Brevet FR2563603A1 — publié le 19851031

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander des vannes à papillon dans les machines de lavagecriblage par voie humide pour la préparation des minéraux, en particulier des charbons, où les vannes à papillon sont actionnées chacune par une commande électrique, de préférence par un électro-aimant rotatif. Par la demande de brevet DE-OS 32 21 511 on connait une vanne à papillon pour une machine de lavage-criblage par voie humide avec une commande électrique directe. Cette commande peut être réalisée, par exemple, sous forme d'un électro-aimant rotatif à courant continu. Le but de l'invention est de perfectionner le procédé de commande électrique connu mentionné ci-dessus pour vannes à papillon de machines de lavage-criblage. Selon l'invention, le dispositif de commande de la vanne à papillon est alimenté successivemient par deux tensions, à commencer par une tension élevée U et à la suite de celle-ci max par une tension basse U mn. Par cette application de tensions différentes, on obtient, de façon très avantageuse, un temps d'ajmantation initiale court des bobines magnétiques de la commande électrique, de-pré- férence d'un électro-aimant rotatif, ainsi qu'une mise en pivote ment rapide de la vanne à papillon par la haute tension Umax La max. tension Cumin suffit pour maintenir la vanne à papillon à la position extrême désirée. En raison de l'absorption de puissance qui est ainsi réduite, on économise par conséquent de façon très avantageuse de l'énergie électrique et les bobines magnétiques, de même que les dimensions de l'ensemble du dispositif de commande électrique, peuvent être maintenues plus petites. Selon un mode de réalisation de l'invention, la tension élevée U est d'environ 50 à 150 volts, de préférence de 110 max volts, et la tension basse Cumin est d'environ 10 à 30 volts,de de préférence de 15 volts. La tension élevée U produit en très max peu de temps un champ magnétique intense dans les bobines magnétiques, de l'électro-aimant rotatif par exemple, de sorte qu'un couple de démarrage élevé est appliqué à l'arbre de l'électro- aimant rotatif. Ceci produit de façon très avantageuse un amor çage rapide du mouvement de rotation et une forte-accélératjon des masses à tourner, la forced'inertje étant vaincue rapidement. La tension élevée Umax, respectivement le champ magnétique intense assure une uniformité et une précision absolues du mouvement de la vanne à papillon, respectivement du comportement en mouvement, sans influences extérieures, par des variations de la tension du secteur par exemple, des variations de pression de l'air de travail, des différences de température, et ainsi de suite. A mesure que le mouvement rotatif progresse, les entrefers dans l'électro-aimant rotatif diminuent, de sorte que la force d'attraction, respectivement le couple de l'arbre augmente. Etant donné que, après l'amorçage du mouvement rotatif, un couple relativement élevé n'est pas nécessaire, on peut utiliser de façon avantageuse une basse tension Cumin et la puissance électri que absorbée peut être réduite. Cependant, pour amorcer le mouvement rotatif ou pour le fonctionnement normal de la vanne à papillon, une tension basse seule ne suffit pas. Selon un autre perfectionnement de l'invention, la tension élevée U est appliquée pendant une durée d'environ max 7D à 200 millisecondes, de- préférence pendant 140 millisecondes, et la basse tension Cumin consécutive est appliquée jusqu'au début de l'impulsion de tension élevée suivante. Du fait que la tension élevée U est appliquée aux max bobines magnétiques de la commande de rotation pendant une durée d'environ 70 à 200 mi lli secondes, de préférence 140 millisecondes, il est assuré que le papillon de la vanne est accéléré, ctest-à- dire tourné aussi rapidement que possible, en adaptation aux conditions de fonctionnement nécessaires à chaque fois.En raison de l'application consécutive de la basse tension Cumin jusqu'au début de l'impulsion de tension élevée suivante, en vue du déclenchement du mouvement de rotation- dans le sens opposé (ouverture-fermeture), la puissance électrique absorbée peut être rendue-minimale, ce qui est très avantageux, etl'ensemble d'une machine de lavage-criblage, comportant par exemple six vannes d'admission d'air et six vannes d'échappement d'air, peut être exploité de façon économique. Selon un autre perfectionnement de l'invention, le mouvement de rotation de la vanne à papillon par la commande s'effectue sur un angle d'environ 200 à 700, de préférence sur un angle d'environ 500. L'ouverture de la vanne à papillon d'un angle d'environ 200 suffit pour ouvrir la section de la conduite d'air à tel point, pour l'entrée ou pour la sortie d'air, qu'une pulsation optimale de l'air comprimé de travail, respectivement une secousse optimale soit produite dans le liquide de séparation pour le travail de séparation de la machine de lavage-criblage pour la préparation de charbon ou d'autres minérais, tels que des minérais ou du feldspath. Selon un autre perfectionnement de l'invention, la commande est limitée dans son mouvement de rotation par une butée mécanique et/ou électrique réglable. Au moyen d'une butée mécanique réglable, l'angle de rotation de la vanne d'air peut être réglé, de manière très avantageuse et simple, dans une plage déterminée, en adaptation aux exigences d'une machine de lavagecriblage à fines ou à gros grain par exemple.La limitation électrique est uniquement prévue pour le cas du non-fonctionnement de la butée mécanique en position ouverte ou en position fermée du papillon, en tant que limitation de fin de course de sûreté, et cette limitation protège de manière simple, par la coupure du courant d'aimantation des bobines magnétiques, que l'armature frappe contre le stator, ou contre des parties fixes du corps de la vanne, si bien qu'un certain entrefer entre l'armature et des parties du corps de l'électro-aimant rotatif est conservé. La butée mécanique réglable située à l'extérieur constitue une possibilité de réglage simple de l'angle de rotation ou d'ouverture de la vanne suivant les conditions de fonctionnement nécessaires. Uneautre caractéristique de l'invention prévoit que la commande est surveillée à l'aide de capteursdetempé-rature en vue de la protection contre une surcharge thermique. La surveillance de la commande de rotation par des capteurs de température permet de détecter, de façon simple et avantageuse, une surcharge éventuelle de l'électro-aimant rotatif en temps utile, avant que des perturbations ne se produisent, ce qui permet de prendre tes mesures nécessaires pour remédier à la surcharge. Selon un mode de réalisation avantageux, les capteurs de température, reliés à un dispositif de surveillance électronique, déclenchent d'abord une alarme préalable ou un refroidissement extérieur supplémentaire de l'aimant rotatif ; Si la température monte davantage, il se produit en fin de compte une coupure de la commande de rotation. Quant au dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention, la commande de rotation est accouplée à la vanne à papillon par un prolongement de l'arbre de la vanne et est connectée par des lignes électriques à une unité de commande et de commutation électronique produisant deux tensions différentes et successives, ainsi qu'à une source d'énergie électrique. Par-l'exécutionrallongée de l'arbre de la commande de rotation, la vanne à papillon peut être commandée très simplement de façon directe. On obtient ainsi l'avantage d'un faible encombrement ; de plus, la commande de rotation peut être réalisée, ensemble avec la vanne à papillon, sous forme d'une unité préfabriquée. L'unité de commande et de commutation prélève à travers des lignes électriques l'énergie nécessaire d'une source d'énergie électrique (secteur) et cette énergie est transformée dans ladite unité en deux tensions différentes et successives qui sont utilisées comme tension d'alimentation fournie à la commande électrique.Il est avantageux de disposer l'unité de commande et de commutation électrique dans un poste de commande protégé contre les influences nuisibles de l'environnement et decotstiter cette unité de plusieurs parties, telles que, par exemple, des convertisseurs de tension, des appareils de commande de puissance, de préférence à thyristors, des redresseurs, des unités génératrices d'impulsions d'horloge comme système rythmeur électronique pour le signal pilote, des convertisseurs signal-impulsions pour diviser le signal pilote en intervalles de temps correspon dant à la durée de la tension élevée Umax et à la durée de la max tension basse Umjn, des avertisseurs, des éléments de sûreté à déclenchement électrique et/ou mécanique, et d'autres organes de mesure, de commande ou de réglage correspondants pour, par exemple, des dispositifs de chargement ou de déchargement de matières. La production des deux tensions différentes, U et max Umjn, peut s'effectuer de différentes manières avantageuses. Comme solution préférée et offrant le plus de sécurité contre des fausses manoeuvres par le personnel de conduite et contre la surcharge de l'unité de commande et de commutation, deux tensions fixes séparées galvaniquement peuvent être prélevées du réseau par des prises de transformateur et des redresseurs et peuvent être appliquées à travers des interrupteurs de puissance électroniques à la commande électrique. Il est possible encore de prélever une tension élevée fixe du réseau et de produire une chute de tension de U à U . par intercalation de résistances max mn électriques. Cette solution n'est cependant applicable que pour de petits électro-aimants rotatifs. De plus, l'application de la tension d'alimentation aux deux niveaux différents peut se faire au moyen des thyristors de puissance actuellement utilisés couramment. Cette solution permet en même temps une surveillance automatique avantageuse du courant amené aux bobines magnétiques. C'est ainsi que des variations de la tension du secteur ou des perturbations analogues, par exemple, ne peuvent pas avoir d'effet sur la tension délivrée par les thyristors. Avec une tension maximale U ajustée fixe ou ré max glable, de 150 volts par exemple dans le thyristor, il se produit automatiquement une réinjection du courant dans le secteur dans le cas d'une éventuelle fausse manoeuvre du personnel de conduite ; les bobines magnétiques sont ainsi protégées de façon sûre contre les surcharges éventuelles. Une autre caractéristique prévoit au moins un dispositif de limitation ou de butée mécanique et/ou électrique réglable sur l'arbre de la commande de rotation. Avec un ou plusieurs dispositifs de limitation ou de butée réglables, on peut réaliser de manière très avantageuse un réglage du papillon de la vanne, dans chaque position intermédiaire désirée entre la position maximale ouverte et la position maximale fermée, en adaptation aux condi- tions de fonctionnement. Selon encore un autre perfectionnement de l'invention, l'arbre de la commande de rotation est décalé parallélement à lui-même,de de préférence d'environ la moitié du diamètre de cet arbre,dans la vanne à papillon. On obtient ainsi, de manière très simple et avantageuse, qu'au moins à l'ouverture, de la vanne d'admission par exemple, la rotation du papillen est soutenue, dans le sens de son accélération, par la pression d'air régnant devant le papillon, de sorte qu'une tension élevée U légère max ment plus basse peut suffire pour amortir la rotation du papillon et qu'il est ainsi possible de réaliser une économie d'énergie électrique supplémentaire avec, dans l'ensemble, une succession plus raide des manoeuvres. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins anexés, sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement l'allure dans le temps de la tension appliquée à une vanne d'admission et à une vanne d'échappement selon l'invention pour une machine de lavagecriblage par voie humide - la figure 2 représente schématiquement une vanne à papillon avec sa commande de rotation et une unité de commande et de commutation électronique ; et - la figure 3 est une vue en élévation partiellement en coupe et montrant des détails particuliers d'une commande de rotation selon l'invention avec une vanne à papillon. Les courbes de tension représentées schématiquement sur la figure 1 représentent une solution optimale pour l'application de la tension d'alimentation à un électro-aimant rotatif servant de commande électrique d'une vanne à papillon, par exemple selon le mode de prélèvement de deux tensions fixes séparées galvaniquement de prises d'un transformateur. Il est préférable que la tension appliquée à la commande de rotation soit une tension continue. L'allure de tension selon l'invention représentée sur le dessin peut être utilisée de manière aussi avantageuse sur d'autres commandes électriques, par exemple sur un moteur linéaire ou sur un électro-aimant de manoeuvre comportant un levier rotatif. L'impulsion de tension élevée représentée au-dessus de l'abscisse pour une vanne d'admission, dans la moitié supérieure de la figure 1, déclenche le mouvement de rotation pour l'ouverture du papillon. Cette tension élevée U est appliquée pendant un max intervalle de temps d'au moins 70 millisecondes environ. Cet intervalle est considéré comme la limite inférieure pour couvrir le temps de réponse ou temps d'aimantation initiale de l'électro- aimant rotatif et le temps de rotation du papillon. Une basse tension Cumin est appliquée ensuite. Cette tension Cumin suffit pour maintenir le papillon à la position ouverte ou fermée.Après la rotation de l'arbre sur lequel est calé le papillon, l'entrefer devant l'armature de l'électro-aimant rotatif est réduit, de sorte que le champ magnétique qui agit est plus fort et que le couple transmis à l'arbre est plus élevé. Cependant, comme ce couple élevé n'est pas nécessaire une fois le papillon occupe la position ouverte ou fermée et qu'il suffit alors d'une force nettement plus faible pour maintenir le papillon à sa position extrême, jusqu'à l'impulsion de tension élevée suivante déclenchant la rotation en sens contraire, il est parfaitement possible et très avantageux de réduire la tension d'alimentation à la basse tension Umjn, servant de tension de maintien. L'application brève d'une tension U élevée, suivie max d'une basse tension Umin > peut apporter une économie d'énergie de plus de 50 Ó comparativement à l'utilisation exclusive d'une tension Umax élevée comme tension d'alimentation de l'électroaimant rotatif, comme cela est représenté en pointillé sur la figure 1. De ce fait, les commandes électriques peuvent également être conçues plus petites ou plus faibles et il devient possible de réaliser des constructions ou des unités complètes de vannes à papillon surmontées d'une commande directe d'une compacité irréalisable jusqu'à présent. Les impulsions de tension (Umax-ouverture, Umjn-maintien, respectivement Umax-Sermeture, Umjn-maintien) peuvent être séparées les unes des autres par de brefs intervalles réglables, de O à 20 millisecondes par exemple, puisqu'il y a persistance de l'aimantation des bobines. Cette disposition permet une réduction supplémentaire de la puissance absorbée. Aux impulsions de la basse tension de maintien Umin peut être superposée l'impulsion de tension élevée U - dont le début peut être avancé jusqu'à max 40 millisecondes par exemple - puisque les deux tensions alimentent des bobines magnétiques différentes.De cette manière, la bobine pour la tension U élevée peut être prémagnétisée par max cette tension alors que le papillon est encore en phase de maintien. La rapidité de succession possible des manoeuvres de la vanne est ainsi accrue plus encore. La moitié inférieure de la figure 1 représente de façon analogue l'allure de la tension d'alimentation avec une ouverture et une fermeture de la soupape d'échappement correspondante pendant la phase de fermeture de la soupape d'admission. Avec d'autres modes d'application possiblesde la tension, par exemple au moyen de résistances intercalées ou au moyen de thyristors, comme déjà mentionné dans ce qui précède, il peut s'établir une allure de tension quelconque, selon les désirs et qui est adaptée aux conditions de fonctionnement de chaque appli cation, par exemple avec une pente peu accentuée entre U et max U.. mJn La figure 2 montre schématiquement une commande électrique 3, de préférence sous forme d'un électro-aimant rotatif, qui est accoupléepar un arbre prolongé 1 à une vanne à papillon 2. La commande 3 est connectée par des lignes électriques 4 et 5 à une unité électronique de commande et de commutation 6 produisant deux tensions différentes et successives, ainsi qu'à une source d'énergie électrique 7 (secteur). L'ensemble formé par la commande à électro-aimant rotatif 3 et la vanne à papillon 2 convient particulièrement, en raison de sa compacité, pour une incorporation après coup dans des machines (bacs) de lavage-criblage existantes qui travaillent encore avec des vannes à plateau connues ainsi qu'avec l'air comprimé nécessaire à leur actionnement. L'unité de commande et de commutation 6 se compose de plusieurs parties électroniques qui, de préférence, sont réalisées selon la technique connue du rach à tiroirs de 19 pouces (largeur d'environ 47 cm) avec des cartes ou des éléments électroniques embrochables et interchangeables. L-'unité de commande et de commutation 6 peut recevoir, à travers différentes lignes électriques 8, d'autres signaux de mesure, de commande ou de réglage. Par exemple, les lignes électriques 8 peuvent servir également à l'application du signal pilote ou signal de déclenchement, pouvant être fourni par une unité génératrice externe d'impulsions d'horloge servant de système rythmeur électronique, par exemple du type connu par la notice "BATAC-Setzmaschinen" 4-202d, 12-80, de la KHD Humboldt Wedag AG.Dans l'unité de commande et de commutation 6, ce signal pilote est transformé par des convertisseurs particuliers signal-impulsions, de préférence sous forme de cartes embrochables, dans des impulsions de tension et des intervalles correspondants entre les impulsions, ayant une durée fixe de 140 millisecondes par exemple pour la tension élevée O et max une durée variable, dépendant de l'impulsion de tension élevée suivante, pour la basse tension Cumin La figure 3 montre que l'électro-aimant rotatif 3, accouplé à l'arbre prolongé 1 et doté de préférence de nervures de refroidissement externes, est équipé d'au moins un dispositif mécanique de butée réglable 11 et/ou d'un dispositif de limita- tion électrique 12 de sécurité, c'est-à-dire pour protéger l'électro-aimant rotatif en cas de non-fonctionnement de la butée mécanique il ou de la butée intérieure du papillon, par exemple en cas d'usure ou de vieillissement du joint ou de l'amortisseur en caoutchouc. Le dispositif mécanique de butée 11 comprend un bras 15 calé sur l'arbre 1 et un amortisseur en caoutchouc 16 qui est réglable et facilement accessible de l'extérieur. Cet amortisseur élastique est de préférence disposé, pour des raisons de montage, entre la commande électrique 3 et la vanne à papillon 2. Le dispositif de limitation électrique 12 caprend un bras de manoeuvre 14 qui est également calé sur l'arbre 1 et un interrup- teur électrique 13, par exemple sous forme d'un interrupteur de fin de course agissant sans contact, d'un microrupteur ou d'un capteur ce dispositif peut être installé à un endroit accessible quel conque de l'arbre 1. L'arbre 1 peut être décalé d'environ la moitié de son diamètre dans la vanne 2, comme représenté par des lignes en pointillé sur la figure 3. L'une des moitiés du papillon est ainsi légèrement agrandie. A l'ouverture de la vanne, cette moitié du papillon pivote dans le sens de l'entrée de l'air. De ce fait, le papillon 17 est soutenu dans son mouvement rotatif, dans le sens de son accélération, par la pression d'air régnant dans la conduite d'alimentation en air comprimé, tout au moins lors de l'ouverture. La commande de rotation 3 et la vanne 2 sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de deux brides et de plusieurs blocs élastiques en caoutchouc 18 disposés entre les brides. L'angle d'ouverture ou angle de pivotement des vannes à papillon peut être réglé dans une plage d'environ 20 à 700 suivant les conditions présentes et nécessaires, par exemple en cas de différents matériaux à charger eut de différentes machines de lavage-criblage (à fines, à gros grain). La vanne d'admission d'air sera de préférence réglée à un angle d'environ 500, la vanne d'échappement d'air étant ajustée à un angle d'ouverture légèrement plus petit, d'environ 300, conformément au signal pilote, en fonction des temps d'ouverture, respectivement de fermeture et de maintien, dépendantes du fonctionnement, afin d'obtenir un écoulement amorti de l'air et une oscillation de retour amortie de la colonne d'eau dans les chambres d'impulsion d'air, ou afin d'éviter la pénétration d'eau dans les canalisations de sortie d'air des chambres d'impulsion d'air. Les lignes électriques 4, qui peuvent être à plusieurs ou à de multiples conducteurs, servent, outre à l'application de la tension d'alimentation aux bobines magnétiques, à la transmission des valeurs de mesure des capteurs de température se trouvant dans l'électroaimant rotatif et, éventuellement, à la transmission de l'impulsion de commande de l'interrupteur de sûreté 13 à l'unité de commande et de commutation 6. Les capteurs de température, pouvant être incorporés lors du bobinage dans les bobines par exemple, ou pouvant être disposés à l'extérieur des bobines, pour lesquels on peut utiliser des thermistances habituelles à coëfficient de température positif par exemple, déclenchent d'abord une alarme optique et/ou acoustique préalable à une température limite présélectionnée, d'environ 1300, à laquelle, au besoin, des dispositifs de refroidissement extérieurs tels que des soufflantes pour l'électroaimant rotatif concerné peuvent en plus être mis en marche automatiquement, et produisent l'alarme principale et/ou coupent la tension d'alimentation de l'électroaimant dans le cas d'une nouvelle élévation indésirable de la température des bobines. REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander des vannes à papillon dans les machines de lavage-criblage par voie humide pour la préparation des minéraux, en particulier des charbons, selon lequel on actionne les vannes à papillon chacune par une commande électrique, de préférence par un électro-aimant rotatif, caractérisé en ce que l'on applique successivement deux tensions différentes à la commande de la vanne à papillon, d'abord une tension élevée U puis à max la suite de celle-ci une tension basse Umin mjn 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension élevée O est d'environ 50 à 150 volts, de préfé max rence de 110 volts, et la tension basse Cumin est d'environ 10 à 30 volts, de préférence de 15 volts. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on applique la tension élevée U pendant une durée max d'environ 70 à 200 millisecondes, de préférence 140 millisecondes, et on applique la basse tension Umjn consécutive pendant une durée adéquate, jusqu'au début de l'impulsion de tension élevée suivante. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la commande fait pivoter le papillon de la vanne sur un angle d'environ 20 à 700, de préférence sur environ 500. 5. Procédé selon une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un butée mécanique et/ou électrique réglable limite le mouvement de pivotement de la commande. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande est surveillée au moyen de capteurs de température en vue de la protection contre la surcharge thermique. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la commande (3) est accouplée à la vanne à papillon (2) par-un prolongement de l'arbre (1) de la vanne et est connectée par des lignes électriques (4, 5) à une unité de commande et de commutation électronique (6) produisant deux tensions différentes et successives, ainsi qu'à une source d'énergie électrique (7). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif mécanique et/ou électrjque de limitation ou de butée (11, 12) réglable est installé sur l'arbre (1) de la commande (3). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'arbre (1) de la commande (3) est décalé parallèlement à lui-même dans la vanne à papillon (2), de préférence de la moitié environ du diamètre de cet arbre.