Brevet FR2452696A1 — publié le 19801024

L'invention concerne les techniques de contrôle des paramètres des-matériaux pulvérulents lors de leur mouvement dans des trémies et des conduites, et a notamment pour obJet un procédé de contrtle de la régularité du débit d'un flux de matériau pulvérulent et un dispositif pour la mise en oeuvre-de ce procédé. L'invention peut être utilisée dans toutes les branches de l'industrie dans lesquelles on utilise des matériaux pulvérulents, par exemple dans le briment pour la préparation des mortiers, dans l'industrie alimentaire, dans l'agriculture, dans les industries houillère, chimique, pharmaceutique, dans l'industrie des minerais, dans l'industrie d'extraction de pétrole et de gaz pour le forage de trous. I1 nly a pratiquement aucune branche de l'industrie où lton n'utilise pas des matériaux pulvérulents quelconques. Ils sont utilisés, le plus-souvent, sous forme d'un ou de plusieurs constituants pour la préparation de solutions, pulpes et suspensions. Ainsi, par exemple, lors de la fabrication de boue pour la consolidation des trous de forage, on prépare d'une manière centralisée des mélanges à plusieurs constituants à partir de ciment et de différentes additions (réactifs chimiques, plastifiants).Ensuite on les mélange avec un liquide de gâchage. Pour la préparation du mélange à plusieurs constituants il faut observer strictement la proportion des constituants, ce qui nécessite, à son tour, un dosage précis de chaque.constituant. Il faut assurer une proportion précise des constiy tuants au cours de la préparation des mortiers. Quand on prépare une boue de forage sous forme d'un mélange de poudre d'argile avec de lieu7 la concentration de la phase solide dans la phase liquide ne dépasse pas, ordinairement, 10:100 (en unités pondérales). Suivant les exigences du contrtle métrologique, l'erreur de mesure du débit du matériau en poudre ne doit pas excéder 2%, ce qui correspond à 0,02 g/cm3 en unités de densité de la boue de forage. Aucun des doseurs connus, largement employés actuellement, n'assurent cette précision de dosage. Surtout, les exigences auxquelles doit satisfaire le dosage dans l'industrie pharmaceutique sont très sévères lors de la fabrication de médicaments. A l'heure actuelle on emploie habituellement, pour la mesure du rapport entre les constituants pulvérulents et le liquide à doser, des concentratomètres et des densimètres. On connait le procédé piézométrique de mesure de la concentration d'une phase solide dans une phase liquide consstant à immerger dans la boue de forage à contrtler, des tubes piézométriques, jusqu'à différentes profondeurs. On introduit ensuite dans les tubes des bulles d'air. D'après la différence de contre-pression à l'introduction de l'air on détermine la concentration de la phase solide dans la phase liquide (I.P. Glybine "Densimètres automatiques", "Technique'1, Kiev, 1965). Avec une haute précision de mesure de la concentration par le procédé piézométrique, la boue de forage à contrtler se charge d'air. On connait un procédé électrocinétique de mesure de la concentration de particules solides dans un liquide, qui consiste à mesurer le potentiel électrocinétique du flux de solution se produisant lors du déplacement des particules solides dans les milieux liquides (brevet d'invention No. 594439, le 18 Octobre 1976, bulletin Découvertes, inventions, modèles industriels et labels", No. 7 1978). Cependant, ce procédé trouve une application limitée et s'utilise seulement dans le flux de la solution. On connait des procédés de mesure du débit d'un matériau pulvérulent par évaluation continue du poids et du volume des portions à doser. La mise en oeuvre de tous ces procédés connus est très difficile et les dipositifs pour leur mise en oeuvre sont de construction complexe, encombrants et n'assurent pas la précision voulue. La complexité du problème réside en ce que les matériaux pulvérulents sont, pour la plupart, hygroscopiques. Ils ont un haut coefficient de frottement intérieur, s'agglutinent et se tassent en cours du stockage et du dosage, et se collent en mottes et en agrégats sous l'action des forces de cohésion moléculaire; Tout ceci aboutit à ce que I'écoulement du matériau pulvérulent se fait irrégulièrement au cours du dosage, avec un grand degré de dispersion. Cela entraîne, à son tour, l'altération de la qualité des solutions, pulpes et suspensions préparées, par suite du changement périodique, dans le temps, de la concentration de la poudre. L'absence d'un contrôle de la régularité du débit des matériaux pulvérulents aboutit à une consommation excessive du matériau, car, du fait de son écoulement irrégulier depuis la trémie d'alimentation, la quantité de matériaux dosés peut outre supérieure à celle prévue par le réglement technologique. Une quantité insuffisante de matériau dans le liquide de gachage nuit à la qualité de la solution préparée. C'est pourquoi il est plus utile de contrer non pas la teneur en phase solide du mélange déjà préparé et non pas le débit du matériau pulvérulent au cours de son dosage, mais directement la régularité du débit (de l'écoulement) du matériau pulvérulent depuis la trémiedoseuse. Le contrtle de ce paramètre permet de déterminer instantanément l'écart du débit du matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue, et de prendre des mesures pour la suppression de cet écart, ainsi que d'utiliser des systèmes de régulation automatique pour le déroulement du processus de dosage du matériau pulvérulent dans des conditions optimales. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de contrôle de la régularité d'un débit, qui permettrait d'assurer un contre précis de la régularité ai débit d'un matériau pulvérulent au cours de son dosage, et un dispositif qui permettrait d'effectuer le contrtle de la régularité du débit de la poudre tout en étant de conception peu compliquée et hautement fiable en fonctionnement. Ce problème est résolu en ce que le procédé de contre de la régularité du débit d'un flux de matériau pulvérulent est caractérisé, suivant l'invention en ce qu'on soumet, le matériau pulvérulent à l'action du champ électrique d'un courant continu haute tension pour la formation sur ses particules d'une charge superficielle, on fait passer le matériau pulvérulent aveccharge à travers le champ électromagnétique dont la valeur est enregistrée en continu et on détermine d'après la variation du champ électromagnétique la valeur de l'écart du débit ai matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue. Cela permet, enpremier lieu, d'augmenter la précision grâce au contre de la régularité non seulement du flux, mais aussi des particules individuelles du matériau pulvérulent. En deuxième lieu, le procédé proposé permet, gracie à la précision du contrtle, de réduire la consommation de matériau en poudre et d'élever la précision de leur dosage, ce qui aboutit, en fin de compte, à l'amélioration de la qualité des solutions préparées avec ces poudres. Il est avantageux de créer la polarité du champ électrique en fonction de la charge propre des particules de matériau pulvérulent, et d'établir la valeur de l'intensité du champ en fonction de la dimension des particules du matériau pulvérulent. En même temps, il est nécessaire de contrôler le débit du matériau pulvérulent à particules possèdant une charge négative propre en faisant agir sur ces dernières un champ électrique haute tension créant sur la surface des particules une charge négative et de contrtler le débit du matériau pulvérulent à particules possèdant une charge nulle ou positive, en faisant agir sur ces dernières un champ électrique haute tension créant sur la surface des particules une charge positive. Cela permet d'élargir le domaine d'utilisation du procédé et de contrt7er le débit de materi2uEpulvérulents ayant différentes compositions minéralogiques et granulo- métriques et différentes propriétés électriques. En plus, l'action exerce sur le matériau pulvérulent par le champ électrique améliore les conditions de son mouvement à travers la tubulure de sortie, car les particules possèdant une charge de mme signe se repoussent et les forces de répulsion dépassent les forces de cohésion moléculaire des particules, le coefficient de frottement intérieur des particules se trouvant ainsi diminué. Le procédé proposé peut tItre mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif qui, suivant l'invention, comporte une bobine d'inductance placée coaxialement à une tubulure de sortie exécutée en matériau diamagnétique, et dont l'enroulement primaire est connecté à une source de courant continu, et l'enroulement secondaire, on enroulement de mesure, à un indicateur ; ainsi qu'au moins deux électrodes branchées sur la source de courant haute tension, l'une desdites électrodes étant placée dans la- masse du matériau pulvérulent. Une telle construction permet de contrtler de la manière la plus simple la régularité du débit d'une poudre. Elle se caractérise par une haute fiabilité et une grandc s*reté de fonctionnement, tout en ne comportant qu'un nombre minimal d'éléments constitutifs. Le procédé et le dispositif proposés pour le contre de la régularité du débit dYun matériau pulvérulent permettent, avec diminution simultanée des frais de production, d'augmenter la précision du contrtle et d'améliorer par conséquent la qualité des mélanges préparés grâce à l'augmentation de la précision du dosage des poudres. Dans ce qui suit, 11 invention est expliquée par la description détaillée d'un mode de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé qui montre schématiquement le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé proposé. Pratiquement, tous les matériaux pulvérulents ont des propriétés électromagnétiques ou les acquièrent lorsque les particules solides du matériau sont soumises à l'action d'uni champ électrique de courant haute tension. En fonction de la composition minéralogique du matériau, ses particules peuvent acquérir soit une charge positive, soit une charge négative. Ainsi, par exemple, ai des particules de poudre d'argile, comprenant dans leur couche de diffusion des ions de métaux bivalents ou à plus grand nombre de valences, liés faiblement à la couche de diffusion extérieure, sont placées dans la zone d'une électrode à couronne chargée positivement, ces particules acquièrent une charge négative. Lors de l'introduction d'un matériau pulvérulent possèdant une charge sensiblement nulle, par exemple la barytine en poudre, dans la zone d'une électrode à couronne chargée négativement, les particules de ce matériau acquièrent une charge négative sous lteffet de l'excès d'électrons. Les matériaux pulvérulents ayant dans leur réseau cristallin des électrons faiblement liés et placés dans la zone d'une électrode à couronne chargée positivement acquièrent une charge positive. On établit la valeur de la tension du champ en fonction de la dimension des particules. Plus les particules sont petites, c'est-à-dire plus leur surface spécifique est grande, plus la tension à l'électrode à couronne doit entre élevée. Plus les particules sont grandes, plus la tension doit entre faible. Lors du mouvement (écoulement) d'un matériau pulvérulent ayant des propriétés électromagnétiques à travers un champ électromagnétique de courant continu, le flux du matériau pulvérulent induit une force électromotrice supplémentaire dans l'enroulement secondaire de la bobine d'inductance. En conséquence, les lignes de force du champ électromagnétique se rapprochent du flux de matériau pulvérulent. En cas de rupture du flux de matériau pulvérulent ou d'une modification de sa section, ce qui doit avoir lieu en cas d'irrégularité du débit du matériau pulvérulent, il se produit une modification de la configuration des lignes de force magnétiques et de leur concentration à proximité du flux Cela peut btre déterminé par des procédés connus de mesure de l'induction magnétique du champ glectro- magnétique. De la sorte, si l'on soumet le matériau pulvérulent à l'action d'un champ électrique haute tension pour la formation, sur les particules, d'une charge superficielle, et si l'on fait passer ce matériau à travers un champ électromagnétique dont la valeur est enregistrée en continu on peut déterminer d'après la modification du champ électromagnétique la valeur de écart du débit du matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue. Les avantages du procédé décrit seront mieux compris à la lecture de l'exemple concret suivant de réalisation du dispositif mettant en oeuvre ledit procédé. -Le dispositif pour le contre de la régularité- du débit d'un matériau pulvérulent comporte une bobine d'inductance 1 placée coaxialement à la tubulure de sortie 2 d'une trémie 3. La tubulure de sortie 2 est réalisée en matériau diamagnétique. L'enroulement primaire 4 de la bobine 1 est connectée à une source de courant continu (non représentée sur la figure) et l'enroulement secondaire 5, qui est celui de mesure, est relié à un indicateur 6. Une électrode à couronne 7, reliée à l'un des piles d'une source 8 de courant continu haute tension, est placée dans la trémie 3 contenant le matériau en poudre. L'autre p81e de la source 8 est relié au corps de la trémie 3, jouant le r81e d'une deuxième électrode Le dispositif fonctionne de la manière ci-après. Avant le dosage du matériau pulvérulent depuis la trémie 3, on enclenche la source de courant continu 8. Dans la masse du matériau pulvérulent, près de l'électrode 7, il se produit une décharge, de sorte que les particules du matériau se chargent positivement ou négativement, c'est-à-dire qu'elles acquièrent des propriétés électromagnétiques. Les particules possèdant une charge de mime signe se repoussent, ce qui détruit les mottes et les agrégats qui se sont formés sous l'action des forces de cohésion moléculaire. Le coefficient de frottement entre les particules diminue, ce qui améliore lès conditions de mouvement du matériau pulvérulent. Pour ledorsage, on règle le débit du matériau à travers la tubulure de sortie 2 en modifiant, par exemple, l'orifice ds sortie de la tubulure 2'à l'aide d'une vanne (la vanne n'est pas montrée sur la figure).Lorsque les particules chargées arrivant de la trémie se déplacent dans la tubulure i sortie 2 en formant un flux regulier-, c'est- à-dire suivant un débit constant, ce flux de matériau pulvérulent joue le rôle d'un conducteur de courant. Lors du branchement de l'enroulement primaire de la bobine d'inductance sur la source de courant continu, il se crée dans l'enroulement secondaire 5 un champ électromagnétique dont les lignes de force se zepatissent régulièrement autour de la tubulure de sortie 2. Pendant le mouvement du matériau pulvérulent, ces lignes de force sont traversées par le flux de partiules chargées. En conséquence, dans 11 enroulement secondaire ffie la bobine est induite une force électromotrice qui est affichée par l'indicateur 6. Si, au cours du dosage du matériau pulvérulent, son débit se modifie, cela entrain une modification de la densité du flux de matériau pulvérulent et par conséquent une variation de la valeur de la force électromotrice dans l'enroulement secondaire 5 de la bobine d'inductance 1. Dans le cas d'un matériau pulvérulent possèxiant des propriétés magnétiques (hématite, magnétite, ferrite en poudre), il n'est pas nécessaire de faire agir sur lui un champ magnétique électrique. On établit la polarité du champ électrique en fonction de la charge propre des particules de matériau pulvérulent Si, dans la trémie, se trouve un matériau chargé négativement (poudre d'argile), on raccorde l'électrode 7 au pOle négatif de la source 8. Si le matériau pulvérulent possède une charge nulle ou positive (par exemple, barytine) 11 électrode 7 doit être raccordée au ple positif de la source 8 de courant continu On établit l'intensité du champ électrique suivant la dimension des particules de matériau pulvérulent. Plus les particules de matériau pulvérulent sont petites, c'est-à-dire plus leur surface spécifique est grande, plus la tension à l'électrode à couronne doit être élevée, et vice versa. De la sorte, d'après le changement de l'inductance du champ magnétique on peut Juger de l'écart du débit du matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue. On donne c1-près un exemple concret mais non limitatif de mise en application du procédé proposé de contre de la régularité du débit d'un matériau pulvérulent. On a utilisé, en qualité dt matériau pulvérulent, une poudre d'argile qu'on a chargée dans la trémie doseuse. Le diamètre moyen des particules de poudre d'argile était de 35 microns. Lors du dosage ordinaire, le débit de la poudre d'argile se faisait irrégulièrement avec écart de t 10% par rapport au débit voulu G = 2 ig/S. On mesurait le débit à l'aide d'vine balance de laboratoire automatique. Afin de contrôler le débit du matériau, on l'a soumis, conformément à l'invention, à l'action dun champ électrique. A cet effet, on a placé dans la masse de poudre une électrode à couronne connectée au pEle positif d'une source de courant continu haute tension, de l'ordre de 40 kV. L'autre ptre de la source de courant était relié au corps de la trémie. On a placé sur la tubulure de sortie de la trémiedoseuse une bobine d'inductance à deux enroulements. L'un des enroulements de cette bobine était branché sur une source de courant continu de 60 V, l'autre enroulement étant relié à un indicateur (un appareil ordinaire pour la mesure de l'inductance). Lors de l'écoulement, depuis la trémie-doseuse, du matériau pulvérulent (traité au préalable dans le champ de courant électrique) à raison de 2kg/s, la force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire de la bobine était de 93 my. Pour une modification de 10% du débit de poudre d'argile en provenance de la trémie-doseuse, la force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire de la bobine a été de 84 mV. De la sorte, un écart de 10% du débit de poudre d'argile par rapport à la valeur voulue a provoqué une modification de la force électromotrice induite de 9 mV. Comme il résulte de l'exemple donné, on peut, avec une grande précision, juger d'après la modification de la force électromotrice de l'écart du débit du matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue. L'emploi du procédé et du dispositif conformes à l'invention pour le contrtle de la régularité du débit d'un matériau pulvérulent permet dwaugmenter notablement la précision du contrtle et de diminuer sensiblement, gracie à l'élévation de la précision du dosage, la consommation des matériaux pulvérulçffts de 10 - 15%. En conséquence, la qualité des différentes solutions préparées à partir de ces matériaux se trouve amélicrae, les frais matériels pour l'entretien du dispositif se trouvent diminués grace à l'exclusion des mécanismes de travail et des pièces, et la durée de service du dispositif augmente gracie à sa fiabilité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la régularité du débit d'un flux de matériau pulvérulent, caractérisé en ce qu'on soumet le matériau pulvérulent à l'action d'un champ électrique de courant continu haute tension pour créer sur ses particules une charge superficielle, et on fait passer le matériau pulvérulent ainsi chargé à travers un champ électromagnétique dont la valeur est mesurée en continu, ce qui permet de déterminer, d'après la modification du champ électromagnétique, l'écart du débit du matériau pulvérulent par rapport à la valeur voulue. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la polarité du champ électrique est établie en fonction de la charge propre des particules de matériau pulvérulent, et l'intensité du champ est établie suivant la dimension des particules de matériau pulvérulent. 3. Procédé conforme à 1 'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le débit d'un matériau pulvérulent dont les particules possèdent une charge négative propre, est contrôlé en faisant agir sur elles un champ électrique haute tension créant sur la surface des particules une charge négative. 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le débit d'un matériau pulvérulent dont les particules possèdent une charge nulle ou positive est contrôlé en faisant agir sur elles un champ électrique haute tension créant sur la surface des particules une charge positive. 5. Dispositif pour le contrôle de la régularité du débit d'un matériau pulvérulent, arrivant par exemple d'une trémie d'alimentation et passant par une tubulure, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine d'inductance placée coaxialement à la tubulure de sortie, celle-ci étant fabriquée en matériau diamagnétique; une source de courant continu connectée à l'enroulement primaire de la bobine d'inductance, dont l'enroulement secondaire est relié à un indlcateur; et deux électrodes servant à créer une charge superficielle sur les particules de matériau pulvérulent et dont l'une est placée à l'intérieur de la trémie, sur le traJet du matériau pulvérulent, les deux électrodes étant reliées à une source haute tension. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des électrodes est constituée par le corps de la trémie. 7. Dispositif conforme à l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'électrode placée à l'intérieur de la trémie est une électrode à couronne.