光纖光纜技術(shù)之微管氣吹技術(shù)

1.微管

1.1微管的類型

微管是氣吹系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分，就象城市的道路，在微纜敷設(shè)前微管必須先敷設(shè)到目的地，并且要求一次性敷設(shè)到位。因?yàn)榈?次敷設(shè)的微管和第2次敷設(shè)的微管有纏繞的可能，在一根保護(hù)管（保護(hù)管：保護(hù)管指對(duì)微管束起保護(hù)作用的管道，這種管道可以是氣吹用的硅芯管，牽引用的PVC管，市話管道用的子管，格柵管等敷設(shè)光纜用的管道）內(nèi)的微管是不能分批敷設(shè)的，目前國(guó)內(nèi)外的微管按結(jié)構(gòu)區(qū)分大約有以下2種：

1.1.1集束管

集束管（見圖1）有點(diǎn)象我們市話管道上常用的蜂窩管，是由松散的微管單元組成的微管束和外護(hù)套兩部分在廠家組合而成，但是微管和微管之間，微管單元和外護(hù)套之間是不能粘連的，可以有相對(duì)的位移。集束管的優(yōu)點(diǎn)在于管道的密度高，可以在有效的空間內(nèi)容納最多的微管。缺點(diǎn)是靈活性較差，管道的開剖不方便（指厚壁的外護(hù)套），內(nèi)層微管分歧困難，同時(shí)抗沖擊的能力也較差，由于微管單元是被保護(hù)管緊緊地包裹在一起，保護(hù)管的變形可以直接造成微管變形。集束管的排列方式和區(qū)分見圖2.


圖1 集束管

圖2 集束管的排列方式

目前，根據(jù)工程的用途不同，集束管分為直埋型，管道型，捆綁型，扁平型，架空型，阻燃型，防白蟻型和鎧裝型。從外形區(qū)分，集束管有圓形，多邊形，方形和扁平型。圓形的集束管多為厚壁外護(hù)套的集束管，多邊形的集束管一般是薄壁外護(hù)套的集束管，方形和扁平型的集束管有厚壁的也有薄壁的外護(hù)套，見圖3和圖4.

圖3 常見的集束管外形

直埋型集束管：直埋型集束管是由厚壁外護(hù)套加標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管單元或薄壁外護(hù)套加厚壁微管單元組成，為了解決厚壁外護(hù)套的集束管開剖難的問題和提高集束管的靈活性，厚壁外護(hù)套的集束管開始向薄壁外護(hù)套的集束管轉(zhuǎn)變。直埋型集束管可以直接買入管道的溝槽內(nèi)。

管道型集束管：管道型集束管是由薄壁的外護(hù)套和標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管單元組成，適合于樓宇內(nèi)的敷設(shè)和在有保護(hù)管的管道內(nèi)氣吹或牽引。

捆綁型微管束：捆綁型集束管是采用較細(xì)的尼龍繩通過捆綁的方式將微管單元組合在一起，可以用于牽引，氣吹和直埋敷設(shè)，采用何種敷設(shè)方式，取決于微管單元的壁厚和保護(hù)管的材料。這種外形的集束管可以最大限度地利用保護(hù)管和槽道的空間，組合的方式很靈活。在1根40/33mm的保護(hù)管內(nèi)可以氣吹4組，每組6根4/3mm的微管單元。

扁平型集束管：扁平形集束管多用于城區(qū)內(nèi)利用機(jī)械開挖的標(biāo)準(zhǔn)槽道，這種槽道的寬度很窄，因此扁平的集束管就非常適合于這種槽道，同時(shí)在線路的水平轉(zhuǎn)彎點(diǎn)也沒有問題。但是對(duì)于高低起伏的線路，這種集束管在方向變化點(diǎn)的敷設(shè)就比較困難。為了解決這個(gè)問題，一種可以卷曲成圓形的扁平集束管已經(jīng)問世。

架空型集束管：架空型的集束管是一種8字結(jié)構(gòu)的集束管，廠家將集束管和架空支撐的加強(qiáng)單元組合在一起，適用于接入和下戶。

阻燃型集束管：阻燃型的集束管主要由低鹵無煙的微管單元和外護(hù)套組成，用于樓宇內(nèi)的直接敷設(shè)。

防白蟻集束管：防白蟻集束管的外護(hù)套是采用一種能增強(qiáng)管道的機(jī)械強(qiáng)度和提供化學(xué)保護(hù)的材料來防止白蟻的破壞。

鎧裝型集束管：鎧裝型集束管是在外護(hù)套內(nèi)采用一層波紋鋼帶來保護(hù)微管束，可以有效地防止動(dòng)物的啃咬。

厚壁外護(hù)套加標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管單元組合成的直埋型集束管薄壁外護(hù)套加厚壁的微管單元組合成的直埋型集束管很薄的外護(hù)套加標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管單元組合成的管道型集束管沒有外護(hù)套，所有的標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管單元采用細(xì)繩捆綁而成

由薄壁外護(hù)套加厚壁微管單元組成的扁平形集束管由相同直徑的厚壁微管單元或不同直徑的厚壁微管單元組合而成的新型扁平集束管由薄壁微管單元，厚壁外護(hù)套加吊線組合成的8字架空集束管或下戶用的架空微管單元。


圖4 不同用途的集束管

1.1.2微管單元

微管單元是由HDPE材料加內(nèi)壁的硅芯層組合而成的，一般而言，5mm以上的微管直徑的內(nèi)壁都有導(dǎo)流槽，而5mm以下的微管直徑的內(nèi)壁都沒有導(dǎo)流槽。目前，國(guó)際上的微管外徑一般從3mm到16mm.在1根微管內(nèi)可以容納的光纖芯數(shù)從1芯到288芯甚至更高。光纖單元和微纜在氣吹時(shí)，硅芯層主要起減小纜管之間的摩擦系數(shù)的作用。氣吹完畢后，硅芯層仍然保持在微管的內(nèi)壁上，有利于日后的維護(hù)和線纜的更換。微管單元有標(biāo)準(zhǔn)壁厚和加厚型微管，標(biāo)準(zhǔn)壁厚的微管可以用來牽引和氣吹，加厚型的微管單元可以用于直埋。氣吹的微管單元見圖5.

在1跟40/33mm的硅芯管內(nèi)氣吹4組，每組6根，共24根4/3mm的捆綁式的集束管在1根40/33mm的硅芯管內(nèi)氣吹5根10/8mm的微管單元。


圖5 氣吹微管

微管單元的優(yōu)勢(shì)有：

1.簡(jiǎn)單和靈活的敷設(shè)方式：

如果保護(hù)管是硅芯管，利用微管氣吹機(jī)（Superjet MD）可以根據(jù)保護(hù)管的內(nèi)徑尺寸將一定數(shù)量的微管束按照模具的形狀一次性吹進(jìn)已經(jīng)敷設(shè)好的保護(hù)管內(nèi)。如果保護(hù)管是其它管道，如PE子管，格柵管，PVC大管等管道，也可以采用牽引技術(shù)或水敷設(shè)技術(shù)將微管束敷設(shè)進(jìn)現(xiàn)有的管道。如果沒有空的保護(hù)管，微管的擴(kuò)容技術(shù)也可以根據(jù)保護(hù)管的內(nèi)徑以及保護(hù)管內(nèi)已有光纜外徑的比值來考慮是否還可以氣吹，水敷設(shè)或牽引微管，以及可以氣吹或牽引多少根微管。不同的微管敷設(shè)方式見圖6.


圖6 不同的管道擴(kuò)容方式

2.只要有空的保護(hù)管就可以對(duì)管道進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)容；

氣吹微管束可以充分利用已有的管道資源進(jìn)行管道的擴(kuò)容，特別是在老城區(qū)和管道資源缺乏的地方。只要有1根空的保護(hù)管就可以將管道擴(kuò)容到3-5根甚至更多，擴(kuò)容的容量取決于保護(hù)管的內(nèi)徑和微管的外徑。保護(hù)管和氣吹微管單元的關(guān)系見1.3.

3.微管束的組合可以根據(jù)需求自行選擇；

氣吹和牽引時(shí)，我們可以客戶根據(jù)微纜芯數(shù)的要求，選擇不同直徑的微管單元。從上表所示，在1根40/33mm的保護(hù)管內(nèi)，我們可以敷設(shè)5根10/8mm的微管；也可以敷設(shè)2根12/10mm和1根14/12mm的微管，但是這2組微管束的不同組合，卻可以對(duì)氣吹微纜的芯數(shù)產(chǎn)生很大的影響。5根10/8mm的微管組合最大可以容納480芯，但是2根12/10mm和1根14/12mm的微管組合最大可以容納720芯。

4.管道的升級(jí)可以和發(fā)展同步進(jìn)行；

由于微管系統(tǒng)具有很強(qiáng)的平行升級(jí)和縱向升級(jí)的能力，微管的直接頭和保護(hù)管的分歧接頭可以隨時(shí)隨地的安裝和連接，使微管可以快速地連接到網(wǎng)絡(luò)的任何位置。當(dāng)微管敷設(shè)完畢之后，微纜可以根據(jù)市場(chǎng)的需求分批分階段地敷設(shè)到微管中，不需要預(yù)測(cè)未來的市場(chǎng)，不需要對(duì)有需求和沒需求的網(wǎng)絡(luò)都進(jìn)行覆蓋。

5.最小的擴(kuò)容成本，最大限度的擴(kuò)大管道的利用率；

隨著管道的新建成本越來越高，許多地方的管道擴(kuò)容已經(jīng)趨于不可能。那么利用微管的擴(kuò)容技術(shù)，不僅可以快速地加大管道的利用率，同時(shí)也可以大大增加每根微管內(nèi)的光纖芯數(shù)。例如：1根192芯的光纜直徑是14.5mm，通常是在1根40/33mm的硅芯管內(nèi)僅氣吹1根光纜，而1根96芯的微纜，其典型的直徑是6.5mm，可以在1根40/33mm的硅芯管內(nèi)敷設(shè)5根96芯的微纜，光纖芯數(shù)可以達(dá)到480芯，而且這480芯的微纜不需要一次敷設(shè)完畢，可以根據(jù)市場(chǎng)的需求分期敷設(shè)，節(jié)約了市場(chǎng)的初期投資成本。

6.對(duì)微纜提供更好的保護(hù)；

對(duì)于氣吹微管和微纜而言，微管和微纜在保護(hù)管內(nèi)都是松弛的，沒有應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)保護(hù)管受到外界的拉伸力時(shí)，微管和微纜在保護(hù)管內(nèi)的余長(zhǎng)可以自動(dòng)彌補(bǔ)保護(hù)管受拉伸出現(xiàn)的變形量。根據(jù)氣吹原理，微管束不能填充整個(gè)管道，因此微管和保護(hù)管之間需要有一定的空間，這種空間同時(shí)增強(qiáng)了微管的機(jī)械強(qiáng)度，保證了保護(hù)管的表面在發(fā)生輕度變形時(shí)，微管單元可以在變形的保護(hù)管內(nèi)通過位移避免變形，不會(huì)直接造成微管的損壞。因?yàn)闅獯滴⒐苁诒Ｗo(hù)管內(nèi)是松弛的，當(dāng)保護(hù)管受到外界的沖擊和拉伸時(shí)，微管具有較高的緩沖能力。

7.最方便的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和最快捷的線纜更換。

微管系統(tǒng)中的微纜出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過氣吹的方法將微纜在線路中的預(yù)留快速地氣吹到障礙點(diǎn)。只需要1個(gè)接頭盒就可以修復(fù)障礙點(diǎn)。而傳統(tǒng)的線路卻需要2個(gè)接頭盒和1段光纜，如果光纜沒有余線。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的微纜需要更換時(shí)，氣吹技術(shù)也可以快速地將舊的微纜吹出，新的微纜吹入。

1.2微管單元的氣吹指標(biāo)及結(jié)構(gòu)對(duì)氣吹的影響

根據(jù)微管氣吹體系的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)微管施工部分的技術(shù)要求如下：

1.2.1尺寸

微管必須是圓型的，尺寸如下：



對(duì)于氣吹微管束而言，微管的尺寸保持在上表的偏差范圍內(nèi)是十分重要的，如果微管直徑的正偏差變大，在氣吹時(shí)，微管就很難通過或不能通過氣吹機(jī)的密封導(dǎo)向。一般而言，氣吹機(jī)密封導(dǎo)向的下偏差比微管的上偏差僅大0.2mm.由于密封導(dǎo)向采用的是迷宮式的密封原理，如果密封導(dǎo)向的上偏差加大，迷宮式密封的效果將下降或起不到密封的作用。另外，微管采用插拔式的連接方式，微管的外徑偏差加大也會(huì)使微管的連接和拆卸困難或者不能連接。如果微管外徑的負(fù)偏差變大，微管在通過密封導(dǎo)向時(shí)，密封導(dǎo)向的密封效果就會(huì)變差。同時(shí)，微管接頭對(duì)微管外徑的抓緊力也會(huì)下降，就會(huì)導(dǎo)致微纜在氣吹時(shí)，微管接頭會(huì)和微管在管內(nèi)的高壓作用下脫開，微纜會(huì)從接頭的脫開點(diǎn)竄出造成微纜出現(xiàn)打折的風(fēng)險(xiǎn)。如果微管不是圓的，就會(huì)在密封導(dǎo)向上產(chǎn)生很大的摩擦阻力，導(dǎo)致氣吹敷管的失敗。另外造成微管的接續(xù)困難和漏氣。

1.2.2色譜

微管根據(jù)IEC-304標(biāo)準(zhǔn)采用全色譜，10根微管束選用如下顏色：

對(duì)于氣吹微管束，色譜對(duì)微管的區(qū)分是十分重要的。因?yàn)槲⒐茉跉獯禃r(shí)，微管單元在管道內(nèi)的排列是隨意的。如果不用色譜區(qū)分，就會(huì)增加較大的工作量來區(qū)分同樣色譜的微管單元。對(duì)于集束管而言，由于微管單元的排列是有規(guī)則的，因此集束管內(nèi)的微管單元不需要考慮全色譜，只需要了解微管單元在集束管內(nèi)的排列規(guī)則，集束管在敷設(shè)時(shí)需要通過色譜來辨別A，B端，氣吹微管單元不需要。

1.2.3標(biāo)識(shí)

集束管和微管單元每隔1米都應(yīng)該有一個(gè)可讀、可追朔的標(biāo)碼，包括生產(chǎn)日期、商標(biāo)和微管長(zhǎng)度。

微管的長(zhǎng)度尺碼是非常重要的。不管是氣吹、直埋還是牽引，記錄下每段微管的尺碼帶有利于微纜的配盤。


圖7 微管上的標(biāo)識(shí)

1.2.4壓力

在20 C下，微管必須能承受12bar的壓力，持續(xù)時(shí)間為30分鐘。

目前，這個(gè)壓力指標(biāo)在許多項(xiàng)目上已經(jīng)被提升到了15bar.因?yàn)槲⒐苣軌虺惺艿膲簭?qiáng)越大，微纜也就能敷設(shè)的越遠(yuǎn)。因?yàn)樵谖⒐軆?nèi)高速流動(dòng)的高壓空氣將在微纜的表面形成一股推力，壓力越高，這個(gè)推力也就越大，越有助于氣吹長(zhǎng)度的增加。當(dāng)用戶非常關(guān)注如何在微管有限的空間內(nèi)最大限度的增加微纜的芯數(shù)，那么微纜的直徑和微管的內(nèi)徑比就會(huì)突破80%的氣吹理論限制，氣吹效果就會(huì)下降許多，如果在同等的條件下，采用15bar的空氣壓力，氣吹效果將會(huì)在12bar壓力的氣吹效果上得到提升。

1.2.5摩擦系數(shù)

以圓鼓法測(cè)量時(shí)，微管的摩擦系數(shù)不能超過0.1.

摩擦系數(shù)對(duì)氣吹而言也是一個(gè)非常重要的氣吹指標(biāo)，越低的摩擦系數(shù)，微管內(nèi)壁和微纜外壁的摩擦力也就越小，那么在相同的氣流的推力作用下，氣吹的長(zhǎng)度也就越長(zhǎng)。對(duì)于圓鼓法而言，其摩擦力的測(cè)試是建立在牽引的理論基礎(chǔ)上，對(duì)氣吹而言不能反映出氣流在管道內(nèi)流動(dòng)對(duì)摩擦力的影響，但是可以作為一種參考，用于比較不同廠家的微管在牽引模式下的摩擦系數(shù)高低。

1.2.6微管盤

微管可以采用紙制、木制或鐵制的圓盤包裝，但是目前國(guó)際上較為流行的是木制的圓盤包裝。微管的內(nèi)端必須引出盤外，并加以防沖擊保護(hù)，以利于微管在氣吹時(shí)的管內(nèi)充氣和補(bǔ)氣。

用紙板制造的管盤不易儲(chǔ)存，如果紙制管盤受潮和雨淋，管盤會(huì)立即損壞。同時(shí)，紙制管盤的軸孔如果不采用中心定位卡，軸孔會(huì)在管盤的旋轉(zhuǎn)過程中損壞，導(dǎo)致管盤不能旋轉(zhuǎn)。鐵制的管盤價(jià)格較高，同時(shí)會(huì)增加管盤的重量和運(yùn)輸成本。木制管盤的強(qiáng)度高于紙制的管盤，但是在微管布放的過程中，建議采用中心定位卡，防止軸孔在管盤旋轉(zhuǎn)的過程中破裂。

帶中心定位卡的舉升架用中心定位卡固定管盤的軸孔。


圖8 敷設(shè)微管和微纜的專用舉升架