一种HEC光纤熔缩炉气路系统及气封方法与流程

本发明属于光纤生产领域，更具体地，涉及一种hec光纤熔缩炉气路系统及气封方法。

背景技术：

在hec设备生产光纤的过程中，炉子中的发热体石墨件通电后发热，将热传导给芯棒，使芯棒达到熔缩的温度，从而完成熔缩过程。石墨衬套用于隔离发热体和芯棒，炉子内通入ar、he混合保护气体以防止发热体被氧化，但石墨衬套暴露于空气中，当石墨衬套升温后加上空气中的氧助燃，使得石墨衬套很快烧损，寿命极短，生产成本很高。为解决此问题，引入了气环概念，将气环组件安装在炉子气端，ar气经过气环组件分别沿着芯棒外壁流向炉子气端和泵端，在石墨衬套内壁形成ar气保护层，并防止空气随气流进入石墨衬套内壁，这样，石墨衬套与空气隔离，不易氧化，使用寿命大大提高。但同时带来了一个新问题，气环组件因与发热体直接接触，而金属较强的导热性使得气环在生产过程中温度很高(200℃左右)，当金属离子因为高温而析出并被带入炉子中附着在芯棒表面，将给芯棒带来衰耗和污染，为解决此问题，水冷气环被开发试用，在气环中通入冷却水，降低气环组件温度，将有效降低金属离子污染的概率，但金属污染不能彻底排除，同时水冷气环在设备中新增一个冷却水漏点，增加了设备维护维修的强度和成本，这些局限性让水冷气环的使用难以推广。

同时原有的气路系统还存在气流不平衡时，气封不严，导致石墨衬套损耗的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种hec光纤熔缩炉气路系统及气封方法，其目的在于利用玻璃尤其是高纯石英玻璃形成气道代替现有的金属组件形成的气道，配合重新设计的气道结构在径向上由金属段、过度段和玻璃段形成，杜绝高温气体经金属气道向芯棒引入金属离子污染，同时形成三向气封，保证气流不平衡时的气封效果，由此解决现有技术hec光纤熔缩炉气封装置引入金属离子污染芯棒，或气封不严导致芯棒衰耗和污染的技术问题。

按照本发明的一个方面，提供了一种hec光纤熔缩炉气路系统，沿径向由内而外包括依次嵌套压紧的环状的玻璃气道组件、环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件、以及金属材质环状气道组件，所述气路系统在轴向上与hec光纤熔缩炉端部固定；所述金属材质环状气道组件具有保护气体进气口，其出气口与所述环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件的进气口相连通，所述环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件的出口与所述玻璃气道组件的进气口相连通，所述玻璃气道组件将保护气体送入所述hec光纤熔缩炉，以保护石墨衬套和芯棒。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述玻璃气环相应区域具有金属材质的冷却水管道，使得玻璃气环的温度不超过400℃，优选温度不超过200℃。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述冷却水管道由第一与第二金属环形片形成，其中第一金属环形片与玻璃气道组件轴向压紧，第二环形片具有冷却水进水管道并与所述hec光纤熔缩炉固定；所述玻璃气环与外悬于所述hec光纤熔缩炉的石墨衬套压紧使得金属材质的冷却水管道处于石墨衬套径向外侧。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述玻璃气道组件形成第一至第三环形气道，其中：

第一环形气道朝hec光纤熔缩炉气端使保护气体沿芯棒外壁流出；

第二环形气道使保护气体垂直吹向芯棒形成气帘；

第三环形气道朝hec光纤熔缩炉泵端。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述第三环形气道的出气口处于石墨衬套与芯棒之间。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述玻璃气道组件由第一至第四玻璃气环片组成；其中：

第一与第二玻璃气环片形成第一环形气道；第二与第三玻璃气环片形成第二环形气道；第三与第四玻璃气环片形成第三环形气道。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气路系统，其所述玻璃气道组件第一玻璃片具有用于形成缓冲气流的凹槽；所述玻璃气道组件第二玻璃片具有用于形成分配气流的凹槽，所述分配气环将一路保护气体分流为并联的第一与第二气道中的两路保护气体。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述hec光纤熔缩炉的气封方法，其包括以下步骤：使保护气体分三路送气，其中：

第一路保护气体沿芯棒外壁吹向气端；第二路保护气体垂直吹向芯棒；第三路保护气体沿芯棒外壁吹向泵端。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气封方法，其所述第一路保护气体与第二路保护气气体并联。

优选地，所述hec光纤熔缩炉气封方法，其所述第一路保护气体流量5～10l/min，优选为氩气；所述第二路保护气体流量5～10l/min，优选为氩气；所述第三路保护气体流量20～30l/min，优选为氦气和/或氩气。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的hec光纤熔缩炉气路系统，由于在芯棒接触气体的气路中，其高温部件采用不会引入金属离子污染的玻璃部件，因此杜绝了由于金属离子引起的衰耗和污染。进一步的，采用三段气路，通过环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件链接金属段和玻璃段的气道，保证了气路系统的气密性能，使得可形成更多的径向气道，减少对轴向加工的空间需求。

本发明选材合理，结构新颖，方便实用，功效显著，有效提高石墨衬套的使用寿命、减少了维护维修的强度和成本、降低了芯棒的衰耗和污染。

本发明提供的hec光纤熔缩炉气封方法，沿芯棒外壁吹向气端的气路和沿芯棒外壁吹向泵端的气路，由于方向相反而产生不平衡时，其独有的气帘设置，保证了不会漏气，从而维护了气封的稳定性和气封效果。

附图说明

图1为本发明实施例1的hec光纤熔缩炉气路系统在hec光纤熔缩炉设备上的装配关系示意图；

图2为第一玻璃气环片结构图；

图3为第二玻璃气环片结构图；

图4为第三玻璃气环片结构图；

图5为第四玻璃气环片结构图；

图6为第一金属环形片结构图；

图7为第二金属环形片结构图；

图8为环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件结构图；

图9为金属材质环状气道组件结构图；

图10为压紧垫圈结构图；

图11为压紧环结构图；

图12为本发明实施例2的hec光纤熔缩炉气路系统在hec光纤熔缩炉设备上的装配关系示意图；

图13为本发明实施例3的hec光纤熔缩炉气路系统在hec光纤熔缩炉设备上的装配关系示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-芯棒，2-第一玻璃气环片，3-气端气道，4-压紧环，5-压紧垫圈，6-第二玻璃气环片，7-环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件，8-金属材质环状气道组件，9-第三玻璃气环片，10–第四玻璃气环片，11-第一金属环形片，12-泵端气道，13-冷却水道，14-第二金属环形片，15-炉子，16-石墨衬套；201-气端气道气室；602-气端气道；1002-泵端气道段；1101-1/4不锈钢进气管，1102-泵端气道段；1401-1/4不锈钢进水管，702-过度段气端气道，801-1/4不锈钢进气管，802-气端进气气道；17为不锈钢气环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的hec光纤熔缩炉气路系统通过采用高纯石英玻璃的材质的部件组成气道，彻底杜绝金属离子的污染。然而石英玻璃的加工性能不如金属，尤其是在hec光纤熔缩炉气路系统中，轴向加工的余地不多，需要在石英玻璃部件进行钻孔、磨削的加工，加工精度无法匹配金属的机械加工精度。而保护气体进气口则必须是金属材质的，因此在径向上形成气道必须要将金属材质的进气口与玻璃材质的管道匹配起来，形成径向气道。

本发明提供的hec光纤熔缩炉气路系统，在轴向上与hec光纤熔缩炉端部固定；

其包括径向气道、金属材质的冷却水管道；

所述径向气道沿径向由内而外包括依次嵌套压紧的环状的玻璃气道组件、环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件、以及金属材质环状气道组件。

所述金属材质环状气道组件具有保护气体进气口，其出气口与所述环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件的进气口相连通，所述环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件的出口与所述玻璃气道组件的进气口相连通，所述玻璃气道组件将保护气体送入所述hec光纤熔缩炉，以保护石墨衬套和芯棒。

所述玻璃气道组件形成第一至第三环形气道，所述玻璃气道组件由第一至第四玻璃气环片组成，其中：

第一与第二玻璃气环片形成第一环形气道；第一环形气道朝hec光纤熔缩炉气端使保护气体沿芯棒外壁流出；

第二与第三玻璃气环片形成第二环形气道；第二环形气道使保护气体垂直吹向芯棒形成气帘；

第三与第四玻璃气环片形成第三环形气道；第三环形气道朝hec光纤熔缩炉泵端；所述第三环形气道的出气口处于石墨衬套与芯棒之间。

所述玻璃气道组件第一玻璃片具有用于形成缓冲气流的凹槽；所述玻璃气道组件第二玻璃片具有用于形成分配气流的凹槽，所述分配气环将一路保护气体分流为并联的第一与第二气道中的两路保护气体。

所述冷却水管道呈环形与所述玻璃气环相应区域轴向压紧，使得玻璃气环的温度不超过400℃，优选温度不超过200℃。所述冷却水管道由第一与第二金属环形片形成，其中第一金属环形片与玻璃气道组件轴向压紧，第二环形片具有冷却水进水管道并与所述hec光纤熔缩炉固定；所述玻璃气环与外悬于所述hec光纤熔缩炉的石墨衬套压紧使得金属材质的冷却水管道处于石墨衬套径向外侧。

本发明采用环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件匹配金属材质的进气口和玻璃材质的管道，在径向压紧的条件下，聚四氟乙烯塑料轻微形变而不至于坍塌封闭气道，有效的形成过度段，一端匹配金属材质的进气口，另一端匹配玻璃材质的气道，从而形成气密性良好的保护气体通道。

本发明提供的hec光纤熔缩炉气封方法，包括以下步骤：使保护气体分三路送气，其中：

第一路保护气体沿芯棒外壁吹向气端；第二路保护气体垂直吹向芯棒；第三路保护气体沿芯棒外壁吹向泵端。优选地，所述第一路保护气体与第二路保护气气体并联。

所述第一路保护气体流量5～10l/min，优选为氩气；所述第二路保护气体流量5～10l/min，优选为氩气；所述第三路保护气体流量20～30l/min，优选为氦气和/或氩气。

以下为实施例：

实施例1

玻璃气环组件由10个气环零部件组成，每片气环之间用o-ring密封，通过机械结构设计，可引导第一金属环形片(11)通入的ar气朝炉子泵端沿石墨衬套(16)内壁和芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第三环形气道，以保护石墨衬套(16)和芯棒(1)；引导第二玻璃气环片(6)通入的ar气由气环结构分流成并联的两路，一路朝炉子气端沿芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第一环形气道，以防止空气随气流进入炉子而保证石墨衬套(16)不被快速烧损，一路垂直吹向芯棒(见箭头方向)形成第二环形气道，以形成气帘，避免气端泵端气体相互干扰。与芯棒靠近的气环部件包括：第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)，此四个部件选用石英玻璃作为制作基材，有效防止金属因高温而析出离子给芯棒带来衰耗和污染。

如图1所示，第二金属环形片(14)通过螺钉安装在炉子(15)上，第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)、第一金属环形片(11)由压紧垫圈(5)和压紧环(4)压紧，并通过螺钉安装在第二金属环形片(14)上，环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)和及金属材质环状气道组件(8)被压紧在第一玻璃气环片(2)和第一金属环形片(11)之间，每片气环之间都由o-ring进行密封，以保证通入的ar气全部流向炉子气端、中间或泵端。第二金属环形片(14)直接与炉子接触，温度最高，通入冷却水能最大限度带走热量，同时也降低了紧密连接的第一金属环形片(11)的温度。虽然第一金属环形片(11)和第二金属环形片(14)是不锈钢基材，但因为此两个零件与芯棒之间有石墨衬套(16)隔开，所以不会对给芯棒(1)带来衰耗和污染。第一至第四玻璃气环片离芯棒较近，但因为此四个零件是石英玻璃基材，既耐高温又无污染。

本实施例中并联的第一与第二气道是径向进气的气道，即径向气道，沿径向由内而外包括依次嵌套压紧的环状的玻璃气道组件(2，6，9，10)，即第一至第四玻璃气环片、环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)、以及金属材质环状气道组件(8)。

应用本实施例气路系统的hec光纤熔缩炉气封方法，包括以下步骤：使保护气体分三路送气，其中：

第一路保护气体沿芯棒外壁吹向气端；第二路保护气体垂直吹向芯棒；第三路保护气体沿芯棒外壁吹向泵端。所述第一路保护气体与第二路保护气体并联。

所述第一路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第二路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第三路保护气体流量20～30l/min，为氩气。

实施例2

玻璃气环组件由10个气环零部件组成，每片气环之间用o-ring密封，通过机械结构设计，可引导第四玻璃气环片(10)通入的ar气朝炉子泵端沿石墨衬套(16)内壁和芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第三环形气道，以保护石墨衬套(16)和芯棒(1)；引导第二玻璃气环片(6)通入的ar气由气环结构分流成并联的两路，一路朝炉子气端沿芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第一环形气道，以防止空气随气流进入炉子而保证石墨衬套(16)不被快速烧损，一路垂直吹向芯棒(见箭头方向)形成第二环形气道，以形成气帘，避免气端泵端气体相互干扰。与芯棒靠近的气环部件包括：第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)，此四个部件选用石英玻璃作为制作基材，有效防止金属因高温而析出离子给芯棒带来衰耗和污染。

如图12所示，第二金属环形片(14)通过螺钉安装在炉子(15)上，第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)、第一金属环形片(11)由压紧垫圈(5)和压紧环(4)压紧，并通过螺钉安装在第二金属环形片(14)上，环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)和及金属材质环状气道组件(8)被压紧在第一玻璃气环片(2)和第一金属环形片(11)之间，每片气环之间都由o-ring进行密封，以保证通入的ar气全部流向炉子气端、中间或泵端。第二金属环形片(14)直接与炉子接触，温度最高，通入冷却水能最大限度带走热量，同时也降低了紧密连接的第一金属环形片(11)的温度。虽然第一金属环形片(11)和第二金属环形片(14)是不锈钢基材，但因为此两个零件与芯棒之间有石墨衬套(16)隔开，所以不会对给芯棒(1)带来衰耗和污染。第一至第四玻璃气环片离芯棒较近，但因为此四个零件是石英玻璃基材，既耐高温又无污染。

本实施例中并联的第一至第三气道是径向进气的气道，即径向气道，沿径向由内而外包括依次嵌套压紧的环状的玻璃气道组件(2，6，9，10)，即第一至第四玻璃气环片、环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)、以及金属材质环状气道组件(8)。

本实施例中玻璃件的机加工难度较实施例1有所提高。

应用本实施例气路系统的hec光纤熔缩炉气封方法，包括以下步骤：使保护气体分三路送气，其中：

第一路保护气体沿芯棒外壁吹向气端；第二路保护气体垂直吹向芯棒；第三路保护气体沿芯棒外壁吹向泵端。所述第一路保护气体与第二路保护气体并联。

所述第一路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第二路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第三路保护气体流量20～30l/min，为氩气。

实施例3

玻璃气环组件由9个气环零部件组成，每片气环之间用o-ring密封，通过机械结构设计，可引导第四玻璃气环片(10)通入的ar气朝炉子泵端沿石墨衬套(16)内壁和芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第三环形气道，以保护石墨衬套(16)和芯棒(1)；引导第一玻璃气环片(2)通入的ar气由气环结构分流成并联的两路，一路朝炉子气端沿芯棒(1)外壁流出(见箭头方向)形成第一环形气道，以防止空气随气流进入炉子而保证石墨衬套(16)不被快速烧损，一路垂直吹向芯棒(见箭头方向)形成第二环形气道，以形成气帘，避免气端泵端气体相互干扰。与芯棒靠近的气环部件包括：第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)，此四个部件选用石英玻璃作为制作基材，有效防止金属因高温而析出离子给芯棒带来衰耗和污染。

如图13所示，第二金属环形片(14)通过螺钉安装在炉子(15)上，第一玻璃气环片(2)、第二玻璃气环片(6)、第三玻璃气环片(9)、第四玻璃气环片(10)、第一金属环形片(11)、不锈钢气环(17)通过螺钉安装在第二金属环形片(14)上，环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)和及金属材质环状气道组件(8)被压紧在第一玻璃气环片(2)和第一金属环形片(11)之间，每片气环之间都由o-ring进行密封，以保证通入的ar气全部流向炉子气端、中间或泵端。第二金属环形片(14)直接与炉子接触，温度最高，通入冷却水能最大限度带走热量，同时也降低了紧密连接的第一金属环形片(11)的温度。虽然不锈钢气环(17)、第一金属环形片(11)和第二金属环形片(14)是不锈钢基材，但因为不锈钢气环(17)与芯棒之间有第一玻璃气环片(2)隔开且温度较低，后两个零件与芯棒之间有石墨衬套(16)隔开，所以会降低对给芯棒(1)带来衰耗和污染。第一至第四玻璃气环片离芯棒较近，但因为此四个零件是石英玻璃基材，既耐高温又无污染。

本实施例中并联的第三气道是径向进气的气道，即径向气道，沿径向由内而外包括依次嵌套压紧的环状的玻璃气道组件(9，10)，即第三至第四玻璃气环片、环状聚四氟乙烯塑料的过渡气道件(7)、以及金属材质环状气道组件(8)。

本实施例中复杂零件数量较实施例1有增加，且零部件轴向均靠不锈钢挤压，压紧力不能量化，玻璃件有破裂风险。

应用本实施例气路系统的hec光纤熔缩炉气封方法，包括以下步骤：使保护气体分三路送气，其中：

第一路保护气体沿芯棒外壁吹向气端；第二路保护气体垂直吹向芯棒；第三路保护气体沿芯棒外壁吹向泵端。所述第一路保护气体与第二路保护气体并联。

所述第一路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第二路保护气体流量5～10l/min，为氩气；所述第三路保护气体流量20～30l/min，为氩气。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。