LU84303A1 - Procede et dispositif de commande du mouvement d'une goulotte oscillante et application a une installation de chargement d'un four a cuve - Google Patents
Procede et dispositif de commande du mouvement d'une goulotte oscillante et application a une installation de chargement d'un four a cuve Download PDFInfo
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Description
t - 1 - , Procédé et dispositif de commande du mouvement d'une » goulotte oscillante et application à une installation de chargement d'un four à cuve 5 La présente invention concerne un procédé de com mande du mouvement d'une goulotte oscillante pouvant pivoter i 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 10 concentriques ou une spirale autour d'un axe vertical.
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.
15 La demande de brevet luxembourgeois No 83.280 pro-
Ipose 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”.
' 20 La demanderesse a constaté, lors de récents tesrs
Iet expériences sur un prototype de ce genre que les couches de matières déposées au moyen d'une goulotte oscillante A présentent des irrégularités dans l'épaisseur de dépôt. £i ‘ l'on ne considère qu'une seule couche, ces irrégularités 25 n'auraient pas de conséquence néfaste sur le chargement 5'un four à cuve. Malheureusement, ces irrégularités se prod'-i-. ’ sent, pour chaque couche déposée, aux mêmes endroits corres pondant à des positions angulaires précides de la goulotre, , de sorte qu'il y a un effet d'accumulation de couche en ciu- 30 ehe qui aboutit finalement à un niveau de chargement en farme de selle. Il a également été constaté que ce défaut n'err i -· (pas propre au dispositif tel que proposé dans la demande le brevet précitée, mais qu'il se produit de façon plus ou moins prononcée pour tous les dispositifs de chargement arec 35 suspension de la goulotte du type "cardan", quel que seile moyen d'entraînement et de commande, p La raison en est que ces genres de goulotte de iis- H tribution subissent deux fois au cours de chaque révolui-cn, p ceci à des endroits diamétralement opposés et bien déterr._nés, h- - 2 - 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 5 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 10 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.
Le but de la présente invention est de prévoir un 15 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 20 four à cuve.
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 25 de la position angulaire de la goulotte.
Les positions angulaires de la goulotte dans les-, ’ quelles se produisent les pivotements qui entraînent les irrégularités de dépôt peuvent être déterminées expérimenta-, lement ou par calcul. Connaissant ces positions angulaires, 30 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.
La régulation de la vitesse angulaire du mouvement 35 de la goulotte est effectuée selon un mode d'exécution préféré, d'après la formule £J 1 = — * f ( ÙC + A IC) —i e «Λ m % - 3 -
Avantageusement, pour augmenter l'uniformité du dépôt, on procède de la manière suivante par itération : U', 2 :i^l . f ( OC + AOC) e m 5 Dans ces formules : 1, 1^2 représentent les vitesses angulaires corrigées, îJq représente la vitesse angulaire non corrigée, em représente une fonction de la position angulaire.
D'autres particularités et caractéristiques de 10 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 15 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 vi-20 tesse angulaire.
La figure 5 montre un schéma synoptique d'un circuit de commande. Λ
Les figures 1 et 2 montrent une goulotte de distribution oscillante 10 dans une position angulaire bien déter-25 minée, dans laquelle elle occupe une inclinaison jb (voir figure 2) par rapport à un axe vertical 0 et une position angulaire X (figure 1) par rapport à un axe horizontal de rëféi-ence, par exemple, l'axe X. On supposera eue la goulotte, dans cette inclinaison (b est animée d'un mouvement 30 giratoire, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de l'axe 0 avec une vitesse angulaire ü pour effectuer un dépôt annulaire de la matière de chargement sur le lit de J A/ fusion, la relation étant donc ^ = -37—.
dt
La référence 12 désigne un dépôt annulaire de ma-35 tiëre lorsque la goulotte 10 tourne autour de l'axe 0 avec une inclinaison . La référence 14 désigne la projection horizontale de la trajectoire circulaire de l'extrémité inférieure de la goulotte 10.
**, Cette matière de chargement déversée par la gou- - 4 - lotte possède par conséquent une trajectoire de chute 16 avec une composante verticale et une composante angulaire à cause de O . Autrement dit, la matière de chargement ne tombe pas au point que vise la goulotte au moment précis où 5 la matière quitte cette goulotte. Ceci est illustré sur la figure 1.
En supposant qu'une particule quitte la goulotte lorsque celle-ci se trouve dans la position angulaire VÙ et que la goulotte poursuit son mouvement giratoire à la vitesse 10 60 dans le sens des aiguilles d'une montre, l'impact de cette particule se produit lorsque la goulotte occupe, par exemple, une position angulaire alors que le point d'im pact 18 de cette même particule se trouve quelque part entre les deux positions DÎ. et y* , par exemple, dans la position 15 bù + Δθί. Autrement dit, il existe un décalage angulaire A & * 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 &0{_ est, non seulement fonction de la granulométrie de la matière, mais également de sa vitesse 20 de chute, c'est-à-dire crue 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 AbC .
C'est le phénomène qui se produit pour toutes les 25 goulottes de distribution oscillantes avec suspension à cardan qui, comme déjà dit plus haut, subissent lors de cha-. que révolution, deux pivotements autour de leur axe longi tudinal et modifiant de ce fait le frottement entre la matière de chargement et la paroi de la goulotte. Cette modi-30 fication du frottement accélère ou ralentit la chute des particules.
Lorsqu'il y a accélération, le décalageΔ#- diminue jusqu'à, par exemple A^- - £ , ce gui tend à provoquer une augmentation de l'épaisseur du dépôt à un endroit se trouvant 35 décalé d'un angle àK. - £ de la position angulaire de la goulotte où s'est produit ce pivotement. De même, lorsqu'il y a ralentissement, le décalage Δ ^ devient A K + 6. , ce qui provoque une diminution de l'épaisseur du dépôt de la matière. Ce ralentissement se produit à la fin de la phase de pivote- - 5 - ment et la diminution d'épaisseur se trouve, par conséquent, décalée d'un angle /3bC+£ de la position angulaire dans laquelle s'achève le pivotement de la goulotte.
La figure 3 montre, en coordonnées polaires, 5 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.
La courbe em représente l'épaisseur moyenne optimale calculable par exemple d'après le contenu d'un réservoir 10 de stockage et la surface du lit de fusion. Cette épaisseur | " étant uniforme, la courbe représentant e est forcément un j cercle.
j La courbe representee par er est l'épaisseur réelle d'une couche déposée par une goulotte oscillante animée d'un 15 mouvement giratoire à vitesse angulaire constante 03^ et î . affectée des irrégularités décrites ci-dessus. L'épaisseur pour chaque position angulaire OC est représentée par la longueur du vecteur ~e. La courbe er, dont le contour a été volontairement exagéré, laisse reconnaître deux positions à 20 épaisseur maximale aux points E se trouvant aux positions angulaires de 0υ et 180 , ainsi que deux positions à épaisseur minimale aux points E . se trouvant respectivement
r-mm - A
aux positions angulaires de 90° et 270°. · *
La figure 4 est un diagramme polaire analogue à 25 celui de la figure 3, mais pour la représentation des vites-ses angulaires U). Ainsi <0^ est la vitesse angulaire cons-I , tante pour le dépôt de la couche irrégulière réelle e de r la figure 3.
I La courbe cü est une courbe de vitesses comoen- 1 c .
30 sées obtenue par la modification de la courbe ùJ selon la formule [i ΐΑ3„(α)=^0.ί(#+,4Κ)=ω,(Ο c -g 1 I m j La vitesse angulaire pour chaque position angulaire 35 est représentée par la longueur uJ. jS Dans cette formule : ί - i^c ~ vitesse angulaire modifiée = vitesse angulaire non modifiée qui engendre er ^ f = est une fonction de ^ et de L)L, c'est-à-dire des £ r_·'— c - 6 - paramètres déterminants de la modification de la vitesse angulaire.
La fonction f est définie nar f ( ) = e ( K ) = épaisseur mesurée avant compensation.
5 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.
La courbe eQ de la figure 3_ correspond à la courbe 10 U) de la figure 3, c'est-à-dire l'épaisseur de la couche k c déposée en modifiant la vitesse angulaire selon la formule ci-dessus. La courbe e est bien entendu décalée d'un an- c gle par rapport à la courbe pour tenir compte du temps de chute.
15 L'effet de cette compensation de la vitesse angu laire selon la figure 4 est que la couche e^ 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 20 à des augmentations de l'épaisseur du dépôt selon la courbe e^ et plus lentement aux positions angulaires correspondant à des épaisseurs de dépôt plus faibles de la courbe er, on Ä tend à réduire les irrégularités d'épaisseur de la couche déposée.
25 L'explication mathématique de la formule de compen sation est la suivante :
Soit er {où) l'épaisseur de la couche pour k) = constant et présentant les irrégularités dues au pivotement;
Soit ev ( fld ) l'épaisseur de la couche pour £<Jc = 30 variable sans considération des irrégularités dues au pivotement.
e {Ot ) = e ^0 V * üùc {Z-âbC) L'épaisseur théorique moyenne résultant de la 35 superposition des deux phénomènes est _ e = fev («.) . er (*)' OÖ ï ‘ m -T--- . e 'on f - er (K-AûC+^ût) em - 7 - = 1/1 . e ^ y m m = e m 5 Autrement dit, l'épaisseur compensée se rapproche de l'épaisseur uniforme idéale e .
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 10 et d'effectuer une compensation plus fine suivant la formule : 02 = * f (* + m et éventuellement ainsi de suite.
15 La détermination de 02> · · · est effectuée soit | * par des tests soit Dar calcul, car les paramètres interve- nant dans cette détermination peuvent être mesurés ou cal-j culés.
Etant donné que ûC est fonction de fî> et de la gra- ; 20 nulométrie de la matière de chargement, les vitesses angu- ( laires compensées Cd^, ... peuvent être déterminées pour différentes inclinaisons et pour différentes granulométries.
Ces différentes valeurs de la vitesse angulaire ! 25 compensée peuvent être mémorisées dans un micro-ordinateur | pouvant calculer, à chaque instant, par interpolations li- | ‘ néaires la valeur exacte de la vitesse angulaire compensée de la goulotte.
; La figure 5 représente un schéma synoptique d'un I 30 mode de réalisation d'un circuit de commande pour la compen- ; sation de la vitesse angulaire de la goulotte.
I Le micro-ordinateur dont question ci-dessus, est | représenté par la référence 10. Ce micro-ordinateur reçoit | des informations concernant l'inclinaison ß> et la nature \ 35 de la matière de chargement pour le calcul des vitesses an gulaires compensées.
! Un moteur 12 d'entraînement de la goulotte est i | r assujetti aux signaux de commande d'un variateur de vitesses ί . angulaires 14 comprenant, entre autres, un comparateur i - 8 - intégré.
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 angu- 5 laire et un détecteur de position, ces deux détecteurs pou- (3 y.
vant toutefois être combinés, vu que Û - -gg- .
Le détecteur de vitesses angulaires 18 engendre à chaque instant des signaux correspondant à la vitesse ‘ réelle 0^ et envoie ces signaux au variateur de vitesse 14.
10 De même, le détecteur de position engendre, à chaque instant, des signaux correspondant à la position angulaire OC de la goulotte de distribution et envoie ces signaux au microordinateur 10. Ce micro-ordinateur 10 calcule, à chaque instant, sur base des informations reçues, c'est-à-dire 15 {h et les paramètres correspondant à la nature de la ' matière de chargement, la vitesse angulaire compensée , grâce aux formules ci-dessus. Des signaux correspondant à la vitesse angualire Üc calculés par le micro-ordinateur 10 sont envoyés dans le variateur de vitesse angulaire 14. Le 20 comparateur intégré de celui-ci compare à chaque instant la vitesse angulaire compensée à la vitesse angulaire réelle où dont il reçoit l'information du détecteur 18 et,A suivant le résultat de cette comparaison, le moteur d'entraînement 12 sera accéléré ou ralenti.
25 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 30 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 35 /paire de vérins hydrauliques.
Λ
Claims (5)
1. Procédé de commande du mouvement d'une gou-lotte oscillante pouvant pivoter autour de deux axes ortho- 5 gonaux 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 10 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
15 LJj ^ * f ( OC + AOC) , m dans laquelle : U)± est la vitesse angulaire modifiée {J est la vitesse angulaire non modifiée de la courbe e^ et 2U f est une fonction de (C et de ΔAf, 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 détermi- 25 nées par itérations progressives selon la formule Cj 9 = — · f ( tL + âtt) e * IT·
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les valeurs compensées , UJ^r . . . 30 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 extrapolation linéaire entre les valeurs mémorisées.
5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé 35 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 - y - angulaire réelle (O ) à la vitesse compensée ( O ) déter- r e minée par ]e 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. 5 6. - Application du dispositif selon la revendi cation 5 et du procédé selon les revendications 1 à 4 à une installation de chargement d'un four à cuve. » "y a » b
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