CN209412081U - 一种光纤预制棒拉伸炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了包括炉体，炉体上方设置有炉盖，炉盖上方设置有上炉口，炉体中部设置有中心管，中心管的外壁上安装有加热器，中心管与炉体之间设有保温层，炉体下方设置有下炉口，下炉口下方依次安装有光阑和下部密封管，上炉口、炉盖、中心管、下炉口、光阑和下部密封管的中空部位相导通，上炉口、炉体和下炉口上均设置有进水口、出水口和通气孔。本实用新型整体采用不锈钢焊接并打磨抛光，结构牢靠、炉盖采用气缸开启，省时省力，安全可靠，保温层和加热器均采用石墨材质，可保证炉内温场稳定，避免拉伸后的芯棒起皱和成品光纤衰减过大，下炉口加装光阑，可随光纤预制棒直径随时改变，且上下炉口设置气封层，可延长保温层和加热器的使用寿命。

Description

一种光纤预制棒拉伸炉

技术领域

本实用新型属于光纤预制棒制造领域，具体涉及一种光纤预制棒拉伸炉。

背景技术

光纤预制棒是制造石英系列光纤的核心原材料，在使用OVD（外汽相沉积法）工艺制造光纤预制棒时，需要预制芯棒作为沉积的载体，而在预制芯棒的一系列工艺流程中，拉伸后的芯棒起着承上启下的关键作用。因此，如何高效批量安全地拉伸光纤预制芯棒是一个亟待解决的问题。拉伸炉是拉伸光纤预制芯棒的常用装置，但现有的光纤预制棒拉伸炉也存在较多问题，如炉体内的温场不稳定或受热不均匀或密封性不佳，导致拉伸后的芯棒表面不平滑，出现起皱或表面含杂质等情况，下炉口口径与芯棒直径无法保持一致，导致石墨件的使用寿命减短，另外，大多拉伸炉的炉盖需要手动开启，耗时耗力且存在安全风险。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结构牢靠、温场稳定、受热均匀、密封性好、下炉口口径可调节、石墨使用寿命延长，安全高效的光纤预制棒拉伸炉。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：一种光纤预制棒拉伸炉，包括炉体，炉体的上方设置有炉盖，炉盖的上方设置有上炉口，炉体中部设置有中心管，中心管的外壁上安装有加热器，中心管与炉体之间设有保温层，炉体下方设置有下炉口，下炉口下方依次安装有光阑和下部密封管，上炉口、炉盖、中心管 、下炉口、光阑和下部密封管的中空部位相导通，上炉口、炉体和下炉口上均设置有进水口、出水口和通气孔。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述的上炉口与炉盖、炉体与下炉口之间均通过各自预留的螺纹孔拧入螺钉装配固定，且上炉口、炉体和下炉口均通过不锈钢焊接后抛光打磨，以保证整个拉伸炉的全完密封，

所述的炉盖通过气缸开启或关闭，所述的气缸安装于炉盖与炉体之间，下按气动开关，可开启炉盖检修或观察炉内状态。

所述的炉体壳体外壁上对称设置有两个电极棒，所述的电极棒前端伸入炉体内，所述的电极棒为铜质电极棒，所述的铜质电极棒与电缆连接，对加热器直流供电，所述铜质电极棒的中部后端也开设有进水口和出水口，通过所述进水口和出水口对铜质电极棒供应循环冷却水进行降温或通过炉体上的进水口和出水口对炉体外壁与内壁间的中空层供应循环冷水进行降温，通入冷水给铜质电极棒降温或向炉体外壁与内壁间的中空层注入冷水，可避免铜质电极高温融化或避免在加热过程中拉伸炉因高温而损坏。

所述的中心管、加热器和保温层均采用石墨件制作，所述的中心管为石墨中心管，所述的加热器为石墨加热器，所述的保温层为石墨保温层，所述石墨中心管的内壁上端设置有夹持光纤预制棒的夹具，所述石墨中心管的内壁下端设置有拉伸光纤预制棒的可滑动夹头，所述石墨中心管的内腔容置光纤预制棒；所述石墨加热器由电极棒直流供电，可无极调节发热功率和温度，使拉伸炉的温度可控性好；所述石墨保温层赋予炉体良好的导热性和耐高温性，使拉伸炉传热快、受热均匀、可耐热3000℃，节能降耗，所述的石墨保温层表面还镀有碳化镀层，以防止石墨保温层表面磨损，有效延长其使用寿命。

所述的炉体上分别开设有三个孔洞，温度测量口、直径测量口和电极棒安装口分别焊接于三个孔洞外侧，所述的温度测量口可安插温度探测器，所述温度探测器发射的红外线可穿过保温层开设的对应孔位对加热器测温，所述的直径测量口可安插直径测量仪，所述直径测量仪发射的激光穿过保温层开设的对应孔位对光纤预制棒进行直径测量，所述温度探测器和直径测量仪均与PLC控制器相连，所述的PLC控制器控制驱动可滑动夹头运动，所述PLC控制器还依次与光阑和直径测量仪相连，连接板通过固定螺钉垂直固定于所述电极棒安装口，螺纹卡套与连接板焊接为一体，所述电极棒插于螺纹卡套中且电极棒上套有密封圈，套合螺母旋入螺纹卡套压紧密封圈，所述密封圈形变使电极棒牢牢固定于螺纹卡套内。

所述的电极棒前端保温层中开设有一段中空区，所述中空区中安装有陶瓷绝缘套筒，所述加热器与电极棒通过所述陶瓷绝缘套筒与保温层绝缘。

所述的光阑为电动光阑，所述的电动光阑可通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据调整开度，使得拉伸炉在拉伸制备不同尺寸的芯棒时光阑的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，减小外部空气或杂质通过下炉口进入拉伸炉内部的可能性，延长石墨件的使用寿命。

所述的上炉口、炉体和下炉口的通气孔中通入密封气体，高速流过的密封气体通过在上炉口和下炉口形成气封圈，可避免芯棒拉伸过程中空气混入炉体内，氧化石墨件，炉体中通入的密封气体可维持拉伸炉内部处于正压状态。

一种采用光纤预制棒拉伸炉的拉伸方法：下按气动开关，炉盖带动上炉口向炉体一侧开启，将光纤预制棒通过中心管内壁的夹具和可滑动夹头垂直固定于中心管内腔中，按动气动开关，使炉盖带动上炉口关闭拉伸炉的炉口，将下部密封管从下炉口上卸载，电极棒通过电缆接通电源，对加热器直流供电，通电后的加热器对中心管持续加热，同时向上炉口、炉体和下炉口的进水口通入冷却水，向上炉口、炉体和下炉口的通气孔中通入密封气体，直径测量仪通过直径测量口测量光纤预制棒直径并实时反馈PLC控制器，温度探测器通过温度测量口测量中心管内腔的温度并实时反馈PLC控制器，在中心管持续加热的过程中，当温度探测器监测到中心管升温至设定温度而光纤预制棒变软时，PLC控制器驱动可滑动夹头以一定速度下滑拉伸光纤预制棒，在光纤预制棒拉伸过程中，直径测量仪实时监测反馈拉伸中的光纤预制棒直径，光阑通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据调整开度，使光阑的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，待光纤预制棒直径拉伸至目标直径后，PLC控制器停止驱动可滑动夹头运动，光纤预制棒拉伸完成，停止供电和通冷却水，将下部密封管重新安装在下炉口上，继续通密封气体进行吹扫，维持加热器和保温层干燥，然后下按气动开关，打开炉盖即可取出目标直径的光纤预制棒。停止供电和通密封气体与冷却水，下按气动开关，打开炉盖即可取出目标直径的光纤预制棒。

本实用新型具有以下有益效果：

1）上炉口、炉体和下炉口均采用不锈钢焊接并打磨抛光，结构牢靠、密封性好且洁净度高；

2）采用冷却水给炉体和电极棒降温，冷却水取材方便，可使炉内温度维持在2000℃下，避免电极棒高温熔化和拉伸炉高温损坏，冷却效率高，且冷却水可回流循环使用，经济便宜；

3）由于炉内温度较高，炉内设置陶瓷绝缘套筒，可将加热器和电极棒与保温层隔绝，避免高温损坏；

4）炉盖采用气缸开启，省时省力，可避免人工开盖所引发的安全性问题；

5）炉内保温层和加热器均采用石墨材质，可保证炉内温场稳定、受热均匀，最大程度上避免了拉伸后的芯棒起皱和成品光纤衰减过大，高效可靠，节能降耗；

6）石墨加热器可以无极调整发热功率以及温度，使得拉伸炉的温度可控性好；

7）石墨保温层表面还镀有碳化镀层，可防止石墨保温层表面磨损，有效延长其使用寿命；

8）下炉口加装光阑，使得拉伸不同尺寸的芯棒时，光阑开度与芯棒直径保持一致，以延长了石墨件的使用寿命；

9）上炉口和下炉口上设置有通气孔，通过向通气孔中通入密封气体形成气封层，可限制外部空气进入炉内，既保证拉伸后的芯棒表面光洁，同时延长石墨件使用寿命；

10）下部密封管可避免每次光纤预制棒拉伸过程中大量空气进入炉内，减轻石墨氧化，从而延长了石墨件的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的内部剖面图；

图3是图1的上炉口细节图；

图4是图1的炉体细节图；

图5是图1的下炉口细节图；

图6是图1的电阑细节图；

图7是图2的电极棒安装图。

其中的附图标记为：炉体1、炉盖2、上炉口3、中心管4、加热器5、保温层6、下炉口7、光阑8、下部密封管9、进水口10、出水口11、通气孔12、气缸13、电极棒14、温度测量口15、直径测量口16、电极棒安装口17、连接板18、螺纹卡套19、密封圈20、套合螺母21、陶瓷绝缘套筒22。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

参阅图1-5，一种光纤预制棒拉伸炉，包括炉体1，炉体1的上方设置有炉盖2，炉盖2的上方设置有上炉口3，炉体1中部设置有中心管4，中心管4的外壁上安装有加热器5，中心管4与炉体1之间设有保温层6，炉体1下方设置有下炉口7，下炉口7下方依次安装有光阑8和下部密封管9，上炉口3、炉盖2、中心管4 、下炉口7、光阑8和下部密封管9的中空部位相导通，上炉口3、炉体1和下炉口7上均设置有进水口10、出水口11和通气孔12。

实施例中，上炉口3与炉盖2、炉体1与下炉口7之间均通过各自预留的螺纹孔拧入螺钉装配固定，且上炉口3、炉体1和下炉口7均通过不锈钢焊接后抛光打磨，以保证整个拉伸炉的全完密封。

如图1所示，炉盖2通过气缸13开启或关闭，气缸13安装于炉盖2与炉体1之间，下按气动开关，可开启炉盖2检修或观察炉内状态。

如图2所示，炉体1壳体外壁上对称设置有两个电极棒14，电极棒14前端伸入炉体1内，电极棒14为铜质电极棒，铜质电极棒与电缆连接，对加热器5直流供电，铜质电极棒的中部后端也开设有进水口10和出水口11，通过所述进水口10和出水口11对铜质电极棒供应循环冷却水进行降温或通过炉体1上的进水口10和出水口11对炉体1外壁与内壁间的中空层供应循环冷水进行降温，通入冷水给铜质电极棒降温或向炉体1外壁与内壁间的中空层注入冷水，可避免铜质电极高温融化或避免在加热过程中拉伸炉因高温而损坏。

实施例中，中心管4、加热器5和保温层6均采用石墨件制作，中心管4为石墨中心管，加热器5为石墨加热器，保温层6为石墨保温层，石墨中心管的内壁上端设置有夹持光纤预制棒的夹具，石墨中心管的内壁下端设置有拉伸光纤预制棒的可滑动夹头，石墨中心管的内腔容置光纤预制棒；石墨加热器由电极棒14直流供电，可无极调节发热功率和温度，使拉伸炉的温度可控性好；石墨保温层赋予炉体1良好的导热性和耐高温性，使拉伸炉传热快、受热均匀、可耐热3000℃，节能降耗，石墨保温层表面还镀有碳化镀层，以防止石墨保温层表面磨损，有效延长其使用寿命。

如图1和图7所示，炉体1上分别开设有三个孔洞，温度测量口15、直径测量口16和电极棒安装口17分别焊接于三个孔洞外侧，所述的温度测量口15可安插温度探测器，所述温度探测器发射的红外线可穿过保温层6开设的对应孔位对加热器5测温，所述的直径测量口16可安插直径测量仪，所述直径测量仪发射的激光穿过保温层6开设的对应孔位对光纤预制棒进行直径测量，温度测量口15和直径测量口16均与PLC控制器相连，PLC控制器控制驱动可滑动夹头运动，PLC控制器还依次与光阑8和直径测量仪相连，连接板18通过固定螺钉垂直固定于电极棒安装口17，螺纹卡套19与连接板18焊接为一体，电极棒14插于螺纹卡套19中且电极棒14上套有密封圈20，套合螺母21旋入螺纹卡套19压紧密封圈20，密封圈20形变使电极棒14牢牢固定于螺纹卡套19内。

如图2所示，电极棒14前端保温层6中开设有一段中空区，中空区中安装有陶瓷绝缘套筒22，加热器5与电极棒14通过陶瓷绝缘套筒22与保温层6绝缘。

实施例中，光阑8为电动光阑，电动光阑可通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据调整开度，使得拉伸炉在拉伸制备不同尺寸的芯棒时光阑8的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，减小外部空气或杂质通过下炉口7进入拉伸炉内部的可能性，延长石墨件的使用寿命。

如图3-5所示，向上炉口3、炉体1和下炉口7的通气孔中通入密封气体，高速流过的密封气体通过在上炉口3和下炉口7形成气封圈，可避免芯棒拉伸过程中空气混入炉体1内而氧化石墨件，炉体1中通入的密封气体可维持拉伸炉内部处于正压状态。

一种采用光纤预制棒拉伸炉的拉伸方法：下按气动开关，炉盖2带动上炉口3向炉体1一侧开启，将光纤预制棒通过中心管4内壁的夹具和可滑动夹头垂直固定于中心管4内腔中，按动气动开关，使炉盖2带动上炉口3关闭拉伸炉的炉口，将下部密封管9从下炉口7上卸载，电极棒14通过电缆接通电源，对加热器5直流供电，通电后的加热器5对中心管4持续加热，同时向上炉口3、炉体1和下炉口7的进水口10通入冷却水，向上炉口3、炉体1和下炉口7的通气孔12中通入密封气体，直径测量仪通过直径测量口16测量光纤预制棒直径并实时反馈PLC控制器，温度探测器通过温度测量口15测量中心管4内腔的温度并实时反馈PLC控制器，在中心管4持续加热的过程中，当温度探测器监测到中心管4升温至设定温度而光纤预制棒变软时，PLC控制器驱动可滑动夹头以一定速度下滑拉伸光纤预制棒，在光纤预制棒拉伸过程中，直径测量仪实时监测反馈拉伸中的光纤预制棒直径，光阑8通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据调整开度，使光阑8的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，待光纤预制棒直径拉伸至目标直径后，PLC控制器停止驱动可滑动夹头运动，光纤预制棒拉伸完成，停止供电和通冷却水，将下部密封管9重新安装在下炉口7上，继续通密封气体进行吹扫，维持加热器5和保温层6干燥，然后下按气动开关，打开炉盖2即可取出目标直径的光纤预制棒。

本实施例所述的一种采用光纤预制棒拉伸炉的拉伸方法，具体操作为：下按气动开关，炉盖2通过气缸带动上炉口3向炉体1一侧开启，将光纤预制棒通过中心管4内壁的夹具和可滑动夹头垂直固定于中心管4内腔中，按动气动开关，使炉盖2带动上炉口3关闭拉伸炉的炉口，将下部密封管9从下炉口7上卸载，电极棒14通过电缆接通电源，对加热器5直流供电，通电后的加热器5对中心管4持续加热，并可无极调整发热功率以及温度，以维持整个升温过程可控，保证在拉伸过程中温场稳定，同时向上炉口3、炉体1、下炉口7和电极棒14的进水口10通入冷却水，冷却水再由出水口11流出，如此不停地循环来带走加热器5升温过程中对炉体1内壁热辐射产生的热量，使炉内温度维持在2000℃下，避免电极棒14高温熔化和拉伸炉高温损坏，向上炉口3、炉体1和下炉口7的通气孔12中持续地通入密封气体，高速流过的密封气体通过在上炉口3和下炉口7形成气封圈，可避免芯棒拉伸过程中空气混入炉体1内而氧化石墨件，炉体1中通入的密封气体可维持拉伸炉内部处于正压状态，同时直径测量仪通过直径测量口16发射的激光穿过保温层6开设的对应孔位对光纤预制棒进行直径测量并实时反馈PLC控制器，温度探测器通过温度测量口15发射的红外线穿过保温层6开设的对应孔位对加热器5测温并实时反馈PLC控制器，在中心管4持续加热的过程中，当温度探测器监测到加热器5升温至设定温度而光纤预制棒变软时，PLC控制器驱动可滑动夹头以一定速度下滑拉伸光纤预制棒，在光纤预制棒拉伸过程中，直径测量仪实时监测反馈拉伸中的光纤预制棒直径，光阑8通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据相应地调整开度，使光阑8的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，减小外部空气或杂质通过下炉口进入拉伸炉内部的可能性，保证拉伸后的芯棒表面光洁和延长石墨件的使用寿命，待光纤预制棒直径拉伸至目标直径后，PLC控制器停止驱动可滑动夹头运动，光纤预制棒拉伸完成，停止供电和通冷却水，将下部密封管9重新安装在下炉口7上，继续通密封气体进行吹扫，维持加热器5和保温层6干燥，然后下按气动开关，打开炉盖2即可取出目标直径的光纤预制棒。

优化地，所述密封气体为氮气。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种光纤预制棒拉伸炉，包括炉体（1），其特征在于，所述炉体（1）的上方设置有炉盖（2），所述炉盖（2）的上方设置有上炉口（3），所述的炉体（1）中部设置有中心管（4），所述中心管（4）的外壁上安装有加热器（5），所述的中心管（4）与炉体（1）之间设有保温层（6），所述的炉体（1）下方设置有下炉口（7），所述的下炉口（7）下方依次安装有光阑（8）和下部密封管（9），所述上炉口（3）、炉盖（2）、中心管（4） 、下炉口（7）、光阑（8）和下部密封管（9）的中空部位相导通，所述上炉口（3）、炉体（1）和下炉口（7）上均设置有进水口（10）、出水口（11）和通气孔（12）。

2.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的上炉口（3）与炉盖（2）、炉体（1）与下炉口（7）之间均通过各自预留的螺纹孔拧入螺钉装配固定，且上炉口（3）、炉体（1）和下炉口（7）均通过不锈钢焊接后抛光打磨，以保证整个拉伸炉的全完密封。

3.根据权利要求2所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的炉盖（2）通过气缸（13）开启或关闭，所述的气缸（13）安装于炉盖（2）与炉体（1）之间，下按气动开关，可开启炉盖（2）检修或观察炉内状态。

4.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的炉体（1）壳体外壁上对称设置有两个电极棒（14），所述的电极棒（14）前端伸入炉体（1）内，所述的电极棒（14）为铜质电极棒，所述的铜质电极棒与电缆连接，对加热器（5）直流供电，所述铜质电极棒的中部后端也开设有进水口（10）和出水口（11），通过所述进水口（10）和出水口（11）对铜质电极棒供应循环冷却水进行降温或通过炉体（1）上的进水口（10）和出水口（11）对炉体（1）外壁与内壁间的中空层供应循环冷水进行降温，可避免铜质电极高温融化或避免在加热过程中拉伸炉因高温而损坏。

5.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的中心管（4）、加热器（5）和保温层（6）均采用石墨件制作，所述的中心管（4）为石墨中心管，所述的加热器（5）为石墨加热器，所述的保温层（6）为石墨保温层，所述石墨中心管的内壁上端设置有夹持光纤预制棒的夹具，所述石墨中心管的内壁下端设置有拉伸光纤预制棒的可滑动夹头，所述石墨中心管的内腔容置光纤预制棒；所述石墨加热器由电极棒（14）直流供电，可无极调节发热功率和温度，使拉伸炉的温度可控性好；所述石墨保温层赋予炉体（1）良好的导热性和耐高温性，使拉伸炉传热快、受热均匀、可耐热3000℃，节能降耗，所述的石墨保温层表面还镀有碳化镀层，以防止石墨保温层表面磨损，有效延长其使用寿命。

6.根据权利要求1或5所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的炉体（1）上分别开设有三个孔洞，温度测量口（15）、直径测量口（16）和电极棒安装口（17）分别焊接于三个孔洞外侧，所述的温度测量口（15）可安插温度探测器，所述温度探测器发射的红外线可穿过保温层（6）开设的对应孔位对加热器（5）测温，所述的直径测量口（16）可安插直径测量仪，所述直径测量仪发射的激光穿过保温层（6）开设的对应孔位对光纤预制棒进行直径测量，所述温度探测器和直径测量仪均与PLC控制器相连，所述的PLC控制器控制驱动可滑动夹头运动，所述PLC控制器还依次与光阑（8）和直径测量仪相连，连接板（18）通过固定螺钉垂直固定于所述电极棒安装口（17），螺纹卡套（19）与连接板（18）焊接为一体，所述电极棒（14）插于螺纹卡套（19）中且电极棒（14）上套有密封圈（20），套合螺母（21）旋入螺纹卡套（19）压紧密封圈（20），所述密封圈（20）形变使电极棒（14）牢牢固定于螺纹卡套（19）内。

7.根据权利要求6所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的电极棒（14）前端保温层（6）中开设有一段中空区，所述中空区中安装有陶瓷绝缘套筒（22），所述加热器（5）与电极棒（14）通过所述陶瓷绝缘套筒（22）与保温层（6）绝缘。

8.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的光阑（8）为电动光阑，所述的电动光阑可通过直径测量仪反馈的光纤预制棒直径数据调整开度，使得拉伸炉在拉伸制备不同尺寸的芯棒时光阑（8）的开度与光纤预制棒的尺寸保持一致，减小外部空气或杂质通过下炉口（7）进入拉伸炉内部的可能性，延长石墨件的使用寿命。

9.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒拉伸炉，其特征在于：所述的上炉口（3）、炉体（1）和下炉口（7）的通气孔中通入密封气体，高速流过的密封气体通过在上炉口（3）和下炉口（7）形成气封圈，可避免芯棒拉伸过程中空气混入炉体（1）内而氧化石墨件，炉体（1）中通入的密封气体可维持拉伸炉内部处于正压状态。