Brevet FR2501668A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne des procédés et des dispositifs pour introduire des fluides dans des tubes tour- nants, comme on le fait dans la fabrication de préformes de fibres optiques. Certaines opérations industrielles nécessitent d'introduire des fluides dans des tubes tournants. Dans un grand nombre de ces situations, il est souhaitable, sinon essentiel, que ceci s'effectue sans que de la matière environ- nante soit entraînée avec le fluide lorsqu'il circule en passant dans le tube tournant à partir d'un conduit fixe. Par exemple, dans la fabrication de préformes à partir desquelles on peut étirer des fibres optiques, des vapeurs de matières telles que SiCl4, GeCl4, BC13 et POUl3 sont entraTnées dans un gaz porteur oxydant tel que de l'oxy- gène. Le courant de vapeur est ensuite aspiré dans un conduit fixe et pénètre dans un tube de préforme de verre en rotation. Pour empocher que le courant de vapeur ne fuie vers l'atmos- phère ambiante et que l'air ambiant pénètre dans le courant de vapeur et contamine ce dernier, on a utilisé un joint tournant à la jonction entre le tube fixe et le tube tournant. On a réalisé ce joint en plaçant une partie d'extrémité de l'un des tubes à l'intérieur d'une partie d'extrémité de l'autre tube et en positionnant une ou plusieurs bagues ou un ou plusieurs joints toriques élastiques entre les deux tubes. Cependant, cette configuration n'a pas donné satis- faction, du fait que l'un au moins des tubes frotte constam- ment contre les joints toriques élastiques, ce qui provoque leuréchauffement et leur usure. Bien entendu, la détériora- tion mécanique des joints toriques conduit rapidement à une fuite qui est agravée chaque fois que, comme c'est le cas ici, il existe une différence de pression entre le courant de fluide et l'ambiance. En outre, dans des situations qui doivent être très bien maîtrisées, comme dans la fabrication de préformes de fibres optiques, une fuite même très légère peut créer des problèmes importants. Par exemple, une fuite de l'ordre du ppm vers l'environnement ambiant peut mettre le personnel en danger,du fait que le courant de vapeur est toxique. Une telle fuite modifie également le débit du cou- rant de vapeur dans la préforme et le débit doit être défini avec précision. Inversement, une pénétration d'air ambiant modifie également le débit et, de plus, contamine le courant de vapeur avec de la vapeur d'eau. Il est donc souhaitable de disposer de procédés et de dispositifs perfectionnés pour introduire dans un tube tournant un fluide non contaminé par l'air ambiant, comme on le fait dans la fabrication de préformes de fibres optiques. L'invention a essentiellement pour but d'accomplir cette tache. Une forme de l'invention consiste en un procédé pour faire passer un courant de fluide dans un conduit fixe et pour le faire pénétrer dans un tube tournant en traver- sant une jonction entre le conduit fixe et le tube tournant, sans modifier la composition qualitative du courant de fluide par la pénétration d'air ambiant au niveau de la jonction. Conformément à ce procédé, on fait circuler sur la jonction un constituant fluide du courant de fluide à une pression supérieure à celle du courant de fluide à l'intérieur de la jonction. Une autre forme de l'invention consiste en un pro- cédé pour former une préforme de fibre optique, dans lequel des vapeurs de précurseurs destinésà former du verre sont entraTnées avec de l'oxygène pour former un courant de vapeur, et le courant de vapeur est aspiré à travers un conduit fixe et pénètre dans un tube de préforme de verre tournanten traversant une jonction hermétique entre le conduit fixe et le tube tournant. Conformément au procédé, on fait circuler autour de la jonction hermétique de l'oxygène à une pression supérieure à la pression du courant de vapeur à l'intérieur de la jonction. De cette manière, toute pénétration de fluide ambiant dans le tube de préfomna au niveau de la jonction her- métique consiste en une pénétration d'oxygène, grâce à quoi la composition qualitative de ce courant de vapeur est main- tenue. Une autre forme de l'invention consiste en un procédé pour introduire un courant de vapeur dans un tube de préforme de fibre optique tournant. Le procédé comprend les opérations qui consistent à générer un courant de vapeur comprenant un précurseur pour la formation de verre, sous forme vaporisée, qui est entraîné dans un gaz porteur oxydant, et à faire circuler le courant de vapeur pour qu'il pénètre dans le tube de préforme de fibre optique tournant,en traver- sant un joint tournant au moins partiellement hermétique. On empêche toute modification notable de la composition du cou- rant de vapeur, au cas o le joint tournant hermétique vient à fuir, en faisant circuler autour du joint tournant hermé- tique un courant de fluide constitué essentiellement par le gaz porteur oxydant, à une pression supérieure à la pression du courant de vapeur lorsqu'il traverse le joint tournant. Une autre forme de l'invention ccnsiste en un élé- ment d'extrémité protecteur pour un élément tubulaire tour- nant. L'élément d'extrémité protecteur comporte un réceptacle dans lequel est formé un alésage de dimensions intérieures supérieures aux dimensions extérieures de l'élément tubulaire, de façon à recevoir une extrémité de l'élément tubulaire sans entrer en contact avec ce dernier. Il existe à l'intérieur du réceptacle des moyens qui permettent l'introduction d'un fluide à l'intérieur de l'élément tubulaire. Il existe éga- lement dans le réceptacle des moyens qui permettent l'intro- duction d'un fluide de purge dans l'alésage du réceptacle, à une pression supérieure à la pression ambiante, pour éviter que des matières contaminantes soient introduites à l'inté- rieur de l'élément tubulaire, à partir de l'atmosphère am- biante. Une autre forme de l'invention consiste en un dis- positif destiné à introduire dans un tube tournant un fluide qui ne soit pratiquement pas contaminé par l'air ambiant. Le dispositif comprend un capuchon d'extrémité qui comporte un alésage à extrémité ouverte dans lequel une partie d'extré- mité du tube peut être positionnée de façon tournante. Un premier conduit s'étend à l'intérieur du capuchon d'extré- mité et un fluide peut être introduit par ce conduit dans le tube tournant. Un second conduit communique avec l'alésa- ge du capuchon d'extrémité et, par ce second conduit, un fluide de purge peut être introduit dans l'alésage et tra- -Verser au moins partiellement ce dernier, en direction de ilextArieur du capuchon d'extrémité. Une autre forme encore de l'invention consiste en un dispositif destiné à empêcher la pénétration de l'air ambiant dans une extrémité d'un tube tournant dans lequel on doit introduire un courant de fluide. Le dispositif com- prend un capuchon d'extrémité qui est conçu de façon à 9tre positionné autour d'une partie d'extrémité du tube tournant, à faible distance de ce dernier, de façon à former entre eux un canal de forme générale annulaire qui communique avec l'extérieur du capuchon d'extrémité. Le capuchon d'extrémité définit un premier passage à travers lequel un premier cou- rant de fluide peut pénétrer dans le tube tournant et un second passage à travers lequel un second courant de fluide peut pénétrer dans le canal annulaire et traverser ce dernier en direction de l'extérieur du capuchon d'extrémité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un tour dans lequel un tube de préforme de fibre optique est monté de façon tournante pour une opération de dépdt chimique en phase vapeur. La figure 2 est une représentation latérale en élévation et en coupe de la jonction ou du joint hermétique entre les éléments tournant et fixe du dispositif représenté sur la figure 1, cette jonction étant également appelée ici un joint tournant. On va maintenant considérer plus en détail les dessins, sur lesquels la figure 1 montre un tour destiné à la fabrication d'unu piéforme de fibre optique par une opéra- tion de dép8t en phase vapeur, dans laquelle des produits de réaction chimique sont déposés sur la surface intérieure d'un tube de préforme en verre 10. le tour comprend un btti il sur lequel sont montéesune poupée 12 et une contre-poupée 13. La poupée 12 et ses mécanismes internes supportent de façon tournante et entraînent un mandrin 15, tandis que la contre-poupée 13 et ses mécanismes internes supportent de façon tournante et entraînent de manière similaire un man- drin 16, autour d'un axe qui coincide avec celui du mandrin 15. Chacun des mandrins comportent des mors 18, espacés ra- dialement, qu'on peut déplacer pour serrer et relâcher le tube de préforme ou un prolongement tubulaire de ce dernier. Des écrans thermiques 20, comportant une ouverture centrale, sont montés sur la poupée fixe et la poupée mobile, au moyen de bras 21, dans des positions immédiatement adjacentes aux mandrins tournants. Un chalumeau oxhydrique 23 est monté sur un chariot 24 de façon à accomplir un mouvement alterna- tif entre les deux écrans thermiques 20, comme l'indiquent des flèches 25. Le chalumeau 23 est entra né d'un mouvement alternatif par un mécanisme d'entratnement automatisé, non représenté, sur lequel on peut exercer une action manuelle prioritaire et qu'on peut positionner au moyen d'un volant 26. De façon similaire, un volant 27 monté sur un rail 30 permet de régler la position latérale de la poupée 12, tandis qu'on peut régler manuellement la position de la contre-pou- pée sur le rail par le mouvement d'un volant 28. Un conduit tournant 32 fait saillie latéralement à partir de la poupée 12 en direction d'un joint tournant 33 et de la jonction avec un conduit fixe 34. Le conduit 34 s'étend vers une sour- ce d'alimentation en courant de vapeur, non représentée. Un tuyau flexible d'évacuation 37 s'étend à partir de la contre- poupée tandis qu'un barreau racleur 48 s'étend à l'intérieur de la contre-poupée, pour le nettoyage. La figure 2 représente en détail le joint tournant 33. Le joint comprend un élément tubulaire 50 qui est monté rigidement sur le conduit tournant 32 par un ajus- tement à compression autour de deux joints toriques 51 qui sont intercalés entre l'élément tubulaire et le conduit. Le conduit 32 est ici un prolongement du tube de préforme 10. Selon une variante, le joint 33 peut être placé à l'intérieur de la poupée 12, avec l'extrémité du tube de préforme de verre 10 montée dans l'élément tournant 50. On voit que l'élément tournant 50 comporte un col 53 dont la surface extérieure est cylindrique et le diamètre extérieur réduit. Un élément rapporté tubulaire 52 est em- renché à la presse dans une extrémité du col 55. Cet 6élment rapporté comporte deux rainures espacées axialement dans l lsquelles sont logés deux joints toriques élastiques 54. On voit en outre que le joint tournant comprend ul réceptacle ou capuchon d'extrémité 55 qui comporte une paroi cylindrique interne 56 qui définit un alésage qui s'ouvre à l'atmosphère ambiante à une extrémité 57. L'alésa- ge cylindrique a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur du col 53 du tube tournant 50. Le ca- puchon d'extrémité comporte un passage 58, coaxial par rap- port à l'alésage cylindrique, par lequel lmu conduit 34 pé- nètre dans le col 53 du tube tournant et traverse les deux joints toriques 54. Le capuchon d'extrémité comporte un au- tre passage 59 par lequel passe un autreeconduit 60 qui provient d'une source, non représentée, d'oxygène comprimé. Pendant le dépôt chimique en phase vapeur, on fait tourner le tube de préforme 10 au moyen des mandrins 15-et 16. On fait circuler de force dans le tube de préforme 10 un courant des vapeurs précitées, dont la plupart sont to- xiques, entra nées par de l'oxygène en tant que gaz porteur, et cette circulation s'effectue sous l'action d'une pression positive établie par un générateur de courant de vapeur, non représenté, qui se trouve en amont du conduit 34. Pendant que le courant de vapeur traverse le tube de préforme, on déplace lentement le chalumeau 23 le long du tube de préfor- me en rotation, ce qui provoque une réaction chimique à l'intérieur de la bande de chaleur créée par le chalumeau, et les produits de la réaction se déposent sur la surface intérieure du tube. Le gaz porteur, accompagné des produits de réaction non déposés éventuels, sort du tube de préforme par le tube d'évacuation 37 auquel on applique vime dépres- sion. Pendant le déroulement de l'opération de dép8t, le mandrin 15 fait tourner le tube tournant 32 et son prolonge- ment tubulaire 50 comme l'indique la flèche 62. Pendant que ceci se produit, le col tubulaire 53, l'élément rapporté tubulaire 52 et les deux joints toriques 54 tournent égale- ment autour du conduit fixe 34. L'oxygène est introduit dans l'alésage du capuchon d'extrémité, par le conduit 60, à une pression supérieure à la pression de l'air ambiant et à celle du courant de vapeur qui traverse le joint hermé- tique. A partir de là, l'oxygène traverse le canal annulai- re qui est situé entre la paroi intérieure 56 du capuchon d'extrémité et la paroi cylindrique extérieure du col 53 de l'élément tournant, en direction de l'atmosphère ambiante. La pression de l'oxygène à l'intérieur du capuchon d'extré- mité est également supérieure à la pression du courant de vapeur qui traverse le conduit 34 et pénètre dans le conduit 32. Du fait de cette différence de pression, le courant de vapeur toxique ne peut pas fuir vers l'extérieur en passant par les joints toriques pour pénétrer dans l'alésage du ca- puchon d'extrémité et passer ensuite dans l'atmosphère am- biante. Inversement, les joints toriques empochent également le passage de l'oxygène vers l'intérieur en direction de l'élément tournant 50 et du courant de vapeur. Cependant, en cas d'une légère fuite d'oxygène au niveau des joints tori- ques, faisant passer l'oxygène dans le courant de vapeur, la composition qualitative du courant de vapeur n'est pas modi- fiée. Dans de tels cas, il y aurait une légère augmentation du pourcentage d'oxygène, constituant le gaz porteur, par rapport à la vapeur toxique qui est entraînée avec lui. Ce- pendant, du fait que le débit du courant de vapeur est no- tablement supérieur au débit de l'oxygène de purge qui est introduit par le conduit 60, la variation du rapport entre le gaz porteur et la vapeur est très faible. De cette manié- re, la composition du courant de vapeur ne peut pas 4tre contaminée par l'air ambiant et par l'humidité qu'il con- tient. Du fait que l'oxygène est un constituant du courant de vapeur, la composition qualitative du courant est conser- vée. Simultanément, il n'y a que peu ou pas de risque que des produits toxiques s'échappent du courant de vapeur et mettent ainsi en danger le personnel ou détériorent le maté- riel se trouvant à proximité du joint tournant. Il faut noter que le mode de réalisation qu'on vient de décrire illustre uniquement les principes de l'in- vention dans une forme préférée. Les mots "fixe" et "tour- nant," sont utilisés ici comme des termes mutuellemernt rela- tifs. De plus, pour la commodité de l'expression, on a utilisé de l'air comme milieu fluide ambiant dans lequel se trouve le joint tournant. Dans d'autres circonstances, l'atmosphère ambiante pourrait naturellement ne pas être de l'air et consister par exemple enun gaz inerte. De plus, les divers fluides décrits ici sont gazeux, mais on pourrait utiliser des fluides liquides dans d'autres applications. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé et-au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour introduire un courant de vapeur dans un tube de préforme de fibre optique tournant, carac- térisé par les opérations suivantes, en combinaison: (a) on génère un courant de vapeur comprenant un précurseur pour la formation de verre, sous forme vaporisée, qui est entraîné dans un gaz porteur oxydant; (b) on fait pénétrer le courant de vapeur dans le tube de préforme de fibre opti- que par un joint tournant au moins partiellement hermétique; et (c) on empêche toute modification notable de la composi- tion du courant de vapeur, au cas o le joint tournant vient à fuir, en faisant circuler autour du joint tournant un cou- rant de fluide constitué essentiellement par le gaz porteur oxydant, à une pression supérieure à la pression du courant de vapeur lorsqu'il traverse le joint tournant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le précurseur pour la formation de verre est choi- si dans le groupe comprenant SiC14, GeCl4, BC13 et POCl3. 3. Procédé d'introduction d'un courant de vapeur dans un tube de préforme de fibre optique tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on empêche l'entrée d'air ambiant dans le courant de vapeur et l'échappement de toute partie du courant de vapeur vers l'air ambiant, au cas o une fuite apparait dans le joint tournant, en faisant circuler un courant de gaz porteur oxydant autour du joint tournant au moins partiellement hermétique, à une pression supérieure à la pression du courant de vapeur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on choisit le précurseur pour la formation de verre dans le groupe comprenant Si014, GeCl4, BC13 et POCO3. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'extrémité protecteur pour un élément tubulaire tournant, comprenant un réceptacle dans lequel se trouve un alésage de 'dimensions intérieures supérieures aux dimensions extérieures de l'élément tubulai- re, afin de recevoir une extrémité de l'élément tubulaire sans entrer en contact avec ce dernier, des moyens placés à l'intérieur du réceptacle pour permettre l'introduction d'un fluide à l'intérieLr de l'élément tubulaire, et des moyens placés à l'intérieur du réceptacle pour permettre l'introduction d'un. fluide de purge dans l'alésage du réceptacle, à une pression supérieure à la pression ambian- te. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'il comprend un premier conduit qui pénètre dans l'élément d'extrémité protecteur et par lequel on peut in- troduire un fluide dans le tube tournant; et un second con- duit qui communique avec l'alésage de l'élément d'extrémité et par lequel un fluide de purge peut ttre introduit dans l'alésage et traverser au moins partiellement ce dernier, en direction de l'extérieur de l'élément d'extrémité. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que l'élément d'extrémité protecteur consiste en un capuchon d'extrémité qui peut 9tre positiornné autour d'une partie d'extrémité du tube to-urnant, à faible distance de cette dernière, afin de former entre eux un canal de forme générale annulaire qui communique avec l'extérieur du capu- chon d'extrémité, et le capuchon d'extrémité définit un premier passage par lequel un premier courant de fluide peut pénétrer dans le tube tournant et un second passage par le- quel un second courant de fluide peut pénétrer dans le canal annulaire et traverser ce dernier en se dirigeant vers l'ex- térieur du capuchon d'extrémité. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comprend un conduit qui traverse le premier passage du capuchon d'extrémité, ainsi que le canal annulai- re, en position coaxiale, et par lequel le premier courant de fluide peut pénétrer dans le tube tournant. 9. Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend un joint torique élastique qui est monté autour d'une partie d'extrémité du conduit.