CN104478211A - 一种用于加热熔融光纤预制棒的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其套设在光纤预制棒的外周，其包括套设在所述预制棒外周的石墨感应中心管、设置在所述石墨感应中心管外周的石英玻璃罩以及密封装置，所述密封装置设置在所述拉丝炉的顶部，通过所述密封装置将拉丝炉上盖和预制棒把棒之间的空隙密封，所述石英玻璃罩的外侧套设有一个感应线圈，所述感应线圈在自动驱动装置的驱动下沿着所述石英玻璃罩上下移动。本发明的装置适应于大尺寸预制棒的拉丝，不但可以有效的避免“串气”等工艺事故的发生，而且在拉丝过程中拉丝炉内的气体流畅可以保持的非常稳定，从而有效的改善光纤的强度、几何、衰减及PMD等参数。

Description

一种用于加热熔融光纤预制棒的装置和方法

技术领域

本发明属于光纤制造领域，更具体的涉及一种在光纤拉丝过程中用于加热熔融光纤预制棒的装置和方法。

背景技术

光纤的拉丝是将大直径的光纤预制棒在线熔融并拉制成直径为125um的光导纤维。对预制棒进行熔融的加热装置(通常称为拉丝炉)是拉丝工艺最关键的设备之一，该设备直接影响着光纤的多项技术指标，如裸光纤的直径波动、光纤断点率、衰减、PMD及光纤几何参数等。

当前拉丝炉系统常规的结构及工作原理是：拉丝炉的位置固定不变，拉丝过程中预制棒进棒机构以一定的速度向拉丝炉内连续向下送棒，在拉丝炉的上口，设计一个拉丝炉气封系统(通常称为气环)向预制棒和拉丝炉上口之间的间隙区域喷吹惰性气体，以防止过多的拉丝炉内气体从上口溢出而产生拉丝炉的“串气”问题。

上述的拉丝炉结构对于小尺寸的预制棒(直径小于120mm)拉丝来说工作还比较稳定，但当预制棒尺寸越来越大(如大于180mm)，这种结构在拉丝过程中的各种性能不稳定性会立刻表现出来，这种不稳定性主要包括以下几方面：

(1)随着预制棒尺寸的变大，拉丝炉内加热区的长度及直径也会相应的增加，其结果是拉丝炉的“烟囱效应”的加强会大幅提高拉丝炉气体从上口溢出的概率；同时，预制棒直径的增加会弱化拉丝炉上口气封系统的气封效果。以上两方面的原因通常会导致拉丝炉内大量的惰性气体从拉丝炉上口溢出，从而使炉外的空气从拉丝炉下口吸入到拉丝炉内，其结果不但会使拉丝炉的气体紊乱，恶化光纤强度，严重时进入到炉内的气体还会严重氧化拉丝炉的石墨中心管等装置。

(2)由于光纤预制棒重量的增加，在拉丝过程中预制棒进棒机构(导轨和挂棒平台)所承受的重量变化幅度也会明显增加，这样在拉丝过程中进棒机构的机械变形会使预制棒在拉丝炉内水平位置发生变化，从而使预制棒在径向受热不均。其结果会导致裸光纤几何和PMD的参数性能恶化。同时，这种现象会使拉丝炉内的气压发生变化，情况严重的情况下会导致光纤的衰减增加。

(3)由于预制棒直径的增加，拉丝炉上口的气封功能的不稳定性增加。为了使预制棒本体进入拉丝炉前后的气封效果保持相对一致，通常需要熔接和预制棒直径比较接近的把棒，大大增加了光纤成本。

因此，现在需要一种新的用于加热熔融光纤预制棒的装置和方法，使用该装置在拉丝过程中，可以非常有效的避免拉丝炉“串气”，而且可以保证在拉丝过程中预制棒和拉丝炉发热体的径向相对位置保持恒定。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于加热熔融预制棒的装置和方法，使用该装置和方法，在光纤拉丝过程中能够有效避免拉丝炉串气，并且可以保证预制棒和拉丝炉发热体的径向相对位置保持恒定。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其套设在光纤预制棒的外周，其包括套设在所述预制棒外周的石墨感应中心管、设置在所述石墨感应中心管外周的石英玻璃罩以及密封装置，所述密封装置设置在拉丝炉的顶部，通过所述密封装置将拉丝炉上盖和预制棒把棒之间的空隙密封，所述石英玻璃罩的外侧套设有一个感应线圈，所述感应线圈在自动驱动装置的驱动下沿着所述石英玻璃罩上下移动。

优选的，所述自动驱动装置包括：用于支撑所述感应线圈的线圈支撑架、供所述线圈支撑架移动的轨道和驱动所述线圈支撑架移动的电机。

优选的，所述石英玻璃罩和所述石墨感应中心管之间设有保温层。

优选的，所述石英玻璃罩、保温层和石墨感应中心管的长度长于光纤预制棒的长度。

优选的，所述密封装置与所述拉丝炉上盖之间还套设有气环。

优选的，还设有一个光纤测径仪，所述光纤测径仪设置在光纤拉丝过程中裸光纤经过的位置。

优选的，一种基于以上所述的用于加热熔融光纤预制棒的装置进行光纤拉丝的方法，包括以下几步：

(1)先将感应线圈停留在拉丝炉底部位置上，然后通过掉头、穿丝和上桶等操作后，完成拉丝生产过程的开始准备工作；

(2)感应线圈在由电机驱动的线圈支撑架的带动作用下，沿着轨道即石英玻璃罩的外侧向上移动，感应线圈移动的速度受到PLC的控制，PLC输送给感应线圈的上升速度根据裸光纤测径仪在线测量的裸光纤直径、主驱动轮的转动速度以及预制棒的预设直径计算所得；

(3)当感应线圈移动到拉丝炉顶部后，光纤预制棒被完全拉制成光纤，光纤拉丝过程结束。

本发明的原理是：在拉丝过程中，保持预制棒的相对位置不变，通过移动拉丝炉的感应线圈将预制棒从底部熔融并将其完全拉制成光纤，线圈移动的速度根据裸光纤的直径、预制棒预设直径和主驱动轮的旋转速度计算得出。

在拉丝炉顶部，通过固定的密封装置将拉丝炉上盖和预制棒的把棒之间的间隙完全密封住。这种设计特别适用目前的大尺寸预制棒的拉丝，这种设计不但可以有效的避免“串气”等工艺事故的发生，而且这个拉丝过程中拉丝炉内的气体流畅可以保持的非常稳定，从而有效的改善光纤的强度、几何、衰减及PMD等参数。

本发明的有益效果是:

其一、本发明的装置和方法，延长了石墨中心管的使用寿命，石墨中心管损耗最大的原因是从拉丝炉底部卷入的空气对其的氧化，由于本发明中拉丝炉上口被完全密封，杜绝了空气从拉丝炉底部卷入的可能性，所以石墨中心管基本不会被氧化。

其二、本发明的装置改善光纤的断点率。由于本发明可以有效的稳定拉丝炉的气流场，而且石墨中心管不会被氧化，所以在拉丝炉内预制棒基本不会被污染；同时，拉丝之前整根预制棒都已进入了拉丝炉内，避免环境对预制棒的污染；以上两点均可以使光纤的断点率得到改善。

其三、本发明的装置和方法制备的裸光纤的品质较高，尤其裸光纤不圆度、PMD和衰减等参数得到优化。由于整个拉丝过程中预制棒没有发生移动，所以预制棒和拉丝炉在径向的相对位置没有发生变化，裸光纤的不圆度和PMD等参数会保持相对的稳定；同时由于拉丝炉内的压力比较稳定，光纤的衰减也会保持在一个比较稳定的范围内。

其四、本发明的装置和方法能够使光纤拉丝生产过程中减少了预制棒尾管的使用。由于预制棒在拉丝过程中不发生相对移动，而且拉丝炉上口和把棒之间的间隙被完全密封，所以预制棒制备过程中所使用的把棒完全可以用于拉丝，节约了拉丝用把棒的投入；同时，由于不用再次熔接把棒，减少了把棒熔接过程中对预制棒污染的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构剖面示意图。

其中，1-密封装置，2-气环，3-拉丝炉上盖，4-石英玻璃罩，5-保温层，6-石墨感应中心管，7-感应线圈，8-线圈支撑架，9-光纤测径仪，10-主驱动轮，11-轨道，12-光纤预制棒，13-预制棒把棒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1中所示，本实施例中公开了一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其套设在光纤预制棒的外周。其由外到内依次包括：石英玻璃罩4、保温层5和石墨感应中心管6，其中，上述石墨感应中心管6套设在预制棒12的外侧，保温层设置在石墨感应中心管6和石英玻璃罩4的中间；并且在上述预制棒12的顶部还设有密封装置1，通过所述密封装置1将拉丝炉上盖3和预制棒把棒13之间的空隙完全密封，避免了拉丝炉炉内的气体从空隙溢出来。

为了方便该装置在光纤拉丝过程中使用，在上述拉丝炉上盖3和密封装置1之间设有气环。

在拉丝炉内部和光纤预制棒相邻的是上述石墨感应中心管6，其用于将感应电流转化为热能，能够在线熔融预制棒；并且上述石墨感应中心管6外侧的保温层5可以有效的避免大量的热能向外辐射，保持了拉丝炉内部熔融光纤预制棒所需的热能；上述石英玻璃罩4隔绝了上述石墨感应中心管6和保温层5与拉丝炉外部氧气接触，从而避免其被氧化的可能性。

在本实施例中，在所述石英玻璃罩4的外侧套设有一个感应线圈7，该感应线圈7产生的磁场耦合到石墨感应中心管6内从而使其发热，所述感应线圈7在自动驱动装置的驱动下沿着所述石英玻璃罩4上下移动。

具体的，上述感应线圈7的移动方式为：上述感应线圈7由一个线圈支撑架8支撑固定，上述感应支撑架8能够沿着一个轨道11上下移动，并且上述线圈支撑架8是由电机驱动其移动。

上述感应线圈7沿轨道11移动的速度受一个PLC控制，该PLC根据预制棒预设定的直径，光纤测径仪9在线测量的直径及主驱动轮10的旋转速度计算出感应线圈向上移动的速度并传给感应线圈的移动电机。

在本实施例中，实现裸光纤在线测量直径的装置是光纤测径仪9，上述光纤测径仪设置在光纤拉丝过程中裸光纤经过的位置。

在本实施例中，将所述石英玻璃罩4、保温层5和石墨感应中心管6的长度长于光纤预制棒的长度，并且以上三个部件的长度必须比所拉预制棒的本体的长度长200mm以上。

本发明的装置的工作原理为：在拉丝之前将整根预制棒本体完全进入到拉丝炉内，拉丝炉上口与预制棒把棒13之间的间隙使用上述密封装置1进行完全密封，从完全杜绝了拉丝炉内气体从拉丝炉上口溢出的可能性；感应线圈7被固定在上述线圈支撑架8上上并可以沿着固定的轨道11上下自由移动。拉丝过程中，预制棒的挂棒机构的位置始终保持不变，感应线圈7从拉丝炉底部以一定的速度逐渐移动至顶部，将整根预制棒熔融并拉制成光纤。

具体的，使用本发明的用于加热熔融光纤预制棒的装置进行光纤拉丝的方法，包括以下几步：

(1)先将感应线圈停留在拉丝炉底部位置上，然后通过掉头、穿丝和上桶操作后，完成拉丝生产过程的开始准备工作。

(2)感应线圈在由电机驱动的线圈支撑架的带动作用下，沿着轨道即石英玻璃罩的外侧向上移动，感应线圈移动的速度受到PLC的控制，PLC输送给感应线圈的上升速度根据裸光纤测径仪在线测量的裸光纤直径、电机的转动速度以及预制棒的预设直径计算所得。

(3)当感应线圈移动到拉丝炉顶部后，光纤预制棒被完全拉制成光纤，光纤拉丝过程结束。

发明的装置和方法，延长了石墨中心管的使用寿命，石墨中心管损耗最大的原因是从拉丝炉底部卷入的空气对其的氧化，由于本发明中拉丝炉上口被完全密封，杜绝了空气从拉丝炉底部卷入的可能性，所以石墨中心管基本不会被氧化。

本发明的装置改善光纤的断点率。由于本发明可以有效的稳定拉丝炉的气流场，而且石墨中心管不会被氧化，所以在拉丝炉内预制棒基本不会被污染；同时，拉丝之前整根预制棒都已进入了拉丝炉内，避免环境对预制棒的污染；以上两点均可以使光纤的断点率得到改善。

本发明的装置和方法制备的裸光纤的品质较高，尤其裸光纤不圆度、PMD和衰减等参数得到优化。由于整个拉丝过程中预制棒没有发生移动，所以预制棒和拉丝炉在径向的相对位置没有发生变化，裸光纤的不圆度和PMD等参数会保持相对的稳定；同时由于拉丝炉内的压力比较稳定，光纤的衰减也会保持在一个比较稳定的范围内。

本发明的装置和方法能够使光纤拉丝生产过程中减少了预制棒尾管的使用。由于预制棒在拉丝过程中不发生相对移动，而且拉丝炉上口和把棒之间的间隙被完全密封，所以预制棒制备过程中所使用的把棒完全可以用于拉丝，节约了拉丝用把棒的投入；同时，由于不用再次熔接把棒，减少了把棒熔接过程中对预制棒污染的可能性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其套设在光纤预制棒的外周，其包括套设在所述光纤预制棒外周的石墨感应中心管、设置在所述石墨感应中心管外周的石英玻璃罩以及密封装置，所述密封装置设置在拉丝炉的顶部，通过所述密封装置将拉丝炉上盖和预制棒把棒之间的空隙密封，其特征在于，所述石英玻璃罩的外侧套设有一个感应线圈，所述感应线圈在自动驱动装置的驱动下沿着所述石英玻璃罩上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其特征在于，所述自动驱动装置包括：用于支撑所述感应线圈的线圈支撑架、供所述线圈支撑架移动的轨道和驱动所述线圈支撑架移动的电机。

3.根据权利要求1所述的一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其特征在于，所述石英玻璃罩和所述石墨感应中心管之间设有保温层。

4.根据权利要求3所述的一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其特征在于，所述石英玻璃罩、保温层和石墨感应中心管的长度长于光纤预制棒的长度。

5.根据权利要求1所述的一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其特征在于，所述密封装置与所述拉丝炉上盖之间还套设有气环。

6.根据权利要求5所述的一种用于加热熔融光纤预制棒的装置，其特征在于，还设有一个光纤测径仪，所述光纤测径仪设置在光纤拉丝过程中裸光纤经过的位置。

7.一种基于权利要求1-6任意一项中所述的用于加热熔融光纤预制棒的装置进行光纤拉丝的方法，其特征在于，包括以下几步：

(1)先将感应线圈停留在拉丝炉底部位置上，然后通过掉头、穿丝和上桶等操作后，完成拉丝生产过程的开始准备工作；

(2)感应线圈在由电机驱动的线圈支撑架的带动作用下，沿着轨道即石英玻璃罩的外侧向上移动，感应线圈移动的速度受到PLC的控制，PLC输送给感应线圈的上升速度根据裸光纤测径仪在线测量的裸光纤直径、主驱动轮的转动速度以及预制棒的预设直径计算所得；

(3)当感应线圈移动到拉丝炉顶部后，光纤预制棒被完全拉制成光纤，光纤拉丝过程结束。