專利名稱：一種大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法及其輔助裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法及其輔助裝置，屬于通信光纖的制造加工技術領域。
背景技術：
通常，光纖是在光纖拉絲爐內對光纖預制棒加熱軟化拉絲而成。隨著預制棒制備技術的發(fā)展，預制棒直徑尺寸已經由60到80mm增加至120到200mm不等，單根預制棒的拉絲長度也由三四百公里增加至數(shù)千公里。顯然，隨著預制棒外徑的增大，在拉絲時將小直徑的輔助延長棒或管與預制棒尾端相接能有效的提高預制棒的利用率，拉制出總長更長的光纖，從而降低光纖的制造成本?；谶@種思想，在機械條件能夠容忍范圍之內，在預制棒的尺寸逐漸增大的前提下，盡可能降低延長棒或管的外徑成為降低光纖拉絲成本的重要環(huán)節(jié)。然而采用較小外徑的輔助延長棒或管的預制棒在拉絲過程中，隨著預制棒的逐漸消耗，輔助延長棒或管進入拉絲爐氣密系統(tǒng)，并最終進入拉絲爐的熱區(qū)，當預制棒后段部分逐漸軟化并被拉制成光纖，在最后端部逐漸縮小的情況下，發(fā)熱體孔腔與預制棒最粗部分的間隙逐漸變大。實驗顯示，隨著這種間隙的逐漸變大，預制棒錐部的氣流穩(wěn)定性變差，從而使發(fā)熱體與預制棒間的對流導熱熱量波動增大，玻璃黏度隨之產生波動，最終導致光纖的包層直徑發(fā)生波動而且超過質量要求。比如對于常規(guī)125微米光纖，包層直徑波動由士 1 微米以內增大至士2到士3微米甚至更大，這種波動大的大小取決于預制棒最后端部以及輔助延長棒或管的外徑的大小，或者說取決于預制棒后部最粗部分與發(fā)熱體間的間隙的大小。在已經公開的專利文獻中，已經存在一些解決上述原因造成的光纖包層直徑波動問題的方法。中國專利CN 1315927A公開了一種光纖的制造方法，在拉絲爐的上方安裝一個預制棒收容筒，當預制棒部分進入拉絲爐后，通過控制收容筒和延長尾棒間氣體溫度與拉絲爐內氣體溫度差來減少收容筒內氣體與拉絲爐內氣體的對流，從而減少預制棒錐部的氣流波動以控制光纖的包層直徑波動，該方法設備和工藝復雜，制作成本高。中國專利CN 1156697A公開了一種光纖制備技術，在尾棒上上掛一組累加長度大于50mm，外徑與預制棒外徑相差小于0. 5mm的套管，該方法具有如下缺點接觸預制棒的套管在拉絲結束部分在高溫熱區(qū)內會融化而無法重復使用，而且具有易墜入爐中的危險，另一方面對套管的外徑要求過于嚴格，給規(guī)?；a和使用帶來不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術存在的不足而提供一種能使大尺寸光纖預制棒的后續(xù)拉絲質量保持穩(wěn)定的拉制光纖的方法及其輔助裝置，他能有效提高光纖預制棒的利用率，降低光纖的制造成本。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的拉制光纖方法的技術方案為
包含如下步驟在大尺寸光纖預制棒末端熔接小直徑延長棒(或者延長管)；在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預制棒的聯(lián)接處套裝輔助裝置，所述的輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端， 內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將套裝好輔助裝置的光纖預制棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯(lián)緊固，通過進給機構將光纖預制棒調整到位，大尺寸光纖預制棒的前端進入拉絲爐發(fā)熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發(fā)熱腔上部，以使惰性氣體和光纖預制棒相遇，并產生在拉絲爐發(fā)熱腔和光纖預制棒之間的間隙處流動的氣體；通過發(fā)熱腔發(fā)熱軟化光纖預制棒的前端，從軟化的前錐端連續(xù)拉制出所需直徑的光纖；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預制棒進給進入發(fā)熱腔，直至插入套管隨光纖預制棒進入發(fā)熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預制棒的有效沉積尾端被拉制成光纖為止。按上述方案，所述的插入套管上端設置外徑大于發(fā)熱腔內徑的軸肩，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發(fā)熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續(xù)下移將大尺寸光纖預制棒尾端繼續(xù)向拉絲爐的發(fā)熱腔進給，直至拉絲結束。按上述方案，所述的大尺寸光纖預制棒的外徑大于或等于120mm;通常為120 200mm。按上述方案，所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒同軸線聯(lián)接，小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒的外徑之差大于或等于25mm。本發(fā)明大尺寸光纖預制棒拉制光纖輔助裝置的技術方案為包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，上端設置外徑大于發(fā)熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈。按上述方案，所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周滑動配置。按上述方案，所述插入套管的軸肩以下的軸向長度大于浮動密封環(huán)軸向厚度與拉絲爐發(fā)熱腔上方最下一個氣體噴射口到發(fā)熱腔上端面的長度之和Ll。按上述方案，所述插入套管的軸肩以下的軸向長度小于浮動密封環(huán)軸向厚度與發(fā)熱腔上端面到發(fā)熱體頂部的長度之和L2。按上述方案，所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷制備而成。本發(fā)明的有益效果在于1、采用小直徑的延長棒或管與大尺寸光纖預制棒的尾端相接，使得具有較高成本的大尺寸光纖預制棒部分能夠完全被拉制成合格的光纖，從而大大提高了預制棒的利用率，拉制出總長更長的光纖，降低光纖的制造成本；2、通過在大尺寸光纖預制棒與小直徑延長棒的聯(lián)接處套裝輔助裝置，在拉絲過程中，能在預制棒軟化變形的區(qū)域提供穩(wěn)定的氣流，即保護拉絲爐內的石墨元件不被氧化，又使光纖具有穩(wěn)定的包層直徑和篩選強度，使大尺寸光纖預制棒的后續(xù)拉絲質量保持穩(wěn)定，避免了因為包層直徑波動大于質量要求而報廢；3、本發(fā)明無需對拉絲爐進行改造，使用和操作方便靈活，確保拉絲爐內良好的氣密性；4、輔助裝置結構簡單，設置合理，而且能夠重復使用。


圖1為本發(fā)明拉絲過程一個實施例的剖視結構圖。圖2為本發(fā)明拉絲結束階段的剖視結構圖。圖3至5為本發(fā)明大尺寸預制棒與小直徑延長棒的幾種焊接方式結構圖。圖6為本發(fā)明一個實施例中拉絲爐的剖面結構圖。圖7至9為本發(fā)明的拉絲爐中氣體噴射口的三種結構剖面圖。圖10為本發(fā)明輔助裝置一個實施例的剖面結構圖。圖11為本發(fā)明輔助裝置進入拉絲爐發(fā)熱腔的位置關系結構圖。圖12為本發(fā)明采用輔助裝置套裝于150mm外徑延長棒和200mm外徑預制棒拉絲時裸光纖直徑延拉絲長度的光纖直徑波動分布圖，裸光纖直徑波動合格范圍為125+-lum。圖13為不采用輔助裝置直接拉絲，在拉絲過程的最后550km左右時光纖直徑波動逐漸變寬直至超標的直徑波動分布圖。
具體實施例方式以下通過實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明提供的拉絲方法適合于直徑為120 200mm或大于200mm的大尺寸光纖預制棒，如圖3至5所示，所述大尺寸光纖預制棒12在尾部焊接有外徑小于預制棒外徑的小直徑延長棒11或延長管，構成相聯(lián)成一體的光纖預制棒1，所述小直徑延長棒或者延長管為石英玻璃，在高溫下與大尺寸光纖預制棒12熔接在一起，所述小直徑延長棒的外徑小于預制棒最大值，其目的在于減少拉絲過程中輔助材料的消耗，同時提高預制棒的玻璃利用率，而且由于輔助玻璃材料外徑變小，使得焊接變得容易，從而也降低了焊接成本。本實施例中提供的小直徑延長棒外徑與大尺寸光纖預制棒直徑的差值為30 80mm。所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒同軸線聯(lián)接，大尺寸光纖預制棒12與小直徑延長棒11的對接方式一般有平直對接，過渡錐對接或過度圓弧對接。如圖1、圖10所示，在小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒同軸線聯(lián)接后，在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預制棒的聯(lián)接處套裝輔助裝置4，所述的輔助裝置包括插入套管 41、浮動密封擋圈43和上密封擋圈42，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，上端設置外徑大于發(fā)熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周保持較緊密的滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周保持較緊密的滑動配置。所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設上密封擋圈。
在套裝上輔助裝置后，將套裝好輔助裝置的光纖預制棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯(lián)緊固，通過進給機構將光纖預制棒調整到位，大尺寸光纖預制棒的前端進入拉絲爐發(fā)熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發(fā)熱腔上部， 以使惰性氣體和光纖預制棒相遇，并產生在拉絲爐發(fā)熱腔和光纖預制棒之間的間隙處流動的氣體；通過發(fā)熱腔發(fā)熱軟化光纖預制棒的前端，采用常規(guī)光纖拉絲方法從軟化的前錐端連續(xù)拉制出所需直徑的光纖2 ；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預制棒進給進入發(fā)熱腔， 直至插入套管隨光纖預制棒進入發(fā)熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預制棒的有效沉積尾端被拉制成光纖為止。后續(xù)階段，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發(fā)熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續(xù)下移將大尺寸光纖預制棒尾端繼續(xù)向拉絲爐的發(fā)熱腔進給，直至拉絲結束。本發(fā)明的拉絲設備包括發(fā)熱腔內徑大于大尺寸光纖預制棒外徑的拉絲爐3，如圖 6所示拉絲爐的剖面圖，其特點在于在發(fā)熱腔的上部設置有氣體噴射裝置。該拉絲爐的發(fā)熱元件31為筒狀高純度石墨材料，在石墨材料的外側環(huán)繞隔熱材料32以避免熱量向外側逸散，35為感應線圈，工作過程中在發(fā)熱體31內形成環(huán)狀感應電流并發(fā)熱。在拉絲過程中，拉絲爐發(fā)熱體的溫度達到2000度以上，在高溫下，石墨材料必須在惰性的環(huán)境中確保其不會被氧化燒毀。所述在熱區(qū)的上部安裝了氣體噴射裝置33，提供惰性氣體，是拉絲過程中預制棒與石墨件維持穩(wěn)定的惰性環(huán)境，既保護石墨件不被燒毀，又保證光纖具有穩(wěn)定的篩選強度。安裝于拉絲爐熱區(qū)上部的氣體噴射裝置與發(fā)熱元件成同心的環(huán)形，氣體噴射裝置的噴射口可以是均勻分布的孔狀，狹縫形，也可以是全開放的環(huán)形縫，分別如圖7至9所示。本發(fā)明中光纖預制棒在拉絲過程中開始軟化變形的起始位置34處于感應線圈35上沿。本發(fā)明提供的的輔助裝置所起的氣密作用能使所述拉絲爐穩(wěn)定連續(xù)拉絲至大尺寸光纖預制棒完全消耗且產出光纖包層直徑波動在質量指標范圍內。安裝于插入套管外的浮動密封擋圈43和插入套管上方的上密封擋圈42可設置1 2個，上下疊合，所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷制備而成。當預制棒逐漸消耗變短時，插入套管隨棒一起進入拉絲爐發(fā)熱腔，而安裝于插入套管外圍的浮動密封擋圈43被止擋擱置在發(fā)熱腔入口的上端面，通過控制浮動密封擋圈 43與插入套管的間隙實現(xiàn)穩(wěn)定的氣密作用，拉絲繼續(xù)進行，到插入套管的下端接近發(fā)熱腔的上沿時，插入套筒上端的軸肩部分將擱置在浮動密封擋圈上，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續(xù)下移，此時安裝于插入套管上方的上密封擋圈42起到氣體密封的作用。本發(fā)明方法的特點在于插入套管隨延長棒一起進入拉絲爐氣密系統(tǒng)中，填充了由于延長棒外徑變小與拉絲爐腔體間增大的間隙，穩(wěn)定了預制棒軟化形變部分與發(fā)熱體之間氣體流動的穩(wěn)定性，使得發(fā)熱體與預制棒間具有持續(xù)穩(wěn)定的對流導熱，確保光纖的包層直徑波動較初始階段沒有明顯變化。圖12和13分別記錄了 150mm外徑延長棒與200mm外徑預置棒對接后采用氣密輔助裝置和不采用該裝置時最后IOOOkm所拉絲光纖的直徑波動情況。如果不采用插入式的輔助裝置，所拉制光纖的玻璃直徑在最后450km開始逐漸變大，并在倒數(shù)400km左右波動超過正負1微米，超過了光纖的質量指標。在400km以后持續(xù)變大， 在結束部分已經超過正負2微米。而采用本發(fā)明中的輔助裝置，在最后IOOOkm的拉絲過程中沒有任何波動，可以確保所有預置棒部分拉制的光纖的玻璃直徑在指標要求范圍之內。 大大提高了預置棒的玻璃利用率和光纖的質量。本發(fā)明的另一個特點在于插入套管的長度，插入套管軸肩以下部分的長度LO大于浮動密封擋圈43的軸向厚度與拉絲爐發(fā)熱腔上方最下一個氣體噴射口到發(fā)熱腔上端面的長度之和Li。同時所述插入套管的軸肩以下的軸向長度LO小于浮動密封環(huán)軸向厚度與發(fā)熱腔上端面到發(fā)熱體頂部的長度之和L2。既保證了氣流的穩(wěn)定性又確保插入套管不被高溫軟化燒損，實現(xiàn)重復使用。本發(fā)明另外一個特點在于插入套管41外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，插入套管的外徑與大尺寸光纖預制棒外徑的差值小于或等于20mm，同時插入套管的外徑與浮動密封擋圈的間隙控制在2mm以內；上密封擋圈42與小直徑延長棒之間的間隙控制在2mm以內。
權利要求
1.一種大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法，其特征在于該方法包含如下步驟在大尺寸光纖預制棒末端熔接小直徑延長棒；在小直徑延長棒下端與大尺寸光纖預制棒的聯(lián)接處套裝輔助裝置，所述的輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將套裝好輔助裝置的光纖預制棒放入拉絲爐進行裝夾，使小直徑延長棒的上部與拉絲爐進給機構的卡盤相聯(lián)緊固，通過進給機構將光纖預制棒調整到位，大尺寸光纖預制棒的前端進入拉絲爐發(fā)熱腔；將惰性氣體輸送到拉絲爐發(fā)熱腔上部，以使惰性氣體和光纖預制棒相遇，并產生在拉絲爐發(fā)熱腔和光纖預制棒之間的間隙處流動的氣體；通過發(fā)熱腔發(fā)熱軟化光纖預制棒的前端，從軟化的前錐端連續(xù)拉制出所需直徑的光纖；拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預制棒進給進入發(fā)熱腔，直至插入套管隨光纖預制棒進入發(fā)熱腔，浮動密封擋圈被推送至插入套管的上方，大尺寸光纖預制棒的有效沉積尾端被拉制成光纖為止。
2.如權利要求書1所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法，其特征在于所述的插入套管上端設置外徑大于發(fā)熱腔內徑的軸肩，插入套管隨棒進給時通過軸肩將其上端止擋在發(fā)熱腔入口的上端面，插入套管軸肩下方緊靠惰性氣體輸送口，小直徑延長棒相對插入套管和上密封擋圈繼續(xù)下移將大尺寸光纖預制棒尾端繼續(xù)向拉絲爐的發(fā)熱腔進給，直至拉絲結束。
3.如權利要求書1或2所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法，其特征在于所述的大尺寸光纖預制棒的外徑大于或等于120mm。
4.如權利要求書1或2所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法，其特征在于所述的小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒同軸線聯(lián)接，小直徑延長棒與大尺寸光纖預制棒的外徑之差大于或等于25mm。
5.一種大尺寸光纖預制棒拉制光纖的輔助裝置，其特征在于包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，所述的插入套管為直筒形，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，上端設置外徑大于發(fā)熱腔內徑的軸肩，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈。
6.按權利要求5所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的輔助裝置，其特征在于所述的浮動密封擋圈通過內孔與插入套管外周滑動配置；所述的上密封擋圈通過內孔與小直徑延長棒外周滑動配置。
7.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的輔助裝置，其特征在于所述插入套管的軸肩以下的軸向長度大于浮動密封環(huán)軸向厚度與拉絲爐發(fā)熱腔上方最下一個氣體噴射口到發(fā)熱腔上端面的長度之和Li。
8.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的輔助裝置，其特征在于所述插入套管的軸肩以下的軸向長度小于浮動密封環(huán)軸向厚度與發(fā)熱腔上端面到發(fā)熱體頂部的長度之和L2。
9.按權利要求5或6所述的大尺寸光纖預制棒拉制光纖的輔助裝置，其特征在于所述的插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈均由耐高溫玻璃或陶瓷制備而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大尺寸光纖預制棒拉制光纖的方法及其輔助裝置，輔助裝置包括插入套管、浮動密封擋圈和上密封擋圈，插入套管套裝在小直徑延長棒下端，內孔與小直徑延長棒相配置，外徑小于大尺寸光纖預制棒外徑，插入套管的外周配置浮動密封擋圈，插入套管的上端安設有內孔與小直徑延長棒外周相配置的上密封擋圈；將惰性氣體輸送到拉絲爐發(fā)熱腔上部，拉絲過程中，進給機構緩慢將光纖預制棒進給進入發(fā)熱腔，直至插入套管隨光纖預制棒進入發(fā)熱腔，光纖預制棒的有效沉積尾端被拉制成光纖為止。本發(fā)明確保拉絲爐與預制棒的間隙內具有始終穩(wěn)定的氣流，使預制棒能夠穩(wěn)定的全部被拉制成設定外徑的光纖。從而有效提高光纖預制棒的利用率，降低光纖的制造成本。
文檔編號C03B37/025GK102303950SQ20111023882
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2011年8月19日
發(fā)明者吳儀溫, 張文俊, 曹蓓蓓, 李江 申請人:長飛光纖光纜有限公司