ГЕРМЕТИЧНАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ
SEALED HIGH-FREQUENCY CABLE LINE

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к герметичным высокочастотным кабельным линиям парной скрутки. Заявленная кабельная линия предназначена для стационарной внутренней прокладки по отсекам (модулям) на судах и кораблях гражданского и военного надводного и подводного флота, а также других объектах военной и специальной техники, в целях исключения проникновения воды (воздуха, создания разряженной атмосферы) в соседние отсеки, герметичные блоки радиоэлектронной аппаратуры через сочлененные соединители в аварийных ситуациях при повреждении кабеля высокочастотной кабельной линии.
В настоящее время в области проектирования и строительства гражданской и военной техники основным направлением развития является использование модульного принципа, который наиболее активно применяется в авиастроении, в судостроении и в ракетно-космической технике. Модульный принцип строительства на примере судостроения, заключается в комплектовании объектов разного конструктивного типа и назначения из заранее разработанных общих модульных элементов (отсеков, блоков), а именно конструктивных и функциональных модулей, конструктивно и технологически законченных типовых или стандартных сборочных единиц, оснащенных трубопроводами, механизмами, электронными приборами, электрическими машинами и специализированным оборудованием. Применение модульного строительства при сборке судов гражданского и военного назначения обеспечивает перенос большого объема работ со стапеля и с участков достройки на специализированные предприятия (цеха), приспособленные к массовому (поточному) производству. Таким образом основные преимущества модульного строительства заключаются в сокращении времени проектирования и постройки судов, экономии трудовых и материальных ресурсов, возможности более быстрого и гибкого реагирования на изменение потребности в объектах разного конструктивного типа и назначения. Проблемой модульного строительства является обеспечение герметичности соединений электроприборов посредством кабельных линий, прокладываемых через модули (отсеки) с возможностью передачи высокочастотного сигнала и сохранения требуемых электрических частотных характеристик. Реализация заявленного изобретения позволит обеспечить быструю и безопасную замену поврежденного сегмента кабельной линии на одном или нескольких ее участках, в одном или в нескольких модулях на объектах разного типа и назначения.
По результатам анализа предшествующего уровня техники, высокочастотная герметичная кабельная линия, предназначенная для прокладки по отсекам модульного корпуса объекта, в общедоступных источниках информации не выявлена. При этом, отдельные конструктивные элементы, образующие герметичную кабельную линию в заявленном изобретении, имеют аналоги из предшествующего уровня техники, используемые по другому назначению. Например, известна высокочастотная кабельная сборка, включающая высокочастотный кабель, на концах которого подсоединены высокочастотные соединители (RU 192627, 24.09.2019). Известная кабельная сборка может быть использована для стационарной наружной и внутренней прокладки в сооружениях, на объектах вооружения и военной техники и обеспечивает передачу цифровых и аналоговых сигналов на частотах 100 МГц, 250 МГц и 500 МГц. Однако известное устройство не предназначено для использования в кабельных линиях при модульном строительстве и не может обеспечить герметичность кабельной линии в случае ее использования в модульном строительстве судов. Также из уровня техники известно герметичное вводное устройство (ГВУ) для прохода кабельной линии через стенку или перегородку (RU 2643781, 06.02.2018), включающее высокочастотные вставки для подсоединения соединителей кабельной линии. Известное устройство обеспечивает сочленение двух негерметичных кабельных соединителей кабельной линии (двух кабельных сборок), представляющее собой герметично установленное в переборку между отсеками ГВУ для подсоединения двух приборных соединителей, имеющих общие контактные проводники, как правило, штыревые контакты, обеспечивающее стойкость ГВУ к продольному гидростатическому давлению. Однако при использовании ГВУ для прокладки кабельной линии через стенки модулей корпуса судна возникают существенные потери частотных характеристик сигнала (уменьшение помехоустойчивости). Наличие ГВУ между сегментами кабельной линии также усложняет ремонт и замену вышедшей из строя одной или нескольких кабельных сборок, образующих кабельную линию, а в случае повреждения самого ГВУ возникает риск выхода из строя всей кабельной линии, т.к. замена ГВУ, установленного в перегородке модуля с условием сохранения герметичности соседних модулей, требует существенных трудозатрат.
Заявленное изобретение направлено на решение технической проблемы, заключающейся в обеспечении герметичности высокочастотной кабельной линии по всей ее длине, стабильности необходимого качества сигнала, а также в возможности оперативного ремонта кабельной линии в случае повреждения одного или нескольких ее сегментов.
Технический результат заключается в обеспечении высокого уровня герметичности кабельной линии, в обеспечении требований к передаче сигнала в процессе эксплуатации изобретения, а также в повышении ремонтопригодности герметичной высокочастотной кабельной линии.
Достижение заявленного технического результата обеспечивает герметичная высокочастотная кабельная линия, характеризующаяся тем, что включает несколько высокочастотных кабельных сборок последовательно соединенных друг с другом посредством высокочастотных герметично сочлененных соединителей, расположенных на концах каждой кабельной сборки, при этом каждое соединение одной кабельной сборки с другой кабельной сборкой выполнено через пару герметично сочлененных соединителей по схеме вилка/розетка, где один соединитель является кабельным, а второй кабельно-приборным, при этом на каждом конце кабельной линии установлен кабельный соединитель, сочлененный по схеме вилка/розетка с приборным соединителем, предназначенным для подсоединения к оборудованию, причем каждая пара сочлененных кабельного и кабельно-приборного соединителей включает уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси, который расположен между стеклонаполненным изолятором кабельного соединителя и стеклонаполненным изолятором кабельно-приборного соединителя и включает выступы со стороны вилки, упирающиеся в углубления, выполненные в изоляторе соединителя, являющегося розеткой, при этом каждый соединитель сочлененной пары включает уплотнитель из резиновой силиконовой смеси, установленный со стороны подведения жил кабеля к контактным элементам изолятора, а на каждом конце кабельной линии, между стеклонаполненными изоляторами кабельного соединителя и приборного соединителя также установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси с выступами со стороны вилки, упирающимися в углубления, выполненные в изоляторе соединителя, являющегося розеткой, причем с контактной стороны кабельной линии с оборудованием расположен герметизирующий элемент, наложенный на изолятор приборного соединителя методом заливки компаундом на основе эпоксидной смолы.
Согласно заявленному изобретению, в одной или нескольких парах соединителей кабельной линии, кабельный соединитель выполнен в виде вилки, а кабельно-приборный в виде розетки соответственно.
Согласно заявленному изобретению, на изолятор кабельного соединителя со стороны вилочных контактов установлен уплотнитель контактов из силиконовой смеси с выступами со стороны вилки.
Согласно заявленному изобретению, в одной или нескольких парах соединителей кабельной линии, кабельный соединитель выполнен в виде розетки, а кабельно-приборный в виде вилки соответственно.
Согласно заявленному изобретению, на изолятор кабельно-приборного соединителя со стороны вилочных контактов установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси с выступами со стороны вилки.
Согласно заявленному изобретению, на корпусе кабельного соединителя установлена стыковочная гайка с внутренней трапециевидной резьбой для фиксации соединения с кабельно-приборным соединителем или с приборным соединителем на корпусе каждого из которых выполнена ответная внешняя резьба.
Согласно заявленному изобретению, приборный соединитель, со стороны контакта с кабельным соединителем, выполнен в виде розетки, а в кабельном соединителе, состыкованном с приборным соединителем, со стороны вилочных контактов установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси с выступами со стороны вилки.
Согласно заявленному изобретению, приборный соединитель, со стороны контакта с кабельным соединителем, выполнен в виде вилки, а со стороны вилочных контактов приборного соединителя установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси с выступами со стороны вилки, упирающимися в углубления, выполненные в изоляторе кабельного соединителя, являющегося розеткой.
Согласно заявленному изобретению, приборный соединитель, со стороны контакта с оборудованием, выполнен в виде вилки или розетки.
Заявленное изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлена герметичная высокочастотная кабельная линия, проложенная через модули без ГВУ.
На Фиг. 2 представлена герметичная кабельная сборка, проложенная через модули с использованием ГВУ.
На Фиг. 3 представлена схема влияния ГВУ на значение переходного затухания в кабельной линии.
На Фиг. 4 представлена структурная схема надежности кабельной линии.
На Фиг. 5 представлена герметично сочлененная пара кабельного соединителя (вилка) и герметичного кабельно-приборного соединителя (розетка), используемая в заявленной кабельной линии.
На Фиг. 6 представлена герметично сочлененная пара кабельного соединителя (вилка) и приборного соединителя (розетка), используемая в заявленной кабельной линии.
В качестве примера реализации заявленного изобретения на Фиг. 1 представлена герметичная высокочастотная кабельная линия, проложенная через модули 1, каждый из которых представляет герметичный отсек корпуса судна 2. Герметичная высокочастотная кабельная линия, включает несколько высокочастотных кабельных сборок 3 последовательно соединенных друг с другом посредством высокочастотных герметично сочлененных соединителей 4, расположенных на концах каждой кабельной сборки. При этом каждое соединение одной кабельной сборки с другой кабельной сборкой выполнено через пару соединителей по схеме вилка/розетка (см. Фиг. 5), где один соединитель является кабельным 5, а второй кабельно-приборным 6. На каждом конце кабельной линии установлен кабельный соединитель 5, соединенный по схеме вилка/розетка с приборным соединителем 7 (см. Фиг. 6), предназначенным для подсоединения к специализированному оборудованию 8. Каждая пара сочлененных кабельного и кабельно-приборного соединителей включает уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси 9, который расположен между стеклонаполненным изолятором 10 кабельного соединителя и стеклонаполненным изолятором 11 кабельно-приборного соединителя и включает выступы 12 со стороны вилки, упирающиеся в углубления выполненные в изоляторе 11 соединителя, являющегося розеткой. При этом каждый соединитель сочлененной пары включает уплотнитель из резиновой силиконовой смеси 13, установленный со стороны подведения жил кабеля к контактным элементам изолятора. На каждом конце кабельной линии, между стеклонаполненными изоляторами кабельного соединителя и приборного соединителя также установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси 9 с выступами со стороны вилки, упирающимися в углубления, выполненные в изоляторе 10 соединителя, являющегося розеткой. С контактной стороны кабельной линии с оборудованием расположен герметизирующий элемент 14, наложенный на изолятор 10 приборного соединителя методом заливки компаундом на основе эпоксидной смолы. На примере Фиг. 5 конструкция кабельного и кабельно-приборного соединителей имеет общие конструктивные элементы. В частности, каждый, представленный на Фиг. 5 соединитель включает чехол 15, зажим 16, уплотнитель кабеля 17, поджимную гайку 18, хомут 19, корпус кожуха 20, втулку 21, стопор 22, уплотнительные кольца 23, контактные элементы 24 для токопроводящих жил, уплотнители из резиновой силиконовой смеси 13 установленные со стороны подведения жил кабеля к контактным элементам 24 изоляторов 10, 11. На примере на Фиг. 5 кабельный соединитель выполнен в виде вилки и включает уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси 9 с выступами 12, упирающимися в углубления изолятора 11 кабельно-приборной розетки. Согласно другому варианту реализации изобретения, кабельно-приборный соединитель может быть выполнен в виде вилки, а кабельный соединитель в виде розетки. В таком случае уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси 9 с выступами 12 будет установлен в корпусе кабельно-приборного соединителя, упираясь выступами 12 в углубления изолятора 10 кабельной розетки. На корпусе кабельного соединителя установлена стыковочная гайка 27 с внутренней трапециевидной резьбой для фиксации соединения с кабельно-приборным соединителем или с приборным соединителем, на корпусе каждого из которых выполнена ответная внешняя резьба. Приборный соединитель 7 (см. Фиг. 6) включает корпус с внешней трапециевидной резьбой, внутри которого установлен стеклонаполненный изолятор 10 с контактными элементами. При этом внутри корпуса 7 выполнена радиальная канавка с уплотнительным кольцом из резиновой силиконовой смеси 23. Со стороны контакта приборного соединителя с оборудованием 8 расположен герметизирующий элемент 14, наложенный на изолятор 10 приборного соединителя методом заливки компаундом на основе эпоксидной смолы. Внутри корпуса 7 выполнена радиальная канавка, в которой установлено стопорное кольцо 22, упирающееся в изолятор 10 приборного соединителя. При этом контактные элементы с обеих сторон приборного соединителя могут быть выполнены в виде вилки или розетки. В случае если контактные элементы приборного соединителя со стороны кабельного соединителя выполнены в виде вилки, на изоляторе 10 приборного соединителя будет установлен уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси с выступами, упирающимися в углубления изолятора кабельной розетки. Согласно Фиг. 6 приборный соединитель 7 выполнен в виде розетки и сочленен с вилкой кабельного соединителя через стыковочную гайку 27, при этом уплотнитель контактов из резиновой силиконовой смеси 9 размещен в корпусе кабельного соединителя, выступы 12 которого упираются в углубления изолятора 10 приборной розетки.
На Фиг. 2 представлен пример соединения кабельных сборок 3 герметичной кабельной линии посредством герметичного вводного устройства 25 (ГВУ), установленного в перегородках между отсеками (модулями) 1.
На Фиг. 3 схематично представлены участки распрямленных витых пар 26 кабеля кабельного и кабельно-приборного соединителей, проходящие через ГВУ 25.
На Фиг. 4 изображена структурная схема надежности кабельной линии.
Согласно заявленному изобретению, герметичную кабельную линию прокладывают через перегородки модулей, разделяющие корпус судна на отсеки. При этом герметичность области контакта кабельной линии со стенками модулей может быть обеспечена при помощи различных средств, известных из предшествующего уровня техники. В качестве примера такая задача может быть решена за счет устройства для обеспечения герметичного прохода в стенке, известного из RU 2332764, 27.08.2008. Такое техническое решение позволяет произвести соединение кабельного и кабельно-приборного соединителя соседних кабельных сборок кабельной линии без использования ГВУ, обеспечивая герметичность области контакта кабельной линии с перегородкой модуля. При этом реализация заявленного изобретения не ограничивается возможностью использования приведенного примера. Для обеспечения герметичности области контакта кабельной линии и стенок модулей может быть использованы другие известные технические решения. Герметичность внутри кабельной линии обеспечивают герметично сочлененные друг с другом через стыковочные гайки 27 кабельные, кабельно-приборные и приборные соединители. При этом каждый соединитель кабельной линии включает корпус, внутри которого вклеен стеклонаполненный изолятор с вилочными или розеточными контактными элементами, соединенными с токопроводящими жилами кабеля. Материал изолятора может быть выполнен из полифениленсульфида Фортрон - 6165 А4, ТУ 2224-001-86535236-2016, который устанавливают в корпус на клей КМ-203 (КМ-201). На каждом приборном соединителе со стороны контакта с оборудованием расположен герметизирующий элемент, наложенный на изолятор методом заливки компаундом на основе эпоксидной смолы. В качестве заполнения герметизирующего элемента с контактной стороны может быть выбран компаунд АНАТЕРМ-205, ТУ 2257-345-00208947-2001. Перед заливкой компаунда осуществляют обезжиривание поверхностей изолятора и корпуса спиртом этиловым техническим гидролизным ректификованным (ГОСТ Р 55878). Со стороны соединения кабеля с изолятором в каждом кабельном и кабельно-приборном соединителе установлен уплотнительный элемент из резиновой силиконовой смеси 13. Уплотнительный элемент 13 представляет собой радиальное уплотнение с отверстиями под жилы кабеля и может быть выполнен из резиновой силиконовой смеси Пенастил - 11503. Контактная часть герметичного кабельного, кабельно-приборного и приборного соединителя может быть выполнена в виде вилки или розетки.
Соотношения объемов изолятора и уплотнительного элемента из резины к общему объему указанных элементов в паре сочлененных соединителей (кабельного и кабельно-приборного), согласно Фиг. 5, могут быть следующими:
изоляторы 57%, уплотнительные элементы из резины 43%;
Соотношения объемов перечисленных элементов могут отклоняться от приведенных значений согласно производственным допускам в пределах ±5%.
Особенностью приборного соединителя является установка металлического стопорного кольца 22, которое перераспределяет нагрузку от изолятора на корпус по радиальной канавке, при воздействии на соединитель в расчлененном положении гидростатического давления, тем самым снижая механическое воздействие на герметичное заполнение из компаунда.
Соотношения объемов компаунда, изолятора и уплотнительного элемента из резины к общему объему указанных элементов в паре сочлененных соединителей (кабельного и приборного), согласно Фиг. 6, могут быть следующими:
уплотнительный элемент из резиновой силиконовой смеси 21%, изолятор 72%, компаунд 7%;
Соотношения объемов перечисленных элементов могут отклоняться от приведенных значений согласно производственным допускам в пределах ±5%.
Для заявленной герметичной кабельной линии может быть использован негерметизированный симметричный кабель парной скрутки, конструкция которого представлена в таблице 1. Использование негерметизированных кабелей существенно снижает стоимость линии по кабелю в 3-4 раза, уменьшение массогабаритных характеристик 1,3-2 раза.
Заявленная герметичная высокочастотная кабельная линия может быть проложена через модульные отсеки корпуса судна путем последовательного сочленения соединителей, например четырех кабельных сборок по схеме вилка-розетка и фиксации соединений через стыковочные гайки 27.
Собранная таким образом герметичная высокочастотная кабельная линия обеспечивает стойкость в двухстороннем направлении к продольному гидростатическому давлению не менее 6,13 МПа, соответствующее глубине погружения 600 м. Достижение технического результата обеспечено совокупностью признаков заявленного изобретения, за счет системы уплотнений 13, работающих как герметизирующие элементы при воздействии гидростатического давления. Упругая деформация уплотнений 13 под давлением заполняет все микрозазоры по всей длине заявленной кабельной линии. При этом использование стекла в изоляторах соединителей обеспечивает прочность стеклонаполненного изолятора от раздавливания (разрушения) продольным гидростатическим давлением (см. Приложение «Протокол испытаний №401.777-Пр-2020»).
Для подтверждения достижения технического результата, заключающегося в минимизации потерь электрического сигнала в процессе эксплуатации изобретения, могут быть представлены примеры сравнения работы кабельной линии с использованием ГВУ (Фиг. 2) и заявленной кабельной линии (Фиг. 1), согласно которой кабельные сборки 3 соединены непосредственно через кабельные и кабельно-приборные соединители 4.
В качестве примера рассматривается вариант использования кабельной линии (составных кабельных сборок) с применением герметичных вводных устройств (ГВУ) при модульном строительстве судов, согласно Фиг. 2. Кабельная линия общей длиной 70 м проходит через два отсека, начинаясь в третьем и оканчиваясь в шестом отсеке. В соответствии с ГОСТ РВ 0027-009-2008 кабельную линию на Фиг. 2 можно представить в виде эквивалентной структурной схемы надежности (см. Фиг. 4).
В соответствии с эквивалентной структурной схемой надежности вероятность безотказной работы (-процентный ресурс) кабельной линии может быть оценен из условий:
КЛ
Вероятность безотказной работы кабельной линии Р с герметичными вводными устройствами и последовательным соединением элементов равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов и оценивается по формуле (1):
КЛ
Потребуется включать кабельную линию в структурную схему надежности систем и агрегатов или уменьшить гамма-процентный срок службы кабельной сборки  до 15÷18 лет Р (=15÷18 лет)≥0,95.
КЛ
Вероятность безотказной работы кабельной линии Р (=30 лет) без герметичных вводных устройств в соответствии с Фиг. 1, проходящей через два отсека корабля оценена по формуле (2):
КЛ
Потребуется включать кабельную линию в структурную схему надежности систем и агрегатов или уменьшить гамма-процентный срок службы кабельной сборки  до 25÷27 лет Р (=25÷27 лет)≥0,95.
КЛ
Вероятность безотказной работы кабельной линии Р (=30 лет) без герметичных вводных устройств, проходящей через один отсек корабля определяется по формуле (3):
КЛ
Потребуется включать кабельную линию в структурную схему надежности систем и агрегатов или уменьшить гамма-процентный срок службы кабельной сборки  до 26÷28 лет Р (=26÷28 лет)≥0,95.
Таким образом заявленная герметичная высокочастотная кабельная сборка имеет более высокую вероятность безотказной работы в сравнении с кабельной линией, проложенной с использованием ГВУ.
Для примера оценка влияния ГВУ на переходное затухание NEXT (помехозащищенность) кабельной линии при модульном строительстве судов может быть оценена с использованием схемы представленной на Фиг. 3.
В соответствии с измерениями, проведенными заявителем распрямление витых пар с сочлененном положении кабельного и кабельно-приборного соединителя, составляет 25÷30 мм. При этом, согласно схеме, представленной на Фиг. 3 в сочлененном положении кабельного и кабельно-приборного соединителя через герметичное вводное устройство (ГВУ) 25, распрямление витых пар 26 составит 55÷100 мм. Также известно, что каждые 2 мм увеличения длины распрямления пар на частоте 500 МГц приводит к уменьшению переходного затухания NEXT (уменьшению помехозащищенности) на 1 дБ. Таким образом, заявленное изобретение подтверждает минимизацию потерь электрического сигнала в процессе его реализации.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает достижение нескольких технических результатов, а именно высокий уровень герметичности кабельной линии, минимизацию потерь электрического сигнала в процессе ее эксплуатации и повышение ее ремонтопригодности.