控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置的製作方法
2023-05-31 07:13:11 1
專利名稱：控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置的製作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型屬於光纖製造設備，尤其涉及一種光纖拉絲過程中預製棒及把手熔接部位進入拉絲爐時、對拉絲爐氣流控制的裝置。
二、技術背景光纖預製棒是一種高純度的石英玻璃棒，中心部位由於摻有用於改變玻璃光學折射率的摻雜成分而使得其折射率略高於外側，目前所使用的光纖預製棒產品的直徑普遍在60mm-70mm之間，而預製棒把手也是一種較高純度的石英玻璃棒，為了降低生產成本，現階段普遍採用直徑45mm-50mm的石英棒作預製棒把手，熔接好的預製棒如圖1所示。
預製棒及把手熔接部位進入拉絲爐過程中，由於直徑的變化，拉絲爐內穩定的氣流狀態發生變化，從而改變了爐內的溫度場分布，導致光棒的融化狀態發生變化，在此過程中所拉制的光纖，往往會由於拉絲速度及拉絲張力的變化導致光纖的損耗均勻性指標變差，並伴隨有其他的光纖質量問題。
當預製棒把手完全進入拉絲爐後，由於爐口處把手的直徑又處於穩定狀態，此時，爐內的氣流和溫度場又會處於一種新的穩定狀態，但由於把手直徑較預製棒細10mm-20mm，整體的氣流及溫度場已不同於原先把手未進入拉絲爐的狀態，而是伴隨著更多的氣體流向上爐口，溫度場有整體向上的漂移，所以，此後的拉絲張力會明顯小於原先的張力(約0.1N)，而拉絲張力的變化會直接導致光纖的光學指標發生改變，所以需要調整拉絲爐的溫度，以控制拉絲張力。
所以，在整個預製棒把手進入拉絲爐的過程中，需要不停地進行控制幹預，以保證儘可能的拉絲工藝控制及光纖質量穩定，但根據拉絲生產實踐證明，在此階段，所拉制的光纖的整體光纖指標要明顯地差於穩定拉絲過程中的所生產的光纖，特別是光纖的衰減變大，光纖的直徑超出正常的控制範圍(125±1um)。
另外，當預製棒把手進入拉絲爐後，由於爐口的空隙變大，由正常時的1mm-2mm，變為10mm以上，由於拉絲爐內的保護氣體處於高溫狀態(2100℃以上)，其密度要低於空氣，結果導致大量的爐內保護氣體由爐口溢出，爐內的壓力迅速下降，而保護氣仍就在按原先設定的流量補充到拉絲爐內，當從拉絲爐上爐口溢出的保護氣流量大於設定的補充流量時，空氣就會從拉絲爐的下爐口進入到拉絲爐內，導致用於融化預製棒的拉絲爐石墨發熱件發生異常氧化反應，即減少了石墨發熱件的使用壽命，其氧化反應生成的顆粒物粘汙光纖預製棒表面後，還將導致光纖的強度降低。
目前普遍採用的氣流控制裝置如下1、手熔接部位進入拉絲爐口過度段後，手動加半環，如圖2所示。
採用這種方式也能較好地實現氣流的穩定控制，但操作需要非常的謹慎和細緻，由於此時預製棒及把手均處於高溫狀態，爐口處的溫度約為1000℃，而爐內高溫區的溫度則有2100℃以上。故手動加環本身是一種危險性的作業。另外，加環過程中還需要防止碰觸到預製棒的表面，否則將會產生光纖直徑的一個異常點，而如果動作過快，也會非常容易導致光纖直徑的失控。
該方式存在的一個致命缺陷是不能有任何的疏忽，如果因為操作者疏忽而忘記了加環操作，則會產生如前文所說的嚴重後果，即使是延誤加環，也會導致相應一段光纖的質量下降。
1、採用等直徑的預製棒把手。
採用這種方式能非常理想地解決拉絲過程中的控制穩定問題，但正如前文所述，採用等直徑把手，意味著增加生產成本，而且，由於把手直徑的增加，對光纖預製棒與把手熔接的工藝技術要求增加了許多，光纖預製棒及把手熔接操作複雜程度相應增加。
三
發明內容
本實用新型通過設計新型的石英罩杯，並改進爐口的用於氣封的不鏽鋼環，配合使用，以達到穩定拉絲爐內的氣流及溫度場分布，當預製棒及把手熔接部位進入拉絲爐後，石英罩杯替代不鏽鋼環起爐口氣封作用，進而避免拉絲爐內氣流方式及溫度場的改變。
控制拉絲過程氣流穩定的裝置，與光纖拉絲爐及其爐口氣封不鏽鋼環相配合，在光纖拉絲的預製棒及把手熔接部位之上的把手位置設有一個石英罩杯，石英罩杯的外徑與預製棒外徑相當，石英罩杯的杯底設有略大於把手外徑的孔。
本實用新型的改進是石英罩杯的杯底由石英平板製成的圓環，且杯底石英平板的外徑大於爐口氣封不鏽鋼環的內徑。
氣封不鏽鋼環的改進主要在於在不鏽鋼環的一個側面開一些導氣槽。該改進型的氣封不鏽鋼環結構如圖4所示。
本實用新型裝置的特點是，拉絲爐石墨的使用壽命平均提高了20％以上；把手進入拉絲爐過程中，光纖直徑幾乎沒有任何波動，較好地控制在125±1um範圍之內；把手入爐後的拉絲張力也沒有發生任何變化，不再需要調節拉絲爐溫度和保護氣的流量。從光纖的測量結果看，把手入爐前後所拉制的光纖的各項指標均非常的穩定。
四
圖1熔接後的光纖預製棒示意圖1、預製棒把手，2、預製棒圖2手動加半環操作示意圖1、預製棒把手，3、拉絲爐上爐口，4、拉絲爐體，5、拉絲爐延伸管，6、光纖、7、不鏽鋼半圓環，圖3新型石英罩杯結構示意圖8-1、石英玻璃圓筒，9、石英玻璃圓環圖4不鏽鋼環結構示意圖10、不鏽鋼圓環，11、導氣槽圖5預製棒把手入爐前拉絲爐狀態示意圖1、預製棒把手，2、預製棒，2-1、預製棒錐體，3、拉絲爐上爐口，4-1、拉絲爐石墨部件，4-2、拉絲爐爐體外殼，5、延伸管，6、光纖，8、新型石英玻璃罩杯，10、不鏽鋼環，圖6預製棒把手入爐後拉絲爐狀態示意圖1、預製棒把手、3、拉絲爐上爐口，8、新型石英玻璃罩杯，10、不鏽鋼環，五具體實施方式
本實用新型的詳細描述如下該新型石英罩杯採用高純度石英管材與板材製作而成，石英材料具有耐高溫、揮發量小等優點，而且具有與光纖預製棒及把手相同的熱膨脹係數。其結合部位使用氫氧火焰進行熔接，管材與板材的壁厚均為3mm，上圓板上開有一圓孔，孔徑與預製棒把手匹配，一般圓孔的直徑比預製棒把手大1mm左右，根據不同的預製棒把手系列，可製作一系列的孔徑的罩杯與之匹配。另外，圓管的外徑也與預製棒的直徑進行匹配，按2mm進度製作一系列的石英罩杯備用。整個罩杯的高度約100mm，上圓環外徑約100mm。石英罩杯的結構如圖3所示。
在將熔接好的光纖預製棒安裝在拉絲塔送棒機構夾具上之前，先將新型的石英罩杯沿預製棒把手放置在預製棒熔接部位，然後再將預製棒安裝在送棒機構夾具上，校準預製棒的垂直度後，將石英罩杯扶正。
將預製棒調整到拉絲爐口的中心位置。
將改進型的氣封不鏽鋼環平置於拉絲爐口，要求帶導氣槽面朝上，並將該不鏽鋼環調整到與拉絲爐口同心。
在預製棒把手熔接部位進入拉絲爐之前，預製棒及拉絲爐工作狀態如圖5所示。
當預製棒熔接部位進入拉絲爐過程中，也就是石英罩杯緩慢地與氣封不鏽鋼環結合的過程，在此過程中，由於氣封不鏽鋼環的上平面上開有導氣槽，所以，在石英罩杯與氣封不鏽鋼環接觸的瞬間，仍能有效的保持拉絲爐上氣流的層流狀態，也就是說，拉絲爐內的工作狀態不會因為石英罩杯與氣封不鏽鋼環的瞬間接觸而發生突變，光纖直徑、拉絲速度等控制參數都能得以保持穩定。
之後，由於送棒機構繼續勻速送棒，而石英罩杯則留在拉絲爐口，與氣封不鏽鋼環一起，共同起抑制上氣流的作用，並保持上氣流的層流狀態，由於不鏽鋼環的上平面導氣槽的的截面積及石英罩杯與預製棒把手之間的間隙的面積之和與原先光棒與氣封不鏽鋼環之間的間隙面積匹配，故預製棒熔接部位進入拉絲爐前後，上氣流的流量沒有發生變化，所以，拉絲爐內的氣流及溫度場都繼續保持著原先的狀態，直至將整個預製棒拉絲完畢。預製棒把手進入拉絲爐後的拉絲狀態如圖6所示。
圖中箭頭為氣流方向。
權利要求1.控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置，與光纖拉絲爐及其爐口氣封不鏽鋼環(10)相配合，其特徵是在光纖拉絲的預製棒(2)及把手(1)熔接部位之上的把手位置設有一個石英罩杯(8)，石英罩杯的外徑與預製棒外徑相當，石英罩杯(8)的杯底設有略大於把手外徑的孔。
2.由權利要求1所述的控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置，其特徵是氣封不鏽鋼環(10)的上表面設有透氣凹狀的導氣槽(11)。
3.權利要求1或2所述的控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置，其特徵是石英罩杯(8)的杯底由石英平板製成圓環(9)，且杯底石英平板的外徑大於爐口氣封不鏽鋼環的內徑。
專利摘要控制光纖拉絲過程氣流穩定的裝置，與光纖拉絲爐及其爐口氣封不鏽鋼環(1相配合，在光纖拉絲的預製棒及把手熔接部位之上的把手位置設有一個石英罩杯(8)，石英罩杯的外徑與預製棒外徑相當，石英罩杯(8)的杯底設有略大於把手外徑的孔。當預製棒及把手熔接部位進入拉絲爐後，石英罩杯替代不鏽鋼環起爐口氣封作用，進而避免拉絲爐內氣流方式及溫度場的改變。
文檔編號C03B37/07GK2568651SQ02264548
公開日2003年8月27日 申請日期2002年9月23日 優先權日2002年9月23日
發明者洪留明, 卞進良, 俞華, 孫貴廷, 尤茂永 申請人:江蘇法爾勝光子有限公司