АППАРАТ ДЛЯ НАГРЕВА СТЕКЛЯННОЙ ЗАГОТОВКИ Российский патент 2015 года по МПК C03B37/25 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к аппарату с герметичным уплотнением. В последующем техническом описании сущность данного изобретения будет объяснена с помощью примера путем ссылки на аппарат, предназначенный для нагрева стеклянной заготовки, которая используется для вытягивания оптоволокна, хотя следует понимать, что данное изобретение может также применяться для других целей.

Уровень техники

Ранее была известна печь для нагревания стеклянной заготовки таким образом, чтобы стеклянную заготовку можно было вытянуть в оптическое волокно. Эта известная печь содержит вертикальное центральное отверстие с окружающими его нагревательными элементами. Стеклянную заготовку подают в печь сверху, и пока осуществляется нагрев стеклянной заготовки, оптоволокно можно вытягивать из размягченного нижнего конца стеклянной заготовки. Подобная печь известна, например, из SU 983088 A1, 1982.

Чтобы гарантировать, что свойства вытягиваемого волокна являются отличными, необходимо герметизировать внутреннюю поверхность печи от окружающей среды. В ранее известной печи графитовое кольцо расположено на верхнем конце печи в качестве герметичного уплотнения. В этом техническом решении диаметр внутренней поверхности графитового кольца устанавливают такого размера, чтобы он в общем случае соответствовал наружному диаметру стеклянной заготовки, тогда как наружная часть графитового кольца располагается герметично вдоль поверхности печи.

Недостаток вышеупомянутого технического решения, соответствующего уровню техники, предшествующему данному изобретению, заключается в том, что форма поперечного сечения стеклянной заготовки не является постоянной. На практике стеклянная заготовка обычно имеет в основном круглое поперечное сечение; однако из-за практических проблем, возникающих в процессе изготовления стеклянной заготовки, форма и/или диаметр поперечного сечения может изменяться в нескольких частях стеклянной заготовки. Это создает проблему, поскольку в таком случае графитовое кольцо оказывается не способным эффективно соответствовать форме стеклянной заготовки, что в результате приводит к увеличенному зазору между стеклянной заготовкой и графитовым кольцом, или альтернативно, может приводить к ситуации, когда поверхность стеклянной заготовки или поверхность графитового кольца может повреждаться из-за чрезмерных контактных усилий между поверхностью стеклянной заготовки и поверхностью графитового кольца.

Кроме того, в техническом решении, соответствующем уровню техники, предшествующему данному изобретению, не имеется возможности просто использовать одну печь для стеклянных заготовок с изменяющимися размерами поперечного сечения. Вместо этого, чтобы избежать модификаций печи, одна печь может на практике использоваться только для стеклянных заготовок, имеющих заранее заданный размер поперечного сечения.

Раскрытие изобретения

Цель данного изобретения согласно одному варианту осуществления данного изобретения - устранить вышеупомянутый недостаток и предложить аппарат с новаторской и эффективной конструкцией герметичного уплотнения. Эта цель достигается благодаря применению аппарата, выполненного согласно независимому п.1 формулы изобретения.

Герметичное уплотнение с множеством герметизирующих элементов, расположенных по существу в виде кольца вокруг центрального проема, и с секциями, вставляемыми в напорную камеру с избыточным давлением, дает возможность получить техническое решение, в котором обеспечивается эффективное герметичное уплотнение. В таком техническом решении избыточное давление в камере может перемещать герметизирующие элементы к центральному проему таким образом, что герметизирующие элементы всегда находятся в оптимальном положении.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже данное изобретение будет описано более подробно с помощью примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 изображен первый вариант реализации аппарата согласно данному изобретению;

на фиг.2 изображен второй вариант реализации аппарата согласно данному изобретению;

на фиг.3 изображен третий вариант реализации аппарата согласно данному изобретению;

на фиг.4 и 5 изображен четвертый вариант реализации аппарата согласно данному изобретению;

на фиг.6 изображен пятый вариант реализации аппарата согласно данному изобретению;

на фиг.7 изображен шестой вариант реализации аппарата согласно данному изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан первый вариант реализации аппарата 1, выполненного согласно данному изобретению. Аппарат содержит множество герметизирующих элементов 2, расположенных по существу в виде кольца вокруг центрального проема. В варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг.1, удлиненный предмет 3, такой как по существу цилиндрический предмет из стекла, выступает внутрь центрального проема. Удлиненный предмет может представлять собой стеклянную заготовку, которую нагревают с помощью нагревательных элементов 4, расположенных вокруг вертикального центрального отверстия 5. В такой печи 6, предназначенной для нагрева стеклянной заготовки, стеклянная заготовка нагревается до тех пор, пока оптоволокно 7 можно станет вытягивать из нижнего конца стеклянной заготовки.

Чтобы гарантировать, что свойства оптоволокна 7 являются отличными, необходимо обеспечить, что внутренняя поверхность печи 6 герметизирована от окружающей среды во время вытягивания оптоволокна 7. Нижний проем 8 печи герметизируется от окружающей среды за счет использования инертного газа. В этом примере инертный газ 11 подают в печь через входные отверстия 10 для газа, расположенные в различных местах аппарата 1. Благодаря герметизирующим элементам 2, большая часть подаваемого инертного газа 11 будет протекать вниз таким образом, что воздуху, например, находящемуся в окружающих частях печи 6, не позволяется протекать в печь через нижний проем 8, благодаря инертному газу 11, вытекающему из печи через этот нижний проем 8. В альтернативном варианте имеется возможность также обеспечить поток вверх через центральное отверстие печи. В этом случае одной альтернативой является введение инертного газа в центральное отверстие в месте, расположенном намного ниже, чем показано на фиг.1. В этом случае входное отверстие для газа в верхней части печи является абсолютно ненужным.

Герметизирующие элементы 2 выполнены в форме удлиненных пластин с секцией 12, выступающей внутрь камеры 13. По меньшей мере уплотняющие поверхности 15 герметизирующих элементов 2 могут быть изготовлены, к примеру, из стекла или графита. В зависимости от конкретной реализации, каждый герметизирующий элемент может иметь свою собственную камеру, или альтернативно секции 12 больше, чем одного герметизирующего элемента 2, могут выступать внутрь одной камеры 13. Текучая среда вводится в камеру 13 или в камеры через входное отверстие 14. Одной альтернативой является использование того же самого инертного газа, что и газ, подаваемый через другие входные отверстия 10 внутрь печи 6. В любом случае текучая среда, подаваемая в камеру 13 или камеры, создает в камере или камерах избыточное давление. Таким образом, давление, воздействующее на секции 12 герметизирующих элементов 2 в камерах 13, является более высоким, чем давление в центральном проеме, вокруг которого расположены герметизирующие элементы 2. Соответственно, избыточное давление прижимает и перемещает герметизирующие элементы 2 к центральному проему таким образом, что, как показано на примере фиг.1, уплотняющая поверхность 15 каждого герметизирующего элемента 2 входит в контакт с удлиненным предметом 3, иными словами, со стеклянной заготовкой.

Использование множества герметизирующих элементов 2, которые могут перемещаться независимо друг от друга, позволяет обеспечить эффективное герметичное уплотнение вокруг предмета 3, поскольку каждый герметизирующий элемент можно перемещать независимо от других герметизирующих элементов в точно оптимальное положение. Следовательно, эффективное уплотнение обеспечивается вдоль всей наружной поверхности предмета. Если по какой-то причине предмет не имеет в точности круглого поперечного сечения, к примеру, это не влияет на эффективность уплотнения. Кроме того, возможные изменения в диаметре могут также быть скомпенсированы, как это имеет место в случае предмета с меньшим или большим диаметром, когда герметизирующим элементам позволяется перемещаться независимо друг от друга в оптимальное положение. Регулировка давления текучей среды может использоваться для увеличения или уменьшения избыточного давления в камерах 13, так что усилие, с которым уплотняющие поверхности 15 герметизирующих элементов прижимаются к наружной поверхности предмета 3, можно регулировать. Благодаря такой регулировке, можно обеспечить соответствующее контактное усилие между герметизирующими элементами 2 и предметом, и это гарантирует, что поверхность предмета не будет повреждена герметизирующими элементами.

На фиг.2 показан второй вариант реализации аппарата 1' согласно данному изобретению. Аппарат, изображенный на фиг.2, аналогичен аппарату, описанному в связи с фиг.1, и следовательно вариант осуществления данного изобретения, изображенный на фиг.2, будет в основном объяснен путем ссылки на различия между этими двумя вариантами осуществления данного изобретения.

Как показано на фиг.2, множество герметизирующих элементов 2 и 2′ расположены в более чем двух слоях. На практике число слоев на фиг.2 равно трем. Каждый слой содержит герметизирующие элементы 2 и 2′ и камеры 13, как объяснялось со ссылкой на фиг.1. Однако, на фиг.2 охлаждающие элементы расположены между герметизирующими элементами 2 и 2′ различных слоев. Каждый охлаждающий элемент 20′ может состоять, например, из круглого кольца, внутри которого расположен проточный канал 16′. Охлаждающая текучая среда может проходить через проточный канал 16′, чтобы обеспечить достаточное охлаждение аппарата 1′.

Чтобы обеспечить эффективное герметичное уплотнение, герметизирующие элементы 2 и 2′ различных слоев могут иметь уплотняющие поверхности с разным радиусом кривизны. К примеру, самый верхний герметизирующий элемент 2′ первого слоя может иметь изогнутую вогнутую уплотняющую поверхность 15′ с радиусом R1, а герметизирующий элемент 2 второго слоя может иметь изогнутую вогнутую уплотняющую поверхность 15 с радиусом R2, который может быть немного больше или меньше, чем радиус R1. В таком случае, если предмет с радиусом R1 расположен в центральном проеме, вокруг которого располагаются герметизирующие элементы 2 и 2′, совершенное уплотнение обеспечивается с помощью герметизирующих элементов 2' первого слоя, поскольку радиус кривизны на их уплотнительных кромках 15′ соответствует радиусу предмета. Немного менее качественное уплотнение обеспечивается с помощью герметизирующих элементов 2 второго слоя, поскольку их радиус кривизны R2 не в точности соответствует радиусу предмета. Однако, ситуация является противоположной, если другой предмет с радиусом R2 помещают в центральный проем, поскольку тогда совершенное герметичное уплотнение обеспечивается с помощью герметизирующих элементов 2 второго слоя, тогда как несколько менее качественное уплотнение обеспечивается с помощью герметизирующих элементов 2′ первого слоя. Использование различного радиуса кривизны уплотняющих поверхностей герметизирующих элементов, таким образом, дает возможность лучше приспособиться к предметам различных размеров. В общем случае, обычно является преимуществом выбирать радиус кривизны вогнутых уплотняющих поверхностей, который немного больше, чем наибольший возможный радиус предмета.

На фиг.2 также показано, что части текучей среды, в данном случае инертного газа 11, который вводят в камеры 13, позволяют протекать вдоль герметизирующих элементов к центральному проему кольцевой конструкции, внутри которой расположены герметизирующие элементы 2′ и 2. Это имеет преимущество, если аппарат 1′ используется для герметизации печи 6, как показано на фиг.1, к примеру, и, следовательно, необходимо исключить ситуацию, когда воздух попадает в печь. В таком случае можно избежать проблем, возможно вызванных тем фактом, что герметизирующие элементы 2 и 2′ не способны обеспечить достаточное воздухонепроницаемое уплотнение, поскольку подача инертного газа на герметизирующие элементы 2 и 2′′ предотвращает прохождение воздуха через герметизирующие элементы внутрь печи 6. Соответственно, инертный газ, вытекающий из печи 6 через проем вверху, предотвращает втекание воздуха внутрь печи.

На фиг.3 показан второй вариант реализации аппарата 1′′ согласно данному изобретению. Аппарат, изображенный на фиг.3, аналогичен аппарату, описанному со ссылкой на фиг.1 и 2, и следовательно вариант осуществления данного изобретения, изображенный на фиг.3, будет в основном объяснен путем ссылки на различия между этими двумя вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг.3 множество герметизирующих элементов 2′′ расположены друг над другом. Каждый герметизирующий элемент 2′′ может свободно перемещаться, независимо от перемещения других герметизирующих элементов, так что его уплотняющая поверхность, благодаря давлению текучей среды, воздействующему на герметизирующие элементы через входное отверстие 14′′ и камеру 13′′, перемещается к центральному проему, вокруг которого герметизирующие элементы расположены в кольцевой конструкции.

На фиг.4 и 5 показан четвертый вариант реализации аппарата 1′′ согласно данному изобретению. В этом варианте осуществления данного изобретения две кольцевые пластины 17′′′ расположены одна над другой, как показано на фиг.5. В целях упрощения только одна четверть кольцевых пластин 17′′′ показана на этих рисунках. Множество герметизирующих элементов 2′′′ расположены между пластинами 17′′′. Камеры 13′′′ для приемных секций герметизирующих элементов 2′′′ и каналы 18′′′, предназначенные для прохождения текучей среды в камеры 13′′′, предусмотрены во внутренних поверхностях обеих пластин 17′′′, как можно видеть на фиг.4, где верхняя пластина 17′′′ удалена.

В варианте осуществления данного изобретения, показанном на фиг.4 и 5, герметизирующие элементы 2′′′ расположены в двух слоях друг над другом и таким образом, что герметизирующие элементы 2′′′ верхнего слоя частично перехлестывают по меньшей мере два герметизирующих элемента 2′′′ нижнего слоя. Это уменьшает зазоры между герметизирующими элементами и соответственно снижает возможную утечку на границах между герметизирующими элементами 2′′′.

На фиг.6 показан пятый вариант реализации аппарата согласно данному изобретению. Аналогично вариантам осуществления данного изобретения, изображенным на фиг.4 и 5, здесь предусмотрена кольцевая пластина 17′′′′ (только четверть пластины показана на рисунках), в которой были сформированы камеры 13′′′′ и каналы 18′′′′. Однако в варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг.6, герметизирующие элементы 2′′′′ имеют кромки 19′′′′, которые сформированы таким образом, чтобы они частично перекрывали друг друга. Это ступенчатое формирование кромок 19′′′′ соседних герметизирующих элементов позволяет обеспечить улучшенное уплотнение в техническом решении, включающем в себя расположение герметизирующих элементов 2′′′′ только в одном слое. Следовательно, никаких камер, каналов или герметизирующих элементов не требуется в сопрягаемой пластине, которая расположена над пластиной 17′′′′, показанной на фиг.6. Однако, естественно имеется возможность использовать еще одну пластину 17′′′′, которая является идентичной пластине, показанной на фиг.6, расположенную над пластиной 17′′′′, в этом случае эта другая пластина содержит камеры, герметизирующие элементы и каналы, расположенные аналогично тому, как они используются в пластине 17′′′, показанной на фиг.6.

На фиг.7 изображен шестой вариант реализации аппарата согласно данному изобретению. Аппарат согласно фиг.7 очень аналогичен ранее описанным вариантам осуществления данного изобретения, и, следовательно, вариант осуществления данного изобретения, изображенный на фиг.7, будет в основном объяснен путем указания различий по сравнению с другими вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг.7 показан только герметизирующий элемент, расположенный в камере. Как и в предыдущих вариантах осуществления данного изобретения, избыточное давление образуется в камере путем подачи текучей среды в камеру через входное отверстие 21. Это давление текучей среды будет сжимать и перемещать герметизирующие элементы к центральному проему, иными словами, к левой части фиг.7.

Кроме того, вариант осуществления данного изобретения, изображенный на фиг.7, содержит устройство 22, предназначенное для сжатия и перемещения герметизирующих элементов от центрального проема. В показанном примере устройство 22 включает в себя трубку или трубки, подающие текучую среду в камеру через боковое входное отверстие или боковые входные отверстия, расположенные на расстоянии от входного отверстия 21. В этом месте был изготовлен выступ (буртик) 23. Давление текучей среды, подаваемой через устройство 22, соответственно прикладывается к буртику 23 и стремится сжать и переместить герметизирующий элемент к правой части на фиг.7, иными словами, на удаление от центрального проема. Такой вариант осуществления данного изобретения дает возможность регулировать величину усилия, с которым герметизирующий элемент прижимается к предмету, расположенному в центральном проеме. В показном примере достаточно регулировать величины давления текучей среды, поступающей через входное отверстие 21 и устройство 22 относительно друг друга таким образом, чтобы обеспечивалось подходящее усилие. Такая регулировка может осуществляться, к примеру, блоком управления или клапанами. Кроме того, после того, как давление текучей среды во входном отверстии 21 будет полностью перекрыто, давление текучей среды, воздействующее на буртик 23, будет выталкивать каждый герметизирующий элемент в их исходное положение, иными словами, как можно ближе к правой части на фиг.7.

В приведенном выше примере предполагалось, что устройство 22 представляет собой трубку, подающую текучую среду внутрь камеры. Однако, вместо этого может использоваться другой тип устройства 22, такое как, к примеру, упругий элемент или пружина.

Следует понимать, что приведенное выше техническое описание и прилагаемые чертежи предназначены только для иллюстрации данного изобретения. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что данное изобретение можно изменять и модифицировать без отхода от рамок объема данного изобретения.

Изобретение относится к аппарату для нагрева стеклянной заготовки, которая используется для вытягивания оптоволокна. Технический результат изобретения заключается в повышении герметичности уплотнения между внутренней поверхностью печи и окружающей средой. Герметичное уплотнение аппарата содержит множество герметизирующих элементов, расположенных по существу кольцеобразно вокруг центрального проема, причем каждый элемент содержит уплотняющую поверхность, направленную в сторону центрального проема. Уплотнение также содержит по меньшей мере одну камеру, предназначенную для вставки в нее секций герметизирующих элементов и входное отверстие для источника текучей среды. Входное отверстие предназначено для обеспечения по меньшей мере одной камеры с текучей средой для создания избыточного давления, воздействующего на секции герметизирующих элементов с целью перемещения уплотняющих поверхностей к центральному проему. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аппарат для нагрева стеклянной заготовки, отличающийся тем, что содержит герметичное уплотнение, содержащее:
- множество герметизирующих элементов (2, 2′, 2″, 2′″, 2″″), расположенных по существу кольцеобразно вокруг центрального проема, причем каждый элемент содержит уплотняющую поверхность (15, 15′), направленную в сторону центрального проема,
- по меньшей мере одну камеру (13, 13′″), предназначенную для вставки в нее секций (12) герметизирующих элементов (2, 2′, 2″, 2′″, 2″″), и
- входное отверстие (14, 14′) в источник текучей среды, предназначенное для обеспечения по меньшей мере одной камеры (13, 13′″) с текучей средой, предназначенной для создания избыточного давления, воздействующего на секции (13, 13′″) герметизирующих элементов, вставленные в по меньшей мере одну камеру (13, 13′″), и для сжатия и перемещения уплотняющих поверхностей герметизирующих элементов к центральному проему.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что герметизирующие элементы (2, 2′, 2″, 2′″, 2″″) имеют криволинейную вогнутую уплотняющую поверхность (15, 15′).

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что герметичное уплотнение содержит соседние герметизирующие элементы (2″″) с кромками (19″″), выполненными такой формы, чтобы они частично перехлестывали друг друга.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что герметичное уплотнение содержит по меньшей мере два слоя герметизирующих элементов (2′″), расположенных один над другим таким образом, что герметизирующие элементы (2′″) верхнего слоя расположены таким образом, что каждый из них частично перехлестывает по меньшей мере два герметизирующих элемента нижнего слоя.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что герметичное уплотнение содержит:
- по меньшей мере два слоя герметизирующих элементов (2, 2′), и
- охлаждающий элемент (20′), расположенный между по меньшей мере двумя слоями герметизирующих элементов (2, 2′), причем охлаждающий элемент содержит охлаждающий канал (16), предназначенный для прохождения охлаждающей текучей среды через охлаждающий элемент.

6. Аппарат по п.4 или 5, отличающийся тем, что кривизна уплотняющих поверхностей (15′) герметизирующих элементов (2′) первого слоя имеет радиус, отличный от радиуса кривизны уплотняющих поверхностей (15) герметизирующих элементов (2) второго слоя.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что:
- аппарат включает в себя печь (6), предназначенную для нагрева стеклянной заготовки (3) таким образом, что стеклянную заготовку можно вытягивать в оптоволокно (7), причем печь содержит вертикальное центральное отверстие (5) с окружающими его нагревательными элементами (4), и
- герметичное уплотнение расположено на верху печи (6) и предназначено для герметизации внутренней части (5) печи от окружающей среды.

8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере уплотняющие поверхности (15, 15′) герметизирующих элементов (2, 2″) изготовлены из графита или стекла.

9. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что:
- входное отверстие (14) соединено с источником инертного газа (11) для обеспечения избыточного давления в по меньшей мере одной камере (13) с инертным газом, и
- по меньшей мере одна камера (13) и секция герметизирующего элемента (2, 2′), вставленного в по меньшей мере одну камеру (13), выполнены таких размеров относительно друг друга, чтобы они позволяли инертному газу (11) утекать из по меньшей мере одной камеры вдоль герметизирующего элемента внутрь центрального проема.

10. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что аппарат содержит устройство (22), предназначенное для сжатия и перемещения герметизирующих элементов на удаление от центрального проема.