LU87617A1 - Sonde de niveau pour four a cuve - Google Patents

Description

SONDE DENIVEAU POUR FOUR A CÜVE

La présente invention concerne une sonde de niveau pour four à cuve comprenant un pied de sonde suspendu à un câble ou une chaîne attaché à un tambour enrouleur monté dans une carcasse étanche audessus du four et qui communique avec l'intérieur de celui-ci à travers une gaine verticale traversant la paroi supérieure du four, un moteur électrique associé à un réducteur pour actionner le tambour enrouleur, ainsi que des moyens de détection du déroulement et de l'enroulement du tambour enrouleur pour la commande de la vitesse et du couple du moteur.

Ces sondes de niveau, bien connues en soi, sont utilisées pour déterminer le niveau de la surface de chargement d'un four, notamment pour déterminer le début et la fin d'une séance de chargement. Ces sondes doivent répondre à plusieurs impératifs et critères dont les effets sont souvent contraires. En ce qui concerne, par exemple, la vitesse de manoeuvre du pied de sonde pour sa descente sur la surface de chargement et sa remontée, il est souhaitable que la vitesse du tambour soit relativement élevée pour éviter des pertes de temps. Par contre, si la vitesse de descente du pied de sonde est élevée, celui-ci risque de s'enfoncer dans la matière de chargement et de fausser ainsi les résultats de la mesure. Il faut donc déterminer la vitesse du moteur de manière à trouver un compromis raisonnable entre ces deux exigeances.

Un autre problème est celui de l'augmentation du couple exerce sur le moteur lors de la descente du pied de sonde sur la surface de chargement. En effet, au fur et à mesure du déroulement, le poids de la chaîne ou du câble s'ajoute à celui du pied de sonde et cette augmentation du couple avec le même couple de freinage du moteur augmente la vitesse de descente du pied de sonde. Or, c'est justement le contraire qui est souhaité, c'est-à-dire un ralentissement du pied de sonde à l'approche de la surface de chargement pour éviter justement une pénétration dans celle-ci.

ün autre problème est celui qu'il faut prendre les mesures nécessaires pour éviter un renversement du pied de sonde après son contact avec la surface de chargement, c'est-à-dire qu'il faut faire en sorte pour que le pied de sonde reste dressé sur la surface de chargement et descende avec celle-ci sans se renverser, faute de quoi les résultats de la mesure seraient faussés. Par conséquent, lorsque le pied de sonde touche la surface de chargement, il faut augmenter le couple du moteur, en ayant toutefois soins que cette augmentation du couple ne soit pas trop grande pour éviter de remonter le poids.

Pour répondre à ces exigences, on a, jusqu'à présent, utilisé un moteur à bagues avec des résistances rotoriques qui peuvent être branchées et débranchées à volonté pour modifier le couple du moteur.

Lorsqu'il s'agit de descendre le pied de sonde sur la surface de chargement, le couple moteur est ajusté par l'intermédiaire des résistances rotoriques à une valeur déterminée, inférieure au couple de descente développé par le pied de sonde et correspondant à une vitesse de descente déterminée. Pour compenser l'augmentation du couple de descente par suite de l'augmentation du poids du câble en déroulement et maintenir constante la vitesse de descente du pieds de sonde on augmente progressivement le couple du moteur par l'intermédiaire des résistances rotoriques.

Au moment où le pied de sonde touche la surface de chargement, la valeur des résistances rotoriques est diminuée davantage pour augmenter le couple moteur à une valeur suffisante pour maintenir le pieds de sonde dans une position dressée sans toutefois le soulever de la surface de chargement pour lui permettre de descendre avec celle-ci.

Les différentes modifications des résistances rotoriques pour déterminer le couple du moteur sont effectuées automatiquement sous la commande de moyens de détection de la position du pieds de sonde et ceci grâce à un étalonnage prédéterminé qui permet d'ajuster les différents moments de modification des résistances en fonction de la position du pieds de sonde.

Bien que ce système fonctionne depuis des années, il présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients qui se manifestent de plus en plus au fur et à mesure des progrès technologiques. Ainsi, par exemple, l'étalonnage de la sonde et l'ajustement des différentes valeurs des résistances rotoriques est un travail de spécialistes et doit être répété régulièrement vu que les conditions de marche du four entraînent des changements du couple de descente de la sonde non prévisibles à l'avance. Ces changements du couple peuvent être occasionnés par des fluctuations de la température du lubrifiant, l'encrassement du tambour et de la chaîne, l'usure des presse-étoupes des paliers du moteur et du réducteur etc. L'étalonnage et l'ajustement des valeurs des résistances ne peut, en outre, être réalisé que lors d'un arrêt du four. Or, il va de soi qu'un mauvais ajustement des valeurs des résistances entraîne des imprécisions de mesure.

Pour avoir une plage d'ajustement suffisamment large et faciliter ainsi ce travail, tout en tenant compte des variations du rendement de la mécanique, il est nécessaire de prévoir un équipement assez lourd, notamment un pieds de sonde qui pèse entre 100 et 250 kilos. A cause de ce poids élevé, il est nécessaire d'opérer à des vitesses relativement faibles pour éviter une pénétration du pieds de sonde dans la matière de chargement.

Par ailleurs, le moteur à bagues nécessite un entretien régulier à cause de l'usure de ses balais et des bagues rotoriques.

Le but de la présente invention est de prévoir une nouvelle sonde de niveau plus simple et plus légère, qui demande moins d'entretien et qui ne nécessite plus des ajustements et étalonnages réguliers.

Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose une sonde de niveau du genre décrit dans le préambule qui est essentiellement caractérisée en ce que le moteur est un servomoteur dont la vitesse et le couple sont commandés automatiquement en fonction des moyens de détection du déroulement et de l'enroulement du tambour par comparaison de la vitesse réelle du moteur avec des données de consignes dépendants de la position du pieds de la sonde.

L'alimentation du moteur est commandée par un convertisseur statique en fonction d'un transmetteur de vitesse mesurant la vitesse réelle du moteur et sous le contrôle de signaux de consignes fournis par une unité de contrôle en fonction de la position du pieds de sonde détecté par les dits moyens de détection d'enroulement et de déroulement du câble.

Le courant du moteur est commandé par une boucle de régularisation du couple sous le contrôle de valeur de consignes fournis par l'unité de contrôle en fonction de la position du pieds de sonde.

La sonde proposée par la présente invention ne demande plus de réglage sur place car la vitesse de descente du pieds de sonde et le couple moteur sont réglés automatiquement par deux boucles de régulation.

L’entretien peut être réduit puisque le servomoteur ne comporte plus de pièce d'usure.

L'équipement peut être beaucoup plus léger, car le système est plus sensible et permet de travailler avec des poids de l'ordre de quelques kilos. Or, un pieds de sonde plus léger permet d'augmenter les vitesses de manoeuvre.

La sonde proposée par l'invention permet, par ailleurs, d'effectuer des mesures beaucoup plus précises à cause de la compensation automatique des variations du couple de descente.

La consommation d'énergie de la sonde proposée par la présente invention est sensiblement réduite grâce à un équipement plus petit et un meilleur rendement du moteur utilisé.

Dans un mode de réalisation préférée, une butée d'arrêt est prévue dans la gaine pour fixer la position de référence du pieds de sonde qui sert à un calibrage automatique des dits moyens de détection d'enroulement et de déroulement du câble, notamment à la mise à zéro automatique de ces moyens lorsque le pieds de sonde est dans sa position de garage.

Il faut, en effet, rappeler que, à cause des températures élevées régnant audessus de la surface de chargement, le câble ou la chaîne s'allonge, ceci d'autant plus que le poids du pieds de la sonde est élevé. Or, vu que des moyens de détection déterminent la position du pieds de sonde par le degré de déroulement ou d'enroulement du tambour, un allongement du câble ou de la chaîne provoque forcément de fausses mesures. Alors que dans les sondes classiques un tel allongement rendait nécessaire un nouvel ajustement des moyens de détection, ce qui entraînait une intervention locale dans des conditions de travail difficiles. La sonde de niveau selon la présente invention permet un calibrage automatique des moyens de détection par leur remise à zéro.

D'autres particularités et caractéristiques resortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la FIGURE 1 montre un schéma en bloc d'une sonde selon la présente invention; la FIGURE 2 montre schématiquement le système de calibrage automatiquement en position de garage; la FIGURE 3 montre en agrandi des détails de la butée d'arrêt en section verticale et la FIGURE 4 montre une vue en plan des détails de la FIGURE 3.

La FIGURE 1 montre schématiquement un haut-fourneau 10 dont on veut déterminer et surveiller le niveau 12 de la matière de chargement. A cet effet, une sonde de niveau est montée dans la section oblique 14 de la paroi du haut-fourneau 10. La sonde de niveau est essentiellement constituée par un poids ou pieds de sonde 16 attaché à l'extrémité libre d'une chaîne ou d'un câble 18 dont l'autre extrémité est fixée sur un tambour 20 monté dans une carcasse étanche 22 au-dessus de la section oblique 14 de la paroi du four X. Cette carcasse 22 communique avec 1'intérieur du four par une gaine tubulaire verticale 24 fixée dans la section oblique 14 de la paroi du four. Le bord inférieur de cette gaine 24 est en forme d'entonnoir pour permettre la pénétration du pieds de sonde 15 dans la gaine 24 en position de garage.

Pour permettre le démontage du pieds de sonde 16 sans nécessité d'interrompre la marche du four, la gaine 24 comporte une vanne 26 qui permet d'isoler la partie supérieure de la carcasse 22 de l'intérieur du four 10. Lorsque le pieds de sonde 16 est soulevé audessus de cette vanne 26 et après fermeture de celle-ci, le pieds 16 peut être dégagé de la carcasse 22 à travers une porte 28.

Le tambour 20 est actionné par un servomoteur 30 par l'intermédiaire d'un réducteur 32. Le déroulement et l'enroulement du câble 18 sur le tambour 20 sont mesurés par deux détecteurs 34 et 36 qui captent les positions angulaires de l'axe d'entrainement du tambour 20. Le détecteur 34 est un transmetteur de niveau qui fournit les signaux de mesure correspondants au niveau 12 de la surface de chargement, tandis que le détecteur 36 est un sélecteur électro-mécanique à came qui fournit des signaux de commande en fonction de la position du pieds de sonde 16.

Les signaux engendrés par les détecteurs 34 et 36 sont envoyés dans une unité de contrôle 38 qui fournit les signaux de consigne 40 à un convertisseur statique 42 qui, à son tour, commande la vitesse et le couple du servomoteur 30. La vitesse de celui-ci est, par ailleurs, mesurée en permanence et des signaux correspondants sont transmis au convertisseur statique par un transmetteur de vitesse 44. Si dans une position donnée du pieds de sonde 16 mesurée par le transmetteur 34 ou le sélecteur 36 le signal correspondant à la vitesse mesurée du moteur 30 et fourni par le transmetteur 44 ne correspond pas au signal de consigne 40 fourni par l'unité de contrôle 38, le convertisseur statique commande automatiquement une accélération ou une décélération correspondante du servomoteur 30 jusqu’à ce que la vitesse réelle de celui-ci corresponde à la vitesse de consigne pour une position donnée du pieds de sonde 16. Ainsi, les variations de vitesse due aux variations du couple de descente du pieds de sonde 16 sont compensées automatiquement par la boucle de régulation sans nécessité d'ajustement ou de calibrage supplémentaire.

Lorsque, lors de la descente du pieds de sonde 16, celui-ci touche la surface de chargement 12 le courant de freinage du servomoteur 30 tombe à une valeur très faible, ce qui est facilement détectable par le convertisseur statique 42. Cette chute du courant de freinage provoque une commutation automatique de la boucle de régulation de vitesse sur une boucle de régulation 46 du couple moteur. La consigne de ce couple est fournie par l'unité de contrôle 38 et est transmise automatiquement au servomoteur 30 par le convertisseur statique 42 en alimentant le moteur avec un courant électrique approprié déterminé pour que le pieds de sonde 16 reste dressé sur la surface 12 sans être remonté de celle-ci. A partir de ce moment le pieds de sonde 16 peut descendre avec la surface de chargement 12 pour fournir par le transmetteur de niveau 34 une mesure permanente du niveau 12. Si celui-ci descend endessous d'une valeur prédéterminée le pieds de sonde 16 doit être remonté dans la gaine 24 afin de commencer une séance de chargement du four 10. En vue de cette remontée le convertisseur statique augmente automatiquement, sous la consigne de l'unité 38 le courant du servomoteur 30 à une valeur nécessaire pour pouvoir remonter le pieds de sonde.

A l'approche de l'entonnoir de la gaine 24, détectée par le sélecteur 36 le couple du servomoteur 30 est automatiquement réduit pour ralentir la remontée du pieds de sonde 16 et faciliter son arrêt dans la position de garage dans la gaine 24.

Si, en vue d'un sondage, après une séance de chargement, on connaît approximativement le nouveau niveau de chargement par la quantité de matière introduite dans le four, il est possible de descendre le pieds de sonde 16 à une vitesse relativement élevée et de ralentir automatiquement la descente à l'approche du niveau de chargement 12.

On va décrire maintenant en référence simultanée aux FIGURES 2 à 4 un système avantageux de calibrage automatique du système de régulation afin d'ajuster celui-ci à des allongements éventuels du câble ou de la chaîne 18. A cet effet, on a prévu dans la gaine 24 à un niveau correspondant au sommet du pieds de sonde 16 lorsque celui-ci se trouve dans la position de référence, une butée 48 pouvant être constituée de deux traverses comme représenté sur la FIGURE 4. Cette butée 48 est montée sur un axe de pivotement horizontal 50 de manière à pouvoir être pivotée, soit par action manuelle, soit à l'aide d'un moteur, entre une position opérative horizontale, représentée en traits pleins sur la FIGURE 3 et une position non opérative verticale représentée en traits interrompus. Diamétralement opposé à l'axe de pivotement 50 se trouvent des arrêts mécaniques 52 sous forme de cornière évitant un écartement des traverses de la butée 48 dû à la partie conique supérieure du pieds de sonde lors du contact de ce dernier avec les traverses en cas de calibrage.

En fonctionnement normal, la butée 48 se trouve en position horizontale.

Après un certain nombre d'heures de fonctionnement de la sonde, par exemple chaque semaine, et vu les températures élevées dans lesquelles le pieds de sonde et la chaîne ou le câble doivent travailler, il est important de vérifier l'allongement de l'élément de suspension 18 du pieds de sonde et si nécessaire refaire une mise à zéro des transmetteurs de niveau.

A cet effet, le pieds 16 est remonté à vitesse réduite au-delà de ce qui était affiché erronément comme position de garage, jusqu'à ce qu'il touche les deux traverses de la butée 48, ce qui est détecté par le transmetteur de vitesse 44 du servomoteur, qui indiquera "vitesse zéro", ou par une augmentation du courant, détectée par le convertisseur statique 42.

Dans cette position, l'opérateur peut commander automatiquement un nouveau calibrage du système de manière que la position occupée par le pieds de sonde 16, comme représentée sur la figure 3, soit effectivement la position de référence et corresponde à la valeur zéro du transmetteur de niveau 34.

En cas de démontage du pieds de sonde 16, la butée 48 se trouve en position non opérative telle que représentée en traits interrompus pour permettre le passage du pieds de sonde.

Claims (5)

1. Sonde de niveau pour four à cuve comprenant un pieds de sonde (16) suspendu à un câble ou une chaîne (18) attachée à un tambour enrouleur (20) monté dans une carcasse étanche (22) audessus du four (10) et qui communique avec l'intérieur de celui-ci à travers une gaine verticale (24) traversant la paroi supérieure du four, un moteur électrique (30) associé à un réducteur (32) pour actionner le tambour enrouleur (20), ainsi que des moyens (34, 36) de détection du déroulement et de l'enroulement du tambour enrouleur (20) pour la commande de la vitesse et du couple du moteur, caractérisée en ce que le moteur est un servomoteur (30) dont la vitesse et le couple sont commandés automatiquement en fonction des dits moyens de détection (34, 36) par comparaison de la vitesse réelle du moteur (30) avec des données de consigne dépendant de la position du pieds de sonde (16).

2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'alimentation du servomoteur (30) est commandée par un convertisseur statique (42) en fonction d'un transmetteur de vitesse (44) mesurant la vitesse réelle du servomoteur (30) et sous le contrôle de signaux de consignes fournis par une unité de contrôle (38) en fonction de la position du pieds de sonde (16) détectée par les dits moyens de détection (34, 36) de l'enroulement et de déroulement du câble.

3. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que le courant du servomoteur (30) est commandé par une boucle (46) de régulation du couple sous le contrôle de valeurs de consigne fournies par l'unité de contrôle (38) en fonction de la position du pieds de sonde (16).

4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par une butée d'arrêt (48) dans la dite gaine (24) pour fixer la position de référence du pieds de sonde (16), ladite position étant détectée par le signal "vitesse zéro" donné par le transmetteur de vitesse (44). et qui sert à un calibrage automatique desdits moyens (34, 56) de détection et d'enroulement du câble (18).

5. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée par une butée d'arrêt (48) dans ladite gaine (24) pour fixer la position de référence détectée par l'augmentation du courant donnée par le convertisseur statique (42) et qui sert à un calibrage automatique desdits moyens (34, 36) de détection et d'enroulement du câble (18).