CN205115283U - 一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，包括炉心管、以及套设于炉心管中部外侧的加热器、以及加热器上下两侧分别安装的冷却装置；炉心管为分段式的石英管，每两段石英管之间均设有密封件，且每两段石英管间通过连接件固定连接；连接件外侧包裹有氮气罩。冷却装置包括两个封闭的半环形冷却罩体，每个冷却罩体上均设有进水口和出水口；两半环形冷却罩体相对应设置在同一高度、贴近并环绕所述石英管。本实用新型设置有上、下两个冷却装置，可以在烧结过程中，有效控制炉心管内轴向温度梯度，使之更利于烧结。在清理炉心管时，可以将炉心管拆分后再进行清理，使得清理的难度大幅降低。

Description

一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构

技术领域

本实用新型属于光纤预制棒研发和制造技术领域，尤其是涉及一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构。

背景技术

光纤预制棒的制备方法主要有四种，改进化学气相沉积(MCVD)、微波等离子体激活化学气相沉积(PCVD)、轴向化学气相沉积(VAD)、外部化学气相沉积(OVD)，前两种被称为管内法，后两种又被称为管外法。由于管外法具有沉积速率高、原料纯度要求低，便于连续大规模生产，低成本等一系列优点，因此全球70％的光纤预制棒生产厂家都采用管外法进行生产。用管外法制备光纤预制棒的过程中，需要经过脱水、烧结工艺，去除疏松体中的羟基和金属离子，进而得到合格的光纤预制棒。因此，在光纤预制棒制备过程中，烧结工艺是中极为关键的技术之一。

烧结炉的结构又对烧结工艺有着决定性影响。常见的烧结炉由加热器和炉心管两部分构成。其中，加热器的主要功能是为烧结提供合适的温场，而炉心管则为烧结提供了一个相对密闭、洁净的环境。由于烧结需要较高的温度(通常大于1450℃)，同时其工艺气体中包含有大量的剧毒性气体(如氯气)，而且脱水过程中会产生强酸性气体(HCl)，因而对炉心管的耐高温性能以及气密性要求很高。为了确保炉心管的耐高温性能，一般采用进口GE或贺利氏石英管为原料制作炉心管。而炉心管的气密性，通常则采用一体式设计来解决，即：炉心管由一整根石英玻璃管加工而成。采用这种设计的炉心管在生产过程中，存在以下几个缺点：

1.难清理。在光纤预制棒生产过程中，会有少量SiO2颗粒从疏松体表面掉落，淤积在炉心管内。由于炉心管内具有较高的温度，同时降温易导致炉心管破裂，因而常规炉心管的清理工作异常艰难。

2.使用寿命短。在高温下，掉落的SiO2颗粒会附着在炉心管的内表面。当的积聚的量较大时，可能会改变炉心管内的温场分布，进而影响预制棒的品质，这时通常要更换炉心管，易导致炉心管使用寿命降低。

3.维护成本高。常规炉心管，在光纤预制棒的生产过程中，如发生局部损坏，即要更换整根炉心管，导致维护成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，解决了现有技术中炉心管难以清理，使用寿命短且维护成本高的难题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，包括炉心管、以及套设于炉心管中部外侧的加热器、以及加热器上下两侧分别安装的冷却装置；所述炉心管为分段式的石英管，每两段石英管之间均设有密封件，且每两段石英管间通过连接件固定连接；所述连接件外侧包裹有氮气罩。

进一步，在所述氮气罩上设有进气口和出气口，其贴近所述炉心管的位置设有开口。

进一步，所述炉心管包括内外径相同的上段石英管、中段石英管和下段石英管；所述上段石英管与中段石英管的端面之间、以及中段石英管与下段石英管的端面之间都设有密封件；所述加热器对应所述中段石英管设置。

进一步，所述密封件为高温密封圈。

进一步，所述上段石英管的下端面、中段石英管的上端面、中段石英管的下端面以及下段石英管的上端面均设有密封沟槽。

进一步，所述上段石英管的下端面、中段石英管的上端面、中段石英管的下端面以及下段石英管的上端面均设有折边，在所述折边上设有密封沟槽。

进一步，所述连接件包括上连接套和螺纹连接于上连接套的下连接套；所述上连接套上固定有上压板；所述下连接套上固定有下压板。

进一步，所述冷却装置包括两个封闭的半环形冷却罩体，每个所述冷却罩体上均设有进水口和出水口；两所述半环形冷却罩体相对应设置在同一高度、贴近并环绕所述炉心管。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

1)本实用新型设置有上、下两个冷却装置，可以在烧结过程中，有效控制炉心管内轴向温度梯度，使之更利于烧结。

2)炉心管由分段式的石英管构成，其中上段石英管和下段石英管可以采用价低的国产高纯石英管，中段石英管采用进口GE-213石英管或贺利氏石英管，这样，可以最大限度降低进口GE或贺利氏石英管的用量，使的炉心炉的制作成本大幅降低。

3)炉心管为可拆分的分段式结构，在清理炉心管时，可以将炉心管拆分后再进行清理，使得清理的难度大幅降低，同时也间接增加了炉心管的使用寿命。另外，在光纤预制棒的生产过程中，如发生局部损坏，只需要更换损坏的部分，使得炉心管的维护成本大幅降低，生产效率显著提高。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中冷却装置的结构示意图；

图3为本实用新型中连接件的结构示意图；

图4为本实用新型连接件结构拆分爆炸示意图；

图5为本实用新型实施例中氮气罩的结构示意图。

附图标记说明：

1-上段石英管，2-中段石英管，3-下段石英管，4-连接件，5-氮气罩，6-加热器，7-密封件，8-冷却装置，9-进水口，10-出水口，11-进气口，12-出气口，13-冷却罩体，14-开口，15-上连接套，16-下连接套，17-上压板，18-下压板，19-左半环形罩体，20-右半环形罩体，21-炉心管,22-折边。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，如图1至5所示，包括炉心管21、以及套设于炉心管21中部外侧的加热器6、以及加热器6上下两侧分别安装的冷却装置8；所述炉心管21为分段式的石英管，每两段石英管之间均设有密封件7，且每两段石英管间通过连接件4固定连接；所述连接件4外侧包裹有氮气罩5。需要说明的是，这里，可以采用高纯石墨圈作为加热器，为烧结提供合适的温场，烧结温度一般处于1450-1580℃之间，轴向温度梯度约在140℃/cm左右，通过上下两个冷却装置8可以得到精准稳定的控制。

其中，在所述氮气罩5上设有进气口11和出气口12，其贴近所述炉心管21的位置设有开口21。氮气罩5一般采用四氟乙烯或钛合金材质，氮气罩5的内径比炉心管21的外径略大2-10mm，外径比连接件4的外径大20-60mm，壁厚为4-10mm。进气口11以及出气口12上一般安装上1/4〞或者3/8〞的接头。在烧结过程中，从下端进气口11通入微量的氮气，并从上端出气口12排出，可以起到冷却连接件4和密封件7的作用，并防止Cl2泄漏。为了便于拆装，氮气罩5可以为左右两瓣的组合式结构，如图5所示，由左半环形罩体19和右半环形罩体组成20。

其中，所述炉心管21包括内外径相同的上段石英管1、中段石英管2和下段石英管3；所述上段石英管1与中段石英管2的端面之间、以及中段石英管2与下段石英管3的端面之间都设有密封件7；所述加热器6对应所述中段石英管2设置。上段石英管1、中段石英管2和下段石英管3的内径与外径尺寸一致，但是材质、长度以及上下端面处的设计略有不同。石英管的内径和长度一般是根据VAD或OVD疏松体的直径和长度来定。石英管的内径一般比疏松体的直径大20-60m，石英管的外径比内径大6-15mm，三节石英管的总长度一般为疏松体的长度的2.5-3.5倍。

上段石英管1由于承受的温度相对较低(一般<1100℃)，因而一般选用国产高纯石英玻璃制作。在上段石英管1的下端面(或下部折边的下表面)处设计有一个半圆形凹槽，凹槽的深度为2-6mm，凹槽的外径比炉心管21内径大40-100mm，用于放置高温密封圈。由于中段石英管2在烧结的过程中，需要承受较高的烧结温度(通常>1450℃)而不能产生形变，因此中段石英管2一般选用进口GE或贺利氏高纯石英玻璃制作。在其上、下端面(或其上部折边的上表面和下部折边的下表面)处均设计有一个半圆形凹槽，凹槽的深度为2-6mm，凹槽的直径比炉心管内径大40-100mm，用于放置高温密封圈。下段石英管3由于承受的温度相对较低，一般选用为国产高纯石英玻璃制作。在下段石英管3的上端面(或上部折边的上表面)处设计有一个半圆形凹槽，凹槽的深度为2-6mm，凹槽的直径比炉心管内径大40-100mm，用于放置高温密封圈。

其中，所述密封件7为高温密封圈。这里的高温密封圈优选氟橡胶圈，具体的，氟橡胶圈的直径要比石英管上的凹槽高度大0.2-0.8mm，能够在高温条件下，保证炉心管21具有良好的气密性，防止Cl2泄漏和炉心管外杂质和水分进入。

其中，所述上段石英管1的下端面、中段石英管2的上端面、中段石英管2的下端面以及下段石英管3的上端面均设有密封沟槽。

其中，所述上段石英管1的下端面、中段石英管2的上端面、中段石英管2的下端面以及下段石英管3的上端面均设有折边22，在所述折边22上设有密封沟槽。

其中，所述连接件4包括上连接套15和螺纹连接于上连接套15的下连接套16；所述上连接套15上固定有上压板17；所述下连接套16上固定有下压板18。具体的，上连接套的内径要比石英管端面外径大5-20mm，外径比内径大10-40mm，其材质可以选用钛合金或四氟乙烯。下连接套16的内径要与上连接套15的外径一致，外径比内径大10-40mm，其材质可以选用钛合金或四氟乙烯。上压板17与下压板18的尺寸一样，内径比石英管内径大2-10mm,外径与上连接套15或下连接套16的外径一致，其厚度为5mm-30mm，其材质可以选用钛合金或四氟乙烯。上、下压板靠近中心的一侧可以压住石英管上的折边。

为了便于安装，上压板17可以为分为左、右两瓣，分别通过螺丝(如钛螺丝)连接在上连接套15上端面，下压板18也可以分为左、右两瓣，分别通过螺丝(如钛螺丝)连接在下连接套16下端面。固定炉心管的各段石英管时，如上段石英管1与中段石英管2的固定，先将一上连接套15套装在上段石英管1、将下连接套16套装在中段石英管2，然后旋拧，使二者螺纹连接在一起，使上连接,15上的上压板17压住上段石英管1下部的折边22，同时使下连接套16的下压板18压住中段石英管2的上部折边22，实现上段石英管1与中段石英管2固定连接，上连接套15与下连接套16螺纹拧紧后，会通过挤压位于半圆形凹槽内高温密封圈，为炉心管提供足够气密性。

其中，所述冷却装置8包括两个封闭的半环形冷却罩体13，每个所述冷却罩体13上均设有进水口9和出水口10；两所述半环形冷却罩体13相对应设置在同一高度、贴近并环绕所述炉心管21。上端的冷却装置位于烧结炉的上方,下端的冷却装置位于炉心管21的下方。冷却装置8由两个形状与尺寸一致的半圆形腔体组成,腔体的上端和下端各有一个连接1/4〞或者3/8〞接口，其中优选下端的接口作为进水口9，上端的接口作为出水口10，符合热量传递的规律，达到更好的冷却散热效果。腔体的尺寸是根据炉心管的尺寸来设计的。一般，冷却装置8的腔体的内径比炉心管21的外径大10-80mm，腔体的外径比内径大40-80mm,腔体壁厚为5-8mm。腔体一般选用不锈钢制成，结构强度高，防腐效果好。冷却装置能够冷却炉心管的上部和下部区域,控制炉心管内轴向温度梯度,使之更利于烧结,同时确保高温密封圈处于合适的工作温度下，不会超出其温度极限而损坏。

经过对上述分段式可拆分炉心管结果在烧结塔上进行连续生产、结果跟踪，生产出的光纤预制棒符合生产要求，炉心管工作正常，未发生Cl₂泄漏。

本实用新型设置了上、下两个冷却装置8，可以在烧结过程中，有效控制炉心管21内轴向温度梯度，使之更利于烧结。由于炉心管21由分段式的石英管构成，其中上段石英管1和下段石英管3可以采用价低的国产高纯石英管，中段石英管2采用进口GE-213石英管或贺利氏石英管，这样，可以最大限度降低进口GE或贺利氏石英管的用量，使的炉心炉的制作成本大幅降低。

炉心管21为可拆分的分段式结构，在清理炉心管时，可以将炉心管拆分后再进行清理，使得清理的难度大幅降低，同时也间接增加了炉心管的使用寿命。另外，在光纤预制棒的生产过程中，如发生局部损坏，只需要更换损坏的部分，使得炉心管的维护成本大幅降低，生产效率显著提高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：包括炉心管、以及套设于炉心管中部外侧的加热器、以及加热器上下两侧分别安装的冷却装置；所述炉心管为分段式的石英管，每两段石英管之间均设有密封件，且每两段石英管间通过连接件固定连接；所述连接件外侧包裹有氮气罩。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：在所述氮气罩上设有进气口和出气口，其贴近所述炉心管的位置设有开口。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述炉心管包括内外径相同的上段石英管、中段石英管和下段石英管；所述上段石英管与中段石英管的端面之间、以及中段石英管与下段石英管的端面之间都设有密封件；所述加热器对应所述中段石英管设置。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述密封件为高温密封圈。

5.根据权利要求3所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述上段石英管的下端面、中段石英管的上端面、中段石英管的下端面以及下段石英管的上端面均设有密封沟槽。

6.根据权利要求3所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述上段石英管的下端面、中段石英管的上端面、中段石英管的下端面以及下段石英管的上端面均设有折边，在所述折边上设有密封沟槽。

7.根据权利要求1所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述连接件包括上连接套和螺纹连接于上连接套的下连接套；所述上连接套上固定有上压板；所述下连接套上固定有下压板。

8.根据权利要求1所述的一种用于制备光纤预制棒的分段式可拆分炉心管结构，其特征在于：所述冷却装置包括两个封闭的半环形冷却罩体，每个所述冷却罩体上均设有进水口和出水口；两所述半环形冷却罩体相对应设置在同一高度、贴近并环绕所述炉心管。