专利名称：由预成型坯拉制光纤的炉子的顶部的密封方法和装置的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明总的涉及一种用于密封拉制炉的方法和组件，更具体地说是涉及一种用于密封光波导拉制炉的顶部的密封组件和方法。
2.技术背景从高氧化硅含量的光波导纤维预成型坯或毛坯来拉制高强度、低损耗光波导纤维，需要温度相对较高的热源。用于拉制这种光纤的两种主要的热源是氧化锆炉和石墨炉。光纤拉制炉通常在高于1900℃的温度下工作，一般可高达2050℃。
氧化锆感应炉的一个缺点在于，长期使用和因较差的抗热冲击能力造成的热机械应力会导致炉膛和基座破裂。这种破裂会造成氧化锆颗粒从炉子的内表面转移到预成型坯和/或由预成型坯拉制的光纤上，从而导致光纤强度显著减弱，并导致不可接受的产品损耗。此外，氧化锆感应炉对温度的快速变化很敏感。因此，需要大量的时间来升高和降低炉内的温度。使炉子快速加热和冷却会导致氧化锆炉膛破裂，从而需要更换炉膛，并造成相当长的炉子停机时间。
这种弊病导致了石墨感应炉的开发。石墨感应炉通常具有一石墨炉膛，它对温度的快速变化不敏感，因而不易破裂。然而，人们发现，石墨炉在接近约450℃的温度下容易氧化，并且在石墨暴露于用来拉制光波导纤维的高温时氧化问题尤为显著。因此，重要的是，最好在拉制炉内维持惰性环境。当来自外界环境的气体与固态碳炉膛在高温下反应时，按以下反应发生氧化(1)；以及(2)。
对于拉制炉所使用的石墨级，反应(1)的通常开始温度约为700℃。反应(2)则更高，在900℃以上。马弗炉膛与氧和二氧化碳的这些反应会造成马弗炉膛的耗损，尤其是在升高的光纤拉制温度下，它们通称为CO现象。
石墨炉膛材料是由碳粘合填充料结合于一起的石墨颗粒的复合物。人们认为，粘合材料比石墨颗粒更容易氧化。因此，当两种材料的复合物暴露于空气并因而暴露于温度在氧化开始温度以上的氧气时，填充粘合材料会先氧化。没有了将其保持在适当位置的粘合材料，石墨颗粒便会自由地从复合结构上掉落下来。人们认为，正是这种机理使石墨颗粒从炉膛壁转移到光纤预成型坯和/或拉制过程中的光纤上。
在拉制过程中结合入光纤的石墨颗粒因点缺陷而造成不可接受的产品损耗。点缺陷表现为，通过光纤传递的信号的锐衰减增加。由拉制炉的石墨颗粒引起的点缺陷产品损耗可大于约5％，这是一个过高的损耗。在拉制过程中粘附于光纤的石墨颗粒还会导致光纤破裂。
为了减少由石墨炉膛材料氧化产生的石墨颗粒，并因而减少所造成的点缺陷，通常对炉子的内部提供惰性气体，以防止外界空气和其它气体进入炉子。然而，在光波导纤维拉制操作过程中有许多操作使得外界空气和其它气体有机会进入炉子，即使对炉子送入高流量的惰性气体也无济于事。当在这些拉制操作过程中因人为失误、机械故障或其它因素而产生过失时，往往使外界空气和/或其它气体进入炉子，从而产生CO现象。
许多CO现象是在装卸毛坯和停机期间、在目前用来关闭拉制炉顶部开口的顶盖组件的移动或操作过程中造成的。通常的顶盖组件包括一维通(氟橡胶，viton)/洛伦(rulon)密封件，它在顶盖组件设置于向下进给钳上并降低到拉制炉上时相邻于光波导拉制炉的顶部而设置。另外，这些顶盖组件具有许多用来手动降低和提升顶盖组件的钩子。这些钩子专门用来在将向下进给钳从拉制炉上取出的同时提升顶盖组件。目前，操作者必须在将向下进给钳从拉制炉中取出之前使这些钩子接合，以在将向下进给钳和波导毛坯的剩余部分从拉制炉的热区域取出时确保顶盖组件从拉制炉顶部缩回。否则，向下进给钳的退出拉制炉热区域的那一部分会接近顶盖组件，向下进给钳的炽热会熔化维通/洛伦或顶盖组件的其它密封件。然而，操作者时常会没有使钩子接合，最终导致顶盖密封件熔化，从而需要过早地更换。
而且，如果操作者在顶盖组件已处于拉制炉顶部上之后没有松开钩子，则光纤拉制操作本身的某些方面会产生CO现象。通常，一旦在顶盖与拉制炉顶部之间形成密封，拉制炉的底部门组件便打开，并且光纤拉制操作开始。在光波导纤维拉制操作开始的过程中，通常将光纤毛坯部分地向回提升出拉制炉的热区域，从而拉伸光纤并使其变细，以获得所需的光纤直径。如果此时钩子仍与顶盖组件接合，则顶盖会提升离开拉制炉的顶部，因而破坏密封。由于在光纤拉制过程中拉制炉的底部门组件是打开的，因而顶盖密封的破坏会产生公知的所谓烟囱效应。烟囱效应就是通过拉制炉的底部开口而迅速地吸入空气，这尤其是因拉制炉顶部打开而造成的。因此，外界空气被吸入拉制炉的炉膛，空气中的氧气与碳炉膛发生反应，从而造成CO现象。这样，石墨颗粒便可自由地转移到光纤上，导致光纤形成有不合适数量的点缺陷。另外，空气在光纤拉制过程中进入拉制炉还会导致直径扰乱，这也会造成无法使用的光纤。此外，每次CO现象会使拉制炉膛的质量变差，进而降低拉制炉的效率和导致炉膛更换的必要。
鉴于上述和其它缺点，需要一种密封光波导拉制炉的改进的组件和方法来防止外界空气和其它不希望有的气体进入拉制炉。
发明概要本发明的一个方面涉及一种与向下进给钳相配合而密封光波导拉制炉顶部的装置。该装置包括一构制和设置成可分离地盖住拉制炉顶部并与向下进给钳相配合的组件。该组件包括一细长的套筒，该套筒具有一基部，并形成一接纳向下进给钳的腔室。该装置还包括一惰性气体供给源，它与该组件相联而选择性地将惰性气体供给入该腔室。
在另一个方面，本发明涉及一种与向下进给钳相配合而密封光波导拉制炉顶部的装置。该装置包括一细长的套筒，该套筒具有一顶部和一基部，并形成一接纳向下进给钳的腔室。该装置还包括一密封机构，它设置在该套筒上的一远离基部的位置。该密封机构相对于套筒而设置成与容纳于腔室中的向下进给钳相配合。
在还有一个方面，本发明涉及一种使光波导拉制炉顶部密封的方法。该方法包括将一组件滑动到向下进给钳上而使该组件支承于向下进给钳上的步骤。该组件形成一接纳向下进给钳的腔室，并具有一基部和一远离该基部的密封机构。该密封机构与向下进给钳相配合而封闭腔室的一端。用一惰性气体净化该腔室，并且将向下进给钳降低进入光波导拉制炉而使该组件定位于拉制炉顶部上。
本发明的顶盖组件相对于目前市场上的其它顶盖组件来说可提供许多优点。主要有，本发明的顶盖组件可显著减少因空气进入拉制炉顶部、以及/或者当底部门组件处于打开位置时由于顶盖组件不慎移开造成空气通过拉制炉底部进入而引起的CO现象的数量，尤其是在光纤拉制过程中。CO现象的降低可大大减少在炉子、尤其是那些具有石墨炉膛的炉子中拉制的光波导纤维的点缺陷损耗的数量和频率，并还可延长拉制炉所使用的石墨炉膛的使用寿命。另外，由于本发明的顶盖组件免去了使用钩子的必要，因而在光纤拉制操作过程中基本上消除了操作者失误。此外，本发明的密封机构的结构和配置显著延长了密封寿命，进而缩短了与用弃密封件的更换相关的拉制塔停机时间。
本发明的密封组件和方法还可提供其它的优点。与本发明的顶盖组件相配合的惰性气体净化可除去截留于顶盖组件内的空气，进而在光波导毛坯送入过程中防止空气进入拉制炉顶部。若没有这种净化，当底部门组件打开而开始进行光纤拉制时，截留于顶盖组件中的空气则会被吸入拉制炉。该空气一旦处于炉内就会造成直径扰乱和CO现象。因此，本发明的该实施例还可减少拉制操作过程中直径扰乱的数量以及CO现象。
在光纤拉制过程中石墨拉制炉中单一的CO现象通常会使具有不合适的点缺陷水平的拉制光纤的百分比相对较大。因此，在CO现象发生后，对拉制炉进行清洗是重要的。通常，这种清洗操作会使拉制炉停机约6个小时，以便于进行此类清洗和维修操作。本发明的另一个优点在于，由于大大降低了CO现象发生的频率，因而可减少拉制塔的停机时间。较短的停机时间可提高光纤的产量，尤其可提高点缺陷量不显著的光纤的产量。
本发明的密封光波导拉制炉顶部的顶盖组件和方法可显著减少拉制操作过程中的机械和人为失误。而且，本发明的组件和方法可免去顶盖组件使用钩子的必要，从而使操作者在拉制操作过程中与顶盖组件的相互作用减少到最低程度。这种组件和方法可降低目前组件中密封件的更换频率，减少直径扰乱的数量，并显著减少拉制操作过程中CO现象、尤其是因烟囱效应引起的CO现象的数量。
本发明其它的特点和优点将在下面的详细描述中叙述，本技术领域的技术人员从该描述很容易理解它们中的一部分，或者通过按这里所描述的(包括下面的详细描述、权利要求书和附图)来实施本发明而认识到它们。
应予理解的是，以上的大体描述和下面的详细描述仅仅是对本发明的示例，用来提供一个总览或框架，以便理解要求保护的本发明的本质和特性。
为进一步理解本发明，本说明书中结合有附图。这些附图示出了本发明的各种不同的实施例，它们与描述一起用于说明本发明的原理和操作。
附图简述
图1是本发明顶盖组件的一较佳实施例位于一向下进给钳上状态的侧视图；图2是图1顶盖组件的分解侧视图；图3是图1顶盖组件的局部立体图，表示密封机构按本发明与一向下进给钳相配合；以及图4是图1顶盖组件按本发明与一光波导拉制炉顶部相邻并搁置于一向下进给钳的毛坯支承部分上的状态的侧视图。
较佳实施例的详细描述下面详细参照本发明到目前为止的较佳实施例，它们的实例表示于附图中。在这些附图中，尽可能用相同的标号来表示相同或相似的部分。图1中表示本发明的顶盖组件的一示例性实施例，它总的由标号10表示。
按照本发明，用于密封光波导拉制炉顶部的本发明包括一构制和设置成在与容纳于拉制炉中的向下进给钳相配合的同时可分离地盖住拉制炉顶部的组件。向下进给钳是一细长管件，它支承预成型坯或毛坯，并便于将毛坯插入和取出拉制炉。向下进给钳还便于毛坯在拉制炉内的移动和定位。较佳的是，有一惰性气体供给源与该组件相联，以选择性地将一惰性气体供给到该组件，从而除去任何残留于该组件内的空气。
如这里所实施并且在图1中所示的，顶盖组件10的一较佳实施例包括一基本呈圆柱形的套筒12，它具有一上套筒凸缘14和一基部16。顶盖组件10最好由铝构成，但无疑它也可以用其它一些材料制成，诸如钢，但并不局限于此。表示为连接于上套筒凸缘14的是一密封机构18，它将在下面参照图2详细描述。表示为连接于基部16的是一缓冲器组件20，它也将在下面参照图2详细描述。虽然密封机构18和缓冲器组件20在这里表示为连接于套筒12，但本技术领域的技术人员可以理解，它们也可以形成为套筒12的一部分，从而构成一整体的顶盖组件10。
套筒12的侧壁在上套筒凸缘14下方最好延伸出一净化配接器22。净化配接器22的尺寸和形状制成与从一惰性气体供给容器26延伸出来的一软盘管24相配。顶盖组件10表示为设置在一向下进给钳28的顶部上。向下进给钳28的下部具有一毛坯支承部分30，它用来与一光波导纤维毛坯(未图示)的球体相接合，使该毛坯悬挂于向下进给钳28下方。
如图2的分解侧视图中更清楚表示的，密封机构18最好包括一保持环32，该保持环具有一凹槽34，用于支承一唇形油封结构36。唇形油封结构36的尺寸最好制成紧密嵌于保持环32的凹槽34内。更佳的是，唇形油封结构36压配合于凹槽34内，如同用一手扳压机那样，使唇形油封结构36固定于保持环32中。密封机构18用任何数量的诸如螺钉38之类的紧固件连接于上套筒凸缘14，并可很容易地拆下和拆开以便清洗和密封件更换。
缓冲器组件20包括一底板40，它设置在一缓冲器42与缓冲器组件保持环44之间。底板40可滑动地接纳于缓冲器组件保持环44上，并且缓冲器42用诸如保持螺钉46之类的紧固件连接于合成器组件保持环44。缓冲器组件20用诸如细长螺钉48之类的紧固件安装于顶盖组件10的基部16，这些螺钉沿圆周方向彼此隔开并穿过基部16和底板40。这样，底板40以及因而缓冲器组件20便固定于顶盖组件10的基部16。
这样构制的顶盖组件10形成一管状腔室50，其两端开口，用以接纳一标准的光波导向下进给钳28，如图1所示。腔室50的尺寸制成可自由接纳向下进给钳28，使得在套筒12的内表面与向下进给钳28之间形成一环形通道。有一净化口52通过套筒12，从而使腔室50、具体说是围绕向下进给钳28所形成的环形通道与容纳于惰性气体供给容器26内的惰性气体54流体相通。
图3中更清楚地示出了唇形油封结构36的细节。唇形油封结构36支承一环形密封圈56，其尺寸制成在向下进给钳28容纳于顶盖组件10的腔室50内时与向下进给钳28的外圆周相配。在密封圈56与唇形油封结构36之间设置一环形弹簧58，以将密封圈56压靠于向下进给钳28上。因此，当向下进给钳28在腔室50内移动时，密封圈56与向下进给钳28之间可保持连续的接触。
参照图1到4可以更清楚地理解使光波导拉制炉顶部密封的操作和方法。如图1中所示，向下进给钳28容纳于顶盖组件10的腔室50(图2)中，使得密封圈56(图3)与向下进给钳28的圆周面相配。如图3中所示，弹簧58对密封圈56施加的连续压力在密封圈56与向下进给钳28之间形成密封。惰性气体54(最好是氩气)从惰性气体供给容器26通过软盘管24和净化配接器22经净化口52(图2)送入腔室50，从而用惰性气体54除去腔室50内的空气。由于腔室50在顶盖组件10的顶部处由向下进给钳28与密封圈56之间形成的密封所封闭，因而空气和惰性气体54通过缓冲器42(图2)与向下进给钳28之间的环形间隙排出腔室50。这样，当顶盖组件10朝拉制炉降低时，顶盖组件10内仅有惰性气体。
在光纤毛坯送入过程中，顶盖组件10如箭头A(图1)所示降低，直到缓冲器42搁置于向下进给钳28的毛坯支承部分30的一唇缘66上。因此，如图4中所示，随着向下进给钳28在光纤拉制之前降低进入拉制炉，顶盖组件10置靠于向下进给钳28的毛坯支承部分30上。从向下进给钳28的毛坯支承部分30垂下的波导毛坯(未图示)降低进入光波导拉制炉60，直到毛坯到达拉制炉60的热区域(未图示)。随着向下进给钳28容纳于拉制炉60内，底板40的底面62与设置在拉制炉60顶部上的一密封盖64的上表面相接触。因而，顶盖组件10的向下行进停止，而向下进给钳28以及因而是支承部分30继续向下移动进入拉制炉60。当毛坯(未图示)适当地位于拉制炉60的热区域内时，拉制炉60的底部门组件(未图示)便可打开，从而开始光纤拉制。
由于惰性气体54被送入腔室50，因而在拉制炉60的顶部处仅有惰性气体可被带入拉制炉60的炉膛区域。因此，没有氧气与石墨炉膛(未图示)发生反应而产生CO现象。较佳的是，通过密封盖64的上表面66在密封盖64与底板40之间供给诸如氦气之类的惰性气体。该惰性气体在这两个表面之间形成一惰性气体层，使顶盖组件10实质上飘浮于密封盖64上。这样，操作者便可对向下进给钳28进行必要的X-Y方向调节，用以在光纤拉制过程中使毛坯(未图示)定位。该惰性气体层允许顶盖组件10在向下进给钳28移动时穿过密封盖64而横向移动。而且，供给到底板40与密封盖64之间的惰性气体可阻止位于拉制炉60顶部上方的外界空气进入。因此，一旦底部门组件打开并且由毛坯拉制光纤，惰性气体54可停止送入腔室50。
一旦拉制操作完成，底部门组件(未图示)便关闭，通过将向下进给钳28提升出拉制炉60，可将向下进给钳28和任何剩余的光纤毛坯(未图示)安全地从拉制炉60中取出。在本发明的方法的较佳实施例中，一旦底部门组件(未图示)关闭，惰性气体54被再次送入顶盖组件10的腔室50。向下进给钳28最好是以机械、液压或气动方式沿箭头B(图4)方向从拉制炉60中退出。随着向下进给钳28沿竖直方向运动，毛坯支承部分30的唇缘66最终与缓冲器42相接合。当向下进给钳28进一步提升时，顶盖组件10再次置靠毛坯支承部分30，并离开拉制炉60的顶部。在该取出操作过程中，惰性气体54最好持续地送入腔室50。惰性气体54(最好是氩气)将从拉制炉60的热区域(未图示)升起的热空气引导离开密封圈56，并在向下进给钳28的被加热部分接近密封圈56时使向下进给钳28冷却。因此，向下进给钳28在到达密封圈56之前被冷却，密封圈56本身由惰性气体54冷却，从而使对密封圈56的热损伤达到最小限度，并降低密封圈56的更换频率。
本技术领域的技术人员清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行其它各种不同的修改和变化。因此，只要它们落在所附权利要求书及它们的等价内容的范围内，对本发明的这些修改和变化就属于本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种与向下进给钳相配合而密封光波导拉制炉顶部的装置，所述装置包括一构制和设置成可分离地盖住所述拉制炉顶部并与所述向下进给钳相配合的组件，所述组件包括一细长的套筒，该套筒具有一基部，并形成一可滑动地接纳所述向下进给钳的腔室；以及一惰性气体供给源，它与所述组件相联而选择性地将惰性气体供给入所述腔室。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组件还包括一由所述细长套筒支承而与所述向下进给钳相配合的密封机构和/或一与所述拉制炉的顶部相配合而防止空气进入所述拉制炉的底板。
3.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述密封机构包括一远离所述基部的圆周状密封圈，所述密封圈相对于所述套筒设置成与所述向下进给钳的圆周相配。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述组件还包括一设置在所述密封机构与所述密封圈之间、用以将所述密封圈压靠于所述向下进给钳上的弹簧。
5.一种与向下进给钳相配合而密封光波导拉制炉顶部的装置，所述装置包括一细长的套筒，所述套筒具有一顶部和一基部，并形成一接纳所述向下进给钳的腔室；以及一密封机构，所述密封机构设置在所述套筒上的一远离所述基部的位置，并相对于所述套筒而设置成与容纳于所述腔室中的所述向下进给钳相配合。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述套筒还形成至少一个位于所述密封机构与所述基部之间、用以对所述腔室进行净化的口。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述密封机构包括一尺寸和形状制成与所述向下进给钳的形状相配的环形密封圈和至少一个相对于所述密封圈而设置成将所述密封圈压靠于所述向下进给钳上的弹簧。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述基部包括一底板，所述底板与所述拉制炉的顶部相配合，以阻止未经选用的气体进入所述拉制炉，同时允许所述装置相对于所述拉制炉运动。
9.一种使光波导拉制炉顶部密封的方法，所述方法包括以下步骤将一组件滑动到一向下进给钳上而使所述组件支承于所述向下进给钳上，所述组件形成一接纳所述向下进给钳的腔室，并包括一基部和一远离所述基部的密封机构，所述密封机构与所述向下进给钳相配合而封闭所述腔室的一端；用一第一惰性气体净化所述腔室；以及将所述向下进给钳降低进入所述光波导拉制炉而使所述组件的基部定位于所述拉制炉顶部上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述密封机构包括一尺寸制成与所述向下进给钳的周边相配的环形密封圈，并且所述方法还包括将所述环形密封圈压靠于所述向下进给钳上的步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括将一第二惰性气体排到所述基部与所述拉制炉顶部之间、用以紧靠所述拉制炉顶部而悬浮所述组件的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述净化步骤包括通过一在所述密封机构与所述基部之间进入所述腔室的净化口而将氩气供给入所述腔室的步骤。
全文摘要
揭示了一种使光波导纤维拉制炉的顶部(预成型坯进入端)密封的装置和方法。该装置包括一组件(10),该组件构制和设置成在与所述向下进给钳(28)相配合的同时可分离地盖住所述拉制炉(60)的顶部。该装置包括一细长的套筒(12),它具有一基部(16)和一设置在该套筒上一远离基部位置的密封机构(18)。该套筒(12)形成一接纳向下进给钳(28)的腔室(50),该密封机构(18)相对于套筒设置成与容纳于腔室中的向下进给钳相配合。在本发明的一个方面,该装置还包括一惰性气体净化系统(22,24,26),用于在腔室(50)内提供惰性气体环境。还揭示了一种使光波导纤维拉制炉顶部密封的方法。
文档编号C03B37/029GK1341081SQ00804038
公开日2002年3月20日 申请日期2000年2月10日 优先权日1999年2月26日
发明者S·C·鲍尔, 老J·M·巴纳德, J·A·斯奈普斯 申请人:康宁股份有限公司