CN109476522A - 玻璃管制造设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于玻璃管制造设备的钟形组装件,其包含钟头形组件和接连至该钟头形组件的支承件。所述支承件包含具有内孔和外表面的钟轴形组件、以及定位于钟轴形组件的内孔中的衬垫。热屏障沿着钟轴形组件的外表面延伸,且能够在玻璃管制造过程中减小钟轴形组件宽度上的温度变化。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月6日提交的题为《用于玻璃管制造的钟形组装件以及包含该钟形组装件的玻璃管制造设备》(Bell Assemblies for Glass Tubing Manufacturingand Glass Tubing Manufacturing Apparatuses Comprising the Same)的第62/332722号美国临时申请的优先权,其通过引用全文纳入本文。
背景
领域
本文所描述的实施方式总体上涉及用于由熔融玻璃形成玻璃管的管道制造设备,更具体而言,涉及管道制造设备所使用的钟形组装件(bell assembly)。
技术背景
使用玻璃管来生产玻璃制品(例如小瓶、套筒和注射器)需要玻璃管壁具有高水平的尺寸稳定性。例如,小瓶、套筒和注射器具有严格的尺寸要求,要求具有最小的同心度和壁厚变化。工业标准要求壁厚变化小于产品总壁厚的5%。然而,形成玻璃制品的玻璃管的尺寸变化可导致玻璃制品具有超出可接受容差范围的壁厚。这种尺寸变化可因为例如玻璃管制造工艺中的工艺不稳定或变化而导致。
因此,存在对于替代性玻璃管制造设备的需求,该玻璃管制造设备能够减小由其所形成的玻璃管中的尺寸变化。
发明概述
本文所描述的实施方式涉及钟形组装件设备,其具有增强的热尺寸稳定性,其能够减轻玻璃管生产过程中的侧滑损失(siding loss)。本文还描述了结合有钟形组装件设备的玻璃管形成设备,所述钟形组装件设备具有增强的热尺寸稳定性,以减少因玻璃管生产过程中在钟形组装件设备上发生的热变化而导致的玻璃输送罐输送孔口中钟形件的不希望的位移。
根据一种实施方式,玻璃管制造设备包含用于容纳熔融玻璃的玻璃输送罐。玻璃输送罐具有延伸穿过玻璃输送罐底部的输送孔口。配置成使熔融玻璃形成玻璃管的钟头形组件(bell head)至少部分定位于所述玻璃输送罐的所述输送孔口的下方。钟头形组件具有主体、钟头形组件外表面和壁,所述主体具有内部通道,所述壁由固态金属材料制成,且在内部通道与钟头形组件外表面之间延伸。钟头形组件的壁和钟轴形组件(bell shaft)由铂或铂合金制成。支承件连接至钟头形组件,且该支承件具有钟轴形组件和热屏障,所述钟轴形组件具有内孔和外表面,且所述热屏障围绕外表面的至少一部分定位。钟轴形组件从钟头形组件延伸穿过玻璃输送罐的输送孔口至钟轴形组件支承件。热屏障延伸穿过玻璃输送罐,但不延伸穿过输送孔口。热屏障包含外包层和隔热层,所述隔热层定位于外包层与钟轴形组件的外表面之间。钟轴形组件和热屏障的外包层由铂或铂合金制成。热屏障的隔热层由耐火材料制成。耐火材料可基本上不含有机化合物。热屏障可与钟轴形组件的外表面间隔开,例如,钟轴形组件的外表面与热屏障之间可存在空气间隙。
根据另一种方法,用于制造玻璃管的方法包括将熔融玻璃引入玻璃输送罐中。玻璃输送罐具有延伸穿过玻璃输送罐底部的输送孔口。该方法包括围绕钟头形组件拉制熔融玻璃从而形成玻璃管,所述钟头形组件至少部分位于输送孔口的下方。钟头形组件连接至包含钟轴形组件的支承件,所述钟轴形组件具有内孔和外表面。钟轴形组件从钟头形组件延伸穿过输送孔口和玻璃输送罐至钟轴形组件支承件。热屏障围绕钟轴形组件外表面的至少一部分延伸穿过玻璃输送罐,但不延伸穿过输送孔口(即,热屏障在输送孔口上方终止于玻璃输送罐中)。热屏障具有外包层和隔热层,所述隔热层定位于外包层与钟轴形组件的外表面之间。热屏障将钟轴形组件宽度上的平均温度变化保持在小于热屏障外包层宽度上的平均温度变化的20%。
根据另一种实施方式,用于玻璃管制造设备的钟形组装件包含配置成将熔融玻璃形成玻璃管的钟头形组件和连接至该钟头形组件的支承件。支承件包含具有内孔和外表面的钟轴形组件、定位于钟轴形组件内孔中的衬垫、以及沿钟轴形组件外表面延伸的热屏障。钟头形组件具有主体、钟头形组件外表面和壁,所述主体具有内部通道,所述壁由固态金属材料制成,且在内部通道与钟头形组件外表面之间延伸。钟头形组件的壁可由铂或铂合金制成。钟轴形组件也可由铂或铂合金制成。衬垫可由耐火材料制成。在一些实施方式中,耐火材料基本上不含有机化合物。热屏障可包含包层和隔热层,所述隔热层定位于包层与钟轴形组件的外表面之间。热屏障可与钟轴形组件的外表面间隔开。在一些实施方式中,在热屏障与钟轴形组件的外表面之间定位有空气间隙。
在以下的详细叙述中披露了本文所述的具有增强热尺寸稳定性的玻璃管形成设备的附加特征和优点,其中的部分内容对于本领域的技术人员而言,可以通过所述内容或通过实施本文所描述的实施方式包括以下的详细叙述、所附权利要求以及附图而变得显而易见。
应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解,附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式,且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1A是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的具有热屏障的钟形组装件的侧视图的示意图;
图1B是图1A中所示区段B-B的示意图,其显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的具有热屏障的钟形组装件的一个截面;
图1C是图1B中所示的标记为“1C”的圆形区域的示意图,其显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的钟头形组件、钟轴形组件和衬垫的放大图;
图1D是图1A中所示区段D-D的示意图,其显示了根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的热屏障的一个截面;
图2是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的具有钟形组装件的玻璃管制造设备的一个截面的示意图;
图3图示了具有“低刚度轴”的钟轴形组件与具有“高刚度轴”的钟轴形组件在挠曲上的比较;
图4图示了钟头形组件的挠曲随温度变化和钟轴形组件刚度的变化情况;
图5A是不含热屏障的钟轴形组件的温度变化(ΔT)截面的示意图;以及
图5B是根据本文所示和描述的一种或更多种实施方式的具有热屏障的钟轴形组件的温度变化(ΔT)截面的示意图。
发明详述
下面对用于使用本文所述的钟形组装件来形成玻璃管的各种玻璃管制造设备和方法进行详细描述,其例子在附图中示出。只要可能,在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的构件。玻璃管制造设备的一种实施方式示于图2中。根据一种实施方式,玻璃管制造设备可包含用于容纳熔融玻璃的玻璃输送罐。玻璃输送罐可具有延伸穿过玻璃输送罐底部的输送孔口。玻璃管制造设备还可包含配置成将熔融玻璃形成玻璃管的钟头形组件。钟头形组件可至少部分定位于玻璃输送罐的输送孔口的下方。钟头形组件可以是固态钟头形组件。即,钟头形组件可具有主体、钟头形组件外表面和固态壁,所述主体具有内部通道,所述壁由金属材料制成,且在内部通道与钟头形组件外表面之间延伸。钟头形组件的壁和钟轴形组件可由铂或铂合金制成。玻璃管制造设备还可包含连接至钟头形组件的支承件。支承件可具有钟轴形组件和热屏障,所述钟轴形组件具有内孔和外表面,且所述热屏障围绕外表面的至少一部分定位。钟轴形组件从钟头形组件延伸穿过玻璃输送罐的输送孔口至钟轴形组件支承件。在一些实施方式中,热屏障延伸穿过玻璃输送罐,但不延伸穿过输送孔口。即,热屏障在到达输送孔口之前终止于玻璃输送罐中。热屏障可包含外包层和隔热层,所述隔热层定位于外包层与钟轴形组件的外表面之间。钟轴形组件和热屏障的外包层可由铂或铂合金制成。热屏障的隔热层由耐火材料制成。耐火材料可基本上不含有机化合物。热屏障可与钟轴形组件的外表面间隔开。例如,在钟轴形组件的外表面与热屏障之间可存在间隙,例如空气间隙。下面将具体参考附图对钟形组装件、包含钟形组装件的玻璃管制造设备及其使用方法进行进一步详细描述。
本文中,范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。表述这样的范围时,另一种实施方式包括自所述一个具体值始和/或至所述另一具体值止。类似地,用先行词“约”将数值表示为近似值时,应理解该具体值构成另一种实施方式。还应理解的是,每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
本文所用的方向术语,例如上、下、左、右、前、后、顶、底,仅仅是参照绘制的附图而言,并不用来暗示绝对的取向。
除非另有表述,否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序来进行或者需要利用任意设备、特定朝向来进行。因此,当一种方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序、或者任意设备权利要求实际上没有陈述各个组件的顺序或取向、或者未在权利要求或说明书中特别陈述这些步骤受限于特定顺序、或者未陈述设备组件的特定顺序或取向时,无意在任何方面推测一种顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础,包括:涉及步骤、操作流程、组件顺序或组件取向的安排的逻辑问题;由语法组织或标点派生的明显含义问题;以及说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
除非上下文另外清楚地说明,否则,本文所用的单数形式“一个”“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此,例如,提到的“一种/个”组件包括具有两种/个或更多种/个这类组件的方面,除非文本中有另外的明确表示。
用于制造玻璃管的一种方法是维洛法(Vello process)。维洛法可用于通过在使气体(例如空气)流过具有已知直径的钟头形组件的同时使熔融玻璃围绕该钟头形组件流动来形成玻璃管。利用钟形支承件将钟头形组件定位且支承于容纳熔融玻璃的玻璃输送罐的开口中。钟形支承件还用于向钟头形组件供给气体。钟头形组件结合流动气体一起将熔融玻璃形成具有所需壁厚度的玻璃管。
仪器中的热波动和/或机械扰动可导致钟头形组件相对于开口的移动。该移动可导致玻璃管壁厚度发生变化。玻璃管截面上最小壁厚度与最大壁厚度之间的差异被称为“侧滑”,而沿玻璃管长度的最小壁厚度与最大壁厚度之间的变化可被称为侧滑变化。钟头形组件的过多移动可导致玻璃管具有大于预定容差的侧滑变化。即,所得玻璃管的壁厚度超出规格。这种管件必须丢弃,导致制造效率的降低和制造成本的增加。因侧滑超出侧滑规格极限而移除和丢弃的玻璃管的数量被称为“侧滑损失”。
此外,熔融玻璃的高温可导致钟形支承件金属材料的劣化,例如剥落、氧化和起泡。因金属材料劣化而产生的碎片可由流动气体携带穿过钟形支承件和钟头形组件,进入所得玻璃管的软质玻璃中。该碎片可嵌入玻璃中,产生可导致玻璃管的全部或一部分被丢弃的内包缺陷,降低制造效率,增加制造成本。
本文所描述的实施方式提供了具有钟形组装件的玻璃管制造设备,其能够降低由其形成的玻璃管的侧滑损失。本文所描述的钟形组装件的一些实施方式还可减轻利用玻璃管制造设备形成的玻璃管中的内包缺陷。
现在参考图1A~1D,图1A~1D示意性地图示了钟形组装件10的一种实施方式。钟形组装件10可用于玻璃管制造设备20(图2)中,以帮助玻璃管的形成。钟形组装件10一般包含钟头形组件100和支承件120。钟头形组件100具有具有内部通道104的钟头形组件主体102、钟头形组件外表面106和钟头形组件根部107。钟头形组件壁108在内部通道104与钟头形组件外表面106之间延伸。钟头形组件壁108由适合在玻璃管制造过程中所经历的升高温度下使用的固态金属材料制成。合适的材料包括但不限于铂或铂合金,例如80-20铂-铑合金和70-30铂-铑合金、铂-金合金、如铂包钼这样的铂包耐火金属和如铂包钼合金这样的铂包耐火金属合金。
如本文所述,钟头形组件100将熔融玻璃形成玻璃管。更具体而言,熔融玻璃流过钟头形组件外表面106,以使熔融玻璃在离开钟头形组件100时形成管件。因为熔融玻璃与钟头形组件外表面106直接接触,钟头形组件外表面106上的任何缺陷或瑕疵都可能被引入所得玻璃管的内表面中。在本文所描述的实施方式中,钟头形组件外表面106可具有约1至10微英寸Ra(例如约2至4微英寸Ra)的表面光洁度,以减轻所得玻璃管内表面上缺陷的形成。
钟头形组件外表面106可具有上半部分106a和下半部分106b,且钟头形组件根部107可具有根部直径Dr。根部直径Dr可随目标玻璃管内径(未图示)以及钟头形组件外表面106上的玻璃流速而变化。外表面106的下半部分106b可相对于垂直(即,相对于图中所示坐标轴Z轴)具有负倾斜或角度(图1C中标记为θ)。在一些实施方式中,负倾斜角度θ小于或等于21°,以最小化或减轻钟头形组件外表面106上的不稳定气流。
仍然参考图1A~1D,支承件120与钟头形组件100相连,且一般包含钟轴形组件122,所述钟轴形组件122具有内孔124和外表面126。内孔124与钟头形组件100的内部通道104流体相连,以使流过内孔124的增压流体也流过钟头形组件100的内部通道104。在本文所描述的一些实施方式中,增压流体可以是增压气体,具体而言是空气或惰性增压气体,包括但不限于,氮气、氦气、氩气、氪气、氙气等。在本文所描述的一些实施方式中,钟轴形组件122可由适合在玻璃管制造过程中所经历的升高温度下使用的金属材料制成。合适的材料包括但不限于铂或铂合金,例如80-20铂-铑合金和70-30铂-铑合金、铂-金合金、如铂包钼这样的铂包耐火金属和如铂包钼合金这样的铂包耐火金属合金。
随着熔融玻璃流向钟头形组件100,熔融玻璃可与钟轴形组件122外表面126的一些部分接触。因为熔融玻璃与钟轴形组件122的外表面126直接接触,钟轴形组件122外表面126上的任何缺陷或瑕疵都可能被引入所得玻璃管的内表面中。在本文所描述的实施方式中,钟轴形组件122外表面126可具有约1至10微英寸Ra(例如约2至4微英寸Ra)的表面精整度,以减轻所得玻璃管内表面上缺陷的形成。
由热波动和/或机械扰动而导致的钟轴形组件122的挠曲可影响玻璃管的侧滑。增大钟轴形组件122的刚度可减小这种挠曲,进而减少侧滑损失。例如,图3图示了相比于具有“高刚度轴”的钟轴形组件具有“低刚度轴”的钟轴形组件的挠曲(X方向)随连接至各自钟轴形组件的钟头形组件上的负荷(X方向)的变化情况的计算机建模,其中,负荷是指随着利用位于钟头形组件下游的拉拽机械(未图示)拉拽玻璃,钟头形组件上所耗费的作用力。当施加相同的负荷时,具有更高刚度的钟轴形组件比具有更低刚度的钟轴形组件发生更少的挠曲。可通过以下方式来增大钟轴形组件122的刚度:使用具有更大壁厚度的钟轴形组件122;利用具有更高杨氏模量的材料来形成钟轴形组件122;减小钟头形组件100与钟轴形支承件160之间的距离;增大钟轴形组件122的外径;或者更大的钟轴形组件壁厚度、具有更高杨氏模量的钟轴形材料、减小的钟头形组件与钟轴形支承件之间距离、以及增大的钟轴形组件外径的一种或更多种组合。在一些实施方式中,钟轴形组件的壁厚度可为约1至约12毫米,例如约2至约5毫米。如下文更详细讨论的那样,使钟轴形组件122的圆度偏差(非圆度)最小化可降低熔融玻璃流向钟头形组件100时由与钟轴形组件122的外表面126的一些部分接触的熔融玻璃所形成的玻璃管的圆度偏差。
在一些实施方式中,钟形组装件10还可包含衬垫128。该衬垫定位于钟轴形组件122的内孔124中。在一些实施方式中,衬垫128由耐火材料制成。例如,衬垫128可由氧化铝[例如购自库尔斯科技(CoorsTek)公司的氧化铝998]制成。在一些实施方式中,衬垫128不含会挥发并污染围绕钟形组装件10流动的熔融玻璃的有机化合物。应当理解的是,如下文更详细讨论的那样,衬垫128能够减轻钟轴形122的内孔124的劣化,且在钟轴形组件122的内孔124确实因为氧化、起泡等原因而发生劣化时,衬垫128表现为阻挡层,该阻挡层能够防止因内孔124的劣化而导致的微粒物质接触并被引入在钟头形组件100上拉制的玻璃管中。
在一些实施方式中,钟形组装件10的支承件120还可包含热屏障140。热屏障140沿着钟轴形组件122的外表面126延伸,且包含远端141和近端143。在一些实施方式中,如图1A~1C所示,热屏障140的远端141终结于钟头形组件100的上方,即,热屏障140的远端141与钟头形组件100间隔开。在另一些实施方式(未图示)中,热屏障140毗邻钟头形组件100,以使热屏障140的远端141与钟头形组件100接触。
热屏障140可通过使钟轴形组件122与玻璃管制造环境中的温度变化屏蔽或隔离来减轻热波动。应当理解的是,钟轴形组件122宽度(X方向)上的温度变化能够导致沿钟轴形组件122长度方向(Z方向)发生不均匀的膨胀和收缩,并且导致钟轴形组件122以及与之相连的钟头形组件100发生挠曲。减小钟轴形组件122宽度上的温度变化能够减小钟轴形组件122以及与之相连的钟头形组件100的挠曲,并且可减小在钟头形组件100上拉制的玻璃管的滑动损失。
在一些实施方式中,热屏障140可包含包层142和隔热层144。隔热层144可定位于包层142与钟轴形组件122的外表面126之间。包层142可由适合在玻璃管制造过程中所经历的升高温度下使用的金属材料制成。合适的材料包括但不限于铂或铂合金,例如80-20铂-铑合金和70-30铂-铑合金、铂-金合金、如铂包钼这样的铂包耐火金属和如铂包钼合金这样的铂包耐火金属合金。
随着熔融玻璃流向钟头形组件100,熔融玻璃可与热屏障140的包层142的一些部分接触。因为熔融玻璃与热屏障140的包层142直接接触,热屏障140的包层142上的任何缺陷或瑕疵都可能被引入所得玻璃管的内表面中。在本文所描述的实施方式中,热屏障140的包层142可具有约10至约50微英寸Ra(例如约16至约32微英寸Ra)的表面光洁度,以减轻所得玻璃管内表面上缺陷的形成。
在一些实施方式中,热屏障140的隔热层144可由耐火陶瓷材料制成。合适的耐火陶瓷材料包括但不限于ZIRCAR耐火产品型号ALC、ALC-AA、ZAL-15、ZAL-15AA、ECO-20AA、AL-30、AL-30AA、ZAL-45、AL-30AAH、AL-25/1700、SALI和SALI-2。在一些实施方式中,隔热层144可不含会挥发并污染围绕钟形组装件10流动的熔融玻璃的有机化合物。
在一些实施方式中,如图1D所示,热屏障140可与钟轴形组件122的外表面126间隔开。例如,在一些实施方式中,可在隔热层144与钟轴形组件122的外表面126之间设置间隙146。在一些实施方式中,可用气体填充间隙,例如空气和/或惰性气体,例如氮气、氦气、氩气、氪气、氙气。在另一些实施方式中,间隙146可处于真空下。通常,间隙146能够在钟轴形组件122的外表面126与隔热层144之间提供保温层,从而进一步使钟轴形组件122与热屏障宽度上的温度变化隔离。
现在参考图1A~1D和图2,其示意性地图示了包含图1A~1D所示的钟形组装件10的玻璃管制造设备20的一种实施方式。具体而言,图2图示了用于制造玻璃管300的玻璃管制造设备20的侧视图。玻璃管制造设备20包含玻璃输送罐200,所述玻璃输送罐200具有延伸穿过玻璃输送罐200底部206的输送孔口204。熔融玻璃202容纳于玻璃输送罐200中。至少部分定位于玻璃输送罐200上方的是具有一个或更多个加热元件212的加热器区段210。加热元件212可以是燃烧气体燃烧器、电加热元件、红外加热元件等。加热器区段能够向玻璃输送罐200中的熔融玻璃202提供热量,并且确保熔融玻璃202在其围绕钟轴形组件122流过输送孔口204时具有或保持所需的温度和粘度。钟头形组件100至少部分定位于输送孔口204的下方,且钟轴形组件122从钟头形组件100向上延伸穿过(+Z方向)输送孔口204,穿过熔融玻璃202和加热器区段210。在一些实施方式中,钟头形组件100位于玻璃输送罐200的输送孔口204的下方(-Z方向)一定距离处,以使钟头形组件100在+/-Z方向上的位移不会影响熔融玻璃202围绕钟轴形组件122且在钟头形组件100上方穿过输送孔口204的流速。
在钟轴形组件122的内孔124的内部,衬垫128从钟头形组件100向上延伸穿过输送孔口204、熔融玻璃202和加热器区段210。热屏障140沿着钟轴形组件122的外表面126延伸穿过加热器区段210,并且在熔融玻璃202中穿过玻璃输送罐200的至少一部分。在图2所图示的实施方式中,热屏障140终止于玻璃输送罐200中,并且与输送孔口204间隔开。然而,如本文所述,在替代性的实施方式(未图示)中,热屏障延伸至钟头形组件并与之接触。在一些实施方式中,支承件120可包含将钟轴形组件122与钟轴延长件130相连的连接件150。应当理解的是,玻璃管制造设备20中的最高温度出现在加热器区段210中,玻璃输送罐200中的温度次之,玻璃输送罐上方(+Z方向)区域中的温度再次之。因此,钟轴形组件122位于加热器区段210和玻璃输送罐200中的部分可由适合在升高温度下使用的材料制成,例如铂或铂合金,而从连接件150延伸至钟轴形支承件160并位于加热器区段210上方区域中的钟轴延长件130可由适用于更低温度应用且(相比于铂或铂合金)更加廉价、耐温性低的材料制成,例如英科乃尔(Inconel)600或310不锈钢。运行中,将熔融玻璃202输送至玻璃输送罐200。在一些实施方式中,利用加热器区段210来维持玻璃输送罐200中的熔融玻璃的温度。利用钟轴支承件160来定位钟形组装件10,以使钟头形组件100至少部分定位于玻璃输送罐200的输送孔口204的下方(-Z方向)。熔融玻璃202围绕钟轴形组件122流过输送孔口204且在钟头形组件100上流动,将熔融玻璃202成形成玻璃管300。如上文所述的那样使钟轴形组件122(特别是钟轴形组件122通过输送孔口204的区段)的圆度偏差最小化能够减小由熔融玻璃202形成的玻璃管300的圆周变化,所述熔融玻璃202随着熔融玻璃202围绕钟轴形组件122向着钟头形组件100流过输送孔口而与钟轴形组件122的外表面126的一部分接触。
随着熔融玻璃流过钟头形组件100,引导增压流体(例如空气)穿过钟轴形组件122的内孔124,并且穿过钟头形组件100的内部通道104,进入玻璃管300的内部。如图2示意性所示,增压气体在其从钟头形组件100流出后支承玻璃管300的内部,且不再与钟头形组件外表面106接触。
热屏障140能够通过使钟轴形组件122与玻璃管制造设备20中的温度变化隔离来减小或减轻钟轴形组件122的温度波动。具体而言,最高温度和最大温度变化出现在加热器区段210中。加热器区段210中的温度变化导致钟轴形组件122的直径上的热梯度。然而,热屏障140隔离了钟轴形组件122,进而减小了钟轴形组件122的直径上的温度变化。减小钟轴形组件122宽度上的温度变化能够减小钟轴形组件122以及与之相连的钟头形组件100的挠曲,进而减少利用玻璃管制造设备20生产的玻璃管300的侧滑损失。
还可通过增大钟轴形组件的刚度,例如通过增大钟轴形组件122的壁厚度、使用具有更高杨氏模量的钟轴形组件材料、减小钟头形组件100与钟轴支承件160之间的距离、增大钟轴形组件122的外径或以上的任意组合来减小钟轴形组件122的挠曲(图3)。
如上所述,衬垫128能够减轻例如因氧化、起泡等而引起的钟轴形组件122内孔124的劣化,进而减少玻璃中的内包缺陷。在钟轴形组件122的内孔124确实发生了劣化的情况下,衬垫128表现为阻挡层,该阻挡层能够防止因内孔124的劣化而导致的微粒物质接触并被引入在钟头形组件100上拉制的玻璃管中。
在一些实施方式中,热屏障140的远端141终止于玻璃输送罐200中位于输送孔口204上方且与之间隔开的位置处,即,热屏障不延伸穿过输送孔口204。应当理解的是,通过在不存在热屏障140的情况下使钟轴形组件122延伸穿过输送孔口204,能够保持更小的玻璃管壁厚度容差。应当理解的是,玻璃管制造设备20中的最高温度和最大温度变化可出现于加热器区段210中。热屏障140能够使钟轴形组件122与这种温度变化隔离。
现在参考图4,图4图示了两种钟头形组件100的挠曲随加热器区段210的温度变化和两种钟轴形组件122的刚度的变化情况的计算机建模结果。两种钟头形组件100的挠曲是由于与给定的钟头形组件100相连的各钟轴形组件122宽度上的温度变化所导致。对于钟轴形组件122位于加热器区段210中距离钟头形组件100约0.6米的区段,对两种钟头形组件100的挠曲进行建模。如图4所示,相比于与具有“低刚度轴”的钟轴形组件122相连的钟头形组件100,与具有“高刚度轴”的钟轴形组件122相连的钟头形组件100的挠曲减小了约30%。“高刚度轴”具有比“低刚度轴”更大的外径和更大的壁厚度。如本文所述,钟轴形组件挠曲的减小能够减少侧滑损失,结果是能够改善生产效率和产量。
参考图5A~5B,图5A~5B图示了存在和不存在热屏障140的情况下钟轴形组件122宽度(+Y方向)上的温度变化的计算机建模结果。具体而言,图5A显示了不存在热屏障140的情况下钟轴形组件122宽度(+Y方向)上的温度变化的计算机建模结果,而图5B显示了存在热屏障140的情况下钟轴形组件122宽度(+Y方向)上的温度变化的计算机建模结果。钟轴形组件122具有3毫米的壁厚度。如图5B所示,钟轴形组件122宽度上的温度变化从不存在热屏障140的1X降至存在热屏障140时的0.136X。即,热屏障140使钟轴形组件122上的温度变化减小了至少20%。在一些实施方式中,钟轴形组件122宽度上的温度变化的减小大于40%,优选大于50%,更优选大于60%。应当理解的是,温度变化的减小导致玻璃管制造过程中钟头形组件100的尺寸稳定性增加以及侧滑损失减少。
本领域的技术人员显而易见的是,可以在不偏离本公开精神和范围的情况下,对本文所描述的实施方式进行各种修改和变动。因此,本发明人的意图是使本文所描述的实施方式涵盖这些实施方式的任何修改和变动,只要这些修改和变动在所附权利要求和其等同内容的范围之内。
Claims (39)
1.一种玻璃管制造设备,其包含:
玻璃输送罐,所述玻璃输送罐用于容纳熔融玻璃,且所述玻璃输送罐包含延伸穿过所述玻璃输送罐的底部的输送孔口;
钟头形组件,所述钟头形组件配置成使熔融玻璃形成玻璃管,且所述钟头形组件至少部分定位于所述玻璃输送罐的所述输送孔口的下方;
支承件,所述支承件连接至所述钟头形组件,所述支承件包含:
钟轴形组件,所述钟轴形组件具有内孔和外表面,且所述钟轴形组件从所述钟头形组件穿过所述玻璃输送罐的所述输送孔口延伸至钟轴形组件支承件;以及
热屏障,所述热屏障围绕所述钟轴形组件的所述外表面的至少一部分定位,且所述热屏障延伸穿过所述玻璃输送罐。
2.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述钟头形组件包含主体、钟头形组件外表面和壁,所述主体具有内部通道,所述壁由固态金属材料制成,且在所述内部通道与所述钟头形组件外表面之间延伸。
3.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述钟轴形组件从所述钟头形组件向上延伸穿过所述玻璃输送罐。
4.如权利要求2所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述钟头形组件的所述壁和所述钟轴形组件由铂或铂合金制成。
5.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,还包含衬垫,所述衬垫定位于所述钟轴形组件的所述内孔中。
6.如权利要求5所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述衬垫由耐火材料制成。
7.如权利要求6所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述耐火材料基本上不含有机化合物。
8.如权利要求7所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述衬垫由氧化铝制成。
9.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述热屏障包含外包层和隔热层,所述隔热层定位于所述外包层与所述钟轴形组件的所述外表面之间。
10.如权利要求9所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述外包层由铂或铂合金制成。
11.如权利要求9所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述隔热层由耐火材料制成。
12.如权利要求11所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述耐火材料基本上不含有机化合物。
13.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述热屏障与所述钟轴形组件的所述外表面间隔开。
14.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,还包含空气间隙,所述空气间隙位于所述钟轴形组件的所述外表面与所述热屏障之间。
15.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述热屏障在所述输送孔口上方终止于所述玻璃输送罐中。
16.如权利要求1所述的玻璃管制造设备,其特征在于,还包含加热器区段,所述加热器区段位于所述玻璃输送罐上方,且所述加热器区段配制成加热所述玻璃输送罐中的所述熔融玻璃。
17.如权利要求16所述的玻璃管制造设备,其特征在于,所述热屏障延伸穿过所述加热器区段。
18.一种制造玻璃管的方法,所述方法包括:
将熔融玻璃引入玻璃输送罐中,所述玻璃输送罐包含延伸穿过所述玻璃输送罐的底部的输送孔口;
围绕钟头形组件拉制所述熔融玻璃,从而形成玻璃管,所述钟头形组件至少部分位于所述玻璃输送罐的所述输送孔口的下方,所述钟头形组件连接至支承件,所述支承件包含:
钟轴形组件,所述钟轴形组件具有内孔和外表面,且所述钟轴形组件从所述钟头形组件穿过所述玻璃输送罐延伸至钟轴形组件支承件;以及
热屏障,所述热屏障围绕所述钟轴形组件的所述外表面的至少一部分延伸穿过所述玻璃输送罐。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述热屏障具有外包层,所述外包层具有定位于所述外包层与所述钟轴形组件的所述外表面之间的隔热层,且所述热屏障在所述输送孔口上方终止于所述玻璃输送罐中。
20.如权利要求18所述的方法,其特征在于,还包括利用至少部分位于所述玻璃输送罐上方的加热器区段来加热所述熔融玻璃,其中,所述热屏障延伸穿过所述加热器区段。
21.如权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括所述热屏障将所述加热器区段中的所述钟轴形组件宽度上的平均温度变化保持在小于所述热屏障的所述外包层宽度上的平均温度变化的20%。
22.如权利要求18所述的方法,其特征在于,还包括定位于所述钟轴形组件的所述内孔中的衬垫,所述衬垫从所述钟头形组件向上延伸穿过所述玻璃输送罐。
23.如权利要求22所述的方法,其特征在于,所述衬垫由耐火材料制成。
24.如权利要求23所述的方法,其特征在于,所述耐火材料基本上不含有机化合物。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,所述衬垫由氧化铝制成。
26.如权利要求22所述的方法,其特征在于,还包括所述衬垫减轻所述钟轴形组件的所述内孔的劣化。
27.如权利要求22所述的方法,其特征在于,所述衬垫是防止微粒物质与在所述钟头形组件上拉制的所述玻璃管接触并被结合入所述玻璃管中的阻挡层,所述微粒物质由所述钟轴形组件的所述内孔的减轻而产生。
28.一种用于玻璃管制造设备的钟形组装件,所述钟形组装件包含:
钟头形组件,所述钟头形组件配置成将熔融玻璃形成玻璃管;
支承件,所述支承件连接至所述钟头形组件,所述支承件包含:
钟轴形组件,所述钟轴形组件包含内孔和外表面;
衬垫,所述衬垫定位于所述钟轴形组件的所述内孔中;以及
热屏障,所述热屏障沿着所述钟轴形组件的所述外表面延伸。
29.如权利要求28所述的钟形组装件,其特征在于,所述钟头形组件包含主体、钟头形组件外表面和壁,所述主体具有内部通道,所述壁由固态金属材料制成,且在所述内部通道与所述钟头形组件外表面之间延伸。
30.如权利要求29所述的钟形组装件,其特征在于,所述钟头形组件的所述壁由铂或铂合金制成。
31.如权利要求28所述的钟形组装件,其特征在于,所述钟轴形组件由铂或铂合金制成。
32.如权利要求28所述的钟形组装件,其特征在于,所述衬垫由耐火材料制成。
33.如权利要求32所述的钟形组装件,其特征在于,所述耐火材料基本上不含有机化合物。
34.如权利要求28所述的钟形组装件,其特征在于,所述衬垫由氧化铝制成。
35.如权利要求28所述的钟形组装件,其特征在于,所述热屏障包含包层和隔热层,所述隔热层定位于所述包层与所述钟轴形组件的所述外表面之间。
36.如权利要求35所述的钟形组装件,其特征在于,所述包层由铂或铂合金制成。
37.如权利要求35所述的钟形组装件,其特征在于,所述隔热层由耐火材料制成。
38.如权利要求35所述的钟形组装件,其特征在于,所述热屏障与所述钟轴形组件的所述外表面间隔开。
39.如权利要求35所述的钟形组装件,其特征在于,还包含空气间隙,所述空气间隙定位于所述热屏障与所述钟轴形组件的所述外表面之间。
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