Khi chuẩn bị phương tiện điều khiển từ xa dưới nước (ROV) cho công tác kiểm tra, nhóm kỹ thuật biển cần một tuyến cáp quang tether dài có lực nổi gần trung tính. Cáp phải truyền ổn định video và dữ liệu đo từ xa, chịu tải khi thu hồi và tương thích với giao diện dưới nước của phương tiện. Cáp đạt thông số quang khi còn trên tang cuốn vẫn có thể không phù hợp nếu tải kéo truyền qua đầu nối hoặc lực nổi thay đổi ở độ sâu làm việc.
Hãy xác định thông số cho toàn hệ thống, từ thiết bị quang và tời phía mặt nước đến cổng quang và điểm neo cơ khí trên ROV. Hướng dẫn này trình bày cách mô tả cáp, hai đầu cáp và các phép thử nghiệm thu trong cùng một yêu cầu báo giá (RFQ). Có thể tham khảo cáp tether ROV có lực nổi trung tính theo yêu cầu của DEV CABLE khi bắt đầu xem xét thiết kế.
Vì sao thiết kế cáp quang tether ROV quan trọng?
Đường truyền quang có thể mang video, lệnh điều khiển, dữ liệu đo từ xa và dữ liệu cảm biến giữa ROV và thiết bị mặt nước trên khoảng cách lớn. Cáp chỉ có sợi quang làm nhiệm vụ truyền thông. Phương tiện cần nguồn điện riêng, chẳng hạn pin trên khoang. Cần xác nhận thiết bị dùng một sợi truyền hai chiều hay dùng sợi phát và sợi thu riêng.
Khi các điều kiện khác như nhau, cáp có đường kính nhỏ hơn sẽ có diện tích cản dòng ngang thấp hơn và có thể giảm lực cản thủy động. Chiều dài cáp thả ra, tốc độ dòng chảy, hình dạng và hướng cáp cũng ảnh hưởng đến lực mà bộ đẩy phải thắng. Lực nổi gần trung tính làm giảm trọng lượng biểu kiến của cáp trong nước. Lực cản vẫn tồn tại, nên dòng chảy có thể đẩy cáp về phía công trình hoặc tạo tải tại điểm neo trên ROV.
Xem xét riêng điều kiện di chuyển, làm việc và thu hồi. Đường kính nhỏ làm giảm không gian bố trí phần tử chịu lực hoặc vật liệu tạo lực nổi. Đường kính lớn làm giảm chiều dài có thể cuốn trên tang. Thông số cần tính đến dự trữ lực đẩy, chiều dài dự kiến thả và tải khi hạ thủy, vận hành và thu hồi.
Một cụm cáp quang tether ROV hoàn chỉnh gồm những gì?
Ba phần cần được xem xét cùng nhau. Cáp tether tạo đường truyền quang, lực nổi phân bố theo chiều dài và có phần tử chịu lực. Đầu nối quang dưới nước tạo giao diện quang tháo lắp được và ranh giới chịu áp hoặc kín nước xác định. Bộ chống gập và đầu neo chịu lực kiểm soát độ uốn và truyền tải kéo vào điểm neo quy định. Ống chụp mềm kiểm soát độ uốn tại lối ra của cáp. Tải dọc trục phải do đầu neo giữ được các phần tử chịu lực đảm nhận.
Cáp chưa làm đầu được cung cấp khi chưa lắp phụ kiện đầu cáp. Cáp đã gắn đầu nối có đầu nối ở một hoặc cả hai đầu. Với cụm cáp hoàn chỉnh, cần xác định giao diện hai đầu, các vị trí làm kín, đường truyền tải và tiêu chí nghiệm thu ở cấu hình đã lắp. Ghi rõ phạm vi cung cấp cho từng đầu. Đầu phía phương tiện có thể cần phích cắm dùng dưới nước và neo vào khung, trong khi đầu phía mặt nước nối với tang hoặc hộp thiết bị. Xem xét cách ngăn nước tại cửa vào cáp, phương pháp đo tổn hao quang và vị trí truyền tải kéo vào khung hoặc tời.
Cấu tạo cáp quang đơn mode
Đây là một ví dụ về cấu tạo cáp chỉ có sợi quang, liệt kê từ tâm ra ngoài. Kích thước và thứ tự các lớp phụ thuộc vào yêu cầu cơ học, áp suất và lực nổi.
- Sợi quang đơn mode (SMF) tạo đường truyền dữ liệu. Chọn loại sợi và bước sóng thử phù hợp với bộ thu phát và các bộ phận quang lắp trên tang cuốn.
- Ống đệm lỏng bảo vệ sợi và cho phép sợi dịch chuyển trong giới hạn để giảm truyền biến dạng từ cáp sang sợi thủy tinh.
- Lớp xoắn bằng thép không gỉ tùy chọn bảo vệ cơ học cục bộ quanh bộ phận quang. Đánh giá khối lượng, độ cứng và khả năng uốn trước khi áp dụng.
- Vỏ trong bằng polyetylen mật độ cao (HDPE) bảo vệ bộ phận quang và làm nền cho lớp gia cường.
- Sợi aramid gia cường chịu tải dọc trục khi được giữ bằng đầu neo tương thích. Cách bố trí và neo sợi ảnh hưởng đến phân bố tải.
- Lớp polyurethane tạo bọt làm giảm khối lượng riêng trung bình của cáp. Khối lượng riêng, chiều dày và khả năng chịu nén của lớp này ảnh hưởng đến dải lực nổi có thể sử dụng.
- Vỏ polyurethane màu vàng bền mài mòn tạo bề mặt bảo vệ dễ nhận biết. Xác định mức chống mài mòn và tính tương thích với môi trường nước, thiết bị thao tác và điều kiện tiếp xúc dự kiến.
Xem xét riêng giải pháp chặn nước dọc cáp nếu cần hạn chế nước lan khi vỏ hỏng. Cấu tạo cáp và cách làm kín hai đầu đều ảnh hưởng đến khả năng này.
Cách đạt lực nổi trung tính
Cáp chìm trong nước chịu lực hướng lên bằng trọng lượng phần nước bị chiếm chỗ. Với cáp có tiết diện đồng đều, so sánh khối lượng mỗi mét cáp với khối lượng nước mà một mét cáp chiếm chỗ. Khi hai khối lượng bằng nhau, hợp lực theo phương đứng gần bằng 0. Cáp nhẹ hơn sẽ có lực nổi dương. Cùng một thể tích chiếm chỗ, khối lượng nước biển thường lớn hơn nước ngọt vì nước biển có khối lượng riêng cao hơn. Giải thích của NOAA về khối lượng riêng của nước biển
Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng trung bình của cáp và khối lượng riêng của nước tham chiếu. Mục tiêu gần 1,0 chỉ có ý nghĩa khi nêu điều kiện tham chiếu. Thống nhất loại nước, độ mặn, nhiệt độ, áp suất và trọng lượng biểu kiến cho phép trên mỗi mét. Biến động về khối lượng riêng của lớp bọt, độ dày vỏ, lượng thép hoặc sợi aramid có thể đưa cáp ra ngoài dung sai. Ở độ sâu lớn, lớp bọt có thể bị nén, làm giảm thể tích chiếm chỗ và lực nổi.
Quy định lực nổi của cáp chưa gắn đầu nối và đánh giá cụm hoàn thiện riêng. Đầu nối và neo kim loại có thể tạo tải hướng xuống cục bộ ngay cả khi đoạn cáp dài gần trung tính. Nếu cần lực nổi dương nhẹ hoặc giới hạn tải ở đầu cáp, nêu yêu cầu đó tại điều kiện vận hành dự kiến.
Chọn đầu nối quang dưới nước
Bắt đầu bằng mã linh kiện đối ghép và bản vẽ ở mỗi đầu. Xác nhận loại sợi đơn mode, số kênh, giao diện quang hoặc kiểu đánh bóng nếu áp dụng, khóa định hướng, cơ cấu ghép và hình học làm kín. Đầu nối xuyên vách lắp qua vách hộp hoặc bảng thiết bị. Đầu nối cuối cáp lắp vào đầu cáp tether. Chỉ định chính xác cặp ghép vì tên dòng sản phẩm hoặc đường kính vỏ giống nhau chưa đủ để xác nhận tương thích.
Đầu nối ghép khô (dry-mate) được ghép ở nơi khô ráo trước khi triển khai. Đầu nối ghép ướt (wet-mate) có thể ghép dưới nước trong các điều kiện mà nhà sản xuất đã xác nhận đủ điều kiện. Kiểm tra áp suất cho phép khi đã ghép và chưa ghép, điều kiện và số chu kỳ ghép, yêu cầu đối với nắp bảo vệ và độ kín tại cửa vào cáp. Thép không gỉ 316L là một lựa chọn vật liệu vỏ chống ăn mòn. Xem xét sự phù hợp với vật liệu lắp đặt và thành phần nước, rồi kiểm tra hồ sơ thử áp của đúng đầu nối và đầu cáp dự kiến. Tổng quan giao diện quang dưới nước của TE Connectivity
Quy định tổn hao chèn tối đa cho mỗi cặp đã ghép ở bước sóng vận hành. Với suy hao phản hồi (RL) biểu thị bằng số dương, quy định mức tối thiểu khi áp dụng, chẳng hạn RL ≥ 40 dB cho một giao diện cụ thể. Giá trị dương càng lớn thì công suất phản xạ càng thấp. Nếu nhà cung cấp biểu thị mức phản xạ của từng sự kiện bằng dB âm, hãy nêu rõ quy ước đó. Phân biệt giới hạn phản xạ của đầu nối với suy hao phản hồi quang của toàn tuyến. Định nghĩa tổn hao quang của Corning
Độ bền kéo, chống gập và thao tác với cáp
Tải trọng làm việc an toàn (SWL) là tải cho phép ở điều kiện làm việc đã xác định. Tải đứt tối thiểu là ngưỡng riêng được kiểm tra bằng phép thử phá hủy. Yêu cầu cả hai giá trị kèm trường hợp tải và căn cứ thiết kế. Khả năng chịu tải của cụm hoàn chỉnh bị giới hạn bởi bộ phận chịu lực có mức tải đã được xác nhận thấp nhất trong đường truyền tải, gồm cáp, đầu neo và phụ kiện lắp. Đầu neo phải truyền lực căng từ phần tử aramid vào điểm gá quy định để tránh đặt tải lên giao diện quang.
Quy định bán kính uốn tĩnh cho cáp đã lắp hoặc lưu kho và bán kính uốn động cho thao tác thả, thu hồi và uốn lặp lại. Đối chiếu lõi tang, puly, bộ dẫn cáp, góc vào và lực căng khi cuốn với giới hạn động. Uốn lặp lại khi có lực căng có thể gây mỏi hoặc làm tăng tổn hao quang. Thống nhất tải đại diện, số chu kỳ, bán kính uốn và giới hạn nghiệm thu quang cho thử nghiệm cơ học. Tính đến khởi động, thu hồi và chuyển động tàu nếu gây ra tải đỉnh đáng kể.
Ví dụ thông số cho cáp tether ROV đơn mode chiều dài lớn
Các giá trị dưới đây minh họa yêu cầu mua hàng của một dự án cụ thể. Đây không phải định mức chung cho cáp tether ROV hoặc thông số hiệu năng đã được xác nhận của DEV CABLE. Giá trị cuối cùng cần được đánh giá và xác nhận về kỹ thuật.
| Hạng mục RFQ | Yêu cầu mua hàng minh họa |
|---|---|
| Chiều dài cáp | Khoảng 500 m |
| Sợi quang | 1 sợi quang đơn mode |
| Đường kính ngoài cáp (OD) | 9,0 ± 0,3 mm |
| Tỷ trọng mục tiêu | 1,0 ± 0,03, cần thống nhất giá trị tham chiếu và điều kiện thử |
| Tải làm việc an toàn của cáp | Khoảng 130 kgf |
| Tải làm việc của đầu neo | 200 kgf, cần xác nhận đủ điều kiện |
| Vỏ ngoài | Polyurethane màu vàng |
| Suy hao sợi tại 1310 nm | ≤ 0,45 dB/km |
| Suy hao sợi tại 1550 nm | ≤ 0,35 dB/km |
| Thử áp suất thủy tĩnh | 5 MPa (50 bar), giữ áp 2 giờ |
Ở chiều dài danh nghĩa 500 m (0,5 km), suy hao tối đa của riêng sợi là 0,225 dB tại 1310 nm (0,45 × 0,5) và 0,175 dB tại 1550 nm (0,35 × 0,5). Các giá trị này không gồm tổn hao đầu nối, mối nối sợi và các tổn hao khác của hệ thống. Tính ngân sách tổn hao toàn tuyến theo chiều dài lắp đặt tối đa, tất cả các cặp đầu nối đã ghép và các mối nối, khớp quay quang nếu có và phần dự phòng đã thống nhất.
Mục tiêu 200 kgf cho đầu neo không làm tăng tải làm việc khoảng 130 kgf của cáp. Các bộ phận đã được xác nhận khác và điều kiện làm việc thực tế có thể làm giảm thêm giới hạn của cụm. Giữ ở 50 bar là một điều kiện thử thủy tĩnh. Xác lập độ sâu vận hành liên tục cần đánh giá riêng cấu hình, thời gian tiếp xúc và chu kỳ áp suất.
Thử nghiệm và yêu cầu chất lượng
Thống nhất mẫu thử, phương pháp, điều kiện, giới hạn đạt và báo cáo cần cung cấp trước khi sản xuất. Phân biệt phép thử xác nhận thiết kế với phép thử áp dụng cho từng cụm hoàn thiện hoặc lấy mẫu.
- Suy hao sợi quang đo tổn hao phân bố theo chiều dài tại các bước sóng quy định, thường tính bằng dB/km. Tổn hao đầu cuối của tuyến hoàn chỉnh tính bằng dB và gồm các giao diện đã quy định.
- Tổn hao chèn của đầu nối là tổn hao do giao diện đã ghép, đo theo mốc tham chiếu thống nhất. Suy hao phản hồi đặc trưng cho lượng ánh sáng quay trở lại từ giao diện hoặc tuyến đã định.
- Đo phản xạ quang theo miền thời gian (OTDR) xác định vị trí mối nối, chỗ uốn và điểm phản xạ trên sợi. Chọn sợi phóng, sợi thu và cài đặt để phân giải được hai đầu cáp. Khi tiêu chí nghiệm thu suy hao đầu cuối yêu cầu, dùng nguồn quang và máy đo công suất đã thiết lập mốc tham chiếu. Hướng dẫn chọn sợi phóng và sợi thu OTDR của EXFO
- Thử áp suất thủy tĩnh kiểm tra cấu hình đã thống nhất ở áp suất, thời gian giữ và số chu kỳ quy định. Xác định các điểm cần đo hoặc kiểm tra trong và sau thử, như rò rỉ hoặc thay đổi tổn hao quang.
- Thử kéo kiểm tra truyền tải, trượt và độ ổn định quang khi chịu tải. Quy định riêng thử tải kiểm chứng và thử phá hủy để xác nhận thiết kế.
- Kiểm tra lực nổi đo trọng lượng biểu kiến hoặc lực hướng lên ở điều kiện nước và áp suất quy định. Thử độ bền uốn và cuốn cáp kiểm tra cáp sau khi thao tác lặp lại ở bán kính và lực căng đại diện.
- Kiểm tra cụm hoàn thiện xác nhận chiều dài, đường kính, cấu hình đầu cáp, tình trạng mặt đầu quang, dấu nhận dạng, nắp bảo vệ và hồ sơ thử nghiệm đầy đủ.
Danh mục thông tin cho yêu cầu báo giá cáp tether ROV
Sao chép danh mục sau vào yêu cầu báo giá và đánh dấu các mục còn cần xem xét kỹ thuật.
- Ứng dụng ROV — phương tiện, nhiệm vụ kiểm tra và thiết bị quang ở hai đầu.
- Độ sâu vận hành — độ sâu thông thường và tối đa, thời gian tiếp xúc và số chu kỳ.
- Loại nước — nước ngọt, nước biển hoặc nước lợ, kèm độ mặn và nhiệt độ nếu biết.
- Chiều dài cáp — chiều dài từng cụm giữa hai mốc quy định, kèm dung sai.
- Sợi quang — loại sợi đơn mode, số lượng và cấu hình thu phát.
- Giới hạn quang — bước sóng, suy hao sợi, ngân sách tổn hao đầu cuối và giới hạn phản xạ.
- Đường kính ngoài tối đa — dung sai, khoảng hở và giới hạn của tang hoặc đầu siết cáp.
- Lực nổi — mục tiêu, dung sai, điều kiện thử và tải cho phép ở đầu cáp.
- Tải cơ học — tải làm việc, tải đứt, đơn vị và trường hợp tải khi triển khai.
- Bán kính uốn — giới hạn tĩnh, động và không gian bố trí cáp.
- Đầu nối — bản vẽ, mã chi tiết đối ghép, kiểu xuyên vách hoặc cuối cáp, yêu cầu ghép ướt hoặc ghép khô ở mỗi đầu.
- Chống gập và neo chịu lực — hình dạng lắp đặt, bảo vệ chỗ uốn và đường truyền tải dọc trục.
- Triển khai — cách thả và thu hồi, kích thước tang và puly, tần suất lặp.
- Thử nghiệm — phương pháp, tiêu chí nghiệm thu, báo cáo và yêu cầu chứng kiến.
- Thông tin thương mại — số lượng, nơi giao hàng và ngày giao yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp
Cáp tether ROV có lực nổi trung tính là gì?
Đó là cáp được thiết kế để trọng lượng biểu kiến trên mỗi đơn vị chiều dài gần bằng 0 trong điều kiện nước xác định. Hãy kiểm tra yêu cầu áp dụng cho phần cáp chưa gắn đầu, cụm hoàn thiện hay cả hai.
Sợi quang đơn mode có phù hợp với cáp ROV dài không?
Có, nếu bộ thu phát, bước sóng và ngân sách tổn hao phù hợp với chiều dài tuyến. Tính cả tổn hao đầu cáp, mối nối và khớp quay quang trước khi chọn thiết bị quang.
Có thể đặt cáp quang tether theo yêu cầu cho nước biển không?
Có. Đặt mục tiêu lực nổi theo độ mặn, nhiệt độ và độ sâu dự kiến. Xem xét vỏ, gioăng và vật liệu đầu cáp theo cùng môi trường sử dụng.
Chọn đầu nối quang dưới nước như thế nào?
Xác định giao diện đối ghép chính xác của thiết bị rồi kiểm tra hiệu năng quang, áp suất và điều kiện ghép. Kiểm tra độ tương thích của phớt đầu vào và phụ kiện đầu cáp với đường kính và vỏ cáp đã chọn.
Tải làm việc của cáp khác gì độ bền của đầu neo?
Tải làm việc áp dụng cho cáp trong điều kiện xác định. Độ bền đầu neo áp dụng cho phụ kiện và phương pháp neo trong điều kiện thử riêng. Dùng các mức tải vận hành có thể so sánh được khi xác định giới hạn của cụm.
Cần cung cấp gì để nhận báo giá theo yêu cầu?
Bắt đầu với chiều dài, loại nước và độ sâu, số sợi quang, lực nổi và tải, giao diện hai đầu và số lượng. Gửi bản vẽ đối ghép và tiêu chí nghiệm thu ngay khi có.
Cáp quang tether ROV theo yêu cầu từ DEV CABLE
DEV CABLE thiết kế và sản xuất cáp tether ROV theo yêu cầu. Số sợi quang, cấu tạo, đường kính, gia cường, mục tiêu lực nổi, vật liệu vỏ và chiều dài có thể được xem xét theo ứng dụng và xác nhận trong giai đoạn kỹ thuật. Với cụm đã gắn đầu nối, DEV CABLE xem xét giao diện, khả năng làm đầu cáp và yêu cầu xác nhận đủ điều kiện trước khi báo giá.
