CN101531455A - 光纤拉丝冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明光纤拉丝冷却系统涉及的是单模光纤拉丝过程中的裸纤冷却系统，用于光纤涂覆前的温度降低，宜于改善光纤固化性能。使单模光纤适用于高速、大容量、长距离光纤通信系统的一种光纤拉丝冷却系统。结构由除静电装置、冷却管体、冷却水管、气体管道、冷却水循环装置组成；除静电装置由静电消除器和静电转移部件两部分组成；冷却管体具有一个适于光纤通过的内腔，内腔外部开通有冷却水管和冷却气体注气通道；冷却管体上下口安装有可变孔径堵头；冷却水管安装在冷却管体的内腔外部；冷却水循环装置包括冷却水储水箱、冷却水泵和制冷机；冷却气体注气通道位于冷却管体侧部，与冷却管体内腔相连通，分布在内腔的四周。

Description

光纤拉丝冷却系统
技术领域
本发明光纤拉丝冷却系统涉及的是单模光纤拉丝过程中的裸纤冷却系统，用于光纤涂覆前的温度降低，宜于改善光纤固化性能。使单模光纤适用于高速、大容量、长距离光纤通信系统的一种光纤拉丝冷却系统。
背景技术
在光纤的整个生产过程中，首先要进行光纤预制棒的熔融：光纤预制棒置于拉丝装置的加热炉中，熔融呈流体状后，使其经过冷却、涂覆、固化装置后，进行收线，成为半成品光纤。在光纤刚出炉时，温度较高，而光纤进行涂覆保护的前提条件就是光纤表面温度接近涂料温度，即温度小于70℃，否则会对涂覆材料的性能产生负面影响，进而影响光纤涂层质量，外观情况，影响其后续使用状况。如果利用自然冷却的方式，使光纤在拉制过程中，随高度的下降，裸光纤与大气进行热交换从而使温度缓慢下降，就要求拉丝装置有足够高度，保证其自然冷却空间。对于拉丝装置生产厂家以及光纤生产厂家来说，该方法较难实现，且对于生产效率提高，成本降低来说都是不可取的。
而目前普遍应用的即为光纤冷却装置，强制光纤快速冷却，保证涂覆温度。该装置通常处于炉口到光纤涂覆系统之间，可以在很短距离内，典型的是小于5m甚至4m，将可以达到很高拉丝速度(例如拉丝速度大于等于1500m/min)的光纤的温度大大降低。
现用光纤冷却装置多为开合式，对于开口处的密封性要求较高，冷却效率有限。不适宜进行高速拉丝。
美国专利US4,761,168描述了一种冷却管用于较大拉丝速度。这份文件提出冷却管的一种特殊结构，在冷却管的大的腔中布满凸起，用来干扰光纤带动的边界层。这种结构的冷却管对于较高的拉丝速度来说典型值在1500m/min到1800m/min之间，冷却就要迅速消耗非常多的氦气。
中国专利CN1450009A描述了申请人阿尔卡特公司提出的光纤冷却管，该冷却管由内腔和一组注气管和抽气管组成，注气管和抽气管沿冷却管分布，开口于所述内腔中，取向与光纤移动方向相反。通过注气、抽气过程使光纤冷却。效率较高，但是冷却管设计、加工难度、精度要求较高，且涉及辅助设备(气体处理装置)，无形中大大增加了光纤生产成本投入。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种光纤拉丝冷却系统，不仅可以改善光纤的冷却效果，提高冷却效率，而且对于冷却装置的结构进行了优化改进，使其不论从加工和在线安装控制方面来说都有较大的改良，且采用便捷有效的方法消除静电影响，使光纤在得到良好的冷却效果的同时没有造成附加不良的结果。
光纤冷却系统是采取以下方案实现的：光纤拉丝冷却系统由除静电装置、冷却管体、冷却水管、气体管道、冷却水循环装置等组成。
除静电装置：除静电装置由静电消除器和静电转移部件两部分组成。在冷却管体上方，安装静电消除器，交替产生正、负离子，消除光纤进冷却管体之前本身产生的静电；静电转移部件位于冷却管体内腔上下口处，在低速生产的情况下，光纤晃动严重，此时裸光纤与冷却管体由于接触摩擦产生静电，而静电转移部件则汇集产生的静电，并将其接地释放。静电消除器采用市售SFM300高性能微型静电消除器，静电转移部件具有静电集中块，静电集中块上连接有静电接地连接线，用来接地转移静电。
冷却管体：根据本发明的冷却管体具有一个适于光纤通过的内腔，内腔外部开通有冷却水管和冷却气体注气通道。冷却管体管长4～8m，内腔直径10～30mm，材质为合金材料，耐腐蚀，内部进行了抛光处理。外部设计为方形，利于搬运转移。冷却管体上下口安装有可变孔径堵头，可变孔径堵头内装有可变光栅叶片，可以调节孔径开口大小，防止气体泄出。
冷却水管安装在冷却管体的内腔外部，冷却水管设置有冷却水进口端和冷却水出口端。冷却水管可以采用冷却列管或冷却盘管，管道直径约为5～15mm，采用循环用水。冷却水循环装置包括冷却水储水箱、冷却水泵、制冷机。冷却水管出口端与冷却水储水箱相连通，制冷机进口端与冷却水储水箱相连通，制冷机出口端与冷却水泵进口端相连，在冷却水泵出口端通过管道与冷却水管进口端相连。经过制冷机冷却后的水，由冷却水泵输送到冷却水管进口端。
所述的冷却气体注气通道位于冷却管体侧部，与所述的冷却管体内腔相连通，分布在内腔的四周，冷却气注气通道直径为4～10mm，采用环形供气方式，使气流更为均匀。
本发明光纤拉丝冷却系统设计合理，费用便宜，结构简单，不仅可以改善光纤的冷却效果，提高冷却效率，而且对于冷却装置的结构进行了优化改进，使其不论从加工和在线安装控制方面来说都有较大的改良，且采用便捷有效的方法消除静电影响，减少光纤收线及后续筛选过程中的鞭打现象，有效改善光纤强度，提高光纤拉丝生产的合格率。使光纤在得到良好的冷却效果的同时没有造成附加不良的结果。
由于采用冷却水循环装置，可有效降低冷却水温，保证冷却效果，可有效节约用水；采用可变光栅堵头可有效节约较为昂贵的冷却氦气。具有广泛的应用前景。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是光纤拉丝冷却系统的结构示意图。
图中1.静电消除器，2.裸光纤，3.冷却装置可变孔径堵头，4.冷却水出口端，5.静电集中块，6.冷却管体，7.冷却气体注气通道，8.冷却水进口端，9.静电接地连接线、10.冷却水泵、11、制冷机、12.冷却水储水箱。
具体实施方式
参照附图1，光纤拉丝冷却系统由除静电装置、冷却管体6、冷却水管、气体管道、冷却水循环装置等组成。
除静电装置：除静电装置由静电消除器1和静电转移部件两部分组成。在冷却管体6上方，安装静电消除器1，交替产生正、负离子，消除光纤进冷却管体6之前本身产生的静电；静电转移部件位于冷却管体6内腔上下口处，在低速生产的情况下，光纤晃动严重，此时裸光纤2与冷却管体6由于接触摩擦产生静电，而静电转移部件则汇集产生的静电，并将其接地释放。静电消除器采用市售SFM300高性能微型静电消除器，静电转移部件具有静电集中块5，静电集中块5上连接有静电接地连接线9，用来接地转移静电。
冷却管体6：根据本发明的冷却管体具有一个适于光纤通过的内腔，内腔外部开通有冷却水管和冷却气注气通道。冷却管体管长4～8m，内腔直径10～30mm，材质为合金材料，耐腐蚀，内部进行了抛光处理。外部设计为方形，利于搬运转移。冷却管体上下口安装有可变孔径堵头3，可变孔径堵头3内装有可变光栅叶片，可以调节孔径开口大小，防止气体泄出。
冷却水管安装在冷却管体的内腔外部，冷却水管设置有冷却水进口端8和冷却水出口端4。冷却水管可以采用冷却列管或冷却盘管，管道直径约为5～15mm，采用循环用水。冷却水循环装置包括冷却水储水箱12、冷却水泵10、制冷机11。冷却水管出口端4与冷却水储水箱12相连通，制冷机11进口端与冷却水储水箱12相连通，制冷机11出口端与冷却水泵10进口端相连，在冷却水泵10出口端通过管道与冷却水管进口端8相连。经过制冷机11冷却后的水，由冷却水泵10输送到冷却水管进口端8。冷却水泵10采用市售的离心泵，制冷机采用市售的DTY-CW-2.5KW型制冷机。
所述的冷却气注气通道7位于冷却管体侧部，与所述的冷却管体内腔相连通，分布在内腔的四周，冷却气注气通道7直径为4～10mm，采用环形供气方式，使气流更为均匀。
工作原理
光纤拉丝冷却系统的工作原理：光纤拉丝冷却系统包含冷却管体6，静电消除器1及静电集中块5，可变孔径堵头3等部分组成。开始拉丝时，从炉口中下来的裸光纤2穿过冷却管体6，引到牵引处进行抽丝，控制其外径情况，穿过冷却管体6之前，由静电消除器1消除之前的静电。在控制裸光纤外径的过程中，由于拉丝张力较小，裸光纤处于晃动的状态，在于冷却管体6内壁摩擦过程中，会产生大量静电，此时，通过静电汇集块5，使静电集中在静电汇集块5上，并通过与静电汇集块5连接的静电接地连接线9，将产生的静电转移至地上。在冷却管体6内，有冷却循环水的管路通道设置有冷却水进口端8、冷却水出口端4，该通道保持常开状况，温度设定在14～24℃，使冷却管壁经常保持低温状况。随着拉丝速度的提高，冷却气体阀门打开，气体从冷却气体注气通道7进入冷却管体6内腔中，该气体具有良好的热传导性能，将从光纤上所得到的热量传输给冷却管体内壁。再由冷却水带走热量，带有热量的冷却水回到储水箱，通过制冷器进行制冷。正常生产过程中，可以通过可变孔径阀门3来对上下堵头大小进行控制，使气体保存在冷却管体内部，保证效果同时节约气体用量。

Claims (5)

1、一种光纤拉丝冷却系统，其特征在于由除静电装置、冷却管体、冷却水管、气体管道和冷却水循环装置组成；
除静电装置由静电消除器和静电转移部件两部分组成，在冷却管体上方，安装有静电消除器；静电转移部件位于冷却管体内腔上、下口处，静电转移部件具有静电集中块，静电集中块上连接有静电接地连接线；
冷却管体具有一个光纤通过的内腔，内腔外部开通有冷却水管和冷却气体注气通道；冷却管体上下口安装有可变孔径堵头；
冷却水管安装在冷却管体的内腔外部，冷却水管设置有冷却水进口端和冷却水出口端；冷却水循环装置包括冷却水储水箱、冷却水泵和制冷机，冷却水管出口端与冷却水储水箱相连通，制冷机11进口端与冷却水储水箱相连通，制冷机出口端与冷却水泵进口端相连，在冷却水泵出口端通过管道与冷却水管进口端相连；
冷却气体注气通道位于冷却管体侧部，与冷却管体内腔相连通，分布在内腔的四周。
2、根据权利要求1所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于所述的冷却管体管长4～8m，内腔直径10～30mm。
3、根据权利要求1所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于所述的可变孔径堵头内装有可变光栅叶片，调节孔径开口大小。
4、根据权利要求1所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于所述的冷却水管采用冷却列管或冷却盘管，管道直径为5～15mm。
5、根据权利要求1所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于所述的冷却气体注气通道直径为4～10mm，采用环形供气方式。
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