专利名称：水敷法光缆敷设施工方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种水敷法光缆敷设施工方法。
背景技术：
城市建设中，光缆敷设是很重要的一环，它关系到城市通讯的顺畅。光缆本身的刚度、可最大承受的温度值对敷设提出了很高的要求。实践证明光缆的失效事故很多时候是由于敷设中的损伤所致，造成巨大的损失。传统的光缆敷设方法主要有以下几种1、机械牵引法；2、直埋光缆法；3、架空光缆；4、水底光缆；5、管道光缆。这些方法都是用机械牵引法来敷设光缆，在牵拉的敷设过程中会产生很多的问题，例如方法1牵引力过大会产生光缆的拉伸过度，这将损坏光缆；方法2敷设过程中功耗很大，光缆受到的摩擦力很大，温升过高可能导致光缆失效；方法3光缆升级时不能把已经敷设好的光缆直接替换掉等。针对出现的这些问题，人们曾经推出气吹敷设法，取得了一定的成效。但使用气吹敷设法必须考虑管道和光缆/微管之间的比值是否过小，只有两者的比例达到一定的数值才有可能实现有效的气敷。
经对现有技术的文献检索发现，日本专利JP 2001086614 A，该专利提出了利用气吹机吹出的高压气体来敷设微管或微缆的技术，具体为气吹机把空压机产生的高速压缩气流和光缆一起送入管道。由于高压气体充满整个硅管空间，从而使光缆基本上悬浮在管道内，即使遇到硅管的左右弯曲、上下起伏，也由于管壁内层固体硅胶极低的摩擦系数而大大减小光缆前进时的摩擦力。由于硅管内高压气体的流动，在光缆表皮产生附着力而带动光缆在管道中前进。其不足在于1)适用于吹送的光缆外径的范围仅为φ10-32mm；相应的硅管的内径范围为φ25-51mm。2)不能对不耐高压气体的管道进行施工。3)管道和光缆/微管之间的比值不能很小。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水敷法光缆敷设施工方法，使其不仅继承了气吹法的优点，而且当较小内径的管道敷设较粗的光缆时也非常适用，面积较大的微管束不仅可以减低管道的投资同样可以减少施工时水的使用量。另外由于不需要空气压缩机，减轻了设备重量和便于运输，转移工地更容易。水敷法同气吹法一样在管道弯曲处不产生阻力的影响，所以对在弯曲的管道中敷设光缆有非常重要的作用。
本发明是同过以下技术方案实现的，本发明利用机械光缆推进器把光缆推进管道中，同时水压机把加压后的水流通过进水器送入管道内，这种高速的水流在光缆的表面形成一种拖拽力；很高的水压作用在与光缆头部相连的导向密封结构上(作用面积数值上等于管道内截面积与光缆截面积之差)，也产生一个很大的前向力。同时由于水的浮力的作用，光缆处于漂浮的状态，水还能起到润滑作用，这减小了管壁与光缆之间的摩擦力。水敷法也最大限度的减少了光缆由于热损伤导致失效的可能性，这是由于水的比热是最大的，故管道内的温升是最小的。采用控制器对交流伺服电机和水压进行精确控制，调节好两者的关系，最终实现安全快速超长距离的敷设光缆。
本发明的方法包括如下步骤①将导向密封结构和光缆一段连接，放入管道后，在管道口装上密封结构，管道外径为90mm-180mm，管道内径与光缆直径的比值为1.5左右；②将水泵出水口通过比例阀接在密封结构上的进水口上，密封结构内部的进水管与光缆平行，可以顺着敷设方向喷出水；③在管道入口安装推进器，该推进器具备推动直径为65mm～105mm的光缆的能力；④给控制器、电机驱动器、水泵上电；⑤测量所需敷设的光缆直径、敷设距离，确定敷设速度。并根据测量值在控制器上设定光缆直径，敷设距离，敷设速度；光缆直径为65mm-105mm，一次性不间断敷缆距离的范围为400m-800m，敷设速度为每分钟不小于6m-12m。
⑥打开水泵，向管道中注入添加有润滑剂的水，读出管道入口处水压传感器的数值，并与水压预定值进行比较，输出决定比例阀的开度的电流值，并显示当前水压值；
⑦根据设定值编程通过控制器计算出推进器所需的预紧力及电机所需的转矩；具体方法为通过光缆直径、敷设距离、敷设速度计算出将光缆从光缆滚子上拉下来的牵引力以及管道对光缆的摩擦产生的阻力，两者之和减去水压产生的前向力，得到推进器所需提供的推进力，再根据推进器与光缆的摩擦系数、推进器半径可得到所需的最小预紧力，和转矩；⑧在施压机构上手动施加预紧力，控制器在确定预紧力及水压值满足预定的条件后，对交流伺服电机的驱动器单元输出信号，设定交流伺服电机的速度、转矩参量，启动交流伺服电机；⑨通过控制器的编码器模块，读出交流伺服电机的瞬时速度。同时读出交流伺服电机转矩的瞬时值，并都加以显示；⑩利用通过编码器模块测出的实际转速对电机驱动器进行速度控制和位置控制，调节敷设速度和电机转矩，防止敷设中发生光缆损坏的事故；通过传感器读出检测点的温度值，与设定的温度上限值进行比较，调整光缆进入管道的速率，即控制温度上限值与实际温度的差值，使得它大于0，在该差值变大时，可适当的减小敷设速度；敷设过程中，收集进水口及管道末端处漏掉的水，过滤后通过回路送回水箱，以循环利用；光缆到达管道另一端后，将导向密封结构及推进器从光缆上拆下。
向管道位置较高的一端充气，将水吹出管道，在位置较低的管道一端收集残留在管道内的水，过滤之后，回收利用。
本发明理论分析与实验结果表明，水敷法能耗低，敷设速度更快，能够适应复杂的管道路径，实现安全的、长距离的敷设光缆，正常的敷设状态下对光缆的机械损伤、热损伤都是最小的。整套设备的体积很小，可以方便的搬运，故能进行野外作业。
本发明水敷法通过合理的、高可靠性的控制，完全可以实现敷设的自动化、智能化，完全满足了现代工业的需要。整套系统体现了尽可能节约资源的原则，大大节约了电力资源，避免了水资源的浪费。
本发明采用交流伺服来实现推进器位置的精密控制，使得系统的响应很快，可以平稳的调节速度，避免光缆过松或过紧。
综上所述，本发明相对于以往的敷设方法有着巨大的优势，能够出色的完成城建中的光缆敷设的工作，尤其适合于价格昂贵、对安全性要求很高的光缆。
图1为系统原理示意图。
图2为系统水力通路的示意图(图1密封机构5的放大)。
图3为推进器4截面示意图(图1推进器4的放大)。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1中，导向密封结构6与光缆3通过螺栓紧密的固定在一起。图1、图2中，入水的泵为泵1，水回收的泵为泵2，图2中，过滤装置9是为了过滤泥土等杂质，以便保护泵。导向密封结构6内部有密封圈8，外部为尼龙结构，正好与管道配合，起到了密封和导向的作用。水泵1出水口通过比例阀7接在密封结构5上的进水口上，可以通过控制输入比例阀7的电流值对流量进行控制，保证压力值处于4bar左右。4bar左右的高压水作用在光缆头部的导向部导向密封结构6上，起到了强大的前向力。
然后安装密封结构5，如图密封结构5装有密封圈，目的在于防止水的大量漏出，在互成90度的四个方向装有连接水泵的进水口15，使得水力在径向上是平衡的，密封结构5内部的进水管与光缆3平行，可以顺着敷设方向喷出水，这种高速的水流在光缆3的表面形成一种向前的拖拽力。
如图3所示，左驱动轮10、右驱动轮11、施压轮12互成120度。左驱动轮10、右驱动轮11由同一交流驱动器带动，以保证驱动速度相同。施压机构13中加有压力传感器。
将推进器4套在光缆3上，可以通过调节变径结构14来获得合适的松紧程度，施压轮12、左驱动轮10、右驱动轮11互成120度。
给控制器、电机驱动器、水泵上电，可以通过触摸屏设定光缆3的直径，敷设距离，敷设速度；控制器打开水泵1的比例阀，向管道2中注入添加有润滑剂的水，并读出水压传感器的数值，并与预定值进行比较，输出决定比例阀7的开度的电流值，并显示当前水压值。随即控制器对上述数值进行运算，算出推进器4所需的预紧力及电机所需的转矩。这里的预紧力必须小于光缆3能够承受的最大压力，防止将光缆3压伤。
控制器在判断预紧力及水压值是否满足预定的条件后，向交流伺服电机的驱动器单元输出信号，设定速度、转矩参量，启动或停止交流伺服电机。
交流伺服电机编码器可以准确测得电机转速，通过控制器的编码器模块读出电机的瞬时速度。交流伺服电机能够测出自身的转矩，用控制器读出转矩的瞬时值，并都加以显示。
利用测出的反馈值对电机驱动器进行速度控制和位置控制，调节敷设速度和电机转矩，防止敷设中发生光缆3由于太紧而损坏的事故。
通过pt100传感器读出检测点的温度值，与合理的范围(不超过40摄氏度)进行比较，调整光缆3进入管道的速率。有必要时，可做停机处理。
敷设过程中，收集进水口及管道2末端漏掉的水，通过过滤装置9过滤掉杂质后通过回路水泵2送回水箱，以循环利用。光缆3到达管道2另一端后，解开固定的螺栓，将导向密封结构6及推进器4从光缆3上拆下。然后向管道2位置较高的一端充气，将水逼出管道2，在位置较低的管道2一端收集残留在管道2内的水，过滤之后，回收利用。
运用实例利用5kw的交流伺服电机，和最大流速为10m3/h的水泵，依照以上的具体步骤，可以成功平稳的敷设直径为81mm、管道内径与直径比值为1.5、长度800m的光缆，敷设速度为12m/min，具体使用的水压为4bar。敷设效果良好，未造成水的大量浪费，光缆温升没有超过40度。
由以上实施例可以看出，本实施例用推进器给管道外的光缆向前的推力，利用水提供润滑降温作用，通过控制器对交流伺服电机和水压进行精确控制，调节好两者的关系，实现安全快速超长距离的敷设光缆。循环利用介质水，并安装合适的密封圈，减少水资源的浪费。本发明拥有如下优良特性能耗低，敷设速度更快，能够适应复杂的管道路径，实现安全的、长距离的敷设光缆。整套设备的体积很小，能适应野外作业。尤其适合于价格昂贵、对安全性要求很高的光缆。
权利要求
1.一种水敷法光缆敷设施工方法，其特征在于，利用机械光缆推进器把光缆推进管道中，同时用水压机把加压后的水流通过进水器送入管道内，水流在光缆的表面形成一种拖拽力，水压作用在与光缆头部相连的导向密封结构上，也产生一个前向力，光缆由于水的浮力处于漂浮的状态，采用控制器对交流伺服电机和水压进行控制，实现光缆的敷设。
2.根据权利要求1所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，包括如下步骤①将导向密封结构和光缆一段连接，放入管道后，在管道口装上密封结构；②将水泵出水口通过比例阀接在密封结构的进水口上；③在管道入口安装推进器；④给控制器、电机驱动器、水泵上电；⑤测量所需敷设的光缆直径、敷设距离，确定敷设速度，并根据测量值在控制器上设定光缆直径、敷设距离、敷设速度；⑥打开水泵，向管道中注入添加有润滑剂的水，读出管道入口处水压传感器的数值，并与水压预定值进行比较，水压预定值与测得值的差值按比例决定比例阀的开度的电流值，并显示当前水压值；⑦根据设定值编程通过控制器计算出推进器所需的预紧力及电机所需的转矩；⑧在施压机构上手动施加预紧力，控制器在确定预紧力及水压值满足预定的条件后，对交流伺服电机的驱动器单元输出信号，设定交流伺服电机的速度、转矩参量，启动交流伺服电机；⑨通过控制器的编码器模块，读出交流伺服电机的瞬时速度，同时读出交流伺服电机转矩的瞬时值，并都加以显示；⑩利用编码器模块测出的实际转速对电机驱动器进行速度控制和位置控制，调节敷设速度和电机转矩，防止敷设中发生光缆损坏的事故；通过传感器读出检测点的温度值，与设定的温度上限值进行比较，调整光缆进入管道的速率；敷设过程中，收集进水口及管道末端漏掉的水，过滤后通过回路送回水泵，以循环利用；光缆到达管道另一端后，将导向密封结构及推进器从光缆上拆下；向管道位置高的一端充气，将水逼出管道，在位置低的管道一端收集残留在管道内的水，过滤之后，回收利用。
3.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的②中，密封结构内部的进水管与光缆平行，能顺着敷设方向喷出水。
4.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的③中，在距离管道入口1m的位置安装推进器，该推进器具备推动65mm～105mm光缆的能力。
5.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的⑤中，敷设速度为每分钟6m-12m，一次性连续敷缆距离的范围为400m-800m。
6.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的⑥中，水压预定值为4bar。
7.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的⑦中，根据设定值编程通过控制器计算出推进器所需的预紧力及电机所需的转矩，具体方法为通过光缆直径、敷设距离、敷设速度计算出将光缆从光缆滚子上拉下来的牵引力以及管道对光缆的摩擦产生的阻力，两者之和减去水压产生的前向力，得到推进器所需提供的推进力，再根据推进器与光缆的摩擦系数、推进器半径得到所需的最小预紧力和转矩。
8.如权利要求2所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的中，设定的上限值为40度，控制40度与实际温度的差值，使得它大于0，在该差值变大时，减小敷设速度。
9.如权利要求1所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的水压作用在与光缆头部相连的导向密封结构上，其作用面积等于管道内截面积与光缆截面积之差。
10.如权利要求1或2或9所述的水敷法光缆敷设施工方法，其特征是，所述的光缆直径为65mm-105mm，管道外径为90mm-180mm，管道内径与光缆直径的比值为1.5。
全文摘要
一种建筑工程技术领域的水敷法光缆敷设施工方法，利用机械光缆推进器把光缆推进管道中，同时用水压机把加压后的水流通过进水器送入管道内，水流在光缆的表面形成一种拖拽力，水压作用在与光缆头部相连的导向密封结构上，也产生一个前向力，光缆由于水的浮力处于漂浮的状态，采用控制器对交流伺服电机和水压进行控制，实现光缆的敷设。本发明能耗低，敷设速度更快，能够适应复杂的管道路径，实现安全的、长距离的敷设光缆，整套设备的体积很小，能适应野外作业。
文档编号G02B6/54GK101055340SQ20071004147
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者付庄, 赵言正, 郭阿茹, 吴钰屾, 于爽 申请人:上海交通大学