er således kjent fiberoptiske undervanns-tele-kommunikas jonskabler med stort volum av metall pr. løpemeter, dvs. kabler med stor tyngde og derav følgende vanskeligheter ved leggingsoperasjonene. De store mengder av metall pr. løpemeter som er til stede i de kjente fiberoptiske under-vannskabler, gjør selve kablene følsomme for faren for blen-ding av de optiske fibrer på grunn av de større muligheter for at hydrogen som kommer fra metallet, kan komme i kontakt med de optiske fibrer og forårsake det angitte blendingsfenomen.

GB patentskrift 2 021 282 viser en fiberoptisk undervannskabel som er forsynt med en metallstruktur som er motstandsdyktig mot mekaniske påkjenninger og som omgir antallet av kabelens optiske fibrer som er anordnet rundt en sen-tral kjerne som er innesluttet i en vanntett metallmantel, og følgelig lider av de foran omtalte ulemper.

SE patentskrift 440 411 viser en fiberoptisk kabel med et antall optiske fibrer anordnet rundt en armering som er anbrakt i kabelens radialt innerste posisjon, og som har en vanntett metallmantel. De optiske fibrer er løst anbrakt i et antall rør som er viklet i skruelinjeform på den sentrale armering. Mellomrommene mellom rørene og mellom rørene og mantelen kan være fylt av et vannugjennomtrengelig medium, såsom vaselin. Ved denne kjente kabel dreier det seg om en jordkabel og ikke om en undervannskabel, og de ovenfor omtalte problemer med hensyn til motstand mot hydrostatisk trykk er følgelig ikke berørt i dette patentskrift.

US patentskrift 4 143 942 viser en fiberoptisk kabel som omfatter et strekkbestandig, tvinnet rep rundt hvilket det er anbrakt et antall rør som løst opptar optiske fibrer, og et rørformet plastlag som omslutter antallet av rør. Denne kabel er imidlertid heller ikke en undervannskabel, på grunn av at den er uten en vanntett metallmantel, og på grunn av at det ikke er sørget for noe element i kabelkonstruksjonen for å motstå hydrostatisk trykk. I patentskriftet er det foreslått å benytte skumlag, dvs. kompressibelt materiale, i kabelkonstruksjonen. Dette ville imidlertid gjøre kabelen radialt deformerbar under hydrostatisk trykk i tilfelle av anvendelse under vann, og således ødelegge de optiske fibrer.

Fra US patentskrift 4 153 332 er det kjent en fiberoptisk kabel som likner på ovennevnte kabel ifølge US patent 4 143 942, og som heller ikke er egnet for undervannsbruk. Kabelen har ikke noen vanntett metallmantel, og i kabelkonstruksjonen er det ikke sørget for noe element for å motstå hydrostatisk trykk.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel av den innledningsvis angitte type som er uten faren for sammenbrudd på grunn av hydrostatisk trykk, samtidig som den unngår tilstedeværelse av en metallisk armering som er anbrakt rundt den sone som opptas av de optiske fibrer, og som samtidig reduserer kabelens vekt og blendingsfarene for de optiske fibrer og optimerer kabelens fleksibilitet.

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at repet og rørene er festet til hverandre ved at de er innstøpt i et plastmateriale som fyller ethvert rom mellom metallmantelens indre overflate og repets ytre overflate, at ethvert gjenværende rom inne i rørene er fylt av et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, at ethvert rom mellom trådene i repet er fylt av et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, og at kabelen er uten noen mekanisk motstandsdyktig struktur radialt utenfor den sone hvor de optiske fibrer er anbrakt.

I den foreliggende beskrivelse betyr uttrykket "inkompressibelt fluidum" flytende stoffer, fortrinnsvis viskøse, også med høy viskositet, med unntagelse av gass.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser et snitt gjennom en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser i snitt og i forstørret målestokk en detalj i kabelen på fig. 1, og fig. 3 viser i snitt og i forstørret målestokk en detalj ved en alternativ utførelse.

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en fiberoptisk undervanns-telekommunikasj onskabel ifølge oppfinnelsen som er særlig egnet til å legges på store dyp, idet det med dette uttrykk menes dybder som er større enn 1000 m.

Som vist på fig. 1, har kabelen i retning innenfra og utover en armering 1 som er anbrakt i og opptar den radialt innerste posisjon i kabelen. Armeringens 1 akse faller sammen med kabelens akse, og armeringen er planlagt og derfor dimensjonert på en slik måte at den skal tåle i hovedsaken alle de strekkpåkjenninger som utøves på kabelen under dennes legging.

Armeringen 1 utgjøres av et kompakt antitorsjonsrep som er dannet av et antall skruelinjeviklede tråder 2 som er anordnet i overlappende, koaksiale lag hvor viklingsretningen for trådene i ett lag er motsatt av viklingsretningen i de tilstøtende lag.

Trådene 2 er av et materiale med meget høy mekanisk motstandsevne, f.eks. stål eller alternativt et materiale med en motstandsevne som kan sammenliknes med stål, såsom aromatisk polyamid eller karbonfibrer som i dette tilfelle reduserer mengden av metall som er til stede i kabelen.

Alle de rom 3 som er til stede mellom trådene, er fylt med et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, som f.eks. en vaselin, et silikonsmørefett eller liknende.

Trådene 2 kan dessuten, dersom de er av stål, for

å redusere rommene mellom trådene til et minimum, ha tverr-snittsformer som er egnet for formålet, som f.eks. trapes-form, Z-liknende form og liknende.

Et dekklag 4 av plastmateriale er anbrakt rundt armeringen 1 og består f.eks. av en polyolefin, såsom polyetylen, eller polyvinylklorid, nylon og liknende plast-materialer med lav varmeutvidelseskoeffisient. Dekklaget 4 er tett festet til repet som utgjør armeringen 1, slik at det ikke etterlates frie klaringsrom.

På dekklagets 4 sylindriske overflate 5, som har sirkulært tverrsnitt, er det i skruelinjeform viklet et antall rør 6 av plastmateriale eller metallmateriale og som er fylt med et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, som f.eks. en vaselin, et silikonsmørefett eller liknende, og som løst opptar i det minste én optisk fiber 7.

Veggtykkelsen av hvert rør avhenger av størrelsen av de rom som er uten det i hovedsaken inkompressible fluidum og som av en eller annen grunn kan være til stede inne i røret. En ikke fullstendig fylling av røret med det

i hovedsaken inkompressible fluidum tvinger i virkeligheten røret til å ha en iboende mekanisk motstandsevne overfor de

radiale trykkspenninger som er desto større jo mindre den understøttelse er som kan tilføres til rørets innervegg ved hjelp av det i hovedsaken inkompressible fluidum.

Som et alternativ er rommet mellom den indre overflate av røret, dersom dette er av plastmateriale, og den optiske fiber fullstendig opptatt av et lag av plastmateriale som er likt eller forskjellig fra det materiale som danner røret.

Rørene 6, som er skruelin jeviklet på dekklaget 4 av plastmateriale, er passende adskilt fra hverandre, og er f.eks. likt adskilt fra hverandre, og slik det er klart synlig på fig. 2, skjer kontakten mellom rørene 6 og lagets 4 overflate 5 langs en linje 8.

Ifølge en alternativ utførelse som er vist på fig. 3, er dekklagets 4 radialt ytre overflate 5 forsynt med spor 9 som har en skruelinjeformet bane og hvis tverrsnitt har en krummingsradius som er lik krummingsradien til rørenes 6 ytterflate, men som har en dybde med dimensjoner som er klart mindre enn rørenes 6 tverrsnittsdimensjoner, for å utføre bare en stabiliseringsoppgave ved anbringelse av rørene på lagets 4 overflate 5.

I denne situasjon kommer rørene 6 med en mindre del av sin ytterflate i kontakt med overflaten 5 langs hele overflaten av sporene 9.

På sammenstillingen av rørene 6 og dekklaget 4 finnes et første lag 10 av plastmateriale som er tilveie-brakt ved ekstrudering. Laget 10 av plastmateriale består f.eks. av en polyolefin, såsom polyetylen eller polyvinylklorid, nylon og liknende materialer med lav varmeutvidelseskoeffisient, og lagets radialt indre overflate har en komplementær form i forhold til overflaten av sammenstillingen av dekklaget 4 og rørene 6 på hvilken det nevnte lag er ekstrudert.

Den radialt indre overflate av. plastlaget 10 følger følgelig fullstendig formen på de overflater som er uten den gjensidige kontakt mellom rørene 6 og dekklaget 4.

På denne måte er ethvert klaringsrom mellom rørene fullstendig fylt med plastmaterialet i det første lag 10.

Som vist på fig. 1, er en vanntett metallkappe eller metallmantel 11 til stede på det første lag 10 og i nær kontakt med den radialt ytre overflate av dette. Metallmantelen 11 har bare en vanntettende funksjon og utgjør ikke, og må heller ikke i praksis utgjøre noen armering for kabelen som er motstandsdyktig overfor påkjenningene både i langsgående retning og i tverrgående retning.

Metallmantelen 11 har en tykkelse på f.eks. noen tidels millimeter. Vanligvis har metallmantelens 11 tykkelse den minimale verdi som er nødvendig ved de konstruktive be-hov, og tykkelsen forblir i hovedsaken konstant uansett hva dybden kan være der hvor kabelen legges og drives.

Metallmantelen 11, f.eks. av aluminium, kan oppnås ved hjelp av ekstrudering på det første lag 10.

Alternativt kan metallmantelen 11 oppnås ved langsgående vikling av et metallbånd, f.eks. av aluminium, på det første lag 10 og i direkte kontakt med dettes radialt ytre overflate, slik at båndets langsgående kanter bringes i gjensidig kontakt ved at de fastgjøres ved hjelp av en lod-dingsoperasjon eller, dersom de langsgående kanter overlap-per hverandre, ved at de forsegles på tett måte med mastiks eller liknende.

Rundt den vanntette metallmantel 11 er det anordnet et andre lag 12 av plastmateriale, f.eks. en polyolefin, såsom polyetylen.

Andre lag som ikke er vist på fig. 1, kan være

til stede på laget 12, som f.eks. en anti-pæleorm-beskyttelse av i og for seg kjent type, men ingen av disse lag må i praksis med sitt nærvær frembringe en mekanisk motstandsdyktig armering for kabelen.

På denne måte er en fiberoptisk undervannstelekonmuni-kasjonskabel ifølge oppfinnelsen uten noen radialt ytre, mekanisk motstandsdyktig armering som omgir den sone hvor de optiske fibrer befinner seg, og derfor også utenfor den vanntette metallkappe eller metallmantel 11.

I en alternativ utførelse som ikke er vist på tegningen, er en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen forskjellig fra den som er be-skrevet foran og vist på tegningen, bare på grunn av fravær av dekklaget av plastmateriale som er anbrakt rundt det kompakte antitorsjonsrep som er fylt med et praktisk talt inkompressibelt fluidum, idet laget er tett festet til det nevnte rep uten å etterlate frie klaringsrom.

Ifølge denne alternative utførelse er rørene som er fylt med et inkompressibelt fluidum og løst opptar i det minste en optisk fiber, skruelinjeviklet på det kompakte antitorsjonsisep som utgjør armeringen, og er derfor i direkte kontakt med denne.

I denne situasjon er kabelens første lag av plastmateriale ekstrudert på den sammenstilling som er dannet av armeringen og rørene, og den radialt innerste overflate av dette første lag har følgelig en komplementær form i forhold til overflaten av armering-rør-sammenstillingen, slik at eventuelle klaringsrom er fylt med det første lags materiale.

Som et alternativ (ikke vist) til de foran be-skrevne utførelser av kabelen ifølge oppfinnelsen kan videre kabelens armering omfatte et langsgående, metallisk element med høy elektrisk ledningsevne, slik at den har en elektrisk leder i parallell for å mate de optoelektroniske forsterkere for de signaler som overføres av de optiske fibrer som er anordnet langs kabelen, idet den andre leder utgjøres av metallmantelen.

Det langsgående, metalliske element med høy elektrisk ledningsevne utgjøres f.eks. av i det minste en tilhørende kobbertråd og er innstøpt eller viklet rundt repet som utgjør armeringen 1.

Ut fra den foregående beskrivelse av noen ut-førelser av den fiberoptiske undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen og ut fra betraktninger som skal gis i det følgende, vil det innses at de tilsiktede formål oppnås ved hjelp av den nevnte kabel.

I en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen er den eneste mekanisk motstands-dyktige armering som er til stede i kabelen, konsentrert ved den radialt innerste sone av kabelen i form av et kompakt antitorsjonsrep hvis akse faller sammen med kabelens akse, og armeringen er dimensjonert for i praksis å tåle alle de påkjenninger som kabelen utsettes for under legging. Dette betyr at den armering som er motstandsdyktig mot de mekaniske påkjenninger og som skal innleires i en fiberoptisk undervanns-telekommunikas jonskabel, er redusert til et minimum.

Da videre alle de rom som er til stede mellom trådene som danner armeringen, er fylt med et praktisk talt inkompressibelt fluidum, og da også rørene som løst opptar de optiske fibrer, er fylt med et materiale eller fluidum som er praktisk talt inkompressibelt, er det i en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen i realiteten ikke rom som er uten materiale i sin konstruksjon, med unntagelse av mulige, meget små hulrom som er uunngåelige ved selve kabelens fremstilling.

For større sikkerhet kan videre rørene som er fylt med det praktisk talt inkompressible fluidum og som løst opptar de optiske fibrer, ha en sådan tykkelse at de gis en mekanisk motstandsevne mot de radiale trykkspenninger og mot de mulige farer som skriver seg fra en eventuelt ikke perfekt og fullstendig fylling med det praktisk talt inkompressible fluidum.

Som følge av de foran angitte egenskaper har man funnet at en kabel ifølge oppfinnelsen ikke utsettes for sammenbruddsfarer som følge av trykkspenningene i radial retning under innvirkningen av det hydrostatiske trykk uansett dettes verdi og følgelig uansett hva kabelens leg-gingsdybde kan være.

Dette gjør det mulig å unngå å omgi den kabelsone hvor det optiske fibrer befinner seg, med de mekanisk mot-standsdyktige armeringer som hittil er blitt betraktet som absolutt nødvendige for å unngå farene for sammenbrudd i kablenes konstruksjon.

I en fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel ifølge oppfinnelsen oppnås med andre ord på over-raskende måte kombinasjonen av et minimum av mekanisk motstandsdyktig konstruksjon med et maksimum av motstand mot mekaniske spenninger som hittil er blitt betraktet som

umulig å oppnå for kabler av denne type.

Realiseringen av kabelens vanntette mantel med et metall-lag skyldes det faktum at det bare med et metallisk materiale er mulig å oppnå ugjennomtrengelighet, men det metalliske lag som danner mantelen i kabelen ifølge oppfinnelsen, har den mulige minimumstykkeIse som er forenlig med kabelens konstruksjonsbetingelser, og endrer seg ikke med den dybde på hvilken kabelen skal legges.

Følgelig utfører heller ikke metallmantelen i praksis noen funksjon med mekanisk motstandsdyktig armering for kabelen.

Dessuten oppnås en optimering av kabelens fleksibilitet på grunn av det faktum at hele den mekanisk motstands-dyktige armering er konsentrert til den radialt innerste sone av kabelen i form av et rep, idet dette er dimensjonert på en slik måte at det tåler alle påkjenningene under leg-gingen, og hvor repets akse er sammenfallende med kabelens lengdeakse som som kjent er nøytralaksen under bøyepåkjen-ningene.

Når man da har redusert til et minimum den metall-mengde som er til stede pr. løpemeter av kabelen, foruten at vekten av denne er gjort minimal, hvilket letter leggingsoperasjonene, er den mengde hydrogen som kan unnslippe fra det metalliske materiale og komme i kontakt med de optiske fibrer, redusert til et minimum. Faren for at de optiske fibrer kan bli blendet av virkningen av det nevnte hydrogen er følgelig redusert til et minimum.

I en kabel ifølge oppfinnelsen gjør endelig an-vendelsen av en elektrisk leder i parallell med metall-armeringen, hvilket forbedrer sistnevntes ledningsevne, det mulig å benytte den samme for mating av de optoelektroniske forsterkere for de signaler som overføres av de optiske fibrer, og å overlate funksjonen med returleder til metallmantelen

i stedet for til sjøen som omgir kabelen. På denne måte utføres den dielektriske funksjon av det plastmateriale som er innskutt mellom armeringen og metallmantelen, og ikke av laget av plastmateriale som dekker sistnevnte.

Av dette følger at laget av plastmateriale som dekker mantelen, og som uunngåelig utsettes for sjøvirkningen, ikke utsettes for elektriske påkjenninger slik som i de kjente kabler, og følgelig unngås de elektrokjemiske fenomener som fører til dannelsen av de såkalte "vann-trær" i det nevnte lag og til mulig korrosjon av selve metallmantelen.

Claims

1. Fiberoptisk undervanns-telekommunikasjonskabel som er egnet for å legges på store dyp, hvor kabelen innenfor en tett metallmantel (11) omfatter et sentralt, strekkbestanding, tvinnet rep (1) hvis akse faller sammen med kabelaksen, og et antall rør (6) som hvert løst opptar minst én optisk fiber (7), idet rørene (6) strekker seg i skruelinjeform rundt repet (1) og er festet til dette, KARAKTERISERT VED at repet (1) og rørene (6) er festet til hverandre ved at de er innstøpt i et plastmateriale (10) som fyller ethvert rom mellom metallmantelens (11) indre overflate og repets (1) ytre overflate, at ethvert gjenværende rom inne i rørene (6) er fylt av et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, at ethvert rom (3) mellom trådene (2) i repet (1) er fylt av et i hovedsaken inkompressibelt fluidum, og at kabelen er uten noen mekanisk motstandsdyktig struktur radialt utenfor den sone hvor de optiske fibrer (7) er anbrakt.

2. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at repet (1) omfatter et dekklag (4) av plastmateriale som omgir og kontakter trådene (2) i repet, og at rørene (6) er i kontakt med dekklaget (4).

3. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at trådene (2) er dannet av stål.

4. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at trådene (2) er dannet av en aromatisk polyamid.

5. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at trådene (2) er dannet av karbonfibrer.

6. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at repet (1) videre omfatter en leder med en ledningsevne som er større enn trådenes (2) ledningsevne.

7. Undervannstelekommunikasjonskabel ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at lederen er dannet av kobber.