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Méthode et installation de régulation d'un
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L'invention se rapports à une mét hode et à une installation de régulation d'un four industriel et spécialement d'un four utilisé en vue de faire subir un traitement thermique à certains produits; un but spécifique de l'invention est de réaliser automatiquement dans chaque zone d'un four,une allure conforma au programme de traitement pouvant être prévu pour parcourir des domaines de températures étendus allant de la température ambiante aux températures les plus hautes; dans la présente description on appelle zone d'un four, la partie qui environne un moyen de chauffai qui obéit à un moyen de détection de la température.
Jusqu'à présent, le réglage de la température des fours industriels de traitement se fait aux basses températures par' . ' la manoeuvre manuelle des vannes placées sur les divers conduits qui mènent au four, le combustible liquide ou gazeux et l'air de combustion ce qui exige donc l'intervention d'un préposé à l'exécution des manoeuvres.
La régulation d'un four par manoeuvre manuelle des vannes présente certaines difficultés. Tout d'abord, le préposé doit nécessairement exercer une surveillance continue des appareils indicateurs de la température effective; malgré tout le soin et toute la régularité que l'on peut attendre du préposé, il faut toujours craindre, une fatigue ou une négligence ou même un défaut de surveillance, ce qui peut amener une imprécision des manoeuvres;
cette imprécision peut avoir comme ef fet de provoquer des chauffages ou des refroidissements incorrects*
De plus, le préposé ne peut jamais intervenir qu'après lecture de l'appareil indicateur c'est-à-dire après qu'a été
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y noté l'écart entre la température théorique idéale requise pour une phase du traitement et la température effective mesurée au cours de cette phase ; de ce fait. le préposé ne peut effectuer les manoeuvres de correction qu'avec un certain retard, de aorte qu'il existe toujours un manque de concordance entre les températures en différents points du four.
Par suite de ces difficultés, l'allure d'un four c'est-à- dire l'évolution de sa température au cours d'un cycle de traitement ou tout au moins au cours de certaines phases peut s'écarter notablement de l'allure théorique idéale que le four devrait suivre pour un traitement tout à fait correct ce qui se traduit généralement par des effets néfastes sur les qualités des produits traités.
Les inconvénients précédents sont évités par la méthode de régulation d'un four industriel, qui fait l'objet de l'invention, et par une installation de régulation selon l'invention.
La méthode de régulation suivant l'invention se carac- térise en ce quton confectionne d'abord un élément pilote figurant,pour toutes les zones du four,un programme correspon- dant à un traitement complet et comportant les températures théoriques idéales des phases du traitement ainsi que leur durée, qu'on entraîne cet élément pilote suivant un mouvement continu dont la durée est au moins égale à celle du traitement complet, qu'on mesure de façon continue les températures effectives régnant dans les zones du four, qu'on compare de façon continue ces mesures des températures effectives avec les températures théoriques idéales fixées par l'élément pilote de façon à en déduire le sens et la grandeur d'un écart éventuel, qu'on émet un signal correspondant à cet écart,
et
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qu'on fait agir ce signal sur lois organes de commande des appareils de réglage de la température du four dans chacune des zones de celui-ci, ces zones pouvant comporter un nombre de brûleurs supérieur à un.
L'invention concerne également une installation comportant un élément pilote agissant en permanence sur u moyen de comparaison recevant aussi en permanence les indications d'un instrument de mesure des températures du four et tel qu'une canne pyrométrique et agissant par l'émission d'un signal correspondant à l'écart détecté, sur deux servoaoteurs modulant commandant deux Tanner montées respectivement sur un conduit de transport d'air de combustion mennt jusqu'au brûleur et sur un conduit de transport d'air de dilution menant aussi jusqu'au brûleur.
Ainsi la régulation d'un four alimenté par un combus- tible fluide, liquide ou gazeux,peut être exécutée de façon entièrement automatique, éventuellement pour divers cycles successifs de traitement, identiques ou non, et pour des températures allant depuis la température ambiante jusqu'au delà de 1000'C.
Dans ce but, suivant une particularité, il est prévu d'établir un élément pilote constitué par une came portant, pour toutes les zones,la figuration des températures théoriques idéales du four et des durées suivant un programme correspondant j à un traitement complet et d'utiliser comme moyen de comparaison j un régulateur, de préf érence du type enregistreur, agissant sur les gervo moteurs et les autres vannes de l'installation; en ! outre,la came est montée sur un moyen d'entraînement tel qu'une horloge effectuant un parcoure complet en un temps au moins égal à la durée totale d'un traitement.
Il est aussi prévu que l'air de combustion de chaque
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brûleur fourni par un groupe moto-ventilateur passe par une vanne à orifice limité réglant la pression à l'entrée des tuyères des dite brûleurs; quand le combustible est un liquide, le moto-ventilateur fournit aussi l'air d'atomisation et cet air gagne le brûleur après avoir traversé une vanne à orifice limité.
L'invention prévoit aussi de fournir de l'air de dilution par un ventilateur à grand débit et basse pression; cet air est mené à deux tuyères d'injection situées de part et d'autre de chaque brdleur et inclinées vers l'axe du brûleur.
Suivant l'invention, on a aussi prévu de placer sur le conduit de transport de l'air de combustion, une conduite en dérivation pourvue d'une vanne motorisée et constituant un by- pass pour la vanne à servo-r: teur montée sur le dit conduit de transport d'air de combustion.
De plus,le conduit d'air de combustion est raccordé à un régulateur de combustible liquide par un conduit porteur d'une vanne électromagnétique ayant un by-pass formé par un conduit en dérivation possédant une vanne accouplée mécaniquement avec la vanne à servo-noteur mortée sur le conduit d'air de combustion et un orifice de fuite calibré.
D'autres particularités pourront apparaître dans la description suivante de l'invention faite en se référant à une installation de régulation montrée à titre d'exemple non limit atif .
La figure représente schématiquement une installation de régulation réalisée selon l'invention,pour une zone possédant un brûleur.
Dans cette flaire, ne sont montrés que les éléments nécessaires'à la compréhension de l'invention; ces éléments
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sont représentés de façon purement schématique
L'installation considérée est une installation de ' régulation d'un four 1 servant au traitement thermique de produits métallurgiques et alimenté par \Il combustible liquide.
Suivant la nature des produits à traiter, on confectione un élément pilote qui est constitué par une came 2 dont le profil figure les températures théoriques idéales suivant lesquelles la température effective du four doit évoluer dans toutes les zones ainsi que les durées durant lesquelles ces températures respectives doivent être maintenues pour exécuter correctement un traitement donné; cette came correspond donc à un programme de traitement complet pouvant comprendre plusieurs cycles successifs. Cette came 2 montée sur une horloge 3 tourne à une vitesse telle qu'elle effectue un tour complet de rotation en un temps au moinségal à la durée du traitement complet.
Un galet 2a porté par un organe mobile tel qu'un bras 2b suit le dénivellations de la came ; ce bras mobile 2b agit sur un transmetteur électrique ou pneumatique connu et fournit ainsi l'indication détectée par l'organe mobiles à un régulateur enregistreur connu 4. Celui-ci reçoit aussi continuellement les indications électriques correspondant aux mesures de la tempé- rature effectuées de façon continue par uns canne pyrométrique 5 logée dans la four 1. Le régulateur enregistreur 4 effectue la comparaison entre les indications qu'il reçoit de la came 2 et de la canne 5. et détermine le sens et la valeur de l'écart éventuel entre la température effective dans le four et la température théorique idéale figurée sur la came 2.
Suivant cet écart, le régulateur enregistreur 4 émet un signal électrique ou ordre qui est transmis par la ligne 7 à un servo-moteur modulant et à uservo-moteur modulant 30
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Le serve-moteur 6 agit sur une vanne à papillon 8 montée sur un conduit 9 de transport de l'air de combustion à une canne d' in jection lla d'un brûleur 11; cet air est fourni par un moto- ventilateur 10.
Un servo-mote ur modulant 30 agit sur une vanne à papillon 29 placée sur un conduit 27 de transport de Pair de dilution à des tuyères 28 placées de part et d'autre du brûleur 11 de façon également inclinée vers l'axe de celui-ci pour que lea jets d'air convergent dans le jet de fumées; cet air de dilution est fourni par un moto-ventilateur 26. La vanne à papillon 29 est installée pour s'ouvrir quand la vanne à papillon 8 se ferme et vice-versa.
Le brûleur 11 est du type à -rand excès d t air c'est-à-dire qu'il permet une combustion stable même quand on y admet un volume d'air pouvant être au moins dix fois plus élevé que celui du volume réclamé par une combustion suivant le rapport steochiométrique du comburant au combustible.
Un contact réglable 2c, peut être positionné manuelle ment pour une température à laquelle on désire le passage de la combustion avec excès d'air à la combustion stoechiomét rique.
En amont du brûleur 11 se trouve une vanne à orifice limité 12 servant à équilibrer le brûleur en réglant la pression d'air d'alimentation; cette vanne 12 est réglée une fois pour toutes lors de la première mise en service de l'installation. Quand le four possède plusieurs brûleurs il existe une vanne semblable 12 en amont de chaque brûleur; ces diverses vannes sont réglées différemment suivant les pertes de char ge, pour avoir la même pression d'air à l'entrée de chaque brûleur.
Un régulateur de pression d'air de combustion 13 est installé à l'ouïe d'entrée du moto-ventilateur 10 afin de maintenir constante la pression
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de l'air d'atomisation du combustible liquide quel que soit le débit d'air total du dit moto-ventilateur 10 ; cet air d'atomisa- ; tion fourni par le moto-ventilateur 10 est amené à la canne d'injection 11a du brûleur 11 par un conduit 14. La pression de l'air d'atomisation qui est constante étant donné le régula- teur 13, est réglée à une valeur optimale pour la pulvérisation du combustible liquide par une vanne à orifice limité 16 placée en amont du brûleur 11.
Sur le conduit 9 de transport de l'air de combustion est installée une conduite en dérivation 9a formant un by-pass pour la vanne 8 et pourvue d'une vanne de fermeture 17, commandée par un servo-moteur 17a. Une conduite 20 relie le conduit 9 de transport d'air de combustion à un régu- lateur de la proportion air-combustible liquide 21; sur cette conduite 20, est située une vanne électromagnétique 22 du type tout ou rien qui possède un by-pass formé par une conduite 19 sur laquelle se trouve une vanne 18 accouplée mécaniquement avec la vanne à papillon 8.
En aval de lavanne 18 se trouve un orifice calibré 18a de fuite d'air d'impulsion du régulateur 21, ce qui permet la modulation de l'air d'impulsion sur le dit ré gulateur 21 quand la vanne 22 est fermée pour la mar che ave c excès d'air.
Le combustible qui est, par exemple, du fuel-oil, est livré à pression constante par une pompe et un régulateur de déversement non montrés sur la figure; après être passé à travers le régulateur deproportion 21, le combustible liquide est mené par un conduit 23 à une canne d'injection non montrée, placée dans le brûleur 11 ; sur le conduit 23 se trouvent une vanne électro.magnétique 24 du type tout ou rien, une vanne d'arrêt manuelle 25 et une vanne d'équilibrage 25a; cette dernière est; réglée lors de la mise en route de façon à obtenir la pression
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voulue à la canne d'injection logée dans le brûleur 11.
Bien qu'il soit du type à grand excès d'air, le brûleur 11 donne lors du fonctionnement à bas régime,des fumées dont la température minimum est encore trop élevée. Par conséquent, lors du chauffage, pour réaliser des montées en température très lentes, pouvant être de l'ordre de 5 C par heure à partir de la température ambiante, on introduit de l'air de dilution dans le four afin de diluer très fortement les fumées à la sortie même du brûleur de manière à abaisser la température du mélange gazeux dans le four. Pour ce faire, un moto-ventila- teur 26 à grand débit et à basse pression envoie de l'air par un conduit de transport 27 aux deux tuyères d'injection 28, qui injectent de l'air froid dans les fumées du brûleur et réalisent un mélange homogène et non déformant du jet de fumées.
Le servo-moteur 30 reçoit des ordres du régulateur enregistreur 4 par la ligne 7,
Un interrupteur 31 placé sur la ligne 7 commande la femeture simultanée des vannes électromagnétiques 15 et 24 par un circuit électrique non montré lorsque l'intensité du signal de commande des servo-moteurs des vannes 8 et 29 tombe en-dessous d'une valeur limite, fixes imposée par la vitesse de refroidissement.
Afin de faire comprendre l'installation qui vient d'aire décrite, son fonctionnement va être exposé de façon concise pour un programme de chauffais et de refroidissement. La came 2 établie suivant le programme prévu, est mise en place sur l'horloge 3, les ventilateurs 10 et 26 sont mis en marche ainsi que la pompe à fuel oil,non montrée,et les brûleurs pilotes,non montrés,sont allumés. Au départ à froid, la vanne 8 et sa vanne accouplée 18 sont fermées alors que la vanne 29 est ouverte.
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Le conta ct 2c influencé par la position de 2a agit électriquement . et simultanément sur le aervo-moteur 17a de la vanne 17 qui est ouverte et sur la vanne électromagnétique 22 qui est fermée.
Un autre contact 2d influencé aussi par 2a, agit sur une t vanne électromagnétique 32 placée sur l'alimentation du servo-moteur 30 et provoque la fermeture du dit servo-moteur pour toutes les températures supérieures à celle correspondant à la pos ition du dit contact 2d. Ainsi de l'air de combustion et de l'air de dilution sont admis au brûleur.
La cane 2 et la canne pyrométrique 5 agissent sur le régulateur enregis- treur 4 qi par ses ordres émis. agit sur le servo-moteur 6 et sur le servo-moteur 30 ; ainsi la vanne papillon 8 est ouverte de même que la vanne 18 qui y est accouplée et la vanne 29 est fermée ; les vannes 15 et 24 s'ouvrent sous la commande de l'interrupteur 31 de sorte que l'air d'atomisation amené par le conduit 14 pulvérise le combustible liquide amené par le conduit 23 Par conséquent, le brûleur 11 s'allume et la combustion se fait avec excès d'air; la température monte progressivement suivant le pro- gramme figurant car la came 2.Suivant les ordres reçus,le servo- moteur 6 ouvre progressivement la vanne 8 qui ouvre la vanne 18 qui augmente l'impulsion sur le régulateur et partant le débit de combustible;
l'air de dilution diminue progressivement par fermeture de la vanne 29 et la température monte de plus en plus fort, selon le programme. Dès que la température atteint la valeur correspondant au contact 2c, ce dernier provoque le passage de la combustion avec excès d'air à la combustion stoechiométrique en fermant la vanne 17 et en ouvrant la vanne 22; alors la pression d tair du conduit 9 agit directement sur le régulateur 21 de réglage de la proportion d'air et de combustible;le servo- moteur 30 ferme la vanne 29 et de l'air de dilution n'arrive plus
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dans le four dont la température continue à monter jusqu'au maximum, toujours selon le programme de la came qui impose la durée des diverses phases.
La température maximum ayant été maintenue pendant le temps voulu,la came 2 commande alors le refroidissement selon le programme prévu. Si celui-ci impose une faible vitesse de refroidissement les vannes 8 15, 17, 24 et 29 sont fermées alors que la vanne 22 est ouverte ainsi que la vanne 32 jusq'à ce que la température du four atteigne le point de passage de la combustion stoechiométrique à la combustion avec excès d'air.
A ce moment la vanne 17 s'ouvre et la vanne 22 se farina sous l'action du contact 2c; quand la température du four atteint la température correspondant à 2d, la vanne 32 se ferma ce qui accélère le refroidissement aux base températures et on revient ainsi à la température ambiante.
REVENDICATIONS.
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