用于快速拉拔的冷却装置 【技术领域】
本发明涉及用于从光纤预制棒抽取单束光纤的光纤拉拔装置，尤其涉及用于光纤高速拉拔的冷却装置。背景技术
制造光纤的工艺通常分为制备光纤预制棒和拉拔光纤以从制备的预制棒抽取一束光纤的步骤。大量研究尝试集中于制备大直径的光纤预制棒，特别是在用于抽取大量的光纤束的光纤预制棒的制备中。例如，外包层套管(over-jacket tube)方法、棒中管方法、等等已在制造大直径光纤预制棒中采用。图1示出在拉拔光纤预制棒工艺中采用的常规冷却装置。如图1所示，以高温和高速拉拔的光纤F1在穿过冷却装置时被冷却。接着，获得具有适当的涂层温度的光纤F2。冷却装置包括冷却体30、分别装配在冷却体30的上端和下端上的上膜片(iris)32和下膜片34。上膜片32和下膜片34的每个都防止外部空气的进入和最初拉拔时光纤的任何微小移动。
冷却体30具有双壁铜管结构，包括第一铜管310和第二铜管312，其中后者在前者内且与前者共轴。氦气分别从冷却体30的上端和下端朝箭头1指示的方向供给第二铜管320的内部空间301内，从而在内部空间301中形成氦气大气。因此，被拉拔的光纤穿过内部空间301。而且，用于使低温冷却水302循环地空间设置在第一铜管310和第二铜管312之间，以冷却容纳在第二铜管的内部空间301中的氦气，从而冷却水与处于高温状态的光纤F1进行热交换。通过热交换，以高温拉拔的光纤F1冷却到适当的温度。为了从给定的光纤预制棒拉拔更多的光纤，有必要提高工艺效率，以使光纤可以高于现有技术的速度被拉拔。
然而，如果以高速从预制棒拉拔光纤，外部空气可穿过上膜片32渗入第二铜管的内部空间301。换句话说，当以高速拉拔光纤时，在光纤圆周表面附近的区域中产生气流，由于气流的产生，外部空气渗入第二铜管的内部空间301(已在其内形成氦大气)，从而降低了第二铜管的内部空间内的氦密度。
氦密度尤其在冷却体30内的上膜片32附近的区域中减少较多。氦密度的这种减少是冷却效率下降的最重要原因，且为了补偿氦密度的降低，操作者必须将比所需的氦更多的氦供给冷却装置。因此，制造商有必要提供比所需氦气更多的氦气，以防止由氦密度降低引起并造成成本增加的效率的降低。发明内容
因此，为了解决出现在现有技术中的上述问题，本发明提供可提高冷却效率以允许高速拉拔的冷却装置。
根据一方面，本发明提供了一种可减少所需要的冷却气体量的冷却装置。
根据另一方面，本发明提供了一种冷却装置，其能提高冷却气体的分子运动中的紊乱，从而使所消耗的冷却气体量达到最小值。
因此，提供了一种在光纤拉拔工艺中采用的冷却装置，包括：沿拉拔的光纤的纵向延伸的冷却体，其中所述冷却体包括可分离的左冷却体部分和右冷却体部分，且其中所述冷却体设置有密封盖，从而冷却气体可穿过密封盖供给到冷却体内；并且，至少一个紊乱发生器(turbulencegenerator)，其安装在冷却体内以环绕拉拔的光纤，所述紊乱发生器激活供给到冷却体内的冷却气体的分子运动。附图说明
根据下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将变得更加明显，其中：
图1示出在常规拉拔塔中采用的冷却装置的部分主体视图的前视图；
图2是光纤拉拔装置的结构图，其采用了根据本发明优选实施例的冷却装置；
图3示出根据本发明的优选实施例在高速拉拔中使用的冷却装置的外观的侧视图；
图4示出根据本发明的优选实施例的紊乱发生器的布置的侧视图；
图5是沿线X-X的横截面图；
图6是沿线Y-Y的横截面图；
图7示出图4中所示冷却装置处于拆卸状态的横截面图。具体实施方式
在下文中，将参看附图详细描述本发明的优选实施例。为清晰和简洁起见，在此省略了整合于此的已知功能和构造的详细描述，因为其可能使本发明的主题变得不清楚。
图2示出安装在拉拔塔内的光纤拉拔构件的示意图。图2尤其示出两个根据本发明的实施例在光纤拉拔设备中采用的用于高速拉拔的冷却装置10。然而，应当指出的是，根据本发明的教导可提供多于两个的冷却装置。因此，图2中的冷却装置的数目不应限制本发明的范围。
如图2所示，用于拉拔光纤的工艺在拉拔塔(其高度至少为10m)中沿向下的垂直方向顺序执行。最初，提供了光纤预制棒P，且以拉拔塔的竖轴为中心，其在熔化炉8内熔化到充分高的温度，然后被拉拔成单束光纤F1。拉拔的光纤F1的直径被直径控制器9控制且穿过本发明的冷却装置10，以便光纤可被冷却到用于在其上涂覆包层的适当温度。当穿过涂敷装置16时冷却的光纤F2用包层涂覆，接着当光纤穿过UV固化装置18时已被涂覆在光纤的圆周表面上的紫外线(UV)固化聚合物固化。
在此工艺之后，已穿过固化相位的光纤穿过绞盘19和多个导辊22和24，接着最终卷绕在卷取单元26上。绞盘19提供了预定的拉拔力，以便可从光纤预制棒拉拔具有固定直径的光纤。标号26a表示光纤最终卷绕到其上的绕线轴或卷轴。
安装在光纤拉拔塔内的每个光纤拉拔设备彼此保持垂直或水平，且具有不受振动或冲击影响的结构。冷却装置尤其用来均匀地冷却被拉拔的光纤F1。在图中所示的拉拔塔的垂直高度超过约10m，且从一根光纤预制棒P拉拔的光纤将具有超过约10m的垂直跨距。当以高温和高速拉拔光纤F1时，冷却装置10执行使光纤F1冷却到约40℃的功能。
现在，将参看图3至图7描述根据本发明的冷却装置的详细结构。
如图3和图4所示，冷却装置10被用于光纤的高速拉拔中(以下称之为“冷却装置”)，以将光纤冷却到适于涂覆拉拔的光纤的理想温度。应当指出的是，在拉拔塔中可安装至少一个冷却装置。冷却装置10被这样构造，以使其被自动打开、关闭、和控制。用于自动打开、关闭、和控制冷却装置的装置既未示出也未论述，因为他们是未被本发明覆盖的主题。冷却装置10在冷却体110内安装有紊乱发生器140，从而使作为致冷剂(He、Ar、N2)使用的冷却气体量最小。
图3示出根据本发明的冷却装置的外观的侧视图。在图中，示出将被冷却体隐藏的光纤。图4示出有四个紊乱发生器被采用且安装在根据本发明的冷却装置内的状态。
参看图3，冷却装置10包括左．右可分离的冷却体，其由左冷却体部分112和右冷却体部分114构成；上密封盖120和下密封盖130，它们分别设置在冷却体110的上端和下端，以阻止外部空气进入，其中冷却气体穿过密封盖供给到冷却体内；至少一个紊乱发生器140，其被放置在冷却体110的纵向的预定位置处，以进一步激活导入冷却体110的冷却气体的分子运动。
冷却体110在光纤F1的纵向延伸预定长度，且允许沿冷却体内的纵向中心线拉拔的光纤冷却到适当温度。上密封盖120和下密封盖130被设置以防止在高速拉拔过程中产生的外部空气进入，尤其通过提供逆流防止外部空气进入。注意，通过向箭头指示的方向结合左冷却体部分112和右冷却体部分114使他们整体装配，通过向箭头指示的方向使他们通过分离被拆卸。
紊乱发生器140用以使冷却气体(即氦气体)的分子流紊乱，所述冷却气体被供给整体装配的冷却体110的内部，从而使冷却效率最大化。左侧冷却部112和右侧冷却部114分别设置有一个紊乱发生器140，且至少一个紊乱发生器设置在冷却体110的纵向。注意，紊乱发生器以对称的方式安装在左侧冷却部112和右侧冷却部114中。当紊乱发生器140与穿过槽S、围绕被拉拔的光纤F1的大气连通时，光纤F1被由紊乱发生器引起的冷却气体的紊乱运动直接影响。
如图5至图7所示，左和右冷却体部分112和114被不间断地供给低温冷却水W，冷却水从预定位置连续循环。冷却水W从被拉拔的光纤F1加热的冷却体110吸热，从而主要使围绕光纤F1的大体冷却。
此外，左和右冷却体部分112和114设置有氦气体146，所述氦气体146被供给以冷却围绕光纤F1的大气。在左和右冷却体部分112和114内冷却水W和氦气体146被对称储存和提供。冷却水W被提供以向冷却体和氦气体146的纵向连续循环，且向被拉拔的光纤F1的圆周方向提供冷却气体并使其朝向光纤的表面。
紊乱发生器140优选包括冷却风扇，且槽S被这样设置，以使由冷却风扇140产生的通风产生紊乱，并与被拉拔的光纤F1连通。由冷却风扇140引起的通风直接影响光纤F1，其本身又使冷却效率最大化。虽然被拉拔的光纤以高速运行(run)，但由于由冷却风扇140朝光纤F1的圆周方向提供的通风流与氦气体146混合并直接与光纤F1接触，氦气体的冷却效率可最大化。
此外，至少一个振动阻尼夹具142安装在被拉拔的光纤F1的纵向，特别在冷却风扇140和光纤F1之间，从而使使用供给的冷却气体146冷却光纤的质量保持均匀性。
因此，被冷却风扇140紊乱的冷却气体146连接(interface)正被以高速拉拔的高温光纤，同时紊乱的冷却气体进行接触，且其高分子运动用以有效地冷却光纤表面。
以下将详细描述如上所述构造的冷却装置10的操作。
当从光纤预制棒拉拔光纤时，其被放置在融化炉中且已经受预热和加热工艺；如果光纤F1的拉拔速度(线性速度为约200～500米/分钟：mpm)增加以将张力施加给光纤F1，左和右冷却体部分112和114结合在一起以形成单个主体，即冷却体110。同时，上盖120和下盖130整体配合到冷却体140，接着冷却气体146被供给到冷却体110。在此工艺之后，如果基本上拉紧的和被拉拔的光纤的线性速度达到约700～1000mpm，使紊乱发生器140运转。紊乱发生器140逐渐激活冷却气体146的分子运动，使其产生紊乱，通过槽S供给的冷却气体从光纤F1的表面吸收和传递热到冷却体110表面。注意，所设置的槽S穿过冷却体110的内壁且垂直于被拉拔的光纤F1延伸。
此后，如果光纤被切断和终止，冷却体部分将自动移动使彼此分开，从而打开冷却体，且拉拔工艺将被终止，而不需单独的冲洗(flush)步骤。优选地，通过沿被拉拔的光纤F1的纵向设置在冷却体110中的振动阻尼夹具142可使通过冷却气体冷却光纤的质量保持均匀。
拉拔塔可设置有至少一个根据本发明的冷却装置，且优选采用两个冷却装置10，如图2所示。
从上述可理解，根据本发明的冷却装置使使用紊乱发生器的高速拉拔提高光纤产量。而且，通过使用紊乱发生器，本发明可减少所消耗的冷却气体量，从而提高了成本的竞争性。
虽然已参看本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，然而本领域内的技术人员将理解，其中可进行形式和细节上的各种变化，而不偏离由所附的权利要求书所定义的本发明的精神和范围。