Гидростатические подшипники, содержащие канал поддержки волокна для поддержания оптического волокна в процессе вытяжки оптического волокна
HYDROSTATIC BEARINGS CONTAINING FIBER SUPPORT CHANNEL FOR SUPPORTING OPTICAL FIBER DURING OPTICAL FIBER EXTRACTION

Настоящая заявка испрашивает приоритет, согласно закону 35 USC. §119, предварительной заявки на патент США US 62/573343 от 17 октября 2017, которая испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США US 62/559764 от 18 сентября 2017, которая, в свою очередь, испрашивает приоритет заявки на патент Нидерландов № 2019489 от 6 сентября 2017 и предварительной заявки на патент США US 62/546163 от 16 августа 2017, полное содержание которых включено в настоящий документ ссылкой.
Область техники
Настоящее описание относится в широком смысле к способам вытяжки оптических волокон с использованием систем для производства оптических волокон, содержащих гидростатические подшипники.
Уровень техники
Традиционные методы и производственные процессы для получения оптических волокон обычно включают в себя вытягивание оптического волокна вниз вдоль линейного пути, проходящего через производственные стадии. Однако этот метод создает значительные препятствия для улучшения и модификации производства оптического волокна. Например, оборудование, связанное с линейным производством оптических волокон, обычно размещается по одной линии сверху вниз, что затрудняет добавление стадий или изменение процесса без увеличения высоты всей системы. В некоторых случаях добавление к линейной производственной системе требует дополнительной конструкции для увеличения высоты производственного здания (например, когда вытяжная башня находится на или вблизи потолка существующего здания). Такие препятствия приводят к значительным затратам, чтобы обеспечить модификацию или модернизацию систем и оборудования для производства оптического волокна.
Создание систем и способов, которые позволят производителю исключить необходимость использования только линейных систем, значительно снизило бы затраты на внедрение модификаций или модернизацию. Например, в системе, которая позволяет вытягивание по горизонтали (в противоположность или в дополнение к вертикальному вытягиванию), можно было бы намного проще и дешевле разместить дополнительные компоненты и оборудование в производственной системе. Кроме того, такие конфигурации могли бы обеспечить более эффективные технологические маршруты, позволяющие использовать более дешевые полимеры, более высокие скорости нанесения покрытия и обеспечить улучшенные технологии охлаждения волокна.
Сущность изобретения
Представлен гидростатический подшипник для направления оптических волокон в процессе получения. Гидростатический подшипник обеспечивает поток текучей среды (далее гидродинамический поток) для приподнимания и направления оптического волокна по технологическому маршруту. Оптическое волокно находится в пазе для волокна и испытывает действие подъемной силы от потока, текущего от внутреннего радиального положения в пазе для волокна мимо оптического волокна к внешнему радиальному положению паза для волокна. Так как оптическое волокно является гибким, и учитывая, что оно находится в присутствии высокоскоростных гидродинамических потоков, в волокне могут возбуждаться колебания. Поскольку волокно подвергается сильным центрирующим силам в пазе, колебания будут происходить в радиальном направлении паза. Поскольку волокно имеет инерцию, эти колебания будут вызывать мгновенные направленные радиально вниз силы, действующие на волокно, которые, если они достаточно сильные, могут привести к соприкосновению волокна с нижней частью паза или нижней частью канала подачи текучей среды. Этот контакт вызовет повреждение поверхности волокна, что приведет к значительному снижению прочности. В настоящей заявке обсуждаются конструкции паза для волокна, при которых волокну потребуется больше энергии, чтобы попасть в нижнюю часть паза, и тем самым приводящих к отводу кинетической энергии колеблющегося волокна, заставляющей его двигаться вниз, до его контакта с нижней частью паза или гидродинамического канала. Для некоторых рассмотренных конструкций паза приподнимающая сила потока, действующая на оптическое волокно поперек радиального раствора паза, описывается выпуклой кривой силы (профилем силы), в соответствии с которой подъемная приподнимающая сила, действующая на оптическое волокно, увеличивается при перемещении оптического волокна глубже в паз. Для других рассмотренных конструкций паза подъемная сила на волокно резко возрастает в зоне непосредственно над дном паза. При любом типе конструкции контакт оптического волокна с твердыми поверхностями гидростатического подшипника при колебаниях волокна предотвращается. Описаны различные конструкции гидростатических подшипников для достижения выпуклого профиля сил через радиальный раствор паза или для увеличения силы непосредственно над дном паза.
Представлен гидростатический подшипник для направления оптических волокон в процессе производства. Гидростатический подшипник обеспечивает гидродинамический поток для приподнимания и направления оптического волокна по технологическому маршруту. Гидростатический подшипник содержит паз для волокна и паз для текучей среды. Оптическое волокно находится в пазу для волокна и подвергается подъемной силе от жидкости, текущей из паза для текучей среды. Паз для текучей среды находится во внутреннем радиальном положении гидростатического подшипника, а паз для волокна находится во внешнем радиальном положении гидростатического подшипника. Паз для текучей среды гидродинамически сообщается с пазом для волокна. Поток течет через паз для текучей среды к пазу для волокна и выходит из отверстия паза для волокна. Оптическое волокно входит в паз для волокна через отверстие и подвергается действию приподнимающей силы, оказываемой потоком. Приподнимающая сила потока, действующая на оптическое волокно, описывается выпуклым профилем силы, в соответствии с которым направленная вверх (приподнимающая) сила на оптическое волокно повышается, когда оптическое волокно движется глубже в паз. Достигается лучшая стабильность позиционирования оптического волокна в пазе для волокна и предотвращается контакт оптического волокна с твердыми поверхностями гидростатического подшипника. В настоящем документе описываются различные конструкции гидростатических подшипников для достижения выпуклого профиля сил.
Настоящее изобретение относится к способу получения оптического волокна, включающему:
- направление непокрытого оптического волокна по первому пути к гидростатическому подшипнику, причем гидростатический подшипник содержит канал для поддержки волокна, имеющий отверстие, и канал для поддержки волокна простирается от отверстия в направлении глубины, причем непокрытое оптическое волокно входит в канал для поддержки волокна через это отверстие; и
- течение текучей среды через канал для поддержки волокна к отверстию канала для поддержки волокна, при этом текучая среда контактирует с непокрытым оптическим волокном и обеспечивает действие на непокрытое оптическое волокно подъемной силы, причем подъемная сила определяется профилем сил, описывающим зависимость подъемной силы от глубины непокрытого оптического волокна в канале для поддержки волокна, и профиль силы имеет выпуклую форму.
Дополнительные признаки и преимущества способов и систем, описанных в настоящем документе, будут изложены в нижеследующем подробном описании и отчасти станут очевидными для специалистов в данной области техники из этого описания или выявятся при практическом применении описанных здесь вариантов осуществления, включая подробное описание ниже, формулу изобретения, а также приложенные чертежи.
Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и следующее подробное описание раскрывают различные варианты осуществления и предназначены обеспечить обзор или основу для понимания природы и характера заявленного объекта изобретения. Прилагаемые чертежи используются для облегчения понимания различных вариантов осуществления, и введены в настоящее описание как его часть. Чертежи иллюстрируют различные варианты осуществления, описанные в данном документе, и вместе с описанием служат для объяснения принципов и операций заявленного предмета изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления, представленные на чертежах, являются иллюстративными и приведены в качестве примера, они не предназначены для ограничения предмета изобретения, определенного формулой. Следующее подробное описание иллюстративных вариантов осуществления станет понятным при прочтении в сочетании со следующими чертежами, на которых одинаковые структуры обозначены одинаковыми позициями и на которых:
фиг. 1 является схематической иллюстрацией системы для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 2 показывает изображение в разобранном виде гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 3A показывает частичный вид сбоку гидростатического подшипника с фиг. 2, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 3B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 2, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 4A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 4B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 4A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 5A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 5B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 5A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 5C показывает частичный вид сверху гидростатического подшипника с фиг. 5A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 6A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 6B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 6A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 7A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 7B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 7A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 8A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 8B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 8A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 9A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 9B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 9A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 9C показывает частичный вид сверху гидростатического подшипника с фиг. 9A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 10A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 10B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 10A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 11A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 11B показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 12A показывают профиль силы для двух конструкций паза для волокон;
фиг. 12B показывает две конструкции паза для волокна;
фиг. 12C показывает выпуклый профиль силы, имеющий линейные сегменты;
фиг. 12D показывает выпуклый профиль силы, имеющий криволинейные сегменты;
фиг. 12E показывает невыпуклый профиль силы, имеющий линейные сегменты;
фиг. 12F показывает невыпуклый профиль силы, имеющий криволинейные сегменты;
фиг. 13A показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе;
фиг. 13B показывает частичный вид спереди гидростатического подшипника с фиг. 13A, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе; и
фиг. 14 показывает частичный вид сбоку другого варианта осуществления гидростатического подшипника для использования в системе для получения оптического волокна в соответствии с одним или более вариантами осуществления, показанными и описанными в настоящем документе.
фиг. 15 показывает гидростатический подшипник, имеющий паз для волокна в комбинации с наклонными и вертикальными внутренними стенками.
Подробное описание
Теперь будут подробно рассмотрены варианты осуществления способов и систем для получения оптического волокна, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. По возможности для обозначения одинаковых или похожих деталей на всех чертежах будут использоваться одинаковые численные позиции. Более конкретно, описываемые здесь способы и системы относятся к получению оптических волокон вдоль пути вытягивания, который содержит один или более невертикальных участков пути, поддерживаемых одним или несколькими гидростатическими подшипниками. Далее, каждый из указанных одного или нескольких гидростатических подшипников содержит канал для поддержки волокна, чтобы обеспечить жидкостную или воздушную подушку оптическому волокну, находящемуся в канале для поддержки волокна. Описанные в настоящем документе варианты осуществления обеспечивают гибкость производства оптического волокна, позволяя проводить оптическое волокно по невертикальным путям через все стадии производства, в том числе до нанесения на него защитного покрытия. Различные варианты осуществления способов и систем для производства оптических волокон будут описаны в данном документе с конкретной ссылкой на прилагаемые чертежи.
Обратимся к фиг. 1, на которой схематически показана система 100 для получения оптического волокна, предназначенная для производства оптического волокна. Система 100 для получения оптического волокна содержит вытяжную печь 110, механизм 112 охлаждения волокна, один или более гидростатических подшипников 120, установку 114 для покрытия волокна и установку 116 для сбора волокна. Как показано на фиг. 1, путь вытягивания 102 проходит от вытяжной печи 110 к установке 116 для сбора волокна и представляет собой путь, по которому движется оптическое волокно 10 в процессе получения. Путь вытягивания 102 включает в себя один или более участков пути вытягивания, например, первый участок 102a пути вытягивания, второй участок 102b пути вытягивания и третий участок 102c пути вытягивания. Далее, эти участки пути вытягивания могут быть вертикальными (обозначены направлением "A") или невертикальными (обозначено направлением "B"). В процессе производства оптическое волокно 10 может направляться через один или более невертикальных участков пути вытягивания (например, второй участок 102b пути вытягивания) с помощью одного или более гидростатических подшипников 120, описываемых здесь более подробно.
Как показано на фиг. 1, преформа 12 для вытягивания оптического волокна помещается в вытяжную печь 110, и из нее вытягивается волокно с получением непокрытого оптического волокна 14. Преформа 12 для вытягивания оптического волокна может быть изготовлена из любого стекла или материала, подходящего для получения оптических волокон. Далее, как используется здесь, "непокрытое оптическое волокно" относится к оптическому волокну, непосредственно вытянутому из преформы и до нанесения одного или нескольких слоев покрытия на его наружную поверхность (например, до того как непокрытое оптическое волокно будет покрыто одним или более слоями покрытия, такими как защитные покрытия на основе полимеров). При этом выражение "оптическое волокно 10" может относиться к непокрытому оптическому волокну 14 или покрытому оптическому волокну 20 (т.е. оптическому волокну с нанесенными на него одним или более слоями покрытия).
В процессе производства непокрытое оптическое волокно 14 вытягивается из преформы 12 для вытягивания оптоволокна, выходит из вытяжной печи 110, движется вдоль первого участка 102a пути вытягивания в направлении A, затем достигает первого гидростатического подшипника 120a из одного или более гидростатических подшипников 120 и отклоняется от первого участка 102a пути вытягивания, проходящего в направлении A (по существу вертикальном) ко второму участку 102b пути вытягивания, перемещаясь в направлении B. Вдоль второго участка 102b пути вытягивания непокрытое оптическое волокно 14 может пройти через механизм 112 охлаждения волокна. Как показано, второй участок 102b пути вытягивания ориентирован ортогонально (например, горизонтально) первому участку 102a пути вытягивания, но следует понимать, что описанные здесь системы и способы могут перенаправлять оптическое волокно 10 (например, непокрытое оптическое волокно 14) по любому невертикальному пути до (или после) нанесения на него слоя покрытия 21.
Создание системы для получения оптического волокна, содержащей один или более невертикальных участков пути, например, до нанесения покрытия на непокрытое оптическое волокно 14, обеспечивает много преимуществ. Например, в обычной линейной системе для получения волокна добавление новых или дополнительных компонентов до установки 114 для покрытия волокна, таких как дополнительные установки покрытия и дополнительные механизмы охлаждения, необходимо устанавливать все такие компоненты вертикально, что часто требует увеличения высоты все системы. С системой 100 для получения оптического волокна, описываемой в настоящем документе, оптическое волокно 10 может проводиться по горизонтали или по диагонали (например, отклоняясь от вертикали) до нанесения слоя покрытия 21, что придает больше гибкости не только при размещении оборудования, но и при более поздних модификациях, дополнениях и модернизации существующего производственного оборудования без необходимости в увеличении высоты системы в целом.
Согласно фиг. 1, непокрытое оптическое волокно 14 охлаждается при прохождении через механизм 112 охлаждения волокна и до обработки в установке 114 для покрытия волокна, где на наружную поверхность непокрытого оптического волокна 14 наносится слой покрытия 21 (например, слой первичного защитного покрытия), тем самым образуя покрытое оптическое волокно 20. Механизм 112 охлаждения волокна может представлять собой любой механизм, известный в данной области для охлаждения оптического волокна. Например, механизм 112 охлаждения волокна может быть заполнен газом, который может облегчать охлаждение непокрытого оптического волокна 14 со скоростью, большей или меньшей, чем скорость охлаждения непокрытого оптического волокна 14 на воздухе. Следует понимать, что механизм 112 охлаждения волокна является необязательным компонентом, и в других вариантах осуществления система 100 для получения оптического волокна может не включать в себя механизм 112 охлаждения волокна.
В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 1, указанные один или более гидростатических подшипников 120 могут содержать второй гидростатический подшипник 120b, который может применяться для транспортировки непокрытого оптического волокна 14 от второго участка 102b пути вытягивания, расположенного на прямой, соединяющей первый и второй гидростатические подшипники 120a, 120b, к третьему участку 102c пути вытягивания, который может быть по существу вертикальным и может быть параллельным первому участку 102a пути вытягивания. Как показано на фиг. 1, третий участок 102c пути вытягивания проходит от второго гидростатического подшипника 120b до установки 114 для покрытия волокна. После выхода из установки 114 для покрытия волокна покрытое оптическое волокно 20 со слоем покрытия 21 (т.е. уже не непокрытое) может проходить через ряд других технологических стадий (не показано) в системе 100 для получения оптического волокна, прежде чем достигнет установки 116 для сбора волокна. Установка 116 для сбора волокна включает в себя один или более механизмом вытягивания 117, используемых для приложения натяжения к покрытому оптическому волокну 20, тем самым обеспечивая необходимое натяжение оптического волокна 10, когда оно тянется через всю систему 100 для получения оптического волокна, показанную на фиг. 1. Установка 116 для сбора волокна включает также катушку 118 для хранения волокна, и покрытое оптическое волокно 20 может наматываться на катушку 118. Кроме того, хотя на фиг. 1 показаны три участка пути вытягивания (102a, 102b, 102c), следует понимать, что допустимо иметь любое число участков пути, каждый из которых имеет вертикальную или невертикальную ориентацию.
Как описано более подробно в настоящем документе, один или более гидростатических подшипников 120 (например, первый и второй гидростатические подшипники 120a и 120b) транспортируют непокрытое оптическое волокно 14 через систему 100 для получения оптического волокна таким образом, что непокрытое оптическое волокно 14 не вступает в механический контакт ни с какой поверхностью, пока на непокрытое оптическое волокно 14 не будет нанесен слой покрытия 21 (образуя тем самым покрытое оптическое волокно 20). В процессе производства указанные один или более гидростатических подшипников 120 могут предусматривать область потока, над которой непокрытое оптическое волокно 14 может перемещаться без механического контакта с гидростатическими подшипниками 120, например, потока текучей среды, которая является химически инертной по отношению к непокрытому оптическому волокну 14 (например, воздух, гелий). Используемый здесь термин "механический контакт" относится к контакту с твердым компонентом в процессе вытягивания. Такое отсутствие механического контакта может быть важным для сохранения качества и целостности хрупкого непокрытого оптического волокна, особенно волокна, которое движется по невертикальному пути до нанесения на него покрытия на установке 114 для покрытия волокна. Механический контакт, обеспечиваемый установкой 116 для сбора волокна, является приемлемым, поскольку, когда оптическое волокно 10 достигает установки 116 для сбора волокна, оно уже покрыто слоем покрытия 21, который защищает волокно, поэтому механический контакт с твердой поверхностью не влияет существенно на качество или целостность волокна в той же степени, как если бы волокно не имело покрытия. Однако следует понимать, что хотя гидростатические подшипники 120 описываются здесь в основном как облегчающие движение непокрытого оптического волокна 14 на пути вытягивания 102, гидростатические подшипники 120 могут использоваться с любым оптическим волокном 10, например, с покрытым оптическим волокном 20.
В некоторых вариантах осуществления указанные один или более гидростатических подшипников 120, обеспечивая зону жидкостной или воздушной подушки, над которой может перемещаться непокрытое оптическое волокно 14, одновременно могут также охлаждать непокрытое оптическое волокно 14. Например, в вариантах осуществления без механизма 112 охлаждения волокна указанные один или более гидростатических подшипников 120 могут выполнять функцию охлаждения механизма 112 охлаждения волокна. В частности, поскольку в одном или более гидростатических подшипников 120 используется поток жидкости или газа, который поддерживает непокрытое оптическое волокно 14, непокрытое оптическое волокно 14 охлаждается со скоростью, которая выше, чем скорость, с которой непокрытое оптическое волокно 14 охлаждалось бы в неподвижном окружающем воздухе, который может присутствовать непосредственно снаружи вытяжной печи 110. Кроме того, чем больше разница температур между непокрытым оптическим волокном 14 и средой в гидростатическом подшипнике 120 (которая предпочтительно представляет собой воздух при температуре окружающей среды или комнатной температуре), тем больше способность гидростатического подшипника 120 охлаждать непокрытое оптическое волокно 14.
Обратимся теперь к фиг. 2, на которой гидростатический подшипник 120 показан более детально. Гидростатический подшипник 120 содержит первый диск 130, второй диск 132, внутренний компонент 136 и по меньшей мере одно отверстие 134 в по меньшей мере одном из первого и второго дисков 130, 132. Первый диск 130 и второй диск 132 имеют дугообразную наружную поверхность 138, 139 и находятся на противоположных сторонах друг от друга. Дугообразные наружные поверхности 138, 139 находятся по периметру каждого соответствующего диска 130, 132 и по существу выровнены друг с другом. Далее, первый диск 130 и второй диск 132 соединены крепежными элементами (например, болтами 140) для соединения первого и второго дисков 130, 132 друг с другом таким образом, чтобы через гидростатический подшипник 120 могла проходить текучая среда.
Первый диск 130 и второй диск 132 имеют, каждый, соответствующие внутренние стороны 142, 144 и наружные стороны 143, 145. Внутренняя сторона 142 первого диска 130 обращена к внутренней стороне 144 второго диска 132, образуя канал 150 для поддержки волокна (один вариант осуществления которого показан на фигурах 3A и 3B) между внутренними сторонами 142, 144 и простирающийся радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 138, 139 каждого диска 130, 132. Канал 150 для поддержки волокна обеспечивает пространство для гидродинамического потока и выполнен так, чтобы принимать непокрытое оптическое волокно 14 (или любое другое оптическое волокно 10), так чтобы непокрытое оптическое волокно 14 могло перемещаться вдоль канала 150 для поддержки волокна без вращения гидростатического подшипника 120 и без механического контакта между непокрытым оптическим волокном 14 и гидростатическим подшипником 120. В настоящем документе подробно описываются различные конфигурации канала 150 для поддержки волокна. Далее, указанное, по меньшей мере одно, отверстие 134 проходит через по меньшей мере один из первого диска 130 и второго диска 132 и позволяет подавать текучую среду (например, воздух, гелий или другой желательный газ или жидкость) в гидростатический подшипник 120 так, чтобы эта среда могла выходить из гидростатического подшипника 120 через канал 150 для поддержки волокна, тем самым создавая жидкостную или воздушную подушку для непокрытого оптического волокна 14, находящегося в канале 150 для поддержки волокна (фиг. 3A).
Согласно опять же фиг. 2, гидростатический подшипник 120 может содержать внутренний компонент 136, находящийся между первым диском 130 и вторым диском 132. Внутренний компонент 136 (например, шайба 137) предназначен для помощи в направлении потока из по меньшей мере одного отверстия 134 в канал 150 для поддержки волокна, так чтобы поток выходил из канала 150 для поддержки волокна в заданном направлении течения. Внутренний компонент 136 располагается между первым диском 130 и вторым диском 132, обеспечивая зазор между ними. В некоторых вариантах осуществления внутренний компонент 136 может содержать ряд штифтов (не показано) для дополнительного контроля гидродинамического потока путем подавления нерадиального течения. Кроме того, внутренний компонент 136 служит в качестве уплотнительной детали, обеспечивая плотный контакт между первым диском 130 и вторым диском 132.
Обратимся теперь к фиг. 3A, на которой более детально показан канал 150 для поддержки волокна. Как показано на фигурах 3A и 3B, канал 150 для поддержки волокна имеет паз 152 для волокна и паз 154 для текучей среды. Паз 152 для волокна проходит радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 138, 139 дисков 130, 132 (например, от отверстия 160 между дугообразными наружными поверхностями 138, 139 первого диска 130 и второго диска 132) и заканчивается у границы 155 канала для поддержки волокна. Направление радиально внутрь называется в настоящем документе также направлением в глубину, где глубина относится к положению непокрытого оптического волокна в канале для поддержки волокна. Глубину в канале для поддержки волокна измеряют относительно отверстия в канале для поддержки волокна, и направление глубины есть направление от отверстия через паз для волокна в паз для текучей среды. Ось, соответствующая направлению в глубину, является центральной осью канала для поддержки волокна или осью, параллельной центральной оси канала для поддержки волокна. В предпочтительном варианте осуществления канал для поддержки волокна является симметричным относительно центральной оси в канале для поддержки волокна. Паз 154 для текучей среды простирается радиально внутрь от границы 155 канала для поддержки волокна и заканчивается у внутреннего компонента 136. В процессе производства поток может течь радиально наружу от внутреннего компонента 136 через паз 154 для текучей среды и паз 152 для волокна, обеспечивая жидкостную или воздушную подушку для непокрытого оптического волокна 14, находящегося внутри паза 152 для волокна, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 могло направляться вдоль пути вытягивания 102 (фиг. 1), не вступая в механический контакт с гидростатическим подшипником 120.
C
C
C
C
Канал 150 для поддержки волокна простирается между внутренней стороной 142 первого диска 130 и внутренней стороной 144 второго диска 132, которые отделены друг от друга шириной пропускания W. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 3A, канал 150 для поддержки волокна является конусообразным, так что ширина пропускания W у отверстия 160 больше, чем ширина пропускания W у граница 155 канала для поддержки волокна, и ширина пропускания W канала 150 для поддержки волокна меняется по радиусу (например, меняется в зависимости от того, где находится по вертикали оптическое волокно 10 внутри канала 150 для поддержки волокна).
Далее, на фиг. 3A показано непокрытое оптическое волокно 14, находящееся в пазе 152 для волокна канала 150 для поддержки волокна, и показана текучая среда 151 (например, воздух), которая течет от паза 154 для текучей среды (например, гидродинамический поток из по меньшей мере одного отверстия 134 в первом и/или втором дисках 130, 132) через паз 152 для волокна и которая контактирует с непокрытым оптическим волокном 14, когда оно проходит через гидростатический подшипник 120. Этот гидродинамический поток приводит к положительному давлению ниже непокрытого оптического волокна 14, которое действует на и поддерживает нижнюю часть непокрытого оптического волокна 14, обеспечивая подъемную (направленную радиально наружу) силу, тем самым приподнимая непокрытое оптическое волокно 14, чтобы предотвратить плотный механический контакт между непокрытым оптическим волокном 14 и гидростатическим подшипником 120. Не желая связывать себя теорией, предполагается, что давление можно оптимизировать так, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 позиционировалось и удерживалось вертикально в пазе 152 для волокна канала 150 для поддержки волокна таким образом, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 удерживалось между границей 155 канала для поддержки волокна и отверстием 160 канала 150 для поддержки волокна. Например, поток 151, проходящий через канал 150 для поддержки волокна, может иметь постоянную скорость течения, которая может поддерживать или обеспечивать опору оптическому волокну 10 в пазе 152 для волокна, когда непокрытое оптическое волокно 14 проходит через гидростатический подшипник 120, и конфигурация паза 152 для волокна и/или добавление одной или более зон сброса давления, описываемых ниже (например, зоны сброса давления 270 на фиг. 4B) может облегчить самолокализацию непокрытого оптического волокна 14 в пазе 152 для волокна.
C
C
Согласно опять же фиг. 3A, в некоторых вариантах осуществления участки внутренних сторон 142, 144 внутри паза 152 для волокна канала 150 для поддержки волокна могут быть коническими или наклонены так, чтобы паз 152 для волокна имел меньшую ширину пропускания W у границы 155 канала для поддержки волокна (т.е., внутри дугообразной траектории, образуемой непокрытым оптическим волокном 14 при его прохождении через гидростатический подшипник 120), чем у отверстия 160 канала 150 для поддержки волокна. В некоторых вариантах осуществления обе внутренние стороны 142 и 144 могут быть наклонены, например, под углом от более 0° до менее 10°, например, от примерно 0,3° до примерно 7°, от примерно 0,4° до примерно 3° и т.п. Далее, канал 150 для поддержки волокна и паз 152 для волокна могут иметь любую глубину и любую ширину пропускания W. В разных вариантах осуществления глубина паза 152 для волокна превышает 0,25 дюйма, или больше 0,40 дюйма, или больше 0,55 дюйма, или больше 0,70 дюйма, или больше 0,85 дюйма, или лежит в интервале от 0,25 дюйма до 1,25 дюйма, или в интервале от 0,35 дюйма до 1,05 дюйма, или в интервале от 0,45 дюйма до 0,90 дюйма, или в интервале от 0,55 дюйма до 0,85 дюйма, или в интервале от 0,60 дюйма до 0,80 дюйма, или составляет примерно 0,65 дюйма, или примерно 0,75 дюйма. Используя конусообразный канал 150 для поддержки волокна (какой показан, например, на фиг. 3A) и вводя текучую среду 151 в канал 150 для поддержки волокна так, чтобы среда входила в более узкую внутреннюю часть канала 150 для поддержки волокна и выходила через более широкую наружную часть канала 150 для поддержки волокна, жидкостная или воздушная подушка, образованная потоком 151, выпускаемым через канал 150 для поддержки волокна, приведет к самолокализации непокрытого оптического волокна 14 в глубине канала 150.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что при заданной скорости течения потока 151 натяжение волокна создает направленную вниз (радиально внутрь) силу, которая противодействует направленной вверх (радиально наружу) силе, оказываемой гидродинамическим потоком 151. Положение непокрытого оптического волокна 14 в канале 150 для поддержки волокна стабилизируется в точке, где направленная вниз сила, создаваемая натяжением волокна, уравновешивается подъемной силой, создаваемой гидродинамическим потоком 151. Флуктуации натяжения, которые могут происходить при вытягивании волокна, изменяют баланс сил, действующих на непокрытое оптическое волокно 14, и ведут к смещению непокрытого оптического волокна 14 от его устойчивого равновесного положения. Если натяжение возрастает, направленная вниз сила на непокрытое оптическое волокно 14 увеличивается, и непокрытое оптическое волокно 14 смещается вниз от его устойчивого равновесного положения в более глубокое положение в канале 150 для поддержки волокна (т.е., в положение внутри канала 150 для поддержки волокна, более удаленного от отверстия 160). Если натяжение уменьшается, направленная вниз сила на непокрытое оптическое волокно 14 уменьшается, и непокрытое оптическое волокно 14 смещается вверх от его устойчивого равновесного положения в менее глубокое положение в канале 150 для поддержки волокна (т.е., в положение внутри канала для поддержки волокна, находящееся ближе к отверстию 160). Смещение положения непокрытого оптического волокна 14 вниз от его устойчивого равновесного положения может привести к механическому контакту непокрытого оптического волокна 14 с каналом 150 для поддержки волокна и/или может привести к входу непокрытого оптического волокна 14 в паз 154 для текучей среды. Смещение положения непокрытого оптического волокна 14 вверх от его устойчивого равновесного положения может привести к механическому контакту непокрытого оптического волокна 14 с каналом 150 для поддержки волокна и/или может заставить непокрытое оптическое волокно 14 выйти из канала 150 для поддержки волокна и выйти из гидростатического подшипника 120.
В вариантах осуществления настоящего изобретения паз 152 для волокна и/или паз 154 для текучей среды имеют такую конфигурацию, чтобы противодействовать смещению непокрытого оптического волокна 14 вверх и вниз от стабильного равновесного положения, вызванному флуктуациями или другими изменениями натяжения. Например, на фиг. 3A паз 152 для волокна задается конусообразными внутренними сторонами 142 и 144 первого и второго дисков 130 и 132, соответственно. Если натяжение волокна увеличивается, направленная вниз сила на непокрытое оптическое волокно 14 увеличивается, и непокрытое оптическое волокно 14 будет перемещаться вниз (например, радиально внутрь) в пазе 152 для волокна. Вызванное натяжением смещение вниз непокрытого оптического волокна 14 компенсируется за счет увеличения подъемной силы, обеспечиваемой потоком 151, когда непокрытое оптическое волокно 14 смещается глубже (вниз) внутри паза 152 для волокна. Структура гидродинамического потока 151 в пазе 152 для волокна такова, что часть потока поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14, а часть обтекает непокрытое оптическое волокно 14. При заданной скорости течения (или давлении) потока 151, подаваемого в паз 152 для волокна из паза 154 для текучей среды, доля гидродинамического потока 151, которая обтекает непокрытое оптическое волокно 14, зависит от промежутков между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 142 и 144. Из-за конусности внутренних сторон 142 и 144, промежутки между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 142 и 144 изменяются с положением непокрытого оптического волокна 14 в пазе 152 для волокна. По мере того как непокрытое оптическое волокно 14 перемещается глубже в пазе 152 для волокна, промежутки между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 142 и 144 сужаются. Это ведет к уменьшению доли гидродинамического потока 151, который обтекает непокрытое оптическое волокно 14, и к увеличению доли гидродинамического потока 151, которая поддерживает непокрытое оптическое волокно 14. Как результат, когда непокрытое оптическое волокно 14 перемещается глубже в паз 152 для волокна, подъемная сила (или давление) потока 151, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, увеличивается, противодействуя смещению непокрытого оптического волокна 14 вниз, вызванному увеличением натяжения. Аналогично, если натяжение уменьшается, обусловленная натяжением направленная вниз сила на непокрытое оптическое волокно 14 уменьшается, и непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх (радиально наружу в направлении меньшей глубины) в пазе 152 для волокна. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх в пазе 152 для волокна, промежутки между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 142 и 144 увеличиваются, и более значительная доля гидродинамического потока 151 обтекает непокрытое оптическое волокно 14. Подъемная сила (или давление) потока 151, приподнимающая непокрытое оптическое волокно 14, соответственно уменьшается, компенсируя вызванное натяжением смещение вверх непокрытого оптического волокна 14. Таким образом, вызванное натяжением смещение непокрытого оптического волокна 14 компенсируется путем корректировки подъемной силы, обеспечиваемой потоком 151 при изменении положения непокрытого оптического волокна 14 в пазе 152 для волокна. Новое стабилизированное положение равновесия достигается, когда восстанавливается баланс между вызванной натяжением силой, направленной вниз, и подъемной силы, создаваемой потоком 151. Поскольку натяжение изменяется со временем в процессе вытяжки волокна, направленные вверх и вниз силы непрерывно перебалансируются путем самокомпенсации, чтобы поддерживать устойчивое положение непокрытого оптического волокна 14 в пазе 152 для волокна. Компенсация натяжения за счет изменения и восстановления равновесия направленных вниз (радиально внутрь) и вверх (радиально наружу) сил является отличительным признаком описываемых здесь вариантов осуществления гидростатического подшипника 120. Ниже описываются различные конструкции гидростатических подшипников 120, которые обеспечивают компенсацию натяжения.
В некоторых вариантах осуществления непокрытое оптическое волокно 14 может находиться в вертикальном положении внутри паза 152 для волокна, ширина которого примерно в 1-2 раза больше диаметра непокрытого оптического волокна 14, например, в 1-1,75 раз больше диаметра непокрытого оптического волокна 14, примерно в 1-1,5 раз больше диаметра непокрытого оптического волокна 14 и т.п. Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что при нахождении непокрытого оптического волокна 14 в такой относительно узкой зоне в пазе 152 для волокна непокрытое оптическое волокно 14 будет само центрироваться между внутренними сторонами 142 и 144 во время процесса вследствие эффекта Бернулли. Например, когда непокрытое оптическое волокно 14 приближается к внутренней стороне 144 и удаляется от внутренней стороны 142, скорость потока 151 будет увеличиваться ближе всего к внутренней стороне 142 и уменьшаться ближе всего к внутренней стороне 144. В соответствии с эффектом Бернулли, повышение скорости потока происходит одновременно с уменьшением давления. Как результат, большее давление, обусловленное уменьшением гидродинамического потока вблизи внутренней стороны 144, заставит непокрытое оптическое волокно 14 вернуться в центр паза 152 для волокна. Таким образом, непокрытое оптическое волокно 14 может быть центрировано в канале 150 для поддержки волокна по меньшей мере в основном за счет эффекта Бернулли благодаря гидродинамическому потоку, обтекающему волокно и выходящему наружу из канала 150 для поддержки волокна, когда волокно вытягивается (т.е., когда непокрытое оптическое волокно 14 проходит через канал 150 для поддержки волокна при движении по пути вытягивания 102 (фиг. 1).
Не желая, опять же, ограничиваться теорией, можно полагать, что такое центрирование происходит без необходимости использования гидродинамического потока, который мог бы со своей стороны негативно воздействовать на волокно, например, не используются струи гидродинамического потока, текущие от внутренних сторон 142 или 144. Скорость гидродинамического потока, текущего через канал 150 для поддержки волокна (например, через паз 152 для волокна, где находится непокрытое оптическое волокно 14) предпочтительно подбирают так, чтобы поддерживать непокрытое оптическое волокно 14 так, чтобы оно целиком находилось внутри паза 152 для волокна (например, конический участок канала 150 для поддержки волокна, показанный на фиг. 3A). Кроме того, поскольку непокрытое оптическое волокно 14 находится в области канала 150 для поддержки волокна, ширина которого составляет от 1 до 2 диаметров непокрытого оптического волокна 14, непокрытое оптическое волокно 14 поддерживается перепадом давлений, имеющимся ниже непокрытого оптического волокна 14 (а не аэродинамическим сопротивлением, которое, впрочем, при желании также может использоваться для поддержки волокна). В результате поддержки или приподнимания непокрытого оптического волокна 14 внутри канале 150 для поддержки волокна за счет перепада давления можно использовать намного меньший гидродинамический поток, чем при использовании аэродинамического сопротивления для приподнимания волокна.
Далее, хотя канал 150 для поддержки волокна содержит конусообразный паз 152 для волокна, чтобы обеспечить компенсацию натяжения для самолокализации непокрытого оптического волокна 14 внутри паза 152 для волокна, допустимы и другие варианты осуществления гидростатического подшипника 120, обеспечивающие компенсацию натяжения посредством альтернативных конструкций и конфигураций паза для волокна, более подробно описываемых ниже. Например, некоторые из этих вариантов осуществления могут предусматривать одну или более зон сброса давления, находящихся в первом и/или втором дисках 130, 132, чтобы обеспечить компенсацию натяжения (например, зоны сброса давления 270, изображенные в вариантах осуществления гидростатического подшипника 220 на фиг. 4B). Однако, когда гидростатический подшипник 120 содержит конусообразный паз 152 для волокна, зоны сброса давления являются необязательными и не требуются для обеспечения компенсации натяжения, как показано в частичном виде сбоку гидростатического подшипника 120 на фиг. 3B.
C
C
C
Обратимся теперь к фигурам 4A и 4B, показывающим гидростатический подшипник 220. На фиг. 4A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 220, а на фиг. 4B частичный вид спереди гидростатического подшипника 220. Гидростатический подшипник 220 имеет канал 250 для поддержки волокна, содержащий паз 252 для волокна, проходящий радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 238, 239 первого и второго дисков 230, 232 к границе 255 канала для волокна, и паз 254 для текучей среды, находящийся радиально внутри от паза 252 для волокна. Первый диск 230 имеет внутреннюю сторону 242 и наружную сторону 243. Второй диск 232 имеет внутреннюю сторону 244 и наружную сторону 245. Гидростатический подшипник 220 содержит также внутренний компонент 236, находящийся между первым диском 230 и вторым диском 232, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 4A, ширина пропускания Wпаза 252 для волокна является постоянной по глубине паза 252, причем глубина означает положение в направлении радиально внутрь от отверстия 260, ограниченного пространством между дугообразными поверхностями 238, 239. Например, ширина пропускания W паза 252 для волокна является одинаковой у отверстия 260 и у границы 255 канала для волокна. Таким образом, перепад давления, вызванный гидродинамическим потоком через канал 250 для поддержки волокна, не изменяется из-за изменения ширины пропускания W, когда изменяется вертикальное положение непокрытого оптического волокна 14 внутри паза 252 для волокна.
Вместо этого, как показано на фигуре 4B, гидростатический подшипник 220 имеет зоны 270 сброса давления, которые содержат множество разгрузочных отверстий 272, проходящих через первый диск 230 от внутренней стороны 242 к наружной стороне 243 и/или через второй диск 232 от внутренней стороны 244 к наружной стороне 245. На фиг. 4B показана наружная сторона 243 первого диска 230 в варианте осуществления, в котором первый диск 230 имеет зоны 270 сброса давления с разгрузочными отверстиями 272. Как показано на фиг. 4B, множество разгрузочных отверстий 272 распределены по азимуту в первом диске 230. Фиг. 4B иллюстрирует также положение непокрытого оптического волокна 14 относительно разгрузочных отверстий 272. Некоторые участки непокрытого оптического волокна 14 находятся в пазе 252 для волокна рядом с разгрузочными отверстиями 272, а другие участки непокрытого оптического волокна 14 находятся в пазе 252 рядом с внутренней стороной 242. В одном варианте осуществления второй диск 232 имеет аналогичную конфигурацию, содержа распределенные по азимуту зоны сброса давления 270 с разгрузочными отверстиями 272. В процессе производства часть потока 251, текущего через паз 252 для волокна, может выходить из гидростатического подшипника 220 через разгрузочные отверстия 272. В этом варианте осуществления все еще будет иметь место поток в промежутках внутри паза 252 для волокна (например, поток между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 242, 244, которые ограничивают паз 252 для волокна), создавая направленные вверх и в центр силы, необходимые для удерживания положения непокрытого оптического волокна 14 внутри паза 252 для волокна, как более детально описано выше в связи с фиг. 3A.
В вариантах осуществления с фигур 4A и 4B компенсация натяжения (например, самолокализация непокрытого оптического волокна 14 в направлении вглубь (радиально наружу) в пазе 252 для волокна в ответ на изменения натяжения, приложенного к непокрытому оптическому волокну 14) обеспечивается изменениями доли гидродинамического потока 251, который течет через снимающие давление отверстия 272. В частности, когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз внутри паза 252 для волокна (например, из-за сниженного натяжения), площадь разгрузочных отверстий 272 под непокрытым оптическим волокном 14 увеличивается. Если при постоянной скорости течения (или давлении) потока 251 площадь разгрузочных отверстий 272 под непокрытым оптическим волокном 14 увеличивается, более значительная часть гидродинамического потока 251 будет проходить через разгрузочные отверстия 272, и меньшая часть гидродинамического потока 251 будет поддерживать (приподнимать) непокрытое оптическое волокно 14 в пазе 252 для волокна. В результате подъемная сила потока 251, которая действует на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается, что противодействует вызванному натяжением смещению непокрытого оптического волокна 14 вверх. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх в пазе 252 для волокна, давление потока 251, действующее на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается, что противодействует вызванному натяжением смещению вверх. Напротив, когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз внутри паза 252 для волокна (например, из-за повысившегося натяжения), площадь разгрузочных отверстий 272 под непокрытым оптическим волокном 14 уменьшается. В результате меньшая часть гидродинамического потока 251 проходит через разгрузочные отверстия 272, и большая часть гидродинамического потока 251 поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14, и подъемная сила потока 251, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, увеличивается, противодействуя вызванному натяжением смещению непокрытого оптического волокна 14 вниз. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз в пазе 252 для волокна, сила (давление) потока 251, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, увеличивается, противодействуя вызванному натяжением смещению вниз.
C
В одном иллюстративном примере гидростатический подшипник 220 имеет радиус около 3 дюймов и содержит паз 252 для волокна с постоянной шириной пропускания W, рассчитанной так, чтобы промежутки между типичным непокрытым оптическим волокном 14 и каждой внутренней стороной 242, 244 составляли примерно 0,0005 дюйма, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится по центру внутри паза 352 для волокна. В этом примере гидростатический подшипник 220 содержит также совокупность разгрузочных отверстий 274, простирающихся от внутренних сторон 242, 244 через диски 230, 232 к наружным сторонам 243, 245. Эти иллюстративные разгрузочные отверстия 272 имеют высоту около 0,030 дюйма в радиальном направлении, ширину 0,006 дюйма по азимуту, имеют толщину между внутренними сторонами 242, 244 и наружными сторонами 243, 245 примерно 0,3 дюйма и распределены по азимуту, например, через примерно каждые 4 градуса. В этом иллюстративном примере, когда непокрытое оптическое волокно вытягивается с натяжением 200 грамм, оно будет располагаться внутри паза 252 для волокна в вертикальном положении внизу разгрузочных отверстий 274, а когда оно вытягивается с натяжением 10 грамм, оно будет располагаться внутри паза 252 для волокна в вертикальном положении вверху отверстий 274.
C
C
Обратимся теперь к фигурам 5A-5C, на которых показан гидростатический подшипник 320. На фиг. 5A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 320, на фиг. 5B показан частичный вид спереди гидростатического подшипника 320, и на фиг. 5C показан частичный вид сверху гидростатического подшипника 320. Аналогично гидростатическому подшипнику 220 с фигур 4A и 4B, гидростатический подшипник 320 имеет канал 350 для поддержки волокна с пазом 352 для волокна, простирающимся радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 338, 339 первого и второго дисков 330, 332 до границы 355 канала для волокна, и с пазом 353 для текучей среды, находящимся радиально внутри от паза 352 для волокна. Гидростатический подшипник 320 содержит также внутренний компонент 336, находящийся между первым диском 330 и вторым диском 332, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 5A, ширина пропускания W паза 352 для волокна является постоянной по глубине паза 352. Таким образом, перепад давления, вызванный гидродинамическим потоком через канал 350 для поддержки волокна, не изменяется из-за изменения ширины пропускания W, когда изменяется вертикальное положение непокрытого оптического волокна 14 в пазе 352 для волокна.
Вместо этого, как показано на фигурах 5A и 5C, гидростатический подшипник 320 имеет зоны 370 сброса давления, которые содержат разгрузочные щели 374, проходящие в одну или обе внутренние стороны 342, 344 дисков 330, 332, но, в отличие от разгрузочных отверстий 272 с фиг. 4B, разгрузочные щели 374 только частично проходят во внутренние стороны 342, 344 и не распространяются на наружные стороны 343, 345 дисков 330, 332. Как иллюстрирует наружная сторона 343 первого диска 330, показанная на фиг. 5B, разгрузочные щели 374 не проходят через первый диск 330 к наружной стороне 343. Вместо этого, как показано на фигурах 5A и 5C, разгрузочные щели 374 проходят во внутренние стороны 342, 344 в разнесенных по азимуту местах, между границей 355 канала для волокна и дугообразными наружными поверхностями 338, 339, задавая траекторию гидродинамического потока, которой не препятствует непокрытое оптическое волокно 14. Далее, в вариантах осуществления, показанных на фигурах 5A и 5C, разгрузочные щели 374 расположены под таким углом, чтобы разгрузочные щели 374 заходили дальше во внутренние стороны 342, 344 в местах, находящихся ближе к дугообразным наружным поверхностям 338, 339; однако, допустимы также варианты осуществления с прямыми разгрузочными щелями 374 (т.е., разгрузочными щелями 374 с постоянной площадью сечения в радиальном направлении). В процессе производства, поскольку поток будет вытекать из разгрузочных щелей 374 и, таким образом, из гидростатического подшипника 320, находясь в контакте с разгрузочными щелями 374 при любом заданном давлении среды 351, действующем в пазе 352 для волокна, будет иметься меньшее гидростатическое давление для поддержки непокрытого оптического волокна 14 в более высоких местах в пазе 352 для волокна (например, чем ближе находится непокрытое оптическое волокно 14 к отверстию 360 канала 350 для поддержки волокна), таким образом, на непокрытое оптическое волокно 14 будет действовать меньшая подъемная сила, создаваемая потоком 351.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что когда непокрытое оптическое волокно 14 находится в более высоком положении внутри паза 352 для волокна, площадь разгрузочных щелей 374 под непокрытым оптическим волокном 14 больше, и доля гидродинамического потока 351, которая проходит через разгрузочные щели 374, возрастает. В результате, часть гидродинамического потока 351, которая поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается, и подъемная сила (давление) от потока 351, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх в пазе 352 для волокна 352, сила (давление) потока 351, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается, что противодействует вызванному натяжением смещению вверх. Напротив, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится в более низком положении в канале для 350 поддержки волокна, площадь разгрузочных щелей 374 под непокрытым оптическим волокном 14 меньше, и доля гидродинамического потока 351, который проходит через разгрузочные щели 374, уменьшается. В результате часть гидродинамического потока 351, которая поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14, увеличивается, и подъемная сила (давление) от потока 351, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, возрастает. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз в пазе 352 для волокна, сила (давление) потока 351, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, увеличивается, что противодействует вызванному натяжением смещению вниз. Таким образом, когда натяжение непокрытого оптического волокна 14 изменяется, непокрытое оптическое волокно 14 все еще удерживается внутри паза 352 для волокна, даже в вариантах осуществления, в которых внутренние стороны 342, 244 паза 352 для волокна параллельны друг другу, так как когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх (например, радиально наружу) внутри паза 352 для волокна, больший поток выходит через разгрузочные щели 374, тем самым снижая перепад давления под непокрытым оптическим волокном 14, что заставляет непокрытое оптическое волокно 14 прекратить движение вверх в пазе 352 для волокна.
C
Как один иллюстративный пример, гидростатический подшипник 320 имеет радиус примерно 3 дюйма и содержит паз 352 для волокна, имеющий постоянную ширину пропускания W, рассчитанную так, чтобы промежутки между типичным непокрытым оптическим волокном 14 и каждой внутренней стороной 342, 344 составляли примерно 0,0005 дюйма, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится по центру внутри паза 352 для волокна. Этот пример гидростатического подшипника 320 содержит также совокупность разгрузочных щелей 374, простирающихся во внутренние стороны 342, 344 дисков 330, 332 и имеющих высоту около 0,025 дюйма в радиальном направлении, ширину 0,015 дюйма по азимуту, проходящих вглубь во внутренние стороны 342, 344 у дугообразных наружных поверхностей 338, 339 (например, самая глубокая точка) примерно на 0,01 дюйма, и распределенных по азимуту, например, через примерно каждые 4 градуса. В этом иллюстративном примере, когда непокрытое оптическое волокно вытягивается с натяжением 200 грамм, оно располагается внутри паза 352 для волокна в вертикальном положении внизу разгрузочных щелей 374, а когда оно вытягивается с натяжением 10 грамм, оно располагается внутри паза 352 для волокна в вертикальном положении наверху разгрузочных щелей 374.
C
C
Обратимся теперь к фигурам 6A и 6B, показывающим гидростатический подшипник 420. На фиг. 6A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 420, а на фиг. 6B показан частичный вид спереди гидростатического подшипника 420. Аналогично гидростатическим подшипникам 120, 220 и 320 с фигур 3A-5C, гидростатический подшипник 420 содержит канал 450 для поддержки волокна, имеющий паз 452 для волокна, проходящий радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 438, 439 первого и второго дисков 430, 432 до границы 455 канала для волокна, и паз 454 для текучей среды, находящийся радиально внутри от паза 452 для волокна. Гидростатический подшипник 420 имеет также внутренний компонент 436, находящийся между первым диском 430 и вторым диском 432, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 6A, ширина пропускания W паза 452 для волокна является постоянной по глубине паза 452. Таким образом, перепад давления, вызванный гидродинамическим потоком через канал 450 для поддержки волокна, не изменяется из-за изменения ширины пропускания W, когда изменяется вертикальное положение непокрытого оптического волокна 14 в пазе 452 для волокна.
Вместо этого, как показано на фигурах 6A и 6B, гидростатический подшипник 420 содержит зоны 470 сброса давления, которые содержат одну или более областей 476 пористого материала, расположенных внутри внутренних сторон 442, 444 первого и второго диска 430, 432 в радиальном положении паза 452 для волокна канала 450 для поддержки волокна, чтобы поток мог выходить через внутренние стороны 442, 444 канала 450 для поддержки волокна через наружные стороны 443, 445 гидростатического подшипника 430. Наружная сторона 443 первого диска 430 изображена на фиг. 6B. Указанные одна или более областей пористого материала 476 могут содержать пористую металлическую среду, какая образуется при спекании слоев металла, когда поры захватываются в металл в процессе спекания. Такие пористые металлические среды доступны, например, от фирмы Applied Porous Technologies, Tariffville, Conn., США. Другие варианты осуществления пористых сред включают керамические пористые среды. Не желая связывать себя теорией, можно считать, что поскольку поток будет течь из канала 450 для поддержки волокна через области пористого материала 476, через канал 450 для поддержки волокна будет течь меньший гидродинамический поток и, таким образом, меньшая гидродинамическая сила (давление) будет поддерживать непокрытое оптическое волокно 14 при его перемещении вверх (радиально наружу) в канале 450 для поддержки волокна. Следовательно, при уменьшении натяжения непокрытого оптического волокна 14 и индуцировании смещения непокрытого оптического волокна 14 вверх оно все еще будет оставаться внутри паза 452 для волокна, даже если внутренние стороны 442, 444, образующие паз 452 для волокна, будут параллельны друг другу, как показано на фиг. 6A. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх (например, радиально наружу) внутри паза 452 для волокна, больший поток 451 выходит через одну или более областей пористого материала 476, тем самым уменьшая перепад давлений под непокрытым оптическим волокном 14 и заставляя непокрытое оптическое волокно 14 прекратить движение вверх (например, радиально наружу) в пазе 452 для волокна. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх в пазе 452 для текучей среды, более значительная часть гидродинамического потока 451 проходит через области пористого материала 476, и меньшая часть гидродинамического потока 451 поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14. В результате создаваемая потоком 451 подъемная сила (давление), действующая на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшится, что противодействует вызванному натяжением смещению непокрытого оптического волокна 14 вверх. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вверх в пазе 452 для волокна, сила (давление) потока 451, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, уменьшается, противодействуя вызванному натяжением смещению вверх. Аналогично, когда натяжение возрастает, происходит смещение непокрытого оптического волокна 14 вниз в пазе 452 для волокна. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз в пазе 452 для волокна, меньшая часть гидродинамического потока 451 проходит через области пористого материала 476, и большая часть гидродинамического потока 451 поддерживает (приподнимает) непокрытое оптическое волокно 14, обеспечивая повышенную подъемную силу (давление), которая противодействует вызванному натяжением смещению вниз. Когда непокрытое оптическое волокно 14 движется вниз в пазе 452 для волокна, сила (давление) потока 451, действующая на непокрытое оптическое волокно 14, повышается, противодействуя вызванному натяжением смещению вниз.
Обращаясь снова к фигурам 1-6B, следует понимать, что система 100 для получения оптического волокна может содержать гидростатические подшипники, имеющие различные конфигурации, описанные выше, и, кроме того, любой отдельный гидростатический подшипник системы 100 для получения оптического волокна может содержать любую комбинацию этих конфигураций. В процессе производства каждый из гидростатических подшипников 120, 220, 320, 420 имеет конфигурации, предназначенные для достижения компенсации натяжения и удержания непокрытого оптического волокна 14 в пазе для волокна 152, 252, 352, 452. Однако быстрые флуктуации вертикального (например, радиального) положения непокрытого оптического волокна 14 внутри паза для волокна 152, 252, 352, 452 могут привести к выходу непокрытого оптического волокна 14 из паза 152, 252, 352, 452. Например, быстрое перемещение непокрытого оптического волокна 14 радиально вверх может привести к его выходу из отверстия 160, 260, 360, 460, а быстрое перемещение радиально вниз может привести к механическому контакту непокрытого оптического волокна 14 или его входу в паз 154, 254, 354, 454 для текучей среды. В частности, непокрытое оптическое волокно 14 может контактировать с пазом для текучей среды 154, 254, 354, 454, когда ширина паза 154, 254, 354, 454 меньше диаметра непокрытого оптического волокна 14, и может войти в паз для текучей среды 154, 254, 354, 454, когда ширина паза 154, 254, 354, 454 больше диаметра непокрытого оптического волокна 14.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что быстрое вертикальное перемещение непокрытого оптического волокна может быть вызвано быстрыми изменениями натяжения (например, уменьшением или увеличением), изменениями диаметра непокрытого оптического волокна и колебаниями непокрытого оптического волокна, что может привести к увеличению числа гидростатических подшипников в вариантах осуществления системы для получения оптического волокна. Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что участки оптического волокна между гидростатическими подшипниками (например, разные "столбики волокна") могут образовывать связанные колебательные генераторы, имеющие разные собственные частоты, которые могут усиливаться за счет увеличения числа "столбиков волокон" вдоль пути вытягивания. Кроме того, когда вертикальное положение непокрытого оптического волокна быстро снижается в пазе для волокна из-за увеличенного натяжения, направленные вниз силы, действующие на непокрытое оптическое волокно, могут временно увеличиться (например, повыситься) в результате инерционных эффектов, еще больше усиливая быстрое изменение высоты.
Быстрое вертикальное перемещение является особой проблемой для гидростатических подшипников, которые имеют вырезы у их входов и выходов (т.е., поперечные разрезы в канале для поддержки волокна, выполненных так, чтобы непокрытое оптическое волокно входило в и выходило из канала для поддержки волокна под углом девяносто градусов), как, например, в вариантах осуществления гидростатических подшипников, описанных в патенте US 7937971, полное содержание которого введено в настоящий документ ссылкой. Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что участки непокрытого оптического волокна, находящиеся непосредственно до входа гидростатического подшипника и непосредственно за выходом гидростатического подшипника, жестко связаны посредством осевой жесткости с участком непокрытого оптического волокна, находящимся в канале для поддержки волокна, но на эти расположенные снаружи участки непокрытого оптического волокна не действует никакая подъемная сила, так как эти участки находятся вне гидростатического подшипника и не испытывают приподнимающее действие гидродинамического потока. Это увеличивает отношение эффективной инерции волокна к подъемной силе для участка непокрытого оптического волокна в пазе для текучей среды гидростатического подшипника, и, таким образом, повышает вероятность того, что непокрытое оптическое волокно вступит в механический контакт и/или войдет в паз для текучей среды канала для поддержки волокна.
Механический контакт между непокрытым оптическим волокном и пазом для текучей среды (например, механический контакт между непокрытым оптическим волокном и участками внутренних стенок, ограничивающих паз для текучей среды) может вызвать повреждение непокрытого оптического волокна, приводя к снижению прочности волокна, а в некоторых случаях к обрыву волокна. Даже если непокрытое оптическое волокно не оборвется немедленно, механический контакт с пазом для текучей среды часто вызывает трещины на поверхности непокрытого оптического волокна, которые являются достаточно большими, чтобы привести к обрыву оптического волокна в процессе последующего испытания на растяжение. Обрывы непокрытого оптического волокна приведут к уменьшению длины получаемого волокна (что делает его менее желательным для покупателей) и к необходимости остановить и перезапустить процесс вытягивания волокна. Кроме того, если минимальная пригодная для продажи длина не была достигнута во время испытания на предел прочности на разрыв, вся длина волокна до разрыва может быть бесполезной. Также нежелательно, чтобы флуктуации натяжения вызывали перемещения оптического волокна вниз в паз для текучей среды. Паз для текучей среды чаще всего имеет постоянную ширину между противоположными внутренними поверхностями, что означает, что не происходит изменения подъемной силы (давления), действующей на непокрытое оптическое волокно, когда непокрытое оптическое волокно перемещается глубже в паз для текучей среды. В результате, когда непокрытое оптическое волокно войдет в паз для текучей среды, существует вероятность, что натяжение или флуктуация натяжения, которые вызвали смещение волокна вниз в паз для текучей среды, приведут к контакту волокна с нижней поверхностью паза для текучей среды. Таким образом, желательно модифицировать гидростатический подшипник таким образом, чтобы уменьшить вероятность входа непокрытого оптического волокна в паз для текучей среды или механического контакта с ним.
На фигурах 7A-11B изображены варианты осуществления гидростатического подшипника, которые способны снизить вероятность того, что непокрытое оптическое волокно войдет или будет механически контактировать с пазом для текучей среды канала для поддержки волокна. Например, в вариантах осуществления с фигур 7A-11B гидростатический подшипник имеет альтернативные конфигурации паза для текучей среды и/или зон сброса давления, которые способны увеличивать гидродинамическое сопротивление смещению вниз, вызванному флуктуациями натяжения. Сопротивление смещению вниз соответствует работе, требующейся для перемещения непокрытого оптического волокна на единицу расстояния в направлении радиально внутрь в более глубокое положение в пазе для волокна. При увеличении работы на единицу расстояния флуктуация натяжения, необходимая для смещения непокрытого оптического волокна из его стабилизированного равновесного положения в более глубокое положение в пазе для волокна, возрастает. Другими словами, по мере увеличения работы на единицу расстояния в направлении вниз, обусловленное натяжением смещение вниз, вызываемое данной флуктуацией натяжения, уменьшается, обеспечивая большую согласованность положения непокрытого оптического волокна в пазе для волокна и уменьшение вероятности того, что непокрытое оптическое волокно попадет в паз для текучей среды.
В одном варианте осуществления работа, необходимая для перемещения волокна на единицу расстояния вглубь паза для волокна заданной глубины, заданной ширины у отверстия и заданной ширины у границы канала для волокна, повышается по сравнению с эталонной конфигурацией паза для волокна с внутренними поверхностями, сходящимися на конус под постоянным углом (например, конфигурация паза для волокна типа, изображенного на фиг. 3A, которая показывает конические внутренние поверхности 142, 144 для паза 152 для волокна, имеющие постоянный наклон или угол между отверстием 160 и границей 155 канала для волокна), и имеющие такую же глубину, такую же ширину у отверстия и такую же ширину у границы канала для волокна. Не желая связывать себя теорией, можно считать, что если средняя работа, необходимая, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно на единицу расстояния от верха в низу паза для волокна, больше, чем мгновенная кинетическая энергия непокрытого оптического волокна при его движении вниз в пазе для волокна (например, из-за описанного выше смещения вниз, вызванного натяжением), непокрытое оптическое волокно не будет входить или механически контактировать с пазом для текучей среды.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Обратимся, например, к фиг. 12A. На фиг. 12A показан график 50 профилей силы для двух конструкций паза для волокна (паз для волокна S и паз для волокна S). Профиль силы представляет собой функциональную взаимосвязь между вертикальным (например, радиальным) положением непокрытого оптического волокна в пазе для волокна и подъемной силой поднимающейся текучей среды, действующей на непокрытое оптическое волокно. Линия 55 показывает профиль силы для паза S для волокна, а линия 60 профиль силы для паза S для волокна. Конфигурации паза S и паза S для волокна показаны на фиг. 12B. Подъемная сила представляет собой силу, соответствующую части гидродинамического потока, который действует на непокрытое оптическое волокно, находящееся в пазе S или S для волокна. Для целей иллюстрации паз S волокна, паз S для волокна и натяжение были рассчитаны так, чтобы подъемная гидродинамическая сила, действующая на непокрытое оптическое волокно, была равна 10 г, когда непокрытое оптическое волокно находится наверху паза S для волокна или наверху паза S для волокна, а подъемная гидродинамическая сила, действующая на непокрытое оптическое волокно, когда оно находится внизу паза S или внизу паза S, была равна 200 г. Подъемные гидродинамические силы в диапазоне 10 г - 200 г часто встречаются в условиях практики.
1
2
Верх паза для волокна соответствует отверстию паза для волокна (например, отверстия 160, 260, 360 и 460 на фигурах 3A, 4A, 5A и 6A, соответственно). Низ паза для волокна соответствует границе канала для волокна, которая соответствует границе раздела между пазом для волокна и пазом для текучей среды (например, границы канала для волокна 155, 255, 355 и 455 с фигур 3A, 4A, 5A и 6A, соответственно). Положение волокна на фиг. 12A обозначено как "глубина в пазе для волокна" и отсчитывается от верха паза для волокна до низа паза для волокна. Направление от центра верха паза для волокна к центру низа паза для волокна является направлением глубины. В целях иллюстрации положение волокна в пазе для волокна представлено в условных единицах. Раскрытые здесь принципы, лежащие в основе характеристик иллюстративных пазов S и S для волокна, являются общеприменимыми к пазам для волокна любой глубины или ширины, а также к другим режимам подъемной гидродинамической силы, чем иллюстративные режимы 10 г - 200 г, показанные на фиг. 12A.
1
1
1
2
2
2A
2B
2A
2B
2A
2B
2A
2B
1
2
Паз S для волокна изображен на фиг. 12B сплошной линией и имеет конфигурацию типа, показанного на фиг. 3A. Внутренние стороны паза S для волокна сходятся на конус под постоянным углом или постоянным наклоном от верха к низу. Низ паза S для волокна находится во внутренней конечной точке конуса, которая соответствует границе канала для текучей среды и входу в паз для текучей среды. Паз S для волокна изображен на фиг. 12B пунктирной линией и содержит внутренние стороны с непостоянным углом или непостоянным наклоном от верха к низу. Более точно, паз S для волокна содержит верхнюю секцию S, примыкающую к верху, и нижнюю секцию S примыкающую к низу. Каждая из секций S и S сходит на конус под постоянным углом или имеет постоянный наклон, но этот постоянный угол и постоянный наклон для секций S и S разные. Профили силы для секций S и S показаны на фиг. 12A линиями 65 и 70, соответственно. В целях иллюстрации пазы для волокна S и S имеют общий паз для текучей среды FS.
2
2A
2B
2
2
2A
2B
2A
2B
2A
2B
2A
2B
Участки внутренних сторон паза для волокна S, соответствующие секциям S и S, называются в настоящем документе зонами стенок паза S для волокна. Внутренняя сторона паза S для волокна содержит зону стенок, соответствующую секции S, и зону стенок, соответствующую секции S, причем зона стенок секции S отличается по углу и наклону конусности от зоны стенок секции S. Для целей описания и сравнения угол и наклон конуса определены в терминах величины относительно центральной оси паза для волокна. Центральная ось проходит в радиальном направлении и находится по центру направления ширины паза для волокна. Отсчитываемый относительно центральной оси, угол конусности зоны стенок секции S больше, чем угол конусности зоны стенок секции S, а наклон зоны стенок секции S больше, чем наклон зоны стенок секции S.
1
2
1
2
1
2
1
2
2
1
2
1
1
2
2A
2B
Пазы S и S для волокна имеют одинаковую высоту (например, одинаковое расстояние между отверстием паза для волокна (верх) и границей паза для текучей среды (низ)), и одинаковую ширину в верхнем и нижней положениях. Пазы S и S для волокна имеют такую конфигурацию, что направленная вверх гидродинамическая сила, действующая на непокрытое оптическое волокно, является одинаковой для пазов S и S вверху (10 г) и внизу (200 г) (смотри фиг. 12A). Однако из-за разной формы внутренних сторон подъемная гидродинамическая сила, действующая на непокрытое оптическое волокно в промежуточных положениях между верхом и низом, отличается для пазов S и S для волокна. В частности, для заданного промежуточного положения направленная вверх гидродинамическая сила, действующая на непокрытое оптическое волокно, больше для паза S для волокна, чем для паза S для волокна. Поскольку подъемная гидродинамическая сила противодействует перемещению непокрытого оптического волокна вниз, работа, необходимая для перемещения непокрытого оптического волокна глубже в паз для волокна, будет больше для паза S, чем для паза S. Суммарная работа, требующаяся, чтобы заставить непокрытое оптическое волокно переместиться от верха паза для волокна к низу паза для волокна против подъемной гидродинамической силы, определяется площадью под изображенной графически функциональной зависимостью положения в пазе для волокна от подъемной гидродинамической силы, противодействующей перемещению непокрытого оптического волокна вниз. В случае паза S для волокна работа, необходимая для перемещения непокрытого оптического волокна от верха паза для волокна к низу паза для волокна, соответствует площади треугольника, ограниченного профилем силы 55 и двумя координатными осями. Для паза S для волокна работа, необходимая для перемещения непокрытого оптического волокна от верха паза для волокна к низу паза для волокна, соответствует площади многоугольника, задаваемого профилями силы 65 и 70 для секций S и S, соответственно, и двумя координатными осями.
2
1
2
2
1
1
2
1
Поскольку площадь для паза S для волокна больше, чем площадь для паза S для волокна, требуется большее количество работы, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно от верха паза S для волокна к низу паза S, чем потребовалось бы для перемещения непокрытого оптического волокна от верха паза S для волокна к низу паза S. Таким образом, положение непокрытого оптического волокна в пазе S для волокна является более стабильным, и его механический контакт с пазом для волокна или пазом для текучей среды менее вероятен, чем в случае паза S для волокна, когда волокно подвергается смещению вниз, вызванному кратковременным увеличением натяжения.
2
1
2
2
1
2
1
2
1
2
2
1
Таким образом, не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что из-за формы профиля силы (функциональная зависимость между положением волокна в радиальном направлении и направленной вверх гидродинамической силой) в пазе S для волокна в любой вертикальной позиции между отверстием и границей канала для текучей среды в пазах S и S для волокна действующая на непокрытое оптическое волокно подъемная сила, создаваемая гидродинамическим потоком внутри паза для волокна, будет больше в случае паза S, чем в случае паза S, и, следовательно, интеграл силы по расстоянию (то есть работа, которая соответствует площади под профилем силы) будет больше в пазе S для волокна, чем в пазе S. Таким образом, потребуется большее количество работы, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно от отверстия до границы канала для текучей среды в пазе S для волокна, чем в пазе S для волокна. Другими словами, паз S будет рассеивать больше мгновенной кинетической энергии непокрытого оптического волокна при движении вглубь паза для волокна до того, как волокно достигнет паза для текучей среды, так что непокрытое оптическое волокно, находящееся в пазе S для волокна, менее склонно входить или механически контактировать с пазом для текучей среды, чем непокрытое оптическое волокно, находящееся в пазе S для волокна.
1
2
Далее, также не ограничиваясь теорией, подъемная сила, действующая на оптическое волокно, вызванная гидродинамическим потоком через канал для поддержки волокна, является диссипативной силой, так что энергия, необходимая, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно ниже в пазе для волокна, зависит от пути. Каждый из гидростатических подшипников с фигур 7A-11B, описываемых ниже, предназначен обеспечить такую функциональную зависимость положения волокна от направленной вверх гидродинамической силы, которая увеличит работу, необходимую, что заставить непокрытое оптическое волокно переместиться на заданное расстояние в направлении вниз, по сравнению с конфигурацией паза для текучей среды, сужающейся на конус под постоянном углом, или постоянном наклоне, от верхнего положения к нижнему положению и при идентичных ширинах в верхнем и нижнем положениях. Таким образом, при использовании гидростатических подшипников с фигур 7A-11B кинетическую энергию, необходимую, чтобы непокрытое оптическое волокно вошло в или вступило в механический контакт с пазом для текучей среды, можно увеличить (например, примерно на 20%, или примерно на 30%, или примерно на 50%, или примерно на 60%) по сравнению с конструкциями гидростатических подшипников, имеющими чисто линейный профиль силы (определен как профиль силы, имеющий постоянный наклон от верха паза для волокна к низу паза для волокна, как, например, профиль силы паза S для волокна, показанный на фигуре 12A). Кроме того, хотя паз S для волокна с фигур 12A и 12B изображен как содержащий профиль силы с двумя наклонами, допустимы конфигурации пазов для волокна, содержащие три, четыре или более линейных сегментов на профиле силы (например, три четыре или более наклонов или сужений в профиле силы), или имеющие непрерывно изменяющийся наклон выпуклого профиля силы. Другими словами, пока величина наклона профиля силы монотонно возрастает в местах внутри паза для волокна, приближающихся к границе канала для волокна, требуется большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно вошло или вступило в механический контакт с пазом для текучей среды.
2
1
Принципы, приводящие к увеличению работы для смещения вниз, лучшей стабильности положения волокна и меньшей тенденции механического контакта волокна с пазом для текучей среды, описанные для паза S для волокна, по сравнению с пазом S для волокна, применимы к конфигурациям паза для волокна, имеющим выпуклый по форме профиль силы. Выпуклая форма означает форму, которая увеличивает площадь под профилем силы по сравнению с чисто линейным профилем силы, при таких же силах вверху и внизу паза для волокна. Выпуклые профили силы могут включать линейные сегменты, криволинейные сегменты или комбинацию линейных и криволинейных сегментов. По сравнению с чисто линейным профилем силы, выпуклый профиль силы содержит линейный сегмент или криволинейный сегмент, у которого величина наклона меньше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы. Для целей описания профилей силы или сегментов профиля силы, наклоном называется наклон профиля силы или сегмента профиля силы на графике местоположения волокна в пазе для волокна (выражено как радиальное положение, при котором верх паза для волокна имеет большее радиальное положение, чем низ паза для волокна (например, как показано на фиг. 12A)) в зависимости от подъемной силы. Величина наклона относится к абсолютному значению наклона. Чем более крутым является профиль силы или сегмент профиля силы, тем больше величина наклона (независимо от знака наклона). Для линейных сегментов наклон относится к наклону сегмента. Для криволинейных сегментов наклон относится к наклону касательной к криволинейному сегменту.
Наклон линейного сегмента или касательной к криволинейному сегменту может быть определен как угол линейного сегмента или касательной к криволинейному сегменту относительно центральной оси паза для волокна. Угол линейного сегмента или касательной к криволинейному сегменту больше 0º, или больше 0,1º, или больше 0,2º, или больше 0,3º, больше 0,4º, или лежит в интервале от 0º до 10º, или в интервале от 0,1º до 9º, или в интервале от 0,2º до 8º, или в интервале от 0,3º до 7º, или в интервале от 0,4º до 5º.
На фиг. 12C показаны примеры выпуклых профилей силы, содержащих линейный сегменты, а на фиг. 12D показаны примеры выпуклых профилей силы, содержащих криволинейные сегменты. На фигурах 12C и 12D профиль силы 75 является чисто линейным профилем силы, приводящимся в качестве эталона. Чисто линейный профиль силы является невыпуклым профилем силы. На фиг. 12C профили силы 76 и 77 являются выпуклыми профилями силы и имеют такие же значения силы вверху и внизу паза для волокна, что и профиль силы 75. Выпуклый профиль силы 76 содержит два линейных сегмента (два наклона или два сужения), а выпуклый профиль силы 77 содержит три линейных сегмента (три наклона или три сужения). Площадь под выпуклым профилем силы 77 больше, чем площадь под выпуклым профилем силы 76, которая больше, чем площадь под чисто линейным профилем силы 75. Работа, требующаяся, чтобы переместить волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, больше для выпуклого профиля силы 77, чем для выпуклого профиля силы 76, а работа, требующаяся, чтобы переместить волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, больше для выпуклого профиля силы 76, чем для чисто линейного профиля силы 75. Следующие варианты осуществления включают профили силы, содержащие четыре или более линейных сегментов.
В одном варианте осуществления выпуклый профиль силы содержит два или более линейных сегмента, при этом один из линейных сегментов имеет величину наклона меньше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы, при такой же силе в верху и внизу паза для волокна, что и для выпуклого профиля силы, а другой из линейных сегментов имеет величину наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы, при такой же силе вверху и внизу паза для волокна, что и для выпуклого профиля силы. В одном варианте осуществления линейный сегмент, у которого величина наклона меньше величины наклона чисто линейного профиля силы, находится ближе к низу паза для волокна, чем линейный сегмент, у которого величина наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы. В одном варианте осуществления линейный сегмент, у которого величина наклона меньше величины наклона чисто линейного профиля силы, находится ближе к верху паза для волокна, чем линейный сегмент, у которого величина наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы.
В выпуклых профилях сил, содержащих несколько линейных сегментов, разница в углах двух соседних линейных сегментов больше 0º, или больше 0,1º, или больше 0,2º, или больше 0,3º, больше 0,4º, или лежит в диапазоне от 0º до 10º, или в диапазоне от 0,1º до 9º, или в диапазоне от 0,2º до 8º, или в диапазоне от 0,3º до 7º, или в диапазоне от 0,4º до 5º.
Фиг. 12D показывает выпуклые профили силы 78 и 79. Выпуклые профили силы 78 и 79 являются криволинейными профилями силы. Площадь под выпуклым профилем силы 79 больше, чем площадь под выпуклым профилем силы 78, которая больше, чем площадь под чисто линейным профилем силы 75. Работа, требующаяся, чтобы переместить волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, больше для выпуклого профиля силы 79, чем для выпуклого профиля силы 78, а работа, требующаяся, чтобы переместить волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, больше для выпуклого профиля силы 78, чем для чисто линейного профиля силы 75.
В одном варианте осуществления выпуклый профиль силы представляет собой криволинейный профиль силы, который содержит две или более точек, где касательная к одной из точек имеет величину наклона меньше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы, при той же силе вверху и внизу паза для волокна, что и для выпуклого профиля силы, а касательная к другой точке имеет величину наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы, при той же силе вверху и внизу паза для волокна, что и для выпуклого профиля силы. В одном варианте осуществления точка, для которой величина наклона меньше величины наклона чисто линейного профиля силы, находится ближе к низу паза для волокна, чем точка, в которой величина наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы. В другом варианте осуществления точка, в которой величина наклона меньше величины наклона чисто линейного профиля силы, находится ближе к верху паза для волокна, чем точка, в которой величина наклона больше, чем величина наклона чисто линейного профиля силы.
В выпукло изогнутом профиле силы, имеющем по меньшей мере две касательные, отличающиеся наклоном в разных точках профиля силы, разность между угла указанных, по меньшей мере двух, касательных больше 0º, или больше 0,1º, или больше 0,2º, или больше 0,3º, больше 0,4º, или лежит в интервале от 0º до 10º, или в интервале от 0,1º до 9º, или в интервале от 0,2º до 8º, или в интервале от 0,3º до 7º, или в интервале от 0,4º до 5º.
Фигуры 12E и 12F показывают примеры невыпуклых профилей силы. Одним примером невыпуклого профиля силы является чисто линейный профиль силы 75. На фиг. 12E показаны невыпуклые профили силы 81 и 82, содержащие два и три линейных сегмента, соответственно. Площадь под невыпуклым профилем силы 82 меньше площади под невыпуклым профилем силы 81, которая меньше площади под чисто линейным профилем силы 75. Работа, требующаяся, чтобы передвинуть волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, меньше для невыпуклого профиля силы 82, чем для невыпуклого профиля силы 81, а работа, требующаяся, чтобы передвинуть волокно от верха паза для волокна к низу паза для волокна, меньше для невыпуклого профиля силы 81, чем для чисто линейного профиля силы 75.
Фиг. 12F показывает невыпуклые профили силы 83 и 84, которые содержат один или более криволинейных сегментов. Работа, необходимая, чтобы переместить волокно от верха к низу паза для волокна, в случае невыпуклого профиля силы меньше работы, необходимой, чтобы переместить волокно от верха к низу паза для волокна в случае выпуклого профиля силы, при одинаковой подъемной силе вверху паза для волокна для выпуклого и невыпуклого профилей силы и одинаковой подъемной силы внизу паза для волокна для выпуклого и невыпуклого профилей силы.
Площадь под невыпуклым профилем силы 84 меньше площади под невыпуклым профилем силы 83, которая меньше площади под чисто линейным профилем силы 75. Работа, необходимая для перемещения волокна от верха паза для волокна к низу паза для волокна, меньше для невыпуклого профиля силы 84, чем для невыпуклого профиля силы 83, а работа, необходимая для перемещения волокна от верха паза для волокна к низу паза для волокна, меньше для невыпуклого профиля силы 83, чем для чисто линейного профиля силы 75.
Фиг. 7A-11B и 13A-14 показывают конфигурации паза для волокна, обеспечивающие выпуклые профили силы. Согласно фигурам 7A и 7B, гидростатический подшипник 520 способен увеличивать количество энергии, необходимой для перемещения непокрытого оптического волокна 14 от отверстия 560 к границе 555 канала для волокна. В частности, на фиг. 7A приведен частичный вид сбоку гидростатического подшипника 520, а на фиг. 7B частичный вид спереди гидростатического подшипника 520, показывающий наружную сторону 543 первого диска 530. Аналогично гидростатическому подшипнику 120 с фигур 3A и 3B, гидростатический подшипник 520 содержит канал 550 для поддержки волокна с пазом 552 для волокна, проходящим радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 538, 539 первого и второго дисков 530, 532 к границе 555 канала для волокна, и пазом 554 для текучей среды, находящимся радиально внутри от паза 552 для волокна. Гидростатический подшипник 520 включает также внутренний компонент 536, находящийся между первым диском 530 и вторым диском 532, обеспечивая зазор между ними.
C
Как показано на фиг. 7A, аналогично гидростатическому подшипнику 120 с фигур 3A и 3B, ширина пропускания W паза 552 для волокна меняется по глубине паза 552 для волокна, уменьшаясь при приближении непокрытого оптического волокна 14 к границе 552 канала для волокна. Однако паз 552 для волокна ограничен двумя зонами 542a, 542b, 544a, 544b стенок паза на каждой внутренней стороне 542, 544, которые сужаются под разными углами к оси Z (направленная вверх/вниз радиальная ось, задающая глубину непокрытого оптического волокна 14 в пазе 552 для волокна). Первые зоны 542a, 544a стенок паза проходят от дугообразных наружных поверхностей 538, 539 ко вторым зонам 542b, 544b стенок паза, соответственно, которые проходят от первых зон 542a, 544a стенок паза к границе 555 канала для волокна. Далее, первые зоны 542a, 544a стенок паза на каждой внутренней стороне 542, 544 наклонены под первым углом, а вторые зоны 542b, 544b стенок паза на каждой внутренней стороне 542, 544 наклонены под вторым углом, причем первый угол к оси Z больше, чем второй угол. Другими словами, величина наклона первой зоны 542a, 544a стенок паза больше, чем величина наклона второй зоны 542b, 544b стенок паза.
C
C
В качестве иллюстративного примера, в вариантах осуществления паза 152 для волокна с фигур 3A и 3B и паза 552 для волокна с фигур 7A и 7B, имеющих эквивалентную ширину пропускания W у их соответствующих отверстий 160, 560 и эквивалентную ширину пропускания W у их соответствующих границ 155, 555 каналов для волокна, гидродинамический поток внутри пазов 152, 552 для волокна вызывает эквивалентные подъемные силы у отверстий 160, 560 и вызывает эквивалентные подъемные силы у границ 155, 555 каналов для волокна. Однако из-за множественности зон 542a, 542b, 544a, 544b стенок паза и их наклонов, которые задают паз 552 для волокна, причем зоны стенок ближе к границе 555 канала для волокна (например, вторые зоны 542b, 544b стенок паза) имеют меньшие наклоны, гидродинамический поток вызывает более высокую подъемную силу во всех точках паза 552 для волокна между отверстием 560 и границей 555 канала для волокна и, следовательно, требуется большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно 14, проходящее через паз 552 для волокна, вступало в механический контакт или входило в паз 554 для текущей среды, чем в случае паза 152 для волокна. Это повышенное количество работы является следствием выпуклого профиля силы, соответствующего пазу 552 для волокна по сравнению с чисто линейным профилем силы паза 152 для волокна. Кроме того, хотя на фигурах изображено две зоны 542a, 542b, 544a, 544b стенок паза, следует понимать, что допустимо любое число зон стенок паза, в которых каждая последовательно более низкая (более глубокая, более радиально внутренняя) зона стенок имеет меньшую величину наклона.
C
C
Обратимся теперь к фигурам 8A и 8B, на которых изображен гидростатический подшипник 620, способный увеличить количество энергии, необходимой для перемещения непокрытого оптического волокна 14 от отверстия 660 к границе 655 канала для волокна. В частности, фиг. 8A показывает частичный вид сбоку гидростатического подшипника 620, а фиг. 8B частичный вид спереди гидростатического подшипника 620, показывающий наружную сторону 643 первого диска 630. Гидростатический подшипник 620 содержит канал 650 для поддержки волокна, содержащий паз 652 для волокна, простирающийся радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 638, 639 первого и второго дисков 630, 632 до границы 655 канала для волокна, и паз 654 для текучей среды, проходящий радиально внутрь от паза 652 для волокна. Гидростатический подшипник 620 содержит также внутренний компонент 636, находящийся между первым диском 630 и вторым диском 632, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 8A, ширина пропускания Wпаза 652 для волокна является постоянной по всей глубине паза 652 для волокна. Например, ширина пропускания Wпаза 652 для волокна является одинаковой у отверстия 660 и у границы 655 канала для волокна.
Далее, гидростатический подшипник 620 содержит области сброса давления 670, которые содержат множество разгрузочных отверстий 672, проходящих от одной или обеих внутренних сторон 642, 644 канала 650 для поддержки волокна через наружные стороны (изображена единственная наружная сторона 643). Как показано на фиг. 8B, все эти разгрузочные отверстия 672 разнесены друг от друга по азимуту так, чтобы участки непокрытого оптического волокна 14, находящиеся внутри гидростатического подшипника 620, находились рядом с разгрузочными отверстиями 672, а другие участки непокрытого оптического волокна 14 примыкали к внутренним сторонам 642, 644, задающим паз 652 для волокна 652. В процессе производства часть гидродинамического потока 651, текущего через паз 652 для волокна, может выходить из гидростатического подшипника 620 через первый и второй диски 630, 632, протекая через разгрузочные отверстия 672. В этом варианте осуществления все еще происходит течение в промежутках в пазе 652 для волокна (например, течение в промежутках между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними сторонами 642, 644, задающими паз 652 для волокна), создающее направленную вверх и центрирующую силу для поддержания непокрытого оптического волокна 14 внутри паза 652 для волокна.
Далее, разгрузочные отверстия 672, изображенные на фиг. 8B, имеют переменную азимутальную ширину, так что каждое разгрузочное отверстие 672 является более широким сверху (например, ближе к дугообразным наружным поверхностям 638, 639) и более узким внизу (например, ближе к границе 655 канала для волокна). Не желая связывать себя какой-либо теорией, можно считать, что разгрузочные отверстия 672, имеющие переменную азимутальную ширину, которая больше вверху (например, ближе к дугообразным наружным поверхностям 638, 698), чем внизу (например, ближе к границе 655 канала для волокна), приводят к тому, что подъемная сила, вызываемая гидродинамическим потоком во всех точках в пазу 652 для волокна между отверстием 660 и границей 655 канала для волокна, больше, чем подъемная сила, вызываемая разгрузочными отверстиями, имеющими постоянную азимутальную ширину (например, разгрузочные отверстия 272 с фиг. 4B), и следовательно, требуется большее количество работы для перемещения непокрытого оптического волокна 14 вниз в пазе 652 для волокна и для механического контакта или входа в паз 654 для текучей среды.
C
В качестве одного иллюстративного пример, гидростатический подшипник 620 может иметь радиус примерно 3 дюйма и содержать паз 652 для волокна с постоянной шириной пропускания W. Этот пример гидростатического подшипника 620 содержит совокупность разгрузочных отверстий 672, которые простираются от внутренних сторон 642, 644 через диски 630, 632 к наружным сторонам (на фиг. 8B показана единственная наружная сторона 643) и имеют высоту примерно 0,030 дюйма в радиальном направлении, ширину примерно 0,006 дюйма по азимуту сверху и сходятся в точку внизу. Далее, толщина между внутренними сторонами 642, 644 и наружными сторонами составляет примерно 0,3 дюйма, и разгрузочные отверстия 672 размещены по азимуту примерно через каждые 4 градуса. В этом иллюстративном примере, когда непокрытое оптическое волокно вытягивается с натяжением 200 граммов, оно будет располагаться внутри паза 652 для волокна в том же вертикальным положении, что и низ разгрузочных отверстий 674, а когда оно вытягивается с натяжением 10 граммов, оно будет находиться внутри паза 652 для волокна в том же вертикальным положении, что и верх разгрузочных отверстий 674.
C
Обратимся теперь к фигурам 9A-9C, показывающим гидростатический подшипник 720, способный увеличить количество энергии, необходимой для перемещения непокрытого оптического волокна 14 от отверстия 760 к границе 755 канала для волокна. На фиг. 9A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 720, на фиг. 9B частичный вид спереди гидростатического подшипника 720, показывающий наружную сторону 743 первого диска 730, и на фиг. 9C показан частичный вид сверху гидростатического подшипника 720. Аналогично гидростатическому подшипнику 320 с фигур 5A-5C, гидростатический подшипник 720 имеет канал 750 для поддержки волокна с пазом 752 для волокна, проходящим радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 738, 739 первого и второго дисков 730, 732 к границе 755 канала для волокна, и паз 754 для текучей среды, расположенный радиально внутри от паза 752 для волокна. Гидростатический подшипник 720 содержит также внутренний компонент 736, находящийся между первым диском 730 и вторым диском 732, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 9A, ширина пропускания W паза 752 для волокна является постоянной по всей глубине 762 паза для волокна.
Далее, аналогично гидростатическому подшипнику 320 с фигур 5A-5C, гидростатический подшипник 720 содержит зоны 770 сброса давления, которые содержат разгрузочные щели 774, простирающиеся во внутренние стороны 742, 744 дисков 730, 732, будучи разнесенными по азимуту, между границей 755 канала для волокна и дугообразными наружными поверхностями 738, 739, обеспечивая путь для текучей среды, которому не препятствует непокрытое оптическое волокно 14. Однако, в отличие от разгрузочных щелей 374 с фигур 5A-5C, разгрузочные щели 774 имеют множество сегментов 774a, 774b, каждый сужающийся под разными углами к оси Z (например, направленной вверх/вниз радиальной оси, соответствующей глубине в пазе 752 для волокна, вдоль которой непокрытое оптическое волокно 14 может перемещаться в пазе 752 для волокна). Сегменты 774a первой разгрузочной щели проходят от дугообразных наружных поверхностей 738, 739 к сегментам 774b второй разгрузочной щели. Сегменты 774b второй разгрузочной щели проходят от сегментов 774a первой разгрузочной щели к границе 755 канала для волокна. Далее, сегменты 774a первой разгрузочной щели наклонены под первым углом, а сегменты 774b второй разгрузочной щели наклонены под вторым углом, причем первый угол к оси Z больше, чем второй угол. Другими словами, наклон сегментов 774a первой разгрузочной щели больше, чем наклон сегментов 774b второй разгрузочной щели.
В процессе производства, поскольку поток 751 будет вытекать из разгрузочных щелей 774 и, таким образом, из гидростатического подшипника 720, когда он входит в контакт с разгрузочными щелями 774 при любом заданном давлении текущей среды, действующем в пазе 752 для волокна, гидродинамическое давление для поддержки непокрытого оптического волокна 14 будет меньше в более высоких местах внутри паза 752 для волокна (например, положения непокрытого оптического волокна 14, которые ближе к отверстию 760 канала 750 для поддержки волокна). Кроме того, так как разгрузочные щели 774 содержат несколько сегментов 774a, 774b, наклон которых уменьшается при приближении к границе 755 канала для волокна, подъемные силы, создаваемые гидродинамическим потоком между отверстием 760 у дугообразных наружных поверхностей 738, 739 и границей 755 канала для волокна, увеличиваются по сравнению с разгрузочными щелями такого же размера, но имеющими постоянный наклон (например, разгрузочные щели 374 с фигур 5A-5C), таким образом, требуется большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 проходило через паз 752 для волокна в направлении вниз для механического контакта или вхождения в паз 754 для текучей среды. Кроме того, хотя на фигурах изображено два сегмента 774a, 774b разгрузочной щели, следует понимать, что допустимо любое число сегментов разгрузочной щели, в которых каждый находящийся последовательно ниже (глубже) сегмент имеет меньший наклон (например, сегменты разгрузочной щели, последовательно приближающиеся к границе 755 канала для волокна).
C
Как один иллюстративный пример, гидростатический подшипник 720 имеет радиус около 3 дюймов и содержит паз 752 для волокна с постоянной шириной пропускания W, рассчитанной так, чтобы промежутки между типичным непокрытым оптическим волокном 14 и каждой внутренней стороной 742, 744 составляли примерно 0,0005 дюйма, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится по центру паза 752 для волокна. Типичный гидростатический подшипник 720 содержит также совокупность разгрузочных щелей 774, которые проходят во внутренние стороны 742, 744 дисков 730, 732 и имеют высоту примерно 0,025 дюйма в радиальном направлении, ширину 0,015 дюйма по азимуту, и проходят в глубину во внутренние стороны 742, 744 у дугообразных наружных поверхностях 738, 739 (например, самая глубокая точка) примерно на 0,01 дюйма и отстоят друг от друга примерно на каждые 4 градуса по азимуту. Кроме того, первый сегмент 774a разгрузочной щели 774 проходит радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 738, 739 на глубину 0,1 дюйма под углом 2,6 градуса (к оси Z), а второй сегмент 774b разгрузочной щели проходит радиально внутрь от первого сегмента 774a разгрузочной щели к границе 755 канала для волокна под углом примерно 0,6 градусов (к оси Z). В этом иллюстративном примере перемещение непокрытого оптического волокна от отверстия 760 паза 752 для волокна к границе 755 канала для волокна потребует в 1,8 раза большее количество работы, чем в пазе для текучей среды, имеющем разгрузочные щели близкого размера с единственным углом наклона (например, разгрузочные щели 374 с фигур 5A-5C).
C
Обратимся теперь к фигурам 10A и 10B, на которых показан гидростатический подшипник 820, способный увеличить количество энергии, необходимой, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно 14 от отверстия 860 к границе 855 канала для волокна. На фиг. 10A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 820, а на фиг. 10B частичный вид спереди гидростатического подшипника 820, показывающий наружную сторону 843 первого диска 830. Аналогично гидростатическим подшипникам 420 с фигур 6A и 6B, гидростатический подшипник 820 содержит канал 850 для поддержки волокна, имеющий паз 852 для волокна, простирающийся радиально внутрь от дугообразных наружных поверхностей 838, 839 первого и второго дисков 830, 832 до границы 855 канала для волокна, и паз 854 для текучей среды, находящийся радиально внутри относительно паза 852 для волокна. Гидростатический подшипник 820 содержит также внутренний компонент 836, находящийся между первым диском 830 и вторым диском 832, обеспечивая зазор между ними. Как показано на фиг. 10A, ширина пропускания W паза для волокна 452 является постоянной по всей глубине паза 452.
Далее, аналогично гидростатическим подшипникам 420 с фигур 6A и 6B, гидростатический подшипник 820 содержит области сброса давления 870, которые включают в себя одну или более областей пористого материала 876, находящихся в пределах внутренних сторон 842, 844 первого и второго дисков 830, 832 в радиальном положение паза 852 для волокна в канале 850 для поддержки волокна, чтобы позволить потоку 851 выходить из паза 852 для волокна через диски 830, 832 от внутренних сторон 842, 844 к наружным сторонам 843, 845. Кроме того, как показано на фиг. 10A, области пористого материала 876 являются более узкими на участках, находящихся ближе к дугообразным наружным поверхностям 838, 839, и более широкими на участках, находящихся ближе к границе 855 канала для волокна, тем самым позволяя большему потоку 851 выходить из паза 852 для волокна через области пористого материала в местах ближе к отверстию 860 паза 852 для волокна (например, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится выше в пазе 862 для волокна) и позволяя меньшему потоку 851 выходить из паза 852 для волокна через области пористого материала 876 в местах ближе к границе 855 канала для волокна в пазе 852 для волокна (например, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится ниже, т.е. глубже в пазе 852 для волокна). Таким образом, гидродинамический поток будет создавать более высокую подъемную силу, когда непокрытое оптическое волокно 14 находится ниже в пазе 852 для волокна и, следовательно, потребуется большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 могло сместиться вниз и механически контактировать или входить в паз 854 для текучей среды.
Как показано на фиг. 10A, области 876 пористого материала являются более узкими вблизи дугообразных наружных поверхностей 838, 839 из-за наклонных наружных поверхностей 843, 845 дисков 830, 832, однако допустимы и другие конфигурации, обеспечивающие переменную ширину областей пористого материала 876. Например, в одном варианте осуществления с плоскими наружными сторонами 843, 845 пористый материал областей пористого материала 876 может простираться от внутренних сторон 842, 844 к наружным сторонам 843, 845 вблизи границы 855 канала для волокна, но не доходит до наружных сторон 843, 845 в местах, находящихся ближе к дугообразным наружным поверхностям 838, 839, так что между областями пористого материала 876 и наружными сторонами 843, 845 рядом с дугообразными наружными поверхностями 838, 839 имеется увеличенное открытое пространство. Альтернативно, пористость областей пористого материала 876 может меняться с глубиной в пазе 852 для волокна. В одном варианте осуществления пористость областей пористого материала 876 уменьшается с увеличением глубины в пазе 852 для волокна, так что зоны с более высокой пористостью находятся рядом с отверстием 860, а зоны с более низкой пористостью находятся рядом с границей 855 канала для волокна.
На фиг. 11A показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 920, способного увеличить количество энергии, необходимое, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно 14 от отверстия 960 к границе 955 канала для волокна. Гидростатический подшипник 920 содержит также внутренний компонент 936, находящийся между первым диском 930 и вторым диском 932, обеспечивая зазор между ними. На фиг. 11A гидростатический подшипник 920 содержит области сброса давления 970, которые включают в себя одну или более областей пористого материала 976, которые простираются во внутренние стороны 942, 944 дисков 930, 932, доходя до дугообразных наружных поверхностей 938, 939 дисков 930, 932, но не проходя через диски 930, 932, чтобы поток 951, проходящий через области пористого материала 976, выходил через дугообразные наружные поверхности 938, 939, а не через наружные стороны дисков 930, 932. Далее, глубина проникновения областей пористого материала 976 во внутренние стороны 942, 944 уменьшается в местах вблизи границы 955 канала для волокна, так что путь гидродинамического потока, текущего через области пористого материала 976, сужается, когда непокрытое оптическое волокно 14 сдвигается в более низкие (более глубокие) места в пазе 952 для волокна. Это сужение уменьшает гидродинамический поток через области пористого материала 976, когда непокрытое оптическое волокно 14 приближается к границам 955 канала для волокна 955, увеличивая поток в зазорах, тем самым, повышая подъемную силу, приложенную к непокрытому оптическому волокну и, таким образом, требуется большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 продвинулось глубже в паз 952 для волокна и механически контактировало или вошло в паз 954 для текучей среды.
На фиг. 11B показан частичный вид сбоку гидростатического подшипника 1020, способного повысить энергию, необходимую, чтобы переместить непокрытое оптическое волокно 14 из отверстия 1060 к границе 1055 канала для волокна. Гидростатический подшипник 1020 содержит также внутренний компонент 1036, находящийся между первым диском 1030 и вторым диском 1032, обеспечивая зазор между ними. На фиг. 11B гидростатический подшипник 1020 содержит зоны сброса давления 1070, которые содержат ряд областей пористого материала 1076a, 1076b, 1076c, простирающихся во внутренние стороны 1042, 1044 дисков 1030, 1032 к наружным сторонам (не показано) дисков 1030, 1032, так что поток, проходящий через области пористого материала 1076a, 1076b, 1076c, выходит через наружные стороны дисков 1030, 1032.
Далее, области пористого материала 1076a, 1076b, 1076c имеют разные плотности, так что области пористого материала, находящиеся ближе к границе 1155 канала для волокна, имеют более высокую плотность (меньшую пористость) пористого материала, а области пористого материала, находящиеся ближе к дугообразным наружным поверхностям 1038, 1039 дисков 1030, 1032, имеют более низкую плотность (более высокая пористость) пористого материала. Например, вторая область пористого материала 1076b (находящаяся между первой областью пористого материала 1076a и третьей областью пористого материала 1076c) имеет более высокую плотность, чем первая область пористого материала 1076a (которая находится выше второй области пористого материала 1076b), и более низкую плотность, чем третья область пористого материала 1076c (которая находится ниже второй области пористого материала 1076b). Без ограничения какой-либо теорией, можно утверждать, что увеличение плотности (снижение пористости) областей пористого материала 1076a, 1076b, 1076c вблизи границы 1055 канала для волокна уменьшает гидродинамический поток 1051 через области пористого материала 1076a, 1076b, 1076c при приближении непокрытого оптического волокна 14 к границе 1055 канала для волокна, увеличивая поток в промежутках и, тем самым, увеличивая подъемную силу, приложенную к непокрытому оптическому волокну и, следовательно, увеличивая количество работы, необходимое, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 продвинулось глубже в паз для волокна 1052 и механически контактировало или входило в паз 1054 для текучей среды.
Обратимся теперь к фигурам 13A-14, на которых показаны дополнительные варианты осуществления гидростатического подшипника, обеспечивающие снижение вероятности входа непокрытого оптического волокна в паз для текучей среды или механического контакта с ним. В частности, гидростатические подшипники с фигур 13A-14 содержат один или более препятствующих смещению элементов, находящихся на или вблизи границы канала для волокна, которые задают положение в канале для поддержки волокна, где происходит резкое увеличение подъемной силы, приложенной к непокрытому оптическому волокну. Резкое увеличение подъемной силы предотвращает или ограничивает механический контакт и/или вход непокрытого оптического волокна в паз для текучей среды канала для поддержки волокна.
C
На фигурах 13A и 13B показан гидростатический подшипник 1120, содержащий один или более препятствующих смещению элементов 1180. В частности, фиг. 13A показывает частичный вид сбоку гидростатического подшипника 1120, а на фиг. 13B изображен частичный вид спереди гидростатического подшипника 1120, показывающий наружную сторону 1143 первого диска 1130. Аналогично гидростатическому подшипнику 120 с фигур 3A и 3B, гидростатический подшипник 1120 содержит канал 1150 для поддержки волокна с пазом 1152 для волокна, проходящим радиально внутрь от отверстия 1160 на дугообразных наружных поверхностях 1138, 1139 первого и второго дисков 1130, 1132 к границам 1155 канала для волокна, и с пазом 1154 для текучей среды, расположенным радиально внутри от паза 1152 для волокна. Гидростатический подшипник 1120 содержит также внутренний компонент 1136, находящийся между первым диском 1130 и вторым диском 1132, обеспечивая зазор между внутренней стороной 1142 первого диска 1130 и внутренней стороной 1144 второго диска 1132. Ширина пропускания W паза 1152 для волокна между внутренними сторонами 1142, 1144 меняется по глубине паза 1152, уменьшаясь при приближении непокрытого оптического волокна 14 к границам 1155 канала для волокна.
Кроме того, как показано на фигурах 13A и 13B, указанные один или более препятствующих смещению элементов 1180 содержат множество граничных отверстий 1182, расположенных на или вблизи границы 1155 канала 1150 для поддержки волокна (например, расположенных так, чтобы граница 1155 канала для волокна пересекала каждое граничное отверстие 1182, или так, чтобы граничные отверстия 1182 находились на расстоянии от границы канала для волокна либо в пазе 1154 для текучей среды, либо в пазе 1152 для волокна (например, в более мелких зонах паза для 1154 жидкости или в более глубоких зонах паза 1152 для волокна). В различных вариантах осуществления граничные отверстия 1182 размещены так, чтобы граница 1155 канала для волокна была тангенциальна низу, центру или верху каждого граничного отверстия 1182; или чтобы они были расположены над или под границами 1155 канала для волокна, например, находились в месте на расстоянии до 50 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или месте на расстоянии до 25 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или в месте на расстоянии до 10 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или в месте, находящемся в интервале 1-100 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или в интервале 1-50 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или в интервале 1-25 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна, или в интервале 1-10 диаметров волокна выше или ниже границы 1155 канала для волокна. В процессе производства граничные отверстия 1182 обеспечивают путь для текучей среды 1151, позволяя ей покинуть канал 1150 для поддержки волокна до достижения паза 1152 для волокна и, таким образом, гидродинамический поток внутри паза 1154 для текучей среды (более точно, гидродинамический поток ниже граничных отверстий 1182) может быть существенно выше, чем гидродинамический поток внутри паза 1152 для волокна (более конкретно, чем гидродинамический поток выше граничных отверстий 1182). Таким образом, когда непокрытое оптическое волокно 14 смещается вглубь канала 1150 для поддержки волокна так, что достигает граничных отверстий 1182, непокрытое оптическое волокно 14 контактирует с потоком 1151, текущим с повышенной скоростью, который прикладывает повышенную подъемную силу к непокрытому оптическому волокну 14 и, следовательно, необходимо большее количество работы, чтобы непокрытое оптическое волокно 14 могло пройти мимо граничных отверстий 1182 глубже в канал 1150 для поддержки волокна или вступило в механический контакт или вошло в паз 1154 для текучей среды. Хотя вариант осуществления гидростатического подшипника 1120, содержащего граничные отверстия 1182, изображен на фигурах 13A и 13B как содержащий сходящийся на конус паз 1152 для волокна, следует понимать, что граничные отверстия 1182 могут быть предусмотрены в любом из описанных в настоящем документе вариантах осуществления гидростатического подшипника.
В качестве иллюстрации рассмотрим пример гидростатического подшипника 1120, имеющего радиус 3 дюйма, граничные отверстия 1182 каждый диаметром 0,006 дюйма и глубиной 0,04 дюйма (например, проходящие через диски 1130, 1132 толщиной около 0,04 дюйма, разнесенные по азимуту через 2 градуса, при этом подъемная сила, приложенная к непокрытому оптическому волокну 14 в пазе 1152 для волокна, непосредственно над граничными отверстиями 1182 составляет примерно 200 граммов. Однако подъемная сила, приложенная к непокрытому оптическому волокну 14, удвоится до 400 граммов, когда непокрытое оптическое волокно 14 пройдет под граничными отверстиями 1182, и останется на уровне 400 граммов на любой глубине в пазе 1154 для текучей среды (так как паз 1154 для текучей среды имеет постоянную ширину). Таким образом, следует понимать, что введение граничных отверстий 1182 означает, что потребуется резкое увеличение количества работы для смещения непокрытого оптического волокна 14 в положения ниже граничных отверстий 1182. Смещение непокрытого оптического волокна 14 до механического контакта или входа в паз 1154 для текучей среды предотвращается граничными отверстиями 1182.
C
Обратимся теперь к фиг. 14, на которой показан частичный вид сверху гидростатического подшипника 1220, содержащего один или более граничных элементов 1280 канала для волокна. Аналогично гидростатическому подшипнику 120 с фигур 3A и 3B, гидростатический подшипник 1220 имеет канал 1240 для поддержки волокна с пазом 1252 для волокна, проходящим радиально внутрь от отверстия 1260 у дугообразных наружных поверхностей 1238, 1239 первого и второго дисков 1230, 1232 к границе 1255 канала для волокна, и паз 1254 для текучей среды, расположенный радиально внутри (например, ниже) от паза 1252 для волокна. Гидростатический подшипник 1220 содержит также внутренний компонент 1236, расположенный между первым диском 1230 и вторым диском 1232, обеспечивая зазор между внутренней стороной 1242 первого диска 1230 и внутренней стороной 1244 второго диска 1232. Далее, ширина пропускания W паза 1252 для волокна меняется по глубине паза 1252, уменьшаясь при приближении непокрытого оптического волокна 14 к границе 1255 канала для волокна. В разных вариантах осуществления глубина паза 1252 для волокна превышает 0,25 дюйма, или больше 0,40 дюйма, или больше 0,55 дюйма, или больше 0,70 дюйма, или больше 0,85 дюйма, или лежит в интервале от 0,25 дюйма до 1,25 дюйма, или в интервале от 0,35 дюйма до 1,05 дюйма, или в интервале от 0,45 дюйма до 0,90 дюйма, или в интервале от 0,55 дюйма до 0,85 дюйма, или в интервале от 0,60 дюйма до 0,80 дюйма, или составляет примерно 0,65 дюйма, или примерно 0,75 дюйма.
Далее, как показано на фиг. 14, указанные один или более препятствующих смещению элементов 1280 содержат совокупность сжимающих зон 1284, находящихся на или вблизи границы 1255 канала 1250 для поддержки волокна. Сжимающие зоны 1284 представляют собой участки внутренних сторон 1242, 1244 дисков 1230, 1232 у границы 1255 канала для волокна, которые сходятся конусом при большем угле к оси Z (например, направленная вверх/вниз непокрытого относительно оптического волокна 14 радиальная ось, которая соответствует глубине или направлению смещения непокрытого оптического волокна 14 в пазе 1252 для волокна), чем участки внутренних сторон 1242, 1244, ограничивающие паз 1252 для волокна. Другими словами, величина наклона участков внутренних сторон 1242, 1244, задающих паз 1252 для волокна, меньше, чем величина наклона сжимающих зон 1284, что приводит к сужению канала 1250 для поддержки волокна и уменьшению ширины зоны, доступной для гидродинамического потока 1251.
В процессе производства, поскольку сжимающие зоны 1284 сужают канал 1250 для поддержки волокна, подъемная сила гидродинамического потока 1251, предназначенная для поддержки (приподнимания) непокрытого оптического волокна 14, увеличивается, когда глубина смещения непокрытого оптического волокна 14 в канале 1250 для поддержки волокна достигает сжимающих зон 1284. Например, если угол участков внутренних сторон 1242, 1244, ограничивающих паз 1252 для волокна, к оси Z составляет 0,6 градусов, а угол сужающих зон 1284 к оси Z составляет 2 градуса, промежуток между непокрытым оптическим волокном 14 и внутренними стенками 1242, 1244 уменьшается вдвое, когда непокрытое оптическое волокно 14 достигает сжимающих зон 1284, и подъемная сила на непокрытое оптическое волокно 14 удваивается. Таким образом, следует понимать, что введение сжимающих зон 1284 означает, что требуется большее количество работы для механического контакта непокрытого оптического волокна 14 или его вхождения в паз 1254 для текучей среды.
В альтернативных вариантах осуществления конфигураций канала для волокна, описываемых здесь, понимается, что паз для волокна предпочтительно включает параллельные вертикальные внутренние стенки на входе в отверстие паза для волокна. Хотя это явно не показано на чертежах, любой из описанных здесь вариантов осуществления паза для волокна предпочтительно содержит пару параллельных внутренних стенок в наружном радиальном положении. В некоторых вариантах осуществления паз для волокна содержит комбинацию одной или нескольких конических внутренних стенок и одну или более вертикальных внутренних стенок. Например, на фигуре 15 показан паз для волокна с наклонной конфигурацией типа, показанного на фиг. 3A, с введением пары параллельных вертикальных внутренних стенок во внешнем радиальном положении вблизи точки входа волокна в паз для волокна. Канал 1360 для поддержки волокна с отверстием 1360 содержит паз 1354 для текучей среды и паз 1352 для волокна. Паз 1352 для волокна имеет внутреннюю стенку 1344, сужающуюся под углом α, и вертикальную внутреннюю стенку 1346, каждая из которых содержит противоположную внутреннюю стенку, как показано на фиг. 15. Волокно 14 будет находиться в части паза для волокна с параллельными вертикальными внутренними стенками под очень низким натяжением, и сила гидродинамического потока, противодействующая движению волокна вниз (радиально внутрь), не будет изменяться с глубиной в пазе для волокна между параллельными вертикальными внутренними стенками. Однако, чтобы переместить волокно в направлении вниз (радиально внутрь) в части паза для волокна, имеющей вертикальные внутренние стенки, потребовалось бы совершить работу. Репрезентативная глубина параллельной секции, задаваемой вертикальной внутренней стенкой 1346 и ее противоположным эквивалентом, составляет 0,55 дюйма. Репрезентативная глубина сужающейся на конус секции, задаваемой внутренней стенкой 1344 и ее противоположным эквивалентом, составляет 0,20 дюйма. Репрезентативная глубина от отверстия 1360 до границы 1355 канала для поддержки волокна составляет 0,75 дюйма.
Далее, допустимы и другие варианты осуществления гидростатических подшипников, предотвращающие смещение вниз непокрытого оптического волокна или предотвращающие или ограничивающие механический контакт непокрытого оптического волокна и/или его подпадание в паз для текучей среды канала для поддержки волокна. Например, повышение скорости потока через гидростатический подшипник (например, увеличивая гидродинамический поток, вводимый в паз для текучей среды или канал для поддержки волокна) приведет к увеличению равновесной высоты непокрытого оптического волокна для любой приложенной направленной вниз силы, тем самым увеличивая количество работы, необходимое для перемещения непокрытого оптического волокна вниз в канале для поддержки волокна или для его механического контакта или входа в паз для текучей среды. Кроме того, увеличение глубины паза для волокна в канале для поддержки волокна снизит вероятность механического контакта непокрытого оптического волокна и/или его попадания в паз для текучей среды канала для поддержки волокна.
Таким образом, гидростатические подшипники, описанные в настоящем документе, способны выполнять много функцией, включая обеспечение невертикального пути для получения оптических волокон. При этом гидростатические подшипники можно использовать в любой комбинации со способами транспортировки оптического волокна, какие обсуждались выше в данном документе. Кроме того, следует понимать, что варианты осуществления гидростатических подшипников, рассмотренные и проиллюстрированные в настоящем документе, могут применяться на любой стадии производства оптического волокна. Благодаря возможности обеспечения невертикального пути до устройства нанесения покрытия, гидростатические подшипники и системы для получения оптического волокна, содержащие эти гидростатические подшипники, имеют свободу выбора конструкционных решений, поскольку с компонентами можно легко манипулировать и взаимозаменять их в системах производства оптического волокна, предлагая при этом системы, которые занимают меньше места по сравнению с башнями для вытяжки. Кроме того, при использовании конфигураций гидростатических подшипников, описанных в настоящем документе, непокрытое оптическое волокно можно удерживать в пазу для волокна в канале для поддержки волокна, который имеет такой размер и выполнен так, чтобы окружать непокрытое оптическое волокно, и можно предотвратить механический контакт непокрытого оптического волокна и/или попадание в паз для текучей среды канала для поддержки волокна. Соответственно, системы для получения оптического волокна, включающие гидростатические подшипники, и способы получения оптических волокон, описанные в настоящем документе, предоставляют много преимуществ по сравнению с обычными системами и способами.
В настоящем документе диапазоны могут выражаться как от "примерно" одного конкретного значения, и/или до "примерно" другого конкретного значения. Когда такой диапазон явно указан, другой вариант осуществления включает в себя интервал от одного конкретного значения и/или до другого конкретного значения. Аналогично, когда значения выражены как приблизительные с использованием предшествующего слова "примерно", следует понимать, что это конкретное значение образует другой вариант осуществления. Кроме того, следует понимать, что конечные точки каждого из диапазонов являются значимыми как по отношению к другой конечной точке, так и независимо от другой конечной точки.
Термины направления, используемые в настоящем документе, например, вверх, вниз, вправо, влево, спереди, сзади, сверху, снизу, используются только при обращении к фигурам, как они нарисованы, и не подразумевают абсолютную ориентацию.
Если явно не утверждается иное, ни в коем случае не предполагается, что любой способ, изложенный в данном документе, должен истолковываться как требующий, чтобы его этапы выполнялись в определенном порядке, или что требуются какие-либо особые, специфические для устройства ориентации. Соответственно, если в пункте формуле изобретения, относящемся к способу, не указывается порядок, которому должны следовать его этапы, или если в любом пункте, относящемся к устройству, явно не указывается порядок или ориентация относительно отдельных компонентов, или если в формуле или описании иным образом не указано, что этапы должны быть ограничены конкретным порядком, или если конкретный порядок или ориентация относительно компонентов устройства не указаны, никоим образом не предполагается, что это подразумевает какой-либо порядок или ориентацию. Это справедливо для любой, возможно не выраженной явно, основы для интерпретации, включая вопросы логики в отношении организации стадий, последовательности операций, порядка компонентов или ориентации компонентов; общепринятого значения, выводимого из грамматических построений или пунктуации, и количества или типа вариантов осуществления, представленных в описании.
Как используется здесь, формы единственного числа включают множественные ссылки, если контекст явно не диктует иное. Так, например, использование одного компонента подразумевает варианты с двумя или более такими компонентами, если контекст четко не указывает иное.
Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в описанные здесь варианты осуществления могут быть внесены различные модификации и изменения без отклонения от сущности и объема заявленного предмета изобретения. Таким образом, предполагается, что описание охватывает модификации и вариации различных вариантов осуществления, описанных в данном документе, при условии, что такие модификации и вариации входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.