Brevet FR2487448A1 — publié le 19820129

Procédé de commande du roulage d'une pompe à boue. Dans le domaine du transport de mélanges de charbon et d'eau par une tuyauterie, on cherche avant tout que le déplacement du matériau à une concentration donnée du charbon dans l'eau soit tel que le système fonctionne à son rendement maximal. Ce rapport est d'approximativement 40 à % dans la plupart des cas. Les brevets antérieurs ont proposé diverses façons de maintenir la concentration au niveau désiré. L'un de ces brevets est le brevet US 3.870.373, dans lequel le fond de la fosse est plus fortement incliné que l'angle d'éboulement ou angle naturel de repos du mélange charbon et eau. Au fond de la fosse, une entrée de pompe évacue le matériau sous forme d'une boue de charbon et d'eau. Ce brevet ne prévoit pas de moyen réel pour détermi- ner une concentration fixe du charbon par rapport à l'eau dans la boue. Le brevet US 3.981.541 décrit une fosse ou puisard longue et peu profonde convenant à la formation d'une boue. Le charbon et l'eau sont envoyés dans la fosse à mesure que le charbon est extrait d'un front de taille -éloigné, et une pompe disposée au centre évacue la boue. Le seul procédé décrit dans ce brevet pour le contrôle de la concentration est le choix de la vitesse du moteur de la pompe de manière que la concentration soit d'approximativement 50%. Les Fig. 3 et 4 de ce brevet antérieur représentent une fosse dans laquelle une pompe se déplace longitudinalement le long de l'axe de cette fosse, mais le brevet ne contient aucune description de moyens permettant de maintenir la concentra- tion à un pourcentage prédéterminé ou dans des limites prédéterminées. Le seul procédé décrit dans le brevet 3.981.541 pour maintenir une concentration prédéterminée est le procédé illustré aux Fig. 5, 6 et 7 de ce brevet o une partie de la fosse contient les matières qui y ont été déposées. Une lame tourne à l'intérieur de la fosse de manière à maintenir la concentration à environ 50%. Une pompe submersible évacue la boue dont la concentration est de 50%. Le brevet US 4.060.281 décrit un procédé pour maintenir la concentration dans une fosse par dosage au moyen d'une porte ou vanne rotative d'une quantité prescrite de matière qui parvient à la pompe. Cependant, aucun de ces brevets ne décrit un procédé convenant totalement au maintien d'une concentration prédéterminée dans une conduite à boue et ceci dans une gamme étendue de concentrations du charbon déversé dans une fosse. Pour la mise en oeuvre de la présente invention on prévoit une fosse allongée et peu profonde comportant des parois latérales parallèles, des extrémités et un fond sensiblement plat. La fosse est prévue pour être remplie d'eau et d'un matériau solide tel que du charbon. Une pompe aspirante est montée sur des rails au-dessus de la fosse et peut se déplacer le long de l'axe longitudinal de la fosse parallèlement aux parois latérales. La pompe se déplace contre ou à proximité d'une paroi latérale; quand elle atteint l'extrémité de la fosse, elle tourne avec précision sur sensiblement 1800 vers l'autre côté de la fosse o elle se déplace à nouveau le long d'une ligne sensiblement parallèle à la paroi latérale de la fosse. Lorsqu'elle atteint l'extrémité opposée, elle est à nouveau tournée, mais dans la direction opposée à la direction de départ et le processus ci-dessus se répète. La ligne d'aspiration contient des appareils de mesure de la concentration qui contrôlent la vitesse de déplacement de la pompe de manière que cette vitesse ne dépende uniquement que de la concen- tration de la boue aspirée par la pompe. Plus cette con- centration est élevée, plus la fosse est parcourue lentement, le but étant de maintenir une concentration de la boue d'approximativement 40 à 50% lorsqu'elle est aspirée de la fosse. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit avec réfèrence aux dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue partielle d'une fosse montrant la pompe et le mécanisme de support de la pompe ainsi que le mécanisme de commande du mouvement de roulage de la pompe, la Fig. 2 est une vue en bout de l'appareillage de support en surplomb et du plateau tournant de la pompe aspirante, la Fig. 3 est une vue de dessus de l'appareillage illustré à la Fig. 2, la Fig. 4 est une vue de dessus d'une fosse expliquant la mise en oeuvre de l'invention, et la Fig. 5 est une vue en coupe latérale selon l'axe longitudinal de la fosse et représentant le fonctionnement de la pompe aspirante à l'intérieur de la fosse. Si on se réfère à toutes les figures, et en particulier aux Fig. 1, 2 et 3, une fosse indiquée dans son ensemble par la flèche 10 comporte une paroi latérale 11 et contient un fluide tel que de l'eau 12. Des matériaux solides tels que du charbon, indiqués en 13, sont également déversés dans la fosse par des tuyauteries disposées le long d'un côté de la fosse. Ces tuyauteries ne sont pas représentées mais elles sont bien connues de l'homme de l'art et elles ne seront pas décrites en détail dans la présente demande de brevet. Il suffit de dire que les tuyauteries sont reliées à des postes d'extraction éloignés o les matériaux solides et le liquide sont déversés dans des moyens transporteurs tels que des tuyauteries et pompés jusqu'à la fosse 10 prévue dans une position centrale. Dans le mode de réalisation préféré, le matériau solide est du charbon, tandis que le liquide est de l'eau. Pour simplifier l'explication, on fera appel au charbon et à l'eau pour décrire l'invention. Le mélange d'eau et de charbon est donc déversé dans la fosse o on le laisse s'accumuler, comme illustré par le matériau 13. Un appareil de pompage 20 est suspendu à un plateau tournant 21 par un premier appareillage de support 22 et un appareillage à câble 23 fixé au plateau tournant 21 au point 24 et à l'appareil de pompage 20 à l'emplacement 25. L'appa- reilllage de support 22 permet le montage d'un moteur de pompe 26 qui est accouplé par un arbre 27 à une pompe 28 pourvue d'un rotor (non représenté) couplé à l'arbre 27. Un tube d'aspiration 29 comprend une embouchure 30 constituant l'entrée pour le mélange de charbon 13 et d'eau 12. Une sortie 31 est reliée par l'intermédiaire d'une tuyauterie 32 à un second appareillage de support indiqué dans son ensem- ble par la flèche 33. Un détecteur de radiations 34 est monté dans le tuyau 32 et mesure la concentration de la boue de charbon et d'eau qui le traverse. Le tuyau 32 est relié à une section flottan- te 19 (voir fig. 4) qui fournit la longueur de tuyauterie additionnelle qui est nécessaire lorsque l'appareil de pompage circule le long de l'axe longitudinal de la fosse. Le tuyau flottant 19 sera mieux illustré avec référence aux Fig. 4 et 5 qui seront décrites plus loin. Le plateau tournant 21 est supporté de façon rotative par un appareillage 40 à plateau tournant qui, de son côté, est monté sur un chariot 41. Un raccord de tuyau tournant 35 est disposé entre la sortie de la pompe 31 et le tuyau 32 de manière à permettre la rotation libre du plateau tournant sans que la tuyauterie d'évacuation ne gêne ce mouvement. Une partie du tuyau 39 est flexible pour apporter une liberté supplémentaire à ce mouvement de rotation. Le chariot 41 est supporté audessus de la fosse 10 au.moyen d'une paire de rails 42 et de roues 43 et 43a fixées au chariot 41. Chacun des rails est disposé sur les côtés opposés et au-dessus de la fosse 10. Un moteur 44 est monté sur le chariot 41 et est accouplé aux roues 43a par l'inter- médiaire d'un système qui sera décrit plus en détail avec référence à la fig. 2. Le second appareilllage de support 33 destiné au tuyau 32 comprend également un chariot 45 pourvu de roues 46 et 47 et supporté par la paire de rails 42. Les composants de base de la commande de la concentra- tion de la pompe aspirante sont constitués par le détecteur de radiations 34, avantageusement du type à neutrons dont on mesure l'absorption, et une unité de commande 51. Le détec- teur de radiations 34 mesure de façon habituelle la concen- tration de la boue dans le tuyau 32 et envoie son signal de sortie à l'unité de commande 51 par l'intermédiaire d'une ligne 50. L'unité de commande 51 convertit l'information provenant du détecteur de radiations 34 en un signal de sortie appliqué par une ligne 53 à un dispositif 52 de commande du mouvement de roulage par une entrée 61, le dispositif de commande 52 commandant la vitesse de roulage de l'appareil de pompage 20. Une commande manuelle 54 qui peut neutraliser la commande automatique et agir à sa place est également prévue et elle comprend un circuit dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'une ligne 55 à une autre entrée 61 du dispositif de commande 52 du mouvement de roulage. La sortie du dispositif de commande de roulage 52 est reliée par une ligne 56 au moteur 44. Plusieurs microcontacts 57 sont disposés le long du rail pour indiquer la position de l'appareil de pompage, particu- lièrement en des emplacements o la pompe est parvenue à sa distance maximale et donc som déplacement doit être arrêté, puis inversé, et la pompe étant ramenée en direction oppo- sée. Un signal de sortie circulant le long de la ligne 62 est appliqué au dispositif 52 de commande de roulage pour fournir une indication électrique de position à ce disposi- tif 52. Si on se réfère aux Fig. 2 et 3, celles-ci représentent plus en détail l'ensemble du plateau tournant 40 et du chariot 41. Le chariot 41, comme déjà décrit, est entraîné par le moteur 44 qui est relié par son arbre à des moyens d'accouplement 64 et à une boite à engrenages 65. Deux arbres 66a et 66b provenant de la boîte à engrenages 65 sont reliés aux roues 43a, comme déjà indiqué avec référence à la Fig. 1. Cet accouplement entre l'arbre 66a et un moyeu 69a de la roue 43a est réalisé par l'intermédiaire d'un arbre 67 qui est plus petit et monté rotatif dans un palier 68. Le moteur 44 peut fonctionner dans les deux sens de manière que le chariot 41 puisse se déplacer dans l'une ou l'autre direc- tion le long de la piste 42. Le signal passant par les lignes 56 et 56a est appliqué au moteur 44 par une boîte de jonction 70. La ligne 71 qui est reliée à la boite de jonction 70 provient du moteur 72 du plateau tournant qui est accouplé par une transmission 73 à une roue dentée 74 qui, de son côté est accouplée, par l'intermédiaire d'une chaîne 75, à une seconde roue dentée 76. Un engrenage 77 fixé à la roue 76 engrène avec un engrenage 78 du plateau tournant 40. Le plateau tournant 40 comprend deux cames 79a et 79b associées aux interrupteurs 80a et 80b qui, de leur côté, sont reliés électriquement par des lignes 81 à la boîte de jonction 70. Lorsque le plateau tournant 40 tourne, un détecteur de rotation 60 qui est relié au chariot non rotatif 41 par l'organe de liaison 58 et au plateau tournant 40 par l'orga- ne de liaison 59 modifie sa sortie qui est appliquée à la boîte de jonction 70 par la ligne 82. Le détecteur de rotation 60 peut être un potentiomètre dont le stator est relié à l'organe 58 et le rotor à l'organe 59. L'information de rotation est alors déduite par la production d'une tension correspondant à la position angulaire du rotor par rapport au stator du potentiomètre. On décrira maintenant le fonctionnement de l'appareil illustré sur les fig. 1 à 3 avec référence aux fig. 4 et 5. Si on se réfère aux fig. 4 et 5, on peut y voir la totalité de la fosse 10. Supplémentairement à la description fournie avec référence aux figures précédentes, la fosse 10 comprend une première extrémité 14 et une seconde extrémité 15, ainsi qu'une première paroi latérale 11 et une seconde paroi latérale 16. Dans la partie intermédiaire entre les extré- mités 14 et 15 est prévue une zone 17 de dépôt et de rassem- blement des fines et une zone 18 constituant le réservoir à eau. Le tuyau 32 comprend une partie flexible 19 qui flotte, comme le montre la figure, sur la surface de l'eau dans la région 18 du réservoir. Dans les fosses de l'art antérieur, le procédé normal pour vider ces fosses était habituellement de faire circuler la pompe d'une extrémité de la fosse à l'autre extrémité de la fosse et de déplacer l'appareil d'aspiration comprenant essentiellement la pompe 28, le tuyau 29 et une embouchure selon un mouvement de va-et-vient du côté 11 au côté 16. Lorsque la pompe atteint l'extrémité de la fosse 14 par exemple, elle est normalement soulevée de l'eau et ramenée au début de la fosse o le processus se répète. Cependant, la présente invention n'exige pas que la pompe et son appareillage de support soient soulevés hors de la fosse et ramenés à leur position d'origine, mais elle prévoit par contre un plateau tournant qui fait tourner la pompe sur 180 (ou moins) et permet de la ramener à sa position d'origine tout en évacuant des matériaux et de l'eau de la fosse, ce qui permet à la pompe d'aspirer continuellement les matériaux contenus dans la fosse. Le chariot 41 est en général amené sur la zone 85 représentée sur la fig. 4 o aucun matériau n'a été déversé dans la fosse - cette région 85 étant maintenue pratiquement nette de manière que la pompe 28 puisse être démarrée dans la fosse sans qu'il y ait d'obstruction provoquée par les matériaux qu'elle contient. Lorsque la pompe a démarré dans la fosse 10, un signal engendré par l'unité de commande 51 (voir fig. 1) est envoyé par la ligne 53 au dispositif de commande de roulage 52 qui émet un signal passant par la ligne 56 pour parvenir au moteur 44, lequel moteur entraîne les arbres 66a et 66b qui font tourner les roues 43 dans une direction déplaçant le chariot 41 le long d'un parcours 86 dans la direction indiquée par la flèche. La vitesse à laquelle le chariot 41 se déplace dépend de la concentration mesurée par l'appareil 34 de mesure de la concentration des radiations qui envoie un signal représentatif de la concen- tration mesurée par la ligne 50 à l'unité de commande 51. Quand la concentration atteint le pourcentage désiré et déterminé par l'opérateur, le mouvement vers l'avant du chariot 41 est alors contrôlé de manière à maintenir la concentration au pourcentage désiré. Ainsi, le chariot commence par se déplacer assez rapidement, et lorsque la concentration augmente, le signal parvenant par la ligne 50 à l'unité de commande 51 réduit le mouvement vers l'avant du chariot 41 de manière à maintenir la concentration au niveau désiré. Naturellement, il est clair que si l'on désire une concentration différente, on peut modifier l'unité de commande 51 pour l'ajuster à la concentration désirée. Lorsque le chariot 41 est arrivé à la position indiquée en 87, le mouvement vers l'avant dans la direction de la flèche s'arrête et un signal circulant par la ligne 71 entre la boite de commande 70 et le moteur 72 fait tourner le plateau tournant 40. Le moteur 72 entraîne par l'intermédiaire de la transmission à engrenages 73, la roue à chaîne 74, qui entraîne la chaîne 75 et fait tourner la roue à chaîne 76, ce qui entraîne les engrenages 77 et 78 et fait tourner le plateau 40. Ce plateau tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche, pour atteindre la position 88. En ce point, le détecteur de rotation 60 modifie le signal qu'il envoie par la ligne 82 à la boîte de jonction 70 et il provoque l'arrêt du moteur 72 (voir fig. 3). Si le détecteur de rotation 60 ne parvient pas à arrêter le moteur 72 du fait d'une défaillance de l'équipement, la came 79a ou 79b vient frapper l'interrup- teur 80 qui arrête le moteur 72 en ouvrant le circuit passant par la ligne 81. Le mouvement du chariot 41 est alors inversé par un signal provenant de l'unité de commande 51 qui est envoyé au dispositif de commande de roulage 52 par les lignes 56 et 56a qui sont reliées au moteur 44. Il est clair que l'opérateur (ou l'unité de commande) peut modifier le nombre total de degrés de rotation du plateau tournant et que l'on peut donc modifier le parcours pour qu'il se rapproche des parois latérales 11 ou 16 ou qu'il se rapproche de l'axe longitudinal de la fosse. Le parcours réel dépend de l'accumulation effective de matériaux dans la fosse au moment o ils sont évacués par la pompe 20. Le dispositif de commande de roulage se déplace alors sur un second parcours 89 qui est parallèle à la paroi latérale 11 et en direction inverse de celle indiquée par les flèches. La pompe 28 et le tuyau 29, avec son embouchure 30, se déplacent à la vitesse prescrite, maintenant la concentra- tion telle qu'elle a été mentionné précédemment, jusqu'à ce qu'une position 90 soit atteinte, le plateau tournant étant alors à nouveau actionné pour déplacer la pompe et son embouchure 30 dans le sens des aiguilles d'une montre et la ramener à sa position d'origine. Ensuite, le cycle se répète. Lorsque le chariot 41 se déplace, il est clair que le tuyau 32 doit être allongé et raccourci. On obtient ce résultat au moyen d'une partie flexible 19 qui flotte sur l'eau 18. Le flottement est obtenu de toute manière connue dans la mesure o l'on obtient un flottement suffisant permettant au tuyau de rester à la surface pendant le cycle de pompage. Si on se réfère à la fig. 4, le tuyau 19 consiste en une partie fixe 6 qui est reliée à la sortie 7 du tuyau qui est de son côté relié à la pompe d'évacuation (non représentée). Une partie de transition 8 se déplace dans la direction de la flèche 5a si la pompe 20 se déplace vers l'extrémité 14, ou dans la direction 5b si la pompe 20 se déplace en direc- tion de l'extrémité 15. Ainsi, le tuyau flexible 19 permet d'augmenter ou de raccourcir le tuyau 32 en fonction des nécessités et pour s'adapter au mouvement de la pompe 20. La section active 9 du tuyau 19 est reliée au tuyau 32. On a déjà dit que la mesure de la concentration est obtenue par un détecteur de radiations 34. Ce dispositif est bien connu dans la technique et ne sera pas décrit plus en détail. Cependant, il est également possible de mesurer la concentration en pesant le tuyau. Un tel appareil de pesage est illustré sur la fig. 5 et il comprend essentiellement und section de tuyau 90 supportée par une paire de câbles 92 et 93. Ces câbles sont reliés à un appareil de mesure de poids 94 qui peut être constitué par un tensiomètre ou tout autre dispositif similaire. La fonction de l'appareil est semblable à celle du détecteur de radiations et le poids du tuyau dépend de la concentration des matériaux qu'il contient; lorsque le poids est mesuré, le signal est transmis de l'appareil de mesure 94 à l'unité de commande'51 par la ligne 50 et ce circuit fonctionne précisément de la même manière que celle précédemment décrite pour l'appareil de détection de radiations. L'unité de commande 51 doit être apte à accepter un signal provenant de l'appareil de mesure 94 ou de tout autre appareil de mesure de poids et de le convertir en une sortie convenant au dispositif de commande de roulage 52. Pour la commodité, le support du moteur de la pompe 28 est monté pivotant en un point 95 de manière que si cela est néces- saire, on puisse raccourcir le câble 23 et soulever la pompe hors de l'eau. Une commande manuelle 54 peut neutraliser l'unité de commande 51 et permettre à l'opérateur de commander la position du chariot 41. Le signal provenant de la commande manuelle 54 est alors envoyé par la ligne 55 au dispositif de commande de roulage 52. Dans un dispositif réel construit selon la présente invention, l'unité de commande 51 est constituée par un 2487448 appareil indicateur de densité fabriqué par Fisher Corpo- ration, du type "notch gain" (à gain encoché) ou à gain variable TL-107. Le dispositif de commande de roulage 52 est un appareil à vitesse variable bidirectionnelle fabriqué par Reliance Corporation, également identifié sous le nom de "solid state SCR-III variable speed motor control" (commande à moteur à vitesse variable, du type à composants à l'état solide). Le détecteur de rotation 60 est un convertisseur de résistance en courant. L'indicateur de position 61 est un indicateur TL- 131 de Fisher. Une caractéristique importante de l'unité de commande à gain variable TL-107 de Fisher est qu'elle fournit, entre l'entrée et la sortie, un gain normal pour une partie de son amplification, un gain réduit pour la partie opérationnelle de son amplification, puis un troisiè- me gain pour la partie restante du signal d'entrée. Ainsi, pendant la partie o le gain doit être contrôlé, il est possible d'avoir un gain réduit. Pendant une période de temps qui est par exemple celle du démarrage initial o aucun matériau n'est aspiré par la pompe 28, le gain est élevé, ce qui détermine un mouvement rapide du chariot 41. Lorsque la pompe rencontre du charbon, le gain est réduit, ce qui détermine un entraînement contrôlé avec précision du roulage. Si par exemple il y a trop de charbon aspiré, le gain est à nouveau diminué, entraînant une décélération rapide du roulage, et de ce fait un meilleur contrôle de l'appareil de commande du roulage. L'invention a décrit un appareil permettant d'évacuer des matériaux d'une fosse d'une manière pouvant être exacte- ment contrôlée. En outre la pompe d'aspiration et l'appareil qui lui est associé peuvent être déplacés facilement le long de la fosse, d'une extrémité à l'autre, et ramenés sans perte de temps due au retrait de la pompe de la fosse, à leur position de départ. Le mouvement particulier que l'on obtient permet de vider complètement la fosse au cours d'un roulage dans un sens du chariot 41 et de son roulage en retour. Comme mentionné précédemment, l'invention procure également un procédé efficace pour maintenir la concentra- tion à une valeur particulière préétablie. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà il de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécia-- lement envisagées; elles en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 248744B REVENDICATIONS 1. Procédé pour maintenir une concentration prédéter- minée de boue par une pompe aspirante dans un système comprenant une pompe aspirante se déplaçant dans une fosse comprenant des parois latérales allongées et sensiblement parallèles définissant un axe longitudinal, des extrémités et un fond, propre à être remplie d'un mélange d'eau et de matériaux solides, une pompe aspirante pour évacuer lesdits matériaux solides et l'eau et la boue, et des moyens pour déplacer la pompe aspirante le long de l'axe longitudinal, et une tuyauterie reliée à la sortie de la pompe aspirante, ladite pompe aspirante étant déplacée sur une première ligne parallèle à un côté allongé entre ce côté et l'axe longitu- dinal de la fosse, tournée sur un arc de cercle à une extrémité de manière à faire passer la pompe aspirante de la première ligne à une seconde position le long d'une seconde ligne parallèle à l'autre côté allongé, entre ce côté et l'axe longitudinal, et tournée sur un arc de cercle dans une direction inverse à celle de la première rotation et ramenée à la première ligne, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) la détermination de la concentration de la boue dans la tuyauterie, et (b) le déplacement de la pompe aspirante à une vitesse maintenant cette concentration à une valeur prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de la boue est déterminée par: (a> l'isolement d'une partie de la tuyauterie, (b) le pesage de cette partie isolée, et (c) le déplacement de la pompe aspirante à une vitesse maintenant le poids ainsi mesuré à une valeur prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de la boue est déterminée par: (a) l'envoi d'un faisceau de neutrons au travers de la boue contenue dans la tuyauterie, (b) la mesure de l'absorption de ces neutrons par la boue, et (c) le déplacement de la pompe aspirante à une vitesse maintenant une mesure d'absorption prédéterminée.