내부 공기 역학 관리: 다중 채널 OVD/VAD 토치의 압력 균형 및 가스 유동 역학

광섬유 모재 제조에서, 증착 버너 내부의 물리적 채널이 가스를 균일하게 분배하지 못한다면 질량 유량 제어기(MFC)의 정밀도는 거의 의미가 없습니다. 공정 엔지니어들은 종종 사염화규소(SiCl₄)의 표준 리터/분(SLM)을 산소(O₂)와 수소(H₂) 차폐 라인에 맞춰 조정하며 가스 비율을 교정하는 데 수주를 보냅니다. 그럼에도 불구하고, 불규칙한 화염 패턴, 높은 화학 물질 낭비, 내부 증착이 종종 지속됩니다.

근본 원인은 거의 전자식 가스 혼합 시스템에 있지 않습니다. 대신, 그것은 내부 유체 역학 및 압력 균형 버너 본체 자체에 있습니다.

외부 증착(OVD) 또는 증기 축 증착(VAD) 토치가 안정적이고 수율이 높은 그을음 봉지를 제공하려면, 내부 가공이 서로 다른 속도로 이동하는 가스가 노즐 면에 도달하기 전에 완전히 균일해지도록 보장해야 합니다. 다중 채널 버너 내부의 숨겨진 공기 역학을 분석하고 내부 가공 공차가 가스 거동을 어떻게 결정하는지 살펴보겠습니다.

(당사의 4포트 OVD 버너 노즐 어셈블리 는 바로 이러한 공기 역학을 염두에 두고 설계되었습니다.)

다층 가스 분배 플레넘의 과제

OVD 또는 VAD 버너는 본질적으로 소형 금속 하우징에 내장된 복잡한 화학 매니폴드입니다. 일반적으로 세 가지 뚜렷한 가스 범주를 라우팅하는 동심원 층을 특징으로 합니다:

1. 코어 화학 스트림: 불활성 가스(아르곤 또는 질소)에 의해 운반되는 기화된 SiCl4 및 GeCl4.

2. 차폐 가스 층: 원료 화학 스트림이 버너 면에 조기 접촉하는 것을 방지하도록 설계된 중간 버퍼 가스 링.

3. 연소 혼합물: 고온 가수분해 영역을 생성하기 위해 점화되는 H2 및 O2의 동심원 링.

[가스 유입 포트] ──> [내부 팽창 플레넘] ──> [분배 배플] ──> [동심원 노즐 링]

이러한 가스가 개별 나사 피팅을 통해 버너 베이스로 유입될 때, 고속의 난류 스트림으로 도착합니다. 버너 내부는 팽창 및 균등화 플레넘 역할을 해야 합니다.

내부 배플 또는 밀링된 팽창 슬롯에 10마이크론만큼 작은 비대칭 변형이 포함된 경우, 가스는 저항이 가장 적은 경로를 택할 것입니다. 이는 노즐 원주 전체에 걸쳐 압력 불균형을 생성하여 출구 속도가 한쪽이 다른 쪽보다 높아지게 하여 최적 증착 대상을 빗나가는 기울어진 화염을 초래합니다.

(“이 정밀도 요구 사항이 노즐 면까지 어떻게 축소되는지 이해하려면, 당사의 기사 버너 노즐 정밀도 및 모재 수율)

역확산 방지: 가장 비용이 많이 드는 고장 모드

증착 라인에서 가장 파괴적인 현상 중 하나는 역확산. 입니다. 이는 외부 연소 또는 차폐 가스 링의 정압이 코어 화학 스트림의 압력을 초과하거나 그 반대의 경우 발생하여 가스가 버너 본체 내부에서 교차 오염되게 합니다.

저유량 단계 또는 급격한 종료 시퀀스 동안 수분이나 산소가 SiCl4 분배판으로 역류하는 경우:

• 가수분해 반응이 내부적으로.

• 발생합니다. 단단하고 유리질인 실리카 스케일이 가스 분배 블록의 숨겨진 미세 채널 내부에 형성됩니다.

• 내부 스케일링이 시작되면 버너는 영구적으로 손상되어 유량 계수를 변경하고 MFC 교정을 매우 부정확하게 만듭니다.

역확산을 방지하려면 분배판의 내부 맞댐 면이 거울처럼 평평하게 가공되어야 합니다. 이를 통해 고온의 부식성 염소 증기에 노출되면 취화되어 고장 나는 고무 O-링에 대한 의존성을 제거하는 절대적인 기계적 금속 대 금속 면 실링이 가능합니다.

층류 경계층 유지: 내부 상호 간섭 제거

차폐 가스가 원료 SiCl4 증기를 고온 연소 노즐로부터 효과적으로 격리하려면 완벽한 층류 (낮은 레이놀즈 수) 상태로 버너 면을 빠져나와야 합니다.

차폐 링에 공급되는 내부 다중 채널이 가공 불규칙성(예: 교정되지 않은 밀링 커터의 채터 마크 또는 다중 설정 가공 공정의 불일치 단차)을 겪는 경우, 가스 스트림은 난류가 됩니다.

난류 차폐 가스는 출구 경계에서 바로 코어 화학 물질과 혼합됩니다. 깨끗하고 돌출된 그을음 입자 기둥이 대상 맨드릴로 표류하는 대신, 조기 버너 헤드 크러스팅. 이 발생합니다. 이 크러스팅은 화염 프로파일을 왜곡하고 작업자가 수시간 동안 지속되는 모재 작업을 조기에 중단하여 버너 어셈블리를 청소하거나 교체하도록 강제합니다.

단일 설정 정밀도: 궁극의 산업용 유로 설계

이러한 내부 공기 역학적 장애물을 극복하려면 기존의 다단계 가공 방법에서 벗어나야 합니다. 내부 가스 블록을 선반에서 별도의 밀링 머신으로 옮길 때 클램핑 적층 오차가 발생하여 내부 유로가 정렬되지 않습니다.

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