CN109608057B - 一种光纤冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种光纤冷却装置，包括冷却管，在冷却管出风一端设置集气装置；所述冷却管包括对应设置的两冷却管半体，此两冷却管半体结构相同，每个冷却管半体内部均设有水腔，并在冷却管半体上均设有进水口和出水口；冷却管半体内侧设有风槽，两半体扣合后，两侧风槽构成冷却管中空的过风腔。本发明创造提供的冷却装置，结构简单，操作方便，通过对流传热以及湍流导热的共同作用下，极大的增强了光纤冷却效果。光纤冷却效果大大提升的同时，还能够减少氦气的损失，大幅提高了生产效率，可以增加生产辅材的利用率，降低了光纤生产成本。
Description
技术领域
本发明创造属于光纤生产技术领域，尤其是涉及一种光纤冷却装置。
背景技术
在光纤拉丝过程中，通过拉丝炉内石墨件发热，将预制棒融化，通过牵引轮拉制成我们需要的光纤，因裸光纤的脆性，需要对其包覆保护层，在生产过程中我们会对裸纤附加两层树脂材料，由于涂料的性质决定，当涂覆材料温度和裸光纤温度不匹配时，涂覆难度加大，在较低的拉丝速度情况下，我们一般让光纤在拉丝通道自然降温，修改涂覆温度配方适应不同速度下裸光纤进入涂覆杯时的温度来达到最佳的涂覆效果。随着生产成本及产能的压力越来越大，提高生产效率迫在眉睫，最直接的方案就是提高拉丝速度，但是在拉丝塔高度不变的情况下，拉丝速度提高，光纤冷却时间也会相应降低，导致光纤进入涂覆模具时温度更高，我们只有提高涂覆温度来匹配光纤温度，否则涂覆层变薄，最终影响光纤性能，但是当涂覆温度不断提高的同时，涂料的粘度会不断下降，最终会使涂料冒出涂覆杯，破坏了涂覆结构，形成不合格品，所以通常为了提高拉丝速度，普遍的模式就是在拉丝通道增加冷却管对光纤引入额外冷却，但是目前的冷却管结构较为粗糙，冷却效果较差，而且氦气损失也较大，因为氦气的价格居高不下，无形之中提高了生产成本，这就形成了当前提高拉丝速度的一大瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种光纤冷却装置。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种光纤冷却装置，包括冷却管，在冷却管出风一端设置集气装置；
所述冷却管包括对应设置的两冷却管半体，此两冷却管半体结构相同，每个冷却管半体内部均设有水腔，并在冷却管半体上均设有进水口和出水口；
所述冷却管半体内侧设有风槽，两半体扣合后，两侧风槽构成冷却管中空的过风腔，该过风腔顶端为出风端；在冷却管半体的风槽底部设有进气导流件，顶部设有出气导流件，在进气导流件和出气导流件之间的风槽内间隔的水平设有若干隔板；
所述隔板呈半圆形，在其圆心处设置凹槽，两冷却管半体扣合后，二者上相对应的隔板之间的凹槽形成过风孔；
所述进气导流件包括半圆环型的进气导流件本体，在其外圆周面上设有进气导流槽，在冷却管半体上对应进气导流件的进气导流槽设有进气管道；所述进气导流槽的进风区域处于进气导流件本体圆弧部的最外缘处，且该进气导流槽从进风区域处斜向上延伸至平端面部，与过风腔相通；
所述出气导流件包括半圆形的出气导流件本体，在其外圆周面上沿圆周方向设有出气导流槽，并延伸至出气导流件本体的平端面部，与过风腔相通；所述冷却管半体上对应出气导流件的出气导流槽设有出气管道。
进一步，所述冷却管半体的水腔内设有隔挡板，该隔挡板将水腔内部分隔为倒“U”型结构，包括左进水半区和右出水半区；所述进水口设置在左进水半区下端，出水口设置在右出水半区下端。
进一步，两所述冷却管半体上设置的隔板高度一一对应。
进一步，所述凹槽为半圆形槽，构成的所述过风孔与所述隔板同心。
进一步，所述出气管道上连接所述集气装置。
进一步，所述出气管道对应出气导流槽处于出气导流件最外缘处设置。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
本发明创造提供的冷却装置，结构简单，操作方便，通过对流传热以及湍流导热的共同作用下，极大的增强了光纤冷却效果。光纤冷却效果大大提升的同时，还能够减少氦气的损失，大幅提高了生产效率，可以增加生产辅材的利用率，降低了光纤生产成本。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造的结构示意图；
图2为本发明创造中隔板的结构示意图；
图3为本发明创造中出气导流件的结构示意图；
图4为本发明创造中进气导流件的结构示意图；
图5为本发明创造中冷却管板体的局部剖视图。
附图标记说明：
1-冷却管半体；2-水腔；3-进水口；4-出水口；5-风槽；6-中部开孔；7-进气导流件；8-出气导流件；9-隔板；10-凹槽；11-进气导流件本体；12-进气导流槽；13-进风区域；14-平端面部；15-出气导流件本体；16-出气导流槽；17-进气管道；18-出气管道；19-隔挡板；20-左进水半区；21-右出水半区；22-集气装置；23-过风腔；24-隔挡件；25-密封件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面结合实施例来详细说明本发明创造。
一种光纤冷却装置，如图1至5所示，包括冷却管，在冷却管出风一端设置集气装置；
所述冷却管包括对应设置的两冷却管半体1，此两冷却管半体结构相同，每个冷却管半体内部均设有水腔2，并在冷却管半体上均设有进水口3和出水口4；外界冷却水循环系统相应的供水管路与进水口和出水口连通，保证冷却水的循环供给；通常，利用水浴箱向水腔内循环供应冷却水；
所述冷却管半体内侧设有风槽5，两半体扣合后，两侧风槽构成冷却管中空的过风腔23，该过风腔顶端为中部开孔；在冷却管半体的风槽底部设有进气导流件7，顶部设有出气导流件8，在进气导流件和出气导流件之间的风槽内间隔的水平设有若干隔板9；
所述隔板呈半圆形，在其圆心处设置凹槽10，两冷却管半体扣合后，二者上相对应的隔板之间的凹槽形成过风孔；
所述进气导流件包括半圆环型的进气导流件本体11，在其外圆周面上设有进气导流槽12，在冷却管半体上对应进气导流件的进气导流槽设有进气管道17；所述进气导流槽的进风区域13处于进气导流件本体圆弧部的最外缘处，且该进气导流槽从进风区域处斜向上延伸至进气导流件本体的平端面部14，与过风腔相通；
所述出气导流件包括半圆形的出气导流件本体15，在其外圆周面上沿圆周方向设有出气导流槽16，并延伸至出气导流件本体的平端面部，与过风腔相通；所述冷却管半体上对应出气导流件的出气导流槽设有出气管道18。
需要指出的是，为了保证氦气顺利从进气导流件进入过风腔，以及顺利从出气导流件排出，本冷却装置中，每一冷却管半体上的进气导流件本体的平端面部的外侧端面均略低于相应冷却管半体端面(通常低1-3mm即可)，也就是说，进气导流件本体是收纳在冷却管半体内，非突出于冷却管半体，也非平齐与冷却管半体。相应的，出气导流件本体的平端面部也略低于冷却管半体内侧端面，保证出气正常。
在一个可选的实施例中，还可以是在两冷却管半体之间设置密封件25(一般为密封条)，具体的，可以是在两冷却管板体各设一密封件，两密封件结构完全相同，处在冷却管相异的一侧。当两冷却管半体合并在一起构成冷却管时，由于二者间设有密封件，会将两冷却管半体隔开一定间隙，此间隙由密封件保持密封性。这样的结构设计，有效的保证了两侧对应的进气导流件间不会发生“贴合”，保证了进气导流槽与过风腔始终相通，不会阻碍气体进入过风腔，相应的，两出气导流件间也存在间隙，不会“贴合”在一起，保证了出气导流槽与过风腔始终相通。
另需说明的是，为了避免有气体从冷却管上下两端的开口处过多外泄，能够顺利在靠近出风端处形成负压，通常，可以在冷却管的两端开口处分别设置隔挡件24，隔挡件可以是中部开孔的挡板，也可以采用中部开孔虹膜，这里所指的中部开孔6是为了顺利通过光纤。
在一个可选的实施例中，进气导流槽设计为变截面结构，在进风区域处槽宽较大，能够容纳更多的气体，而越是靠近气导流件本体平端面部，槽宽逐渐变窄，向过风腔通入氦气的过程中，形成“喷射”的效果，有效的增强了湍流(也可解释为紊流)效果，增强气体与待冷却光纤的充分接触，并且，较大的气流，也会让更多的气流顺过风孔进入下一隔板的空腔部分。
进气导流件可以有效的保证气体斜向上通入到过风腔中，并且，在各个不同高度的隔板的阻挡下，氦气形成湍流，对光纤冷却作用更充分，本发明创造提供的冷却装置，通过对流传热(冷却管半体内水腔内的冷却水传热冷却)以及湍流导热(氦气在隔板的阻挡下形成湍流，充分带走光纤热量)的共同作用下，极大的增强了光纤冷却效果。光纤冷却效果大大提升的同时，还能够减少氦气的损失，大幅提高了生产效率，降低了光纤生产成本。
需要说明的是，两所述冷却管半体上设置的隔板高度均是在同一高度上一一对应布置，保证每两(一对)隔板间均由凹槽10构成过风孔。优选地，所述凹槽为半圆形槽，构成的所述过风孔与所述隔板同心。
本发明所述的光纤冷却装置，能够提高对光纤的冷却效果，而且对使用的氦气进行回收利用，提高了生产效率，降低了生产成本。在所述出气管道上连接所述集气装置22。通常，集气装置采用氦气回收装置(系统)，可以是压缩机连接出气管道，在压缩机后端连接氦气回收装置，将通过了过风腔的气体收集，并有效的回收提纯氦气，达到重复利用的目的，使价格高昂的氦气能够回收再利用。
在废气回收时，集气装置(的压缩机)能够对过风腔形成一定的负压(相当于向外侧抽气)，使冷却管内气流向上流动，加之进气导流槽的特殊结构设计，有效的保证了气流大体上是具有向上(出风端)运动的趋势，实现了对光纤持续的冷却作用。具体的，集气装置还可采用市售的深冷系统，利用不同气体的不同沸点来分离出，通过深冷分离法，实现氦气分离和回收。
使用前将作为冷却水循环装置的水浴箱通电，使冷却管水腔内循环水开始流通，并由压缩机控制水温，打开外接氦气源接口，往进气管道内通入一定流量氦气，氦气流量大小可根据实际拉丝速度实时进行调整，同时集气装置开始工作。
优选地，所述冷却管半体的水腔内设有隔挡板19，该隔挡板将水腔内部分隔为倒“U”型结构，包括左进水半区20和右出水半区21；所述进水口设置在左进水半区下端，出水口设置在右出水半区下端。这样的结构设计，保证了冷却水流经路径最长，冷却效果最佳。
正常生产时，拉丝速度达到设定速度时，即涂覆温度无法满足拉丝速度继续提升时，将两冷却管半体合上，光纤穿过所形成的冷却管的过风腔(实际是被限定在隔板的过风孔内)，通入氦气后，氦气斜向上沿过风腔流动，遇到隔板的部分会被阻挡折回，与正常流动的气体混合，产生湍流，而流经过风孔的气体会进一步向下一个(即处于该隔板上方的)隔板处流动。
优选地，所述出气管道(的排气口一端)对应出气导流槽处于出气导流件最外缘处设置，保证较佳的排气效果。
在一个可选的实施例中，所述隔板的过风孔由冷却管下部向上部依次增大(或是处于冷却管半体中部的隔板上的过风孔最大，从中部开始，越是靠近两端的隔板的过风孔直径越小)，保证了由下至上的气流流速大致均衡，因为，受隔板的阻挡，越是远离进气管道的气流越小，而在出风管道处设置了集气装置，能够在靠近出风端的空间内形成一定的负压，因此，气体流速通常会比冷却管中部位置处的气流体流速大。这样的结构设计，有效的保证了气流的正常循环，避免过多“淤积”在冷却管中部位置，造成冷却效率和效果的下降。
需要说明的是，本冷却装置是从冷却管下端进气，气流方向与光纤运动方向相反，形成了对流传热，增强了冷却效果，相较于现有技术中从上而下的气流供应方式(即气流与光纤运动方向一致)，具有更好的冷却效果。
本发明创造提供的冷却装置，结构简单，操作方便，通过对流传热(冷却管半体内水腔内的冷却水传热冷却)以及湍流导热(氦气在隔板的阻挡下形成湍流，充分带走光纤热量)的共同作用下，极大的增强了光纤冷却效果。光纤冷却效果大大提升的同时，还能够减少氦气的损失，大幅提高了生产效率，可以增加生产辅材的利用率，降低了光纤生产成本。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种光纤冷却装置，其特征在于：包括冷却管，在冷却管出风一端设置集气装置；
所述冷却管包括对应设置的两冷却管半体，此两冷却管半体结构相同，每个冷却管半体内部均设有水腔，并在冷却管半体上均设有进水口和出水口；
所述冷却管半体内侧设有风槽，两半体扣合后，两侧风槽构成冷却管中空的过风腔，该过风腔顶端为出风端；在冷却管半体的风槽底部设有进气导流件，顶部设有出气导流件，在进气导流件和出气导流件之间的风槽内间隔的水平设有若干隔板；
所述隔板呈半圆形，在其圆心处设置凹槽，两冷却管半体扣合后，二者上相对应的隔板之间的凹槽形成过风孔；
所述进气导流件包括半圆环型的进气导流件本体，在其外圆周面上设有进气导流槽，在冷却管半体上对应进气导流件的进气导流槽设有进气管道；所述进气导流槽的进风区域处于进气导流件本体圆弧部的最外缘处，且该进气导流槽从进风区域处斜向上延伸至平端面部，与过风腔相通；
所述出气导流件包括半圆形的出气导流件本体，在其外圆周面上沿圆周方向设有出气导流槽，并延伸至出气导流件本体的平端面部，与过风腔相通；所述冷却管半体上对应出气导流件的出气导流槽设有出气管道；
隔板的过风孔由冷却管下部向上部依次增大，或是处于冷却管半体中部的隔板上的过风孔最大，从中部开始，越是靠近两端的隔板的过风孔直径越小，受隔板的阻挡，使越是远离进气管道的气流越小，并在出风管道处设置集气装置，使得靠近出风端的空间内形成负压，避免气流“淤积”在冷却管中部位置；
气体经进气导流件斜向上通入到过风腔中，并且，在各个不同高度的隔板的阻挡下，形成湍流，对光纤形成对流传热以及湍流导热的共同冷却作用；进气导流槽设计为变截面结构，在进风区域处槽宽较大，其向靠近气导流件本体平端面部一侧，槽宽逐渐变窄，使得向过风腔通入氦气的过程中，形成“喷射”，以增强“湍流”效果。
2.根据权利要求1所述的一种光纤冷却装置，其特征在于：所述冷却管半体的水腔内设有隔挡板，该隔挡板将水腔内部分隔为倒“U”型结构，包括左进水半区和右出水半区；所述进水口设置在左进水半区下端，出水口设置在右出水半区下端。
3.根据权利要求1所述的一种光纤冷却装置，其特征在于：两所述冷却管半体上设置的隔板高度一一对应。
4.根据权利要求1或3所述的一种光纤冷却装置，其特征在于：所述凹槽为半圆形槽，构成的所述过风孔与所述隔板同心。
5.根据权利要求1所述的一种光纤冷却装置，其特征在于：所述出气管道上连接所述集气装置。
6.根据权利要求1所述的一种光纤冷却装置，其特征在于：所述出气管道对应出气导流槽处于出气导流件最外缘处设置。
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