一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置及方法与流程

本发明属于二氧化硅颗粒疏松棒沉积的技术领域，尤其涉及一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置及方法。

背景技术：

近几年，随着通信技术4G、5G的不断发展、全球范围内大众上网提速的需求日益增加，各主支干通信带宽的更新换代加快，光纤光缆行业高速发展，也推动着光纤制造技术的持续改进。管外沉积法制造光纤预制棒的技术也得到越来越多的光纤供应商的应用。在预制棒的制造工艺中，二氧化硅颗粒疏松棒的沉积是高质量光纤生产的基础，也是关键之一，而在沉积过程中，连续稳定、安全高效的供灌料装置是必不可少的。传统的二氧化硅颗粒疏松棒沉积供料模式是每套沉积生产线或沉积塔配备一个独立的供料装置，主要不足有：

(1)传统的二氧化硅颗粒疏松棒沉积供料模式，分为超大料罐集中供料和单独单线供料。单独单线供料是由各生产线单独配置大料罐、小型缓冲罐和管网，料液经大料罐、小型缓冲罐至沉积设备供料管道，即“一对一”模式。每次从供应商购买20L左右的小型桶装原料，在外部经过静置和预热后，由操作人员手动从小型桶装原料倒入100L的大料罐。操作人员操作频繁，体力消耗大，工作效率低下。随着工作时间和工作强度的增加，人为失误风险急剧升高。

(2)在单独单线的二氧化硅颗粒疏松棒沉积供料模式下，操作人员将桶装原料倒入缓冲罐的过程中，需要频繁地打开大料罐的上盖，将空气、汗液等杂物混入原料中，导致原料不纯，料液中气泡含量升高，极大地影响二氧化硅颗粒的沉积质量，降低设备正常生产效率。

(3)传统的超大料罐集中供料的装置，采用超大的集中料罐分别向多个小型缓冲罐所在的沉积生产线供料的方式，即“一对多”模式。这种模式的优点是可以采用供应商的原装1T重的原料罐直接灌入超大的集中料罐，降低开盖频次和人工搬运强度。但因为集中料罐反复开启，如第二点所述的原料不纯和气泡含量较高问题依然存在。而且在这种模式下，一旦集中料罐出现任何故障需要维修保养，所有沉积生产线均有较大的停机风险。且这种集中料罐体积大，占地广，土地资源利用率低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置及方法，实现连续自动灌料、供料，安全洁净、节能高效、维护成本低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置，包括数个原料罐、数个缓冲罐、稳压气罐和压料气罐，所述数个原料罐上设有补气口和灌料口，所述补气口通过补气分管与补气主管的一端相连，所述稳压气罐与补气主管的另一端相连，所述灌料口通过灌料分管与灌料主管相连，所述数个缓冲罐上设有进料口、供料口、进气口和排气口，所述进料口通过进料分管与所述灌料主管相连，所述供料口通过供料分管与供料主管的一端相连，供料主管的另一端与沉积生产线相连，所述进气口通过进气分管与进气主管的一端相连，进气主管的另一端与所述压料气罐相连，所述排气口通过排气分管与排气主管的一端相连，排气主管的另一端与主排气口相连，缓冲罐中设有供热装置，数个原料罐的底部均设有灌料磅秤，数个缓冲罐的底部均设有供料磅秤。

按上述方案，所述供热装置为热水盘管，所述热水盘管的进水口朝下出水口朝上设置，进水口与伸入缓冲罐内的进水管相连，出水口与伸入缓冲罐的出水管相连。

按上述方案，所述补气分管上依次设有第一气动阀和转子流量计，所述补气主管上依次设有第一手阀、第一减压阀和第一过滤器，所述灌料分管上设有第二气动阀，所述灌料主管上依次设有气动泵和第二过滤器，所述进料分管上设有第二手阀和第三气动阀，所述供料分管上设有第三手阀和第四气动阀，供料主管上设有加热带，所述进气分管上依次设有第四手阀和第五气动阀，进气主管上依次设有第五手阀、第二减压阀和第三过滤器，所述排气分管上依次设有第六手阀和第六气动阀，所述排气主管上依次设有单向阀和抽真空泵，所述进水管上依次设有电磁阀、第四过滤器和第七手阀，所述出水管上设有第八手阀。

按上述方案，还包括控制装置，所述控制装置包括PLC控制器、灌料重量传感器、供料重量传感器、压力传感器、温度传感器和液位计，所述灌料重量传感器设于所述灌料磅秤上，所述供料重量传感器设于供料磅秤上，所述压力传感器、温度传感器和液位计均设于所述缓冲罐内，所述PLC控制器的输入端分别与灌料重量传感器、供料重量传感器、温度传感器和液位计相连，输出端分别与所述第一、第二、第三、第四、第五、第六气动阀、电磁阀和气动泵相连。

按上述方案，所述原料罐的顶部设有快插气管接头，所述快插气管接头上设有定压阀，所述补气分管与快插气管接头相连。

一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)供料准备，数个缓冲罐按序排列，PLC控制器启动位于首位的缓冲罐进入在线供料模式，剩余的缓冲罐均进入待机供料模式，中央供料装置中的所有手阀全部开启；

S2)开始供料，首位的缓冲罐的重量、温度和液位均达到供料设定值时，供料重量传感器、温度传感器和液位计向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开首位的缓冲罐的第五气动阀，压料气罐中的高纯低压氮气进入首位的缓冲罐，当首位缓冲罐中的压力达到供料设定值时，压力传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开第四气动阀开始向沉积生产线供料，PLC控制器打开第一气动阀，稳压气罐中的高纯低压氮气进入原料罐，缓冲罐持续供料直至重量和液位达到超低设定值时，PLC控制器关闭第四气动阀，首位的缓冲罐进入离线模式等待灌料，PLC控制器依次启动剩余的缓冲罐依序进入在线供料模式；

S3)开始灌料，数个原料罐按序排列，PLC控制器启动位于首位的原料罐进入在线灌料模式，剩余的原料罐均进入待机灌料模式，PLC控制器打开首位的原料罐灌料分管上的第二气动阀、灌料主管上的气动泵及离线模式缓冲罐的进料分管上的第三气动阀后开始灌料，持续灌料直至供料重量传感器和液位计达到超高设定值时，PLC控制器关闭第三气动阀停止灌料，PLC控制器将进入离线模式的首位缓冲罐切换至待机供料模式，首位的原料罐向下一个进入离线模式的缓冲罐灌料；

S4)原料罐切换，当首位的原料罐的重量达到超低设定值时，灌料重量传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器关闭第二气动阀和气动泵停止灌料，首位的原料罐进入离线模式，PLC控制器依次启动剩余的原料罐依序进入在线灌料模式，将离线模式的原料罐用新的原料罐替换，PLC控制器启动新的原料罐进入待机灌料模式，直至整个供料工序结束。

按上述方案，所述步骤S2)中还包括如下内容：当缓冲罐中的温度低于设定值时，温度传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开电磁阀向缓冲罐内的热水盘管输入循环热水。

按上述方案，所述步骤S3)中还包括如下内容：缓冲罐灌料结束后，PLC控制器打开第六气动阀和抽真空泵，进行排气抽负压处理。

本发明的有益效果是：1、提供一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置及方法，与传统的大料罐分布式供料的“一对多”模式相比，本发明采用若干个缓冲罐对于若干个原料罐的“多对多”自动供灌料模式，降低人力成本，维护成本，减少占地面积，提高供料质量和工作效率；2、极大地缩减人力成本，杜绝高强度作业，最大程度地降低了人为操作失误风险，为超长时间连续供灌料提供有力保障；3、原料供灌料过程在全密闭环境中进行，隔绝了可能存在的外部污染源，并升温抽负压处理减少气泡，可实现高质量稳定供料的目的。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构分布示意图。

图2为本发明一个实施例的逻辑控制流程图。

其中：1.原料罐，2.缓冲罐，3.稳压气罐，4.压料气罐，5.灌料磅秤，6.供料磅秤，7.补气分管，8.补气主管，9.灌料分管，10.灌料主管，11.进料分管，12.供料分管，13.供料主管，14.进气分管，15.进气主管，16.排气分管，17.排气主管，18.第一气动阀，19.转子流量计，20.第一手阀，21.第一减压阀，22.第一过滤器，23.第二气动阀，24.气动泵，25.第二过滤器，26.第二手阀，27.第三气动阀，28.第三手阀，29.第四气动阀，30.加热带，31.第四手阀，32.第五气动阀，33.第五手阀，34.第二减压阀，35.第三过滤器，36.第六手阀，37.第六气动阀，38.单向阀，39.抽真空泵，40.电磁阀，41.第四过滤器，42.第七手阀，43.第八手阀，44.进水管，45.出水管，46.定压阀。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种用于二氧化硅颗粒沉积的中央供料装置，包括数个原料罐1、数个缓冲罐2、稳压气罐3和压料气罐4，数个原料罐上设有补气口和灌料口，补气口通过补气分管7与补气主管8的一端相连，稳压气罐与补气主管的另一端相连，灌料口通过灌料分管9与灌料主管10相连，数个缓冲罐上设有进料口、供料口、进气口和排气口，进料口通过进料分管11与灌料主管相连，供料口通过供料分管12与供料主管13的一端相连，供料主管的另一端与沉积生产线相连，进气口通过进气分管14与进气主管15的一端相连，进气主管的另一端与压料气罐相连，排气口通过排气分管16与排气主管17的一端相连，排气主管的另一端与主排气口相连，缓冲罐中设有供热装置，数个原料罐的底部均设有灌料磅秤5，数个缓冲罐的底部均设有供料磅秤6。

供热装置为热水盘管，热水盘管的进水口朝下出水口朝上设置，进水口与伸入缓冲罐内的进水管44相连，出水口与伸入缓冲罐的出水管45相连，热水盘管下进上出，电磁阀自主控制进水开度保持缓冲罐内部恒温，对消除气泡有一定的积极作用。

补气分管上依次设有第一气动阀18和转子流量计19，补气主管上依次设有第一手阀20、第一减压阀21和第一过滤器22，灌料分管上设有第二气动阀23，灌料主管上依次设有气动泵24和第二过滤器25，进料分管上设有第二手阀26和第三气动阀27，供料分管上设有第三手阀28和第四气动阀29，供料主管上设有加热带30，保温防止物料结晶，进气分管上依次设有第四手阀31和第五气动阀32，进气主管上依次设有第五手阀33、第二减压阀34和第三过滤器35，排气分管上依次设有第六手阀36和第六气动阀37，排气主管上依次设有单向阀38和抽真空泵39，进水管上依次设有电磁阀40、第四过滤器41和第七手阀42，出水管上设有第八手阀43。

还包括控制装置，控制装置包括PLC控制器、灌料重量传感器、供料重量传感器、压力传感器、温度传感器和液位计，灌料重量传感器设于灌料磅秤上，供料重量传感器设于供料磅秤上，压力传感器、温度传感器和液位计均设于缓冲罐内，PLC控制器的输入端分别与灌料重量传感器、供料重量传感器、温度传感器和液位计相连，输出端分别与第一、第二、第三、第四、第五、第六气动阀、电磁阀和气动泵相连。

原料罐的顶部设有快插气管接头，快插气管接头上设有定压阀46，补气分管与快插气管接头相连。

如图2所示，采用本装置进行供料和灌料的工艺包括如下步骤：

S1)供料准备，数个缓冲罐按序排列，PLC控制器启动位于首位的缓冲罐进入在线供料模式，剩余的缓冲罐均进入待机供料模式，中央供料装置中的所有手阀全部开启；

S2)开始供料，首位的缓冲罐的重量、温度和液位均达到供料设定值时，供料重量传感器、温度传感器和液位计向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开首位的缓冲罐的第五气动阀，压料气罐中的高纯低压氮气进入首位的缓冲罐，当首位缓冲罐中的压力达到供料设定值时，压力传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开第四气动阀开始向沉积生产线供料，PLC控制器打开第一气动阀，稳压气罐中的高纯低压氮气进入原料罐，缓冲罐持续供料直至重量和液位达到超低设定值时，PLC控制器关闭第四气动阀，首位的缓冲罐进入离线模式等待灌料，PLC控制器依次启动剩余的缓冲罐依序进入在线供料模式，当缓冲罐中的温度低于设定值时，温度传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器打开电磁阀向缓冲罐内的热水盘管输入循环热水；

S3)开始灌料，数个原料罐按序排列，PLC控制器启动位于首位的原料罐进入在线灌料模式，剩余的原料罐均进入待机灌料模式，PLC控制器打开首位的原料罐灌料分管上的第二气动阀、灌料主管上的气动泵及离线模式缓冲罐的进料分管上的第三气动阀后开始灌料，持续灌料直至供料重量传感器和液位计达到超高设定值时，PLC控制器关闭第三气动阀停止灌料，PLC控制器将进入离线模式的首位缓冲罐切换至待机供料模式，首位的原料罐向下一个进入离线模式的缓冲罐灌料，缓冲罐灌料结束后，PLC控制器打开第六气动阀和抽真空泵，进行排气抽负压处理，可以较大地减少缓冲罐供料中的气泡含量；

S4)原料罐切换，当首位的原料罐的重量达到超低设定值时，灌料重量传感器向PLC控制器发送信号，PLC控制器关闭第二气动阀和气动泵停止灌料，首位的原料罐进入离线模式，PLC控制器依次启动剩余的原料罐依序进入在线灌料模式，将离线模式的原料罐用新的原料罐替换，PLC控制器启动新的原料罐进入待机灌料模式，直至整个供料工序结束。

自动供灌料方法中的缓冲罐的状态切换的逻辑过程为：

在自动模式下，N1(N1≥2，N1＝1+M1+K1)个缓冲罐组成的逻辑队列中，仅有1个缓冲罐处于“在线”状态，M1(M1≥1)个缓冲罐处于“待机”状态，并有K1(K1≥0)个缓冲罐处于“离线”状态，等待维修或灌料。“在线”状态的缓冲罐在供料结束切换至“离线”状态时，在M1个“待机”状态的缓冲罐中，“待机”队列队首的缓冲罐则自动切换到“在线”状态，接替持续供料，“待机”队列的缓冲罐数量为(M1-1)，“离线”队列的缓冲罐数量为(K1+1)。在“离线”队列中，由“离线”的队首缓冲罐做灌料准备。在灌料完成，其他准备工作就绪的情况下，该缓冲罐的状态由队首的“离线”切换为“待机”的队尾。正常情况下，自动灌料过程直到“离线”状态的缓冲罐数量K1＝0，“待机”状态缓冲罐数量为M1＝N1-1时停止。

自动供灌料方法中的原料罐的状态切换的逻辑过程为：

在自动模式下，N2(N≥2，N2＝1+M2+K2)个原料罐组成的逻辑队列中，仅有1个原料罐处于“在线”状态，M2(M2≥1)个原料罐处于“待机”状态，并有K2(K2≥0)个缓冲罐处于“离线”状态，等待更换。“在线”状态的原料罐在灌料完成但并未报警提示“空料”时，切换为“待机”状态，并为“待机”队列的队首；“在线”状态的原料罐持续灌料直至报警提示“空料”时，该原料罐自动切换到“离线”状态，同时在M2个“待机”状态的原料罐队列中，“待机”队列的队首的原料罐则自动切换到“在线”状态，接替持续灌料，“待机”队列的缓冲罐数量为(M2-1)，“离线”队列的缓冲罐数量为(K2+1)。在“离线”队列中，由“离线”队列队首的原料罐做更换准备。在更换完成，其他准备工作就绪的情况下，该原料罐的状态由队首的“离线”切换为“待机”的队尾。正常情况下，更换过程直到“离线”状态的原料罐数量K2＝0，“待机”状态原料罐数量为M2＝N2-1时停止。