Procédé et dispositif de commande du mouvement d'une goulotte oscillante et application à une installation de chargement d'un four à cuve

Abstract

 Pour éviter qu'une goulotte de distribution de matière de chargement dans un four à cuve, qui est basculée continuellement autour de deux axes orthogonaux, ne présente des irrégularités de mouvement et, par conséquent, des irrégularités de dépôt, on modifie la vitesse angulaire de rotation de la goulotte autour de l'axe vertical en fonction de la position angulaire pour compenser ces irrégularités qui ont tendance à se reproduire périodiquement aux mêmes endroits.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de commande du mouvement d'une goulotte oscillante pouvant pivoter autour de deux axes orthogonaux et actionnés, à cet effet, par deux moyens d'entraînement indépendants l'un de l'autre pour déplacer l'extrémité de la goulotte suivant des cercles concentriques ou une spirale autour d'un axe vertical.

[0002] L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'une installation de chargement d'un four à cuve équipé d'un tel dispositif et mettant en oeuvre ce procédé.

[0003] La demande de brevet luxembourgeois No 83.280 propose un dispositif de. chargement d'un four à cuve au moyen d'une goulotte de distribution oscillante, généralement désigne dans le domaine en question comme goulotte à suspension du type "cardan".

[0004] La demanderesse a constaté, lors de récents tests et expériences sur un prototype de ce genre que les couches de matières déposées au moyen d'une goulotte oscillante présentent des irrégularités dans l'épaisseur de dépôt. Si l'on ne considère qu'une seule couche, ces irrégularités n'auraient pas de conséquence néfaste sur le chargement d'un four à cuve. Malheureusement, ces irrégularités se produisent, pour chaque couche déposée, aux mêmes endroits correspondant à des positions angulaires précisas de la goulotte, de sorte qu'il y a un effet d'accumulation de couche en couche qui aboutit finalement à un niveau de chargement en forme de selle. Il a également été constaté que ce défaut n'est pas propre au dispositif tel que proposé dans la demande de brevet précitée, mais qu'il se produit de façon plus ou moins prononcée pour tous les dispositifs de chargement avec suspension de la goulotte du type "cardan", quel que soit le moyen d'entraînement et de commande.

[0005] La raison en est que ces genres de goulotte de distribution subissent deux fois au cours de chaque révolution, ceci à des endroits diamétralement opposés et bien déterminés, des pivotements, quoique faibles, mais néanmoins perceptibles autour de leur axe longitudinal. Lors d'un tel pivotement, le frottement au moment du passage du chargement à travers de la goulotte diminue, c'est-à-dire que la vitesse de chute augmente. Autrement dit, lors d'un tel pivotement, la matière de chargement atteint plus rapidement son point de chute, et l'épaisseur de la couche déposée augmente aux endroits où se produit le point de chute correspondant à la position angulaire de la goulotte dans laquelle se produit ce pivotement. Bien entendu, l'effet contraire se produit à la fin de ce pivotement de la goulotte lorsque le frottement à l'intérieur de la goulotte augmente à nouveau, ce qui produit une diminution de l'épaisseur du dépôt.

[0006] Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de commande du mouvement d'une goulotte oscillante permettant d'éliminer, sinon d'atténuer, cette irrégularité par compensation. Un but auxiliaire de l'invention est de prévoir un dispositif pour la mise en oeuvre, ainsi que son application à une installation de chargement d'un four à cuve.

[0007] Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un procédé de commande du mouvement de la goulotte, qui est caractérisé en ce que l'on modifie la vitesse angulaire de rotation de la goulotte autour de l'axe vertical en fonction de la position angulaire de la goulotte.

[0008] Les positions angulaires de la goulotte dans lesquelles se produisent les pivotements qui entraînent les irrégularités de dépôt peuvent être déterminées expérimentalement ou par calcul. Connaissant ces positions angulaires, l'invention propose, par conséquent, d'augmenter la vitesse angulaire de rotation de la goulotte aux endroits où l'épaisseur de la couche déposée tend à augmenter, et de réduire la vitesse angulaire là où l'épaisseur a tendance à diminuer.

[0009] La régulation de la vitesse angulaire du mouvement de la goulotte est effectuée selon un mode d'exécution préféré, d'après la formule

[0010] Avantageusement, pour augmenter l'uniformité du dépôt, on procède de la manière suivante par itération :

[0011] Dans ces formules :

ω₁,ω₂ représentent les vitesses angulaires corrigées, 0 représente la vitesse angulaire non corrigée, e_m représente une fonction de la position angulaire.

[0012] D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :

La figure 1 montre schématiquement une goulotte de distribution lors du déversement d'une couche annulaire.

La figure 2 montre l'inclinaison de la goulotte par rapport à l'axe central.

La figure 3 montre un diagramme polaire illustrant l'épaisseur d'une couche de matière déversée au moyen d'une goulotte oscillante.

La figure 4 montre un diagramme polaire de la vitesse angulaire.

La figure 5 montre un schéma synoptique d'un circuit de commande.

[0013] Les figures 1 et 2 montrent une goulotte de distribution oscillante 10 dans une position angulaire bien déterminée, dans laquelle elle occupe une inclinaison A (voir figure 2) par rapport à un axe vertical 0 et une position angulaire r (figure 1) par rapport à un axe horizontal de référence, par exemple, l'axe X. On supposera que la goulotte, dans cette inclinaison β est animée d'un mouvement giratoire, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de l'axe 0 avec une vitesse angulaire ω pour effectuer un dépôt annulaire de la matière de chargement sur le lit de fusion, la relation étant donc

[0014] La référence 12 désigne un dépôt annulaire de matière lorsque la goulotte 10 tourne autour de l'axe 0 avec une inclinaison β. La référence 14 désigne la projection horizontale de la trajectoire circulaire de l'extrémité inférieure de la goulotte 10.

[0015] Cette matière de chargement déversée par la goulotte possède par conséquent une trajectoire de chute 16 avec une composante verticale et une composante angulaire à cause de ω. Autrement dit, la matière de chargement ne tombe pas au point que vise la goulotte au moment précis où la matière quitte cette goulotte. Ceci est illustré sur la figure 1.

[0016] En supposant qu'une particule quitte la goulotte lorsque celle-ci se trouve dans la position angulaire OC et que la goulotte poursuit son mouvement giratoire à la vitesse ω dans le sens des aiguilles d'une montre, l'impact de cette particule se produit lorsque la goulotte occupe, par exemple, une position angulaire t, alors que le point d'impact 18 de cette même particule se trouve quelque part entre les deux positions α et y , par exemple, dans la position α + Δα. Autrement dit, il existe un décalage angulaire Δα entre le moment de sortie d'une particule de la goulotte et le moment_de son impact sur le lit de fusion. L'amplitude de ce décalage angulaire Δα est, non seulement fonction de la granulométrie de la matière, mais également de sa vitesse de chute, c'est-à-dire que suivant sa vitesse de chute, la particule atteint plus vite ou moins vite le lit de fusion et son point de chute se situera avant ou au-delà de la position Δα.

[0017] C'est le phénomène qui se produit pour toutes les goulottes de distribution oscillantes avec suspension à cardan qui, comme déjà dit plus haut, subissent lors de chaque révolution, deux pivotements autour de leur axe longitudinal et modifiant de ce fait le frottement entre la matière de chargement et la paroi de la goulotte. Cette modification du frottement accélère ou ralentit la chute des particules.

[0018] Lorsqu'il y a accélération, le décalage Δα diminue jusqu'à, par exemple Δα- ε , ce qui tend à provoquer une augmentation de l'épaisseur du dépôt à un endroit se trouvant décalé d'un angle Δα - ε de la position angulaire de la goulotte où s'est produit ce pivotement. De même, lorsqu'il y a ralentissement, le décalage Δα devient Δα + ε , ce qui provoque une diminution de l'épaisseur du dépôt de la matière. Ce ralentissement se produit à la fin de la phase de pivotement et la diminution d'épaisseur se trouve, par conséquent, décalée d'un angle /Δα+ε de la position angulaire dans laquelle s'achève le pivotement de la goulotte.

[0019] La figure 3 montre, en coordonnées polaires, l'épaisseur d'une couche annulaire de matière déversée sur le lit de fusion, cette épaisseur étant proportionnelle à leur distance jusqu'à l'origine.

[0020] La courbe e_m représente l'épaisseur moyenne optimale calculable par exemple d'après le contenu d'un réservoir de stockage et la surface du lit de fusion. Cette épaisseur étant uniforme, la courbe représentant e_m est forcément un cercle.

[0021] La courbe représentée par e_r est l'épaisseur réelle d'une couche déposée par une goulotte oscillante animée d'un mouvement giratoire à vitesse angulaire constante ω_o et affectée des irrégularités décrites ci-dessus. L'épaisseur pour chaque position angulaire α est représentée par la longueur du vecteur e. La courbe e_r, dont le contour a été volontairement exagéré, laisse reconnaître deux positions à épaisseur maximale aux points E_r-max se trouvant aux positions angulaires de 0° et 180°, ainsi que deux positions à épaisseur minimale aux points E_r-min se trouvant respectivement aux positions angulaires de 90° et 270°.

[0022] La figure 4 est un diagramme polaire analogue à celui de la figure 3, mais pour la représentation des vitesses angulaires ω. Ainsi ω_o est la vitesse angulaire constante pour le dépôt de la couche irrégulière réelle e_r de la figure 3.

[0023] La courbe ω est une courbe de vitesses compensées obtenue par la modification de la courbe ω_o selon la formule

[0024] La vitesse angulaire pour chaque position angulaire → est représentée par la longueur ω.

[0025] Dans cette formule :

ω_l = ω_c = vitesse angulaire modifiée

ω_o = vitesse angulaire non modifiée qui engendre e_r

f = est une fonction de α et de Δα, c'est-à-dire des paramètres déterminants de la modification de la vitesse angulaire.

[0026] La fonction f est définie par f (α) = e (α) = épaisseur mesurée avant compensation.

[0027] Le but de la compensation de la vitesse angulaire est que les phénomènes dus au pivotement de la goulotte et ceux dus à la variation de la vitesse angulaire se compensent pour obtenir une couche déposée uniforme.

[0028] La courbe e_c de la figure 3 correspond à la courbe ω_c de la figure 3, c'est-à-dire l'épaisseur de la couche déposée en modifiant la vitesse angulaire selon la formule . ci-dessus. La courbe e est bien entendu décalée d'un an- c gle Δα par rapport à la courbe ω_c pour tenir compte du temps de chute.

[0029] L'effet de cette compensation de la vitesse angulaire selon la figure 4 est que la couche e_r est modifiée de manière à produire une courbe e se rapprochant de la courbe circulaire idéale e , c'est-à-dire en faisant évoluer m la goulotte plus vite aux positions angulaires correspondant à des augmentations de l'épaisseur du dépôt selon la courbe e_r et plus lentement aux positions angulaires correspondant à des épaisseurs de dépôt plus faibles de la courbe e_r, on tend à réduire les irrégularités d'épaisseur de la couche déposée.

[0030] L'explication mathématique de la formule de compensation est la suivante :

Soit e_r (α) l'épaisseur de la couche pour ω_o = constant et présentant les irrégularités dues au pivotement;

[0031] Soit e_v (α) l'épaisseur de la couche pour ω_c ⁼ variable sans considération des irrégularités dues au pivotement.

[0032] L'épaisseur théorique moyenne résultant de la superposition des deux phénomènes est

[0033] Autrement dit, l'épaisseur compensée se rapproche de l'épaisseur uniforme idéale e .

[0034] Si une première compensation au moyen du réglage de la vitesse angulaire ne permet pas encore d'obtenir le résultat souhaité, il est possible de procéder par itération et d'effectuer une compensation plus fine suivant la formule :

et éventuellement ainsi de suite.

[0035] La détermination de ω₁, ω₂,... est effectuée soit par des tests soit par calcul, car les paramètres intervenant dans cette détermination peuvent être mesurés ou calculés.

[0036] Etant donné que α est fonction de P et de la granulométrie de la matière de chargement, les vitesses angulaires compensées ω₁, ω₂, ... peuvent être déterminées pour différentes inclinaisons et pour différentes granulométries.

[0037] Ces différentes valeurs de la vitesse angulaire compensée peuvent être mémorisées dans un micro-ordinateur pouvant calculer, à chaque instant, par interpolations linéaires la valeur exacte de la vitesse angulaire compensée de la goulotte.

[0038] La figure 5 représente un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un circuit de commande pour la compensation de la vitesse angulaire de la goulotte.

[0039] Le micro-ordinateur dont question ci-dessus, est représenté par la référence 10. Ce micro-ordinateur reçoit des informations concernant l'inclinaison β et la nature de la matière de chargement pour le calcul des vitesses angulaires compensées.

[0040] Un moteur 12 d'entraînement de la goulotte est assujetti aux signaux de commande d'un variateur de vitesses angulaires 14 comprenant, entre autres, un comparateur intégré.

[0041] La référence 16 désigne la partie mécanique d'un transmetteur d'impulsions, tandis que les références 18 et 20 désignent respectivement un détecteur de vitesse angulaire et un détecteur de position, ces deux détecteurs pouvant toutefois être combinés, vu que

[0042] Le détecteur de vitesses angulaires 18 engendre à chaque instant des signaux correspondant à la vitesse réelle 0 _ret envoie ces signaux au variateur de vitesse 14. De même, le détecteur de position engendre, à chaque instant, des signaux correspondant à la position angulaire α de la goulotte de distribution et envoie ces signaux au micro-ordinateur 10. Ce micro-ordinateur 10 calcule, à chaque instant, sur base des informations reçues, c'est-à-dire α, β et les paramètres correspondant à la nature de la matière de chargement, la vitesse angulaire compensée ω_c, grâce aux formules ci-dessus. Des signaux correspondant à la vitesse angualire ω_c calculés par le micro-ordinateur 10 sont envoyés dans le variateur de vitesse angulaire 14. Le comparateur intégré de celui-ci compare à chaque instant la vitesse angulaire compensée ω_c à la vitesse angulaire réelle ω_r dont il reçoit l'information du détecteur 18 et, suivant le résultat de cette comparaison, le moteur d'entraînement 12 sera accéléré ou ralenti.

[0043] Le procédé de correction de la vitesse angulaire de la goulotte, proposé ci-dessus, convient particulièrement bien à un dispositif d'entraînement du genre proposé dans la demande de brevet luxembourgeois précitée No 83.280 à cause du fait que le mouvement giratoire de cette goulotte oscillante est occasionnée par un dispositif d'entraînement à mouvement circulaire. Il est toutefois à noter que le dispositif de correction proposé convient également à d'autres dispositifs d'entraînement d'une goulotte oscillante avec suspension à cardan, par exemple celle entraînée par une paire de vérins hydrauliques.

Revendications

1. - Procédé de commande du mouvement d'une goulotte oscillante pouvant pivoter autour de deux axes orthogonaux et actionnés, à cet effet, par deux moyens d'entraînement indépendants l'un de l'autre pour déplacer l'extrémité de la goulotte suivant des cercles concentriques ou une spirale autour d'un axe vertical, caractérisé en ce que l'on modifie la vitesse angulaire de rotation de la goulotte autour de l'axe vertical en fonction de la position angulaire de la goulotte.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation de la vitesse angulaire du mouvement de la goulotte est effectuée d'après la formule

dans laquelle :

ω_l est la vitesse angulaire modifiée

ω_o est la vitesse angulaire non modifiée de la courbe e_r et f est une fonction de Ket de Δα, c'est-à-dire respectivement des positions angulaires et des décalages angulaires occasionnés par la durée de chute.

3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les valeurs de la vitesse angulaire sont déterminées par itérations progressives selon la formule

4. - Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les valeurs compensées ω₁, ω₂,... des vitesses angulaires sont mémorisées dans un micro-ordinateur et en ce que à chaque instant les valeurs exactes des vitesses angulaires sont déterminées par interpolation linéaire entre les valeurs mémorisées.

5. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par un détecteur de position angulaire (20), un détecteur de vitesse angulaire réelle (18) reliés respectivement à un micro-ordinateur (10) et un variateur de vitesse angulaire

(14) comprenant un comparateur destiné à comparer la vitesse angulaire réelle ( ω _r) à la vitesse compensée 0101846- minée par le micro-ordinateur (10) et engendrer en fonction du résultat de cette comparaison des signaux de régulation de la vitesse angulaire de déplacement de la goulotte.

6. - Application du dispositif selon la revendication 5 et du procédé selon les revendications 1 à 4 à une installation de chargement d'un four à cuve.

Dessins