CN102838275B - 外径波动光纤预制棒的拉丝方法及装置 - Google Patents

外径波动光纤预制棒的拉丝方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外径波动、尤其是大尺寸外径波动光纤预制棒的拉丝方法及装置，与现有拉丝方法的不同之处在于在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置，拉丝过程中，光纤预制棒紧贴径向密封可调装置，使得光纤预制棒与径向密封可调装置之间的径向间隙，即光纤预制棒外径与径向密封可调装置密封孔径之差保持在0~0.2mm范围。本发明使得外径变化不均匀的大尺寸预制棒与径向密封可调装置之间的径向间隙在拉丝进给时始终保持在较小的可允许间隙范围内或趋于零，从而保证拉丝的质量，解决了大尺寸外径波动光纤预制棒无法直接拉丝加工的技术难题；光纤产能和加工效率得到进一步提高，也提高了单根预制棒的拉丝长度，进一步降低了光纤制造成本。

Description

外径波动光纤预制棒的拉丝方法及装置
技术领域
本发明涉及一种外径波动、尤其是大尺寸外径波动光纤预制棒的拉丝方法及配套装置，属于光纤加工制造技术领域。
背景技术
随着光纤预制棒制造工艺的发展，光纤预制棒尺寸越来越大。目前，单根光纤预制棒拉丝长度可达3500~4200km，甚至8000km，这对提高光纤产能和降低光纤制造成本是非常有效的。然而，对于有些大尺寸预制棒，例如：采用外部气相沉积（OVD）工艺制造的多孔玻璃光纤预制棒，在经过脱羟基加热处理之后，会变成沿轴向外径尺寸波动相对较大的透明预制棒。通常情况下，对于此类预制棒，需通过拉伸工艺将其拉制成尺寸较小，外径比较均匀的预制棒，由于受拉丝加工设备对光纤预制棒长度的限制，当预制棒被拉伸较长时往往需要将其截成几段，这在一定程度上，减小了单根预制棒拉丝长度，增加了预制棒更换频率，从而降低了光纤产能并增加了光纤制造成本。在光纤拉丝加工时，为了保证拉丝质量需要严格控制外界空气进入到拉丝炉内腔，通常在拉丝炉炉口上端放置与预制棒外径相匹配的玻璃环，使预制棒外径与玻璃环之间保持尽可能小的间隙，同时在炉腔上端设置惰性气体吹气通道，从而防止外界空气进入炉腔，保证拉丝炉内气流的稳定。
然而对于外径尺寸沿轴向波动较大的预制棒，预制棒与玻璃环之间的间隙将取决于预制棒本身外径的变化，如果预制棒外径较大处与玻璃环之间的间隙在可接受范围内，那么必然造成预制棒外径较小处与玻璃件环之间的间隙过大，从而造成拉丝炉内气流紊乱，裸光纤外径不能得到控制，随着外界空气不断进入拉丝炉，拉丝炉内的石墨发热体材料将会氧化，将严重影响其使用寿命，并影响光纤性能及强度。造成产品和加工设备双重受损的不利后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足提供一种可适用于外径波动光纤预制棒的拉丝方法及装置，以提高光纤产能和降低光纤制造成本。
本发明为解决上述提出的问题所采用的拉丝方法技术方案为：
将光纤预制棒放入拉丝炉进行装夹，使光纤预制棒后端与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固，通过进给机构将光纤预制棒调整到位，光纤预制棒的前端进入拉丝炉发热腔；
将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；
通过发热腔发热软化光纤预制棒的前端，从软化的前锥端连续拉制出所需直径的光纤；
拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止；
其特征在于在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置，拉丝过程中，光纤预制棒紧贴径向密封可调装置，使得光纤预制棒与径向密封可调装置之间的径向间隙，即光纤预制棒外径与径向密封可调装置密封孔径之差保持在0~0.2mm范围。
按上述方案，在光纤预制棒后端熔接小直径延长棒，在小直径延长棒下端与光纤预制棒的联接处套装辅助装置，所述的辅助装置包括上、下垫圈，在上、下垫圈之间夹垫石英棉密封垫，所述的上、下垫圈和石英棉密封垫的内孔与小直径延长棒相配置，上、下垫圈的外径大于径向密封可调装置的孔径，小直径延长棒的上端作为光纤预制棒后端与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固。
按上述方案，所述的径向密封可调装置密封孔径的变化随光纤预制棒外径的变化而同步变化，缩放量（最大密封孔径与最小密封孔径之差）为0~30 mm。
本发明拉丝装置的技术方案为：包括有拉丝炉炉体，拉丝炉炉体中设置上下贯穿的发热腔，发热腔上端部设置惰性气体吹气通道，其特征在于在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置。
按上述方案，所述的径向密封可调装置包括安设在发热腔上端炉口的底座，底座上端面设置环形凹槽，环形凹槽中安设石英棉密封垫圈，在底座上端配置压盖。
按上述方案，所述的石英棉密封垫圈由石英棉条构成，石英棉条密实充填于底座的环形凹槽。
按上述方案，所述的底座和压盖由石英玻璃或陶瓷材料制成。
按上述方案，所述的径向密封可调装置包括底座、伸缩密闭环和套筒，底座固定于发热腔上端炉口，底座下端设置有环形冷却水槽，底座上端设置环形凹腔，环形凹腔内安设伸缩密闭环，在环形凹腔的上端安设套筒，由此形成内侧开口的环形凹腔，所述的环形凹腔与保护气体管路相连。
按上述方案，所述的伸缩密闭环由内、外层伸缩环通过外周和内周分别设置的滑槽和滑块相互配置连接而成，所述的内层伸缩环由多块内圆弧块通过两侧的滑槽和滑块相互拼接构成，所述的外层伸缩环由多块外圆弧块相互拼接构成，外伸缩环外周开设有环槽，环槽中安设有拉簧，使得外伸缩环紧密包绕内伸缩环的外周，所述的内、外伸缩环的轴向厚度相同。
按上述方案，所述的内圆弧块和外圆弧块沿周向内、外交错布设。
按上述方案，所述的套筒下端设置外径较大的端盘，端盘的上端面安设有压盘。
按上述方案，所述的底座为金属底座，所述的伸缩密闭环为氮化硼伸缩密闭环，所述的套筒为石英玻璃套筒，所述的压盘为金属压盘。
本发明的有益效果在于：1、通过在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置，使得外径变化不均匀的大尺寸预制棒与径向密封可调装置之间的径向间隙在拉丝进给时始终保持在较小的可允许间隙范围内或趋于零，同时在炉腔上端设置惰性气体吹气通道，防止外界空气进入炉腔，保证拉丝炉内气流的稳定，从而保证拉丝的质量，解决了外径波动、尤其是大尺寸外径波动光纤预制棒无法直接拉丝加工的技术难题；2、简化了拉丝加工的工序，光纤产能和加工效率得到进一步提高，也提高了单根预制棒的拉丝长度，进一步降低了光纤制造成本；3、与外界空气的隔绝不仅可有效避免拉丝炉发热腔中石墨发热体材料的氧化，提高设备的有效使用寿命，而且由于可以有效阻止拉丝炉内保护气体的溢出，节省拉丝炉内的保护气体的用量。
附图说明
图1为本发明拉丝装置一个实施例的剖视结构图。
图2为本发明拉丝装置另一个实施例的剖视结构图。
图3为本发明一个实施例中氮化硼伸缩环正视结构图。
图4为氮化硼伸缩环内、外圆弧块放大结构图。
图5为本发明采用石英棉密封的大尺寸预制棒外径波动分布图。
图6为本发明采用石英棉密封的大尺寸预制棒所拉光纤包层直径分布图。
图7为本发明采用氮化硼伸缩环密封的预制棒外径波动分布图。
图8为本发明采用氮化硼伸缩环密封的预制棒所拉光纤包层直径分布图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例一：
采用的拉丝装置如图1所示，包括有拉丝炉炉体1，拉丝炉炉体中设置上下贯穿的发热腔，发热腔上端部设置惰性气体吹气通道，在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置。所述的径向密封可调装置包括安设在发热腔上端炉口的石英玻璃底座2，底座上端面设置环形凹槽，环形凹槽中安设石英棉密封垫圈3，所述的石英棉密封垫圈由石英棉条构成，石英棉条密实充填于底座的环形凹槽，在底座上端配置石英玻璃压盖4。石英玻璃压盖内端面设置凸台与环形凹槽相配置。
本实施例的加工对象如表1所列，表中O.D. Ave.为发热腔的规格，O.D. Max为预制棒最大外径，O.D. Min为预制棒最小外径，O.D.Fluctuation为外径波动量。
 表1.大尺寸预制棒信息
O.D. Ave. O.D.Fluctuation O.D. Max O.D. Min
187mm 23mm 197mm 174mm
针对表1中的预制棒，在光纤预制棒5后端熔接小直径延长棒9，在小直径延长棒下端与光纤预制棒的联接处套装辅助装置，所述的辅助装置包括上、下石英玻璃垫圈6、8，在上、下石英玻璃垫圈之间夹垫石英棉密封垫7，所述的上、下石英玻璃垫圈和石英棉密封垫的内孔与小直径延长棒相配置，上、下石英玻璃垫圈的外径大于拉丝炉发热腔孔径，小直径延长棒的上端作为光纤预制棒后端与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固。光纤预制棒对中后前端进入拉丝炉发热腔，将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；拉丝炉升温，开始拉丝；进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止。当小直径延长棒前端进入发热腔时，辅助装置与石英玻璃压盖4贴合，石英棉密封垫7包覆小直径延长棒外径，确保尾部密封，使发热腔与外界空气隔绝。由于石英棉良好的耐温密封效果，在整个拉丝过程中，裸光纤外径波动可控制在125±0.2μm左右（如图6所示）。
实施例二：
采用的拉丝装置如图2-4所示，包括有拉丝炉炉体1，拉丝炉炉体中设置上下贯穿的发热腔，发热腔上端部设置惰性气体吹气通道，在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置。所述的径向密封可调装置包括金属底座13、氮化硼伸缩密闭环16和石英玻璃套筒17，金属底座固定于发热腔上端炉口，金属底座下端设置有环形冷却水槽14，底座上端设置环形凹腔，环形凹腔内安设氮化硼伸缩密闭环，在环形凹腔的上端安设石英玻璃套筒，由此形成内侧开口的环形凹腔，所述的环形凹腔与保护气体管路15相连通。所述的氮化硼伸缩密闭环由内、外层氮化硼伸缩环通过外周和内周分别设置的滑槽和滑块相互配置连接而成，所述的内层伸缩环由12块氮化硼内圆弧块10通过两侧的滑槽和滑块相互拼接构成，每块氮化硼内圆弧块一侧设置一个滑块，另一侧设置一个滑槽，外周面上设置两个滑槽，所述的外层伸缩环由11块氮化硼外圆弧块11和1块氮化硼外圆连接弧块12相互拼接构成，每块氮化硼外圆弧块内周面上设置两个滑块，与氮化硼内圆弧块外周面上设置两个滑槽项配置，内圆弧块和外圆弧块沿周向内、外交错布设，外伸缩环外周开设有环槽，环槽中安设有拉簧19，使得外伸缩环紧密包绕内伸缩环的外周，所述的内、外伸缩环的轴向厚度相同。所述的石英玻璃套筒下端设置外径较大的端盘，端盘的上端面安设有金属压盘18。
本实施例的加工对象如表2所示。
表2.大尺寸预制棒信息
O.D. Ave. OD.Fluctuation O.D. Max O.D. Min
148mm 15mm 153mm 138mm
针对表2中的预制棒，将氮化硼伸缩密闭环的径向密封可调装置固定于发热腔上端炉口，将预制棒进至拉丝炉发热腔，金属底座用冷却水冷却，环形凹腔中的氮化硼伸缩密闭环用氮气或氩气保护。其它过程与上一个实施例相同。由于氮化硼伸缩密闭环在外界弹簧的作用下随着预制棒外径变化可自动伸缩，具有较好的伸缩性和密封效果，在拉丝过程中，裸光纤外径波动可控制在124.85±0.1μm左右（如图8所示）。

Claims (8)

1.一种外径波动光纤预制棒的拉丝方法，将光纤预制棒放入拉丝炉进行装夹，使光纤预制棒后端与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固，通过进给机构将光纤预制棒调整到位，光纤预制棒的前端进入拉丝炉发热腔；
将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；
通过发热腔发热软化光纤预制棒的前端，从软化的前锥端连续拉制出所需直径的光纤；
拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止；
其特征在于在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置，拉丝过程中，光纤预制棒紧贴径向密封可调装置，使得光纤预制棒与径向密封可调装置之间的径向间隙，即光纤预制棒外径与径向密封可调装置密封孔径之差保持在0~0.2mm范围；
在光纤预制棒后端熔接小直径延长棒，在小直径延长棒下端与光纤预制棒的联接处套装辅助装置，所述的辅助装置包括上、下垫圈，在上、下垫圈之间夹垫石英棉密封垫，所述的上、下垫圈和石英棉密封垫的内孔与小直径延长棒相配置，上、下垫圈的外径大于径向密封可调装置的孔径，小直径延长棒的上端作为光纤预制棒后端与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固。
2.按权利要求1所述的外径波动光纤预制棒的拉丝方法，其特征在于所述的径向密封可调装置密封孔径的变化随光纤预制棒外径的变化而同步变化，缩放量为0~30 mm。
3.一种外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于包括有拉丝炉炉体，拉丝炉炉体中设置上下贯穿的发热腔，发热腔上端部设置惰性气体吹气通道，在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置；其特征在于所述的径向密封可调装置包括安设在发热腔上端炉口的底座，底座上端面设置环形凹槽，环形凹槽中安设石英棉密封垫圈，在底座上端配置压盖；所述的石英棉密封垫圈由石英棉条构成，石英棉条密实充填于底座的环形凹槽；所述的底座和压盖由石英玻璃或陶瓷材料制成。
4.一种外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于包括有拉丝炉炉体，拉丝炉炉体中设置上下贯穿的发热腔，发热腔上端部设置惰性气体吹气通道，在拉丝炉发热腔上端炉口设置径向密封可调装置；其特征在于所述的径向密封可调装置包括底座、伸缩密闭环和套筒，底座固定于发热腔上端炉口，底座下端设置有环形冷却水槽，底座上端设置环形凹腔，环形凹腔内安设伸缩密闭环，在环形凹腔的上端安设套筒，由此形成内侧开口的环形凹腔，所述的环形凹腔与保护气体管路相连。
5.按权利要求4所述的外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于所述的伸缩密闭环由内、外层伸缩环通过外周和内周分别设置的滑槽和滑块相互配置连接而成，所述的内层伸缩环由多块内圆弧块通过两侧的滑槽和滑块相互拼接构成，所述的外层伸缩环由多块外圆弧块相互拼接构成，外伸缩环外周开设有环槽，环槽中安设有拉簧，使得外伸缩环紧密包绕内伸缩环的外周，所述的内、外伸缩环的轴向厚度相同。
6.按权利要求5所述的外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于所述的内圆弧块和外圆弧块沿周向内、外交错布设。
7.按权利要求4所述的外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于所述的套筒下端设置外径较大的端盘，端盘的上端面安设有压盘。
8.按权利要求7所述的外径波动光纤预制棒的拉丝装置，其特征在于所述的底座为金属底座，所述的伸缩密闭环为氮化硼伸缩密闭环，所述的套筒为石英玻璃套筒，所述的压盘为金属压盘。
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