CN1268439C

CN1268439C - 一种带多流道的喷枪

Info

Publication number: CN1268439C
Application number: CN 03115544
Authority: CN
Inventors: 羊荣金; 吴兴坤; 儿玉喜直
Original assignee: Hangzhou Futong Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Futong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: CN1446640A

Abstract

本发明是一种带多流道的喷枪。用于以气相沉积法制造光纤多孔玻璃预制件装置，它包含有底座、流道管、位于流道管周向的一组带气流进口的筒体和喷嘴，流道管和筒体同轴线安装在底座上、喷嘴包含一组位于各筒体顶端的同轴线的环柱，且流道管的外壁与筒体内壁之间、相邻筒体的内外壁之间、流道管的外壁与喷嘴的环柱内壁之间、喷嘴各环柱的内外壁之间分别带有能形成气流通道的环形腔，其特征是：各筒体沿轴向依次以螺纹连接，并且喷嘴所含的各环柱也以螺纹连接在与其所在位置相对应的筒体顶端。它将现有的喷枪由整体式改为可拆式，具有能彻底又方便地清洗、能快捷地更换易损件，以及结构合理、制造方便等特点。

Description

一种带多流道的喷枪

【技术领域】

本发明涉及一种喷枪，特别是一种带有多个气流通道的喷枪。它尤可用于以气相沉积法制造光纤多孔玻璃预制件的装置。

【背景技术】

目前无机光导纤维在通讯行业已得到广泛应用，其中石英系列光纤以其具有光损耗低、适用的光波范围广、适应长距离通讯等特点而成为无机光导纤维的主体。在制造石英系列光纤预制件的方法中，有一种气相沉积法，制造光纤多孔玻璃预制件时，原料气体、可燃气体、助燃气体及辅助气体以一定压力通入喷枪，并在反应室内点燃产生氢氧焰，使之发生氢氧水解反应，生成的玻璃粒子借助气流喷向靶棒，在旋转靶棒的同时，将靶棒相对于喷枪作匀速往复移动，使玻璃粒子在靶棒表面沉积一层均匀多孔玻璃粒子层，随着多孔玻璃层数的增加，当光纤多孔玻璃预制件的外径达到设定值时，沉积即停止。经上述方法沉积的光纤多孔玻璃预制件，通过烧结而成透明的光纤预制件。

现有的光纤预制件生产装置中的带有多个流道的喷枪，它带有四个固定的独立气体流道，即原料气体、辅助气体、可燃气体及助燃气体的气体流道，并且各气体流道在喷枪出口处汇合，以实现借助氢氧火焰发生氢氧水解反应。因此所用的喷枪必须是多重管结构，它包含有底座、流道管、位于流道管周向的一组带气流进口的筒体和喷嘴，其中流道管和筒体同轴线安装在底座上、喷嘴包含一组位于各筒体顶端的环柱，环柱为筒体的延伸，且流道管的外壁与筒体内壁之间、相邻筒体的内外壁之间、流道管的外壁与喷嘴的环柱内壁之间、喷嘴各环柱的内外壁之间分别带有能形成气流通道的环形腔，它的缺点是：1)因喷嘴的环柱与筒体固结一体、筒体与筒体之间也固结在底座上成一体，所以它是一种不可拆装的整体式结构，在使用后很难对它的环形腔进行清洗、故不能彻底清除气流通道内的杂质，从而导致未清除的颗粒粘附在多孔玻璃预制件表面，因而在烧结成透明玻璃预制件时产生气泡，严重影响产品质量；2)它在沉积150mm以上的大直径光纤多孔玻璃预制件时，该预制件上易出现开裂的现象，因此它只能用于沉积直径150mm以下的较小光纤多孔玻璃预制件的生产装置中；3)它的整体式结构，会因其局部的磨损而整体报废，故它的使用寿命短，并使生产的成本提高；4)现有的整体式的喷枪制造较麻烦，所以它本身的制造的成本也比较高。

【发明内容】

本发明是要克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种工作安全可靠、能提高产品的质量，且能用于各种直径规格生产的一种带多流道的喷枪，并使它具有能彻底又方便地清洗、能快捷地更换易损件，以及结构合理、制造方便等特点。

本发明一种带多流道的喷枪，它包含有底座、流道管、位于流道管周向的一组带气流进口的筒体和喷嘴，其中流道管和筒体同轴线安装在底座上、喷嘴包含一组位于各筒体顶端的环柱，且流道管的外壁与筒体内壁之间、相邻筒体的内外壁之间、流道管的外壁与喷嘴的环柱内壁之间、喷嘴各环柱的内外壁之间分别带有能形成气流通道的环形腔，其特点是：各筒体沿轴向依次以螺纹连接，并且喷嘴所含的各环柱也以螺纹连接在与其所在位置相对应的筒体顶端；所说的喷嘴的环柱是圆锥环柱，且各圆锥环柱在延伸后能共聚于它们的中轴线上。本发明使一种带多流道的喷枪成为可拆装的结构；当采用同轴的圆锥环柱的结构时，可使燃烧过程中原料与气体的混合更充分、燃烧更彻底，因而沉积效率更高。

本发明喷枪，其喷嘴各环柱在气流出口端的内、外壁上均带有倒角，并且各环柱在筒体上的外延高度不等，该高度自中心沿径向向外依次递增，但最外围的环柱高度低于与其相邻的环柱高度。前者倒角可以是圆弧角，也可以是倾斜角，可防止玻璃粒子粘附在喷嘴上；后者则防止各流道中喷出的气流发生紊乱。

本发明喷枪，它的流道管出口端的形状可以呈椭圆形。以使沉积区域更大，从而增大沿靶棒和喷枪相对运动方向的沉积宽度、提高玻璃粒子的沉积效率，同时也可减少由于玻璃粒子在靶棒表面呈螺旋线沉积，所导致光纤多孔玻璃预制件外径的波动，有助于产品质量的提高。

本发明喷枪，其喷嘴中各环柱的同轴线与各筒体的同轴线偏离。通过选择喷嘴中心线与气体喷射流道筒体中心线之间的位移量，便可以调节水平放置的靶棒左右方向上的温度差，以保证最佳沉积效率，并保证多孔玻璃预制件的密度均匀、无开裂现象。

本发明喷枪，其喷嘴的各环柱，其内壁上可带有螺旋形导流槽。该导流槽既可使气体混合更均匀，又可起缓冲作用，使反应更加充分，增加玻璃粒子通过多孔玻璃预制件表面时间，提高沉积效率。

本发明的有益效果：1)本发明把现有一种带多流道的喷枪由整体式的结构改变成可方便拆装的分体式结构，它的各筒体沿轴向依次以螺纹连接、串联成一体，而且喷嘴所含的各环柱也以螺纹连接在各相应的筒体顶端，因此经螺纹拆卸可对喷枪彻底清洗，还可更换磨损件，前者能有效防止沉积过程中流道内未清除的杂质喷到光纤多孔玻璃预制件表面而在烧结时产生气泡、从而确保产品质量，后者则通过对零部件的更换延长了喷枪的使用寿命、降低生产成本；2)本发明喷枪可通过改变环柱下部外螺纹的位置，使喷嘴中各环柱的同轴线与各筒体的同轴线偏离；该偏离可改变喷嘴中心与气体喷射流道的相对位置，以利调节靶棒上的温差，从而调节沉积度，使沉积效率更高，同时也可保证多孔玻璃预制件密度均匀，有效遏止开裂现象；3)它的制造加工方便，且各部件的通用性和互换性好，还可方便地选配上密封垫圈，故不仅工作安全可靠、使用和清洗方便，并且能快捷地更换零件；4)本发明喷枪可通过对零部件不同规格的替换，调节喷枪各环形腔的大小，使生成的玻璃粒子流速得以调整，从而使玻璃粒子通过光纤多孔玻璃预制件表面时间更长、玻璃粒子的沉积效率提高，同时还可使多孔玻璃预制件密度更均匀，即使其直径达150-250mm也不易发生开裂现象；5)本发明的各部件可以选用抗腐蚀金属，也可以选用石英玻璃，采用常规方式，加工方便，工艺简单，降低了生产成本，并能保证各部件的通用性和互换性。

下面将通过实施例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

【附图说明】

图1和图2是本发明喷枪第一实施例的结构图，其中图1是它的主剖视图、图2是图1中的A-A剖视图；

图3、图4和图5是本发明喷枪第二实施例的结构图，其中图3是它的主剖视图、图4为图3中的B-B剖视图、图5是图3中喷嘴的放大图；

图6、图7和图8是本发明喷枪第三实施例的结构图，其中图6是它的主剖视图、图7为图6中的C-C剖视图、图8是图6中喷嘴的放大图；

图中的标号说明：1-流道管；2-底座；3-流道筒体；4-喷嘴；4a-环柱；5-气流进口；6-环形腔；L-喷嘴最前端到聚点P的距离。

【具体实施方式】

实施例1、本实施例的一种带多流道的喷枪的结构可从图1和图2中看到，它包含有底座2、流道管1、位于流道管周向的三个带气流进口5的筒体3和喷嘴4，其中流道管1和与流道管最近邻的一个中心的筒体3以螺纹连接在底座2上，并且该筒体外壁上以螺纹连接了第二个筒体、第二个筒体的外壁上又以螺纹连接了第三个筒体，致使三个筒体串联成一体；喷嘴4包含三个环柱4a，每一个环柱也以螺纹连接在与其所在位置相对应的筒体顶端；流道管1的外壁与位于中心的筒体3的内壁之间、中心筒体的外壁与第二筒体的内壁之间、第二筒体的外壁与第三筒体的内壁之间分别带有与喷嘴各环柱间的间隙连通的环形腔6，以形成气流通道(流道)。因此本实施例的喷枪呈可拆装的结构，且它含有原料和辅助气体的流道管和流道管外围的三个气体喷射流道，是一个带有四流道的喷枪。它在工作时，流道管1内将通入原料气体和辅助气体，同时还分别从筒体3上的气体进口5向三个环形腔6通入助燃气体、可燃气体、及第二助燃气体，所有气体最后从喷嘴4喷出。

本实施例喷枪，它的喷嘴各环柱4a在气流出口端的内、外壁上均带有倒角，该倒角是圆弧角，并且各环柱在筒体3上的外延高度不等，该高度自中心沿径向向外依次递增，但最外围的环柱高度低于与其相邻的环柱高度。环柱的不等高分布既可防止气流紊乱，也可使玻璃粒子不易粘附在喷嘴上。

本实施例喷枪以一定的原料气体、可燃气体、助燃气体及辅助气体以一定的流量通入喷枪，发生氢氧水解反应，生成含玻璃粒子的混合气体，混合气体和光纤多孔玻璃预制件之间存在温度梯度场。由于玻璃粒子半径rp仅为0.4-0.6μm，因而这些细微玻璃粒子受到热泳力作用，向低温方向移动，当玻璃粒子以合适的流速通过多孔玻璃预制件表面时，热泳力作用使部分玻璃粒子沉积于多孔玻璃预制件表面。岑可法、倪明江等著的《气固分离理论及技术》中对上述热泳力给出下面方程，其中

ρ为密度，T_g为气流温度，r_p为微粒半径

μ为气流粘度，k_g、k_p分别为气体和微粒的导热系数

热泳力：

F_{th} = - (\frac{9 π}{ρ T_{g}}) r_{p} μ^{2} (\frac{k_{g}}{2 k_{g} + kp}) \frac{dT}{dx}

本实施例喷枪各部件采用螺纹连接，可以方便更换喷枪各部件的规格尺寸，以调整喷枪各流道的直径和间隙，从而可以调整生成的玻璃粒子流速，在相近的热泳力作用下使玻璃粒子通过光纤多孔玻璃预制件表面时间更长，增加玻璃粒子的沉积效率。

本实施例的参数如下：

采用两个四流道喷枪，原料气体采用SiCl₄、辅助气体可以是Ar、N₂等惰性气体，也可以是H₂、O₂、可燃气采用H₂、助燃气体采用O₂。

单喷枪流量为：SiCl₄＝60～120L/min；

辅助气体流道：oO₂：＝10～20L/min；

第一圆环形助燃气体流道：O₂＝5～15L/min；

圆环形可燃气体流道：H₂＝100～180L/min；

第二圆环形助燃气体流道：O₂＝30～70L/min；

沉积条件：

喷嘴的各环形间隙：0.5～1mm

靶棒直径：18mm；靶棒旋转速度：60～200rpm；靶棒移动速度：600～3000mm/min；

沉积结果：

经6～10小时沉积，可稳定得到多孔玻璃预制件密度为0.5g/cm³左右长度为1000～1500mm的预制件，且没有任何裂纹，经过高温烧结后没有任何气泡的透明玻璃预制件。

实施例2、本实施例可参照图5，与实施例1的不同之处在于喷枪喷嘴的各环柱4a为同轴的圆锥环柱，其各圆锥面在延伸后能聚于喷枪中轴的延伸线上，从喷嘴最前端到聚点p的距离L，根据喷枪各流道不同的流量，可在在200～500mm范围内选择适当的值，以使燃烧过程中的原料与其它气体的混合更充分、燃烧更彻底，从而达到玻璃粒子的最高沉积效率。本实施例喷枪的流道管1的上部管口是圆形，但它也可以是椭圆形(图中未予以表示，当采用椭圆形时，可增大沿靶棒和喷枪相对运动方向的沉积宽度，不仅能够提高玻璃粒子的沉积效率，同时也可以减少由于螺旋沉积产生的外径波动、提高产品质量。

本实施例喷枪中的各环柱的中轴线与各筒体的中轴线是重合，但也可不重合(图中未能表示)，两中轴线的这种偏离可通过改变环柱底部的螺纹位置偏置来实现。当各环柱的中轴线与各筒体的中轴线不重合时，可以通过调整喷枪和多孔玻璃预制件相对移动方向上的偏离量，达到调节火焰和多孔玻璃预制件表面的温度场梯度，当以一定速度通过多孔玻璃预制件表面时，在一定热泳力作用下，使更多的玻璃粒子沉积在多孔玻璃预制件表面；这时不仅可以保证最佳沉积效率，同时也可以使多孔玻璃预制件密度均匀，不易发生开裂现象。本实施例距离L采用300mm，能生产直径150--200mm光纤多孔玻璃预制件。

实施例3、本实施例的结构可从图6、图7和图8中看到，喷枪中心设有第一个原料气体和辅助气体流道流道管1，流道管外则依次螺纹连接五个流道筒体3，每个流道筒体螺纹连接相应的环柱4a，因此它带有六个气体喷射流道，在流道管1外，依次形成第一圆环形助燃气体流道，第一圆环形可燃气体流道，第二原料气体和辅助气体流道，第二圆环形可燃气体流道，第二圆环形助燃气体流道。

传统喷枪出口因粘附的玻璃粒子会堵塞部分气体流道，从而导致玻璃粒子流速加快，影响玻璃粒子在靶棒表面沉积效率；而且在玻璃粒子沉积过程中，粘附在喷枪口的部分玻璃粒子块脱落，随着气流沉积到多孔玻璃预制件表面，由于脱落块密度与多孔玻璃预制件表面不一致，导致在烧结成透明玻璃预制件时产生气泡。本实施例喷枪喷嘴在环柱出口端的内外壁上带有倒角，该倒角是倾斜角。在沉积过程中可以防止喷枪出口处粘附玻璃粒子。

本实施例喷枪各圆环4a的内壁有螺旋形导流槽，该螺旋形导流槽从喷嘴内壁的底部螺旋向上至喷嘴的出口端，各导流槽出口位置沿周向均匀分布，有利于气体的相互混合，使反应更加充分，进一步提高玻璃粒子的沉积效率。

本实施例喷枪的各喷嘴的环柱4a在喷枪前端呈台阶分布，不仅可以防止气流紊乱，同时也可以防止玻璃粒子粘附在喷嘴口，使多孔玻璃预制件表面质量稳定。

本实施例喷枪结构与前例喷枪结构不同在于，在上述喷枪基础上增加了一个原料和辅助气体流道、可燃气体流道，目的在于沉积光纤多孔玻璃预制件直径超过150mm时，防止光纤多孔玻璃预制件出现开裂。同时由于增加了一个原料和辅助气体流道，玻璃粒子与光纤多孔玻璃预制件的接触面积增大，可是提高沉积效率。

喷枪的各环柱为同轴圆锥环柱，喷嘴各圆锥环柱前端内外壁倒角后轴向截面呈梯形，各喷嘴锥环柱延长线相交于一点P，从喷枪最最前端到上述点P的距离L，设定在200～500mm，以玻璃粒子的最高沉积效率为宜。这种结构可以提高沉积初始阶段玻璃粒子的沉积效率，可生产直径为250mm的多孔玻璃预制件，克服了已有技术在多孔玻璃预制件直径到100mm以上时，会发生由于多孔玻璃预制件表面烧结不足，导致多孔玻璃预制件开裂的缺陷。

实施例4、本实施例与实施例3不同之处在于喷嘴的环柱4a为圆环柱，喷嘴的各圆环柱的轴心偏心于各流道筒体的轴心，通过调节偏离流道筒体中心线的偏离量，达到调节火焰和多孔玻璃预制件表面的温度场梯度，提高玻璃粒子在粑棒表面沉积效率。

实施例5、本实施例喷枪是采用八个气体喷射流道，在第一原料和辅助气体的流道的流道管1外依次螺纹连接七个气体喷射流道筒体3和环柱4a，形成八个气体流道，依次为第一原料气体和辅助气体流道、第一圆环形助燃气体流道、第一圆环形可燃气体流道、第二原料气体和辅助气体流道、第二圆环形可燃气体流道、第二圆环形助燃气体流道、第三圆环形可燃气体流道、第三圆环形助燃气体流道。也可以采用如列表中的流道分布。

喷枪流道分布表

为了沉积更大尺寸的多孔玻璃预制件，可以采用多流道(四个以上)的喷枪，但是为了防止在沉积前期，多孔玻璃预制件外径还小的情况下所有流道都使用的话，沉积效率很低，可以采用前期使用内部四个流道，当外径达到一定值以后再开通其他流道，但是流道内通的气体会发生变化，所通气体排布原则是：1、相邻流道不能通同种气体。2、最外侧气体必须是助燃气体。3、优选原料两侧为不同种气体(中心原料除外)。

Claims

1、一种带多流道的喷枪，它包含有底座(2)、流道管(1)、位于流道管周向的一组带气流进口(5)的筒体(3)和喷嘴(4)，其中流道管和筒体同轴线安装在底座上、喷嘴包含一组位于各筒体顶端的同轴线的环柱(4a)，且流道管的外壁与筒体内壁之间、相邻筒体的内外壁之间、流道管的外壁与喷嘴的环柱内壁之间、喷嘴各环柱的内外壁之间分别带有能形成气流通道的环形腔(6)，其特征是：各筒体沿轴向依次以螺纹连接，并且喷嘴所含的各环柱也以螺纹连接在与其所在位置相对应的筒体顶端；所说的喷嘴的环柱(4a)是圆锥环柱，且各圆锥环柱在延伸后能共聚于它们的中轴线上。

2、根据权利要求1所述的喷枪，其特征是：所说的喷嘴(4)的各环柱(4a)在气流出口端的内、外壁上均带有倒角，并且各环柱在筒体(3)上的外延高度不等，该高度自中心沿径向向外依次递增，但最外围的环柱高度低于与其相邻的环柱高度。

3、根据权利要求2所述的喷枪，其特征是：所说的流道管(1)的上部管口为椭圆形。

4、根据权利要求2所述的喷枪，其特征是：所说的喷嘴中各环柱(4a)的同轴线与各筒体(3)的同轴线沿径向偏离。

5.根据权利要求4所述的喷枪，其特征是：所说的环柱(4a)的内壁上带有螺旋形导流槽。

6、根据权利要求1所述的喷枪，其特征是：所说的流道管(1)的上部管口为椭圆形。

7、根据权利要求1所述的喷枪，其特征是：所说的喷嘴中各环柱(4a)的同轴线与各筒体(3)的同轴线沿径向偏离。

8、根据权利要求1所述的喷枪，其特征是：所说的环柱(4a)的内壁上带有螺旋形导流槽。