DE69704116T2

DE69704116T2 - Rohrverbinder für röhren in denen eine kabelinstallation vorgesehen ist

Info

Publication number: DE69704116T2
Application number: DE69704116T
Authority: DE
Inventors: Willem Griffioen; Henk Nijstad
Original assignee: Koninklijke KPN NV
Current assignee: Koninklijke KPN NV
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: ES2156384T3; EP0901593A1; DK0901593T3; NL1003249C2; EP0901593B1; US6024387A; PT901593E; WO1997045668A1; GR3035894T3; DE69704116D1; ATE199277T1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Rohrleitung mit einer Vielzahl von Rohrabschnitten (l&sub1;, l&sub2;, ... ln, 1n+1), die durch eine Vielzahl von Verbindungen (k&sub1;, k&sub2;, ... kn) gekoppelt sind, wobei jede Verbindung einen länglichen hohlen Körper (1) mit einer Öffnung an beiden Enden aufweist, wobei die Enden von jedem von einem Paar von benachbarten gekoppelten Rohrabschnitten in einer der Öffnungen aufgenommen sind.
Es ist bekannt, Telekommunikationskabel, insbesondere Glasfaserkabel, durch Blasen in Kombination mit Drücken in unterirdisch verlegten Rohren zu installieren. Neben Telekommunikationskabeln können flexible Glasfaserbündel mittels Blasen in Nebenrohren installiert werden. Diese Techniken wurden jeweils beispielsweise in der EP-A-0 292 037 und der EP-A-0 108 590 beschrieben.
Wenn mittels einer Installationseinheit ein Glasfaserkabel oder -bündel über mehrere Rohrabschnitte zu installieren ist, ist es bekannt, solche Rohrabschnitte mit Hilfe von Rohrverbindungen zu verbinden, die dafür geeignet sind. Eine solche Rohrverbindung ist beispielsweise in der EP-A-0 349 344 beschrieben. Diese bekannte Verbindung enthält einen hohlen zylindrischen Körper und ist an gegenüberliegenden Seiten mit Einrichtungen in der Form von einem Klemmring und einem O-Ring versehen, um eine luftdichte Kopplung zwischen den Rohrabschnitten zu realisieren, damit kein Luftdruck, der für den Zweck des Blasens verwendet wird, durch Leckstellen an der Kopplung verloren geht.
Ein Nachteil der bekannten Verbindung besteht darin, daß sie relativ teuer ist und einen relativ großen Außendurchmesser bezüglich des Außendurchmessers der zu verbindenden Rohre hat. Dies kann störend sein, wenn in einem kleinen Raum, wenn zum Beispiel mehrere Rohrabschnitte in einem größeren umgebenden Rohr installiert werden, viele Kupplungen an einer Stelle anzuordnen sind, und auch dann, wenn gekoppelte Rohre zu handhaben sind, insbesondere dann, wenn dies in einem begrenzten Raum erfolgt, da dann eine übermäßig große Verbindung steckenbleiben kann.
Ein Problem bei der Installation von Glasfaserkabeln und Faserbündeln besteht allgemein darin, daß infolge des nichtlinearen Druckgradienten, der in dem Rohr vorherrscht, die Blaskraft, die auf das Kabel oder Bündel in dem Anfangsbereich von dem Rohr aufgebracht wird, etwa um einen Faktor 2 kleiner ist, als wenn der Druckgradient linear wäre. Als eine Folge ist die Länge des Kabels, das installiert werden kann, um etwa einen Faktor 2 vermindert. Bei Glasfaserkabeln kann dieses Problem gelöst werden, indem auf das Kabel zusätzliche Druckkräfte aufgebracht werden, wie dies in der EP-A-0 292 037 beschrieben ist. Bei flexiblen Faserbündeln ist dies jedoch nicht möglich, da diese ein Phänomen zeigen, das unter dem Namen "Buckling" bekannt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rohrleitung mit Rohrverbindungen zur Verfügung zu stellen, die nicht die Nachteile der bekannten Verbindungen haben, das heißt, Rohrverbindungen, die preiswert und klein sind und die außerdem die Möglichkeit einer zumindest teilweisen Kompensation der Nicht-Linearität des Druckgradienten bieten.
Die Erfindung stellt eine Rohrleitung des oben genannten Typs zur Verfügung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohrverbindung Einrichtungen aufweist, um einen Durchlaß für Luft aus dem Inneren von zumindest einem der Rohre in die Umgebung vorzusehen.
Die Erfindung basiert auf der überraschenden Einsicht, daß eine Rohrleitung, die eine Anzahl von Rohrabschnitten enthält, die durch preiswerte Verbindungen mit kleinen Abmessungen gekoppelt sind, wobei die Verbindungen wegen des Nicht-Vorhandenseins von O-Ringen, des Gestattens von größeren Toleranzen, etc., die miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte nicht in einer vollständig luftdichten Weise verbinden, zumindest teilweise die Nicht-Linearität des Druckgradienten durch das Vorhandensein von Luft-Leckstellen genau kompensieren kann.
Der Luftdurchgang kann ein Luftspalt zwischen der Aufnahmeöffnung der Verbindung und dem Außendurchmesser des darin aufzunehmenden Rohres sein, kann aber ebenso absichtlich in dem mittleren Bereich der Verbindung vorgesehen sein, wo die beiden Rohrabschnitte zusammentreffen. Im Prinzip ist es für den Luftdurchgang ausreichend, um zu wirken, wenn die Rohrleitung unter Druck steht.
Es sei angemerkt, daß beispielsweise aus der EP-A-0 318 280 eine Vorrichtung bekannt ist, um eine optische Faser in ein Rohr zu blasen. Die bekannte Vorrichtung enthält ein längliches Rohr, an dem an einer Seite das Rohr angekoppelt ist, in dem die Faser installiert wird, und an dem an der anderen Seite ein hypodermisches Rohr angekoppelt ist, über das die Faser in die Vorrichtung eingesetzt wird. Die Vorrichtung enthält außerdem eine Seitenverbindung, die stromaufwärts von dem Ende des hypodermischen Rohres angeordnet ist, das in dem länglichen Rohr angeordnet ist, für den Zweck des Verbindens mit einer Druckluftquelle, und Seitenverbindungen, die stromabwärts von diesem Ende angeordnet sind, für den Zweck des Ablassens einer steuerbaren Menge an Druckluft. Die Faser wird von dem hypodermischen Rohr mit Hilfe eines Venturi-Effekts angesaugt, und die seitlichen Ablassungen sind auf eine solche Weise eingestellt, daß dieser Effekt erhalten wird. Folglich beinhaltet diese Vorrichtung nicht die Rohrverbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung, und außerdem ist der Gegenstand des seitlichen Ablassens ein vollständig anderer.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Querschnitt von einer Verbindung gemäß der Erfindung ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von einer Anzahl von Rohrabschnitten ist, die mit Hilfe der Verbindung gemäß der Erfindung gekoppelt sind; und
Fig. 3 eine Grafik von dem Druckverlauf in einem herkömmlichen Rohr und in einem Rohrbereich gemäß Fig. 2 ist.
Fig. 1 zeigt eine Rohrverbindung gemäß der Erfindung mit einem länglichen hohlen, vorzugsweise zylindrischen Körper 1, der an einer Seite eine Öffnung zur Aufnahme des Endes von einem Rohrabschnitt 2, der einen Außendurchmesser D&sub2; hat, und an der anderen Seite einer Öffnung zur Aufnahme des Endes von einem Rohrabschnitt 3 hat, der einen Außendurchmesser D&sub3; hat. Die Durchmesser D&sub2; und D&sub3; können gleich sein, müssen es aber nicht. An der Innenwand des zylindrischen Körpers 1 sind beispielsweise metallische, widerhakenförmige Vorsprünge 4 vorgesehen, die auf eine an sich bekannte Weise verhindern, daß ein Rohrende zurückgleitet, nachdem es in den Verbindungskörper 1 eingesetzt ist. In dem Körper ist eine ringförmige Rippe 5 mittig angeordnet, die an jeder Seite davon einen Anschlag für die Enden der Rohre 2 und 3 bildet.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß die Verbindung gemäß Fig. 1 zu einem sehr geringen Preis hergestellt werden kann, und, aufgrund des geringen Außendurchmessers davon, eine kompakte Bündelung von gekoppelten Rohren oder eine Handhabung von einem gekoppelten Rohr in einem engen Raum ermöglicht. Falls es vorkommen sollte, daß eine Kopplung rückgängig gemacht werden soll, kann sie einfach abgeschnitten und durch eine neue Kopplung ersetzt werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Luftdurchlaßöffnung 6 in der ringförmigen Rippe 5 vorgesehen, wobei die Öffnung eine Verbindung zwischen dem Inneren der Rohre 2 und 3 sowie der Umgebung bildet. Der Zweck dieser Öffnung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 erläutert.
Um das Eintreten von Wasser in das Rohr durch einen Luftdurchgang 6 oder durch einen Luftdurchgang zwischen der Außenwand von dem Rohr und der gegenüberliegenden Innenwand von einem Ende der Verbindung zu verhindern, ist es möglich, in dem Durchgang 6 ein Ventil vorzusehen, oder eine flexible Muffe über oder eine flexible Lippe an dem Übergang zwischen dem Rohrende und der Verbindung vorzusehen. Durch das Ventil, die Muffe oder die Lippe wird der Durchgang oder der Übergang bei einem normalen Druck hermetisch verschlossen und wird einen Durchgang für das "Austreten" von Luft mit Überdruck zur Verfügung gestellt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anzahl von Rohrabschnitten l&sub1;, l&sub2;, ... ln, ln+1, die der Reihe nach mit Hilfe von n Rohrverbindungen miteinander gekoppelt sind, wobei die Verbindungen mit k&sub1;, k&sub2;, ... kn bezeichnet sind. An der Einlaßöffnung von dem Rohrabschnitt 11 herrscht ein Druck p&sub0;, der mit Hilfe eines Kompressors erzeugt wird. An der Auslaßöffnung des Rohrabschnitts ln+1 herrscht ein Druck pn+1, der gleich dem atmosphärischen Druck pa ist. An der Stelle von j eder Kopplung liegt ein jeweiliger Druck p&sub1;, p&sub2;, ... pn vor. Wenn in der Anordnung gemäß Fig. 2 die Rohrverbindungen k von einem herkömmlichen Typ sind, zum Beispiel von dem Typ, der in der EP-A-0 349 344 beschrieben ist, die eine luftdichte Abdichtung zwischen den Rohrabschnitten bewirken, ist der Verlauf von dem Druck eine Funktion der Position x in einem Rohr von einer Länge L so, wie durch die Kurve 1 in Fig. 3 gezeigt ist. Sie zeigt, daß der Absolutwert des Druckgradienten in dem Anfangsbereich der Rohrleitung geringer ist als an seinem Ende, was bezüglich der maximal erreichbaren Installationslänge nachteilig ist. Zur weiteren Information darüber wird auf das Buch "Installation of Optical Cables in Ducts" von W. Griffioen, Plumettaz, Bex (CH), 1993 Bezug genommen.
In Fig. 3 zeigt die Kurve 2 den Verlauf des Drucks in dem Fall, in dem die Rohrverbindungen gemäß der Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, in der Rohrleitung gemäß Fig. 2 angeordnet sind. Es wird deutlich, daß dann, wenn der Durchgang 6 genau dimensioniert ist, mit den Verbindungen ein scheinbar linearer Druckgradient erreicht werden kann.
In Fig. 3 zeigt Kurve 2 den Verlauf von dem Luftdruck mit optimaler Linearität, und Kurve 3 zeigt den Verlauf des Luftdrucks in dem Fall, in dem die Luftdurchgänge 6 die maximal mögliche Größe haben.
In den Kurven 2 und 3 steigt der absolute Wert des Gradienten am Anfang der Rohrleitung in dem Maße, wie die Luftdurchgangsöffnungen größer werden, aber der absolute Wert des Gradienten sinkt in Richtung auf das Ende der Rohrleitung in dem Maß weiter ab, wie die Luftdurchgangsöffnungen größer werden. In dem Fall von Luftdurchgängen mit einer Größe, die zu der Kurve 2 führen, wird die maximale Blasinstallationslänge erreicht, da der Druckgradient entlang der Rohrleitung etwa gleich ist. In Kurve 3 wird ein Anstieg der Blasinstallationslänge relativ zu Kurve 1 erreicht, solange der absolute Wert des Gradienten an dem Ende der Rohrleitung in Kurve 3 größer ist als der am Anfang der Rohrleitung in Kurve 1. Sobald der absolute Wert des Gradienten von Kurve 3 an dem Ende der Rohrleitung der gleiche ist wie der absolute Wert des Gradienten von Kurve 1 an dem Anfang der Rohrleitung, gibt es keine weitere Verbesserung, und eine weitere Vergrößerung der Luftdurchlaßöffnung ist sinnlos, da dies zu einem schlechteren Ergebnis führt, als wenn von hermetisch abdichtenden Verbindungen Gebrauch gemacht würde.
Die optimale Größe des Durchmessers von dem Luftdurchgang 6 kann auf der Basis von Fig. 2 folgendermaßen berechnet werden:
Die Luftströmung in den Rohrabschnitten 1 ist allgemein turbulent:
Dabei ist D der Innendurchmesser von einem Rohrabschnitt 2, φv ist die (atmosphärische) Luftströmung, u ist die dynamische Viskosität (1,8 · 10&supmin;&sup5; Pa für Luft), und ρ ist die Dichte (1,3 kg/m³ für Luft) des strömenden Mediums. Die Luftströmung durch eine Leckstelle ist meistens nicht-turbulent. Wenn die Weglänge, die das Medium von dem Inneren des Rohres bis zu der Umgebung durchlaufen muß, kurz ist, haben Viskositätseffekte nur einen geringen Einfluß auf die Luftströmung, und eine kurze Schockwelle entsteht, das heißt, daß die Grenzen der Luftströmung durch die Schallgeschwindigkeit c (343 m/s bei 20ºC für Luft) des strömenden Mediums gesetzt werden. Eine weitere theoretische Darstellung davon kann in dem oben genannten Buch von W. Griffioen gefunden werden. Wenn in einer kreisförmigen Öffnung mit einem Radius rh eine solche Schockwelle stattfindet, tritt folgendes ein:
In den Rohren ergibt sich die Leckströmung φv aus der Summe von φaus an dem Auslaß und verschiedenen φci's an den Rohrverbindungen. Aus (1) und (2) ergibt sich, daß:
Aus diesem System von Gleichungen ergibt sich, daß:
In dem Fall von pn+1 ist die rechtsseitige Summe in (3) gleich Null für j = n + 1.
Das folgende numerische Beispiel vermittelt einen Eindruck von den Abmessungen, mit denen die Verbindungen für kaskadenförmig angeordnete Rohrabschnitte funktionieren können. Es wird eine Reihe von sieben Rohrabschnitten gleicher Längen von 30 m und einem Innendurchmesser von 5,5 mm betrachtet. Diese sind mit Hilfe von sechs Verbindungen verbunden. Der Druck an dem Anfang beträgt 9 bar (absolut). In dem Fall, in dem die Verbindungen leckdicht sind, wird das obere Druckprofil 1 aus Fig. 3 erreicht. Mit einer Durchgangsöffnung 6, die einen Radius von 0,3 mm in einer Verbindung hat, folgt (iterativ) eine freie Ausströmung aus an dem Auslaß von 1,2 l/s mit dem zugehörigen Druckprofil 2 aus Fig. 3. Das Druckprofil ist hier deutlich linearer. Bei einer Öffnung mit einem Radius von 0,4 mm folgt eine freie Ausströmung φaus an dem Auslaß von 0,8 l/s mit dem zugehörigen Druckprofil 3 in Fig. 3. Eine Öffnung mit den erwähnten Abmessungen ist einfach vorzusehen. In der oben stehenden Berechnung bestand die Annahme darin, daß die Abdichtung zwischen dem Rohrabschnitt und der Verbindung im wesentlichen luftdicht ist. Ein Schlitz von 0,01 mm bzw. 0,02 mm führt zu einer größere Leckstelle als eine Öffnung mit einem Radius von 0,3 mm bzw. 0,4 mm, so daß statt einer Durchgangsöffnung 6 ein Rohrende, das in die Verbindung mit einem Freiraum eingesetzt ist, ebenfalls zu dem gewünschten Effekt führen kann.
Aus den Formeln und aus dem numerischen Beispiel können die folgenden Daumenregeln abgeleitet werden.
Für die optimale Durchgangsöffnung 6 in der Verbindung:
Hier ist 1 die Durchschnittslänge von einem Rohrabschnitt. Der Radius entsprechend der Öffnung mit der maximal möglichen Größe ist um etwa 30% größer.
Für den maximalen Spalt ΔD zwischen der Verbindungswand und der Rohrwand:
Die Größe des Spaltes ist optimal, d. h., der Verlauf des Druckes ist scheinbar linear über die Hälfte von dessen Wert.

Claims

1. Rohrleitung mit einer Vielzahl von Rohrabschnitten (l&sub1;, l&sub2;, ln, ln+1), die durch eine Vielzahl von Verbindungen (k&sub1;, k&sub2;, ..., kn) gekoppelt sind, wobei jede Verbindung einen länglichen hohlen Körper (1) mit einer Öffnung an beiden Enden aufweist, wobei die Enden von jedem von einem Paar von benachbarten gekoppelten Rohrabschnitten in einer der Öffnungen aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohrverbindung Einrichtungen aufweist, um einen Durchlaß (6) für Luft aus dem Inneren von zumindest einem der Rohre (2, 3) in die Umgebung vorzusehen.

2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchlaß eine Öffnung (6) in der Seitenwand der Verbindung beinhaltet, deren Radius rh angegeben ist durch:

wobei

D = Innendurchmesser von einem zu koppelnden Rohrabschnitt;

l = Durchschnittslänge von einem Rohrabschnitt; und

n = Zahl von in einer Rohrleitung vorhandenen Verbindungen.

3. Rohrleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Öffnung angegeben ist durch:

4. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchlaß durch einen Raum zwischen der Innenwand der Verbindung und der gegenüberliegend angeordneten Außenwand des zu koppelnden Rohres (2, 3) gebildet ist, und daß das Folgende für die Größe des dadurch gebildeten Raumes ΔD steht:

wobei

D = Durchmesser des zu koppelnden Rohres;

l = Durchschnittslänge des zu koppelnden Rohrabschnitts; und

d = Zahl von in einer Rohrleitung vorhandenen Verbindungen.

5. Rohrleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgende für die Größe des Raumes ΔD steht:

6. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Rohrverbindungen zur Aufnahme von den Enden der Rohre (2, 3) an der Innenseite mit Widerhaken-förmigen Vorsprüngen (4) versehen sind.

7. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des hohlen Körpers der Rohrverbindungen, etwa in der Mitte davon, eine ringförmige Rippe (5) vorgesehen ist, die für die jeweiligen Enden der zu koppelnden Rohre (2, 3) einen Anschlag bildet.

8. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftdurchlaßöffnung (6) in einer ringförmigen Rippe (5) vorgesehen ist, die an der Innenwand des hohlen Körpers der Rohrverbindung, etwa in der Mitte davon, vorgesehen ist, wobei die Rippe für die jeweiligen Enden der zu koppelnden Rohre (2, 3) einen Anschlag bildet.