CN2568651Y - 控制光纤拉丝过程气流稳定的装置 - Google Patents

Abstract

控制光纤拉丝过程气流稳定的装置，与光纤拉丝炉及其炉口气封不锈钢环(1相配合，在光纤拉丝的预制棒及把手熔接部位之上的把手位置设有一个石英罩杯(8)，石英罩杯的外径与预制棒外径相当，石英罩杯(8)的杯底设有略大于把手外径的孔。当预制棒及把手熔接部位进入拉丝炉后，石英罩杯替代不锈钢环起炉口气封作用，进而避免拉丝炉内气流方式及温度场的改变。

Description

控制光纤拉丝过程气流稳定的装置

一、技术领域

本实用新型属于光纤制造设备，尤其涉及一种光纤拉丝过程中预制棒及把手熔接部位进入拉丝炉时、对拉丝炉气流控制的装置。

二、技术背景

光纤预制棒是一种高纯度的石英玻璃棒，中心部位由于掺有用于改变玻璃光学折射率的掺杂成分而使得其折射率略高于外侧，目前所使用的光纤预制棒产品的直径普遍在60mm-70mm之间，而预制棒把手也是一种较高纯度的石英玻璃棒，为了降低生产成本，现阶段普遍采用直径45mm-50mm的石英棒作预制棒把手，熔接好的预制棒如图1所示。

预制棒及把手熔接部位进入拉丝炉过程中，由于直径的变化，拉丝炉内稳定的气流状态发生变化，从而改变了炉内的温度场分布，导致光棒的融化状态发生变化，在此过程中所拉制的光纤，往往会由于拉丝速度及拉丝张力的变化导致光纤的损耗均匀性指标变差，并伴随有其他的光纤质量问题。

当预制棒把手完全进入拉丝炉后，由于炉口处把手的直径又处于稳定状态，此时，炉内的气流和温度场又会处于一种新的稳定状态，但由于把手直径较预制棒细10mm-20mm，整体的气流及温度场已不同于原先把手未进入拉丝炉的状态，而是伴随着更多的气体流向上炉口，温度场有整体向上的漂移，所以，此后的拉丝张力会明显小于原先的张力(约0.1N)，而拉丝张力的变化会直接导致光纤的光学指标发生改变，所以需要调整拉丝炉的温度，以控制拉丝张力。

所以，在整个预制棒把手进入拉丝炉的过程中，需要不停地进行控制干预，以保证尽可能的拉丝工艺控制及光纤质量稳定，但根据拉丝生产实践证明，在此阶段，所拉制的光纤的整体光纤指标要明显地差于稳定拉丝过程中的所生产的光纤，特别是光纤的衰减变大，光纤的直径超出正常的控制范围(125±1um)。

另外，当预制棒把手进入拉丝炉后，由于炉口的空隙变大，由正常时的1mm-2mm，变为10mm以上，由于拉丝炉内的保护气体处于高温状态(2100℃以上)，其密度要低于空气，结果导致大量的炉内保护气体由炉口溢出，炉内的压力迅速下降，而保护气仍就在按原先设定的流量补充到拉丝炉内，当从拉丝炉上炉口溢出的保护气流量大于设定的补充流量时，空气就会从拉丝炉的下炉口进入到拉丝炉内，导致用于融化预制棒的拉丝炉石墨发热件发生异常氧化反应，即减少了石墨发热件的使用寿命，其氧化反应生成的颗粒物粘污光纤预制棒表面后，还将导致光纤的强度降低。

目前普遍采用的气流控制装置如下：

1、手熔接部位进入拉丝炉口过度段后，手动加半环，如图2所示。

采用这种方式也能较好地实现气流的稳定控制，但操作需要非常的谨慎和细致，由于此时预制棒及把手均处于高温状态，炉口处的温度约为1000℃，而炉内高温区的温度则有2100℃以上。故手动加环本身是一种危险性的作业。另外，加环过程中还需要防止碰触到预制棒的表面，否则将会产生光纤直径的一个异常点，而如果动作过快，也会非常容易导致光纤直径的失控。

该方式存在的一个致命缺陷是不能有任何的疏忽，如果因为操作者疏忽而忘记了加环操作，则会产生如前文所说的严重后果，即使是延误加环，也会导致相应一段光纤的质量下降。

1、采用等直径的预制棒把手。

采用这种方式能非常理想地解决拉丝过程中的控制稳定问题，但正如前文所述，采用等直径把手，意味着增加生产成本，而且，由于把手直径的增加，对光纤预制棒与把手熔接的工艺技术要求增加了许多，光纤预制棒及把手熔接操作复杂程度相应增加。

三、发明内容

本实用新型通过设计新型的石英罩杯，并改进炉口的用于气封的不锈钢环，配合使用，以达到稳定拉丝炉内的气流及温度场分布，当预制棒及把手熔接部位进入拉丝炉后，石英罩杯替代不锈钢环起炉口气封作用，进而避免拉丝炉内气流方式及温度场的改变。

控制拉丝过程气流稳定的装置，与光纤拉丝炉及其炉口气封不锈钢环相配合，在光纤拉丝的预制棒及把手熔接部位之上的把手位置设有一个石英罩杯，石英罩杯的外径与预制棒外径相当，石英罩杯的杯底设有略大于把手外径的孔。

本实用新型的改进是：石英罩杯的杯底由石英平板制成的圆环，且杯底石英平板的外径大于炉口气封不锈钢环的内径。

气封不锈钢环的改进主要在于在不锈钢环的一个侧面开一些导气槽。该改进型的气封不锈钢环结构如图4所示。

本实用新型装置的特点是，拉丝炉石墨的使用寿命平均提高了20％以上；把手进入拉丝炉过程中，光纤直径几乎没有任何波动，较好地控制在125±1um范围之内；把手入炉后的拉丝张力也没有发生任何变化，不再需要调节拉丝炉温度和保护气的流量。从光纤的测量结果看，把手入炉前后所拉制的光纤的各项指标均非常的稳定。

四、附图说明：

图1：熔接后的光纤预制棒示意图

     1、预制棒把手，2、预制棒

图2：手动加半环操作示意图

     1、预制棒把手，3、拉丝炉上炉口，4、拉丝炉体，5、拉丝炉延伸管，

     6、光纤、7、不锈钢半圆环，

图3：新型石英罩杯结构示意图

     8-1、石英玻璃圆筒，9、石英玻璃圆环

图4：不锈钢环结构示意图

     10、不锈钢圆环，11、导气槽

图5：预制棒把手入炉前拉丝炉状态示意图

     1、预制棒把手，2、预制棒，2-1、预制棒锥体，3、拉丝炉上炉口，

     4-1、拉丝炉石墨部件，4-2、拉丝炉炉体外壳，5、延伸管，6、光

     纤，8、新型石英玻璃罩杯，10、不锈钢环，

图6：预制棒把手入炉后拉丝炉状态示意图

     1、预制棒把手、3、拉丝炉上炉口，8、新型石英玻璃罩杯，10、不锈钢环，

五、具体实施方式

本实用新型的详细描述如下：该新型石英罩杯采用高纯度石英管材与板材制作而成，石英材料具有耐高温、挥发量小等优点，而且具有与光纤预制棒及把手相同的热膨胀系数。其结合部位使用氢氧火焰进行熔接，管材与板材的壁厚均为3mm，上圆板上开有一圆孔，孔径与预制棒把手匹配，一般圆孔的直径比预制棒把手大1mm左右，根据不同的预制棒把手系列，可制作一系列的孔径的罩杯与之匹配。另外，圆管的外径也与预制棒的直径进行匹配，按2mm进度制作一系列的石英罩杯备用。整个罩杯的高度约100mm，上圆环外径约100mm。石英罩杯的结构如图3所示。

在将熔接好的光纤预制棒安装在拉丝塔送棒机构夹具上之前，先将新型的石英罩杯沿预制棒把手放置在预制棒熔接部位，然后再将预制棒安装在送棒机构夹具上，校准预制棒的垂直度后，将石英罩杯扶正。

将预制棒调整到拉丝炉口的中心位置。

将改进型的气封不锈钢环平置于拉丝炉口，要求带导气槽面朝上，并将该不锈钢环调整到与拉丝炉口同心。

在预制棒把手熔接部位进入拉丝炉之前，预制棒及拉丝炉工作状态如图5所示。

当预制棒熔接部位进入拉丝炉过程中，也就是石英罩杯缓慢地与气封不锈钢环结合的过程，在此过程中，由于气封不锈钢环的上平面上开有导气槽，所以，在石英罩杯与气封不锈钢环接触的瞬间，仍能有效的保持拉丝炉上气流的层流状态，也就是说，拉丝炉内的工作状态不会因为石英罩杯与气封不锈钢环的瞬间接触而发生突变，光纤直径、拉丝速度等控制参数都能得以保持稳定。

之后，由于送棒机构继续匀速送棒，而石英罩杯则留在拉丝炉口，与气封不锈钢环一起，共同起抑制上气流的作用，并保持上气流的层流状态，由于不锈钢环的上平面导气槽的的截面积及石英罩杯与预制棒把手之间的间隙的面积之和与原先光棒与气封不锈钢环之间的间隙面积匹配，故预制棒熔接部位进入拉丝炉前后，上气流的流量没有发生变化，所以，拉丝炉内的气流及温度场都继续保持着原先的状态，直至将整个预制棒拉丝完毕。预制棒把手进入拉丝炉后的拉丝状态如图6所示。

图中箭头为气流方向。

Claims (3)

1、控制光纤拉丝过程气流稳定的装置，与光纤拉丝炉及其炉口气封不锈钢环(10)相配合，其特征是在光纤拉丝的预制棒(2)及把手(1)熔接部位之上的把手位置设有一个石英罩杯(8)，石英罩杯的外径与预制棒外径相当，石英罩杯(8)的杯底设有略大于把手外径的孔。

2、由权利要求1所述的控制光纤拉丝过程气流稳定的装置，其特征是气封不锈钢环(10)的上表面设有透气凹状的导气槽(11)。

3、权利要求1或2所述的控制光纤拉丝过程气流稳定的装置，其特征是石英罩杯(8)的杯底由石英平板制成圆环(9)，且杯底石英平板的外径大于炉口气封不锈钢环的内径。

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