CN109153591A - 用于玻璃管制造的加热设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于玻璃管制造的加热设备和方法。用于玻璃管制造的加热设备包含配置成接收熔融玻璃的钵形料筒和热连接至该钵形料筒的多个加热元件。钵形料筒具有钵形料筒高度，且包含配置成容纳熔融玻璃的料盆部分；在料盆部分下方延伸的钵形料筒井；以及位于钵形料筒井远端部的孔口。多个加热元件包含沿着钵形料筒高度设置于第一垂直位置处的第一加热元件、以及沿着钵形料筒高度设置于第二垂直位置处的第二加热元件，其中，第一垂直位置与第二垂直位置垂直间隔开。

Description

用于玻璃管制造的加热设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月25日提交的题为《用于玻璃管制造的加热设备和方法(Heating Apparatuses and Methods for Glass Tubing Manufacturing)》的第62/341298号美国临时申请的优先权，其通过引用全文纳入本文。
背景
领域
本说明书总体上涉及用于玻璃管制造的加热设备和方法，更具体而言，涉及用于形成玻璃管的加热设备和方法，包含设置于用于玻璃管制造的钵形料筒的各个位置处的多个加热元件。
背景技术
玻璃制品中所使用的玻璃管(例如小瓶、套筒和注射器)需要玻璃管壁具有高水平的尺寸稳定性。例如，套筒和注射器具有严格的尺寸要求，要求具有最小的同心度和壁厚变化。一些工业标准要求壁厚变化小于产品总壁厚的5％。然而，形成玻璃制品的玻璃管的尺寸变化可导致玻璃制品具有超出可接受容差范围的壁厚。这种尺寸变化可能是由于例如在玻璃管制造过程中在将熔融玻璃拉制成玻璃管之前熔融玻璃的不均匀加热所导致的。
因此，需要用于玻璃管制造的替代性加热设备。
发明简述
根据一种实施方式，用于玻璃管制造的加热设备包含配置成接收熔融玻璃的钵形料筒和热连接至该钵形料筒的多个加热元件。钵形料筒具有钵形料筒高度，且包含配置成容纳熔融玻璃的料盆部分；在料盆部分下方延伸的钵形料筒井；以及位于钵形料筒井远端部的孔口，远端部远离料盆部分。多个加热元件包含沿着钵形料筒高度设置于第一垂直位置处的第一加热元件、以及沿着钵形料筒高度设置于第二垂直位置处的第二加热元件。第一垂直位置与第二垂直位置垂直间隔开。
在另一种实施方式中，用于玻璃管制造的加热设备包含配置成接收熔融玻璃的钵形料筒和热连接至该钵形料筒的多个加热元件。钵形料筒包含配置成容纳熔融玻璃的料盆部分；在料盆部分下方延伸的钵形料筒井；以及位于钵形料筒井远端部的孔口，远端部远离料盆部分。钵形料筒井包含具有多个钵形料筒井圆周部。多个钵形料筒井圆周部包含第一钵形料筒井圆周部和第二钵形料筒井圆周部。连接至钵形料筒井的多个加热元件包含设置于第一钵形料筒井圆周部的第一加热元件、以及设置于第二钵形料筒井圆周部的第二加热元件。第一钵形料筒井圆周部与第二钵形料筒井圆周部沿圆周间隔开。
在另一种实施方式中，用于制造玻璃管的方法包括在钵形料筒中接收熔融玻璃。钵形料筒包含料盆部分和在该料盆部分下方延伸的钵形料筒井。钵形料筒井包含多个钵形料筒井圆周部，所述多个钵形料筒井圆周部包含第一钵形料筒井圆周部和第二钵形料筒井圆周部。该方法还包括：使熔融玻璃从料盆部分流过钵形料筒井；利用多个加热元件在熔融玻璃流过钵形料筒时对该熔融玻璃进行加热；以及使熔融玻璃从钵形料筒井流过位于钵形料筒井远端部的孔口。多个加热元件设置于多个钵形料筒井圆周部处。多个加热元件包含设置于第一钵形料筒井圆周部的第一加热元件和设置于第二钵形料筒井圆周部的第二加热元件，以使第一钵形料筒井圆周部与第二钵形料筒井圆周部沿圆周间隔开。
将会在以下详细描述、权利要求书以及附图中阐述用于玻璃管制造的加热设备和方法的其它特征和优势。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的玻璃管制造设备的示意图；
图2是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的具有料盆部分和钵形料筒井的钵形料筒的示意图；
图3是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的图2的钵形料筒的示意图，其图示了可定位加热元件的各种位置；
图4是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的设置于玻璃制造设备的钵形料筒的表面部分处的加热元件的示意图；
图5A是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的显示多个钵形料筒井圆周部的钵形料筒井的俯视图的示意图，而图5B是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的钵形料筒井的立体图；
图6是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的钵形料筒井的俯视图的示意图，其图示了加热元件相对于钵形料筒中心线的排布；
图7是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的钵形料筒井的俯视图的示意图，其图示了加热元件相对于钵形料筒中心线的替代性排布；
图8是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的图示制造玻璃管的方法的流程图；
图9A和图9B显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的当在不同位置处利用加热元件向钵形料筒施加变化量的功率时熔融玻璃在孔口处的出口温度分布；以及
图10A和图10B显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的当在不同圆周部处利用加热元件向钵形料筒施加变化量的功率时熔融玻璃在孔口处的出口温度分布，且图10C显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的加热元件的排布。
发明详述
下面对用于形成玻璃管的各种设备和方法进行详细描述，其例子在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的构件。总体上参考附图，加热设备包含用于在其中接收熔融玻璃的钵形料筒。钵形料筒包含料盆部分和在该料盆部分下方延伸的钵形料筒井。在钵形料筒井的远端部设置有孔口。钵形料筒还包含用以接收熔融玻璃的前炉开口和用以从料盆部分除去溢流熔融玻璃的溢流开口。加热设备包含多个热连接至钵形料筒的加热元件，以使所述多个加热元件设置于沿着钵形料筒高度的各种垂直位置处和/或设置于各种圆周位置处。加热设备用于在熔融玻璃从料盆部分流过钵形料筒井并流出孔口时对该熔融玻璃进行加热。具体而言，加热设备配置成保持离开孔口的熔融玻璃的热均匀性，这能够减轻管尺寸的变化以及玻璃管制造过程中的不稳定性。
用于制造玻璃管的一种方法是维洛法(Vello process)。维洛法通过使熔融玻璃围绕具有已知直径的模具(也称为“钟形件”、“钟头形组件”或“钟形件”)流动来形成玻璃管。现在参考图1，图1示意性地图示了玻璃管制造设备300和钟形件定位设备100。图1图示了玻璃管制造设备300的前视图，其总体上呈垂直取向(即，沿着图1中所示坐标轴的+/-Z方向取向)，以在向下的垂直方向上拉制玻璃管304(即，沿着图1中所示坐标轴的-Z方向拉制)。
钟形件定位设备100包含框架120，所述框架120具有至少一个框架支腿122和平台130。至少一个框架支腿122由基座190(例如地板)支承。钟形件定位设备100还具有支承定位装置140。支承定位装置140受到平台130的支承并接附于平台130，所述平台130反过来受到至少一个框架支腿122的支承。在一些实施方式中，支承定位装置140使用高温精密滚珠螺杆、线性滑轨等，以提供支承件110相对于钵形料筒305底部开口的至少两轴控制(图1中所示的X-Y轴运动)、三轴控制(图1中所示的X-Y-Z轴运动)或高达五轴控制。支承定位装置140可包含能够控制高温精确滚珠螺杆、线性滑轨等的伺服或变频驱动(VFD)运动装置。支承定位装置140连接至支承件110。支承件110连接至作为玻璃管制造设备300的一部分的钟形件200。可纳入来自支承件110的远程控制和反馈，作为支承定位装置140的一部分。支承件110可具有流体连接至钟形件200的内部腔室202的流体供给通道112，例如管道、导管或类似的流体输送装置。流体供给通道112可以是可操作的，以将加压流体的供给输送至内部腔室202。在本文所描述的一些实施方式中，增压流体可以是增压气体，具体而言是空气或惰性增压气体，包括但不限于，氮气、氦气、氩气、氪气、氙气等。如图1示意性所示，气体在其流过钟形件200后对玻璃管304的内部进行支承，且不再接触钟形件200的侧壁214。玻璃管制造设备300包含用于供给熔融玻璃302流过钟形件200的钵形料筒305。
在一些实施方式中，钟形件200的周围可设置有具有外部加热仪器219的外部加热系统218。在一种实施方式中，外部加热系统218可包含红外加热系统。然而，应当理解的是，可使用其它类型的加热单元，包括但不限于聚焦红外式、电阻式、感应式和/或它们的组合。此外，应当理解的是，尽管图1图示了设置于钟形件200周围的外部加热系统，可将外部加热系统218与钟形件200整合在一起，例如当外部加热系统218是电阻式加热系统时。一些实施方式可不包含外部加热系统218。
仍然参考图1，用于形成玻璃管的玻璃管制造设备300还可包含拉制机构328。拉制机构328一般设置于钟形件200的下方，且可包含至少一个牵引轮329，所述牵引轮329是可操作的，以接触在钟形件200上拉制的玻璃管，并且向下拉制该玻璃管。在一些实施方式中，玻璃管制造设备300可垂直延伸通过建筑、结构等的一层或更多层地板。在这些实施方式中，钟形件定位设备100可位于一层地板(基座190)上，并且通过支承件110支承在所述地板(基座190)上，所述支承件110从支承定位装置140延伸通过地板(基座190)，并且通过位于下层地板上且受到下层地板支承的钵形料筒305。在一些实施方式中，具有钟形件定位设备100的玻璃管制造设备300在结构上与会向玻璃管制造设备300传递震动的结构、装备等(例如走道、具有诸如叉车的移动重型装备的地板等)隔离。在一些实施方式中，刚性连接至玻璃管制造设备300的玻璃熔炉(未图示)也可在结构上与会向玻璃管制造设备300传递震动的结构、装备等隔离。
钟形件200包含具有顶表面211的顶部部分210和侧壁214。侧壁214和底部边缘215限定了钟形件200的内部腔室202。顶部部分210的顶表面211具有外径。钟形件200可具有各种形状，包括但不限于大致圆锥形或替代性的大致抛物线形。因此，应当理解的是，钟形件可以是适合使在该钟形件表面上拉制的加热玻璃(即，熔融玻璃)的管膨胀且变薄的任意形状和/或构造。形成钟形件200的材料在升高的温度下是稳定的，以使钟形件200不会污染在该钟形件200上拉制的加热玻璃。合适的钟形件材料的例子包括但不限于耐火材料及其合金、铂系金属、不锈钢、镍、镍基合金和陶瓷，例如锆石(ZrSiO4)和氧化铝(Al2O3)。仍然参考图1，钵形料筒305具有孔口310(如图3所示)。顶部部分210与孔口310之间的空隙至少部分决定了在钟形件200上拉制的玻璃管的壁厚度。此外，由于钟形件200是钟形或抛物线形，钟形件200的外径沿着该钟形件200的长度向着向下的方向增大。可调节钟形件200顶部部分210相对于孔口310的定位，以使得熔融玻璃302从钵形料筒305均匀地流过孔口310并且在钟形件200上流动。
现在参考图2，图2显示了钵形料筒305的立体图。钵形料筒305配置成接收熔融玻璃302。钵形料筒具有钵形料筒高度(HB)。钵形料筒305包含配置成容纳熔融玻璃302的料盆部分320。如图2所示，料盆部分320被塑形成料盆形态。料盆部分320具有料盆部分高度(HTB)。钵形料筒井325在料盆部分320的一部分下方延伸。在另一些实施方式中，钵形料筒井325在料盆部分320的整体下方延伸(例如当料盆部分320的截面是圆形时)。钵形料筒井325具有靠近钵形料筒305的料盆部分320的近端部327、以及远离料盆部分320的远端部331。在一些实施方式中，钵形料筒井325可以是圆柱形状，以使近端部327的近端周长等于远端部331的远端周长。在一些实施方式中，钵形料筒井325可以是截头圆锥形状，以使近端周长大于远端周长，进而使得钵形料筒井325向着远端部331向内收窄。在一些实施方式中，如图2所示，钵形料筒井325可被塑形成圆柱形和截头圆锥形。钵形料筒井325具有钵形料筒井高度(HBW)。料盆部分高度(HTB)与钵形料筒井高度(HBW)结合得到钵形料筒高度(HB)。钵形料筒305还包含位于钵形料筒井325远端部331处的孔口310(如图3所示)。如图1所讨论的那样，流体供给通道112延伸通过料盆部分320、钵形料筒井325和孔口310。
仍然参考图2，钵形料筒还包含前炉侧330和溢流侧334。前炉侧330具有配置成将熔融玻璃302接收入钵形料筒305中的前炉开口332、以及配置成将多余的熔融玻璃302从钵形料筒305除去的溢流开口336。在一些实施方式中，熔融玻璃302从前炉开口332流向溢流开口336。钵形料筒中心线340在前炉开口332的中间延伸至溢流开口336的中间，以使钵形料筒中心线340将前炉开口332和溢流开口336一分为二。在一些实施方式中，钵形料筒中心线340代表熔融玻璃302从前炉侧330向钵形料筒305溢流侧334的流动。在一些实施方式中，钵形料筒中心线340与流体供给通道112相交。
现在参考图3，图3显示了钵形料筒305和加热设备400。加热设备400包含热连接至钵形料筒305的多个加热元件。多个加热元件包含第一加热元件410A、第二加热元件410B、第三加热元件410C、第四加热元件410D、第五加热元件410E、第六加热元件410F和第七加热元件410G。此外，温度传感器405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G热连接至钵形料筒305，且配置成感测钵形料筒305中的熔融玻璃302的温度。温度传感器405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G与控制器407通信相连。控制器407配置成基于感测得到的温度来控制多个加热元件。在一些实施方式中，可只提供一个连接至一个控制器407的温度传感器。在另一些实施方式中，控制器407可与温度传感器整合在一起。
尽管图3显示了位于钵形料筒305外侧上的多个加热元件，在一些实施方式中，多个加热元件可设置于钵形料筒305的壁中，或者设置于钵形料筒305的内侧。在一些实施方式中，当多个加热元件设置于钵形料筒305的内侧时，可覆盖多个加热元件，以使它们不会直接接触熔融玻璃302。在一些实施方式中，多个加热元件可以是套管加热器、加热棒、加热纤维、加热丝、加热带等。在一些实施方式中，多个加热元件由金属(例如铂、钛、钨等)制成以承受高温(约1000℃至约1900℃之间)。在一些实施方式中，可一个接一个地设置两个加热元件，在这种情况下，在这两个加热元件之间设置有电阻线圈或电阻板。在一些实施方式中，多个加热元件可配置成提供范围在约0.1kW至约10kW、或范围在约0.2kW至约1.5kW、或范围在约0.25kW至约1.5kW内的能量。
参考图3，多个加热元件可沿着钵形料筒305的钵形料筒高度(HB)设置于多个垂直位置处。多个垂直位置包含第一垂直位置412A、第二垂直位置412B、第三垂直位置412C、第四垂直位置412D、第五垂直位置412E、第六垂直位置412F和第七垂直位置412G。在一些实施方式中，可将多个加热元件中的至少一个加热元件置于多个垂直位置中的每一个垂直位置处。在一些实施方式中，可将多个加热元件中的多于一个加热元件设置于多个垂直位置中的每一个垂直位置处。
作为一个非限制性例子，第二加热元件410B设置于沿着钵形料筒高度(HB)定位的第二垂直位置412B处，而第五加热元件410E设置于沿着钵形料筒高度(HB)定位的第五垂直位置412E处。在一些实施方式中，第二垂直位置412B与第五垂直位置412E垂直间隔开。在一些实施方式中，如图3所示，第二加热元件410B设置于钵形料筒305的料盆部分320，沿着料盆部分高度(HTB)定位，而第五加热元件设置于钵形料筒井325处，沿着钵形料筒井高度(HBW)定位。在一些实施方式中，多个加热元件中的多于一个加热元件可沿着料盆部分高度(HTB)位于钵形料筒305的料盆部分320。如图3所示，第一加热元件410A和第二加热元件410B都沿着料盆部分高度(HTB)设置于钵形料筒的料盆部分320。在一种实施方式中，多个加热元件中的多于一个加热元件可沿着钵形料筒井高度(HBW)设置于钵形料筒井325处。例如，如图3所示，第五加热元件410E和第六加热元件410F可沿着钵形料筒井高度(HBW)设置于钵形料筒305的钵形料筒井325处。
在一些实施方式中，多个加热元件设置于钵形料筒305的多个表面部分处。多个表面部分包含第一表面部分(SP1)、第二表面部分(SP2)、第三表面部分(SP3)和第四表面部分(SP4)。多个表面部分还可包含位于料盆部分320中的溢流开口336下方的平坦部分(SP0)。如图3中所示，多个表面部分沿着钵形料筒高度(HB)的一个区段延伸。例如，多个表面部分中的一个表面部分(SP1)沿着钵形料筒305的料盆部分高度(HTB)的一个区段延伸。在另一种实施方式中，多个表面部分中的另一个表面部分(SP3)沿着钵形料筒305的钵形料筒井高度(HBW)的一个区段延伸。在一些实施方式中，多个表面部分中的一个表面部分可沿着料盆部分高度(HTB)的一个区段以及钵形料筒井高度(HBW)的一个区段延伸。
简要参考图4，图4图示了图3的第三表面部分(SP3)。表面部分(SP3)是在上部分430与下部分435之间延伸的部分，所述上部分430和下部分435沿着钵形料筒高度(HB)的一个区段延伸，特别是沿着钵形料筒305的钵形料筒井高度(HBW)延伸。第三表面部分(SP3)包含位于上部分430与下部分435之间的钵形料筒305的壁的表面区域。第三表面部分(SP3)具有表面部分高度(HSP3)。在该实施方式中，第三表面部分(SP3)是截头圆锥形状，但在一些实施方式中，多个表面部分可以是圆柱形状。此外，第三表面部分(SP3)包含位于第五垂直位置412E处的第五加热元件410E、以及位于第六垂直位置412F处的第六加热元件410F。在一些实施方式中，第五垂直位置412E和第六垂直位置412F各自沿着钵形料筒高度(HB)定位，且位于表面部分(SP3)中。
参考图3，图3显示了多个表面部分(即，SP0、SP1、SP2、SP3、SP4)，其中，多个加热元件位于多个表面部分处。作为一个非限制性例子，如图3中所示，位于第二垂直位置412B处的第二加热元件410B和位于第五垂直位置412E处的第五加热元件410E设置于多个表面部分中的不同的表面部分处(410B位于SP1，而410W位于SP3)。作为另一个非限制性例子，位于第二垂直位置412B处的第二加热元件410B和位于第三垂直位置412C处的第三加热元件410C设置于相同的表面部分(410B和410C都位于SP1)处。在一种实施方式中，多个加热元件中的所有加热元件都可位于一个表面部分处(例如至位于SP1、SP2、SP3或SP4处)。在这种实施方式中，多个加热元件可设置于相同表面部分的不同垂直位置处。
利用控制器407来控制由多个加热元件所提供的能量的量。在一些实施方式中，控制器407配置成基于由温度传感器405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G向控制器407提供的感测得到的温度来单独控制由多个加热元件中的每一个加热元件所提供的能量的量。在一些实施方式中，控制器407配置成基于感测得到的温度来自动控制由多个加热元件提供的能量。尽管图3图示了连接至单一控制器407的各个温度传感器405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G，但在一些实施方式中，可使各个温度传感器405A,405B,405C,405D,405E,405F,405G连接至单独的控制器。此外，在一些实施方式中，可使多个控制器连接至各个温度传感器。在一些实施方式中，需要熔融玻璃302在钵形料筒井325中的温度大于在料盆部分320的温度。一感测得到熔融玻璃302在料盆部分320中以及在钵形料筒井325中的温度，就可相应地将能量提供至多个加热元件。为了控制熔融玻璃302的加热，控制器407可采用比例-积分-微分(“PID”)控制算法、简单的开/关控制算法或者可运行以改变提供至第二加热元件410B和第五加热元件410E的能量的任意其它控制算法，从而得到沿着钵形料筒高度(HB)的所需温度梯度。
以非限制性例子为例，参考图3，控制器407配置成基于由温度传感器405B感测得到的熔融玻璃302的第一感测温度来控制第二加热元件410B，且控制器407配置成基于第一感测温度来独立控制第五加热元件410E。在第二垂直位置412B处感测得到第一感测温度。在一些实施方式中，控制器407配置成基于由温度传感器405B感测得到的第一感测温度来控制第二加热元件410B，且控制器407基于由温度传感器405E感测得到的第二感测温度来独立控制第五加热元件410E。在该实施方式中，第一感测温度取自第二垂直位置412B处，而第二感测温度取自第五垂直位置412E处。
现在参考图5A和图5B，图5A和图5B显示了设置于钵形料筒井325处沿着钵形料筒井高度(HBW)位于第八垂直位置412S和第九垂直位置412W处的多个加热元件的排布。图5A显示了钵形料筒井325的俯视图，而图5B显示了钵形料筒井325的侧视图。在一些实施方式中，可相对于钵形料筒井325的多个钵形料筒井圆周部设置多个加热元件中的每一个加热元件。将钵形料筒井325划分成多个钵形料筒井圆周部，包括第一钵形料筒井圆周部I、第二钵形料筒井圆周部II、第三钵形料筒井圆周部III和第四垂直圆周部IV。尽管图5A显示了每一个垂直位置处的四个钵形料筒井圆周部，但可在任意给定的垂直位置处存在1至100个圆周部，或2～20个圆周部，或5～10个圆周部。在一些实施方式中，可将钵形料筒井325的一部分划分成4个钵形料筒井圆周部，且将该钵形料筒井325的另一部分划分成8个钵形料筒井圆周部。在一些实施方式中，各个钵形料筒井圆周部可在尺寸上与其它钵形料筒井圆周部有所不同。在一些实施方式中，可将多个加热元件中的至少一个加热元件置于多个钵形料筒井圆周部中的各个钵形料筒井圆周部处。在一些实施方式中，可将多个加热元件中的多于一个加热元件设置于多个钵形料筒井圆周部中的各个钵形料筒井圆周部处。在一些实施方式中，多个加热元件中的一个加热元件延伸跨越多个钵形料筒井圆周部中的多于一个钵形料筒井圆周部。在一些实施方式中，可以沿圆周跨越钵形料筒井圆周部的方式设置带状温度传感器。
参考图5A和图5B，在第八垂直位置412S处，第八加热元件410S、第九加热元件410T、第十加热元件410U和第十一加热元件410V各自分别设置于多个钵形料筒井圆周部I、II、III、IV中的每一个处。在第九垂直位置412W处，第十二加热元件410W、第十三加热元件410X、第十四加热元件410Y和第十五加热元件410Z各自分别设置于多个钵形料筒井圆周部I、II、III、IV中的每一个处。
如图5A中所示，第十二加热元件410W设置于第九垂直位置412W的第一钵形料筒井圆周部I处，而第十一加热元件410V设置于第八垂直位置412S的第二钵形料筒井圆周部II处。在该实施方式中，第一钵形料筒井圆周部I与第二钵形料筒井圆周部II沿圆周间隔开。因此，第十一加热元件410V和第十二加热元件410W也沿圆周彼此间隔开。此外，如图5A中所示，第十二加热元件410W与第十一加热元件410V沿圆周且垂直间隔开。另外，在一些实施方式中，位于第一钵形料筒井圆周部I的第十二加热元件410W与位于第三钵形料筒井圆周部III的第十四加热元件410Y在相同的垂直位置(即，第九垂直位置412W)处彼此沿圆周间隔开。
参考图5A，利用控制器407来控制由多个加热元件所提供的能量的量。控制器407配置成基于由温度传感器405S、405T、405U、405V、405W、405X、405Y、405Z向控制器407提供的感测得到的温度来单独控制由多个加热元件中的每一个加热元件所提供的能量的量。在一些实施方式中，控制器407配置成基于由温度传感器405W感测得到的熔融玻璃302的第一感测温度来控制第十二加热元件410W，且控制器407配置成基于第一感测温度来独立控制第十一加热元件410V。在一些实施方式中，控制器407配置成基于由温度传感器405W感测得到的第一感测温度来控制第十二加热元件410W，且控制器407基于由温度传感器405V感测得到的第二感测温度来独立控制第十一加热元件410V。在该实施方式中，第一感测温度取自第九垂直位置412W处，而第二感测温度取自第八垂直位置412S处。
在一些实施方式中，控制器407配置成基于感测得到的温度来自动控制由多个加热元件提供的能量。尽管图5A图示了连接至单独控制器407的各个温度传感器405S、405T、405U、405V、405W、405X、405Y、405Z，但在一些实施方式中，可使各个温度传感器连接至单独的控制器。控制器407可采用比例-积分-微分(“PID”)控制算法、简单的开/关控制算法或者可运行以改变提供至多个加热元件的能量的任意其它控制算法。在一些实施方式中，设置于钵形料筒井325前炉侧330处的多个钵形料筒井圆周部处的多个加热元件(例如410U、410V、410Y、410Z)可配置成相比于设置于钵形料筒305溢流侧334处的多个钵形料筒井圆周部处的多个加热元件(例如410S、410T、410W、410X)提供更少的能量。这是因为，熔融玻璃302在钵形料筒305溢流侧334处比在钵形料筒305前炉侧330处更冷，因为熔融玻璃302在钵形料筒305的溢流侧334处的停留时间更长。例如，(都位于溢流侧334上的)第八加热元件410S和第九加热元件410T可提供比(都位于前炉侧330上的)第十加热元件410U和第十一加热元件410V更多的能量。为了在前炉侧330与溢流侧334之间保持最小的截面温差(ΔT)，可相比于钵形料筒305前炉侧330处的熔融玻璃，优先加热溢流侧334处的熔融玻璃302。
参考图6，在一些实施方式中，可相对于钵形料筒中心线340以不同取向排布多个加热元件。在一些实施方式中，钵形料筒中心线340指明了熔融玻璃302从前炉侧330向钵形料筒305溢流侧334的流动方向。作为一个非限制性例子，在图6中的第十垂直位置412L处，第十六加热元件410L设置于第二钵形料筒井圆周部II处，第十七加热元件410M设置于第三钵形料筒井圆周部III处，第十八加热元件410N设置于第四钵形料筒井圆周部IV处，且第十九加热元件410P设置于第一钵形料筒井圆周部I处。可按照使钵形料筒中心线340不会与第十六加热元件410L和第十七加热元件410M相交的方式对第十六加热元件410L和第十七加热元件410M进行定位。在一些实施方式中，第十六加热元件410L和第十七加热元件410M位于钵形料筒中心线340任一侧的侧面上。
参考图7，在一种替代性的实施方式中，第十六加热元件410L可设置于钵形料筒井325中第十垂直位置412L的第二钵形料筒井圆周部II处。在该实施方式中，对第十六加热元件410L进行定位，以使钵形料筒中心线340与第十六加热元件410L相交(进而也与第十垂直位置412L处的第二钵形料筒井圆周部II相交)。在该实施方式中，对第十六加热元件410L进行定位，以使钵形料筒中心线340将第十六加热元件410L一分为二。
在一些实施方式中，多个加热元件可如图3中所示的那样沿着钵形料筒高度(HB)位于多个垂直高度处，并且如图5A中所示的那样位于钵形料筒井325的圆周部处。
以下将讨论使用加热设备制造玻璃管的方法。
参考图2和图8，玻璃管制造方法800包括在玻璃管制造设备300的钵形料筒305中接收熔融玻璃302的步骤S810。在一些实施方式中，经由钵形料筒305前炉侧330处的前炉开口332接收熔融玻璃302。将熔融玻璃302接收入钵形料筒305的料盆部分320中。钵形料筒305还包含在该钵形料筒305的料盆部分320下方延伸的钵形料筒井325、设置于钵形料筒井325远端部331的孔口310，远端部331远离钵形料筒305的料盆部分320。在一些实施方式中，熔融玻璃302从前炉开口332流向溢流开口336。为了指明流动方向，可从前炉侧330向钵形料筒305的溢流侧334绘制钵形料筒中心线340(如图2中的虚线所示)。
参考图2和图8，在步骤S820中，方法800包括使熔融玻璃302从钵形料筒305的料盆部分320流入钵形料筒井325。在多余的熔融玻璃302进入料盆部分320的实施方式中，通过设置于钵形料筒305溢流侧334处的溢流开口336来从料盆部分320除去多余的熔融玻璃302。随着熔融玻璃302从料盆部分320流入钵形料筒305中，钵形料筒井325中前炉侧330处的熔融玻璃302和溢流侧334处的熔融玻璃302的截面温差(ΔT)上升。该截面温差(ΔT)的升高是因为熔融玻璃302在钵形料筒305溢流侧336处的停留时间比熔融玻璃302在钵形料筒305前炉侧处的停留时间更长。此外，当钵形料筒305中的熔融玻璃302的截面温差(ΔT)上升时，使用这种熔融玻璃得到的玻璃管可导致不均匀的管厚度，使得这种管子不适合使用。
参考图5和图8，在步骤S830中，方法800包括在熔融玻璃302流过钵形料筒305时利用加热设备400加热熔融玻璃302。利用分布在钵形料筒305各处的多个加热元件来加热熔融玻璃302。如图5A和图5B中所示，可在多个钵形料筒井圆周部处设置多个加热元件，其中，在第八垂直位置412S处，第八加热元件410S、第九加热元件410T、第十加热元件410U和第十一加热元件410V各自分别设置于多个钵形料筒井圆周部I、II、III、IV中的每一个处。在第九垂直位置412W处，第十二加热元件410W、第十三加热元件410X、第十四加热元件410Y和第十五加热元件410Z各自分别设置于多个钵形料筒井圆周部I、II、III、IV中的每一个处。
此外，方法800还可包括利用相对于钵形料筒中心线340呈不同取向的多个加热元件来加热熔融玻璃302。在一种实施方式中，如图6中所示，可按照使钵形料筒中心线340不会与第十六加热元件410L和第十七加热元件410M相交的方式对第十六加热元件410L和第十七加热元件410M进行定位。在一些实施方式中，第十六加热元件410L和第十七加热元件410M位于钵形料筒中心线340任一侧的侧面上。在另一种实施方式中，如图7中所示，第十六加热元件410L可设置于钵形料筒井325中第十垂直位置412L的第二钵形料筒井圆周部II处。在该实施方式中，对第十六加热元件410L进行定位，以使钵形料筒中心线340与第十六加热元件410L相交(进而也与第十垂直位置412L处的第二钵形料筒井圆周部II相交)。
在一种替代性的实施方式中，方法800在步骤S830中可包括在熔融玻璃302流过钵形料筒305时利用沿着钵形料筒高度(HB)设置于多个垂直位置处的多个加热元件来对熔融玻璃302进行加热，如图3中所示。在一些实施方式中，多个垂直位置可设置于多个表面部分处。在一些实施方式中，第二加热元件410B可设置于第二垂直位置412B处，且第五加热元件410E可设置于第五垂直位置412E处，以使第二垂直位置412B与第五垂直位置412E垂直间隔开。在该实施方式中，多个加热元件可设置于料盆部分320和钵形料筒井325处。在一些实施方式中，步骤S830可包括利用设置于多个垂直位置处且还设置于多个钵形料筒井圆周部处的多个加热元件来加热熔融玻璃302。
参考图3、图5A和图8，在步骤S840中，方法800包括使用温度传感器405A……405G、405S……405Z来感测熔融玻璃的温度，并且利用控制器407来控制由多个加热元件提供的能量的量。在一些实施方式中，钵形料筒305与温度传感器405A……405G、405S……405Z热连接，其反过来与控制器407通信相连。在一些实施方式中，方法800包括感测沿钵形料筒高度(HB)的温度梯度，并且感测沿钵形料筒305截面的截面温差(ΔT)。在温度梯度或截面温差超出预定范围的情况下，方法800还可包括利用控制器407单独控制多个加热元件中的每一个加热元件。具体而言，基于感测得到的温度，控制器407优先向多个加热元件中的一些加热元件提供热量，以确保温度梯度和/或截面温差(ΔT)返回预定范围。
可利用控制器407来单独控制由多个加热元件中的每一个加热元件提供的能量的量。控制器407基于由温度传感器405A……405G、405S……405Z提供的感测得到的温度来控制提供至各个加热元件的能量。在一些实施方式中，控制器407基于感测得到的温度来自动控制由多个加热元件提供的能量。在一些实施方式中，需要熔融玻璃302在钵形料筒井325中的温度大于在料盆部分320的温度。一感测得到熔融玻璃302在料盆部分320中以及在钵形料筒井325中的温度，就可相应地将能量提供至多个加热元件。为了控制熔融玻璃302的加热，控制器407可采用比例-积分-微分(“PID”)控制算法、简单的开/关控制算法或者可运行以改变提供至第二加热元件410B和第五加热元件410E的能量的任意其它控制算法，从而得到沿着钵形料筒高度(HB)的所需温度梯度。
以非限制性的例子为例，参考图3，控制器407基于由温度传感器405B感测得到的熔融玻璃302的第一感测温度来控制第二加热元件410B，且控制器407基于第一感测温度来独立控制第五加热元件410E。第一感测温度取自第二垂直位置412B。在一些实施方式中，控制器407基于由温度传感器405B感测得到的第一感测温度来控制第二加热元件410B，且控制器407基于由温度传感器405E感测得到的第二感测温度来独立控制第五加热元件410E。在该实施方式中，第一感测温度取自第二垂直位置412B处，而第二感测温度取自第五垂直位置412E处。
参考图5A，在一些实施方式中，设置于钵形料筒井325前炉侧330处的多个钵形料筒井圆周部的多个加热元件(例如410U、410V、410Y、410Z)可相比于设置于钵形料筒305溢流侧334处的多个钵形料筒井圆周部的多个加热元件(例如410S、410T、410W、410X)提供更少的能量。例如，控制器407控制(都位于溢流侧334上的)第八加热元件410S和第九加热元件410T，以提供比(都位于前炉侧330上的)第十加热元件410U和第十一加热元件410V更多的能量。
在一些实施方式中，参考图1和图8，在步骤S850中，方法800包括使熔融玻璃302从钵形料筒井325流过位于钵形料筒井325远端部331处的孔口310。随着熔融玻璃302流过孔口310，可使熔融玻璃302流过钟形件200。在熔融玻璃302流过孔口310的同时，将加压流体吹过流体供给通道112。随着加压流体流过流体供给通道112，在步骤S860中在钟形件200上拉制玻璃管。
应当理解的是，本申请涉及用于玻璃管制造的加热设备和方法。用于玻璃管制造的加热设备包含钵形料筒，所述钵形料筒具有配置成容纳熔融玻璃的料盆部分；在料盆部分下方延伸的钵形料筒井；以及孔口。加热设备热连接至钵形料筒，且包含多个加热元件。多个加热元件设置于钵形料筒中的各种位置处，且由控制器控制，以加热钵形料筒中的熔融玻璃。具体而言，加热设备配置成保持离开孔口的熔融玻璃的热均匀性，这能够减轻管尺寸的变化以及玻璃管制造过程中的不稳定性。
实施例
通过以下非限制性实施例对本文所述的实施方式进行进一步阐述。
以下数据是使用计算流体动力学(CFD)得到的，其中，设置了包含料盆部分320和钵形料筒井325以及孔口310的钵形料筒305的模型。按照使用多个加热元件向钵形料筒305中的上述位置供给的能量的范围对多种情况进行了评价。使用CFD软件(Fluent)来计算温度值。
实施例1
参考图9A和9B，构建示例性的非限制性数学模型来比较钵形料筒305中前炉侧330与溢流侧334之间的熔融玻璃302的截面温度(ΔT)。具体而言，建立未向钵形料筒305供给能量时的模型。建立使用多个加热元件单独在各种表面部分(SP1、SP2、SP3和SP4)处供给能量且在所有表面部分进行组合时的其它各种模型。表面部分(SP1、SP2、SP3和SP4)如图3中所示。图9A和图9B显示了玻璃离开钵形料筒305时的温度。从图9A中可以看到，当未在钵形料筒305中提供功率时，可以看到截面温度(ΔT)为T最大。此外，P最小表示所施加的功率量(kW)的最小值，且当使用多个加热元件只在表面部分(SP2)处施加P最小+0.25kW的功率时，观察到截面温度(ΔT)处于T最小。
另外，从图9A中可以看到，钵形料筒305前炉侧330处和钵形料筒305溢流侧334处的熔融玻璃302的温度在T1至T1+13℃的温度范围内。然而，如图9B中所示，当按照以下表1所列的那样向钵形料筒305施加功率时，前炉侧330与溢流侧334之间的截面温度(ΔT)减小。
表1显示了在不同表面部分施加的功率量、以及所得到的通过孔口310离开钵形料筒305的熔融玻璃302的截面温度(ΔT)。
实施例2
参考图10A和图10B，还建立了示例性的非限制性模型，以在按照图7所描述并且重现于图10C的方式排布多个加热元件时，对未向钵形料筒井325供给功率的情况(图10A)与向钵形料筒井325供给功率的情况(图10B)进行比较。
如图10C中所示，设置第十六加热元件410L，以使钵形料筒中心线340将第十六加热元件410L一分为二。除了第十六加热元件410L以外，配置第十七加热元件410M、第十八加热元件410N和第十九加热元件410P，以提供不相等的功率量。第十六加热元件410L配置成提供0kW，第十七加热元件410M和第十九加热元件410P各自配置成提供P最小'kW的功率，且第十八加热元件410N配置成提供P最小'+20kW。因此，使用单独控制的多个加热元件优先加热钵形料筒305的溢流侧334。
图10A显示了未在钵形料筒井325中提供功率时熔融玻璃302的温度的出口分布。图10A中所示的温度在温度T2至约T2+7℃的范围内。由于更短的停留时间，来自钵形料筒305前炉侧330的熔融玻璃302比溢流侧332上的熔融玻璃更热，这导致离开孔口310的熔融玻璃302中存在圆周热不均匀。从图10B的出口分布中可以看出，当利用加热元件按照上面参考图10C所述的方式提供功率时，熔融玻璃302中的热不均匀通过按照上文所述的方式使用单独控制的多个加热元件进行优先加热而得以解决。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于玻璃管制造的加热设备，所述加热设备包含：
钵形料筒，所述钵形料筒配置成接收熔融玻璃，所述钵形料筒具有钵形料筒高度且包含：
料盆部分，所述料盆部分配置成容纳所述熔融玻璃；
钵形料筒井，所述钵形料筒井在所述料盆部分的下方延伸；以及
孔口，所述孔口位于所述钵形料筒井的远端部，所述远端部远离所述料盆部分；
多个加热元件，所述多个加热元件热连接至所述钵形料筒，所述多个加热元件包含：
第一加热元件，所述第一加热元件沿着所述钵形料筒高度设置于第一垂直位置处；以及
第二加热元件，所述第二加热元件沿着所述钵形料筒高度设置于第二垂直位置处，其中，所述第一垂直位置与所述第二垂直位置垂直间隔开。
2.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述钵形料筒井具有钵形料筒井高度，其中，所述第一加热元件和所述第二加热元件沿着所述钵形料筒井高度定位。
3.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述料盆部分具有料盆部分高度，且所述钵形料筒井具有钵形料筒井高度，其中，所述第一加热元件沿着所述料盆部分高度定位，且所述第二加热元件沿着所述钵形料筒井高度定位。
4.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述料盆部分具有料盆部分高度，其中，所述第一加热元件和所述第二加热元件沿着所述料盆部分高度定位。
5.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，还包含：
温度传感器，所述温度传感器热连接至所述钵形料筒，且配置成感测所述钵形料筒中的熔融玻璃的温度；以及
控制器，所述控制器与所述温度传感器通信相连，且配置成基于感测得到的温度来控制所述多个加热元件。
6.如权利要求5所述的加热设备，其特征在于，所述控制器基于所述熔融玻璃的第一感测温度来控制所述第一加热元件，并且基于所述熔融玻璃的所述第一感测温度来独立控制所述第二加热元件。
7.如权利要求5所述的加热设备，其特征在于，所述控制器基于所述熔融玻璃的第一感测温度来控制所述第一加热元件，并且基于所述熔融玻璃的第二感测温度来独立控制所述第二加热元件。
8.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述钵形料筒井还包含多个钵形料筒井圆周部，以使所述第一加热元件设置于第一钵形料筒井圆周部，且所述第二加热元件设置于第二钵形料筒井圆周部，所述第一钵形料筒井圆周部与所述第二钵形料筒井圆周部沿圆周间隔开。
9.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于，还包含：
钟形件，所述钟形件设置在所述钵形料筒井下方；以及
流体供给通道，所述流体供给通道流体连接至所述钟形件的内部腔室，以将加压流体供料输送至所述钟形件的内部腔室。
10.一种用于玻璃管制造的加热设备，所述加热设备包含：
钵形料筒，所述钵形料筒配置成接收熔融玻璃，所述钵形料筒包含：
料盆部分，所述料盆部分配置成容纳所述熔融玻璃；
钵形料筒井，所述钵形料筒井在所述料盆部分的下方延伸，且具有多个钵形料筒井圆周部，所述多个钵形料筒井圆周部包含第一钵形料筒井圆周部和第二钵形料筒井圆周部；以及
孔口，所述孔口位于所述钵形料筒井的远端部，所述远端部远离所述料盆部分；以及
多个加热元件，所述多个加热元件热连接至所述钵形料筒井，所述多个加热元件包含：
第一加热元件，所述第一加热元件设置于所述第一钵形料筒井圆周部；以及
第二加热元件，所述第二加热元件设置于所述第二钵形料筒井圆周部，其中，所述第一钵形料筒井圆周部与所述第二钵形料筒井圆周部沿圆
周间隔开。
11.如权利要求10所述的加热设备，其特征在于，
所述第一加热元件沿着钵形料筒井高度设置于第一垂直位置处；且
所述第二加热元件沿着所述钵形料筒井高度设置于第二垂直位置处，所述第一加热元件与所述第二加热元件垂直间隔开。
12.如权利要求10所述的加热设备，其特征在于，
所述第一加热元件和所述第二加热元件沿着钵形料筒井高度设置于第一垂直位置处。
13.如权利要求10所述的加热设备，其特征在于，四个钵形料筒井圆周部中的每一个钵形料筒井圆周部放置有所述多个加热元件中的加热元件。
14.如权利要求13所述的加热设备，其特征在于，位于所述第一钵形料筒井圆周部的所述第一加热元件与钵形料筒中心线相交。
15.如权利要求10所述的加热设备，其特征在于，还包含：
温度传感器，所述温度传感器热连接至所述钵形料筒，且配置成感测所述钵形料筒中的熔融玻璃的温度；以及
控制器，所述控制器与所述温度传感器通信相连，且配置成基于感测得到的温度来控制所述多个加热元件，其中，所述控制器基于所述熔融玻璃的第一感测温度来控制所述第一加热元件，并且基于所述熔融玻璃的所述第一感测温度来独立控制所述第二加热元件。
16.一种制造玻璃管的方法，所述方法包括：
在钵形料筒中接收熔融玻璃，所述钵形料筒包含料盆部分和钵形料筒井，所述钵形料筒井在所述料盆部分的下方延伸，所述钵形料筒井包含多个钵形料筒井圆周部，所述多个钵形料筒井圆周部包含第一钵形料筒井圆周部和第二钵形料筒井圆周部；
使所述熔融玻璃从所述料盆部分流过所述钵形料筒井；
利用多个加热元件在所述熔融玻璃流过所述钵形料筒时对所述熔融玻璃进行加热，所述多个加热元件设置在所述多个钵形料筒井圆周部；以及
使所述熔融玻璃从所述钵形料筒井流过位于所述钵形料筒井的远端部的孔口，
其中，所述多个加热元件包含设置于所述第一钵形料筒井圆周部的第一加热元件和设置于所述第二钵形料筒井圆周部的第二加热元件，其中，所述第一钵形料筒井圆周部与所述第二钵形料筒井圆周部沿圆周间隔开。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
将流体吹过流体供给通道，以将加压流体的供料输送至设置于所述钵形料筒下方的钟形件的内部腔室；以及
在所述钟形件上拉制玻璃管。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述多个加热元件设置于多个垂直位置处，其中，将所述第一加热元件沿着料盆部分高度设置于第一垂直位置处，且将所述第二加热元件沿着钵形料筒井高度设置于第二垂直位置处，其中，所述第一垂直位置与所述第二垂直位置垂直间隔开。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于：
将所述第一加热元件设置于所述钵形料筒井中的所述多个钵形料筒井圆周部中的一个处，以使钵形料筒中心线与所述第一加热元件相交。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
使用温度传感器来感测所述熔融玻璃的温度；以及
使用控制器基于感测得到的温度自动控制通过所述多个加热元件提供的能量的量。
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