专利名称：由预成型坯拉制光纤的炉子的底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底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，即使对炉子送入最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或机械故障而产生过失时，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底部开口的底部门组件的移动或操作过程中造成的。通常的底部门组件仅有一单个密封圈，在上述任一过程中，该密封圈是用肉眼来检查，看在底部门组件与炉子底部相接合时是否形成适当的密封。密封的目的在于防止空气进入炉子。通常，在光纤破裂后，有多余的光纤从光纤毛坯上垂下，或者在底部门组件关闭时在密封圈与炉子底部之间夹有其它的外部碎屑。这进而会产生间隙，有碍于形成适当的密封。而且，由于反复和连续的使用，作用于组件各构件上的机械应力造成底部门组件产生偏斜，这也将导致密封失效。遗憾的是，在肉眼检查密封时，这往往无法检查出来。如果在这种情况下或在毛坯取出过程中从拉制炉拆下顶部密封件，则空气会通过密封中的任何间隙而被很快吸入炉子。同样，如果操作者忘记关闭底部门组件或者不适当地固定底部门组件和拆下顶盖，则空气也会迅速地进入炉子。这种现象通常称作烟囱效应，它会导致许多CO现象。
鉴于上述和其它缺点，需要一种可防止空气和其它不希望有的气体进入拉制炉的、密封光波导拉制炉的改进的组件和方法。
发明概要本发明的一个方面涉及一种为光波导拉制炉形成密封的装置。该装置包括一构制和设置成与拉制炉底部相配合而形成一密封的组件以及一与该组件相联而确定该密封是否有泄漏的泄漏检测系统。
在另一个方面，本发明涉及一种密封光波导拉制炉底部的方法。该方法包括以下步骤将一组件固定于拉制炉底部上而形成密封；在该组件与拉制炉底部之间供给一惰性气体流；以及检测该惰性气体流而确定该密封是否有泄漏。
在又一个方面，本发明涉及一种密封光波导拉制炉底部的装置。该装置包括一盖板及设置在该盖板上的第一和第二密封圈，第一密封圈与第二密封圈相隔开，并且第一和第二密封圈之间形成一通道。该盖板可移动而与拉制炉底部相接合和分离。
在另一个方面，本发明涉及一种形成用以防止空气吸入光波导拉制炉的密封的方法，该方法包括以下步骤将至少两个径向隔开的圆周状密封圈压于一底部门组件与拉制炉底部之间而形成一环形通道，并将数量足以防止空气突破进入拉制炉底部的一惰性气体送入该通道。用一测量装置对该惰性气体进行监控，以确定该惰性气体在一特定时间段内是否减少到一目标值，并对密封质量提供反馈，使操作者或计算机控制系统能够确定是否形成足够的密封。
本发明的还有一个方面涉及一种检查光波导拉制炉的底部是否密封的方法。该方法包括以下步骤移动一底部门组件而使其与拉制炉底部相接合；在底部门组件与拉制炉底部之间供给一惰性气体；用一测量装置监控该惰性气体而提供一惰性气体读数；将该惰性气体读数与一阈值相比较；以及将比较步骤的结果用信号通知操作者。
本发明的底部门组件相对于现有技术的其它底部门组件来说可提供许多优点。主要有，本发明的底部门组件可显著降低因空气进入拉制炉底部而引起的CO现象的数量，进而显著降低在炉(尤其是那些石墨马弗炉)中拉制的光波导纤维发生点缺陷损耗的数量和频率。而且，本发明的底部门组件的大尺寸结构比现有的底部门组件更为坚固，并具有自动调平功能，因而即使底部门组件的诸构件上产生磨损和破裂，也可实现适当的密封。
本发明的密封组件和方法还可提供其它的优点。所揭示的底部门组件和泄漏检测系统的组合可自动检测底部门组件与拉制炉之间是否形成适当密封。因此，就不再需要肉眼检查底部门组件这一不够准确的技术了。此外，如果检测到有不适当的密封，本发明可阻止拉制操作的继续，这尤其是通过阻止底部门组件关闭拉制炉来实现。因此，本发明的该实施例可提供一种防止空气进入拉制炉底部的失效保护设计，它在拉制操作过程中再次显著降低了CO现象的数量。
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六(6)个小时，以便于进行此类清洗和维修操作。因此，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很少的光纤的产量。
因此，本发明的组件和方法在要求底部门组件处于拉制炉底部上的关闭位置的拉制操作过程中可显著降低机械和人为过失。而且，本发明的系统和方法可自动地阻止某些拉制操作，直到和除非在底部门组件与拉制炉底部之间形成适当的密封。这种系统和方法可显著降低拉制操作过程中CO现象、尤其是因烟囱效应引起的的CO现象的数量，进而减少点缺陷数量和延长炉子使用寿命。
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是本发明的底部门组件的一较佳实施例的立体图；图2是沿图1中2-2线剖开的底部门组件的剖视图；图3是本发明的拉制炉底部密封装置的一较佳实施例的示意图；以及图4是图1的底部门组件处于拉制炉底部下方位置的侧视图。
较佳实施例的详细描述下面详细参照本发明现有的一些较佳实施例，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中表示本发明的光波导拉制炉密封组件的底部门组件的一示例性实施例，它总的由标号10表示。
按照本发明，用于选择性地密封光波导拉制炉底部的本发明包括一构制和设置成与拉制炉底部相配合、从而在组件与拉制炉底部之间形成密封的组件，并最好包括一泄漏检测系统，它与该组件相联而监控密封的状态，并进一步将该状态显示给拉制炉的操作者。
如这里所实施并且在图1中所示的，底部门组件10的一较佳实施例包括一大致呈圆周状的盖板12，该盖板最好由不锈钢制成，并具有一顶面14和一底面16。顶面14上支承有一对密封圈，诸如内O形圈18和外O形圈20，但并不局限于此。O形圈18、20最好与盖板12的侧部22呈圆周状隔开和彼此隔开，并形成一个位于O形圈18和20之间的通道24，该通道沿盖板12的顶面14呈圆周状延伸。盖板12通过一调平装置27支承于一定位臂26上。定位臂26最好由不锈钢制成，以显著限制因长时间作用于臂26的扭矩和其它力而造成的弯曲和变形的量。
如图2中更清楚表示的，O形圈18和20通过形成于盖板12中的内圆周槽28和外圆周槽30支承于顶面14上。环形通道24形成于槽28与30之间。盖板12的顶面14的中心区域最好呈凹形，用以将纤维、纤维碎片和其它碎屑朝盖板12的中心引导。如果有这样的中心锥度，它相对于由O形圈18和20所限定的平面最好约呈10度或更大。最好设置有调平装置27，它具有一调平座34，该调平座固定于一形成于盖板12的底面16中的凹槽36。调平座34可枢转地连接于一悬挂于一螺纹调节杆40的球体38，从而允许盖板12相对于定位臂26作关节活动。调平座34通过一保持盘42和紧固件43固定于盖板12。在保持盘42与一定位臂延伸部分46之间设置一间隔杯44，以允许调节盖板关节活动度。在定位臂延伸部分46的两侧设置调节螺母49，它们与间隔杯44相结合让操作者能够调节定位臂延伸部分46与盖板12之间的间隔，进而增大或减小游隙量以及盖板12所能获得的关节活动程度。因此，当底部门组件10通过任何可以得到的关节活动机构而移动成与拉制炉底部相接合时，调平装置27可使盖板12的顶面14适当地与拉制炉的底面对准，从而通过压缩它们之间的O形圈18和20形成密封。而且，盖板12可在拉制炉底部的开口上自定心。更具体地说，随着盖板12接触拉制炉的底部，调平座34在球体38上枢转，从而使整个周边以及O形圈18和20与拉制炉底部的周边相接触。
图3示出了本发明的光波导拉制炉密封组件的一更佳的实施例。如图3中示意性表示的，较佳的密封组件50包括一底部门组件，诸如以上描述的底部门组件10，并包括泄漏检测系统52。底部门组件10最好通过一些类型的机械、气动或液力致动机构相邻于拉制炉51的底部而可动地设置，并通过一气体供给管路53与一泄漏检测系统相联。泄漏检测系统52包括一惰性气体供给源54，用于通过供给管路53将一种惰性气体56提供给组件10，并包括一控制惰性气体56的流量的调节器58，最好还包括一在惰性气体56供给到组件10时测量其流量的流量计60。在惰性气体供给源54与调节器58之间最好设置一气动阀61，用以根据拉制操作程序对惰性气体56的供给实施开/关控制。流量计60和调节器58最好容纳于一控制盒62内，以防止对泄漏测量系统52的控制设置进行未经许可的干预。流量计60通过一联络线66与一计算机64相联。流量计60的流量检测信号提供给计算机64，在那里信号经分析并被转化为对操作者有用的信息。然后，该信息被输送到一显示装置，诸如一接触式屏幕68。随后，操作者可以与接触式屏幕68相互作用而控制密封组件50，从而控制各个拉制过程。
在光波导纤维的拉制操作过程中，当光纤被拉制时，底部门组件10保持于一打开位置。然而，当将毛坯或预成型坯(未图示)送入或移出拉制炉、光纤在拉制操作过程中断裂时，或者当拉制操作在预成型坯位于拉制炉内的同时处于停机状态时，底部门组件10必须关闭。如上面所讨论的，底部门组件必须关闭，以防止空气进入拉制炉底部，更具体地说就是防止烟囱效应，尤其是因在拉制炉底部还未适当密封时不慎过早打开拉制炉顶盖组件(未图示)而造成的烟囱效应。一般而言，当底部门组件10打开或因其它原因没有密封拉制炉底部时，顶盖组件应处于拉制炉顶部上的位置并密封该顶部，以防止烟囱效应。
当组件10处于打开位置时，惰性气体56以4.0 SLPM的流量输送给盖板12。惰性气体56最好是氩或其它一些不太贵的惰性气体，但本发明中也可以使用较贵的惰性气体，诸如氮或氦。为了减少拉制操作过程中的人为失误，最好用实验计算所需的惰性气体最大阈值流量，并将其编程入计算机64。为了确定该惰性气体最大阈值流量，当组件10适当地固定于一关闭位置时，在拉制炉内的一个恰位于盖板12上方的点处进行氧测量。确定出输送到盖板12的1.5 SLPM的惰性气体流量可将该测量点处的氧维持于一可接受的水平。该阈值是针对较佳的惰性气体-氩而确定的。如果选用其它的惰性气体，需要进行氧测量来确定可接受的水平。因此，要提供一安全因素，阈值可设定在1.0SLPM的流量。
如图4中所示，一旦盖板12处于一个应与拉制炉51的密封板72密封接合的位置，一接近开关或其它监控装置(未图示)给计算机64发出它们之间应该进行密封的信号，并且一个15秒计时器接通。当15秒过去后，假如已经形成密封，则流量降低，并且该信息从流量计60传递到计算机64。如果用O形圈18和20在盖板12与密封板72之间实现了适当的密封，则流量将在15秒时间内降低到1.0 SLPM的目标流量以下，并可继续进一步的拉制加工操作。然而，如果有纤维或其它碎屑干扰O形圈18和20，或者O形圈18和20因其它原因没有适当固定于盖板12与密封板72之间，则流量将因惰性气体54经密封圈18和20泄漏而无法在15秒的时间内达到1.0 SLPM的目标流量。在这种情况下，若没有操作者干预，将不能继续进行进一步的拉制操作。
在泄漏检测系统52的较佳实施例中，流量计60是由Brooks制造的、型号为5700AJ1A1AA的、数字式的MASSRATE流量计，它在0.0-5.0伏的输出电压下工作。因此，由流量计60读取的、对应于惰性气体56(最好是氩)流量的电压的模拟输出被传递至计算机64。计算机经编程而将该信息转化为SLPM单位的流量。在采用氩的场合下，每1.0伏的电压等于1.0 SLPM的流量，因而4.0 SLPM的初始流量和1.0 SLPM的目标流量分别相当于流量计60输出的4.0伏和1.0伏。如果采用其它的惰性气体，这种关系并不一定需要一模一样，因为本发明的流量计是由制造商针对氩而计算的。因此，其它的气体可能有适用于本发明的其它的初始和阈值流量。
在操作中，如图2和4中部分示出的，本发明的底部门组件10由一种传统的电动机或其它驱动机构(未图示)从一个远离拉制炉51底部70的位置移动到一个位于拉制炉底部70中心处的开口71下方的位置，如箭头76所示。然后，组件10如箭头78所示提升，直到盖板12接触位于拉制炉底部处的密封板72。定位臂延伸部分46对盖板12施加一个向上的力，并且调平装置27与盖板12相配合而确保盖板12适当定心并与密封板72对准。因此，O形圈18和20在密封板72与盖板12之间部分受压，从而在它们之间形成密封。盖板12与密封板72之间的适当接合最好由一接近开关或其它监控装置(未图示)转换成信号。从惰性气体供给源54输送到组件10的惰性气体56通过盖板12中的一个口74(图2)并进入形成于O形圈18和20之间的通道24。流量计60检测到进入通道24的初始惰性气体流量为4.0 SLPM。如果形成有适当的密封，则惰性气体流量开始下降。一旦它降低到1.0 SLPM的特定水平以下，便形成适当的密封，氧气不能通过拉制炉51的底部开口71进入。这种信息连续地从流量计60传递到计算机64，该计算机将信息显示于接触式屏幕68上。例如，计算机64可以在屏幕68上显示“底部门密封良好-可以继续”或一些其它的信息，从而用信号通知操作者目前没有空气进入拉制炉51的底部开口71，可以进行诸如取出毛坯之类的进一步拉制操作。因此，拉制炉操作者便可以移去顶盖组件(未图示)以继续拉制操作，而不会有发生CO现象的危险。
然而，如果没有形成适当密封，则流量不会降低至1.0 SLPM以下。这时，计算机64可在显示屏幕68上显示诸如“检查底部门密封故障”之类的信息，或者用其它方式信号通知操作者在盖板12与密封板72之间存在不适当的密封。较佳的是，底部门组件10如图4中箭头80所示从拉制炉51沿竖直方向缩回并如箭头82所示转动离开拉制炉51，从而自动地移动到一打开位置。然后，操作者可以用肉眼检查密封圈18和20是否有干扰或磨损，并且/或者采取必要的措施来解决任何影响底部门组件10正常工作的问题。一旦完成了故障检查，操作者可以按压接触式屏幕68上的“可以继续”或者一些其它的信息，以重新关闭底部门组件10，并重新启动以上所述的本发明的密封方法。但是，在盖板12与密封板72之间形成适当密封之前，不会允许拉制操作继续进行。因此，本发明的装置和方法可在因空气不慎进入拉制炉51底部开口71而引起石墨拉制马弗炉膛受氧化损伤之前提供对不适当密封或其它不安全状况的自动检测。
本发明的结构和方法决不局限于以上所描述的实施例。应予理解的是，例如，O形圈18和20可以是现有技术中公知的其它一些密封机构。而且，O形圈18和20可以支承于拉制炉51的密封组件72上，而不是支承于盖板12上，这不会影响本发明的操作。此外，以上是参照惰性气体流量检测来描述检测是否形成适当密封的方法。可以想到，本发明的方法以及系统也可以用其它的检测方法和系统来实施，诸如用一些类型的压力测量装置或系统来检测惰性气体的压力，但并不局限于此。
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
1.一种在光波导拉制炉底部形成密封的装置，所述装置包括一构制和设置成与所述拉制炉底部相配合而形成密封的组件；以及一与所述组件相联而确定所述密封是否有泄漏的泄漏检测系统。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组件包括一盖板，该盖板具有一顶面，所述盖板的顶面或所述拉制炉的底部具有第一密封圈和与所述第一密封圈径向隔开的第二密封圈。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述组件还包括一连接于所述盖板的臂，用以将所述盖板移动成与所述拉制炉底部相接触和相分离。
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臂与所述盖板之间的调平机构，所述调平机构连接于所述臂并可枢转地连接于所述盖板而使所述盖板与所述拉制炉底部自动对准。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泄漏检测系统包括一与所述组件相联而供给惰性气体的惰性气体源；一设置在所述惰性气体源下游、用于检测惰性气体流量并传递与该流量相应的信号的流量计；以及一连接于所述流量计而用以接收所述信号的计算机，所述计算机经编程而分析所述信号，以确定所述密封是否合格。
6.一种使光波导拉制炉底部密封的装置，它包括一盖板；以及设置在所述盖板或所述拉制炉底部上的第一和第二密封圈，所述第一密封圈与所述第二密封圈隔开，所述第一和第二密封圈之间形成一个通道，并且所述盖板可移动成与所述拉制炉底部相接合而与其形成密封。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述盖板具有一凹形表面。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，它还包括一移动所述盖板的臂和一使所述盖板自动固定于所述拉制炉底部上的调平装置。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，它还包括一与所述通道流体连通气体泄漏检测系统。
10.一种使光波导拉制炉底部密封的方法，所述方法包括以下步骤将一盖板固定于所述拉制炉的底部上而在它们之间形成密封；在所述盖板与所述拉制炉底部之间供给一惰性气体流；以及以足以确定所述密封是否气密的方式检测所述惰性气体的情况。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，它还包括显示所述密封状态的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述供给惰性气体流的步骤包括将所述惰性气体导入所述盖板上的第一和第二密封圈之间所形成的一通道中的步骤。
13.一种形成用以防止空气吸入光波导拉制炉的密封的方法，所述方法包括以下步骤将至少两个径向隔开的圆周状密封圈压于一底部门组件与所述拉制炉底部之间，以在所述拉制炉底部、所述底部门组件与所述至少两个密封圈之间形成一环形通道；将数量足以防止空气突破所述受压的至少两个密封圈并进入拉制炉底部的一惰性气体送入该通道；用一测量装置对所述惰性气体进行监控，以确定所述惰性气体在一特定时间段内是否减少到一目标值；以及对密封质量提供反馈，使操作者或计算机控制系统能够确定是否形成足够的密封。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在没有形成合适密封的情况下将所述底部门组件从所述拉制炉底部自动缩回的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述供给步骤包括以一预定流量供给氩气的步骤。
16.一种检查光波导拉制炉底部是否密封的方法，所述方法包括以下步骤移动一底部门组件而使其与所述拉制炉底部相接合；在所述底部门组件与所述拉制炉底部之间供给一惰性气体；用一测量装置监控所述惰性气体而提供一惰性气体读数；将所述惰性气体读数与一阈值相比较；以及将所述比较步骤的结果用信号通知操作者。
全文摘要
揭示了一种使光波导拉制炉底部密封的装置和方法。该装置包括一构制和设置成与拉制炉(51)的底部(70)相配合而形成密封的组件(10),并包括一与该组件相联而用信号表示密封是否适当的泄漏检测系统。该组件的盖板(12)选择性地固定于拉制炉(51)的密封板(72)而形成密封,并在盖板(12)与拉制炉底部(70)之间供给一惰性气体。检测该惰性气体的流量以确定是否形成合适的密封。还揭示了一种组件(10)和一种使拉制炉底部密封的方法,该组件包括一盖板(12),它具有至少两个径向隔开并呈圆周状设置在盖板(12)的顶面(14)上的密封圈(18,20),用于与拉制炉(51)的底部(70)处的密封板(72)相接合。在预成型坯送入和取出过程中以及在停机期间,也就是在没有用预成型坯来拉制光纤的期间,对这种拉制炉的底部进行密封。
文档编号C03B37/029GK1341082SQ00804039
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