ПОЛЕВОЙ КАБЕЛЬ С ПОВЫШЕННОЙ ГЕРМЕТИЧНОСТЬЮ
FIELD CABLE WITH IMPROVED SEALING

Предлагаемый полевой кабель относится к кабельной технике, в частности к кабелям многократного применения.
Известны электрические кабели многократного использования (патент США №3772454, МПК Н01В 7/00 (174/113R); патент США №3684821, МПК Н01В 7/00 (174/102SC); патент США №4039743, МПК Н01В 11/02 (174/114R); патент США №436422, МПК Н01R 4/24; патент Англии №1311552, МПК H01В 7/04 (Н01А); патент Англии №1164256, МПК Н01В 7/00 (Н01А); патент Англии №1138653, МПК Н01В 7/00 (Н01А)). Однако данные кабели мало пригодны для полевой эксплуатации, имеют неудовлетворительные массогабаритные характеристики и не обеспечивают требуемую водонепроницаемость в месте заделки кабеля в соединительную арматуру.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому кабелю является полевой кабель связи по патенту РФ №2397563, МПК Н01В 11/00. В данном полевом кабеле связи имеются токопроводящие жилы, изоляционно-защитная оболочка и грузонесущий элемент, расположенный под указанной оболочкой. С каждой из сторон строительной длины кабеля установлены соединительные полумуфты, в корпусе каждой из которых размещаются контактная колодка, к которой припаиваются токопроводящие жилы кабеля, узел крепления грузонесущего элемента кабеля, а также узел ввода кабеля, состоящий из хвостовой гайки, уплотнительных элементов и шайб.
Недостаток данной конструкции состоит в том, что она не позволяет обеспечить достаточную надежность кабеля, поскольку при его длительной эксплуатации заметно снижается герметичность соединительных полумуфт со стороны ввода в них кабеля при воздействии гидростатического давления. Это обусловлено тем, что, с целью обеспечения герметичности кабеля в исходном состоянии, уплотнительный элемент, расположенный со стороны ввода кабеля в полумуфту, сильно сдавливают с помощью хвостовой гайки. В результате через определенное время (5-7 дней) защитный шланг кабеля под уплотнительным элементом деформируется вследствие хладотекучести полимерного материала шланга и образуется местное утоньшение кабеля (так называемая «шейка»). За этот период времени механические силы давления на кабель уплотнительным элементом и противодействия этому давлению конструкции кабеля приходят в равновесное состояние, что и определит плотность прилегания уплотнительного элемента как к корпусу полумуфты, так и к внешней поверхности кабеля. В процессе эксплуатации кабели данного типа подвергаются воздействию различных климатических факторов, в том числе повышенной и пониженной температур (как правило, нормируется диапазон от -50 до +50°С). При воздействии повышенных положительных температур элементы конструкции кабеля и полумуфты расширяются, что приводит к увеличению давления уплотнительного элемента на шланг кабеля и происходит увеличение «шейки». Это, в свою очередь, приводит к снижению плотности прилегания уплотнительного элемента к корпусу полумуфты и к внешней поверхности кабеля при отрицательных температурах. Таким образом, после прохождения изделием 3-4 циклов зима-лето «шейка» на шланге кабеля увеличивается до такого состояния, что при температурах, близких к 0°С, уплотнительный элемент практически не давит на кабель и, как следствие, появляется возможность доступа влаги во внутреннюю полость полумуфты, то есть к контактной колодке. Особенно отрицательный эффект образования «шейки» на внешней поверхности кабеля проявляется при воздействии на кабель гидростатического давления (например, при прокладке по дну реки).
Поставленная задача состоит в повышении надежности полевого кабеля при его длительной эксплуатации.
Технический результат достигается за счет следующего. В полевом кабеле связи с повышенной герметичностью имеются токопроводящие жилы, изоляционно-защитная оболочка и грузонесущий элемент, расположенный под указанной оболочкой. С каждой из сторон строительной длины кабеля установлены соединительные полумуфты. Каждая из данных полумуфт содержит корпус, с одной стороны которого расположена контактная колодка, к которой припаяны токоведущие жилы кабеля, а с другой предусмотрен узел ввода кабеля, взаимодействующий с внешней поверхностью кабеля. Узел ввода кабеля состоит из хвостовой гайки, одного или нескольких уплотнительных элементов и шайб. При этом в одном из уплотнительных элементов со стороны ввода кабеля имеется внутренняя полость. Кроме того, на шайбе, расположенной непосредственно перед данным уплотнительным элементом со стороны ввода кабеля, имеются сквозные осевые отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью уплотнительного элемента.
Сопоставительный анализ заявленного устройства с прототипом показывает, что предлагаемый кабель имеет ряд общих конструктивных элементов с прототипом, но отличается наличием дополнительных элементов. Таким образом, заявленное устройство отличается наличием дополнительных элементов и, следовательно, заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявленного устройства с другими аналогичными техническими решениями, в том числе и с прототипом, показывает, что введение дополнительных элементов в конструкцию полумуфты, их взаимное расположение и форма позволяют достичь требуемый технический результат - повышение надежности полевого кабеля при его длительной эксплуатации. Это позволяет сделать вывод о существенности отличительных признаков заявленного кабеля в сравнении с известными аналогами и прототипом, т.е. предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень.
Анализ конструкции предлагаемого кабеля показывает, что данное техническое решение является промышленно применимым, поскольку обеспечивает достижение конкретного технического результата и может быть воспроизведено на современных предприятиях кабельной промышленности.
Сущность предлагаемого изобретения можно уяснить из фиг.1-фиг.5.
На фиг.1 в разрезе представлен кабель, армированный полумуфтой с предлагаемым узлом ввода кабеля. На фиг.2 и фиг.3 представлен уплотнительный элемент с внутренней полостью, а на фиг.4 и фиг.5 представлена шайба, расположенная непосредственно перед указанным уплотнительным элементом со стороны ввода кабеля.
На фиг.1-5 обозначено:
1 - корпус полумуфты;
2 - контактная колодка;
3 - торцевой уплотнительный элемент;
4 - жилы кабеля;
5 - неармированный кабель;
6 - уплотнительный элемент с полостью;
7 - уплотнительный элемент;
8 - шайба с отверстиями;
9 - шайба;
10 - хвостовая гайка;
11 - концентрическая внутренняя полость;
12 - сквозные отверстия;
13 - поперечные пазы.
Конструктивная взаимосвязь элементов предлагаемого полевого кабеля состоит в следующем. В корпусе 1 полумуфты размещена контактная колодка 2, взаимодействующая с торцевым уплотнительным элементом 3. К контактам колодки 2 припаяны токопроводящие жилы 4 неармированного кабеля 5. Со стороны ввода кабеля 5 в полумуфту расположен узел ввода, состоящий из двух резиновых уплотнительных элементов 6 и 7, двух шайб 8 и 9, а также хвостовой гайки 10. При этом в уплотнительном элементе 6 имеется концентрическая внутренняя полость 11, а в шайбе 8 имеются сквозные отверстия 12, направленные вдоль оси кабеля 5. Кроме того, у шайбы 8 на ее поверхности, расположенной между уплотнительными элементами 6 и 7, имеются поперечные пазы 13.
2
1
2
1
2
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, после монтажа соединительной полумуфты на кабеле 5, за счет того, что хвостовая гайка 10 закручена до упора, происходит сжатие уплотнительных элементов 6 и 7. Поскольку степень сжатия уплотнительного элемента 6 значительно меньше, чем элемента 7 (большую часть нагрузки принимает на себя элемент 7), то и давление (обозначим его как Pi), которое оказывает уплотнительный элемент 6 на поверхность кабеля 5, минимально. В результате образование «шейки» под уплотнительным элементов 6 на поверхности кабеля 5 не происходит. При этом, на начальной стадии эксплуатации изделия, герметичность обеспечивается только за счет уплотнительного элемента 7, так как влага, даже при наличии гидростатического давления, до уплотнительного элемента 6 не доходит. В процессе эксплуатации, за счет постоянного давления уплотнительного элемента 7 на кабель 5, его внешняя поверхность деформируется и на ней образуется «шейка», что, в свою очередь, приводит к возможности проникновения влаги через уплотнительный элемент 7. В этом случае влага, пройдя по резьбе гайки 10, а также через шайбу 9 и уплотнительный элемент 7, попадает на шайбу 8. Затем через шайбу 8 влага попадает во внутреннюю полость 11 уплотнительного элемента 6. Во внутренней полости 11 элемента 6 создается внутреннее давление, равное гидростатическому давлению воды на армированный кабель (обозначим его как Р). Таким образом, давление Р, которое оказывает уплотнительный элемент 6 на поверхность кабеля 5 и на корпус 1 полумуфты при воздействии гидростатического давления, будет равно Р=P+P. Таким образом, давление, оказываемое уплотнителем 6 на кабель 5 и корпус 1, будет всегда больше на величину р, чем величина внешнего гидростатического давления Р, что и обеспечит герметичность полумуфты. После снятия внешнего гидростатического давления уплотнительный элемент 6 возвращается в исходное состояние. Для облегчения процесса попадания воды во внутреннюю полость 11 уплотнительного элемента 6 (предотвращение образования избыточного давления в местах стыка элемента 6 с поверхностями кабеля 5 и корпуса 1) в шайбе 8 целесообразно выполнить сквозные осевые отверстия 12. Кроме того, следует обратить внимание, что для того, чтобы уплотнительный элемент 7 не перекрыл доступ влаги к отверстиям 12 шайбы 8, в данной шайбе могут быть предусмотрены пазы 13, через которые влага как со стороны корпуса 1 полумуфты, так и со стороны кабеля 5 свободно попадает в отверстия 12.
При изготовлении предлагаемого полевого кабеля необходимо учитывать, что уплотнительный элемент в конструкции полумуфты может быть и один, а не два или несколько, как это рассматривалось выше. В этом случае данный уплотнительный элемент должен быть выполнен с внутренней полостью, а единственная шайба должна иметь сквозные отверстия. Кроме того, вне зависимости от количества уплотнительных элементов, необходимо нормировать степень закручивания хвостовой гайки с целью исключить передавливание уплотнительного элемента с внутренней полостью или с помощью дополнительного элемента, например стопорного кольца, ограничить исходное давление на предлагаемый узел герметизации. Остальные элементы конструкции полевого кабеля особенностей не имеют.
Для оценки эффективности предложенных технических решений были проведены экспериментальные работы на полевом кабеле типа П-269М 2×4+1×2. Испытания проводились с целью оценки соответствия нормам ТУ по герметичности (водонепроницаемости) соединительных полумуфт при воздействии гидростатического давления 100 кПа. При этом на указанном кабеле была смонтирована полумуфта с уплотнительным элементом и шайба с отверстиями согласно предлагаемому изобретению. Все остальные герметизирующие элементы (второй уплотнительный элемент, герметизирующая заливочная масса, защитный амортизатор) были удалены, т.е. вода под давлением имела свободный доступ к элементам конструкции полумуфты вплоть до предлагаемого узла герметизации. Оценка результатов проводилась путем измерения емкости и сопротивления изоляции образца в исходном состоянии, после 2 часов воздействия и после 72 часов воздействия гидростатического давления. Результаты измерений положительные - изменение указанных параметров происходило только в пределах погрешности измерительных приборов. Это подтверждает техническую эффективность предлагаемого изобретения.
Технико-экономический эффект от внедрения предполагаемого изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить надежность полевого кабеля при его длительной эксплуатации. Учитывая массовость выпуска кабелей мобильного использования, это позволит получить значительный экономический эффект.