A دستگاه پوشش ثانویه با تغذیه مداوم فیبرهای نوری با پوشش اولیه از طریق یک قالب اکستروژن دقیق، که در آن مواد گرمانرم مذاب به یک لوله بافر محافظ در اطراف الیاف تبدیل میشود، کار میکند. این فرآیند کنترل کشش فیبر، اکستروژن دو لایه، تزریق ژل تیکسوتروپیک، خنک کننده حمام آب و نظارت بر ابعاد در زمان واقعی را در یک خط تولید همزمان یکپارچه می کند. خروجی نهایی یک بافر شل لوله پایدار از نظر ابعاد است - عنصر ساختاری اصلی اکثر کابلهای فیبر نوری مورد استفاده در شبکههای مخابراتی در سراسر جهان.
از نظر عملی، دستگاه الیاف خالی از قرقرههای بادی را در یک انتها دریافت میکند و از طرف دیگر لولههای بافر قرقرهدار، پر از ژل و با ابعاد دقیق را تحویل میدهد - همه با سرعتهای خطی که میتواند به آن برسد. 300 متر در دقیقه در سیستم های تولید با کارایی بالا هر پارامتر از دمای مذاب گرفته تا کشش فیبر به صورت حلقه بسته نظارت و تنظیم میشود تا اطمینان حاصل شود که هر متر لوله با همان مشخصات محکم مطابقت دارد.
قبل از بررسی دقیق زیرسیستم های جداگانه، به درک ماشین به عنوان یک فرآیند پیوسته و خطی کمک می کند. مواد و فیبر در انتهای بالادست وارد می شوند و با حرکت به سمت پایین دست به تدریج تبدیل می شوند. توالی عملیات از این جریان منطقی پیروی می کند:
هر یک از این مراحل به یکدیگر وابسته هستند. برای مثال، تغییر در سرعت خط در کاپستان، ضخامت دیواره لوله، EFL فیبر، نسبت پر شدن ژل و راندمان خنککننده را به طور همزمان تحت تأثیر قرار میدهد - به همین دلیل است که ماشینهای مدرن به جای تنظیمات دستی، به سیستمهای کنترل حلقه بسته مبتنی بر PLC متکی هستند.
دقت کار یک ماشین پوشش ثانویه با ساختار فیزیکی آن آغاز می شود. قاب دستگاه با استفاده از جوشکاری صفحه فولادی A3 با فشار بالا همراه با پردازش فولاد نوع ساختاری ساخته شده است. فولاد A3 (مقایسه با گرید Q235) استحکام کششی تقریباً 370 تا 500 مگاپاسکال، جوشپذیری عالی و تنش پسماند کم پس از ماشینکاری را فراهم میکند - همه ویژگیهای ضروری برای یک قاب که باید از نظر ابعادی تحت بارهای حرارتی و مکانیکی مداوم پایدار بماند.
قاب باید تمام زیرسیستمهای اصلی - اکسترودرها، مخزنهای خنککننده، کاپستان و جمعآوری - را تا کسری از میلیمتر پشتیبانی کرده و همتراز کند. هر گونه خمش یا لرزش در قاب مستقیماً به تغییر قطر لوله یا انحراف موقعیت فیبر در داخل لوله تبدیل می شود. به همین دلیل، سازه فولادی جوش داده شده معمولاً پس از ساخت، تنش زدایی میشود و قبل از مونتاژ در تمام سطوح مهم نصب با ماشینکاری دقیق انجام میشود.
یک خط پوشش ثانویه درجه تولید معمولاً گسترش می یابد طول کل 15 تا 30 متر و قاب باید در کل این دهانه هم ترازی را حفظ کند، حتی زمانی که بشکه های اکسترودر تا دمای 250 تا 280 درجه سانتیگراد گرم می شوند و مخازن خنک کننده در مناطق مجاور در دمای 15 تا 40 درجه سانتیگراد کار می کنند. اتصالات انبساط حرارتی و مهاربندی های متقاطع صلب در طراحی قاب طراحی شده اند تا این خواسته ها را بدون به خطر انداختن دقت موقعیت مدیریت کنند.
این فرآیند در ایستگاه پرداخت فیبر آغاز میشود، جایی که قرقرههای فیبر نوری با پوشش اولیه بر روی پایههای بادی موتوری نصب میشوند. هر قرقره ممکن است حمل کند 20 تا 25 کیلومتر فیبر و چندین قرقره به طور همزمان برای تولید لوله های چند فیبر بارگذاری می شوند - معمولاً 2، 4، 6، 8، 12 یا 24 فیبر در هر لوله.
کشش الیاف یکی از مهم ترین پارامترها در پوشش ثانویه است. اگر کشش بیش از حد بالا باشد، فیبرها ممکن است در داخل لوله تمام شده پیش تنیده شده و باعث تضعیف نوری بالا شوند. اگر کشش خیلی کم باشد، الیاف ممکن است گره بخورند یا حلقه های ناهمواری تشکیل دهند که منجر به نقص هندسه لوله می شود. تنش عملیاتی معمولاً بین 30 تا 80 گرم در هر فیبر تنظیم می شود ، توسط یک سیستم بازخورد بازوی رقصنده یا بازدهی مبتنی بر سروو با اندازهگیری تنش در زمان واقعی حفظ میشود.
الیاف از طریق یک سری راهنماهای سرامیکی یا فولادی ضد زنگ هدایت می شوند که به تدریج آنها را در فاصله و آرایش دقیق مورد نیاز در ورودی قالب اکستروژن قرار می دهد. این راهنماها تا زبری سطح زیر میکرون جلا داده می شوند تا از هرگونه خراشیدگی پوشش اولیه ظریف روی الیاف جلوگیری شود.
سیستم اکستروژن قلب دستگاه پوشش ثانویه است. اکثر خطوط تولید از پیکربندی اکسترودر دوگانه برای اعمال مواد لوله بافر در دو لایه مجزا استفاده می کنند. در طرح استاندارد، اکسترودر پوشش چهره در جلوی دستگاه و اکسترودر پوشش پایین در عقب قرار گرفته است. این آرایش به هر لایه اجازه می دهد تا به طور مستقل از نظر نوع ماده، دمای مذاب و نرخ توان کنترل شود.
اکسترودر پوشش چهره موادی را ارائه می دهد که سطح داخلی لوله بافر را تشکیل می دهد - سطح در تماس مستقیم با فیبرهای نوری و ژل پرکننده. این لایه باید از نظر شیمیایی با ترکیب ژل سازگار باشد و باید در هنگام سرد شدن انقباض بسیار کمی از خود نشان دهد تا از ایجاد فشار مکانیکی بر روی الیاف جلوگیری شود. PBT (پلی بوتیلن ترفتالات) انتخاب ماده غالب است که انقباض خطی قالب کمتر از 0.5٪ و محدوده دمای سرویس 40- تا 85 درجه سانتیگراد را ارائه می دهد.
اکسترودر پوشش چهره معمولاً از a تک پیچ با قطر 30 میلی متر یا 45 میلی متر با نسبت تراکم 2.5:1 تا 3.5:1 که در دمای بشکه بین 200 تا 270 درجه سانتیگراد کار می کند. دمای منطقه اندازه گیری شدیدترین کنترل است، زیرا ویسکوزیته مذاب در قالب باید در یک پنجره باریک باقی بماند تا ضخامت دیواره ثابتی حاصل شود.
اکسترودر پوشش پایین لایه دیواره بیرونی لوله بافر را اعمال می کند که قطر خارجی و خواص مکانیکی لوله را تعیین می کند. این لایه استحکام ساختاری مورد نیاز برای اتصال کابل را فراهم میکند - لوله باید فشار جانبی ناشی از تجهیزات رشتهای را بدون اعوجاج تحمل کند و باید سطح مقطع دایرهای خود را پس از رشته شدن در اطراف یک عضو مقاومت مرکزی حفظ کند.
ضخامت لایه پوشش پایین معمولاً بین است 0.3 میلی متر و 0.9 میلی متر بسته به نیازهای طراحی کابل. در برخی از پیکربندیها، ماده پوشش پایین ممکن است یک ترکیب PBT اصلاحشده با تثبیتکنندههای UV، رنگها، یا اصلاحکنندههای ضربه اضافه شده باشد – که امکان شناسایی لولههای کد رنگی در ساختارهای کابل چند لولهای را بدون نیاز به عبور رنگآمیزی جداگانه فراهم میکند.
دو جریان مذاب از اکسترودرهای پوششی و پایینی در یک سر قالب هم اکستروژن همگرا می شوند، جایی که به صورت متحدالمرکز در اطراف بسته فیبر تشکیل می شوند. سر قالب شامل یک نوک راهنمای فیبر، یک بدنه قالب با دو ورودی مذاب و یک دهانه قالب است که قطر بیرونی لوله نهایی را شکل میدهد. قطر دهانه قالب و طول زمین تعیین کننده OD لوله و افت فشاری است که جریان مذاب ثابت را هدایت می کند.
هم مرکز بودن قالب - هم ترازی مرکز نوک قالب با مرکز دهانه قالب - باید تا 0.02 ± میلی متر حفظ شود. برای جلوگیری از خروج از مرکز دیوار. اکثر هدهای قالب مدرن شامل پیچ های تنظیم دقیق یا مکانیسم های مرکزیت حرارتی هستند که به اپراتورها اجازه می دهد تا تمرکز را در طول تولید بدون توقف خط اصلاح کنند.
یکی از عملکردهای مهم فرآیند پوشش ثانویه، پر کردن داخل لوله بافر با یک ترکیب تیکسوتروپیک مسدود کننده آب است که معمولاً به عنوان ژل پرکننده یا ترکیب سیلاب نامیده می شود. این ژل از عبور طولی آب از طریق لوله و رسیدن به نقاط حساس اتصال یا اتصال دهنده جلوگیری می کند.
سیستم پر کردن ژل شامل یک مخزن ذخیره گرم، یک پمپ اندازه گیری دقیق (معمولاً یک پمپ دنده ای یا پمپ حفره ای مترقی) و یک سوزن نازک تزریق فولاد ضد زنگ است که از نوک قالب می گذرد و ژل را مستقیماً در داخل لوله شکل دهنده رسوب می کند. سرعت تزریق ژل باید دقیقاً با سرعت خط هماهنگ باشد - معمولاً به عنوان نسبت حجم به متر بیان می شود - برای اطمینان از پر شدن کامل بدون ژل اضافی که باعث ایجاد فشار برگشتی و تغییر آرایش فیبر می شود.
ژل پرکننده در دمای بالا (معمولاً 60 تا 80 درجه سانتیگراد) در مخزن نگهداری می شود تا ویسکوزیته برای پمپاژ کاهش یابد، اما پس از خنک شدن در لوله نهایی به حالت تیکسوتروپیک نیمه جامد تبدیل می شود. این ترکیبی از جریان پذیری در حین پر کردن و پایداری در سرویس چیزی است که ژل تیکسوتروپیک را به انتخاب استاندارد برای طرح های کابل شل لوله تبدیل می کند که در محدوده کامل محیطی -40 تا 70 درجه سانتیگراد مورد نیاز اکثر استانداردهای مخابراتی است.
بلافاصله پس از قالب اکستروژن، لوله تازه تشکیل شده وارد سیستم خنک کننده می شود. خنک سازی باید به دقت کنترل شود - خاموش کردن خیلی سریع باعث تنش سطحی و ترک بالقوه می شود. خنک شدن بیش از حد آهسته به لوله اجازه می دهد قبل از انجماد کامل، به خصوص در سرعت های بالای خط، آویزان یا تغییر شکل دهد.
سیستم خنک کننده در یک خط پوشش ثانویه معمولی از چندین فرورفتگی آب تشکیل شده است که به صورت سری چیده شده اند. اولین فرورفتگی (نزدیک ترین به قالب) از آب گرم استفاده می کند 40-60 درجه سانتیگراد برای شروع خنک سازی تدریجی بدون شوک حرارتی. فرورفتگی های بعدی به تدریج دمای آب را کاهش می دهند - فرورفتگی های نهایی معمولاً در آن کار می کنند 15-25 درجه سانتیگراد - رساندن لوله به حالت پایدار و کاملاً جامد قبل از رسیدن به کاپستان.
مجموع طول کانال خنک کننده از 6 تا 15 متر بسته به سرعت خط و ضخامت دیواره لوله. برای یک خط 300 متر در دقیقه که یک لوله OD 2.0 میلی متری تولید می کند، لوله تنها حدود 1.5 تا 3 ثانیه در سیستم خنک کننده سپری می کند - به این معنی که گرادیان دمای آب در سراسر فرورفتگی ها باید دقیقاً تنظیم شود تا به انجماد کافی در این پنجره کوتاه دست یابد.
هر منطقه فرورفتگی به طور مستقل از طریق یک سیستم آب در گردش با یک مبدل حرارتی کنترل می شود. اپراتورها می توانند هر نقطه تنظیم منطقه را از HMI مرکزی مشاهده و تنظیم کنند، و برخی از سیستم های پیشرفته شامل جبران زون خودکار است که نرخ جریان آب خنک کننده را در پاسخ به تغییرات سرعت خط تنظیم می کند.
پس از حفره های خنک کننده، لوله از یک یا چند میکرومتر لیزری غیر تماسی عبور می کند که قطر خارجی آن را به طور مداوم و در زمان واقعی اندازه گیری می کند. این گیجها از فناوری مثلثسازی لیزری یا اسکن سایه استفاده میکنند و میتوانند اختلافات قطری را حل کنند. 0.001 ± میلی متر با سرعت کامل خط
دادههای اندازهگیری OD به سیستم کنترل PLC بازگردانده میشود، که به طور خودکار یک یا چند متغیر فرآیند را تنظیم میکند تا هرگونه انحراف از قطر هدف را اصلاح کند:
این حلقه بازخورد حلقه بسته معمولاً با زمان پاسخ کمتر از یک ثانیه کار میکند و به سیستم اجازه میدهد تا تغییرات ویسکوزیته مواد خام، تغییرات دمای محیط یا نوسانات مکانیکی جزئی را بدون دخالت اپراتور جبران کند. سیستمهای مدرن OD لوله را در محدوده ± 0.03 میلیمتر هدف در کل تولید 25 کیلومتری یا بیشتر حفظ میکنند.
علاوه بر اندازهگیری OD، برخی از خطوط پیشرفته، اندازهگیری خروج از مرکز (یکنواختی ضخامت دیوار) را با استفاده از گیجهای دوار یا سیستمهای اشعه ایکس، و تشخیص موقعیت فیبر با استفاده از حسگرهای نوری خطی که تأیید میکنند فیبرها در مرکز لوله قرار دارند به جای جابجایی به یک طرف، ترکیب میکنند.
Capstan عنصر کنترل کننده سرعت کل خط است. این شامل یک یا چند چرخ یا تسمه موتوردار است که لوله خنکشده را گرفته و آن را با سرعت دقیق کنترلشده و ثابتی از داخل دستگاه میکشد. از آنجایی که سرعت کاپستان تعیین می کند که مواد با چه سرعتی از قالب اکستروژن کشیده می شوند، مستقیماً قطر بیرونی لوله (از طریق نسبت کشش به پایین) و طول فیبر اضافی داخل لوله را کنترل می کند.
طول فیبر اضافی (EFL) به عنوان درصدی تعریف می شود که طول فیبر در داخل یک طول لوله معین از طول خود لوله بیشتر شود. به عنوان مثال، EFL 0.3٪ به این معنی است که به ازای هر 1000 متر لوله، فیبر داخل 1003 متر طول دارد. این مقدار اندک فیبر ضروری است: به کابل اجازه میدهد تا بارهای کششی را بدون اینکه فیبرها دچار کرنش شوند، تحمل کند، که این امر تضعیف نوری را افزایش میدهد.
EFL با نسبت سرعت پرداخت فیبر به سرعت کاپستان تنظیم می شود:
مقادیر EFL برای کابل های شل لوله استاندارد معمولاً بین آنها قرار می گیرد 0.2٪ و 0.5٪ با تلورانسهای سختتر برای کابلهایی که برای کاربردهای مستقیم دفن یا زیردریایی در نظر گرفته شدهاند، جایی که چرخه حرارتی و بارگذاری مکانیکی شدیدتر است.
تمام زیرسیستمهایی که در بالا توضیح داده شد - تنش بازده، دما و سرعت اکسترودر، نرخ پمپ ژل، دمای آب خنککننده، بازخورد سنج OD و سرعت کاپستان - توسط یک سیستم کنترلکننده منطقی قابل برنامهریزی مرکزی (PLC) هماهنگ میشوند. اپراتور از طریق یک صفحه نمایش لمسی HMI (رابط انسان و ماشین) با این سیستم تعامل دارد که داده های فرآیند، شرایط هشدار و نمودارهای روند را در زمان واقعی نمایش می دهد.
توابع کلیدی کنترل PLC عبارتند از:
سیستمهای پیشرفته همچنین ممکن است با MES (سیستمهای اجرایی ساخت) سطح کارخانه ادغام شوند تا حجم تولید، مصرف مواد و دادههای کیفیت را در زمان واقعی به نرمافزار مدیریت کارخانه گزارش دهند.
درک نحوه تعامل پارامترهای کلیدی فرآیند برای اپراتورهایی که نیاز به عیب یابی مشکلات کیفیت یا بهینه سازی کارایی تولید دارند ضروری است. جدول زیر مهمترین روابط پارامتر به خروجی را خلاصه می کند:
| پارامتر فرآیند | اگر خیلی بالاست | اگر خیلی کم است | محدوده هدف (معمولی) |
|---|---|---|---|
| دمای بشکه اکسترودر | تخریب پلیمر، تغییر رنگ | فشار مذاب بالا، زبری سطح | 200-280 درجه سانتیگراد (PBT) |
| سرعت خط کاپستان | دیواره نازک، کاهش OD، EFL کم | دیوار ضخیم، OD بالا، EFL اضافی | 40-300 متر در دقیقه |
| تنش بازده فیبر | پیش تنش فیبر، افزایش تضعیف | گره خوردن فیبر، تغییر شکل لوله | 30-80 گرم در هر فیبر |
| میزان تزریق ژل | فشار برگشتی، جابجایی فیبر | پر شدن ناقص، خطر ورود رطوبت | همگام سازی با سرعت خط (ml/m) |
| دمای آب خنک کننده | انجماد ناقص، افتادگی لوله | شوک حرارتی، ترک سطحی | 15 تا 60 درجه سانتی گراد (مناطق درجه بندی شده) |
| سرعت چرخش پیچ | گرمای بیش از حد، تخریب مذاب | توان عملیاتی ناکافی، افت OD | 10-120 دور در دقیقه |
اپراتورهایی که عمیقاً این فعل و انفعالات را درک می کنند، می توانند اکثر انحرافات کیفیت را با تنظیم یک پارامتر به جای ایجاد چندین تغییر به طور همزمان حل کنند - که سریع ترین مسیر برای بازگرداندن تولید پایدار و بر اساس مشخصات است.
مرحله نهایی فرآیند پوشش ثانویه، پیچاندن لوله بافر تمام شده روی قرقره های جمع آوری برای ذخیره سازی و پردازش پایین دست است. سیستم جمعآوری باید کشش کنترلشده و ثابتی را در طول سیمپیچ به لوله اعمال کند تا از تغییر شکل یا تنش فیبر ناشی از فشار ناهموار قرقره جلوگیری کند.
مکانیسم تراورس روی قرقره جمعآوری، لوله را در لایههای یکنواخت و همپوشانی در عرض فلنج قرقره قرار میدهد و از هرگونه نقطه فشار موضعی که میتواند دیواره لوله را فرورفته و هندسه الیاف داخل را تغییر دهد، جلوگیری میکند. ظرفیت قرقره معمولاً از 2 کیلومتر تا 25 کیلومتر لوله تمام شده بسته به قطر لوله و اندازه قرقره.
هنگامی که یک قرقره پر است، دستگاه تغییر قرقره را انجام می دهد - به صورت دستی یا خودکار. در طول این تغییر کوتاه، یک طول لوله که نمیتواند روی قرقره کامل یا جدید پیچیده شود، معمولاً به عنوان یک قطعه انتقال تولید بریده و دور انداخته میشود. به حداقل رساندن طول انتقال تغییر یک معیار کارایی مهم برای تولیدکنندگان کابل های با حجم بالا است، زیرا مستقیماً بر بازده مواد در هر حلقه تأثیر می گذارد.
هر قرقره تکمیل شده با داده های تولید - مشخصات لوله، طول قرقره، تاریخ تولید، و گزارش اندازه گیری OD - برچسب گذاری می شود و به منطقه رشته منتقل می شود، جایی که چندین لوله بافر در اطراف یک عضو مرکزی قدرت جمع می شوند تا کابل فیبر نوری کامل را تشکیل دهند.
دنباله کاری a دستگاه پوشش ثانویه به تولید در حالت ثابت محدود نمی شود - مراحل راه اندازی و خاموشی به یک اندازه مهم هستند و برای جلوگیری از تولید ضایعات و آسیب تجهیزات نیاز به توجه سیستماتیک دارند.
حتی خطوط پوشش ثانویه که به خوبی نگهداری می شوند با چالش های عملیاتی مکرر مواجه می شوند. درک دلایل اصلی پشت رایج ترین مشکلات به تیم های تولید اجازه می دهد تا آنها را به طور موثر حل کنند.
تماس با ما