一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法及其輔助裝置的製作方法
2023-04-28 09:42:51
專利名稱：一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法及其輔助裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法及其輔助裝置，屬於通信光纖的製造加工技術領域。
背景技術：
通常，光纖是在光纖拉絲爐內對光纖預製棒加熱軟化拉絲而成。隨著預製棒製備技術的發展，預製棒直徑尺寸已經由60到80mm增加至120到200mm不等，單根預製棒的拉絲長度也由三四百公裡增加至數千公裡。顯然，隨著預製棒外徑的增大，在拉絲時將小直徑的輔助延長棒或管與預製棒尾端相接能有效的提高預製棒的利用率，拉制出總長更長的光纖，從而降低光纖的製造成本。基於這種思想，在機械條件能夠容忍範圍之內，在預製棒的尺寸逐漸增大的前提下，儘可能降低延長棒或管的外徑成為降低光纖拉絲成本的重要環節。然而採用較小外徑的輔助延長棒或管的預製棒在拉絲過程中，隨著預製棒的逐漸消耗，輔助延長棒或管進入拉絲爐氣密系統，並最終進入拉絲爐的熱區，當預製棒後段部分逐漸軟化並被拉製成光纖，在最後端部逐漸縮小的情況下，發熱體孔腔與預製棒最粗部分的間隙逐漸變大。實驗顯示，隨著這種間隙的逐漸變大，預製棒錐部的氣流穩定性變差，從而使發熱體與預製棒間的對流導熱熱量波動增大，玻璃黏度隨之產生波動，最終導致光纖的包層直徑發生波動而且超過質量要求。比如對於常規125微米光纖，包層直徑波動由士 1 微米以內增大至士2到士3微米甚至更大，這種波動大的大小取決於預製棒最後端部以及輔助延長棒或管的外徑的大小，或者說取決於預製棒後部最粗部分與發熱體間的間隙的大小。在已經公開的專利文獻中，已經存在一些解決上述原因造成的光纖包層直徑波動問題的方法。中國專利CN 1315927A公開了一種光纖的製造方法，在拉絲爐的上方安裝一個預製棒收容筒，當預製棒部分進入拉絲爐後，通過控制收容筒和延長尾棒間氣體溫度與拉絲爐內氣體溫度差來減少收容筒內氣體與拉絲爐內氣體的對流，從而減少預製棒錐部的氣流波動以控制光纖的包層直徑波動，該方法設備和工藝複雜，製作成本高。中國專利CN 1156697A公開了一種光纖製備技術，在尾棒上上掛一組累加長度大於50mm，外徑與預製棒外徑相差小於0. 5mm的套管，該方法具有如下缺點接觸預製棒的套管在拉絲結束部分在高溫熱區內會融化而無法重複使用，而且具有易墜入爐中的危險，另一方面對套管的外徑要求過於嚴格，給規模化生產和使用帶來不便。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足而提供一種能使大尺寸光纖預製棒的後續拉絲質量保持穩定的拉制光纖的方法及其輔助裝置，他能有效提高光纖預製棒的利用率，降低光纖的製造成本。本發明為解決上述提出的問題所採用的拉制光纖方法的技術方案為
包含如下步驟在大尺寸光纖預製棒末端熔接小直徑延長棒(或者延長管)；在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預製棒的聯接處套裝輔助裝置，所述的輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端， 內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將套裝好輔助裝置的光纖預製棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯緊固，通過進給機構將光纖預製棒調整到位，大尺寸光纖預製棒的前端進入拉絲爐發熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發熱腔上部，以使惰性氣體和光纖預製棒相遇，並產生在拉絲爐發熱腔和光纖預製棒之間的間隙處流動的氣體；通過發熱腔發熱軟化光纖預製棒的前端，從軟化的前錐端連續拉制出所需直徑的光纖；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預製棒進給進入發熱腔，直至插入套管隨光纖預製棒進入發熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預製棒的有效沉積尾端被拉製成光纖為止。按上述方案，所述的插入套管上端設置外徑大於發熱腔內徑的軸肩，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續下移將大尺寸光纖預製棒尾端繼續向拉絲爐的發熱腔進給，直至拉絲結束。按上述方案，所述的大尺寸光纖預製棒的外徑大於或等於120mm;通常為120 200mm。按上述方案，所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒同軸線聯接，小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒的外徑之差大於或等於25mm。本發明大尺寸光纖預製棒拉制光纖輔助裝置的技術方案為包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，上端設置外徑大於發熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈。按上述方案，所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周滑動配置。按上述方案，所述插入套管的軸肩以下的軸向長度大於浮動密封環軸向厚度與拉絲爐發熱腔上方最下一個氣體噴射口到發熱腔上端面的長度之和Ll。按上述方案，所述插入套管的軸肩以下的軸向長度小於浮動密封環軸向厚度與發熱腔上端面到發熱體頂部的長度之和L2。按上述方案，所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷製備而成。本發明的有益效果在於1、採用小直徑的延長棒或管與大尺寸光纖預製棒的尾端相接，使得具有較高成本的大尺寸光纖預製棒部分能夠完全被拉製成合格的光纖，從而大大提高了預製棒的利用率，拉制出總長更長的光纖，降低光纖的製造成本；2、通過在大尺寸光纖預製棒與小直徑延長棒的聯接處套裝輔助裝置，在拉絲過程中，能在預製棒軟化變形的區域提供穩定的氣流，即保護拉絲爐內的石墨元件不被氧化，又使光纖具有穩定的包層直徑和篩選強度，使大尺寸光纖預製棒的後續拉絲質量保持穩定，避免了因為包層直徑波動大於質量要求而報廢；3、本發明無需對拉絲爐進行改造，使用和操作方便靈活，確保拉絲爐內良好的氣密性；4、輔助裝置結構簡單，設置合理，而且能夠重複使用。
圖1為本發明拉絲過程一個實施例的剖視結構圖。圖2為本發明拉絲結束階段的剖視結構圖。圖3至5為本發明大尺寸預製棒與小直徑延長棒的幾種焊接方式結構圖。圖6為本發明一個實施例中拉絲爐的剖面結構圖。圖7至9為本發明的拉絲爐中氣體噴射口的三種結構剖面圖。圖10為本發明輔助裝置一個實施例的剖面結構圖。圖11為本發明輔助裝置進入拉絲爐發熱腔的位置關係結構圖。圖12為本發明採用輔助裝置套裝於150mm外徑延長棒和200mm外徑預製棒拉絲時裸光纖直徑延拉絲長度的光纖直徑波動分布圖，裸光纖直徑波動合格範圍為125+-lum。圖13為不採用輔助裝置直接拉絲，在拉絲過程的最後550km左右時光纖直徑波動逐漸變寬直至超標的直徑波動分布圖。
具體實施例方式以下通過實施例和附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明提供的拉絲方法適合於直徑為120 200mm或大於200mm的大尺寸光纖預製棒，如圖3至5所示，所述大尺寸光纖預製棒12在尾部焊接有外徑小於預製棒外徑的小直徑延長棒11或延長管，構成相聯成一體的光纖預製棒1，所述小直徑延長棒或者延長管為石英玻璃，在高溫下與大尺寸光纖預製棒12熔接在一起，所述小直徑延長棒的外徑小於預製棒最大值，其目的在於減少拉絲過程中輔助材料的消耗，同時提高預製棒的玻璃利用率，而且由於輔助玻璃材料外徑變小，使得焊接變得容易，從而也降低了焊接成本。本實施例中提供的小直徑延長棒外徑與大尺寸光纖預製棒直徑的差值為30 80mm。所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒同軸線聯接，大尺寸光纖預製棒12與小直徑延長棒11的對接方式一般有平直對接，過渡錐對接或過度圓弧對接。如圖1、圖10所示，在小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒同軸線聯接後，在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預製棒的聯接處套裝輔助裝置4，所述的輔助裝置包括插入套管 41、浮動密封擋圈43和上密封擋圈42，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，上端設置外徑大於發熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周保持較緊密的滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周保持較緊密的滑動配置。所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設上密封擋圈。
在套裝上輔助裝置後，將套裝好輔助裝置的光纖預製棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯緊固，通過進給機構將光纖預製棒調整到位，大尺寸光纖預製棒的前端進入拉絲爐發熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發熱腔上部， 以使惰性氣體和光纖預製棒相遇，並產生在拉絲爐發熱腔和光纖預製棒之間的間隙處流動的氣體；通過發熱腔發熱軟化光纖預製棒的前端，採用常規光纖拉絲方法從軟化的前錐端連續拉制出所需直徑的光纖2 ；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預製棒進給進入發熱腔， 直至插入套管隨光纖預製棒進入發熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預製棒的有效沉積尾端被拉製成光纖為止。後續階段，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續下移將大尺寸光纖預製棒尾端繼續向拉絲爐的發熱腔進給，直至拉絲結束。本發明的拉絲設備包括發熱腔內徑大於大尺寸光纖預製棒外徑的拉絲爐3，如圖 6所示拉絲爐的剖面圖，其特點在於在發熱腔的上部設置有氣體噴射裝置。該拉絲爐的發熱元件31為筒狀高純度石墨材料，在石墨材料的外側環繞隔熱材料32以避免熱量向外側逸散，35為感應線圈，工作過程中在發熱體31內形成環狀感應電流並發熱。在拉絲過程中，拉絲爐發熱體的溫度達到2000度以上，在高溫下，石墨材料必須在惰性的環境中確保其不會被氧化燒毀。所述在熱區的上部安裝了氣體噴射裝置33，提供惰性氣體，是拉絲過程中預製棒與石墨件維持穩定的惰性環境，既保護石墨件不被燒毀，又保證光纖具有穩定的篩選強度。安裝於拉絲爐熱區上部的氣體噴射裝置與發熱元件成同心的環形，氣體噴射裝置的噴射口可以是均勻分布的孔狀，狹縫形，也可以是全開放的環形縫，分別如圖7至9所示。本發明中光纖預製棒在拉絲過程中開始軟化變形的起始位置34處於感應線圈35上沿。本發明提供的的輔助裝置所起的氣密作用能使所述拉絲爐穩定連續拉絲至大尺寸光纖預製棒完全消耗且產出光纖包層直徑波動在質量指標範圍內。安裝於插入套管外的浮動密封擋圈43和插入套管上方的上密封擋圈42可設置1 2個，上下疊合，所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷製備而成。當預製棒逐漸消耗變短時，插入套管隨棒一起進入拉絲爐發熱腔，而安裝於插入套管外圍的浮動密封擋圈43被止擋擱置在發熱腔入口的上端面，通過控制浮動密封擋圈 43與插入套管的間隙實現穩定的氣密作用，拉絲繼續進行，到插入套管的下端接近發熱腔的上沿時，插入套筒上端的軸肩部分將擱置在浮動密封擋圈上，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續下移，此時安裝於插入套管上方的上密封擋圈42起到氣體密封的作用。本發明方法的特點在於插入套管隨延長棒一起進入拉絲爐氣密系統中，填充了由於延長棒外徑變小與拉絲爐腔體間增大的間隙，穩定了預製棒軟化形變部分與發熱體之間氣體流動的穩定性，使得發熱體與預製棒間具有持續穩定的對流導熱，確保光纖的包層直徑波動較初始階段沒有明顯變化。圖12和13分別記錄了 150mm外徑延長棒與200mm外徑預置棒對接後採用氣密輔助裝置和不採用該裝置時最後IOOOkm所拉絲光纖的直徑波動情況。如果不採用插入式的輔助裝置，所拉制光纖的玻璃直徑在最後450km開始逐漸變大，並在倒數400km左右波動超過正負1微米，超過了光纖的質量指標。在400km以後持續變大， 在結束部分已經超過正負2微米。而採用本發明中的輔助裝置，在最後IOOOkm的拉絲過程中沒有任何波動，可以確保所有預置棒部分拉制的光纖的玻璃直徑在指標要求範圍之內。 大大提高了預置棒的玻璃利用率和光纖的質量。本發明的另一個特點在於插入套管的長度，插入套管軸肩以下部分的長度LO大於浮動密封擋圈43的軸向厚度與拉絲爐發熱腔上方最下一個氣體噴射口到發熱腔上端面的長度之和Li。同時所述插入套管的軸肩以下的軸向長度LO小於浮動密封環軸向厚度與發熱腔上端面到發熱體頂部的長度之和L2。既保證了氣流的穩定性又確保插入套管不被高溫軟化燒損，實現重複使用。本發明另外一個特點在於插入套管41外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，插入套管的外徑與大尺寸光纖預製棒外徑的差值小於或等於20mm，同時插入套管的外徑與浮動密封擋圈的間隙控制在2mm以內；上密封擋圈42與小直徑延長棒之間的間隙控制在2mm以內。
權利要求
1.一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法，其特徵在於該方法包含如下步驟在大尺寸光纖預製棒末端熔接小直徑延長棒；在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預製棒的聯接處套裝輔助裝置，所述的輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將套裝好輔助裝置的光纖預製棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯緊固，通過進給機構將光纖預製棒調整到位，大尺寸光纖預製棒的前端進入拉絲爐發熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發熱腔上部，以使惰性氣體和光纖預製棒相遇，並產生在拉絲爐發熱腔和光纖預製棒之間的間隙處流動的氣體；通過發熱腔發熱軟化光纖預製棒的前端，從軟化的前錐端連續拉制出所需直徑的光纖；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預製棒進給進入發熱腔，直至插入套管隨光纖預製棒進入發熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預製棒的有效沉積尾端被拉製成光纖為止。
2.如權利要求書1所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法，其特徵在於所述的插入套管上端設置外徑大於發熱腔內徑的軸肩，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續下移將大尺寸光纖預製棒尾端繼續向拉絲爐的發熱腔進給，直至拉絲結束。
3.如權利要求書1或2所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法，其特徵在於所述的大尺寸光纖預製棒的外徑大於或等於120mm。
4.如權利要求書1或2所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法，其特徵在於所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒同軸線聯接，小直徑延長棒與大尺寸光纖預製棒的外徑之差大於或等於25mm。
5.一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的輔助裝置，其特徵在於包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，上端設置外徑大於發熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈。
6.按權利要求5所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的輔助裝置，其特徵在於所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周滑動配置。
7.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的輔助裝置，其特徵在於所述插入套管的軸肩以下的軸向長度大於浮動密封環軸向厚度與拉絲爐發熱腔上方最下一個氣體噴射口到發熱腔上端面的長度之和Li。
8.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的輔助裝置，其特徵在於所述插入套管的軸肩以下的軸向長度小於浮動密封環軸向厚度與發熱腔上端面到發熱體頂部的長度之和L2。
9.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預製棒拉制光纖的輔助裝置，其特徵在於所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷製備而成。
全文摘要
本發明涉及一種大尺寸光纖預製棒拉制光纖的方法及其輔助裝置，輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小於大尺寸光纖預製棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將惰性氣體輸送到拉絲爐發熱腔上部，拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預製棒進給進入發熱腔，直至插入套管隨光纖預製棒進入發熱腔，光纖預製棒的有效沉積尾端被拉製成光纖為止。本發明確保拉絲爐與預製棒的間隙內具有始終穩定的氣流，使預製棒能夠穩定的全部被拉製成設定外徑的光纖。從而有效提高光纖預製棒的利用率，降低光纖的製造成本。
文檔編號C03B37/025GK102303950SQ20111023882
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者吳儀溫, 張文俊, 曹蓓蓓, 李江 申請人:長飛光纖光纜有限公司