ПРОХОДКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ
FIBRE-OPTIC PENETRATION

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи, применяемым в кабельных переходах между областями с различным давлением, и может быть использовано для обеспечения герметичного пропуска волоконно-оптических кабелей через стены в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство герметичного подземного сооружения, предназначенного для проведения взрывных экспериментов.
Важными и ответственными задачами при проведении взрывных экспериментов являются - вывод без потерь информации, полученной в ходе проведения экспериментов, при обеспечении экологической безопасности. Обязательным условием проведения данных работ является наличие системы дополнительных защитных сооружений - гермостенок, которые являются дополнительными барьерами экологической безопасности. Магистральные волоконно-оптические кабели, проходя через гермостенку, подлежат обязательной герметизации. Волоконно-оптический кабель представляет собой сложное оптическое изделие, состоящее из непосредственно оптического волокна и ряда защитных оболочек, упрочняющих хрупкую кварцевую нить, делая волокно приемлемым для обращения. Технология изготовления оптических волокон не гарантирует отсутствие микро зазоров между оболочками оптического кабеля. Последние могут быть естественными каналами прохождения избыточного давления сверхтекучих газообразных продуктов (аэрозолей) взрыва, которые могут возникнуть вследствие возможной разгерметизации внутреннего пространства герметичного подземного сооружения, предназначенного для проведения взрывных экспериментов.
Известен узел продольной герметизации оптических кабелей [патент РФ №2091828, МПК G02B 6/24, 6/44, опуб. 27.09.1997 г.], содержащий оптические кабели, освобожденные от наружной оплетки и помещенные в герметизирующий материал и корпус. С наружной стороны корпуса выполнены диаметральные канавки для уплотнительных колец, а герметизирующий материал и корпус, представляющие единое целое, выполнены из одного и того же компаунда. В состав компаунда входит эпоксидная диановая смола, титанорганический сложный полиэфир, лапрол марки 503 и катализатор.
Данное устройство просто в выполнении. Отсутствие разнородных материалов исключает возникновение и накопление внутренних напряжений в узле, что препятствует снижению прочности оптических волокон и повышает срок их эксплуатации.
Однако недостатком аналога является низкая эксплуатационная надежность в условиях взрывного эксперимента. Так как компаунд является хрупким материалом для взрывного воздействия, то при ударах по корпусу возможны трещины или полное его разрушение. Кроме того, данный процесс герметизации является ненадежным, так как каждое волокно, освобожденное от наружной оплетки, представляет собой кварцевую нить, покрытую полимерным слоем, то при наличии высокого давления и высокотоксичных материалов возможно проникновение их между кварцевой нитью и полимерным покрытием. Все это отрицательно влияет на герметичность, снижая надежность конструкции перехода.
Из области техники известно герметичное уплотнение для волоконных световодов, устойчивое к высокому давлению и применяемое для подводных ретрансляторов волоконно-оптической линии связи [патент ЕПВ №038351 1, МПК G02B 6/44, опуб. 22.08.1990 г.]. Данное устройство содержит корпус с проходящим сквозь него со стороны высокого до стороны низкого давления, по меньшей мере, одним оптоволокном, освобожденным от наружной оплетки и помещенным в герметизирующий материал. Устройство имеет также пробку в зоне низкого давления для предотвращения утечки указанного материала из корпуса. Данное устройство наиболее близко к заявляемому и поэтому принято за прототип. В качестве герметизирующего материала в прототипе использована газоблокирующая консистентная смазка или аналогичный вязкий жидкий материал, заполняющий указанный корпус, чтобы обеспечить требуемое свойство блокировки газа в устройстве и герметичный пропуск волоконно-оптической линии связи.
Функция блокировки газа в прототипе обеспечивается использованием жидкости с низкой проницаемостью и высокой вязкостью, которая находится в тесном контакте с освобожденным от наружной оплетки оптоволокном и внутренними поверхностями корпуса. Поэтому надежная работоспособность устройства определяется свойствами самой высоковязкой жидкости. Для герметизации оптоволокна в прототипе применение высоковязкой жидкости устраняет термические напряжения в контактном слое уплотнения волокна, однако данное техническое решение наиболее эффективно при положительных температурах, характерных для подводных условий работы. При отрицательных температурах (например, в условиях эксплуатации подземных сооружений) вязкость жидкости, а собственно и сопротивление гидравлическому давлению, будет существенно отличаться, что может сказаться на надежности работы устройства. При этом надежная эксплуатация устройства определяется условием предотвращения утечки высоковязкой жидкости, для чего необходимо периодически контролировать наличие ее в корпусе, что осуществить технически достаточно сложно. Кроме этого недостатком прототипа, как и аналога, является то, что в конструкции применено волокно, освобожденное от наружной оплетки, представляющее собой кварцевую нить, покрытую полимерным слоем. При наличии высокого давления и высокотоксичных материалов возможно проникновение между кварцевой нитью и полимерным покрытием, что отрицательно скажется на герметичности устройства, снижая эксплуатационную надежность конструкции.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности волоконно-оптической проходки при возможности контроля продольной герметичности устройства, как при его изготовлении, так и при эксплуатации в условиях взрывных экспериментов в подземных защитных сооружений.
Технический результат достигается тем, что проходка волоконно-оптическая, содержащая корпус с проходящим сквозь него со стороны высокого до стороны низкого давления, по меньшей мере, одним оптоволокном, освобожденным от наружной оплетки и помещенным в герметизирующий материал, согласно изобретения длина каждого волокна в полимерном покрытии многократно превышает внутреннюю длину корпуса, при этом каждое оптическое волокно имеет, по меньшей мере, один участок, свободный от полимерного покрытия, заделанный в трубку из термоусаживаемого материала с отверстием для ввода в трубку герметизирующего материала, в качестве которого использован эластичный клей-компаунд, причем в корпусе в районе выхода волокон размещена камера, сквозь замкнутую свободную от компаунда полость которой волокна проходят транзитом, при этом полость сообщена с магистралью высокого давления через размещенный на стенке корпуса штуцер.
Длина каждого волокна в полимерном покрытии многократно превышает внутреннюю длину корпуса, при этом каждое оптическое волокно имеет, по меньшей мере, один участок, свободный от полимерного покрытия, заделанный в трубку из термоусаживаемого материала с отверстием для ввода в трубку герметизирующего материала, в качестве которого использован эластичный клей-компаунд, обеспечивает повышение эксплуатационной надежности устройства. Надежность герметизации волокон в полимерном покрытии эластичным клеем-компаундом в условиях пропуска волоконно-оптических кабелей через стены в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство герметичного подземного сооружения, предназначенного для проведения взрывных экспериментов, зависит от проникающей способности молекул сверхтекучих аэрозолей, возникающих вследствие возможной разгерметизации внутреннего пространства подземного сооружения, а также от состояния контактного слоя «полимерное покрытие волокна-компаунд» на единице длины волокна (состояния адгезии, отсутствия микро зазоров). Так как длина оптических волокон многократно превышает внутреннюю длину корпуса, то увеличивается и длина контактного слоя «полимерное покрытие волокна - компаунд», а следовательно способность проникновения молекул аэрозолей по «продвижению» по волокну падает, тем самым повышая надежность продольной герметизации проходки.
Наличие у каждого волокна, по меньшей мере, одного участка, свободного от полимерного покрытия, заделанного в трубку из термоусаживаемого материала с отверстием для ввода в трубку герметизирующего материала, в качестве которого использован эластичный клей-компаунд, позволяет локализовать возможные протечки сверхтекучих газообразных продуктов в микро зазорах между кварцевой нитью и полимерным покрытием каждого волокна до участка, свободного от полимерного покрытия, создав «пробку», предотвращающую дальнейшее прохождение сверхтекучих газообразных продуктов по длине волокна к области низкого давления, повышая тем самым эксплуатационную надежность проходки.
Так как клей-компаунд при полимеризации дает усадку, его важной характеристикой, не травмирующей волокно, является эластичность. Наличие отверстия для ввода в трубку герметизирующего материала, в качестве которого использован эластичный клей-компаунд, позволяет ему после полимеризации создать дополнительное, постоянное давление на кварцевую нить волокна, не травмируя ее, тем самым внутренние напряжения, возникающие при термоциклировании в контактной области «компаунд - кварцевая нить», минимизируются и не приводят к появлению микро зазоров, обеспечивая надежность герметизации волокон.
Размещение в корпусе в районе выхода волокон камеры, сквозь замкнутую свободную от компаунда полость которой волокна проходят транзитом, при этом полость сообщена с магистралью высокого давления через размещенный на стенке корпуса штуцер, позволяет осуществить контроль продольной герметичности волоконно-оптической проходки, как при ее изготовлении, так и при эксплуатации в условиях подземных защитных сооружений, диагностируя эксплуатационную надежность. Возможность подачи через подсоединяемую к штуцеру магистраль высокого давления требуемого испытательного давления активного газа (гелий, хладон) для проникновения через микро зазоры в оптоволоконной линии в направлении высокого давления позволяет судить при отсутствии молекул активного газа вне корпуса со стороны высокого давления о качестве герметизации оптоволокна внутри корпуса и эксплуатационной надежности проходки.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечивает повышение эксплуатационной надежности волоконно-оптической проходки при возможности контроля продольной герметичности устройства, как при его изготовлении, так и при эксплуатации в условиях взрывных экспериментов в подземных защитных сооружениях.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 - показан общий вид проходки волоконно-оптической, где Р - область высокого давления;
на фиг. 2 - показан участок, свободный от полимерного покрытия, заделанный в трубку из термоусаживаемого материала.
Устройство выполнено следующим образом.
Проходка волоконно-оптическая (фиг. 1-2) содержит корпус 1 с проходящими сквозь него со стороны высокого до стороны низкого давления оптическими волокнами 2, освобожденными от наружной оплетки и помещенными в герметизирующий материал 3, в качестве которого использован эластичный клей-компаунд. Длина каждого волокна 2 (в полимерном покрытии) многократно превышает внутреннюю длину корпуса 1. Каждое оптическое волокно 2 имеет, по меньшей мере, один участок 4, свободный от полимерного покрытия, заделанный в трубку 5 из термоусаживаемого материала с отверстием 6 для ввода в трубку эластичного клея-компаунда 3 (фиг. 2). Участок, свободный от полимерного покрытия, может представлять собой части волокна, соединенные, например, при помощи сварки (А, на фиг. 2). В корпусе 1 в районе выхода волокон 2 в область низкого давления размещена камера 7, сквозь замкнутую, свободную от компаунда полость 8 которой волокна 2 проходят транзитом, при этом полость 8 сообщена с магистралью высокого давления (с системой подачи контрольного активного газа) (не показано) через размещенный на стенке корпуса 1 штуцер 9. При эксплуатации штуцер 9 закрыт заглушкой 10.
Сборка осуществляется следующим образом.
Важной технической задачей изготовления и эксплуатации волоконно-оптических проходок в условиях подземных сооружений является обеспечение гарантии герметичности волоконно-оптических линий. На торцах корпуса 1 в имеющиеся входные 11 со стороны высокого давления и выходные 12 со стороны низкого давления втулки заделывают волоконно-оптические линии 13 в наружной оплетке. В корпус 1 волокна 2 вводят без наружной оплетки (кварцевая нить в полимерном покрытии) с длиной каждого волокна 2, многократно превышающей внутреннюю длину корпуса 1, при этом каждое оптическое волокно 2 имеет, по меньшей мере, один участок 4, свободный от полимерного покрытия, заделанный в трубку 5 из термоусаживаемого материала. Участок 4, свободный от полимерного покрытия, помещают в трубку из термоусаживаемого материала, которая посредством температуры плотно осаживается. Таким образом, хрупкий участок кварцевой нити закрепляется «трубочным бандажом» и становится пригодным для дальнейшего обращения в сборке. В районе выхода волокон 2 в корпус 1 вводят камеру 7, через полость 8 которой волокна 2 пропускают транзитом, волокна 2 при этом в транзитных отверстиях 14 камеры 7 герметизируют. Штуцер 9 затыкают заглушкой 10. Излишки оптических волокон 2 сворачивают кольцами и закрепляют (не показано) в корпусе 1. Корпус 1 закрывают крышкой (не показано). Через заливочные отверстия (не показано) полость корпуса 1 за исключением полости 8 камеры 7 заливают сверхтекучим эластичным клеем-компаундом, одновременно заполняющим через дренажные отверстия 6 каждый участок 4 волокон 2 внутри трубки 5, проникая во все микро зазоры и надежно герметизируя кварцевую нить. При этом клей- герметик 3 заливают за одну операцию, что обеспечивает надежность герметизации между клеем 3 и кварцевой нитью участков 4, добиваясь создания препятствия и невозможности проникновения к области низкого давления высокотоксичных материалов, возникающих в условиях взрывных экспериментов в подземных защитных сооружений, повышая эксплуатационную надежность проходки волоконно-оптической.
Организация внутри корпуса 1 полости 8, соединенной через штуцер 9 с магистралью высокого давления системы подачи контрольного газа, позволяет контролировать продольную герметичность проходки как при изготовлении (после полимеризации компаунда), так и при дальнейшей эксплуатации в условиях пропуска волоконно-оптических кабелей через стены в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство герметичного подземного сооружения, предназначенного для проведения взрывных экспериментов.
Для проверки проходки на герметичность в камеру 7 через штуцер 9 подают избыточное давление активного газа (гелий, хладон), по отсутствию молекул газа со стороны высокого давления судят о годности проходки к эксплуатации.
При эксплуатации в условиях подземных защитных сооружений проходку устанавливают в гермостенку (не показано). После заливки проходки, например мелкодисперсным безусадочным раствором (длина заливки 5…10 м), в гермостенке доступа к ее корпусу нет, визуально контролируют только волоконнооптические линии, выходящие из гермостенки в областях высокого и низкого давлений. При проведении регламентных работ или в случае оценки продления срока службы устройства в гермостенке проводят проверку на герметичность проходки, оценивая ее реальную надежность. Для чего с помощью подачи через трубопровод магистрали высокого давления, соединенный со штуцером 9, подают испытательное давление активного газа (гелий, хладон) и производят забор воздуха со стороны выхода из гермостенки оптических волокон со стороны высокого давления. Течеискателем производят контроль забора газа на наличие возможных протечек активного газа. Полученный результат дает основание на принятие решений о текущей работоспособности проходки волоконно-оптической и продления срока службы устройства.
На предприятии была изготовлена опытная партия, которая подтвердила эксплуатационную надежность проходки волоконно-оптической. Положительные результаты испытаний на герметичность подтвердили качество заливки волоконно-оптических линий эластичным сверхтекучим клеем-компаундом.
Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для обеспечения герметичного пропуска волоконно-оптических кабелей через стены в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство герметичного подземного сооружения, предназначенного для проведения взрывных экспериментов, препятствуя проникновению активных аэрозолей по волоконно-оптическим волокнам в случае аварийных ситуаций;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для повышения эксплуатационной надежности волоконно-оптической проходки при возможности контроля продольной герметичности устройства, как при его изготовлении, так и при эксплуатации в условиях взрывных экспериментов в подземных защитных сооружений;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".