CN102303950B - 一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法及其辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法及其辅助装置，辅助装置包括***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈，***套管套装在小直径延长棒下端，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈；将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至***套管随光纤预制棒进入发热腔，光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止。本发明确保拉丝炉与预制棒的间隙内具有始终稳定的气流，使预制棒能够稳定的全部被拉制成设定外径的光纤。从而有效提高光纤预制棒的利用率，降低光纤的制造成本。

Description

一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法及其辅助装置
技术领域
本发明涉及一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法及其辅助装置，属于通信光纤的制造加工技术领域。
背景技术
通常，光纤是在光纤拉丝炉内对光纤预制棒加热软化拉丝而成。随着预制棒制备技术的发展，预制棒直径尺寸已经由60到80mm增加至120到200mm不等，单根预制棒的拉丝长度也由三四百公里增加至数千公里。显然，随着预制棒外径的增大，在拉丝时将小直径的辅助延长棒或管与预制棒尾端相接能有效的提高预制棒的利用率，拉制出总长更长的光纤，从而降低光纤的制造成本。基于这种思想，在机械条件能够容忍范围之内，在预制棒的尺寸逐渐增大的前提下，尽可能降低延长棒或管的外径成为降低光纤拉丝成本的重要环节。
然而采用较小外径的辅助延长棒或管的预制棒在拉丝过程中，随着预制棒的逐渐消耗，辅助延长棒或管进入拉丝炉气密***，并最终进入拉丝炉的热区，当预制棒后段部分逐渐软化并被拉制成光纤，在最后端部逐渐缩小的情况下，发热体孔腔与预制棒最粗部分的间隙逐渐变大。实验显示，随着这种间隙的逐渐变大，预制棒锥部的气流稳定性变差，从而使发热体与预制棒间的对流导热热量波动增大，玻璃黏度随之产生波动，最终导致光纤的包层直径发生波动而且超过质量要求。比如对于常规125微米光纤，包层直径波动由±1微米以内增大至±2到±3微米甚至更大，这种波动大的大小取决于预制棒最后端部以及辅助延长棒或管的外径的大小，或者说取决于预制棒后部最粗部分与发热体间的间隙的大小。
在已经公开的专利文献中，已经存在一些解决上述原因造成的光纤包层直径波动问题的方法。中国专利CN 1315927A公开了一种光纤的制造方法，在拉丝炉的上方安装一个预制棒收容筒，当预制棒部分进入拉丝炉后，通过控制收容筒和延长尾棒间气体温度与拉丝炉内气体温度差来减少收容筒内气体与拉丝炉内气体的对流，从而减少预制棒锥部的气流波动以控制光纤的包层直径波动，该方法设备和工艺复杂，制作成本高。中国专利CN 1156697A公开了一种光纤制备技术，在尾棒上上挂一组累加长度大于50mm，外径与预制棒外径相差小于0.5mm的套管，该方法具有如下缺点：接触预制棒的套管在拉丝结束部分在高温热区内会融化而无法重复使用，而且具有易坠入炉中的危险，另一方面对套管的外径要求过于严格，给规模化生产和使用带来不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种能使大尺寸光纤预制棒的后续拉丝质量保持稳定的拉制光纤的方法及其辅助装置，他能有效提高光纤预制棒的利用率，降低光纤的制造成本。
本发明为解决上述提出的问题所采用的拉制光纤方法的技术方案为：
包含如下步骤：
在大尺寸光纤预制棒末端熔接小直径延长棒(或者延长管)；
在小直径延长棒下端与大尺寸光纤预制棒的联接处套装辅助装置，所述的辅助装置包括***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈，所述的***套管套装在小直径延长棒下端，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈；
将套装好辅助装置的光纤预制棒放入拉丝炉进行装夹，使小直径延长棒的上部与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固，通过进给机构将光纤预制棒调整到位，大尺寸光纤预制棒的前端进入拉丝炉发热腔；
将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；
通过发热腔发热软化光纤预制棒的前端，从软化的前锥端连续拉制出所需直径的光纤；
拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至***套管随光纤预制棒进入发热腔，浮动密封挡圈被推送至***套管的上方，大尺寸光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止。
按上述方案，所述的***套管上端设置外径大于发热腔内径的轴肩，***套管随棒进给时通过轴肩将其上端止挡在发热腔入口的上端面，***套管轴肩下方紧靠惰性气体输送口，小直径延长棒相对***套管和上密封挡圈继续下移将大尺寸光纤预制棒尾端继续向拉丝炉的发热腔进给，直至拉丝结束。
按上述方案，所述的大尺寸光纤预制棒的外径大于或等于120mm；通常为120～200mm。
按上述方案，所述的小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒同轴线联接，小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒的外径之差大于或等于25mm。
本发明大尺寸光纤预制棒拉制光纤辅助装置的技术方案为：包括***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈，所述的***套管为直筒形，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，上端设置外径大于发热腔内径的轴肩，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈。
按上述方案，所述的浮动密封挡圈通过内孔与***套管外周滑动配置；所述的上密封挡圈通过内孔与小直径延长棒外周滑动配置。
按上述方案，所述***套管的轴肩以下的轴向长度大于浮动密封环轴向厚度与拉丝炉发热腔上方最下一个气体喷射口到发热腔上端面的长度之和L1。
按上述方案，所述***套管的轴肩以下的轴向长度小于浮动密封环轴向厚度与发热腔上端面到发热体顶部的长度之和L2。
按上述方案，所述的***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈均由耐高温玻璃或陶瓷制备而成。
本发明的有益效果在于：1、采用小直径的延长棒或管与大尺寸光纤预制棒的尾端相接，使得具有较高成本的大尺寸光纤预制棒部分能够完全被拉制成合格的光纤，从而大大提高了预制棒的利用率，拉制出总长更长的光纤，降低光纤的制造成本；2、通过在大尺寸光纤预制棒与小直径延长棒的联接处套装辅助装置，在拉丝过程中，能在预制棒软化变形的区域提供稳定的气流，即保护拉丝炉内的石墨元件不被氧化，又使光纤具有稳定的包层直径和筛选强度，使大尺寸光纤预制棒的后续拉丝质量保持稳定，避免了因为包层直径波动大于质量要求而报废；3、本发明无需对拉丝炉进行改造，使用和操作方便灵活，确保拉丝炉内良好的气密性；4、辅助装置结构简单，设置合理，而且能够重复使用。
附图说明
图1为本发明拉丝过程一个实施例的剖视结构图。
图2为本发明拉丝结束阶段的剖视结构图。
图3至5为本发明大尺寸预制棒与小直径延长棒的几种焊接方式结构图。
图6为本发明一个实施例中拉丝炉的剖面结构图。
图7至9为本发明的拉丝炉中气体喷射口的三种结构剖面图。
图10为本发明辅助装置一个实施例的剖面结构图。
图11为本发明辅助装置进入拉丝炉发热腔的位置关系结构图。
图12为本发明采用辅助装置套装于150mm外径延长棒和200mm外径预制棒拉丝时裸光纤直径延拉丝长度的光纤直径波动分布图，裸光纤直径波动合格范围为125+-1um。
图13为不采用辅助装置直接拉丝，在拉丝过程的最后550km左右时光纤直径波动逐渐变宽直至超标的直径波动分布图。
具体实施方式
以下通过实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的拉丝方法适合于直径为120～200mm或大于200mm的大尺寸光纤预制棒，如图3至5所示，所述大尺寸光纤预制棒12在尾部焊接有外径小于预制棒外径的小直径延长棒11或延长管，构成相联成一体的光纤预制棒1，所述小直径延长棒或者延长管为石英玻璃，在高温下与大尺寸光纤预制棒12熔接在一起，所述小直径延长棒的外径小于预制棒最大值，其目的在于减少拉丝过程中辅助材料的消耗，同时提高预制棒的玻璃利用率，而且由于辅助玻璃材料外径变小，使得焊接变得容易，从而也降低了焊接成本。本实施例中提供的小直径延长棒外径与大尺寸光纤预制棒直径的差值为30～80mm。所述的小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒同轴线联接，大尺寸光纤预制棒12与小直径延长棒11的对接方式一般有平直对接，过渡锥对接或过度圆弧对接。
如图1、图10所示，在小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒同轴线联接后，在小直径延长棒下端与大尺寸光纤预制棒的联接处套装辅助装置4，所述的辅助装置包括***套管41、浮动密封挡圈43和上密封挡圈42，所述的***套管为直筒形，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，上端设置外径大于发热腔内径的轴肩，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈；所述的浮动密封挡圈通过内孔与***套管外周保持较紧密的滑动配置；所述的上密封挡圈通过内孔与小直径延长棒外周保持较紧密的滑动配置。所述的***套管套装在小直径延长棒下端，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设上密封挡圈。
在套装上辅助装置后，将套装好辅助装置的光纤预制棒放入拉丝炉进行装夹，使小直径延长棒的上部与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固，通过进给机构将光纤预制棒调整到位，大尺寸光纤预制棒的前端进入拉丝炉发热腔；将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；通过发热腔发热软化光纤预制棒的前端，采用常规光纤拉丝方法从软化的前锥端连续拉制出所需直径的光纤2；拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至***套管随光纤预制棒进入发热腔，浮动密封挡圈被推送至***套管的上方，大尺寸光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止。后续阶段，***套管随棒进给时通过轴肩将其上端止挡在发热腔入口的上端面，***套管轴肩下方紧靠惰性气体输送口，小直径延长棒相对***套管和上密封挡圈继续下移将大尺寸光纤预制棒尾端继续向拉丝炉的发热腔进给，直至拉丝结束。
本发明的拉丝设备包括发热腔内径大于大尺寸光纤预制棒外径的拉丝炉3，如图6所示拉丝炉的剖面图，其特点在于在发热腔的上部设置有气体喷射装置。该拉丝炉的发热元件31为筒状高纯度石墨材料，在石墨材料的外侧环绕隔热材料32以避免热量向外侧逸散，35为感应线圈，工作过程中在发热体31内形成环状感应电流并发热。在拉丝过程中，拉丝炉发热体的温度达到2000度以上，在高温下，石墨材料必须在惰性的环境中确保其不会被氧化烧毁。所述在热区的上部安装了气体喷射装置33，提供惰性气体，是拉丝过程中预制棒与石墨件维持稳定的惰性环境，既保护石墨件不被烧毁，又保证光纤具有稳定的筛选强度。安装于拉丝炉热区上部的气体喷射装置与发热元件成同心的环形，气体喷射装置的喷射口可以是均匀分布的孔状，狭缝形，也可以是全开放的环形缝，分别如图7至9所示。本发明中光纤预制棒在拉丝过程中开始软化变形的起始位置34处于感应线圈35上沿。
本发明提供的的辅助装置所起的气密作用能使所述拉丝炉稳定连续拉丝至大尺寸光纤预制棒完全消耗且产出光纤包层直径波动在质量指标范围内。安装于***套管外的浮动密封挡圈43和***套管上方的上密封挡圈42可设置1～2个，上下叠合，所述的***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈均由耐高温玻璃或陶瓷制备而成。
当预制棒逐渐消耗变短时，***套管随棒一起进入拉丝炉发热腔，而安装于***套管***的浮动密封挡圈43被止挡搁置在发热腔入口的上端面，通过控制浮动密封挡圈43与***套管的间隙实现稳定的气密作用，拉丝继续进行，到***套管的下端接近发热腔的上沿时，***套筒上端的轴肩部分将搁置在浮动密封挡圈上，小直径延长棒相对***套管和上密封挡圈继续下移，此时安装于***套管上方的上密封挡圈42起到气体密封的作用。
本发明方法的特点在于***套管随延长棒一起进入拉丝炉气密***中，填充了由于延长棒外径变小与拉丝炉腔体间增大的间隙，稳定了预制棒软化形变部分与发热体之间气体流动的稳定性，使得发热体与预制棒间具有持续稳定的对流导热，确保光纤的包层直径波动较初始阶段没有明显变化。图12和13分别记录了150mm外径延长棒与200mm外径预置棒对接后采用气密辅助装置和不采用该装置时最后1000km所拉丝光纤的直径波动情况。如果不采用***式的辅助装置，所拉制光纤的玻璃直径在最后450km开始逐渐变大，并在倒数400km左右波动超过正负1微米，超过了光纤的质量指标。在400km以后持续变大，在结束部分已经超过正负2微米。而采用本发明中的辅助装置，在最后1000km的拉丝过程中没有任何波动，可以确保所有预置棒部分拉制的光纤的玻璃直径在指标要求范围之内。大大提高了预置棒的玻璃利用率和光纤的质量。
本发明的另一个特点在于***套管的长度，***套管轴肩以下部分的长度L0大于浮动密封挡圈43的轴向厚度与拉丝炉发热腔上方最下一个气体喷射口到发热腔上端面的长度之和L1。同时所述***套管的轴肩以下的轴向长度L0小于浮动密封环轴向厚度与发热腔上端面到发热体顶部的长度之和L2。既保证了气流的稳定性又确保***套管不被高温软化烧损，实现重复使用。
本发明另外一个特点在于***套管41外径小于大尺寸光纤预制棒外径，***套管的外径与大尺寸光纤预制棒外径的差值小于或等于20mm，同时***套管的外径与浮动密封挡圈的间隙控制在2mm以内；上密封挡圈42与小直径延长棒之间的间隙控制在2mm以内。

Claims (9)

1.一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法，其特征在于该方法包含如下步骤：
在大尺寸光纤预制棒末端熔接小直径延长棒；
在小直径延长棒下端与大尺寸光纤预制棒的联接处套装辅助装置，所述的辅助装置包括***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈，所述的***套管套装在小直径延长棒下端，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈；
将套装好辅助装置的光纤预制棒放入拉丝炉进行装夹，使小直径延长棒的上部与拉丝炉进给机构的卡盘相联紧固，通过进给机构将光纤预制棒调整到位，大尺寸光纤预制棒的前端进入拉丝炉发热腔；
将惰性气体输送到拉丝炉发热腔上部，以使惰性气体和光纤预制棒相遇，并产生在拉丝炉发热腔和光纤预制棒之间的间隙处流动的气体；
通过发热腔发热软化光纤预制棒的前端，从软化的前锥端连续拉制出所需直径的光纤；
拉丝过程中，进给机构缓慢将光纤预制棒进给进入发热腔，直至***套管随光纤预制棒进入发热腔，浮动密封挡圈被推送至***套管的上方，大尺寸光纤预制棒的有效沉积尾端被拉制成光纤为止。
2.如权利要求书1所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法，其特征在于所述的***套管上端设置外径大于发热腔内径的轴肩，***套管随棒进给时通过轴肩将其上端止挡在发热腔入口的上端面，***套管轴肩下方紧靠惰性气体输送口，小直径延长棒相对***套管和上密封挡圈继续下移将大尺寸光纤预制棒尾端继续向拉丝炉的发热腔进给，直至拉丝结束。
3.如权利要求书1或2所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法，其特征在于所述的大尺寸光纤预制棒的外径大于或等于120mm。
4.如权利要求书1或2所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的方法，其特征在于所述的小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒同轴线联接，小直径延长棒与大尺寸光纤预制棒的外径之差大于或等于25mm。
5.一种大尺寸光纤预制棒拉制光纤的辅助装置，其特征在于包括***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈，所述的***套管为直筒形，内孔与小直径延长棒相配置，外径小于大尺寸光纤预制棒外径，上端设置外径大于发热腔内径的轴肩，***套管的外周配置浮动密封挡圈，***套管的上端安设有内孔与小直径延长棒外周相配置的上密封挡圈。
6.按权利要求5所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的辅助装置，其特征在于所述的浮动密封挡圈通过内孔与***套管外周滑动配置；所述的上密封挡圈通过内孔与小直径延长棒外周滑动配置。
7.按权利要求5或6所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的辅助装置，其特征在于所述***套管的轴肩以下的轴向长度大于浮动密封环轴向厚度与拉丝炉发热腔上方最下一个气体喷射口到发热腔上端面的长度之和L1。
8.按权利要求5或6所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的辅助装置，其特征在于所述***套管的轴肩以下的轴向长度小于浮动密封环轴向厚度与发热腔上端面到发热体顶部的长度之和L2。
9.按权利要求5或6所述的大尺寸光纤预制棒拉制光纤的辅助装置，其特征在于所述的***套管、浮动密封挡圈和上密封挡圈均由耐高温玻璃或陶瓷制备而成。
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