光纤预制件生产过程中从排放管中清除管中玻璃灰的装置的制作方法

专利名称:光纤预制件生产过程中从排放管中清除管中玻璃灰的装置的制作方法
本发明一般来说与光纤预制件的制造有关，更具体地说，与在预制件制造过程中的化学汽相沉积阶段中倾向积累在排放管内部的玻璃灰的清除装置有关。
已经公知一种包括一种称为改进的化学汽相沉积法的光纤预制件制造技术已得到使用。在这一制造阶段中(以下有时称为化学汽相沉积阶段)一种包含一定玻璃先质(特别是卤化物或其它玻璃形成或掺杂元素的化合物，如硅、硼、锗、磷等等)，以及氧化剂(如氧)的气态介质流过基底管的内部，该管通常绕其纵轴线转动并且从外面被加热，例如用氢氧火焰对管的外表面进行加热，使得在基底管的被加热区和/或其下游发生化学反应，结果使玻璃先质转变成在基底管内表面上至少沉积一层的玻璃材料。
在此阶段中，在加热区或其下游形成了由微细玻璃颗粒组成的玻璃灰，然后被气态介质带出基底管下游，进入排出管。排出管是一个玻璃管，其直径比基底管大，并且在结合部同基底管的下游熔合，所以可与基底管一起转动。经验显示，进入排出管内的灰尘趋向于沉积在该管内并累积起来，因此减小了排出管的流通横截面积。这些累积能影响化学汽相沉积法作业，并且使原来选定的沉积参数如压力，气体介质或类似物质的流速等发生变化，从而极大地影响了沉积在基底管内的沉积层的性质。
现有最广泛使用的在灰尘累积能引起沉积参数显著改变之前就将它们从排出管清除掉以避免发生此类问题的方法，是使预制件制造设备的操作者定期地用石英棒刮削排出管的内部，该石英棒长约一米，以便能接触排出管的所有部分，一旦弄松这些灰尘，再用同一根石英棒把它们弄出排出管。这种除灰技术有几个缺点。其一是操作者需频繁地介入一个本来自动化的过程。还有，这种方法使待制造的预制件遭受污染，因为某些被弄松的灰尘能回到基底管内并成为其中沉积层的一部分。
本发明的目的是避免先有技术的缺点。
更具体地说，本发明的目的是提供一种在预制件生产过程中的化学汽相沉积阶段从排出管内清除玻璃灰的装置，该装置避免了先有的各种方法的缺点。
本发明的另一个目的是构造一种装置，使除灰操作能全自动化进行。
本发明还有另一个目的是使设计的上述类型装置能消除排出管前面的基底管的沉积层被弄松的灰尘污染的危险，或至少把这种危险降低到一个可接受的水平。
本发明随之产生的目的是使上述装置结构简单，制造成本相对低，容易安装和使用，工作可靠。
为了实现这些以及后面将会出现的目的，本发明的一个特点是有一个把一种辅助气体介质引入排出管内的装置，该排出管与基底管下游连接。在光纤预制件生产进程中的化学汽相沉积阶段，携带着玻璃灰尘微粒的主气态介质基本同轴地进入排出管。该装置包括一个喷气管，该管含有放在排出管内的管形部分，除了接触区外，它与排出管之间存在径向空间，还有一个位于排出管和基底管结合区域的自由端;辅助气体介质供给部分，该部分把辅助气体介质供入喷气管，使其穿过该喷气管向该自由端传送并流出该自由端进入所说的区域并就地与主气态介质流混合一起流向所说的空间;在该接触区引起相对园周运动，并使接触区处至少排出管上的积灰变松以便使变松的灰被卷吸入通过该空间的混合流并被带出该排出管的机构。
到此为止所叙述的本发明的独特优点是该装置有助于实现全自动除灰，不需要操作人员介入。还有，因为排出管内的灰尘累积发生在两种气态介质相互混合区的下游侧，所以这些灰尘不可能回到基底管内污染其中已形成的膜层。本方法和装置的附加优点是有可能不但在化学汽相沉积阶段对基底管内的压力进行控制，而且在光纤预制件制造过程的其它阶段，也能根据需要对此进行控制。
本发明的上述的和其它的特点和目的将在参考后面结合附图的说明后变得更加明确。本发明唯一的附图是本发明除灰装置和使用环境的示意图。
参照附图，标号10表示一个基底管，在其内部将要产生至少一层至少一种光学玻璃材料并在光纤预制件制造过程中进一步处理。在此制造过程中，基底管10被从在车床上熟知的可绕纵轴转动的支持方式支持，至少在前述的内部层的形成过程中，管10绕其纵轴转动。在光纤预制件制造过程的化学汽相沉积阶段，该层在管10的内表面上形成。在该阶段中，通过对先质材料进行加热，尤其是用喷灯火焰加热管10的外壁令热量透过管10加热气态介质，使要被沉积的光学物质从存在于通过管10内部的一种主要气态介质流中的呈气体或蒸气状态的先质材料转变为一种固态材料。这种方法对熟悉本领域的人来说是众所周知的，因此不必赘述。
在预制件制造过程的化学汽相沉积阶段，还形成一种所谓的玻璃灰，它是由固体玻璃材料如硅、锗、磷或硼的氧化物的很小的微粒构成的。它们被吸入通过管10内的主气态介质流中，穿过管10的下游而进入排出管11，排出管11与基管10的下游连接并构成基管10的扩径延伸部分，它一直向下游方向延伸。如果让灰在排出管11内逐渐积累，那么最终灰就会影响主气态介质流从管10内通过。因此，理想的是，在灰在排出管11内产生可观的累积之前就把灰从管11内清除掉。
按照本发明，除灰工作是由一个除灰装置12完成的。除灰装置包括，一个喷气管13(它是该装置的主要零件)，一种辅助气体介质，尤其是一种惰性气体(例如氮气)，被通过该管13引入排出管11内并到达区段14，在该区域管11和管10结合，区段14向基底管10的下游方向锥形扩大。因此，在结合段14，辅助气体介质以与从基底管10内出来的主气态介质流向相反的方向流入，结果在结合段14及其下游产生明显的紊乱或不规则的流型，同时搅动在结合段14或其下游已经沉积或将要沉积的灰，如图所示，尽管喷气管的纵轴线与排出管11的纵轴线平行(该排出管与基底管的轴线基本或完全重合)由于喷气管13的纵轴线相对于排出管11的轴线横向偏置，所以从管13中出来的辅助气体介质流对准结合段14的基本锥形的内表面，使得它在与进入结合段14的来自基底管10中基本共轴的主气态介质流混合之前就改变了方向。
搅动或除灰效果由于以下情况而进一步得到增强，即喷气管13被支持在排出管的瞬时底部区域或与之接触，或与可能位于该处的灰尘接触。这意味着，在此区域的灰粒是疏松的，或因与喷气管13的外表面接触而能够变得疏松，它们将会被引入和卷吸进通过排出管11内部并环绕喷气管13外表面的由主气态介质和辅助气体介质混合的气流中。
经验显示，由于在结合区段14及其下游的气流相当猛烈，灰粒通常在排气管11的起始端不开始沉落，直到它们到达距结合区14相当远的下游位于排出管以内喷气管以外的空间的沉落区才开始沉落。然而，在此沉落区，灰粒倾向于相互粘附和/或粘附在排出管11的内表面以及喷气管13的外表面上。为了阻止这一倾向并疏松灰粒使之被卷吸进从排出管11和喷气管13之间的空间通过的混合气体流，进而把它们带出排气管11，使喷气管13在排出管11内起到象一个剖板那样的作用。为此，使喷气管13的外表面在排出管11内在园周方向相对运动。
按如图所示的方式安装喷气管13使其能绕其纵轴转动，至少在预制件制造过程中的化学汽相沉积阶段使喷气管转动，达到了满意的效果。喷气管13的转动方向最好与排出管11和基底管10的转向相反，使两个相对的圆周表面在上述瞬时底部区向相反圆周方向运动。其优点是，即使在排出管11和喷气管13以低速或中速转动时，相互配合作用的圆周表面间的相对速度也相当高，从而得到好的刮削效果。其另一优点是，在喷气管13的外表面对排出管11的内表面进行刮削的同时，排出管11的内表面对喷气管13的外表面也进行刮削，所以不仅清除了沉积在排出管11内表面上的灰尘，而且也清除了沉积在喷气管外表面上的灰尘。
喷气管13的转动靠马达15实现，该马达最好是分马力可变速马达。马达15的输出轴上安装了第一轮17。一个环形转动元件18，此处用的是一个齿形传动带，排在第一轮17和一个套在管状连接零件20上的第二轮19上。该管状连接零件20的安装部21可转动地安装在一个静止的气体接头23的内通道22中，并用一组密封环24密封。管状连接零件20的另一部分25通过一个结构已公知的挠性塑料联接器26密封连通地与喷气管13远离结合区14的那一端连接。因此，马达15的输出轴16的转动使得管状连接零件20转动，并经过联接器26使喷气管13转动。
气体接头23的内通道22远离安装部21的一端是第一开口27。第一塞堵28密封地关闭了第一开口27，一个沉积压力探测管29从第一塞堵中穿过。沉积压力探测管29在喷气管13内一直伸到位于该管上游端的测量区，另一端通到主要用于测量测量区压力的沉积压力计。这个压力指出至少在预制件制造过程中的化学汽相沉积阶段所面临的工作条件。在安装部21和第一开口27之间，有一个基本上横向连通内通道22的辅助开口31。该辅助开口用另一个塞堵32密封封闭，一个辅助输送管33穿过该塞堵32。辅助输送管33用于把辅助气体介质送入内通道22。辅助气体介质再从内通道22穿过管形连接零件20的内部，接着穿过联接器26，和喷气管13的内部，到达结合区14。
已经发现，当喷气管13用石英制成，其外径约25毫米，喷气管13的自由端在排出管11内伸入到距基管和排出管11结合处约5厘米处时，效果较好。沉积压力探测管29最好用不锈钢制成，其外径约为1/8英吋。由于沉积压力探测管29终止于喷气管13内，即不到喷气管13的自由端，所以在测量区探测或测量到的压力基本上是稳态的，不会有过分波动。如果沉积压力探测管超出喷气管13的自由端而进入存在于结合区14和其下流的搅动混合区，则测出的压力会过分波动。
在叙述了除灰装置12及其相对于排出管11和基底管10的布置关系后，现在将简要地讨论当预制件制造过程的化学汽相沉积阶段时除灰装置的工作情况，以及按本发明所构造的除灰装置的优点。
在预制件制造过程的化学汽相沉积阶段开始之前，进入辅助进口31的辅助气体的压力被调整到理想水平。在此水平，知道或发现该化学蒸汽沉积过程产生的沉积层的质量和速度都为最佳。然后使主气态介质从基底管10内部流过并且进入排出管11，接着与辅助气体介质相遇或形成混合流，通过喷气管外部与排出管内部之间的空间。再使预制件制造过程的化学汽相沉积段开始，并且使其底管10和排出管11的组合件开始转动，以及使布置在基底管10外面的加热源(特别是喷灯)沿其底管10的纵向运动。当需要开始刮削时(该运动可与预制件制造过程的化学汽相沉积阶段的初始同时、相继或甚至提前产生)，马达15被起动，管形连接零件20开始转动，其转动方向与预制件制造过程的化学汽相沉积阶段中基底管10和排出管11的转动方向相反。由于联接器26允许喷气管13靠自重坐在上述底部区，所以喷气管13始终要么直接与排出管11的内表面接触，抑或与底部区表面上积累的玻璃灰接触。这意味着，喷气管13外表面和排出管11的内表面在底部区沿相反圆周方向的运动使各自被影响的表面上积累的玻璃灰变得疏松，或被从其表面上刮下。然后，这些被疏松或被刮下的灰被卷吸进混合气体介质流，通过喷气管13和排出管11之间的空间并且从后者的开口端排出。因为内部包含了喷气管而使排气管11的流通横截面减小，还因为在通过排出管内部的主气态介质流中又增加了辅助气体介质流，使得通过排出管11内表面和喷气管外表面之间的空间的两种气体介质的混合流的流速比传统的作法中仅有主气态介质流流过时的速度有相当大的增加。流速增加会阻止灰尘在排出管内的沉降倾向，因为减少了灰粒在排出管11内的逗留时间，并且使灰粒浮在管子内的空间中。
在预制件制造过程的化学汽相沉积阶段，由观测员在沉积压力表30处连续或频繁地监视喷气管13自由端处的压力，或用控制计算机或类似的已公知的信息处理装置进行自动监测，这个压力的任何实质性变化都会得到评估，而且如果需要的话，将被用于对预制件制造过程的化学汽相沉积阶段的操作参数进行调节，比如调节压力或进入基底管10内的主气态介质的流量，或调节进入辅助进口31的辅助气体介质的压力或流量。根据具体情况，这一调整工作可以由操作人员根据从沉积压力表30上观察到的信息进行，或用控制计算机或类似装置直接按照表明测量压力大小的信号进行。后一种方法目前比较理想，特别是因为这样一种信息处理和/或控制装置是现成的，因为它正被用于对预制件制造过程的化学汽相沉降过程中的各种参数如压力，气体流量、喷灯之类所用的燃料和氧气配比等进行控制。实际上，本发明的除灰装置12的技术方案和它与信息处理装置的连接，向着化学汽相沉积法光纤预制件制造过程的全自动化又迈出了一步。
把辅助气体介质引入结合区14基本上有两个优点。其一是出现了一个两种气体介质相互混合的相互作用区，这个相互作用区位于基底管10的下游端和喷气管10的自由端之间，因此有效地把基底管10的内部和排出管中的灰尘累积区分隔开来。这意味着，可以防止排气管11内疏松的玻璃灰重新进入基底管10内，因此防止了对沉积在其底管10内表面的材料层的可能产生的污染。另一个重要优点是，引入辅助气体介质使基底管10下游端的压力可控地增加，所以预制件制造过程的化学汽相沉积阶段可在更高且可控的压力下进行，提高了化学汽相沉积过程的效率。这样，首先减少了灰的数量，所以到达排出管11的灰尘量更少，并且进一步减少了灰尘在排出管11内部沉积的危险。
虽然在预制件制造过程的化学汽相沉积阶段用本除灰装置12对排出管内部除灰的效果特别好(其用法在前面已经叙述过了)，在光纤预制件制造过程的不同阶段中，本装置也能用于不同的目的，特别是用于控制排出管11内的压力，因而间接地控制基底管10内下游端或整个基底管内的压力。例如，在预制件制造过程的化学汽相沉积阶段完成以后，由基底管10内表面上的沉积层产生的筒形构造破坏时，也可以使用装置12。
上面，我们结合具体的装置叙述了本发明的原理，应该清楚地懂得，这一叙述只是举一个例子，并不作为在目的和所附权利要求
之中所叙述的本发明范围的界限。
权利要求
1.一种把一种辅助气体介质引入一个与基底管下游端连接的排出管内的装置，当在一种光纤预制件制造过程的一种化学汽相沉积阶段中，携带玻璃灰微粒的主气态介质从基底管中出来并基本同轴地进入排出管，其特征在于，一个喷气管(13)包括一个容纳在排出管(11)内的筒状部分，除了接触区外，喷气管与排出管之间存在径向空间，并且喷气管的自由端布置在排出管(11)和基底管(10)的汇合处；向所说的喷气管(13)内供应辅助气体介质使其穿过该管向所述自由端传送并从该自由端流出，进入所述的区域并就地与流出的主气态介质流混合，一起进入所述空间的构成部分(33、22、20、26)；使在所述接触区之间产生相对园周运动，并使接触区处至少排出管(11)上累积的灰尘变松，并把疏松后的灰尘卷吸进通过该空间并排出该排出管(11)的混合流之中的机构(15～19)。
2.如权利要求
1所述的用于预制件制造设备的装置，该装置使基底管和排出管一起绕基底管的纵轴线旋转，其中所说的引起转动的装置用于当排出管转动过程中经过该区时使所说的接触区在空间基本保持不动。
3.如权利要求
2所述的装置，其中所说的引起转动的机构包括使该喷气管的管形部分保持在排出管内的瞬时底部的位置上从而使该接触区位于该底部的维持机构。
4.如权利要求
3所述的装置，其中所说的维持机构包括一个挠性联接器，它把该供给机构与该喷气管连接起来，并允许该喷气管的管形部分维持在该底部的位置上。
5.如权利要求
1所述的装置，还包括使该喷气管绕其纵轴线旋转以使其外表面周向运动经过该接触区以疏松累积在该处的灰的机构。
6.如权利要求
5所述的装置，其中所说的引起转动的机构使该排出管的内表面相对于该接触区沿某一方向运动;其中所说的转动机构这样转动喷气管，使喷气管的管形部分的外表面沿相反园周方向经过该接触区。
7.如权利要求
5所述的装置，其中所说的供给机构包括一个与该喷气管上该自由端相反一端的远端相连接的气体接头。
8.如权利要求
7所述的装置，其中所说的气体接头包括一个静止的壳体，其中有一个与至少一个进口连通的内通道，辅助气体介质从该进口进入该通道;和一个筒形连接件，其一端密封地可相对该壳体转动地装进该通道中，其另一端在该壳体外面并且与该喷气管的该远端连接;其中所说的转动机构包括一个马达和一个位于该马达和该连接零件另一端部之间，当该马达起动后使该连接零件转动的传动件。
9.如权利要求
8所述的装置，还包括一个挠性联接器，该联接器密封地与该连接零件的该另一端和该喷气管的该远端连接，其作用是使该喷气管能与该连接零件一起转动，同时又允许该喷气管的纵轴线相对于该连接零件的轴线产生有限偏离。
10.如权利要求
8所述的装置，还包括监视该喷气管的该自由端处压力的装置，它包括一个压力测量装置和一个从该压力测量装置通过该通道和该喷气管内部到达该管的该自由端区域以便把该区域压力传送到该压力测量装置的管形导管。
11.如权利要求
10所述的装置，其中所说的管形导管终止在该喷气管内距该管自由端预定距离处。
专利摘要
本装置包括一个喷气管，它被部分地容纳在排出管内，除接触区外，两管之间存在径向空间。在接触区，两管之间有相对圆周运动，以便导松在接触区的灰尘，从而把它们吸入通过空间的混合流并排出排出管。喷气管放置在排出管的底上，排出管在沉积过程中向一个方向旋转，同时喷气管向另一方向旋转，所以当排出管的内表面和喷气管的内表面经过接触区时，在这些表面上积累的灰尘都被刮掉。
文档编号C03B37/018GK86102638SQ86102638
公开日1986年12月24日 申请日期1986年4月15日
发明者罗伯特·比克曼, 卡姆伦·卡巴希约恩 申请人:国际标准电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan