CN116143424A - 光纤涂覆固化装置与固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤生产设备技术领域，具体而言涉及光纤涂覆固化装置与固化方法，该固化装置包括喷涂装置、固化炉、固化灯、中心管和进气管路，其中，所述中心管的外侧密封套设固定有套管，所述中心管的外壁和所述套管的内壁之间设有负压腔，且所述中心管侧壁上开设有多个均匀布置并与所述负压腔连通的排烟孔；通过在中心管的外侧设置套管，并在中心管的外壁和套管的内壁之间设置负压腔，同时，在中心管侧壁上开设有多个均匀布置并与负压腔连通的排烟孔，在负压腔内部负压吸力的作用下，使中心管内产生的烟气通过多个均匀布置排烟孔快速排出至负压腔内，烟气不会沿中心管长距离移动，减少烟气与光纤的接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及光纤生产设备技术领域，具体而言涉及光纤涂覆固化装置与固化方法。
背景技术
石英光纤的主要成分为二氧化硅，裸光纤状态时，潮湿的空气和机械外力会在光纤表面的为裂纹和外力擦伤处产生水解和应力腐蚀，使光纤发生疲劳断裂，需要通过涂覆装置在裸光纤表面涂覆高分子材料，然后进行UV固化形成涂覆层，保护光纤表面不受潮湿气体和外力擦伤，并赋予光纤抗微弯性能，降低光纤的微弯附加损耗功能。
经由喷涂装置喷涂到光纤表面的涂料含有挥发物质，涂料中的挥发性物质会挥发出来形成烟气，烟气重新附着在固化过程中的光纤涂层表面，会导致光纤涂层固化质量降低，因此，需要及时将烟气排出，而目前，均采用在中心管一端或两端抽吸的方式进行排烟，此种排烟方式会使得中心管内的烟气需要向中心端的端部运动，烟气在中心管内运动的距离较长，进而导致烟气与光纤接触的时间较长，烟气附着在光纤涂层表面的风险增加。
发明内容
根据本发明目的的第一方面，提出一种光纤涂覆固化装置，包括：
喷涂装置，用于向拉制的裸光纤表面喷涂高分子材料，形成光纤涂层；
固化炉，位于所述喷涂装置的下方，所述固化炉内部设有能够使光纤涂层固化的固化灯；
中心管，固定在所述固化炉内部，且所述中心管的两端均延伸至所述固化炉的外侧，光纤经由所述中心管的第一端引入，并经由第二端引出；
进气管路，所述进气管路的输入端与供气装置连接，所述进气管路的输出端与所述中心管的内部连通，通过所述进气管路向所述中心管内输送保护气体；
其中，所述中心管的外侧密封套设固定有套管，所述中心管的外壁和所述套管的内壁之间设有负压腔，且所述中心管侧壁上开设有多个均匀布置并与所述负压腔连通的排烟孔，在所述负压腔内部负压吸力的作用下，使得所述中心管内的烟气通过多个均匀布置所述排烟孔快速排出，所述套管外侧设有抽气管路，所述抽气管路的抽气端连接在所述套管上并与所述负压腔连通，所述抽气管路的排气端与抽气装置连接，抽气装置通过所述抽气管路持续抽取所述负压腔内部的气体，维持所述负压腔内部的负压。
优选的，所述中心管和所述套管均为石英玻璃管。
优选的，所述中心管和所述套管为同轴布置。
优选的，所述进气管路的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端连接在所述中心管的第一端，所述第二输出端连接在所述中心管的第二端。
优选的，所述抽气装置包括抽气泵，所述抽气管路的排气端与所述抽气泵的输入端连接。
优选的，所述抽气装置还包括有第一流量计，所述第一流量计连接在所述抽气管路靠近所述抽气泵输入端的一侧，用于实时检测所述抽气管路的抽气量。
优选的，所述供气装置包括进气泵和储气装置，所述进气泵的输入端与所述储气装置连接，所述进气泵的输出端与所述进气管路连接，通过所述进气泵将所述储气装置内储存的保护气体经由所述进气管路输送至所述中心管内。
优选的，所述供气装置还包括第二流量计，所述第二流量计连接在所述进气管路靠近所述进气泵输出端的一侧，用于实时检测所述进气管路的输气量。
优选的，所述固化灯的安装方向与所述中心管的安装方向相互平行。
根据本发明目的的第二方面，还提出一种光纤涂覆固化方法，所述光纤涂覆固化方法包括以下步骤：
从拉丝炉拉制出的光纤在喷涂装置时，所述喷涂装置向拉制的光纤表面喷涂光敏涂料，形成光纤涂层；
被喷涂后的光纤继续向下运动进入位于喷涂装置下方的固化炉，并穿过固化炉内部的中心管所形成的中空通道；
在穿过中心管的中空通道过程中，经由所述固化灯固化光纤涂层；
其中，在被喷涂后的光纤经过所述中心管固化光纤涂层的过程中，保持所述中心管与其外侧的套管之间的负压腔内的负压状态，使得中心管内产生的烟气通过中心管侧壁的排烟孔排出，减少烟气与光纤裸纤表面的接触机会和接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响。
与现有技术相比，本发明的光纤涂覆固化装置的显著优点在于：通过在中心管的外侧设置套管，并在中心管的外壁和套管的内壁之间设置负压腔，同时，在中心管侧壁上开设有多个均匀布置并与负压腔连通的排烟孔，在负压腔内部负压吸力的作用下，使中心管内产生的烟气通过多个均匀布置排烟孔快速排出至负压腔内，烟气不会沿中心管长距离移动，减少烟气在中心管内的停留时间和移动行程，减少烟气与光纤裸纤表面的接触机会和接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响，提高光纤拉丝涂覆的质量。同时，通过在中心管的上下端进气，一方面满足内部保护气氛环境的维持，另一方面使得端口位置阻止外部空气的进入。
同时，在本发明的光纤涂覆固化装置中提出对烟气的有效过滤和处理，并实时监测烟气处理前后的压力及其变化，结合中心管内的压力，实时判断管内的烟气状态，通过控制和调节来自适应进行调整，防止烟气处理效率下降或者不及时造成内部停留，影响光纤拉丝涂覆固化的质量，同时还结合烟气处理的抽气与进气处理提出一种保护气体循环利用系统，在满足对中心管内保护气氛环境维持的前提下，减少烟气的影响并且实现保护气体的循环利用。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例。
图1是本发明实施例所示的光纤涂覆固化装置的结构示意图。
图2是本发明实施例所示的光纤涂覆固化装置中的中心管和套管的安装位置示意图。
图3是本发明实施例所示的抽气通路和进气通路的示意图。
图4是本发明实施例所示的抽气通路和进气通路的控制原理示意图。
图中，各个附图标记的含义如下：
100、喷涂装置；200、固化炉；300、固化灯；10、中心管；101、排烟孔；20、套管；201、负压腔；30、进气管路；31、第一输出端；32、第二输出端；40、抽气管路；50、抽气泵；51、第一流量计；60、进气泵；61、储气装置；62、第二流量计。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
结合图1-2所示实施例的光纤涂覆固化装置，包括喷涂装置100、固化炉200、中心管10和进气管路30。
固化炉200位于喷涂装置100的下方，喷涂装置100向光纤表面喷涂高分子光敏涂料，形成光纤涂层，光敏涂料可选为典型的光纤涂层材料(如丙烯酸树脂等)。
固化炉200内部设有能够使光纤涂层固化的固化灯300，例如典型使用的中压汞灯。中心管10固定在固化炉200内部，且中心管10的上下两端均分别各自地延伸至固化炉200上下端的外侧，光纤经由中心管10的第一端引入，穿过中心管10后，并经由第二端引出。在该过程中，固化灯300产生紫外辐射光，对经由中心管10内部穿过的光纤表面涂层进行固化。
进气管路30的输入端与供气装置连接，进气管路30的输出端与中心管10的内部连通，通过进气管路30向中心管10内输送保护气体，提高固化质量。
而由喷涂装置100喷涂到光纤表面的涂料含有挥发物质，涂料中的挥发性物质会挥发出来形成的烟气会重新附着在固化过程中的光纤涂层表面，会导致光纤涂层固化质量降低。
结合图2所示的示例中，中心管10的外侧密封套设固定有套管20，中心管10的外壁和套管20的内壁之间设有负压腔201，且中心管10侧壁上开设有多个均匀布置并与负压腔201连通的排烟孔101。
如此，在负压腔201内部负压吸力的作用下，使中心管10内产生的烟气通过多个均匀布置排烟孔101快速排出至负压腔201内，烟气不会沿中心管10长距离移动，减少烟气与光纤的接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响。
作为可选的示例，套管20外侧设有抽气管路40，抽气管路40的抽气端连接在套管20上并与负压腔201连通，抽气管路40的排气端与抽气装置连接。
其中，抽气装置通过抽气管路40持续抽取负压腔201内部的烟气，并维持负压腔201内部的负压，使中心管10内的烟气持续通过排烟孔101进入负压腔201内。
在可选的实施例中，中心管10和套管20为同轴布置，使得负压腔201各个位置的空间均匀，负压腔201内各个位置的气体流速均匀。
结合图1和图2所示，中心管10和套管20均为耐高温耐腐蚀的石英玻璃管，其具有良好的透光性，并且能够起到降低紫外辐射光穿透时的损耗的作用。
结合图2所示，在具体的实施例中，进气管路30的输出端包括第一输出端31和第二输出端32，第一输出端31连接在中心管10的第一端，第二输出端32连接在中心管10的第二端。
结合图2所示，在向中心管10内部输送保护气体时，保护气体通过进气管路30的第一输出端31和第二输出端32分别输送至中心管10的第一端和第二端。由于中心管10内部的烟气被持续抽出，通过向中心管10内输送保护气体，以维持中心管10内部的保护气氛环境。结合图2所示，经由进气管路30的第一输出端31和第二输出端32输入的保护气体中，一部分输送至中心管10第一端和第二端的保护气体进入中心管10内部，例如在中心管10-排烟孔101-负压腔201-抽气管路40形成的抽气通道的抽气作用下，形成从中心管10排向抽气管路40的气流，带动从上部和下部进入中心管10保护气体朝向中心管内部运动，充满中心管，构建和维持保护气氛。
同时，经由进气管路30的第一输出端31和第二输出端32输入的保护气体中，由于分别位于上端(即中心管的第一端)和下端(即中心管的第二端)位置进入中心管，使中心管10的上端(即中心管的第一端)和下端(即中心管的第二端)的端口位置形成正压，尤其是可通过控制抽气通道的流量和进气通道的保护气流量，使得在端口位置形成微正压状态，避免空气进入中心管10内部，维持中心管10内部的气体环境。
结合图1、2所示，抽气装置包括抽气泵50，抽气管路40的排气端与抽气泵50的输入端连接，抽气泵50通过抽气管路40持续抽取负压腔201内部的气体，维持负压腔201的负压。
进一步的，抽气装置还包括有第一流量计51，第一流量计51连接在抽气管路40靠近抽气泵50输入端的一侧，通过第一流量计51实时检测抽气管路40的抽气量，并通过调整抽气泵50的运行功率和/或转速控制抽气量，进而维持中心管10内部的压力。
结合图3、4所示，在可选的实施例中，在抽气管路40上设置有过滤器41，用于过滤抽出气体中烟尘和细小颗粒。优选的示例中，过滤器41采用微米或者亚微米级的颗粒捕捉器作为过滤装置，设置在抽气管路40的通道中，并且位于第一流量计51与负压腔201之间。
在可选的示例中，结合图3、4所示，抽气管路40的通道内还设置有第一压力传感器42和第二压力传感器43，分别位于过滤器41的两侧，通过第一压力传感器42和第二压力传感器43分别监测气体经过过滤器41之前和之后的压力，以实时监测过滤效果，防止过滤器堵塞或者损坏等异常情况导致抽气过滤效率下降，导致烟气排出效率降低。
应当理解，在中心管10内部沿着轴线方向的上部、中间位置和下部位置，分别设置有第三压力传感器44，分别用于监测中心管10内部的压力状态。
结合图1所示，供气装置包括进气泵60和储气装置61，进气泵60的输入端与储气装置61连接，进气泵60的输出端与进气管路30连接，储气装置61内储存有配置好的保护气体。
可选的，保护气体为含有1.0％-1.5％氧气的氮气。通过进气泵60将储气装置61内储存的保护气体经由进气管路30泵送-输送至中心管10内。
进一步的，供气装置还包括第二流量计62，第二流量计62连接在进气管路30靠近进气泵60输出端的一侧，通过第二流量计62实时检测进气管路30输送至中心管10内的保护气体量，并通过调整进气泵60的运行功率和/或转速，以控制进气量，进而维持中心管10内部的压力。
应当理解，第二流量计62以及进气泵60分别电连接至控制系统1000，第二流量计62监测的流量信号通过有线或者无线传输的方式发送至控制系统1000，控制系统1000基于预设的控制逻辑或者策略控制进气泵60的运行。
在可选的示例中，前述的控制逻辑或者策略，可被设置成基于监测的流量和/或中心管内的压力而预先配置。
结合图3、4，在本发明的实施例中，抽气泵50、第一流量计51、第一压力传感器42、第二压力传感器43、第三压力传感器44分别电连接至控制系统1000。控制系统1000可基于工业计算机或者嵌入式控制系统实现。
第一流量计51监测的流量信号通过有线或者无线传输的方式发送至控制系统1000，控制系统1000基于预设的控制逻辑或者策略控制抽气泵50的运行。在可选的示例中，前述的控制逻辑或者策略，可被设置成基于监测的流量、中心管10内的压力和/或第一压力传感器42、第二压力传感器43监测的压力而预先配置。
在可选的实施例中，当第一压力传感器42与第二压力传感器43在同一采样周期内获得的压力信号P1、P2的差值△P超过预设阈值时，则通过控制系统1000发送报警信息，例如通过蜂鸣器、声光反馈或者其他有利于发现的方式提示烟气处理风险。
在一些实施例中，前述的预设阈值的设定可包括至少两个等级，即第一预设阈值Ppre1和第二预设阈值Ppre1，并且Ppre1小于Ppre2。
当压力差值△P超过Ppre1时，表示过滤器41状态异常，提示检查过滤器状态以及中心管内的压力状态。此时，如果中心管内的压力如果超过了预期的水平，例如尤其是高于3％时，则表明烟气处理效率下降，则可通过控制提高抽气泵的功率和/或转速来提高烟气处理效率，并可进一步结合观察拉丝固化后的丝材的质量，判断是否需要进一步调整，直到中心管内的压力水平处于预期的范围内(波动小于等于3％)。当然，可根据工艺，预先配置前述的压力波动允许范围。
当压力差值△P超过Ppre2时并且中心管10内的压力状态超出预期的水平，例如尤其是高于3％时，则表明烟气处理效率严重下降，此时通常提高抽气泵的功率或者转速，采用大流程抽气的方式已经难以起到烟气有效处理的效果，提示需要更换或者清理过滤器11。由此，保证内部烟气的及时有效处理。
应当理解，在抽气泵50的输出口可通过管路配置缓冲气室52以及与回收气室53，由此实现保护气体的回收利用，并且通过缓冲气室52进行压力缓冲。在可选的实施例中，回收气室53可设置成与储气装置61连接，实现对其补气。应当理解，在储气装置61与回收气室53之间可配置可控阀门54，例如电磁阀，用以控制气体的流通。
结合图1所示，固化灯300的安装方向与中心管10的安装方向相互平行，固化灯300产生的紫外辐射光可更大限度的照射在光纤表面，提高固化速度。优选地，固化灯300采用能产生紫外辐射光和红外辐射光的中压汞灯，红外辐照热会被涂层吸收，进而加速自由基反应，进一步增加温度效应,加速固化反应。
结合以上实施例，通过在中心管10的外侧设置套管20，并在中心管10的外壁和套管20的内壁之间设置负压腔201，同时，在中心管10侧壁上开设有多个均匀布置并与负压腔201连通的排烟孔101，在负压腔201内部负压吸力的作用下，使中心管10内产生的烟气通过多个均匀布置排烟孔快速排出至负压腔内，烟气不会沿中心管的轴线方向发生长距离的移动，减少烟气在中心管内的停留时间和移动行程，减少烟气与光纤裸纤表面的接触机会和接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种光纤涂覆固化装置，其特征在于，包括喷涂装置(100)以及固化炉(200)，所述喷涂装置(100)，用于向拉制的光纤表面喷涂高分子材料，形成光纤涂层；固化炉(200)，位于所述喷涂装置(100)的下方，所述固化炉(200)内部设有能够使光纤涂层固化的固化灯(300)；
所述光纤涂覆固化装置还包括：
中心管(10)，固定在所述固化炉(200)内部，所述中心管(10)的两端均延伸至所述固化炉(200)的外侧，光纤经由所述中心管(10)的第一端引入，并经由与第一端相对的第二端引出；
进气管路(30)，所述进气管路(30)的输入端与供气装置连接，所述进气管路(30)的输出端与所述中心管(10)的内部连通，通过所述进气管路(30)向所述中心管(10)内输送保护气体；
其中，所述中心管(10)的外侧密封套设固定有套管(20)，所述中心管(10)的外壁和所述套管(20)的内壁之间设有负压腔(201)，且所述中心管(10)侧壁上开设有多个均匀布置并与所述负压腔(201)连通的排烟孔(101)，在所述负压腔(201)内部负压吸力的作用下，使得所述中心管(10)内的烟气通过多个均匀布置的排烟孔(101)排出；
所述套管(20)的外侧设有抽气管路(40)，所述抽气管路(40)的抽气端连接在所述套管(20)上并与所述负压腔(201)连通，所述抽气管路(40)的排气端与抽气装置连接，抽气装置通过所述抽气管路(40)持续抽取所述负压腔(201)内部的气体，维持所述负压腔(201)内部的负压。
2.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述中心管(10)与所述套管(20)同轴布置。
3.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述进气管路(30)的输出端包括第一输出端(31)和第二输出端(32)，所述第一输出端(31)连接在所述中心管(10)的第一端，所述第二输出端(32)连接在所述中心管(10)的第二端。
4.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述抽气装置包括抽气泵(50)，所述抽气管路(40)的排气端与所述抽气泵(50)的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述抽气装置还包括有第一流量计(51)，所述第一流量计(51)连接在所述抽气管路(40)靠近所述抽气泵(50)输入端的一侧，用于实时检测所述抽气管路(40)的抽气量。
6.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述供气装置包括进气泵(60)和储气装置(61)，所述进气泵(60)的输入端与所述储气装置(61)连接，所述进气泵(60)的输出端与所述进气管路(30)连接，通过所述进气泵(60)将所述储气装置(61)内储存的保护气体经由所述进气管路(30)输送至所述中心管(10)内。
7.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述供气装置包括第二流量计(62)，所述第二流量计(62)连接在所述进气管路(30)靠近所述进气泵(60)输出端的一侧，用于实时检测所述进气管路(30)的输气量。
8.根据权利要求1所述的光纤涂覆固化装置，其特征在于，所述固化灯(300)的安装方向与所述中心管(10)的安装方向相互平行。
9.一种基于权利要求1所述光纤涂覆固化装置的光纤涂覆固化方法，其特征在于，所述光纤涂覆固化方法包括以下步骤：
从拉丝炉拉制出的光纤在喷涂装置(100)时，所述喷涂装置(100)向拉制的光纤表面喷涂光敏涂料，形成光纤涂层；
被喷涂后的光纤继续向下运动进入位于喷涂装置(100)下方的固化炉(200)，并穿过固化炉(200)内部的中心管(10)所形成的中空通道；
在穿过中心管(10)的中空通道过程中，经由所述固化灯(300)固化光纤涂层；
其中，在被喷涂后的光纤经过所述中心管(10)固化光纤涂层的过程中，保持所述中心管(10)与其外侧的套管(20)之间的负压腔(201)内的负压状态，使得中心管(10)内产生的烟气通过中心管(10)侧壁的排烟孔(101)排出，减少烟气与光纤裸纤表面的接触机会和接触时间，降低对光纤表面涂层固化的影响。
10.根据权利要求9所述的光纤涂覆固化方法，其特征在于，所述方法更加包括：
通过抽气管路(40)的抽气，维持所述中心管(10)与其外侧的套管(20)之间的负压腔(201)内的负压状态；并且
配置进气管路(30)的输出端包括第一输出端(31)和第二输出端(32)，第一输出端(31)连接在中心管(10)的第一端，第二输出端(32)连接在中心管(10)的第二端；
通过进气管路(30)向中心管10内部输送保护气体并维持中心管(10)内部的保护气氛环境，其中：
保护气体通过进气管路(30)的第一输出端(31)和第二输出端(32)分别输送至中心管(10)对应的第一端和第二端；
输入的保护气体中，一部分输送至中心管(10)第一端和第二端的保护气体进入中心管(10)的内部，即在中心管(10)-排烟孔(101)-负压腔(201)-抽气管路(40)形成的抽气通道的抽气作用下，形成从中心管(10)排向抽气管路(40)的气流，带动从第一端和第二端进入中心管(10)保护气体朝向中心管的内部运动，充满中心管，构建和维持保护气氛；
同时，经由进气管路(30)的第一输出端(31)和第二输出端(32)输入的保护气体中，由于分别从中心管(10)的第一端和中心管(10)的第二端位置进入中心管(10)，使中心管(10)的第一端和中心管(10)的第二端的端口位置形成正压，避免空气进入中心管(10)内部。
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