Устройство для удаления порошкообразных отходов при изготовлении световодов

Изобретение относится к модифицированному методу химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition - MCVD) внутри опорной кварцевой трубы в технологии изготовления заготовок оптических волокон (кварцевых световодов), в частности, к устройству для удаления оксидных микрочастиц продуктов газофазного синтеза кварцевого стекла.

При изготовлении заготовки оптического волокна MCVD методом важно обеспечить удаление оксидных микрочастиц кремнезема (порошкообразных отходов) из выходной кварцевой технологической трубы (далее - технологической трубы), приваренной к опорной кварцевой трубе и соединенной с системой эвакуации и нейтрализации вредных продуктов реакции, при нагреве опорной трубы перемещающейся газовой горелкой. В противном случае произойдет закупорка канала удаления газообразных продуктов реакции и аварийная остановка технологического процесса.

Известно устройство удаления оксидных микрочастиц кремнезема, осевших в технологической трубе, с помощью винтового очистителя, расположенного внутри технологической трубы с возможностью перемещения (заявка WO 1989002419 А1).

Однако такая винтовая конструкция имеет определенные недостатки. Порошкообразнее отходы слипаются с образованием гранул и имеют тенденцию накапливаться только в нижней части трубы под действием силы тяжести. Поэтому их невозможно эффективно удалять с помощью винтового очистителя. Во-вторых, если винт точно соответствует внутреннему диаметру технологической трубы, то к ней прилипает слишком много порошкообразных отходов. Это может оказать механическое воздействие на вращающуюся опорную кварцевую трубу и привести к ее разрушению.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению и принятый за прототип является устройство для удаления оксидных микрочастиц кремнезема (продуктов реакции) из кварцевой технологической трубы (патент KR 100737596 В1). Устройство не имеет упомянутых выше недостатков. Оно содержит кварцевую отводную трубку (далее - отводная трубка), герметично установленную соосно внутри кварцевой технологической трубы отвода продуктов реакции, стержневой очиститель, расположенный внутри отводной трубки, и сборник порошкообразных отходов. В этом устройстве накопление микрочастиц кремнезема в кварцевой технологической трубе не происходит, так как порошкообразные отходы накапливаются в отводной трубке и периодически выталкиваются стержневым очистителем, совершающем вращательные и поступательные в движения в сборник порошкообразных отходов.

Недостаток этого устройства заключается в сложности кинематического узла стержневого очистителя и возможности выброса части порошкообразных отходов из отводной трубки в опорную кварцевую трубу, создавая возможность проникновения конгломератов порошкообразных отходов в высокотемпературную зону образования аэрозольных частиц с последующим образованием дефектов при спекании осажденного пористого слоя.

Решаемой технической проблемой настоящего изобретения является усовершенствование конструкции устройства для удаления порошкообразных отходов.

Достигаемый технический результат - исключение или уменьшение образования порошкообразных отходов реакции синтеза стекла при изготовлении заготовки оптического волокна.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем кварцевую отводную трубку, герметично установленную соосно внутри кварцевой технологической трубы отвода продуктов реакции, стержневой очиститель, расположенный внутри отводной трубки, и сборник порошкообразных отходов, в котором в отличие от прототипа отводная трубка имеет отверстие для выхода продуктов реакции в сборник порошкообразных отходов. Отводная трубка герметично закреплена в сборнике порошкообразных отходов с возможностью продольного перемещения, а стержневой очиститель установлен неподвижно и имеет поршень для выталкивания микрочастиц. Поршень стержневого очистителя расположен герметично в отводной трубке и не препятствует ее продольному перемещению вдоль стержневого очистителя.

Заявляемое устройство поясняется фиг. 1, на которой приняты следующие обозначения:

1 - кварцевая технологическая труба

2 - шпиндельный зажим

3 - сборник порошкообразных отходов (далее - сборник)

4 - отверстие для выхода непрореагировавшей парогазовой смеси в систему нейтрализации

5 - кварцевая отводная трубка с отверстием

6 - стержневой очиститель с поршнем

7 - дно сборника порошкообразных отходов

8 - скопление порошкообразных отходов реакции синтеза стекла

Поток газообразных продуктов реакции совместно с оксидными микрочастицами кремнезема поступает во вращающуюся кварцевую технологическую трубу 1, закрепленную в шпиндельном зажиме 2. Отводная трубка 5 установлена без вращения, и через ее отверстие продукты реакции попадают в сборник порошкообразных отходов 3. Порошкообразные частицы продуктов реакции по инерции осаждаются на дно сборника 7, а газы через выход непрореагировавшей газовой смеси 4 уходят в систему нейтрализации (на фиг. не показана). Часть порошкообразных отходов продуктов реакции осаждается внутри отводной трубки 5 при вхождении в нее потока газообразных продуктов реакции. После нескольких проходов горелки отводную трубку перемещают вдоль стержневого очистителя с поршнем 6, который выталкивает из нее порошкообразных отходы в сборник 3 с образованием скопления порошкообразных отходов 8.

Изображенное на фиг. 1 устройство апробировано на тепломеханическом станке для изготовления заготовок световодов MCVD методом. Опорную кварцевую трубу метровой длины с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 2,5 мм сплавили соосно с технологической кварцевой трубой (с наружным диаметром 40 мм и толщиной стенки 2,5 мм), предназначенной для отвода продуктов реакции. Опорную трубу герметично установили в шпиндельном зажиме подачи газообразных реагентов, а технологическую трубу закрепили в противоположном шпиндельном зажиме и уплотнили с возможностью ее вращения со сборником, предназначенном для порошкообразных отходов. Внутри технологической трубы на расстоянии 30 мм от опорной трубы установили метровую отводную трубку из кварцевого стекла с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 1,5 мм. В этой трубке абразивным инструментом сделали отверстие диаметром 10 мм для отвода продуктов реакции в сборник порошкообразных отходов. С одного конца отводную трубку герметично, но с возможностью перемещения, соединили со сборником порошкообразных отходов. Внутри отводной трубки установили стержневой очиститель из кварцевого стекла с поршнем из углеграфитовой ткани. Процесс осаждения кварцевых слоев SiO₂ проводили при скорости движения горелки 140 мм/мин, температуре нагрева трубки 1500°С и скорости ее вращения 45 об/мин. Выбранные расходы реагентов (SiCl₄, Р₂О₅, О₂) обеспечивали скорость осаждения диоксида кремния на внутренней поверхности опорной трубы на уровне 0,5 г/мин. За 4-5 проходов грелки осевший в начальной зоне отводной трубки порошкообразные отходы уменьшили диаметр ее проходного отверстия до 10 мм. При обратном ходе погашенной горелки отводную трубку перемещали в сторону поршня для выброса из нее порошкообразных отходов в сборник порошкообразных отходов. Затем отводную трубку возвращали в исходное положение и процесс повторяли до осаждения требуемой толщины стеклообразного слоя. За два часа процесса осаждения стекла порошкообразные конгломераты в технологической трубе не образовывались.

Новое техническое решение обеспечивает упрощение конструкции устройства и реализацию заявленного технического результата.