SE462006B - Submarin telekabel foer stora havsdjup - Google Patents

Description

4.62 10 15 20 25 30 35 006 2 är nödvändig vid alla typer av submarina kablar för genom- förande av deras utläggning, anordnad runt den metalliska påbyggnaden som är motståndskraftig mot kompressionspå- känningarna i kabelns radiella riktning.

Ett annat exempel på kända submarina fiberoptiska telekablar är den som beskrivs i australisk patentansökan 74368/81. Även denna kabel är försedd med en mekaniskt mot- ståndskraftig armering av ståltrådar anordnade runt ett metallhölje, som omger en cylindrisk kärna där de optiska fibrerna innesluts i fördjupningar i kärnans yta.

Av de kända submarina fiberoptiska telekablarna är det uppenbart att fackmannen på området anser att ett behov föreligger att utforma en mekaniskt motståndskraftig armering, som omger knippena av optiska fibrer samt som måste ha större dimension ju större det djup är på vilket kabeln skall nedläggas.

Härutöver kan konstateras att de kända kablarnas flexibilitet är negativt påverkad genom att den metalliska armeringen i och för att omge de optiska fibrerna ligger långt från kabelns neutrala böjaxel, vilken som känt är samman- faller med kabelns geometriska axel. Detta innebär att ned- läggningsoperationerna kompliseras.

Slutligen utgör den stora mängden metall per löpmeter kabel i de kända submarina fiberoptiska telekablarna en ökad risk för förblindning av de optiska fibrerna som följd av det väte som kan alstras av dessa metaller och komma i kontakt med de optiska fibrerna.

Redogörelse för uppfinningen Syftet med den föreliggande uppfinningen är att undvika ovan angivna nackdelar hos de kända submarina fiber- optiska telekablarna och speciellt vid sådana som är avsedda för stora djup. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är så- lunda att åstadkomma en submarin fiberoptisk telekabel som omfattar en cylindrisk kärna, vars yttersta yta är utformad med spiralformiga fördjupningar, varvid varje fördjupning inrymmer minst en optisk fiber och den cylindriska kärnan är innesluten i ett vattentätt metallhölje. Det karakteristiska _» 10 15 20 25 30 35 462 006 3 för telekabeln är att den cylindriska kärnan utgörs av en plast som innesluter och är förbunden med'en armering an- ordnad i det radiellt innersta läget och vars axel samman- faller med kabelns axel, varvid armeringen utgörs av ett kompakt antitorsionsband utformat av trådar vilkas mellanrum utfyllts med en okomprimerbar vätska, samt av att även de spiralformiga fördjupningarna som inrymmer de optiska fibrerna är fyllda med okomprimerbar vätska och av att kabeln saknar helt all annan armering som är motstånds- kraftig mot mekaniska påkänningar och anordnad radiellt utanför och runt den zon där de optiska fibrerna är förlagda.

I föreliggande beskrivning avser termen "okompri- merbar vätska" vätskesubstanser, företrädesvis viskösa sådana och även med hög viskositet med undantag för gaser.

Det kompakta antitorsionsbandet, som bildar arme- ringen i den submarina kabeln enligt den föreliggande uppfin- ningen, är dimensionerad att motstå huvudsakligen alla drag- påkänningar under utläggningen av kabeln. Dessutom är de optiska fibrerna löst förlagda i de spiralformiga för- djupningarna, vilka är fyllda med okomprimerbar vätska, och de kan.varanakna eller ha ett skydd såväl av "anliggande" som av löst slag. I det senare fallet innehåller fördjup- ningarna minst ett rör fyllt med okomprimerbar vätska där åtminstone en optisk fiber är löst inrymd och utrymmet mel- lan röret och fördjupningen är fyllt med okomprimerbar vätska.

Alternativt är utrymmet mellan rören och fördjup- ningarna fyllt med plast som sjunker ned i fördjupningarna och tillsluter varje mellanrum runt rören, varvid plasten tillhör ett skikt som är infört mellan metallhöljet och den yttersta ytan på den cylindriska kärnan av plast. På detta sätt får det mellan metallhöljet och den yttersta ytan på den cylindriska plastkärnan införda plastmaterialet åsar som antar en form som är komplementär till den för rören som är nedsänkta i de spiralformiga fördjupningarna.

Föredragna utföringsformer Föreliggande uppfinning kommer attförstås bättre genom följande detaljerade beskrivning av exemplifierande utföringsformer, som dock ej är avsedda att begränsa skydds- 462 10 15 20 25 30 35 006 14- omfånget men som i samband med bifogad ritning åskådliggör uppfinningen. På ritningen återger fig. 1 en perspektivvy av en del av en submarin fiberoptisk telekabel enligt den föreliggande uppfinningen med vissa delar i snitt för åskådliggörande av dess upp- byggnad, fig. 2 ett snitt genom en alternativ utföringsform av kabeln enligt uppfinningen och fig. 3 en förstorad detaljvy i snitt från en ytter- ligare modifierad kabel enligt uppfinningen.

Figur 1 återger en submarin fiberoptisk telekabel enligt den föreliggande uppfinningen som är särskilt lämpad för att nedläggas på stora djup, varmed avses djup som är större än 1000 meter.

Såsom visas i fig. 1 omfattar kabeln en cylindrisk kärna 1 av plast som innesluter och är förenad med en armering 2, vilken är så förlagd att den upptar den radi- ellt innersta delen av kärnan, varvid armeringens axel sammanfaller med kabelns axel 3.

Armeríngen 2 är avsedd och därmed dimensionerad för att utstå huvudsakligen alla de dragpåkänningar som påförs kaveln under dess utläggning och innefattar ett kompakt antitorsionsband som bildas av ett flertal trådar H av ett material med mycket gott mekaniskt motstånd mot dragpå- känningar, exempelvis stål. Trådarna H som bildar armerings- bandet 2 är spiralformigt anordnade med varandra koaxiellt överlappande skikt och lindningsriktningen för trådarna i ett skikt är motsatt den för trådarna i i de närliggande skikten. På detta sätt kommer bandet när det utsättes för dragning icke att välja vrida sig och har mycket god flexi- bilitet. Dessutom kan trådarna 4 ha ett cirkulärt tvärsnitt eller en form varmed det utrymme som föreligger mellan var- andra närliggande trådar reduceras, exempelvis trapetsform, Z-liknande form eller liknande.

De utrymmen 5 som oundvikligen föreligger bland trådarna 4 är fyllda med praktiskt taget okomprimerbar vätska, exempelvis petroleumgelé, silikonfett eller liknande. 10 15 20 25 30 35 462 006 5 Runt det kompakta antitorsionsbandet, som bildar arme- ringen 2 i kabeln och upptar den cylindriska kärnans 1 radi- ellt innersta del, är ett skikt 6 av plast anordnat. Detta skikt 6 är fixerat på armeringens 2 ytteryta och de eventu- ella utrymmen som skulle kunna föreligga mellan de olika elementen är fyllda med praktiskt taget okomprimerbar vätska, exempelvis samma okomprimerbara vätska som fyller utrymmena 5 bland trådarna U.

Den plastsonzbildar skiktet 6 kan exempelvis vara en polyolefin såsom polyetylen. Företrädesvis väljes plasten för skiktet 6 bland dem som har den minsta termiska expan- sionskoefficienten såsom polypropylen, polyvinylklorid, nylon eller liknande, även om detta icke får betraktas som någon be- gränsning av uppfinningen.

Kärnans 1 ytteryta är försedd med spiralformiga för- djupningar 7 fyllda med okomprimerbar vätska i likhet med den som fyller ut utrymmena mellan armeringens 2 trådar 4.

Varje spiralformig fördjupning 7, vars särdrag kommer att närmare anges senare, inrymmer på ett löst sätt minst en optisk fiber 8.

Ett vattentätt metallhölje 9 är anordnat runt den cylindriska kärnan 1 och i kontakt med dess ytteryta.

Metallhöljet 9 utgör en förslutningsvägg för fördjupningarna 7, vilka är fullständigt fyllda med okomprimerbar vätska där de optiska fibrerna löst inrymmes. Följaktligen förekommer ej några materialfria utrymmen mellan metallhöljet 9 och den cylindriska kärnan 1.

Metallhöljet 9 har endast en tätande funktion och utgör i praktiken icke alls någon kabelarmering som skulle vara motståndskraftig mot påkänningar i såväl längd- som tvärriktningarna. Metallhöljet 9 har en tjocklek på exempel- vis nâgra tiondels millimeter. Generellt sett har höljets 9 tjocklek det minimivärde som krävs ur tillverkningssyn- punkt och denna tjocklek förblir oförändrad vilket djup som än kommer ifråga för kabelns utläggning och funktion.

Höljet 9 kan, om det är av aluminium, åstadkommas genom sprutpressning. Alternativt kan höljet 9 åstadkommas 462 10 15 20 25 30 35 006 6 genom längsgående lindning av ett metallband på kärnan, exempelvis ett band av aluminium eller annan metall, varvid bandets längsgående kanter bringas i kontakt med varandra och lödes mot varandra eller om de längsgående kanterna överlappar varandra genom att de tätas mot varandra med asfalt eller liknande.

Runt metallhöljet är ett plastskikt 10 anordnat exempelvis av en polyolefin såsom polyetylen. Andra, i fig. 1 icke visade skikt kan anordnas på skiktet H0, såsom exempel- vis antiskeppsmaskskydd av känt slag, men icke något av dessa skikt får i praktiken bidra till att bilda någon mekaniskt motståndskraftig armering för kabeln.

På detta sätt undvikes varje armering som är mot- ståndskraftig mot mekaniska påkänningar och är belägna radi- ellt utanför den zon som upptas av de optiska fibrerna i den submarina telekabeln enligt den föreliggande uppfinningen.

Detta gäller därmed även utanför dess vattentäta hölje.

Såsom angivits ovan är optiska fibrer 8 löst an- ordnade i de spiralformiga fördjupningarna 7, som är fyllda med en praktiskt taget okomprimerbar vätska. De spiral- formiga fördjupningarna 7 har en bredd vid ytterytan på den kärna vari de är utförda samt ett djup som ej är större 5 mm.

De optiska fibrerna 8, som är löst förlagda i de spiralformiga fördjupningarna 7 med okomprimerbar vätska, kan vara nakna eller försedda med ett skydd av "tät" typ eller lös typ. Med "tät" avses härvid att den op- tiska fibern är täckt med minst ett skikt av plast som tätt anligger mot densamma.

I det fall då de optiska fibrerna har ett skydd av löst slag, dvs. då de optiska fibrerna inrymmes inuti rör, kan dessa rör vara av plast eller metall samt fyllda med en praktiskt taget okomprimerbar vätska såsom exempelvis petroleumgelé, silikonfett eller liknande. Tjockleken på rörväggen beror av förekomsten av utrymmen som är fria från okomprimerbar vätska som av något skäl skulle kunna före- komma inuti själva röret. Faktum är att ett med okomprimer- 10 15 20 25 30 35 462 006 7 bar vätska icke fullständigt fyllt rör medför att ju större mekaniskt motstånd mot radiella komprimeringspåkänningar ju mindre stöd kan ges till rörets innervägg medelst den okomprimerbara vätskan.

Pig. 2 avser en alternativ utföringsform av den submarina fiberoptiska telekabeln enligt uppfinningen.

Den i fig. 2 visade kabeln skiljer sig från den i fig. 1 enbart därigenom att mellan metallhöljet 9 och kärnans 1 ytteryta är ett skikt av plast 11 anordnat. Det plast- material som bildar skiktet 11 kan vara samma som eller något annat än det som bildar skiktet 6 på kärnan 1.

Såsom framgår av fig. 2 är plastskiktet 11 ett rörformigt skikt med en inneryta av cylindrisk form med cirkulärt tvärsnitt i direkt kontakt med kärnans 1 ytter- yta. Följaktligen utgör det rörformiga skiktets 11 inner- yta en förslutningsvägg för fördjupningarna 7, som är full- ständigt fyllda med okomprimerbar vätska och löst inne- sluter de optiska fibrerna.

I en alternativ utföringsform som ej visas i figu- rerna, fyller skiktets 11 plastmaterial delvis fördjup- ningarna 7,som innehåller okomprimerbar vätska och löst inrymmer de optiska fibrerna. Enligt denna alternativa ut- föringsform utskjuter kammar från skiktets 11 inneryta in i fördjupningarna 7. Även i utföringsformerna enligt fig. 2 och den ovan nyss beskrivna icke visade kan de löst i de spiral- formiga fördjupningarna 7 inrymda optiska fibrerna vara nakna eller försedda med ett skydd av "tät" eller lös typ.

När de optiska fibrerna i en kabel enligt den föreliggande uppfinningen är försedda med ett skydd av lös typ så föreligger en ytterligare alternativ utföringsform, vilken skiljer sig från kabeln enligt fig. 2 med de särdrag som framgår av fig. 3.

Såsom visas i fig. 3 är ett rör 13 av plast eller metall, fyllt med en praktiskt taget okomprimerbar vätska såsom petroleumgelé, silikonfett eller liknande inneslutande en optisk fiber 14 anordnat inuti de spiralformiga för- 462 10 15 20 25 30 35 006 8 djupningarna 12, som är upptagna i kabelkärnans 1 ytteryta.

De spiralformiga fördjupningarna 12 har ett tvärsnitt som vid botten är cirkulärt med en radie som är lika med det för rörets 13 ytteryta och därför ligger röret i per- fekt kontakt med botten på de spiralformiga fördjupningarna.

I direkt kontakt med kärnans 1 ytteryta föreligger dessutom ett rörformigt skikt 15 av plast, vilket är för- sett med kammar 16 som utskjuter från dess egen inneryta in mot de spiralformiga fördjupningarna 12 för att utfylla samtliga de utrymmen som lämnats fria av röret 13 och antar därför en profil som är komplementär till den för röret. Följaktligen har kammarna 16 i motsvarighet till sin egen överdel en cirkulär hålighet vars radie är den- samma som radien på rörets 18 ytteryta.

Både plasten i skiktet 15 och i röret 13, om detta är utfört av plast, är exempelvis av en polyolefin såsom polyetylen eller av olika slag, exempelvis av polyolefin i skiktet 15 och nylon i röret 13. På plastskiktet 15 och i direkt kontakt därmed är ett vattentätt metallhölje 17 anordnat, som är identiskt lika dem som visats för ut- föringsformerna enligt fig. 1 och 2 och vilket i sin tur täckes av ett plastskikt 18.

Vid samtliga ovan beskrivna utföringsformer av den submarina fiberoptiska telekabeln enligt den föreliggande uppfinningen har armeringen 2, som utgörs av ett kompakt antitorsionsband, trådar 4 av ett material med mycket stort mekaniskt motstånd såsom exempelvis stål.

För att utforma ett kompakt antitorsionsbafid, Sum är avsett som armering 2, är det möjligt att använda trådar av material vilka har ett mekaniskt motstånd som är jämförbart med det för stål såsom exempelvis trådar av aromatisk polyamid eller trådar av kolfiber. I fall med armeringen utformad av polyamidtrådar eller kolfiber- trådar är de mellan trådarna förekommande mellanrummen fullständigt fyllda med en praktiskt taget okomprimerbar vätska, exempelvis petroleumgelé, silikonfett eller liknande. 10 15 20 25 30 35 462 006 9 Såsom ett alternativ (ej visat) till samtliga ovan beskrivna utföringsformer kan armeríngen 2 för kabeln om- fatta ett längsgående metallelement med hög elektrisk led- ningsförmåga för att bilda en parallell elektrisk ledare. för att mata de optoelektroniska förstärkarna för de sig- naler som överförs medelst de optiska fibrerna utmed kabeln, varvid den andra ledaren bildas av metallhöljet.

Exempelvis utgörs det längsgående metallelementet med hög elektrisk ledningsförmåga av minst en koppartråd, varvid den är inbakad i eller lindad runt bandet som bildar ar- meringen 2 i kabeln.

Av den ovangivna beskrivningen av vissa utförings- former av den föreliggande uppfinningen och genom de syn- punkter som kommer att anföras nedan bör det framgå att de uppställda ändamålen är uppnådda.

Genom de problemlösningar som erhållits med den föreliggande uppfinningen har det för det första blivit möjligt att nedbringa den mekaniskt motståndskraftiga arme- ringen i en submarin kabel till ett minimum, speciellt då det gäller kablar för stora djup. I motsats till vad som hittills ansetts vara absolut nödvändigt för undvikande av kabelsammanbrott under påverkan av det hydrostatiska trycket har man med den föreliggande uppfinningen sålunda lyckats helt undanröja all metallisk armering, som skulle behövas för att motstå väsentligen alla de mekaniska påkänningarna, runt den zon som uppvisar de optiska fibrerna.

Det förvånande resultatet kan eventuellt hänföras till koncentrationen av hela kabelns armering i form av ett antitorsionsband i kabelns radiellt innersta zon i plast- kärnan, så att kabelaxeln sammanfaller med armeringens axel; och genon1att.fylla icke enbart de utrymmen som före- ligger bland bandets trådar med praktiskt taget okompri- merbar vätska utan även varje utrymme som föreligger mellan kabelkärnan och det vattentäta metallhöljet i kabeln och speciellt i de spiralformiga fördjupningarna som är upp- tagna i kärnan, vilka fördjupningar var och en inrymmer minst en optisk fiber. 462 10 15 20 25 30 35 006 10 På detta sätt kommer mycket små fria utrymmen att kvarstå i kabelstrukturens komponenter på grund av ound- vikliga imperfektheter under tillverkningen, vilka icke innehåller okomprimerbar vätska, och nâgra sammanbrotts- risker uppkommer ej för kabeln icke ens under de mycket höga f tryck som uppträder vid utläggning på stora djup såsom sådana som är större än 1000 meter.

När de optiska fibrerna är löst inrymda inuti rören av plast eller metall och fyllda med okomprimerbar vätska, så kan dessutom även rören ha ett mekaniskt motstånd mot radiella komprimeringspåkänningar för att undanröja alla risker på grund av icke helt utfyllning av rören med okom- primerbar vätska.

Det faktum att ha koncentrerat hela kabelns armering till den radiellt innersta zonen av kabeln, så att armeringens axel sammanfaller med kabelaxeln, och mått- sätter armeringen så att den i praktiken motstår enbart alla dragpåkänningar som uppträder under utläggningen med- ger en reducering av volymen metall som ingår till ett minimum. Detta innebär att det är möjligt att erhålla kablar med en vikt som reducerats till minimum, vilka därmed har maximal flexibilitet.

Nedbringandet av metallvolymen till ett minimum, per löpmeter kabel enligt den föreliggande uppfinningen reducerar dessutom den mängd väte som kan avges av metallen och följaktligen nedbringas risken för att de optiska fib- rerna skall förblindas av väte till att vara helt obetydlig.

Slutligen innebär användningen av en parallell elektrisk ledare utmed metallarmeringen enligt uppfinningen att armeringens ledningsförmåga förbättras och att den kan användas för att mata de optoelektroniska förstärkarna för signalerna som överförs av de optiska fibrerna, varvid * metallhöljet kan utnyttjas som returledare i stället för det kabeln omgivande vattnet. Därmed fungerar plastmaterialet mellan armeringen och metallhöljet som dielektrikum och icke det skikt av plast som täcker metallhöljet. 462 006 11 Härav följer att det skikt av plast som täcker metallhöljet, som oundvikligen utsättes för havets på- verkan, ej såsom vid kända kablar utsättes för elektriska pâkänningar och de elektrokemiska fenomen som leder till att det inuti skiktet bildas så kallade vattenträd och eventuell korrosionavznetallhöljet undvikes. Även om vissa speciella utföringsformer illustrerats och beskrivits inser en fackman att den föreliggande upp- finningen även inbegriper andra alternativa utföringsformer.

Claims (12)

12 ÛPQçENTKR/ÄV 10 15 20 25 30 35

1. Submarin telekabel avsedd för stora havsdjup och om- fattande en kärna (1) med en i axiell utsträckning anordnad armering (2) utformad av ett antitorsionsband av trådar (4) och ett plastskikt (6) runt och i anliggning mot antitor- varvid plastskiktet har ett flertal åtskilda spiralformiga fördjupningar (7), som sträcker sig i kärnans sionsbandet, längdriktning och är öppna radiellt utåt, och i var och en av dessa fördjupningar inrymmes minst en löst upptagen optisk fiber (8) medan kärnan omges av ett vattentätt metallhölje (9), k ä n n e t e c k n a d bar vätska, som utfyller annars tomma utrymmen inuti arme- av en i huvudsak okomprimer- ringen (2) och mellan trådarna (4) medan en likaledes i huvudsak okomprimerbar vätska på i och för sig känt sätt utfyller tomrummen i fördjupningarna (7), samt av att arme- ringen (2) i sig själv uppvisar en draghållfasthet som är tillräcklig att motstå dragpåkänningar som uppkommer vid telekabelns utläggning och upptagning, varvid telekabeln saknar tomma utrymmen och armering utanför det vattentäta metallhöljet (9) som är motståndskraftigt mot det hydrosta- tiska trycket.

2. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att trådarna (4) är av stål.

3. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att trådarna (4) är av aromatisk polyamid.

4. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att trådarna (4) är av kolfiber.

5. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att armeringen (2) omfattar en ledare vars elekt- riska ledningsförmåga är större än den för trådarna (4).

6. Telekabel enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a d av att ledaren är tillverkad av koppar.

7. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- 5 n a d av att var och en av de spiralformiga fördjupning- arna (7) har en bredd vid plastskiktets (6) ytteryta och 1 ett djup som är högst 5 mm.

8. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att varje spiralformig fördjupning (7) inrymmer minst en optisk fiber (8) försedd med ett skyddande hölje (13). 10 15 13 462 006

9. Telekabel enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k- n a d av att det skyddande höljet är ett rör (13) vars innerdiameter är större än ytterdiametern och den optiska fibern (B), vilket rör upptages av den spiralformiga för- djupningen (7) och är fyllt med en i huvudsak okomprimerad vätska.

10. Telekabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att det vattentäta metallhöljet (9) står i direkt kontakt med plastskiktet (6).

11. Telekabel enligt patentkravet 1, n a d av ett ytterligare plastskikt (11) som är anordnat runt och i kontakt med det förstnämnda plastskiktet (6), varvid det vattentäta metallhöljet (9) är anordnat runt k ä n n e t e c k- det ytterligare plastskiktet.

12. Telekabel enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k- n a d av att det ytterligare plastskiktet (11) sträcker sig åtminstone delvis in i de spiralformiga fördjupningarna (7).