FR2927008A1

FR2927008A1 - Machine d'oxycoupage avec regulation de l'envoi du gaz aux chalumeaux

Info

Publication number: FR2927008A1
Application number: FR0850588A
Authority: FR
Inventors: Regis Augeraud; Vincent Berthelot; Francis Billerot; Bernard Souchard
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-07

Abstract

Une machine d'oxycoupage comprenant un ou plusieurs chalumeaux (1a, 1b), de préférence plusieurs chalumeaux, au moins un réservoir-distributeur (2) de gaz contenant du gaz, de préférence plusieurs réservoirs-distributeurs, un ou des conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b) reliant fluidiquement ledit au moins un réservoir-distributeur (2) de gaz à un ou plusieurs chalumeaux (1a, 1b...), et un système de régulation (4, 5, 7, 9) contrôlant le transfert de gaz depuis ledit au moins un réservoir-distributeur (2) vers chaque chalumeau (2). Le système de régulation (4, 5, 7, 9) comprend une ou plusieurs vannes (9) et des moyens de commande (4, 5, 7) de vannes, au moins une vanne (9) étant agencée sur chacun des conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b ... ) et chaque vanne (9) étant commandée par les moyens de commande de vannes (4,5, 7). Procédé associé.

Description

L'invention porte sur une machine d'oxycoupage à un ou plusieurs chalumeaux de coupe, de préférence plusieurs chalumeaux, comprenant un système de régulation 5 individualisé du gaz envoyé aux chalumeaux. Actuellement, les machines d'oxycoupage industrielles comprennent classiquement un bâti équipé d'une poutre portant un ou plusieurs chalumeaux et des moyens de déplacement permettant de déplacer relativement le ou les chalumeaux par rapport à une plaque à découper qui est généralement posée sur une table de découpe ou similaire. 10 Le ou les chalumeaux sont alimentés en gaz, par exemple en oxygène, de manière à pouvoir opérer une chauffe ou une découpe de la plaque. Les déplacements du ou des chalumeaux, les cycles de chauffage, de coupage ou autres, l'envoi des gaz etc... sont commandés par des moyens de pilotage, tels qu'un automate programmable, un pupitre de commande numérique du type CNC ou par tout autre dispositif 15 de commande analogue. Lorsque la poutre de la machine porte plusieurs chalumeaux, la gestion de la pression du ou des gaz envoyés vers les chalumeaux peut être centralisée ou non mais, dans tous les cas, est opérée par le biais d'une ou plusieurs nourrices ou réservoirs-distributeurs alimentant les chalumeaux en gaz de coupe et de chauffe/surchauffe. 20 En d'autres termes, une ou plusieurs sources de gaz sous pression alimentent chaque nourrice et chaque nourrice redistribue le gaz vers plusieurs chalumeaux. Actuellement, afin de réguler l'envoi des gaz de chaque nourrice vers les chalumeaux, on utilise une ou des vannes de régulation de pression agencées en amont de chaque nourrice, comme illustré en Figure 1 et expliqué plus en détail ci-après. 25 Un tel système de régulation est économique car une seule vanne de régulation est installée par ligne d'amenée de gaz, c'est-à-dire en amont des nourrices. Toutefois, ce système présente aussi les inconvénients suivants : - la régulation en pression ne permet pas de garantir un débit identique sur chaque chalumeau du fait de la longueur variable des conduits d'alimentation joignant la nourrice aux 30 différents chalumeaux, - la qualité de coupe est dégradée, pendant la phase transitoire d'une durée de quelques secondes correspondant au passage de la phase de surchauffe à celle de chauffe, du fait du temps nécessaire à la purge des conduits de gaz, et - il oblige parfois à installer un échappement à l'air libre du gaz combustible, ce qui peut poser des problèmes de sécurité du fait de la proximité des flammes des chalumeaux. Le problème qui se pose est dès lors de proposer une installation d'oxycoupage présentant un système de régulation amélioré qui permette d'éviter les inconvénients ci- dessus. La solution de l'invention est une machine d'oxycoupage comprenant : - un ou plusieurs chalumeaux, de préférence plusieurs chalumeaux, - au moins un réservoir-distributeur de gaz contenant du gaz, de préférence plusieurs réservoir-distributeur de gaz, - un ou des conduits d'alimentation en gaz reliant fluidiquement ledit au moins un réservoir-distributeur de gaz auxdits un ou plusieurs chalumeaux, c'est-à-dire que chaque chalumeau est fluidiquement connecté à au moins ledit réservoir-distributeur de gaz par au moins un conduit d'alimentation en gaz de manière à alimenter ledit chalumeau en gaz issu d'au moins ledit réservoir-distributeur, et - un système de régulation contrôlant le transfert de gaz depuis ledit au moins un réservoir-distributeur vers un ou plusieurs chalumeaux, caractérisée en ce que le système de régulation comprend une ou plusieurs vannes et des moyens de commande de vannes, au moins une vanne étant agencée sur chacun des conduits d'alimentation en gaz et chaque vanne étant commandée par les moyens de commande de vannes. En d'autres termes, les vannes sont agencées en aval des réservoirs-distributeurs de gaz. Selon le cas, la machine de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les vannes sont agencées, sur chacun des conduits d'alimentation en gaz, en aval desdits réservoirs-distributeurs de gaz. En d'autres termes, chaque conduit d'alimentation en gaz comporte une vanne. - une ou plusieurs vannes sont incluses dans ou font partie d'un bloc de vannes, de préférence les vannes de chaque bloc de vannes sont des vannes proportionnelles. En fait, un bloc de vanne est un système comprenant un groupe de vannes proportionnelles, préférentiellement un groupe de 3 vannes, à savoir l'une pour le gaz de coupe, l'une pour le gaz combustible et l'une pour le gaz comburant destiné à la chauffe ; une carte can qui permet d'assurer la communication avec les organes de commandes ; et des éléments de contrôle et de commande de type tout ou rien (TOR), par exemple un pressostat. Dans le cadre de la présente invention, on utilisera indifféremment les termes vanne et bloc de vannes pour désigner une ou des vannes incluses ou non dans un bloc de vannes, et servant à réguler le passage du gaz dans les conduits agencés entre le ou les réservoirs et le ou les chalumeaux. - les moyens de commande de vannes sont aptes à et conçus pour commander individuellement chacune desdites vannes, en particulier les vannes des blocs de vannes. - les moyens de commande de vannes comprennent une commande numérique ou un pupitre de commande, des cartes électroniques et des liaisons électriques reliant, directement ou indirectement, la commande numérique ou le pupitre de commande auxdites vannes, en particulier aux vannes des blocs de vannes. -elle comporte plusieurs réservoirs-distributeurs de gaz, chaque réservoir-distributeur de gaz étant relié fluidiquement à chacun desdits chalumeaux par l'intermédiaire de conduits d'alimentation en gaz, chaque conduit d'alimentation en gaz comprenant une vanne commandée par les moyens de commande de vannes. - elle comporte de 1 à 12 chalumeaux, de préférence de 1 à 8 chalumeaux, de 15 préférence encore au moins 2 chalumeaux, voire au moins 3 chalumeaux. - elle comporte au moins 3 réservoirs-distributeurs de gaz comprenant un premier réservoir-distributeur contenant de l'oxygène de chauffe, un deuxième réservoir-distributeur contenant de l'oxygène de coupe et un troisième réservoir-distributeur contenant au moins un gaz combustible. 20 L'invention porte aussi sur un procédé de commande de l'envoi des gaz vers un ou des chalumeaux d'une machine d'oxycoupage selon l'invention, dans lequel : a) les moyens de commande de vannes envoient au moins un signal de consigne à au moins une vanne agencée sur un conduit d'alimentation en gaz reliant un réservoir-distributeur à un chalumeau, et 25 b) la vanne s'ouvre ou, à l'inverse, se ferme de manière à autoriser ou, à l'inverse, empêcher, respectivement, une circulation de gaz depuis le réservoir-distributeur au chalumeau, en réponse au signal de consigne envoyé à l'étape a). Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 30 -lorsqu'à l'étape a), le signal de consigne est un signal d'ouverture de vanne, on opère subséquemment à l'envoi de ce signal de consigne, une opération de chauffage ou de coupage d'une pièce métallique avec au moins le chalumeau alimenté en gaz par le conduit d'alimentation en gaz sur lequel est agencée la vanne ayant reçu ledit signal de consigne. - le gaz envoyé au chalumeau, après l'envoi d'un signal de consigne d'ouverture de vanne, est de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène, un gaz combustible, ou les deux. La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description illustrative suivante faite en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 représente le principe de fonctionnement d'un système de régulation d'une machine d'oxycoupage selon l'art antérieur, - la Figure 2 représente le principe de fonctionnement d'un système de régulation d'une machine d'oxycoupage selon l'invention et - la Figure 3 représente un bloc de vannes d'un système selon la Figure 2.

La Figure 1 représente le principe de fonctionnement d'un système de régulation de l'envoi du gaz depuis des réservoirs-distributeurs 2a to 2c de gaz, communément appelé nourrices , vers les chalumeaux d'oxycoupage la, lb d'une machine d'oxycoupage selon l'art antérieur. Sur la Figure 1, pour des raisons de simplification, seul un réservoir-distributeur 2 de gaz a été représenté avec trois compartiments 2a, 2b, 2c mais habituellement une telle installation comprend au moins trois réservoirs-distributeurs distincts, à savoir l'un contenant de l'oxygène de coupe, l'un contenant de l'oxygène de chauffe et l'un contenant un gaz combustible, par exemple de l'acétylène, du propane, du tétrène... Chacun de ces réservoirs-distributeurs 2 a à 2c est relié aux différents chalumeaux la, lb, via des lignes ou conduites d'alimentation dédiées. Une installation de ce type comprend au moins un chalumeau mais généralement plusieurs, c'est-à-dire au moins deux chalumeaux et souvent trois ou plus. Dans ce mode de réalisation, les conduites de gaz 10a, 10 b permettent de relier un premier réservoir-distributeur 2a (oxygène de coupe par exemple) aux chalumeaux la, lb, respectivement ; les conduites 11 a, 11 b permettent de relier un deuxième réservoir-distributeur 2b (oxygène de chauffe par exemple) auxdits chalumeaux la, lb, respectivement ; et les conduites 12a, 12 b permettent de relier un troisième réservoir-distributeur 2c (combustible par exemple) aux chalumeaux la, lb, respectivement, de manière à alimenter ces chalumeaux avec le ou les gaz désirés à un instant donné du cycle de coupage.

Une ou plusieurs sources 6 de gaz sous pression alimentent chaque nourrice ou réservoir-distributeur 2, et chaque nourrice 2 redistribue ensuite le gaz vers les différents chalumeaux la, lb de l'installation. Comme expliqué ci-avant, dans ce type d'installation de l'art antérieur, afin de réguler l'envoi des gaz depuis chaque nourrice ou réservoir-distributeur 2 vers les différents chalumeaux, on utilise une ou des organes de régulation pilotés 3 de pression agencés en amont de chaque nourrice 2, c'est-à-dire qu'un organe de régulation piloté 3 est installé en amont de chaque réservoir-distributeur 2 de manière à pouvoir réguler l'alimentation en gaz desdits réservoirs-distributeurs de gaz et donc par conséquent l'envoi de gaz aux chalumeaux la, lb. Plus précisément, chaque organe de régulation piloté 3 est commandée par un système de régulation 4, 5, 7 comprenant une ou des cartes électroniques 4 couplées à une armoire de commande 5, qui en fonction de paramètres de pression mesurés et d'autres paramètres de pression préfixés par l'opérateur, via l'armoire de commande 5 par exemple, va envoyer une consigne ou un ordre de commande (via la ligne de commande 7) de manière à réguler la pression de gaz dans les réservoirs-distributeurs 2 et donc ainsi contrôler les transferts de gaz entre les réservoirs-distributeurs 2 et les chalumeaux 1. Ce type de système, bien que simple, présente les inconvénients susmentionnés. Par ailleurs, la Figure 2 représente le principe de fonctionnement d'un système de 15 régulation d'une machine d'oxycoupage selon l'invention. Comme précédemment, la machine d'oxycoupage de la Figure 2 comprend plusieurs chalumeaux la, lb, un ou plusieurs réservoirs-distributeurs 2 de gaz contenant du gaz, de préférence plusieurs réservoirs-distributeurs 2 a à 2c, des conduits d'alimentation en gaz et un système de régulation 4, 5, 7, 9 contrôlant le transfert de gaz depuis le ou les réservoirs- 20 distributeurs 2 vers les chalumeaux la, lb. Un telle machine comporte un ou plusieurs chalumeaux la, lb, de préférence plusieurs chalumeaux, par exemple jusqu'à 12 chalumeaux, qui sont typiquement agencés (non détaillé) sur une poutre montée sur un bâti qui comprend, en outre, une table ou tout support analogue permettant de recevoir une pièce à couper, par exemple une plaque métallique, telle une tôle 25 d'acier. Des moyens de déplacement (non montré) permettent de déplacer relativement les chalumeaux par rapport à la plaque à découper de manière à pouvoir opérer des découpes selon des trajectoires prédéfinies. Les moyens de déplacement peuvent agir sur la poutre pour la déplacer, par exemple via des actionneurs motorisés ou analogues, alors que la table reste fixe, ou inversement, c'est la table qui se déplace, alors que les chalumeaux restent fixes. 30 Comme précédemment des conduits d'alimentation en gaz 10a, 10b, l la, l lb, 12a, 12b relient fluidiquement les différents réservoirs-distributeurs 2 a à 2c de gaz aux différents chalumeaux la, lb. Chaque chalumeau est donc connecté fluidiquement aux différents réservoirs-distributeurs 2 de gaz par des conduits d'alimentation en gaz 10 à 12 reliant chaque chalumeau considéré aux différents réservoirs 2 de manière à alimenter chacun desdits chalumeaux la, lb en les différents gaz issus desdits réservoirs-distributeurs 2. Comme précédemment, un système de régulation 4, 5, 7, 9 est utilisé pour contrôler le transfert des gaz depuis les réservoirs-distributeurs 2 vers les chalumeaux 2.

Toutefois, selon la présente invention, le système de régulation 4, 5, 7, 9 comprend, dans ce cas, plusieurs vannes 9 de régulation, préférentiellement incluses dans un bloc de vannes 9, tel celui de la Figure 3, et des moyens de commande 5 de vannes, telle une armoire de commande comprenant une ou plusieurs cartes électroniques ou analogues, permettant de piloter lesdites vannes 9 en leur envoyant des signaux de consignes via la ligne de commande 7, par exemple un ou des câbles électriques ou analogues. Selon l'invention, les blocs de vannes 9 sont agencés sur les conduits d'alimentation en gaz, c'est-à-dire que chacun des conduits d'alimentation alimentant les chalumeaux comporte une vanne de régulation 9 incluse dans un bloc de vannes de manière à permettre de contrôler le passage du gaz dans le conduit considéré.

On est donc en présence d'un système de régulation dont les vannes 9 de régulation sont agencées en aval des nourrices 2, et non en amont comme dans le système de la Figure 1, de manière à permettre de contrôler individuellement et précisément l'alimentation en gaz des différents chalumeaux la, lb. En effet, selon l'art antérieur (Figure 1), la régulation était effectuée en amont de chaque nourrice 2 donc de manière identique et non précise, car commune aux différents chalumeaux. Dans le cadre de l'invention, une vanne 9 est située en aval d'un réservoir 2 lorsqu'elle est agencée sur un conduit reliant ledit réservoir et un chalumeau alimenté en gaz issu dudit réservoir, c'est-à-dire du côté de la sortie du réservoir 2 en considérant le sens de circulation du gaz depuis le réservoir vers le chalumeau considéré.

Par ailleurs, comme susmentionné, les moyens de commande 5, 7 de vannes comprennent une ou plusieurs cartes électroniques 4 qui permettent d'envoyer, via des liaisons filaires 7 adaptées, des signaux de consigne aux électrovannes, en particulier aux vannes 9 des blocs de vannes, ce qui permet de les piloter, et sont également utilisées pour la gestion du cycle complet de coupage (surchauffe, amorçage progressif, chauffe, départ mouvement de la coupe...), la gestion du palpage et de l'allumeur via un pupitre de commande, type ordinateur, avec un écran de visualisation d'informations et interface homme-machine qui permet de visualiser et de programmer la trajectoire de coupe désirée et les paramètres de coupe, puis d'envoyer ces informations et autres paramètres via une commande numérique qui gère la trajectoire de coupe ou qui gèrent notamment le cycle de coupage. Les cartes électroniques 4, l'armoire de commande 5, les liaisons filaires 7 sont des dispositifs classiques disponibles notamment auprès de la société Air Liquide Welding France. Par ailleurs, dans le cadre de l'invention, en tant que bloc de vannes de régulation 9, on peut utiliser le bloc de vannes référencées W000265271 disponible auprès de la société Air Liquide Welding France et illustré en Figure 3. Selon l'invention, l'opérateur sélectionne via une interface homme/machine de la commande numérique 5 l'épaisseur et le type de matériau à découper. Cette information est transmise à une carte électronique 4 type carte can qui commande via la liaison 7, par exemple une liaison de type buscan , le bloc à vannes 9 de régulation de la pression de gaz alimentant le ou lesdits chalumeaux. La pression de gaz sera alors automatiquement modifiée en fonction des différentes phases de surchauffe/chauffe et coupe.

Le système de régulation à vanne 9 dédié à chaque chalumeau selon l'invention est donc basé sur une régulation de la pression des gaz se faisant à proximité immédiatement de chaque chalumeau la, lb grâce audit système de régulation dédié, ce qui conduit aux avantages suivants : - une régulation au plus près du chalumeau donc une meilleure précision et une 20 stabilité accrue de la flamme car existence de moins pertes de charge puisque la longueur des conduits de gaz entre chaque vanne et chaque chalumeau est plus faible, - utilisation des mêmes paramètres de régulation quel que soit le nombre de chalumeaux, - un temps de purge réduit lors du passage de la surchauffe à la chauffe, ce qui permet 25 de garantir une qualité de coupe constante et ce, dès l'amorçage en début de coupe, et - une régulation sans nécessité d'opérer des échappements de gaz vers l'atmosphère, donc une sécurité accrue. - une régulation autonome de chaque chalumeau avec éventuellement des consignes identiques ou différentes envoyées auxdits chalumeaux.

30 La machine et le procédé de l'invention sont utilisables pour réaliser une opération de découpe thermique de matériaux métalliques, en particulier un oxycoupage à la flamme de pièces en acier.

Claims

Revendications

1. Machine d'oxycoupage comprenant : - un ou plusieurs chalumeaux (la, lb), - au moins un réservoir-distributeur (2) de gaz contenant du gaz, -un ou des conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, l la, l lb, 12a, 12b) reliant fluidiquement ledit au moins un réservoir-distributeur (2) de gaz à un ou plusieurs chalumeaux (la, lb...), et - un système de régulation (4, 5, 7, 9) contrôlant le transfert de gaz depuis ledit au 10 moins un réservoir-distributeur (2) vers un ou plusieurs chalumeau (1), caractérisée en ce que le système de régulation (4, 5, 7, 9) comprend une ou plusieurs vannes (9) et des moyens de commande (4, 5, 7) de vannes, au moins une vanne (9) étant agencée sur chacun des conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, l l a, l lb, 12a, 12b...) et chaque vanne (9) étant commandée par les moyens de commande de vannes (4,5, 7). 15

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vannes (9) sont agencées, sur chacun des conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, 1la, llb, 12a, 12b...), en aval desdits réservoirs-distributeurs (2) de gaz, Figure 2 20

3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de commande (4,5, 7) de vannes sont aptes à et conçus pour commander individuellement chacun desdites vannes (9).

4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les 25 moyens de commande de vannes (4,5, 7) comprennent une commande numérique ou un pupitre de commande (5), des cartes électroniques (4) et des liaisons électriques (7) reliant, directement ou indirectement, la commande numérique ou le pupitre de commande (5) auxdites vannes (9). 30

5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs réservoirs-distributeurs (2) de gaz, chaque réservoir-distributeur (2) de gaz étant relié fluidiquement à chacun desdits chalumeaux (la, lb) par l'intermédiaire de conduits d'alimentation en gaz (10a, 10b, 1 1 a, 1 lb, 12a, 12b), chaque conduit d'alimentation en gaz(10a, 10b, 1 la, 1 lb, 12a, 12b) comprenant une vanne (9) commandée par les moyens de commande de vannes (4, 7).

6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle 5 comporte de 1 à 12 chalumeaux (la, lb), de préférence de 1 à 8 chalumeaux.

7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins 3 réservoirs-distributeurs (2) de gaz comprenant un premier réservoir-distributeur contenant de l'oxygène de chauffe, un deuxième réservoir-distributeur contenant 10 de l'oxygène de coupe et un troisième réservoir-distributeur contenant au moins un gaz combustible.

8. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs chalumeaux (la, lb). 15

9. Procédé de commande de l'envoi des gaz vers un ou des chalumeaux (la, lb) d'une machine d'oxycoupage selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel : a) les moyens de commande de vannes (4, 7) envoient au moins un signal de consigne à au moins une vanne (9) agencée sur un conduit d'alimentation en gaz (10a, 10b, Il a, 1 lb, 20 12a, 12b) reliant un réservoir-distributeur (2) à un chalumeau (la, lb), et b) une vanne (9) s'ouvre ou, à l'inverse, se ferme de manière à autoriser ou, à l'inverse, empêcher, respectivement, une circulation de gaz depuis le réservoir-distributeur (2) au chalumeau (la, lb), en réponse au signal de consigne envoyé à l'étape a). 25

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsqu'à l'étape a), le signal de consigne est un signal d'ouverture de vanne (9), on opère subséquemment à l'envoi de ce signal de consigne une opération de chauffage ou de coupage d'une pièce métallique avec au moins le chalumeau (la, lb) alimenté en gaz par le conduit d'alimentation en gaz sur lequel est agencée la vanne (9) ayant reçu ledit signal de consigne. 30

11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en que le gaz envoyé au chalumeau (la, lb), après l'envoi d'un signal de consigne d'ouverture de vanne, est de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène, un gaz combustible, ou les deux.