4.6. Расчет масс элементов волоконно-оптического кабеля

Основные конструктивные элементы ОК имеют цилиндрическую форму и являются сплошными (ОВ, токопроводящие жилы) или трубчатыми (изоляция, жилы ДП, трубки ОМ, оболочка, защитные покровы). Формулы для расчета масс конструктивных элементов в общем виде имеют соответственно вид

, (4.110)

где d — диаметр сплошного элемента; D_СР — средний диаметр трубчатого элемента; δ — толщина стенки трубчатого элемента; 1 — длина элемента; γ— плотность материала, из которого состоит данный конструктивный элемент; k, К — конструктивно-технологические коэффициенты (укрутки, спиральности, гофрирования и др.).

Диаметры и толщины конструктивных элементов всех кабелей стандартизованы в миллиметрах, а так как кабель — изделие длинномерное, то за единицу длины принят 1 км. Указанные дольная и кратная единицы СИ рекомендованы стандартами. Если при этом выражать плотность материала в тоннах на метр кубический, что по числовому значению соответствует граммам на кубический сантиметр (1 т/м³=1 г/см³), то масса материала будет выражена в килограммах на километр (кг/км). Тонна является диницей измерения, допустимой к применению наравне с единицами СИ.

В формулы подставляются номинальные размеры элементов (без учета допусков) и вычисляется номинальная масса (без учета отходов).

Остановимся на расчете масс наиболее используемых элементов в конструкциях ОК.

Масса оптических волокон. Масса сердцевины и оболочки ОВ в трубке оптического модуля или в пазе профилированного сердечника определяется выражением:

, (4.111)

где Р_С+О — масса сердцевины и оболочки ОВ, кг/км; b — радиус кварцевой оболочки ОВ, мм; γ_КС — плотность кварца, г/см³; К_Г — коэффициент укрутки ОВ по геликоиде в ТЗО или пазе ПС; т — число ОВ в ТЗО или пазе ПС.

Масса всех ОВ в кабеле:

, (4.112)

где п — число TЗО или пазов ПС; K_У — коэффициент укрутки ОМ или ПС.

Если в конструкции ОК расположен один профилированный сердечник, то К_У = 1.

Масса однослойного покрытия ОВ в кабеле определяется выражением вида:

, (4.113)

где P_{П ОВ} — масса покрытия всех волокон в ОК, кг/км; Δ _{П ОВ} — толщина покрытия ОВ, мм; γ _{П ОВ}— плотность материала покрытия ОВ, г/см³; n _{П ОВ} — общее число ОВ в кабеле.

Масса ОВ в полимерном покрытии определяется выражением:

. (4.114)

Масса центрального силового элемента. При использовании стального троса в полимерном покрытии масса такого ЦСЭ определяется следующим образом:

, (4.115)

где P_ЦСЭ, P_T, Р_ПТ — массы, кг/км, ЦСЭ, троса и полимерного покрытия троса соответственно.

, (4.116)

где D_Ц, D_H — диаметры, мм, проволоки в центральном и наружном повивах троса соответственно; N_H — число проволок в наружном повиве; К_УП — коэффициент укрутки проволок троса; γ_Т — плотность материала проволок, г/см³; Kc — коэффициент, учитывающий приращение веса троса за счет его смазки (К_С = 1,07).

, (4.117)

где D_T — наружный диаметр троса, мм; Δ_ПТ — толщина покрытия троса, мм; γ_ПТ — плотность материала покрытия троса, г/см³; К_Ф=1,13 [19] — коэффициент, учитывающий технологические факторы.

Масса ЦСЭ из стеклопластика определяется выражением:

, (4.118)

где D_С — диаметр стеклопластикового стержня, мм; γ_С— плотность стеклопластика, г/см³.

Масса полимера трубок ОМ и профилированных сердечников. Масса полимера для трубок оптического модуля определяется выражением:

, (4.119)

где D_С — диаметр трубки ОМ, мм; Δ_ТЗО— толщина трубки ОМ, мм; γ_ТЗО — плотность материала полимерной трубки, г/см³; K_У — коэффициент укрутки трубок ОМ; п_ТЗО — количество ОМ в кабеле.

Масса полимера для профилированного сердечника определяется выражением:

, (4.120)

где S_ПС — площадь поперечного сечения профилированного сердечника ОК, мм²; γ_ПС –плотность материала профилированного сердечника ОК, г/см³.

Масса гидрофобного заполнителя в ТЗО и пазах ПС. Масса гидрофобного заполнителя в ТЗО или пазе ПС кабеля:

, (4.121)

где — внутренняя площадь поперечного сечения ТЗО или паза ПС, мм²; S_ОВ — площадь поперечного сечения ОВ, мм²; γ_ГЗ — плотность материала гидрофобного заполнителя, г/см³.

Масса заполняющих элементов. Масса заполняющих элементов ОК определяется выражением:

, (4.122)

где Р_ЗЭ — масса ЗЭ, кг/км; D_ЗЭ — диаметр заполняющего элемента, мм; γ_ЗЭ — плотность материала ЗЭ, г/см³; n_ЗЭ — число заполняющих элементов в кабеле.

Масса жил дистанционного питания. Масса монометаллических жил дистанционного питания, кг/км, определяется выражением:

, (4.123)

где d₀ — диаметр токопроводящей жилы, мм; n_ж — число жил в кабеле; γ_ж — плотность материала жилы, г/см³; К_у— коэффициент укрутки.

Масса однородной изоляции жил ДП, наложенной сплошным цилиндрическим слоем, определяется по выражению вида:

, (4.124)

где Δ_ИЗ — толщина изоляции, мм; γ_ИЗ — плотность материала полиэтилена, г/см³; n_ж — число жил ДП в кабеле.

Масса промежуточной оболочки. Масса экструдированной пластмассовой оболочки определяется выражением:

, (4.125)

где D_ВТ — внутренний диаметр оболочки или диаметр под оболочкой (по поясной изоляции D_ПСН при отсутствии экрана; по экрану D_Э, если он есть; по разделительной обмотке поверх экрана D_РОБМ), мм; Δ_ОБ — толщина оболочки, мм; γ_ОБ— плотность материала оболочки, г/см; K_ТФ — коэффициент, учитывающий технологические факторы, в частности неравномерность по толщине: для пластмассовой оболочки K_ТФ= 1,04.

Масса броневых покровов. Определим массу брони из плоских, гофрированных лент и круглой проволоки.

Масса ленточной брони определяется выражением:

, (4.126)

где D_ПОД — диаметр по подушке или промежуточной оболочке, мм; Δ_БР = 2 Δ_Л— общая толщина брони, мм; γ_Л — плотность материала бронелент, г/см³; К_ЗА — коэффициент зазора аксиального.

Бронеленты накладываются с зазором между соседними витками, равным в среднем 1/3 ширины ленты (К_НСР = 0,33). Согласно [14] К_ЗА = 0,75.

Масса гофрированной брони определяется выражением вида:

, (4.127)

где D_ВН — внутренний диаметр гофрированной оболочки по впадине гофра, мм; Δ_БР — толщина брони, мм; γ_{С ОБ} — плотность материала трубки гофрированной брони, г/см³; К_ТФ — коэффициент, учитывающий технологические факторы (для стали К_ТФ = 1,04); К_Г — коэффициент гофрирования брони.

Масса брони Р_БРПР кг/км, из круглой проволоки определяется по выражению вида:

, (4.128)

где d_П — диаметр стальной проволоки, мм; N — число бронепроволок; К_УПР — коэффициент укрутки бронепроволок.

Шаг наложения бронепроволок Н_БРПР=(8...15)D_ОБ, в среднем m_Т= 11(m_Т –теоретическая кратность шага скрутки) и К_УПР≈1,04.

Число проволок брони рассчитывается по формуле:

. (4.129)

Дробное N округляется до ближайшего меньшего целого числа, при этом суммарный просвет между проволоками не должен превышать одного диаметра проволоки.

Масса защитного шланга. Масса защитного шланга определяется выражением вида:

, (4.130)

где D_ВТ — диаметр под шлангом (по гладкой или гофрированной оболочке, по броне), мм; Δ_ШЛ - толщина шланга, мм; γ_ШЛ— плотность материала защитного шланга, г/см³; К_ТФ=1,10 – коэффициент, учитывающий технологические факторы.