CN210885814U - 一种光纤拉丝冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种光纤拉丝冷却系统，其包括冷却管体、冷却油循环装置、气体循环装置，冷却管体包括供光纤通过的内腔和形成于冷却管体管壁内的环形空腔，冷却管体的两侧分别开设多个进气通道和泄气通道，进气通道和泄气通道与内腔相连通，冷却管体的内壁上设置多个引导片，引导片关于冷却管体的中心轴线呈轴向对称分布，在竖直方向上，进气通道、泄气通道位于相邻的两个引导片之间，冷却油循环装置通过冷却油管与环形空腔的上端和下端连接，构成冷却油循环系统，气体循环装置通过气体管道与进气通道和泄气通道连接，构成气体循环系统。该冷却系统提高了光纤的冷却效率，并降低了冷却介质的使用量，降低了光纤拉丝的生产成本。

Description

一种光纤拉丝冷却系统

技术领域

本实用新型涉及光纤制造领域，尤其涉及一种光纤拉丝冷却系统。

背景技术

通信光纤的制造分为制棒和拉丝两道工序。其中，光纤拉丝是由拉丝机将预制棒加高温融熔而拉成外径为125μm的光纤的过程。具体地，把预制棒装在拉丝机顶端的加热炉中，炉温升至约2200℃时，棒体尖端的粘度变低，靠自重逐渐下垂变细成为裸光纤，裸光纤通过激光测径监测仪，然后进入涂覆固化系统。

当光纤高速拉丝时，从拉丝炉出来的光纤温度较高，一般在1600℃～2000℃之间，如果将拉丝炉出来的光纤直接进入涂覆系统，会造成光纤涂覆异常，进而影响光纤传输性能，因此为了降低进入涂覆系统前光纤表面的温度，提高光纤涂覆效率，往往会在拉丝炉和涂覆系统中间增加冷却装置，强制光纤快速冷却。

目前普遍应用的光纤冷却装置主要由冷却管体、冷却水管以及冷却水循环装置构成，冷却管体内通入氦气、氩气等惰性气体。该装置虽然能够降低光纤进入涂覆系统前的温度，但是由于冷却水管的温度只能维持在0℃～20℃，因此需要增大惰性气体流量来实现良好的制冷效果，这无疑增大了光纤拉丝的生产成本。

公开号为CN108002697A的中国专利申请提出一种在线冷却的喷雾式冷却装置，气通过使用低温液体替代常温的水对冷却装置进行冷却，其中低温液体主要包括液氮、液氧、液态二氧化碳、液化空气等。该专利申请虽然能使得冷却管环境温度维持在较低的范围内，但是由于低温液体的导热系数很低，因此在一定程度上会降低光纤的冷却效率。

公告号为CN104496170B的中国专利提出一种采用H2的光纤拉丝冷却装置，H2具有高于惰性气体的导热系数，因此该装置具有良好的制冷效果，但为了预防H2泄露而造成安全事故，该装置除了需要具备完善的配套设备，还需要对厂房进行重新设计，如此一来增大了光纤的生产成本。

发明内容

为解决现有技术的问题，本实用新型旨在提出一种光纤拉丝冷却系统，对现有的光纤拉丝冷却装置进行优化，提高了光纤的冷却效率，同时也降低了冷却介质的使用量，大大降低了光纤拉丝的生产成本。

为实现上述目的，本实用新型的光纤拉丝冷却系统包括冷却管体、冷却油循环装置、气体循环装置，冷却管体包括供光纤通过的内腔和形成于冷却管体管壁内的环形空腔，冷却管体的两侧分别开设多个进气通道和泄气通道，进气通道和泄气通道与内腔相连通，冷却管体的内壁上设置多个引导片，引导片关于冷却管体的中心轴线呈轴向对称分布，在竖直方向上，进气通道、泄气通道位于两个相邻的引导片之间，冷却油循环装置通过冷却油管与环形空腔的上端和下端连接，构成冷却油循环系统，气体循环装置通过气体管道与进气通道和泄气通道连接，构成气体循环系统。

进一步地，进气通道和泄气通道的延伸方向与内腔的延伸方向相交。

进一步地，引导片包括第一金属片和第二金属片，两者的尺寸不同，在水平方向上，第一金属片、第二金属片关于冷却管体的中心轴线分别呈轴向对称分布，在竖直方向上，第一金属片和第二金属片交错地分布在内壁上。

进一步地，第一金属片和第二金属片从冷却管体内壁向着内腔中心且向下延伸，呈倾斜状态。

进一步地，第一金属片和第二金属片均匀地分布在冷却管体内壁上，在水平方向上，进气通道与泄气通道一一对应。

进一步地，沿竖直方向，每个进气通道和泄气通道位于相邻的第一金属片和第二金属片之间。

进一步地，冷却油循环装置包括依次连接的储油箱、油冷机、冷油泵，储油箱与环形空腔的下端相连通，冷油泵与环形空腔的上端相连通。

进一步地，还包括气体流量控制装置，气体流量控制装置连接在进气通道与气体循环装置之间，气体循环装置包括依次连接的气体缓冲箱、气体净化机、冷冻机、干燥机。

本实用新型的光纤拉丝冷却系统具有如下有益效果：

(1)本实用新型提出的光纤拉丝冷却系统采用新型的冷却管体，该冷却管体内增设引导片，再结合进气通道和泄气通道的设置，使得进入内腔的冷却气体形成环流，环流气体在流动过程中不断地与冷的管体内壁接触，间接地增大了热交换面积，提高了冷却效率，另外，环流的气体运动方式提高了冷却气体的利用率，降低了气体使用量，节约了成本；

(2)本实用新型采用气体冷却和油液冷却两种方式，冷却气体直接对光纤进行冷却，冷却油对冷却管体进行冷却，并且能降低吸收了热量的冷却气体的温度，间接地对光纤进行冷却，这两种冷却方式相互作用，共同对冷却，极大地提高了冷却效果。

(3)采用油冷代替传统的水冷方式，制冷温度更低，能使得冷却管体维持在-100℃～-200℃范围内，且冷却油的热交换速率快，可以大幅度提高了光纤的冷却效果，从而可以实现缩短冷却距离，提升拉丝速率的目的；

(4)由于冷却气体质轻，吸收热量后升至冷却管体顶部，通过冷却管体侧壁上方的泄气通道能快速地排出热气体，并将热气体传送至气体循环装置后，经制冷后再次传送至冷却管体内腔，实现了冷却气体的循环利用，节约生产成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描写和阐述。

图1是本实用新型首选实施方式的光纤拉丝冷却系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本实用新型的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型首选实施方式的光纤拉丝冷却系统包括冷却管体1、冷却油循环装置2、气体循环装置3，冷却油循环装置2和气体循环装置3与冷却管体1连接，用于降低光纤的温度。

冷却管体1包括供光纤通过的内腔11和形成于冷却管体管壁内的环形空腔12，环形空腔12围绕内腔11。光纤10从拉丝炉口出来，进入冷却管体内腔11。

冷却管体1的两侧分别开设多个进气通道13和泄气通道14，两者均与内腔11相连通。进气通道13使得冷却气体能进入内腔11，对光纤进行冷却；泄气通道14使得冷却气体在吸收热量后能流出内腔11。进气通道13和泄气通道14的延伸方向与内腔11的延伸方向相交。优选地，进气通道13和泄气通道14的延伸方向与内腔11的延伸方向相垂直，并且进气通道13和泄气通道14等间距地分布在冷却管体1的两侧，且两者一一对应，也即，在水平方向上，进气通道13和泄气通道14对齐，有利于气体排出。

冷却管体1的内壁上设置多个用于引导气流流向的引导片4，引导片4关于冷却管体1的中心轴线X呈轴向对称分布。具体地，引导片4包括第一金属片41和第二金属片42，两者的尺寸不同。在本实施例中，第一金属片41的尺寸大于第二金属片42具体地说，第一金属片41比第二金属片42长。在水平方向上，第一金属片41和第二金属片42分别关于中心轴线X轴向对称，即在同一水平方向上，两个第一金属片41对齐，两个第二金属片42对齐；在竖直方向上，第一金属片41和第二金属片42交错分布，即第一金属片41和第二金属片42相邻。优选地，第一金属片41和第二金属片42等间距地分布在内壁上。在竖直方向上，进气通道13、泄气通道14位于相邻的两个引导片4之间，也即位于相邻的第一金属片41和第二金属片42之间。

本实用新型采用长短相间的金属片设计，有效地降低了交换气体的运动速率，延长气体在冷却管内的停留时间，一方面增强了冷却效果，另一方面降低了气体消耗成本。与相同尺寸的金属片相比，不同尺寸的金属片设计在冷却效果和成本方面具有明显优势。

第一金属片41和第二金属片42从冷却管体内壁向着内腔中心轴线X且向下延伸，呈倾斜状态，倾斜角度α为30°～70°。

在本实施例中，优选地，冷却管体1的内径为15～30mm，与该冷却管体尺寸匹配地，引导片4的长度为3～6mm，引导片4的数量总共有10～30个，这样的设计使得该冷却管体既不影响光纤的拉丝，又具有较好的冷却效果。在其他实施方式中，引导片的尺寸和数量可以根据冷却管体的尺寸而定。

冷却油循环装置2包括依次连接的储油箱21、油冷机22、冷油泵23，储油箱21通过冷油管24与环形空腔12的下端连接，冷油泵23通过冷油管24环形空腔12的上端连接。因此，冷却油循环装置2和环形空腔12构成冷却油循环系统。油冷机22用于对冷却油进行冷却，将其冷却为-100℃～-200℃的超冷油。冷油泵23将超冷油泵入环形空腔12，通过冷却管体1的内壁与内腔11内的高温进行热交换，从而降低内腔温度。环形空腔12内的冷却油在吸收热量后回到储油箱21中，经油冷机22冷却后，又形成超冷油，并再次被泵入环形空腔12，从而实现对内腔11及光纤10的循环冷却。优选地，冷却油采用硅油，硅油是热导系数较高的热传导介质，其热交换速率快，可以大幅度提高了光纤的冷却效果。

气体循环装置3包括依次连接的气体缓冲箱31、气体净化机32、冷冻机33、干燥机34，干燥机34通过气体管道与进气通道13连接，气体缓冲箱31通过气体管道与泄气通道14连接。因此，气体循环装置3和内腔11构成气体循环系统。气体净化机32、冷冻机33、干燥机34分别对气体进行净化、冷却、干燥。优选地，冷却气体为氦气，因为氦气的质量较轻，在吸收了热量后会上升至内腔的顶部，再从冷却管体侧壁上方的泄气通道排出。

气体循环系统还包括气体流量控制装置，其连接在气体循环装置3和进气通道13之间，用于调节气体流量，保持冷却管体内腔中气体的稳定性。优选地，进气流速控制在3～8L/min之间。

冷却管体1的上端开口和下端开口处安装含有可变光栅叶片的气封装置5，用于调节和减少内腔11内冷却气体的泄露量。

利用上述光纤拉丝冷却装置对光纤拉丝进行冷却的方法，包括如下：

(1)先打开冷却油循环装置2和气体循环装置3，气体循环装置3对气体进行制冷，并将制冷后的冷却气体从进气通道13送入冷却管体内腔11，冷却油循环装置2对油液进行冷却，形成超冷油，并将超冷油送入冷却管体1的环形空腔12，同时光纤10从拉丝炉口出来，进入冷却管体内腔11；

(2)在引导片4的导流作用下，冷却气体在内腔11中形成环流，随着光纤向下拉丝，光纤带走环流中的部分冷却气体，该部分冷却气体与光纤发生热交换，热量从光纤传递到该部分冷却气体，成为热气体；

(3)冷却气体的质量比空气轻，并且内腔中温度升高，热气体往上运动，如图1中箭头所示，在向上运动过程中，一部分热气体与环流的冷却气体发生热交换，将热量传递给环流的冷却气体，另一部分热气体从泄气通道14进入气体循环装置3；

(4)环流的冷却气体吸收热量后，不断地与冷却管体内壁接触，与内壁进行热交换，将热量传递给内壁，保证环流气体的低温稳定性；

(5)冷却管体的内壁与环形空腔12中的超冷油进行热交换，将热量传递给超冷油，超冷油吸收热量后通过冷却油管24进入冷却油循环装置2，再次被冷却后循环使用。

上述具体实施方式仅仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，而并非对本实用新型的保护范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本实用新型所提供的文字描述、附图对本实用新型的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本实用新型的保护范畴。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种光纤拉丝冷却系统，其特征在于，包括：冷却管体、冷却油循环装置、气体循环装置，所述冷却管体包括供光纤通过的内腔和形成于冷却管体管壁内的环形空腔，所述冷却管体的两侧分别开设多个进气通道和泄气通道，所述进气通道和泄气通道与所述内腔相连通，所述冷却管体的内壁上设置多个引导片，所述引导片关于冷却管体的中心轴线呈轴向对称分布，在竖直方向上，所述进气通道、泄气通道位于两个相邻的引导片之间，所述冷却油循环装置通过冷却油管与所述环形空腔的上端和下端连接，构成冷却油循环系统，所述气体循环装置通过气体管道与所述进气通道和泄气通道连接，构成气体循环系统。

2.如权利要求1所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，所述进气通道和泄气通道的延伸方向与所述内腔的延伸方向相交。

3.如权利要求2所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，所述引导片包括第一金属片和第二金属片，两者的尺寸不同，在水平方向上，所述第一金属片、第二金属片关于所述冷却管体的中心轴线分别呈轴向对称分布，在竖直方向上，所述第一金属片和第二金属片交错地分布在内壁上。

4.如权利要求3所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，所述第一金属片和第二金属片从所述冷却管体内壁向着冷却管体的中心轴线且向下延伸，呈倾斜状态。

5.如权利要求4所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，所述第一金属片和第二金属片均匀地分布在所述冷却管体内壁上，在水平方向上，所述进气通道与泄气通道一一对应。

6.如权利要求4所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，沿竖直方向，每个所述进气通道和泄气通道位于相邻的第一金属片和第二金属片之间。

7.如权利要求6所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，所述冷却油循环装置包括依次连接的储油箱、油冷机、冷油泵，所述储油箱与所述环形空腔的下端相连通，所述冷油泵与所述环形空腔的上端相连通。

8.如权利要求6所述的光纤拉丝冷却系统，其特征在于，还包括气体流量控制装置，所述气体流量控制装置连接在所述进气通道与所述气体循环装置之间，所述气体循环装置包括依次连接的气体缓冲箱、气体净化机、冷冻机、干燥机。

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