УСТРОЙСТВО УКЛАДКИ КАБЕЛЯ
CABLE LAYING DEVICE

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для прокладки кабелей и предназначено для регулирования их длины. Устройство позволяет, в частности, регулировать длину кабеля любого типа (например, геофизического, - не грузонесущего) при соединении приборов, устанавливаемых в различного типа каналах (например, в трубах, скважинах и т.п.).
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является намоточный узел (Инструкция по монтажу ЦТКД 223 ИМ «Система погружной телеметрии «Электон-ТМСР-3», ЗАО «Электон», г.Радужный, Владимирской обл., 2011), содержащий намоточный цилиндр (корпус) с ограничительными кольцами в его верхней и нижней части, на которых выполнены продольные пазы для подвода выбранного излишка кабеля, а также фиксирующий элемент (подвижную пластину с прижимным винтом) для фиксации петли (изгиба) уложенного кабеля на цилиндре. Пластина установлена между ограничительными кольцами для направления и намотки кабеля вокруг цилиндра. Устройство позволяет поставлять потребителю готовые кабели, исключая подгонку длины кабеля (в том числе монтаж кабельных наконечников, требующий специального оборудования и квалифицированных специалистов) и сокращая время сборки систем на местах установки. Однако при достаточной простоте конструкции недостатками устройства являются:
- устройство не обеспечивает устойчивый радиус изгиба в местах подвода и вывода кабеля, а при фиксации винтом петли уложенного кабеля на намоточном цилиндре возникает очень малый радиус изгиба, что создает опасность повреждения кабеля в местах перегиба;
- зазор между подвижной пластиной и цилиндром при малых диаметрах кабеля не обеспечивает его плотной намотки, а при диаметрах кабеля, приближенных к ширине зазора, создает опасность его повреждения;
- требуются дополнительные инструменты (спецключ) для вращения подвижной пластины, а также осторожность при намотке и регулировании натяжения и закреплении кабеля;
- выполнение устройства как продолжения прибора, что является нетехнологичным в изготовлении и транспортировке.
Задачей технического решения является создание конструкции устройства укладки кабеля, позволяющей достигать максимально плотного (без провиса) прилегания выбираемой (излишней) длины кабеля и надежного его закрепления на намоточном цилиндре при исключении возможности повреждения кабеля в местах изгибов, что позволит обеспечить надежность функционирования собираемых систем при сохранении простоты и высокой скорости сборки устройства. Кроме того, устройство должно обладать простотой и технологичностью при изготовлении, а также удобством при упаковке, транспортировке и эксплуатации.
Для решения задачи служит устройство укладки кабеля, содержащее цилиндрический корпус, расположенные в верхней и нижней его части два выступающих на величину не меньше диаметра навиваемого кабеля ограничительных кольца с пазами для подвода кабеля к намоточной части корпуса и фиксирующий элемент, установленный между этими кольцами с возможностью вращения относительно продольной оси корпуса. При этом каждое из ограничительных колец дополнительно имеет направленную к фиксирующему элементу дугообразную направляющую с прижимом (для ограничения изгиба кабеля при намотке). Прижим направляющей закрывает паз, образующийся после установки направляющей на ограничительном кольце, и служит для закрепления кабеля в этом пазе - месте укладки кабеля. Фиксирующий элемент выполнен в виде кольца, образованного хотя бы двумя соединенными частями кольца посредством соединений, хотя бы одно из которых является разъемным, и С-образной направляющей с прижимом кабеля для закрепления петли кабеля на фиксирующем элементе. Фиксирующий элемент установлен в канавке корпуса. Дуги С-образной направляющей направлены к дугообразным направляющим ограничительных колец. Внутренний диаметр фиксирующего элемента равен диаметру канавки, а внешний диаметр не меньше суммы диаметров намоточной части корпуса и удвоенного диаметра навиваемого кабеля. Кроме того, радиусы упомянутых направляющих и намоточной части корпуса не меньше минимального радиуса изгиба кабеля, а на фиксирующем элементе выполнен хотя бы один конструктивный элемент передачи крутящего момента для вращения кольца вокруг корпуса при ослабленном упомянутом соединении и фиксации кольца в необходимом положении закреплением упомянутого соединения при достижении плотной навивки кабеля.
Предпочтительно, чтобы каждое из ограничительных колец было выполнено с возможностью вращения вокруг продольной оси корпуса, установлено в канавке корпуса и образовано хотя бы двумя соединенными частями кольца посредством соединений, хотя бы одно из которых является разъемным, причем каждое кольцо имеет хотя бы один элемент передачи крутящего момента, внутренний диаметр каждого кольца равен диаметру канавки, а внешний диаметр не меньше суммы диаметров намоточной части корпуса и удвоенного диаметра навиваемого кабеля.
Предпочтительно, чтобы радиусы упомянутых направляющих и намоточной части корпуса были практически равны между собой.
Предпочтительно, чтобы элемент передачи крутящего момента был выполнен в виде радиального отверстия или паза, что позволяет использовать, например, подходящие рычаг или ключ для вращения фиксирующего элемента.
Предпочтительно, чтобы устройство было выполнено с возможностью соединения с системой прокладки кабеля (например, внутренним или внешним резьбовым соединением, втулками, различными быстроразъемными соединениями и т.п.).
Предпочтительно, чтобы корпус был выполнен из насосно-компрессорной трубы.
Далее конструкция устройства укладки кабеля будет описана в предпочтительном варианте.
На фигуре представлен чертеж устройства укладки кабеля в предпочтительном варианте исполнения.
Изображенное на фигуре устройство укладки кабеля состоит из цилиндрического корпуса 1, на котором в канавках 2 установлены два ограничительных кольца 3 для подвода кабеля и фиксирующий элемент 4 между ними. Канавки позволяют вращать кольца без смещения их вдоль корпуса. Каждое из колец 3 состоит из двух частей кольца 5 (в данной реализации - полуколец) и дугообразной направляющей с прижимом 6. При этом в данной реализации прижим 7 выполнен в виде самостоятельной детали. Аналогично кольцо фиксирующего элемента 4 состоит из двух частей кольца 5 и С-образной направляющей с прижимом 8 (прижим 7 выполнен в виде самостоятельной детали). Полукольца стянуты разъемными соединениями 9 (винтами), на каждом полукольце выполнен элемент передачи крутящего момента 10 (в данной реализации - глухое радиальное отверстие). На обоих концах корпуса имеется внешняя резьба 11.
В данной реализации за основу ограничительных и фиксирующего колец взяты практически плоские кольца (в поперечном сечении - прямоугольник, либо неправильный шестиугольник) равной толщины, а канавки выполнены практически П-образными для плотного прилегания внутренней поверхности кольца к корпусу. Однако возможно выполнение их на основе круглых или других типов колец. При этом форма канавки также изменяется соответственно форме внутренней поверхности кольца.
В других реализациях устройства кольца могут состоять из более двух частей (секторных - равных частей, либо не равных между собой частей кольца). Части кольца могут быть соединены между собой любыми известными соединениями, только одно из которых является разъемным, а остальные - подвижными неразъемными (например, шарнирным и т.п.) для возможности установки/снятия колец и фиксации кольца на корпусе. Кроме того, толщина колец может быть различной.
Изготовление деталей устройства.
Для каждого из трех плоских колец изготавливают по два полукольца, снимают их наружные фаски (получая шестиугольник в поперечном сечении) с целью предотвращения утыканий их в неровности обсадной колонны, стыки между трубами колонны при спуске. Для винтового соединения полуколец на одном крае каждого полукольца выполняют места под головки крепежных деталей (подторцовку) с отверстием для установки винта, на другом - ответное резьбовое отверстие. Далее на одном из полуколец выполняют каскад из двух уступов и резьбовые отверстия для установки и закрепления направляющей с прижимом. Кроме того, хотя бы на одном из полуколец (в данной реализации - на каждом) выполняют глухое радиальное отверстие.
Дугообразные и С-образные направляющие выполняют плоскими на пластинчатой ножке с двумя отверстиями для закрепления на кольце. Внешний край направляющих выполнен нависающим (уступ на нижней поверхности по длине дуги) для прокладки кабеля. Прижим изготавливают в виде отдельной детали - согнутой пластины с двумя отверстиями для крепления на кольце вместе с направляющей и дополнительным отверстием на конце прижима (на отогнутой части). При необходимости навивки более (менее) жесткого кабеля для избегания его повреждения изготавливают направляющие соответственно большего (меньшего) радиуса. Таким образом, простой заменой направляющих (при существующем запасе радиуса корпуса) можно обеспечить необходимый минимально допустимый радиус изгиба прокладываемого кабеля, зависящий от его свойств. В данной реализации радиусы направляющей и намоточной части корпуса практически равны минимальному радиусу изгиба кабеля и удовлетворяют техническим условиям на кабель.
Корпус изготавливают из отрезка трубы, на обоих концах которого выполняют резьбу, а в местах установки колец - неглубокие П-образные либо с небольшим расширением канавки, практически повторяющие форму внутренней и части боковых поверхностей колец, обеспечивающие свободное вращение колец вокруг продольной оси корпуса при укладке кабеля и плотное прилегание к корпусу при затягивании винтами.
Детали устройства изготавливают литьем, штамповкой, фрезерованием, сваркой, сверлением, прочность применяемых материалов должна соответствовать условиям эксплуатации. Например, при укладке запаса длины геофизического кабеля, соединяющего установленные на разной глубине приборы в скважине, применяются: для корпуса - насосно-компрессорная труба (НКТ), для колец, винтов, направляющих предпочтительна коррозионностойкая сталь. В случае использования в бытовых условиях (например, при намотке излишков телевизионного, электрического либо других типов кабелей) возможно применение других материалов, например различного типа полимеров.
Сборка устройства. На каждое полукольцо с каскадом уступов устанавливают направляющую с прижимом, укладывая ее пластинчатую ножку с отверстиями на первый верхний уступ полукольца, а ее нижний выступ - на нижний уступ полукольца, образуя ступеньку. Пластину прижима накладывают сверху. Образуется место для укладки кабеля - паз между нависающей частью направляющей с прижимом (сверху), выступом направляющей (сбоку) и нижним уступом полукольца (снизу). Закрепляют полученную направляющую с прижимом к полукольцу двумя винтами, и дополнительно - к полукольцу крепят винтом конец прижима, закрывая паз.
Устанавливают ограничительные кольца, фиксируя их винтовыми соединениями в верхней и нижней канавках так, чтобы дугообразные направляющие кабеля были однонаправленно установленными в намоточной части корпуса.
В средней канавке устанавливают фиксирующее кольцо, направляя дуги С-образной направляющей навстречу дугообразным направляющим. Таким образом, конец каждой дугообразной направляющей с прижимом направлен к концу С-образной направляющей с прижимом.
Использование устройства укладки кабеля в колонне НКТ.
Нижний конец устройства крепят к колонне НКТ, а верхний - к верхнему прибору. При этом один из концов кабеля подключен к нижнему прибору, уже спущенному в скважину, кабель проложен вдоль нижней части колонны НКТ и закреплен к ней хомутами (клямсами). Далее, ослабляют винтовые соединения 9 нижнего ограничительного кольца, поворачивают его до совпадения местом подвода кабеля снизу, затягивают винты 9, фиксируя кольцо. Кабель укладывают в паз, снимая либо отгибая деталь прижима, закрепляют его в пазе, устанавливая обратно третий винт. Верхний конец кабеля подключают к верхнему прибору. Аналогично ориентируют верхнее ограничительное кольцо по месту выхода кабеля из верхнего прибора, фиксируют его на корпусе и заводят кабель. После этого ослабляются винты фиксирующего элемента, петлю кабеля вытягивают в сторону перпендикулярно корпусу, заводя его между корпусом и нависающей частью дугообразных направляющих, и обматывают вокруг намоточной части корпуса. Конец петли заводят по С-образной направляющей и укладывают в паз фиксирующего кольца, закрепляют прижимом. Требуемую натяжку кабеля обеспечивают путем вращения фиксирующего кольца, используя как рычаг подходящий стержень или ключ для круглых шлицевых гаек, вставленный в отверстие 10. Затем фиксируют кольцо стягиванием полуколец, а прилегающий к корпусу и ко всем направляющим кабель закрепляется на кольце прижимом С-образной направляющей.
При толщине кольца большей суммы глубины канавки и диаметра укладываемого кабеля (с некоторым запасом) последний оказывается защищенным выступающими кольцами от истирания о стенку обсадной колонны по всей длине корпуса - на четырех уровнях - на подводе кабеля с двух сторон к корпусу и по обеим сторонам фиксирующего кольца. При монтаже непосредственно на скважине запас кабеля плотно без провисов укладывается на устройство и закрепляется. Это позволяет исключить подгонку длины кабеля по месту избежать излишней нагрузки на кабель. Направление навивки кабеля при необходимости может быть изменено простым переворотом устройства на 180°. Конструкция устройства проста и надежна в эксплуатации, а использование материалов и видов соединений, стандартно применяемых в скважинах, создает дополнительные преимущества для потребителей.
Несмотря на то что устройство описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.
Например, кольца могут быть выполнены бочкообразными (с дугообразной наружной поверхностью); направляющие с прижимом кабеля могут быть выполнены в виде одной детали; прижим может быть изготовлен из пружинной стали с возможностью отгиба для заведения кабеля в паз; элемент передачи крутящего момента 10 может быть выполнен в виде сквозного отверстия без возможности выхода рычага к корпусу при намотке кабеля (например, суженным в нижней части).
Предлагаемое устройство позволяет поставлять заказчику готовый кабель с установленными кабельными наконечниками (например, для связи приборов в скважине) с запасом длины, позволяет исключить подгонку длины кабеля на месторождении или на производственных площадях заказчика, что требует существенных дополнительных затрат и снижает надежность монтируемых систем. При этом конструкция проста, удобна и надежна в изготовлении и при использовании, может легко модернизироваться для намотки различного типа кабелей, что значительно расширяет сферы его использования - не только в ограниченном пространстве, но в любых условиях для быстрой намотки провисов кабелей, проводов и компактного соединения устройств.