一种光纤固化工艺气体进气装置、进气控制系统及进气控制方法与流程

1.本发明创造属于光纤生产工艺气体控制调节技术领域，尤其涉及一种光纤固化工艺气体进气装置、进气控制系统及进气控制方法。


背景技术：

2.在光纤拉丝过程中，石英光纤脆性比较大，往往需要在裸光纤表面进行两层涂覆，增加光纤的韧性以及强度，涂覆层是粘附于裸光纤的液态涂料进入固化系统后变成固态涂层，固化系统主要原理是通过紫外灯透过石英石英管照射光纤，诱发涂料反应固化成型，但固化反应过程中散发的挥发物，容易粘附在石英管上，降低了石英管的透明度，从而导致紫外光强度下降，影响固化效果，虽然现有技术也有向石英管内通入一定比例工艺气体的方式来带走固化反应过程中散发的挥发物，但是，工艺气体中的氧气含量难以精确控制，由于氧气具有一定的阻聚作用，若工艺气体含氧量过高，则同样影响涂覆表面的固化效果，现有技术中，光纤固化系统都是固定的工艺气体配方，随着拉丝速度的变化，需要人为调整并匹配相应的工艺气体，使工艺气体中氧气含量合理，操作繁琐，工作效率低。尤其是随着拉丝速度提升，光纤带入固化系统的氧气增加，氧含量明显升高，导致光纤固化效果变差。因此，需要进行改进。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种光纤固化工艺气体进气装置、进气控制系统及进气控制方法。
4.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：一种光纤固化工艺气体进气装置，包括石英中心管进料端安装的进气单元以及石英中心管出料端安装的抽废气单元，所述进气单元包括气体罩以及气体罩内的进气分流导流器，在所述气体罩上连接有供气管；所述进气分流导流器包括中筒、进线侧导流罩、出线侧导流罩，进线侧导流罩及出线侧导流罩分别布置在中筒两侧；进气分流导流器轴向与光纤长度方向一致，出线侧导流罩开口朝向抽废气单元一侧，进线侧导流罩开口朝向异于抽废气单元一侧；所述中筒外径小于两导流罩外径，在两导流罩之间形成分流腔，进线侧导流罩包括进线侧罩板及向气体罩进线一端延伸的进线侧筒体；所述进线侧导流罩的进线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的进线侧通气孔，出线导流罩包括出线侧罩板及向气体罩出线一端延伸的出线侧筒体；所述出线侧导流罩的出线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的出线侧通气孔。
5.进一步，所述供气管安装于气体罩进气口，所述气体罩进气口对应分流腔布置。
6.进一步，所述气体罩与石英中心管连接处密封处理。
7.进一步，所述进线侧通气孔以及所述出线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置。
8.一种光纤固化工艺气体进气控制系统，包括石英中心管进料端安装的进气单元及石英中心管出料端安装的抽废气单元，进气单元包括气体罩及气体罩内的进气分流导流器，在气体罩上连接有供气管，供气管上连接有进气控制单元；所述进气分流导流器包括中筒、进线侧导流罩、出线侧导流罩，进线侧导流罩及出线侧导流罩分别布置在中筒两侧；进气分流导流器轴向与光纤长度方向一致，出线侧导流罩开口朝向抽废气单元一侧，进线侧导流罩开口朝向异于抽废气单元一侧；所述中筒外径小于两导流罩外径，在两所述导流罩之间形成分流腔，所述进线侧导流罩的进线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的进线侧通气孔，所述出线侧导流罩的出线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的出线侧通气孔；所述进气控制单元包括分别与供气管连通的第一进气管和第二进气管，第一进气管、第二进气管上分别安装有气体质量流量控制器mfc，此两气体质量流量控制器同时连接主控制器，该主控制器与拉丝塔主牵引连接，同步获取拉丝速度和进气流量数据。
9.进一步，所述进线侧通气孔以及所述出线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置。
10.一种工艺气体进气控制方法，包括如下步骤：先给定一个拉丝速度，并给定一组初使工艺气体配方；观察光纤固化效果，并以此为依据调整上述初使工艺气体配方，使光纤固化效果达到最佳时，用含氧量测试仪测得进气控制系统内氧气含量占比，得到该拉丝速度所匹配的工艺气体配方；提升拉丝速度，继续调整上述工艺气体配方，使氧气含量达到最佳占比，此时光纤固化效果再次达到最佳，进而得到提升拉丝速度后，该拉丝速度所匹配的工艺气体配方；以此类推，得出不同拉丝速度下，达到最佳氧含量的工艺气体流量配方，并记录下各个配方数据；根据上述得到的多组配方数据拟合一个拉丝速度与工艺气体流量配方的方程，编入主控制器，以应用于通用工况；或者，将各组配方数据分别编入主控制器，使得特定拉丝速度下，直接调用该拉丝速度时所匹配的工艺气体配方，以应用于常见的几种特定工况，达到速度与工艺气体配方的最优匹配。
11.进一步，工艺气体配方包括氮气流量及氧气流量。
12.进一步，所述主控制器包括可编程控制器plc。
13.相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：本发明创造提供的进气控制系统，在拉丝速度变化时，通过匹配合适的氮气和氧气的进气速率，达到光纤涂覆层最好的固化效果，改善了高速拉丝或低速拉丝时，气体流量不匹配导致的光纤固化问题，有效提高了光纤质量。
附图说明
14.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创
造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：图1为本发明创造的结构示意图；图2为本发明创造中进气单元部分的示意图；图3为本发明创造中进气分流导流器的示意图；图4为本发明创造中进气分流导流器设有导气管时的示意图。
15.附图标记说明：1-石英中心管；2-进气单元；3-抽废气单元；4-气体罩；5-供气管；6-中筒；7-进线侧导流罩；8-出线侧导流罩；9-分流腔；10-进线侧罩板；11-进线侧筒体；12-进线侧通气孔；13-出线侧罩板；14-出线侧筒体；15-出线侧通气孔；16-进线口；17-气体罩进气口；18-导气管；19-气体质量流量控制器；20-主控制器；21-光纤。
具体实施方式
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
17.在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
18.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
19.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
20.一种光纤固化工艺气体进气装置，如图1至3所示，包括石英中心管1进料端安装的进气单元2以及石英中心管出料端安装的抽废气单元3，抽废气单元采用现有的抽废气装置，通过抽废气装置抽取光纤固化产生的挥发物及固化后产生的混合废气，属于现有技术常规技术内容，在此不再赘述。进气单元包括气体罩4以及气体罩内的进气分流导流器，在气体罩上连接有供气管5。
21.所述进气分流导流器包括中筒6、进线侧导流罩7、出线侧导流罩8，进线侧导流罩及出线侧导流罩分别布置在中筒两侧；进气分流导流器轴向与光纤长度方向一致，出线侧导流罩开口朝向抽废气单元一侧，进线侧导流罩开口朝向异于抽废气单元一侧；所述中筒外径小于两导流罩外径，两导流罩之间形成分流腔9，进线侧导流罩包括进线侧罩板10及向气体罩进线一端延伸的进线侧筒体11，所述进线侧导流罩的进线侧罩板
上开设有若干与分流腔连通的进线侧通气孔12；出线导流罩包括出线侧罩板13及向气体罩出线一端延伸的出线侧筒体14，所述出线侧导流罩的出线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的出线侧通气孔15。通常，上述进线侧通气孔以及所述出线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置。
22.工艺气体通入进气分流导流器会在分流腔处分流,一部分工艺气体经进线侧通气孔,沿光纤21运动反方向吹扫,形成气封效果,阻止光纤高速运动带动的空气进入固化系统。还有一部分工艺气体出进线侧通气孔，通入石英中心管内。所通入的工艺气体包括氮气和氧气，氮气作为惰性气体，可以在固化系统内形成保护空间，使涂料正常反应固化，而氧气可以将涂料固化反应过程中散发的挥发物氧化燃烧，防止过多的挥发物黏附在石英管上。并且，工艺气体可直接带走燃烧后的杂质或废气，由抽废气单元抽走。
23.上述供气管安装于气体罩进气口17，气体罩进气口对应分流腔布置，以提高工艺气体分流导流的效率和效果。上述气体罩与石英中心管连接处密封处理，以避免废气外溢，造成污染。
24.在一个可选的实施例中，在进线侧罩板上设有两组进线侧通气，具体的，两组进线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置，其中一组进线侧通距离中筒轴线距离，大于另一组进线侧通距中筒轴线距离。每组进线侧通孔均包括5个及以上进线侧通孔，进而保证每组进线侧通孔环绕光纤外围均形成封闭的气帘。
25.进一步改进方案中，如图4所示，进线侧罩板朝向气体罩进线口一侧，对应每一进线侧通气孔均设有导气管18。
26.其中，处于内侧的一组进线侧通孔上的导气管的轴向均与中筒轴向相同。而处于外侧的一组进线侧通孔上的导气管，均斜向进线侧筒体内壁，从进线侧通孔进入的气体经导气管吹向进线侧筒体内壁，使得进线侧筒体自身又形成一道气帘，需要指出的是，吹向进线侧筒体内壁的工艺气体受进线侧筒体侧壁的阻挡，而均匀分散，并沿进线侧筒体内壁向，进线侧导流罩开口一侧吹扫，所形成从气帘结构更稳定，并且，受进线侧通孔开设位置、数量、大小等因素影响极小，该处气帘与内侧一组进线侧通孔所形成的气帘构成双道气帘结构，极大的提高了气体罩进线口处的密封性。
27.在一个可选的实施例中，进线侧通气孔可以设置多组，各组进线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置，且各组进线侧通气孔举例中筒中心轴线距离不同，其中，处于最内侧一组进线侧通气孔均指向气体罩的进线口16，可第一时间阻截由光纤带入气体罩的气体。
28.同样的，出线侧罩板上可设置至少一组出线侧通气。在一个可选的实施例中，设置在出线侧罩板上（对应各出线侧通气）的各个导气管均方向不同，优选的，导气管与出线侧罩板间的夹角为60-90
°
，即，一部分导气管垂直于出线侧罩板，而一部分导气管倾斜布置，这些倾斜布置的导气管（相对于垂直布置的导气管）的倾斜角度一般小于30
°
。由于各导气管朝向迥异，且无规律布置，使得经各导气管进入出线侧导流罩的气体充分混合均匀，提高了工艺气体作用效果，并且，使得吹扫入石英中心管的气体形成“团状”，可近似与缸筒内“活塞”的作用，更利于废气高效排出、也更利于涂料固化反应过程中散发的挥发物氧化燃烧后可能产生的杂质排出，有效保障中心石英管的透明度长久不变，从石英管射入内侧的紫外光强度不变，固化效果得到可靠保障。
29.下面提供一种光纤固化工艺气体进气控制系统，该系统包括石英中心管进料端安装的进气单元以及石英中心管出料端安装的抽废气单元，所述进气单元包括气体罩以及气体罩内的进气分流导流器，在所述气体罩上连接有供气管；在供气管上连接有进气控制单元；所述进气分流导流器包括中筒、进线侧导流罩、出线侧导流罩，进线侧导流罩及出线侧导流罩分别布置在中筒两侧；进气分流导流器轴向与光纤长度方向一致，出线侧导流罩开口朝向抽废气单元一侧，进线侧导流罩开口朝向异于抽废气单元一侧；所述中筒外径小于两导流罩外径，在两导流罩之间形成分流腔，所述进线侧导流罩的进线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的进线侧通气孔，所述出线侧导流罩的出线侧罩板上开设有若干与分流腔连通的出线侧通气孔。优选的，上述进线侧通气孔以及所述出线侧通气孔均以中筒轴线为中心均布设置。
30.所述进气控制单元包括分别与供气管连通的第一进气管和第二进气管，第一进气管、第二进气管上分别安装有气体质量流量控制器19，此两气体质量流量控制器mfc同时连接主控制器20，第一进气管、第二进气管分别接入氮气和氧气，因此，利用主控制器可同时控制氮气和氧气的流量，同时，该主控制器与拉丝塔主牵引连接，同步获取拉丝速度和进气流量数据。即，可编程逻辑控制器plc与拉丝塔主牵引系统相连接,可实时获取拉丝速度数据,并按照拉丝速度控制气体质量流量控制器mfc,精准输入气体流量。
31.本发明创造提供的进气控制系统，在拉丝速度变化时，通过匹配合适的氮气和氧气的进气速率，达到光纤涂覆层最好的固化效果，改善了高速拉丝或低速拉丝时，气体流量不匹配导致的光纤固化问题，有效提高了光纤质量。
32.下面提供一种应用上述进气控制系统的工艺气体进气控制方法，该方法主要包括如下步骤：先给定一个拉丝速度(如1500m/min)，并给定一组初使工艺气体配方(如氮气流量:40l/min,氧气:1.5l/min)，作为举例，工艺气体配方包括氮气流量及氧气流量；观察光纤固化效果，并以此为依据调整上述初使工艺气体配方，使光纤固化效果达到最佳时，用含氧量测试仪测得进气控制系统内氧气含量占比(如a)，得到该拉丝速度所匹配的工艺气体配方；提升拉丝速度，继续调整上述工艺气体配方，使氧气含量达到最佳占比（如回到最佳占比值a），此时光纤固化效果再次达到最佳，进而得到提升拉丝速度后，该拉丝速度所匹配的工艺气体配方；以此类推，得出不同拉丝速度下，达到最佳氧含量的工艺气体流量配方，并记录下各个配方数据；根据上述得到的多组配方数据拟合一个拉丝速度与工艺气体流量配方的方程，编入主控制器，以应用于通用工况；或者，将各组配方数据分别编入主控制器，使得特定拉丝速度下，直接调用该拉丝速度时所匹配的工艺气体配方，以应用于常见的几种特定工况，达到速度与工艺气体配方的最优匹配。主控制器可采用可编程控制器plc。在之后的拉丝过程中可编程控制器plc即可实时从主牵引处获取拉丝速度数据，通过气体质量流量控制器mfc给出最佳的气体流量配方，极大得提高了光纤固化质量。
33.当然，在一个可选的方案中，可以将上述两种方式相结合，即，将将各组配方数据
分别编入主控制器，同时还根据上述得到的多组配方数据拟合一个拉丝速度与工艺气体流量配方的方程，编入主控制器。在未规定特定速度的工况时，利用方程去适配工艺气体配方，而应用在配方数据所包括的特定工况时，直接调用该工况下拉丝速度所匹配的工艺气体配方。
34.在正常拉丝过程中，光纤粘附着液态涂料进入固化系统石英中心管内，由气体质量流量控制器mfc控制的外部氮气、氧气在混合后进入工艺气体罩，打在进气分流导流器进、出线侧导流罩之间的分流腔内，经过分流后经过相应侧罩板上的通气孔，分别向两侧吹扫，光纤表面涂料在固化炉内反应固化并挥发出一定杂质，杂质和石英中心管内氧气反应并和氮气、氧气混合，在抽废气装置处被抽走。可编程控制器plc实时获取拉丝速度情况，根据速度与气体配方拟合方程，控制气体质量流量控制器mfc精准设定工艺气体流量。
35.在拉丝速度逐渐增加时，由于被光纤带入固化系统的氧气量逐渐增加，工艺气体配方也会随之变化，使固化炉内氧含量处于最佳水平，提升了光纤质量，且方便简单，不需要一直根据拉丝速度去手动调整气体配方。并且，拉丝速度有波动时，进气控制系统也能很好的适应性匹配合适的工艺气体配方。
36.本发明创造通过一次性试验，得到最佳氧含量值及其在不同拉丝速度的情况下最佳的工艺气体配方，并把拟合方程编入可编程控制器plc，从而控制mfc实时根据拉丝速度给定最佳的气体配方，使光纤固化一直处于最佳效果，提升了光纤质量，且方便简单，不需要一直根据拉丝速度去手动调整气体配方。
37.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。