CN117585896B - 一种用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特种光纤预制棒加工技术领域，具体涉及一种用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，包括气流输送管，气流输送管包裹进铜管内，气流输送管的末端均伸出铜管外且与螺旋混合气流管件固定连通，铜管外设有电热丝加热带，设有电热丝加热带的铜管贯穿石英连接管，螺旋混合气流管件密封固定于石英连接管的端部，铜管与电热丝加热带之间设有温度传感器；螺旋混合气流管件与气流输送管相近的一端设有连接槽，螺旋混合气流管件的另一端设有混合内腔，连接槽与混合内腔之间通过气道连通，混合内腔包括圆台形旋流腔。本发明通过特殊气体的高温预混，使得沉积反应更加充分，减少反应过后废料和尾气，提高效率的同时降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及特种光纤预制棒加工技术领域，具体涉及一种用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管。
背景技术
掺稀土光纤是一种在光纤的纤芯中掺入微量稀土元素（如铒、镱等）的特种光纤。这种光纤由掺杂物与作为宿主的光纤基质组成，具有主动特性。为了提高单根纤芯预制棒的可拉光纤长度，以提高制造效率和降低光纤制造成本，目前光纤纤芯预制棒制造工艺一般采用两步法，即芯棒沉积、外包层沉积。这种方法需要芯棒沉积制造设备、外包层沉积制造设备，投资很大，而且工艺路线长，生产过程控制复杂，其优点是原材料自主性强，大批量成本较低。
另一种方法是套管法。套管法制棒只需要芯棒沉积制造设备，外套管外购，这也是一种重要方法，被广泛采用。它的特点是设备投入低，不需要外包层沉积制造设备。其优点是工艺路线短，生产过程控制相对简单，唯一的缺点是外套管需要外购，成本较高。但对于特种光纤预制棒生产来说，产量本来就很低，产品种类复杂，配备外包层沉积制造设备，显著增大研发与企业运营成本。
在现有技术中存在如申请公布号为CN117185646A的发明专利，一种等离子沉积制备F-SiO2光纤预制棒包层装置，其包括进气结构，所述进气结构用于接收输送目标气体中的氩气、氧气、气态硅原料及气态氟原料；所述进气结构包括设于所述耦合电离结构的进气端的进气管，及设于所述进气管周侧的多个进气接口件。该进气结构简单，仅起到多路管道输送进气的作用。
发明内容
本发明提供一种用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，以解决现有的光纤预制棒芯棒沉积用设备成本高、效率低的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管采用如下技术方案：
包括n个气流输送管，其中，n≥2，n个气流输送管包裹进铜管内，n个气流输送管的末端均伸出铜管外且与螺旋混合气流管件固定连通，所述铜管外设有电热丝加热带，设有电热丝加热带的铜管贯穿石英连接管，所述螺旋混合气流管件密封固定于石英连接管的端部，所述铜管外设有温度传感器。
所述螺旋混合气流管件与气流输送管相近的一端设有连接槽，所述螺旋混合气流管件的另一端设有混合内腔，所述连接槽与混合内腔之间通过气道连通，所述混合内腔包括圆台形旋流腔，所述圆台形旋流腔的顶面直径小于底面直径，所述圆台形旋流腔的顶面对外连通。
采用上述技术方案，特殊气体经气流输送管且经过高温加热后进入混合内腔混合，随后混合后的气体排入MCVD车床上的石英反应管内，由MCVD的高温喷灯使混合后的气体与石英反应管进行充分的沉积反应，通过特殊气体的高温预混，使得沉积反应更加充分，减少反应过后废料和尾气，提高效率的同时降低生产成本。
其中，通过温度传感器进行温度控制，使气流输送管内气流温度稳定，一方面可以保证特殊气体不会因为温度变化而固化或者液化，另一方面可以保证气流不会因为温度受到影响，导致出气的时候气流不稳定。
进一步地，所述气流输送管远离螺旋混合气流管件的一端设有保护壳体，所述电热丝加热带的末端通过电热丝线夹固定后设于保护壳体内。
采用上述技术方案，电热丝加热带具体通过双包缠绕法包裹于铜管外，使得铜管均匀受热，然后通过铜管将热量传递到气流输送管，进而实现对气流输送管内通过的特殊气体进行加热。通过铜管将多个气流输送管集中于紧凑的空间内，实现高效、均匀的热量传递，同时，减少了整体结构对空间的需求。
进一步地，所述石英连接管远离螺旋混合气流管件的一端密封插嵌于保护壳体内且与电热丝线夹的端面抵接。
进一步地，所述石英连接管的外壁与保护壳体的内壁之间设有第一密封圈，所述第一密封圈为间隔分布的若干个，所述保护壳体的内壁上设有用于限位卡放第一密封圈的环形槽。
采用上述技术方案，石英连接管与保护壳体之间通过密封压紧配合，提高结构配合的稳定性，从而实现辅助提高气流的稳定性，从而确保温度、压力等的稳定性。
进一步地，所述保护壳体远离螺旋混合气流管件的一端设有可拆卸的管道固定板，所述管道固定板上设有允许气流输送管通过的通孔。
所述气流输送管远离螺旋混合气流管件的一端包括斜过渡段和平直进气口段，所述平直进气口段贯穿管道固定板上的通孔。
采用上述技术方案，通过斜过渡段的设置，实现气流输送管的前端分散且后端集中，通过前端分散，便于实现对外连接以实现通入不同的特殊气体，后端集中，便于实现集中传导热量。
进一步地，所述气流输送管与螺旋混合气流管件相近的一端贯穿气道且伸入到圆台形旋流腔内，所述气流输送管通过银钎焊与连接槽的底面固定连接。
进一步地，所述圆台形旋流腔的侧壁与圆台形旋流腔的中轴线之间的夹角α为15°-45°，所述气流输送管的出气口端与圆台形旋流腔的侧壁相对，气流输送管内的气流进入圆台形旋流腔内与圆台形旋流腔的侧壁撞击形成螺旋气流。
采用上述技术方案，通过气流撞击圆台形旋流腔的侧壁，形成螺旋气流，多个气流输送管内的气流同时进入，可以使得不同的气体更好的混合，有助于提高后续反应的稳定性和均匀性，通过螺旋气流增加反应接触面积和反应机会，从而提高反应效率。
另外，多个气流输送管混合后通过单出气口排出，可以减少压力损失，使得整个系统的气流更加稳定，也有助于提高反应的效率，可以更好地控制气体的流动和反应过程，减少意外情况的发生，提高了整体操作的安全性。
进一步地，所述螺旋混合气流管件与石英连接管相近的一端固定插嵌于石英连接管内，所述螺旋混合气流管件的外壁和石英连接管的内壁之间设有第二密封圈，所述螺旋混合气流管件的外壁上设有用于限位第二密封圈的卡槽。
采用上述技术方案，通过第二密封圈增加螺旋混合气流管件与石英连接管之间配合连接的密封性，防止气体泄露，确保反应的稳定性和安全性，另外可以保证螺旋混合气流管件的位置更加稳定，避免因振动或其他因素导致的位移或松动，良好的密封性能和稳定性有助于延长螺旋混合气流管件与石英连接管的使用寿命，减少维护和更换的频率。
本发明所提供的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管有益效果是：本发明通过特殊气体的高温预混，使得沉积反应更加充分，减少反应过后废料和尾气，提高效率的同时降低生产成本；整个系统的气流更加稳定、可控，也有助于提高反应的效率。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1为本发明用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管的结构示意图；
图2为本发明用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管的剖视图；
图3为图2中区域D的局部放大图；
图4为图2中区域A的局部放大图；
图5为本发明用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管的部分结构示意图；
图6为图5中区域B的局部放大图；
图7为本发明中螺旋混合气流管件的结构示意图；
图8为本发明中螺旋混合气流管件的剖视图。
附图标记说明：
1、气流输送管；11、斜过渡段；12、平直进气口段；2、螺旋混合气流管件；21、连接槽；22、混合内腔；23、气道；24、圆台形旋流腔；25、卡槽；3、铜管；4、电热丝加热带；5、石英连接管；6、保护壳体；61、环形槽；62、管道固定板；7、电热丝线夹；71、贯穿孔；8、第一密封圈；9、第二密封圈。
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，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。
附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
本发明所提供的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管的实施例1：
如图1至图8所示，
包括四个气流输送管1，四个气流输送管1包裹进铜管3内，四个气流输送管1的末端均伸出铜管3外且与螺旋混合气流管件2固定连通，所述铜管3外设有电热丝加热带4，设有电热丝加热带4的铜管3贯穿石英连接管5，所述螺旋混合气流管件2密封固定于石英连接管5的端部，所述铜管3外设有温度传感器。
所述螺旋混合气流管件2与气流输送管1相近的一端设有连接槽21，所述螺旋混合气流管件2的另一端设有混合内腔22，所述连接槽21与混合内腔22之间通过气道23连通，所述混合内腔22包括圆台形旋流腔24，所述圆台形旋流腔24的顶面直径小于底面直径，所述圆台形旋流腔24的顶面对外连通。
具体的，本实施例中气流输送管1采用1/8不锈钢管，在其他实施例中还可以是1/8哈氏合金管。
特殊气体经四个1/8不锈钢管且经过高温加热后进入混合内腔22混合，随后混合后的气体排入MCVD车床上的石英反应管内，由MCVD的高温喷灯使混合后的气体与石英反应管进行充分的沉积反应，通过特殊气体的高温预混，使得沉积反应更加充分，减少反应过后废料和尾气，提高效率的同时降低生产成本。
其中，通过温度传感器进行温度控制，使气流输送管1内气流温度稳定，一方面可以保证特殊气体不会因为温度变化而固化或者液化，另一方面可以保证气流不会因为温度受到影响，导致出气的时候气流不稳定。
本实施例中，温度传感器具体选用J型探针式热电偶。
本实施例中，所述气流输送管1远离螺旋混合气流管件2的一端设有保护壳体6，所述电热丝加热带4的末端通过电热丝线夹7固定后设于保护壳体6内。
其中，保护壳体6为上、下通过螺栓相对连接的两部分，便于拆装，提高安装效率的同时方便对内部结构进行检查和维修。
其中，电热丝线夹7包括左壳体和右壳体，且左壳体和右壳体之间通过螺栓可拆卸连接，电热丝线夹7的上端面形成有凹槽，凹槽内设有贯穿电热丝线夹7侧壁的贯穿孔71，其中温度传感器可以通过贯穿孔71卡放，温度传感器的底端即热电偶的探针底端接触电热丝加热带4的表面，便于实现检测电热丝加热带4的加热温度。
具体的，电热丝加热带4具体通过双包缠绕法包裹于铜管3外，使得铜管3均匀受热，然后通过铜管3将热量传递到气流输送管1，进而实现对气流输送管1内通过的特殊气体进行加热。通过铜管3将多个气流输送管1集中于紧凑的空间内，实现高效、均匀的热量传递，同时，减少了整体结构对空间的需求。
本实施例中，所述石英连接管5远离螺旋混合气流管件2的一端密封插嵌于保护壳体6内且与电热丝线夹7的端面抵接。
石英连接管5装配方式更加稳定和稳固，避免因振动或温度变化等因素导致的松动或移位。
本实施例中，所述石英连接管5的外壁与保护壳体6的内壁之间设有第一密封圈8，所述第一密封圈8为间隔分布的若干个，所述保护壳体6的内壁上设有用于限位卡放第一密封圈8的环形槽61。
本实施例中，所述保护壳体6远离螺旋混合气流管件2的一端设有可拆卸的管道固定板62，所述管道固定板62上设有允许气流输送管1通过的通孔。
具体的，管道固定板62上设有连接孔，且管道固定板62通过螺栓可拆卸固定于保护壳体6的一端。
所述气流输送管1远离螺旋混合气流管件2的一端包括斜过渡段11和平直进气口段12，所述平直进气口段12贯穿管道固定板62上的通孔。
其中，通过斜过渡段11的设置，实现气流输送管1的前端分散且后端集中，通过前端分散，便于实现对外连接以实现通入不同的特殊气体，后端集中，便于实现集中传导热量，斜过渡段11的倾斜角度β为15°，通过倾斜角度的设定，保证倾斜过渡的同时，避免弯折角度过大影响气体通过的稳定性。
本实施例中，所述气流输送管1与螺旋混合气流管件2相近的一端贯穿气道23且伸入到圆台形旋流腔24内，所述气流输送管1通过银钎焊与连接槽21的底面固定连接。
本实施例中，所述圆台形旋流腔24的侧壁与圆台形旋流腔24的中轴线之间的夹角α为30°，所述气流输送管1的出气口端与圆台形旋流腔24的侧壁相对，气流输送管1内的气流进入圆台形旋流腔24内与圆台形旋流腔24的侧壁撞击形成螺旋气流。
其中，通过气流撞击圆台形旋流腔24的侧壁，形成螺旋气流，四个气流输送管1内的气流同时进入，可以使得不同的气体更好的混合，有助于提高后续反应的稳定性和均匀性，通过螺旋气流增加反应接触面积和反应机会，从而提高反应效率。
另外，四个气流输送管1混合后通过单出气口排出，可以减少压力损失，使得整个系统的气流更加稳定，也有助于提高反应的效率，可以更好地控制气体的流动和反应过程，减少意外情况的发生，提高了整体操作的安全性。
本实施例中，所述螺旋混合气流管件2与石英连接管5相近的一端固定插嵌于石英连接管5内，所述螺旋混合气流管件2的外壁和石英连接管5的内壁之间设有第二密封圈9，所述螺旋混合气流管件2的外壁上设有用于限位第二密封圈9的卡槽25。
通过第二密封圈9增加螺旋混合气流管件2与石英连接管5之间配合连接的密封性，防止气体泄露，确保反应的稳定性和安全性，另外可以保证螺旋混合气流管件2的位置更加稳定，避免因振动或其他因素导致的位移或松动，良好的密封性能和稳定性有助于延长螺旋混合气流管件2与石英连接管5的使用寿命，减少维护和更换的频率。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“宽度”、 “水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
另外，在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。
Claims (8)
1.一种用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，包括n个气流输送管（1），其中，n≥2，n个气流输送管（1）包裹进铜管（3）内，n个气流输送管（1）的末端均伸出铜管（3）外且与螺旋混合气流管件（2）固定连通，所述铜管（3）外设有电热丝加热带（4），设有电热丝加热带（4）的铜管（3）贯穿石英连接管（5），所述螺旋混合气流管件（2）密封固定于石英连接管（5）的端部，所述铜管（3）外设有温度传感器；
所述螺旋混合气流管件（2）与气流输送管（1）相近的一端设有连接槽（21），所述螺旋混合气流管件（2）的另一端设有混合内腔（22），所述连接槽（21）与混合内腔（22）之间通过气道（23）连通，所述混合内腔（22）包括圆台形旋流腔（24），所述圆台形旋流腔（24）的顶面直径小于底面直径，所述圆台形旋流腔（24）的顶面对外连通。
2.根据权利要求1所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述气流输送管（1）远离螺旋混合气流管件（2）的一端设有保护壳体（6），所述电热丝加热带（4）的末端通过电热丝线夹（7）固定后设于保护壳体（6）内。
3.根据权利要求2所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述石英连接管（5）远离螺旋混合气流管件（2）的一端密封插嵌于保护壳体（6）内且与电热丝线夹（7）的端面抵接。
4.根据权利要求3所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述石英连接管（5）的外壁与保护壳体（6）的内壁之间设有第一密封圈（8），所述第一密封圈（8）为间隔分布的若干个，所述保护壳体（6）的内壁上设有用于限位卡放第一密封圈（8）的环形槽（61）。
5.根据权利要求2所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述保护壳体（6）远离螺旋混合气流管件（2）的一端设有可拆卸的管道固定板（62），所述管道固定板（62）上设有允许气流输送管（1）通过的通孔；
所述气流输送管（1）远离螺旋混合气流管件（2）的一端包括斜过渡段（11）和平直进气口段（12），所述平直进气口段（12）贯穿管道固定板（62）上的通孔。
6.根据权利要求1所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述气流输送管（1）与螺旋混合气流管件（2）相近的一端贯穿气道（23）且伸入到圆台形旋流腔（24）内，所述气流输送管（1）通过银钎焊与连接槽（21）的底面固定连接。
7.根据权利要求6所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述圆台形旋流腔（24）的侧壁与圆台形旋流腔（24）的中轴线之间的夹角α为15°-45°，所述气流输送管（1）的出气口端与圆台形旋流腔（24）的侧壁相对，气流输送管（1）内的气流进入圆台形旋流腔（24）内与圆台形旋流腔（24）的侧壁撞击形成螺旋气流。
8.根据权利要求1所述的用于稀土气相掺杂的螺旋混合气流高温注入管，其特征在于，所述螺旋混合气流管件（2）与石英连接管（5）相近的一端固定插嵌于石英连接管（5）内，所述螺旋混合气流管件（2）的外壁和石英连接管（5）的内壁之间设有第二密封圈（9），所述螺旋混合气流管件（2）的外壁上设有用于限位第二密封圈（9）的卡槽（25）。
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