ОПТОВОЛОКОННЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ ПЕРЕХОД
FIBER-OPTIC SEALED PASSAGE

Изобретение относится к волоконно-оптической технике, а именно к устройствам герметичного перехода оптоволоконных линий через перегородку, и может быть использовано для перехода между областями с различным давлением.
Известен узел продольной герметизации оптических кабелей [патент РФ №2091828, МПК: Q02B 6/24, G02B 6/44, опубл. 27.09.1997 г., Государственный ракетный центр КБ им. акад. В.П. Макеева, Меньшиков В.Н., Ежова Н.Ю. и др.], который представляет собой устройство гермоузла, применяемого в кабельных переходах между областями с различным давлением. Устройство содержит герметично установленный в стенке корпус с размещенными в нем оптическими кабелями, освобожденными от оплетки и помещенными в герметизирующий материал. На посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец. 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.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- достаточно сложная технология изготовления, включающая предварительное изготовление сердечника, подразумевающая наличие разъемной формы для заливки, которая является достаточно сложным и точным изделием, а также высокая температура герметизирующего состава (до 125°С), что может повредить оптическое волокно или ухудшить его свойства.
- отсутствие фиксации наружной оплетки оптического кабеля, что отрицательно влияет на надежность и долговечность узла, либо приводит к необходимости использовать дополнительные конструктивные элементы для защиты оптических волокон.
- низкая надежность за счет выполнения корпуса из компаунда, обладающего низкими прочностными характеристиками.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является оптоволоконный герметичный переход [патент РФ №2685083, МПК: G02B 6/24, опубл. 16.04.2019 г., Госкорпорация «Росатом», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ» им. академ. Е.И. Забабахина, Махров В.И., Абрамов В.И. и др.], который содержит корпус, герметично устанавливаемый в проходное отверстие герметичного устройства. Внутренняя полость корпуса заполнена герметизирующим материалом с зафиксированными в нем оптическими волокнами. Внутренняя поверхность корпуса оснащена выступами с упирающимися в них сепараторами с отверстиями для оптических волокон. Сепараторами в корпусе образованы полости, по меньшей мере, две из которых заполнены герметизирующим материалом, а расположенная между ними по меньшей мере одна полость образует воздушный зазор.
Известный оптоволоконный герметичный переход применяется при взрывных экспериментах и обладает избыточной надежностью герметизации в условиях отсутствия высоких ударных, вибрационных, тепловых и других воздействий. То есть, в условиях относительно невысоких нагрузок, применение данной конструкции нецелесообразно.
Недостатками известного перехода являются:
- невозможность использования готовых покупных кабелей с установленными с двух сторон соединителями («патч-кордов»), а в случае необходимости последующая установка соединителей с применением дорогостоящего специального оборудования.
- отсутствие защиты оптических волокон вне полости герметизации, что отрицательно влияет на прочность и надежность узла в целом, либо приводит к необходимости использования дополнительных конструктивных элементов для защиты оптических волокон.
- достаточно сложная конструкция и технология изготовления, включающая продевание оптических волокон через отверстия с малым диаметром в сепараторах, поэтапную заливку полостей герметизирующим составом с добавлением наполнителя, а так же наличием дополнительных операций по приклеиванию сепараторов к корпусу.
Технический результат изобретения заключается в снижении трудоемкости изготовления за счет упрощения конструкции и технологии герметизации при сохранении прочности и надежности в условиях относительно невысоких ударных, вибрационных, тепловых и других воздействий, а так же в уменьшении стоимости за счет использования недорогих комплектующих и отказа от применения дорогостоящего специального оборудования для установки соединителей.
Технический результат достигается тем, что в оптоволоконном герметичном переходе, содержащем корпус, устанавливаемый в проходное отверстие герметичного устройства, внутренняя поверхность корпуса оснащена выступами с упирающимися в них сепараторами с отверстиями для установки волокон, внутренней поверхностью корпуса и сепараторами образована полость, заполняемая герметизирующим материалом, новым является то, что размер внутреннего отверстия корпуса выбран из условия возможности пропускания через него необходимого количества оптических волокон в составе кабелей с установленными соединителями с учетом диаметров внешних защитных покрытий и размеров соединителей, на сепараторах выполнены прорези, соединяющие отверстия для установки волокон с их внешними контурами, а на прорези установлены перекрывающие элементы, участки внешних защитных покрытий кабелей, размещенные в полости, удалены за исключением зон, примыкающих к сепараторам, причем в местах разрезов внешних защитных покрытий установлены ограничивающие элементы между внешними защитными покрытиями и внутренними оболочками соответственно, при этом диаметры отверстий сепараторов выбраны в соответствии с диаметрами внешних защитных покрытий кабелей, а для установки сепараторов и перекрывающих элементов в корпус использованы элементы фиксации.
Кроме того, корпус может быть оснащен отверстиями для ввода герметизирующего материала в полость и для выхода воздуха из нее, а сепараторы могут быть выполнены в виде упругих шайб.
Влияние отличительных признаков патентной формулы на технический результат.
Выбор размера внутреннего отверстия корпуса из условия возможности пропускания через него необходимого количества оптических волокон в составе кабелей с установленными соединителями с учетом диаметров внешних защитных покрытий и размеров соединителей, позволяет использовать готовые покупные кабели с установленными соединителями («патч-корды») различных типов и отказаться от использования дорогостоящего специального оборудования для установки соединителей на оптическое волокно, что снижает трудоемкость изготовления и стоимость изделия в целом.
Выполнение на сепараторах прорезей, соединяющих отверстия для установки волокон с их внешними контурами, обеспечивает беспрепятственную установку оптических кабелей в соответствующие отверстия сепараторов, что также влияет на вышеуказанный технический результат.
Установка на прорези перекрывающих элементов, позволяет минимизировать либо исключить протечку герметизирующего материала.
Удаление участков внешних защитных покрытий кабелей, размещенных в полости, за исключением зон, примыкающих к сепараторам, позволяет осуществить герметизацию по внутренней оболочке кабеля, что минимизирует напряжения, возникающие в оптоволокне в процессе изготовления (например, при отверждении герметизирующего состава) и эксплуатации (например, при перепадах температур) без применения специальных герметизирующих составов с наполнителями за счет отсутствия непосредственного контакта герметизирующего материала с оптоволокнами, а также обеспечить одновременно с герметизацией «силовую заделку» внешних защитных покрытий кабелей, а соответственно и защиту оптических волокон от повреждений как внутри, так и снаружи герметичного устройства.
Установка в местах разрезов внешних защитных покрытий ограничивающих элементов между внешними защитными покрытиями и внутренними оболочками соответственно, позволяют центрировать оптические волокна и исключить излишнее проникновение герметизирующего материала между внешними защитными покрытиями и внутренними оболочками кабелей.
Выбор диаметров отверстий сепараторов в соответствии с диаметрами внешних защитных покрытий кабелей, позволяет минимизировать либо исключить протечку герметизирующего материала через отверстие сепараторов.
Использование для установки сепараторов и перекрывающих элементов в корпус элементов фиксации позволяет исключить операцию приклеивания сепараторов к корпусу, что снижает трудоемкость изготовления за счет упрощения технологии герметизации.
Оснащение корпуса отверстиями для ввода герметизирующего материала в полость и для выхода воздуха из нее, позволяет располагать изделие в горизонтальном положении в процессе герметизации, что упрощает технологию изготовления.
Выполнение сепараторов в виде упругих шайб позволяет за счет упругой деформации увеличить размер прорезей для прохождения оптических волокон с внутренними оболочками в соответствующие отверстия, при этом ширина прорезей в свободном состоянии может быть выполнена близкой к нулю с целью исключения протечки герметизирующего состава через прорези, что снижает трудоемкость изготовления за счет упрощения технологии герметизации.
Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 - оптоволоконный герметичный переход;
На фиг. 2 - фрагмент оптоволоконного герметичного перехода в разрезе;
На фигурах позициями обозначены:
1 - корпус;
2 - гайка;
3 - шайба;
4 - уплотнительное кольцо;
5 - сепаратор;
6 - кабель;
7 - перекрывающий элемент;
8 - элемент фиксации;
9 - ограничивающий элемент;
10 - отверстия для ввода герметизирующего материала в полость и для выхода воздуха из нее.
Оптоволоконный герметичный переход включает в себя корпус 1 с резьбовой частью и фланцем. На резьбовую часть корпуса 1 установлена гайка 2 с шайбой 3. На фланце корпуса 1 выполнена канавка для установки уплотнительного кольца 4. На внутренней поверхности корпуса выполнены выступы для упора сепараторов 5, выполненных из упругих шайб из капролона. Размер внутреннего отверстия корпуса выбран из условия возможности пропускания через него необходимого количества оптических волокон в составе кабелей 6 с установленными соединителями с учетом диаметров внешних защитных покрытий и размеров соединителей. При этом, в зависимости от подключаемого оборудования и условий эксплуатации, возможно использование кабелей и соединителей различных видов. В сепараторах 5 выполнены отверстия для установки оптических волокон. Также на сепараторах выполнены прорези с нулевой шириной, соединяющие отверстия с и их внешними контурами. Внутренняя поверхность корпуса 1 и сепараторы 5 образуют полость, заполняемую герметизирующим материалом. На прорези установлены перекрывающие элементы 7 в виде упругих шайб. Сепараторы 5 и перекрывающие элементы 7 зафиксированы в корпусе 1 элементами фиксации 8 в виде разрезных пружинных колец. Участки внешних защитных покрытий кабелей, размещенные в полости, удалены на длину порядка 15 мм, за исключением зон, примыкающих к сепараторам 5, длина которых составила по 5 мм с каждого края. В местах разрезов внешних защитных покрытий установлены ограничивающие элементы 9 в виде разрезных резиновых колец, которые размещены между внешними защитными покрытиями и внутренними оболочками кабелей. Диаметры отверстий сепараторов 5 выбраны в соответствии с диаметрами внешних защитных покрытий кабелей 6. Герметизация выполнена по внутренней оболочке кабеля 6. Также в корпусе 1 выполнены отверстия 10 для ввода герметизирующего материала в полость и для выхода воздуха из нее. В качестве герметизирующего материала выбран эпоксидный клей.
Сборка производится следующим образом.
На начальном этапе кабели 6 с установленными с обеих сторон разъемами поочередно продеваются через внутреннее отверстие корпуса 1, внешнее защитное покрытие снимается на необходимом участке, устанавливаются ограничивающие элементы 9. Далее кабели 6 в местах со снятыми внешними защитными покрытиями заводятся в соответствующие отверстия сепараторов через прорези, при этом сепараторы 5 упруго деформируются усилием руки для расширения прорезей. Сепараторы 5 и кабели 6 устанавливаются в штатное положение в корпусе 1. Затем на прорези устанавливаются перекрывающие элементы 7 с последующим креплением с помощью элементов фиксации 8. Заливка герметизирующего материала и выход воздуха из внутренней полости осуществляется через отверстия 10, при этом изделие находится в горизонтальном положении. Готовое изделие устанавливается в отверстие герметичного устройства. Вращением гайки 2 создается осевое усилие, необходимое для соответствующей деформации уплотнительного кольца 4, за счет чего обеспечивается герметичность установки.
На предприятии была проведена конструкторская разработка и изготовлен опытный образец, обеспечивающий герметичный переход четырех оптических волокон в составе готовых покупных «патч-кордов». Опытный образец был испытан на прочность и вакуумную герметичность на технологическом стенде, затем установлен на вакуумную камеру, при этом нарушение герметичности вакуумной камеры имеющимися средствами обнаружено не было. Таким образом, предлагаемое изобретение позволило снизить трудоемкость изготовления за счет упрощения конструкции и технологии герметизации при сохранении прочности и надежности в условиях относительно невысоких ударных, вибрационных, тепловых и других воздействий, а так же уменьшить стоимость за счет использования недорогих комплектующих и отказа от применения дорогостоящего специального оборудования для установки соединителей.