CN109824263A - 一种管内法制棒设备的旋转密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管内法制棒设备的旋转密封装置，包括呈轴向相对设置的旋转中心套管与静止套管组件，其特征在于：在旋转中心套管内嵌设一内套管，所述内套管的一端伸入至静止套管组件内，两者呈间隙配置，并与静止套管组件密封配置，在旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部外套设有柔性石墨密封结构。本发明杜绝了因不锈钢腐蚀造成的铁离子对预制棒的污染问题；引入的柔性石墨环密封具备寿命长、密封性能好、摩擦系数小、可压缩性和回弹性强的优点，可以很好的阻止衬管内气体泄露、空气向衬管内的渗透。
Description
技术领域
本发明涉及光纤预制棒制备技术领域，尤其涉及一种管内法制棒设备的旋转密封装置。
背景技术
随着技术的进步，近些年来，管内法制造的特种光纤在医疗、加工、军事等领域得到广泛的应用。而特种光纤预制棒的好坏直接决定了特种光纤的性能。一般地，特种光纤预制棒的制备通过管内法(MCVD\PCVD)来实现，其制备工艺分为两部分：其一是向高纯石英衬管内通入原材料气体然后在热源(或者微波)下发生化学反应生成需要的玻璃成分沉积在衬管内表面上；其二是在一定的温度和气压下将沉积完的玻璃衬管熔缩成预制棒。在整个预制棒制备过程中都需要向衬管内注入包含原材料在内的各种工艺气体，同时在这个过程中衬管都需要不停地旋转，而输送工艺气体的管道是静止不动的，这就需要设计一种旋转密封的进、出气装置，这种装置不仅需要夹持衬管保证密封并匀速旋转，还需要使进、出气端密封且静止不动。为了获得高品质的光纤预制棒，该装置必须满足三个条件：一是密封性，即衬管与夹持部分的密封(相对静密封)、旋转部分与静止部分的密封(动密封)、静止部分与进、出气管道的密封(静密封)，在沉积过程中既要保证衬管内的气体不泄露到空气中又不能让空气等外界物质进入到衬管内；二是洁净性，即装置在至少一个生产周期内自身不能发生物理的或者化学的反应(同样的也不能与工艺气体发生作用)；三是可靠性，即该装置需要能长周期的运行，同时维护起来简单方便。
现有的用于MCVD、PCVD的旋转密封装置主要包含压盖、O-ring、不锈钢旋转中心套管、X-ring(或磁流体)、轴承等部件组成，其中衬管与旋转部分的密封和进、出气管道与静止部分的密封由于无相对运动采用压盖和O-ring进行密封。不锈钢旋转中心套管由随电机匀速旋转部分和与机床床头箱固定的静止部分组成，这两部分的密封属于动密封通常采用两种方式进行：一种是采用在旋转不锈钢套管上依次放轴承、X-ring再将静止不锈钢套管套在轴承和X-ring上进行密封，这种方式需要X-ring与两部分套管充分挤压；另一种是在旋转不锈钢套管与静止不锈钢套管之间添加磁流体及其控制装置进行密封。为了保证装置的密封性，在上述两种动密封方式中，第一种一般需要采用两个X-ring，并且X-ring与两套管接触面积很大，而不锈钢与橡胶的摩擦系数较大，使得橡胶损耗大，这种密封寿命短、极易失效，并且维护起来较为复杂；第二种采用磁流体的密封虽然具备长寿命和无磨损的特点，但是高性能的磁流体价格昂贵，且对密封磁流体本身的装置要求较严格，而制备预制棒的气体具有强腐蚀性，万一使用过程中发生磁流体泄露将对整个MCVD、PCVD设备造成致命影响(磁流体中含有四氧化三铁，铁如果进入到气体管道或是预制棒中将产生致命污染)。另外使用不锈钢制备旋转中心套管一样存在铁污染的问题，使用过程中发现在一定的温度下(气端装置使用过程中温度在100-200℃之间)不锈钢容易腐蚀产生铁锈，使用不锈钢做旋转中心套管制备的预制棒拉出的光纤普遍存在损耗明显偏大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种密封性能高、耐腐蚀、使用寿命长的管内法制棒设备的旋转密封装置。
本发明所采用的技术方案为：一种管内法制棒设备的旋转密封装置，包括呈轴向相对设置的旋转中心套管与静止套管组件，其特征在于：在旋转中心套管内嵌设内套管，所述内套管的一端伸入至静止套管组件内，两者呈间隙配置，并与静止套管组件密封配置，在旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部外套设有柔性石墨密封结构。
按上述技术方案，旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部包括在旋转中心套管的一端设有第一端轴颈和在静止套管组件的一端设有第二端轴颈，柔性石墨密封结构包括第一端轴颈和第二端轴颈，在第一端轴颈外套设第一石墨环，在第二端轴颈外套设第二石墨环，第一石墨环和第二石墨环的接触端面构成动密封结构，两石墨环的接触密封端面与旋转中心套管和静止套管组件的接触端面错开设置。
按上述技术方案，第一石墨环的另一端与第一端轴颈的台阶面密封配置，第二石墨环的另一端与第二端轴颈的台阶面密封配置。
按上述技术方案，所述内套管由高分子材料制成。
按上述技术方案，所述内套管由聚四氟乙烯制成。
按上述技术方案，所述旋转中心套管与内套管之间通过燕尾榫的结构嵌套固定。
按上述技术方案，所述旋转中心套管与内套管在接触界面上刻画多个细槽。
按上述技术方案，静止套管组件包括静止不锈钢套管和由高分子材料套管，两者的连接端面密封连接，内套管伸入套管内，两者通过橡胶X形密封密封圈形成挤压来实现辅助密封。
按上述技术方案，在旋转中心套管和内套管组成的旋转件内设置石英玻璃衬管，静止套管组件内配设有原材料气体管道，所述原材料气体管道伸入石英玻璃衬管内，所述旋转中心套管通过轴承支承在轴承座上，并通过驱动装置驱动，所述静止套管组件固定在机床上。
按上述技术方案，所述石英玻璃衬管通过压盖与旋转中心套管之间密封连接，所述旋转中心套管与压盖固定连接，静止套管组件通过压盖与原材料气体管道密封连接。
按上述技术方案，在静止不锈钢套管外设有环形散热部，环形散热部内设有中空腔体，中空腔体可以用于气冷或水冷。
本发明所取得的有益效果为：
1、本发明杜绝了因不锈钢腐蚀造成的铁离子对预制棒的污染问题；引入的柔性石墨环密封具备寿命长、密封性能好、摩擦系数小、可压缩性和回弹性强的优点，可以很好的阻止衬管内气体泄露、空气向衬管内的渗透。
2、本发明提供的不锈钢旋转中心套管内嵌高分子(PTFE)内套管组成的旋转套管，既满足了不锈钢组件在固定方面稳固紧凑的特点，又利用了PTFE材质耐高温(在250℃下可长期使用)、耐腐蚀(与生产光纤预制棒原料气体不发生化学反应)的特性，杜绝了不锈钢套管因腐蚀引入铁污染的问题；同时，本发明旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部外套设有柔性石墨密封结构，由于柔性石墨材料具备结构致密、局部有气孔、彼此不贯通不通气的特性造就其具备极好的密封特性(厚度0.125mm的石墨板，氦气透过率为2*10-4cm/s)；另外柔性石墨晶体为层状结构,是一种良好的自润滑固体润滑剂。成型时使石墨环层片排列方向平行于端面，两石墨环的摩擦将极其微小，故使用过程中阻力小、不易磨损而泄露；再者，柔性石墨环是一种固-气相结构，决定了其良好的压缩性、回弹性及低的应力松弛率，使得石墨环在使用过程中两个密封端面能长期通过挤压不破损。
3、由于PTFE材质的摩擦系数极小(只有不锈钢材质的几分之一)使得其与氟橡胶X-ring的挤压摩擦力很小，延长了氟橡胶X-ring的使用寿命和密封性能。另外更换氟橡胶X-ring时不需要拆解不锈钢套管，使得维护简便。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的各部件的分解图。
图3为旋转中心套管的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，本实施例提供了一种管内法制棒设备的旋转密封装置，包括呈轴向相对设置的旋转中心套管1与静止套管组件，其中，旋转中心套管1为旋转件，静止套管组件为固定件，所述旋转中心套管1通过轴承18支承在轴承座7上，其外套设有皮带轮19，通过电机驱动。所述静止套管组件固定在机床上，主要起到固定和支撑的作用。本实施例中，内套管3由高分子材料制成，优选高分子材料为聚四氟乙烯(PTFE)。所述内套管3的一端伸入至静止套管组件内，内套管3与不锈钢套管组件内壁之间呈间隙配置，并与静止套管组件密封配置，在旋转中心套管1与静止套管组件相接触的端部配置柔性石墨密封结构。其中，静止套管组件包括静止不锈钢套管12和由聚四氟乙烯(PTFE)制成的套管15，两者的连接端面通过橡胶垫圈13密封连接，并通过卡扣固定。本发明中，内套管3伸入套管15内，两者通过橡胶X-ring形成挤压来实现辅助密封，且实现了由PTFE内套管3及PTFE套管15组成的密封腔，具有耐高温耐腐蚀性能。
在旋转中心套管1和内套管3组成的旋转件内设置石英玻璃衬管5，石英玻璃衬管5通过O-ring与端盖6挤压密封，端盖6与旋转中心套管1螺纹连接。静止套管组件内配置有原材料气体管道17，原材料气体管道17通过O-ring与套管15密封配置，并通过端盖16与套管15螺纹连接。
本实施例中，所述柔性石墨密封结构包括第一石墨环9和第二石墨环10，在旋转中心套管1的一端设有第一端轴颈2，在第一端轴颈2外套设第一石墨环9，在静止不锈钢套管12的一端设有第二端轴颈，在第二端轴颈外套设第二石墨环10，第一石墨环9的一端与第一端轴颈2的台阶面通过橡胶垫片8密封配置，第二石墨环10的一端通过橡胶垫片11与第二端轴颈的台阶面密封配置，第一石墨环和第二石墨环的接触端面构成动密封结构，两石墨环的接触密封端面与旋转中心套管1和静止不锈钢套管12的接触端面错开或齐平设置，本实施例优选两者错开设置，错开距离为1-3mm，错开设置的效果在于：该处防止管内气体的泄露，也阻止空气进入到衬管内。实现了密封性好、寿命长、摩擦小、维护简便的功能。
本实施例中的橡胶X-ring14一般采用氟橡胶制备，其通过位于橡胶X-ring14处与两PTFE套管的挤压构成了本发明的辅助密封，该密封起到防止串气及柔性石墨在使用过程中可能的破损等对气端装置的污染。
本实施例中，所述旋转中心套管1与内套管3之间类似通过燕尾榫的结构4嵌套固定，防止使用过程中在旋转方向上发生移动。且在旋转中心套管1与内套管3在接触界面上刻画一些均匀对称的深宽都在0.5mm左右的细槽，以防止不同温度下不同热膨胀系数引起的应力形变破坏。旋转中心套管1和不锈钢套管12均有不锈钢材料支承，可采用304或者316不锈钢制备。
本实施例中，另外，在静止不锈钢套管12外设有环形散热部，环形散热部内设有中空腔体，中空腔体可以用于气冷或水冷。
本发明提供的旋转密封装置，提高了装置的密封性能、延长了密封环的使用寿命、确保了管内沉积的洁净度、维护简便。从而提高光纤预制棒的品质。
Claims (10)
1.一种管内法制棒设备的旋转密封装置，包括呈轴向相对设置的旋转中心套管与静止套管组件，其特征在于：在旋转中心套管内嵌设内套管，所述内套管的一端伸入至静止套管组件内，两者呈间隙配置，并与静止套管组件密封配置，在旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部外套设有柔性石墨密封结构。
2.根据权利要求1所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：旋转中心套管与静止套管组件相接触的结合部包括在旋转中心套管的一端设有第一端轴颈和在静止套管组件的一端设有第二端轴颈，柔性石墨密封结构包括第一端轴颈和第二端轴颈，在第一端轴颈外套设第一石墨环，在第二端轴颈外套设第二石墨环，第一石墨环和第二石墨环的接触端面构成动密封结构，两石墨环的接触密封端面与旋转中心套管和静止套管组件的接触端面错开或齐平设置。
3.根据权利要求2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：第一石墨环的另一端与第一端轴颈的台阶面密封配置，第二石墨环的另一端与第二端轴颈的台阶面密封配置。
4.根据权利要求1或2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：所述内套管由高分子材料制成。
5.根据权利要求4所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：所述内套管由聚四氟乙烯制成。
6.根据权利要求1或2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：所述旋转中心套管与内套管之间通过燕尾榫的结构嵌套固定。
7.根据权利要求1或2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：所述旋转中心套管与内套管在接触界面上刻画多个细槽。
8.根据权利要求1或2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：静止套管组件包括静止不锈钢套管和由高分子材料套管，两者的连接端面密封连接，内套管伸入套管内，两者通过橡胶X形密封密封圈形成挤压来实现辅助密封。
9.根据权利要求1或2所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：在旋转中心套管和内套管组成的旋转件内安设石英玻璃衬管，静止套管组件内配设有原材料气体管道，所述原材料气体管道伸入石英玻璃衬管内，所述旋转中心套管通过轴承支承在轴承座上，并通过驱动装置驱动，所述静止套管组件固定在机床上。
10.根据权利要求9所述的管内法制棒设备的旋转密封装置，其特征在于：所述石英玻璃衬管通过压盖与旋转中心套管之间密封连接，所述旋转中心套管与压盖固定连接，静止套管组件通过压盖与原材料气体管道密封连接。
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