Устройство для вытяжки оптического волокна Советский патент 1991 года по МПК C03B37/09 

Изобретение относится к нагревательным устройствам, применяемым, в частности, при получении оптического волокна (0В), и может быть использовано при создании оборудования для производства световодов.

Целью изобретения является повышение срока службы нагревательного элемента и надежности устройства.

На фиг.1 показано устройство с графитовым стержнем с конусной частью; на фиг.2 - расчетные зависимости выделяемой мощности в графитовом стержне (Р) и электрического КПД (г/) от времени; на фиг.З - расчетная зависимость угла при вершине конуса (f) от скорости удаления стержня (V).

В устройстве для вытяжки оптического волокна, содержащем водоохлаждэющий медный корпус 1, с расположенным в нем керамическим нагревательным элементом 2, теплоизоляцией 3 и графитовым удаляемым стержнем 4 предварительного нагрева, установленным в механизм 5 подъема, охваченные индуктором 6. графитовый стержень, помещенный в кварцевую оболочку (не показан) для предотвращения загрязнения поверхности нагревательного элемента распыляющимся графитом, выполнен в виде цилиндра, переходящего в конус. Нагревательный элемент 2 размещен между пористыми керамическими втулками 7, а теплоизоляция ограничена кварцевым стаканом 8.

При комнатной температуре удельное сопротивление керамического нагревательного элемента 104 Ом -м, материал для ВЧ-поля прозрачен и высокочастотная энергия поглощается только графитовым стержнем с удельным сопротивлением м. Графитовый стержень разогревают постепенно до 1400°С, а своим излучением он разогревает поверхность керамики до температуры, когда удельное сопротивление диоксида циркония,стабилизированного оксидом иттрия, уменьшается до значения Ом -м. Увеличение собственной проводимости керамики приводит к поглощению ею энергии ВЧ-поля индуктора и собственному нагреву элемента 2, как это показано на фиг.1. После этого производят плавное удаление графитового стержня из полости печи по направлению, указанному

С

с

с

N N С С

стрелкой. Увеличивая напряжение на индукторе печи в зависимости от необходимого режима вытяжки, нагревают элемент 2 до 1900-2200°С. На место удаленного графитового стержня вводят оптическую заготовку и производят вытяжку 0В. При удалении стержня происходит изменение геометрии и суммарного сопротивления загрузки индуктора, что приводит к изменению выделяемой мощности и к изменению теплового режима печи.

На фиг.2 представлен характер изменения мощности, выделяемой в графитовом стержне в момент его удаления из полости нагревательного элемента.

Расчет выполнен для напряжения на икдукторе 1,5 кВ и частоте 5,28 МГц. По оси абсцисс отложено времетвывода стержня из печи. Типовая скорость движения стержня 300 мм/мин, высота индуктора 52 мм при двух витках. На фиг.2 показаны точки, соответствующие фиксированному положению центра индуктора относительно конца стержня в заданные моменты времени. Вычисления произведены для графитового стержня диаметром 35 мм без конусной части и конусной част ью длинойбО, 125 и 250 мм. Здесь же представлено изменение электрического КПД индукционного нагрева. При использовании стержня без конусной части основное снижение выделяемой мощности происходит примерно за 20 с со средней скоростью 40 Вт/с, а при использовании стержня с конусной частью 250 мм - за время около 60 с со средней скоростью 14 Вт/с. Увеличение длины конусной части графитового стержня предварительного нагрева позволяет уменьшить скорость изменения выделяемой мощности при его удалении из полости печи и исключить резкие изменения температурного режима печи в момент стартового нагрева. Это, в свою очередь, снижает вероятность растрескивания керамического нагревательного элемента и увеличивает долговечность и надежность нагревательного устройства.

Увеличение длины конусной части графитового стержня ограничено (не более 500 мм), что.связано с расположением узлов контроля диаметра и нанесения покрытия в технологической линии вытяжки 0В. Применение стержней с углом при вершине конуса менее 8° не целесообразно, поскольку при этом значительно увеличивается общая длина стержня, а скорость изменения выделяе- 1 мой мощности в извлекаемом стержне при этом уменьшается на несколько процентов.

Оптимальная скорость изменения мощности в связи с этим составляет 14 Вт/с.

Из зависимости угла р при вершине конуса графитового стержня от скорости подъема при фиксированном изменении выделяемой мощности 14 Вт/с (фиг.З) видно, что уменьшение скорости подъема позволяет увеличить угол конуса и сократить длину стержня, при этом угол конуса 8° обеспечивает оптимальное значение 14 Вт/с при больших скоростях подъема. Заштрихованная область на фиг.З представляет собой допустимые значения углов конусной части стержня при различных скоростях его извлечения. Таким образом, угол при вершине конуса 8° обеспечивает оптимальные режимы извлечения стержня и предварительного нагрева устройст ва с точки зрения термической прочности нагревательного элемента.

Пример. Данные о геометрических параметрах графитового стержня предварительного нагрева: при высоте печи 250 мм и внутреннем диаметре НЭ 38 мм диаметр цилиндрической части стержня 35 мм. Минимальная длина цилиндрической части должна быть несколько больше высоты НЭ (обычно 130-150 мм), а максимальная длина не имеет принципиального значения и зависит от удобства работы и конструкции устройства подъема (может быть до 500 мм). Для скорости подъема 300 мм/мин длина конусной части стержня 250 мм и угол при его вершине 8°.

Марка графита также не имеет принципиального значения, важно чтобы его удельное электрическое сопротивление было ниже удельного сопротивления диоксида циркония при температурах ниже 1400°С, что всегда выполняется. В примере используют графит марки МПГ-6.

Увеличение надежности нагревательного элемента позволяет организовать непрерывный процесс производства оптического волокна и уменьшить его стоимость,

5Формула изобретения

Устройство для вытяжки оптического волокна, включающее водоохлаждаемый корпус с расположенным в нем нагревательным элементом, теплоизоляцией, ин0 дуктором и стержнем предварительного нагрева, укрепленным в механизме подъема, отличающееся тем, что, с целью повышения срока службы нагревательного элемента и надежности устройства, стер5 жень выполнен в виде цилиндра, переходящего в конус, при этом угол при вершине конуса составляет не более 8°.

2 гпф О л OS Ob ОС 01

IV0о

№

т ш

009

f Ш9У

Изобретение относится к нагревательным устройствам, применяемым для вытяжки оптического волокна. Цель - повышение срока службы нагревательного элемента и надежности устройства. В устройстве для вытяжки оптического волокна стержен выполнен в виде цилиндра, переходящего в конус, при этом угол при вершине конуса составляет 8°. 3 ил.

1 гпф

ООС2291

(р, град

100 200 300 Фие.З

МО V, мм/мин