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Title:
IDENTIFICATION OF LIQUID IMBALANCES IN A CENTRIFUGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/136162
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to means for establishing a reliable diagnosis regarding the presence of imbalances linked to the liquid contained in the rotating element of a centrifuge (dryer or decanter), commonly referred to as liquid imbalances or waves, rotating less quickly than the rotating element. The invention also makes it possible to differentiate them with respect to the imbalances linked to the wet solid contained in the rotating element, and rotating at the same speed as the rotating element and/or other vibrations. This differentiation may be carried out at high speed, but additional equipment makes it possible to carry out this function also at low speed, for which the monitoring detection means customarily used are not operational. The invention is therefore a real improvement in the safety and the manual or automated operation of a centrifuge, which may thus be suitably controlled as a function of the type of imbalance encountered.

Inventors:
BIRKEN LIONEL (FR)
Application Number:
FR2015/000051
Publication Date:
September 17, 2015
Filing Date:
March 09, 2015
Export Citation:
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Assignee:
OPTIMISATION DE PROCEDES D ESSORAGE (FR)
International Classes:
B04B9/14
Domestic Patent References:
WO2002005967A12002-01-24
WO2002005967A12002-01-24
Foreign References:
US5800331A1998-09-01
EP0770860A21997-05-02
EP1502651A12005-02-02
US5720066A1998-02-24
US5738622A1998-04-14
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Claims:
Revendications

1) Utilisation, pendant le fonctionnement d'une centrifugeuse composée notamment d'un rotor circulaire unique, d'au moins un accéléromètre, pour détecter et mesurer indépendamment des autres vibrations, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation.

2) Utilisation, selon la revendication 1, d'au moins un accéléromètre, pour différencier les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation,

- des vibrations provenant d'un balourd lié au. solide humide contenu dans l'élément e rotation, et tournant à la même vitesse que l'élément en rotation ;

- et/ou des vibrations rencontrées à des fréquences supérieures à la fréquence de rotation.

3) Procédé de mesure des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation d'une centrifugeuse composée notamment d'un rotor circulaire unique, tournant moins vite que l'élément en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

• Détermination de la fréquence de rotation de la centrifugeuse Fo ( 1) ;

• Acquisition du signal temporel des vibrations dans le temps (2) ;

• Extraction du spectre fréquentiél en vitesse (3) et/ou accélération et/ou déplacement à partir du signal temporel ;

• Détermination par intégration, grâce à un calculateur (4), sur ta plage de. fréquences AFBF, telle que 0<AFBFOXFO, avec a>0,9, et de préférence a>0,95,

- de la vitesse vibratoire VBF (5), à partir du spectre fréquentiél en vitesse ;

- et/ou de l'accélération vibratoire AeF à partir du spectre fréquentiél en accélération ;

- et/ou du déplacement vibratoire DBF à partir du spectre fréquentiél en déplacement ; « Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que

- la vitesse vibratoire VBF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie (9) ;

- et/ou que l'accélération vibratoire ABF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ;

- et/ou que le déplacement vibratoire DBF est supérieur à au moins une valeur préalablement définie,

4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes : • Détermination à partir du spectre fréquentiei en vitesse, grâce à un calculateur (4), de la vitesse vibratoire Vsc (6), obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz

• Détermination grâce à un calculateur (4) du rapport VBF / VSC ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VBF / VSC > b, b étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9 (9).

Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes :

• Détermination à partir du spectre fréquentiei en vitesse, grâce à un calculateur (4), de la vitesse vibratoire VFO (7), obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences AFo, telle que cxFo≤AFo<dxFo, avec c>0,9 et de préférence c>0,95, et avec d< l,l et de préférence d< l,05 ;

• Détermination grâce à un calculateur (4) du rapport VFO / VSC

« Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VFO / VSC > e, e étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9 (10).

Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les étapes du procédé sont réalisées à partir du spectre fréquentiei en accélération au lieu du spectre fréquentiei en vitesse, et sur les accélérations vibratoires au lieu des vitesses vibratoires.

Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les étapes du procédé sont réalisées à partir du spectre fréquentiei en déplacement au lieu du spectre fréquentiei en vitesse, et sur les déplacements vibratoires au lieu des vitesses vibratoires.

Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, la centrifugeuse comprenant en outre au moins un capteur de déplacement (20),. capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux de la centrifugeuse lorsqu'elle tourne à basse fréquence, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil (21), un dispositif permettant de calculer la fréquence d'oscillation ou de tangage de la centrifugeuse (22), caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes :

• Transformation du déplacement oscillant de la centrifugeuse (31) en impulsions (32) ;

• Calcul de la fréquence des impulsions, donc de la fréquence d'oscillation Fosc ;

• Détermination grâce à un calculateur du rapport Fosc/Fo (23) ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fose/Fo<0,9 (24) ; • Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que 0,9< Fosc/Fo≤l,l (25).

9) Procédé selon la revendication 8, le ou les capteurs de déplacement actionnant au moins deux contacts différents, le premier correspondant à un passage par un seuil de déplacement important et le second par un seuil de déplacement très important, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes ;

• Actionnement d'un premier niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement important ;

• Actionnement d'un second niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement très important.

10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

• Actionnement d'une réponse 1 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est ouverte et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est inférieure à une vitesse donnée ;

• Actionnement d'une réponse 2 si un balourd liquide est détecté pendant que ta vanne de remplissage de la centrifugeuse est fermée et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est supérieure à une vitesse donnée.

11) Dispositif d'identification des balourds rencontrés sur une centrifugeuse composée notamment d'un rotor circulaire unique, comprenant

- un moyen de mesurer la fréquence de rotation de la centrifugeuse Fo ;

- au moins un accéléromètre ;

- un calculateur et un module permettant d'identifier spécifiquement l'origine des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation ;

- un moyen d'alerte prévenant que la centrifugeuse est soumise à un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation.

12) Dispositif d'identification des balourds rencontrés sur une centrifugeuse tournant à basse fréquence, selon la revendication 11, comprenant en plus au moins un capteur de déplacement capable de détecte les déplacements horizontaux et/ou verticaux de cette centrifugeuse, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil.

13) Centrifugeuse composée notamment d'un rotor circulaire unique équipée d'au moins un dispositif d'identification des balourds selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12.

REVENDICATIONS MODIFIÉES

reçues par le Bureau international le 19 août 2015 (19.08.2015)

Revendications

1) Utilisation, pendant le fonctionnement d'une centrifugeuse composée notamment d'un rotor circulaire dans lequel la charge se répartit de manière continue sur 360°, d'au moins un accéléromètre, pour détecter et mesurer indépendamment des autres vibrations, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, ondulant et tournant moins vite que l'élément en rotation.

2) Utilisation, selon la revendication 1, d'au moins un accéléromètre, pour différencier les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, ondulant et tournant moins vite que l'élément en rotation,

- des vibrations provenant d'un balourd lié au solide humide contenu dans l'élément en rotation, et tournant à la même vitesse que l'élément en rotation ;

- et/ou des vibrations rencontrées à des fréquences supérieures à la fréquence de rotation.

3) Procédé de mesure des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation d'une centrifugeuse, composée notamment d'un rotor circulaire dans lequel la charge se répartit de manière continue sur 360°, ondulant et tournant moins vite que l'élément en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

· Détermination de la fréquence de rotation de la centrifugeuse Fo (1) ;

• Acquisition du signal temporel des vibrations dans le temps (2) ;

• Extraction du spectre fréquentiel en vitesse (3) et/ou accélération et/ou déplacement à partir du signal temporel ;

• Détermination par intégration, grâce à un calculateur (4), sur la plage de fréquences AFBF, telle que 0<AFBFOXFO, avec a>0,9, et de préférence a>0,95,

- de la vitesse vibratoire VBF (5), à partir du spectre fréquentiel en vitesse ;

- et/ou de l'accélération vibratoire AeF à partir du spectre fréquentiel en accélération ;

- et/ou du déplacement vibratoire DBF à partir du spectre fréquentiel en déplacement ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que

- la vitesse vibratoire VBF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie (9) ;

- et/ou que l'accélération vibratoire ABF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ;

- et/ou que le déplacement vibratoire DBF est supérieur à au moins une valeur préalablement définie.

4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes : • Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur (4), de la vitesse vibratoire Vsc (6), obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz ;

• Détermination grâce à un calculateur (4) du rapport VBF / VSC ;

« Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VBF / VSC > b, b étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9 (9).

5) Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes :

· Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur (4), de la vitesse vibratoire VFO (7), obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences AFo, telle que cxFo<ÀFo≤dxFo, avec c>0,9 et de préférence c>0,95, et avec d≤l,l et de préférence d< l,05 ;

• Détermination grâce à un calculateur (4) du rapport VFO / Vsc ;

« Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VFO / VSC > e, e étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9 (10).

6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les eitapes du procédé sont réalisées à partir du spectre fréquentiel en accélération au lieu du spectre fréquentiel en vitesse, et sur les accélérations vibratoires au lieu des vitesses vibratoires.

7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les étapes du procédé sont réalisées à partir du spectre fréquentiel en déplacement au lieu du spectre fréquentiel en vitesse, et sur les déplacements vibratoires au lieu des vitesses vibratoires.

8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, la centrifugeuse comprenant en outre au moins un capteur de déplacement (20), capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux de la centrifugeuse lorsqu'elle tourne à basse fréquence, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil (21), un dispositif permettant de calculer la fréquence d'oscillation ou de tangage de la centrifugeuse (22), caractérisé en ce qu'il comprend en plus les étapes suivantes :

• Transformation du déplacement oscillant de la centrifugeuse (31) en impulsions (32) ;

• Calcul de la fréquence des impulsions, donc de la fréquence d'oscillation Fosc ;

· Détermination grâce à un calculateur du rapport Fosc/Fo (23) ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fosc/Fo<0,9 (24) ; • Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que 0,9< Fosc/Fo≤l,l (25).

9) Procédé selon la revendication 8, le ou les capteurs de déplacement actionnant au moins deux contacts différents, le premier correspondant à un passage par un seuil de déplacement important et le second par un seuil de déplacement très important, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

• Actionnement d'un premier niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement important ;

• Actionnement d'un second niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement très important.

10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

• Actionnement d'une réponse 1 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est ouverte et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est inférieure à une vitesse donnée ;

• Actionnement d'une réponse 2 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est fermée et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est supérieure à une vitesse donnée.

11) Dispositif d'identification des balourds rencontrés dans une centrifugeuse, composée notamment d'un rotor circulaire dans lequel la charge se répartit de manière continue sur 360°, le dispositif comprenant

- un moyen de mesurer la fréquence de rotation de la centrifugeuse Fo ;

- au moins un accéléromètre ;

- un calculateur et un module qui permettent de déterminer l'origine des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, ondulant et tournant moins vite que l'élément en rotation,

• en comparant les vibrations totales avec la part des vibrations liées au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation, c'est-à-dire à une fréquence inférieure à Fo;

• ou/et en comparant sur le spectre fréquentiel en vitesse, en déplacement ou en accélération, la hauteur du pic qui apparaît à la fréquence de rotation Fo de la centrifugeuse, avec la hauteur du pic le plus important qui apparaît en-dessous de la fréquence de rotation Fo de la centrifugeuse ;

• ou/et en comparant sur le spectre fréquentiel en vitesse, en déplacement ou en accélération, la fréquence de rotation Fo de la centrifugeuse avec la fréquence à laquelle le pic le plus élevé apparaît, - un moyen d'alerte prévenant que la centrifugeuse est soumise à un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation, tournant moins vite que l'élément en rotation, si le module a permis de déceler ce type de balourds.

12) Dispositif d'identification des balourds rencontrés sur une centrifugeuse tournant à basse fréquence, selon la revendication 11, comprenant en plus au moins un capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux de cette centrifugeuse, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil.

13) Centrifugeuse, composée notamment d'un rotor circulaire dans lequel la charge se répartit de manière continue sur 360°, équipée d'au moins un dispositif d'identification des balourds selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12.

Description:
Identification des balourds liquides

dans une centrifugeuse

Description

La présente invention concerne un procédé de surveillance des vibrations rencontrées sur une centrifugeuse, par exemple une centrifugeuse à cycles (discontinue), composée notamment d'un moteur entraînant un arbre, lui-même solidaire d'un rotor circulaire unique servant de réceptacle, dans lequel le mélange à séparer est plaqué sur 360° par la force centrifuge. Cette invention ne concerne donc pas les centrifugeuses à tubes ou à godets, dans lesquelles le mélange à séparer est réparti dans au moins 2 contenants distincts, pour lesquelles des vibrations apparaissent, dès que la masse solide et/ou liquide n'est pas la même dans les divers contenants.

Le terme centrifugeuse concerne toutes les machines tournant à grande vitesse, c'est à dire à plusieurs centaines ou milliers de tours/min, donc qui utilisent la force centrifuge, pour accélérer une séparation, qui se fait déjà naturellement par décantation ou par filtration. Les centrifugeuses sont dites continues, lorsqu'elles sont alimentées et déchargées en continu. Elles tournent alors à une vitesse constante. Certaines décanteuses ou essoreuses continues sont dotées d'une vis sans fin tournant à une vitesse légèrement différente du rotor circulaire contenant le liquide. Cette vis. permet d'extraire le solide déposé sur le rotor, et de l'extraire de la centrifugeuse en continu.

Les centrifugeuses sont dites discontinues ou à cycles, lorsqu'elles sont chargées, puis déchargées successivement. Elles tournent très souvent à vitesse variable, la vitesse variant selon l'étape du procédé (chargement, essorage, déchargement...). C'est par exemple le cas des essoreuses à cycles, très répandues dans l'industrie chimique. En anglais, on parle de "batch centrifuges", "peeler centrifuges", "bottom discharge centrifuges" ou encore "top discharge centrifuges", selon le type de machines.

Le terme balourd désigne généralement un défaut d'équilibrage d'une pièce tournant autour d'un axe. Dans une centrifugeuse, le balourd peut aussi résulter de la masse contenue dans la pièce en rotation, inégalement répartie dans la pièce en rotation. Cette masse inégalement répartie peut être liée à une mauvaise répartition du solide présent dans cette centrifugeuse. On parle alors de balourd solide. Le balourd peut aussi être lié au liquide présent dans la centrifugeuse, lorsque le liquide tourne moins vite que le rotor de la centrifugeuse, et ondule dans ce rotor. On parle alors de balourd liquide ou de vague. On rencontre principalement ce phénomène lorsque la centrifugeuse n'est plus alimentée et qu'elle n'est pas pleine, et éventuellement qu'elle traite un produit qui filtre mal lorsqu'il s'agit d'une essoreuse. Il est possible de rajouter .des cloisonnements dans le rotor d'une décanteuse discontinue pour aider à la mise en vitesse du liquide, mais ce cloisonnement est impossible dans le panier perforé d'une essoreuse, puisqu'un média filtrant synthétique ou métallique le recouvre généralement. On rencontre donc principalement ce phénomène de vagues sur les essoreuses discontinues (ou à cycles).

Pour les deux types de balourds, le balourd génère des vibrations de fréquences plus ou moins importantes, fonction du type du balourd et de la fréquence de rotation de la centrifugeuse. Certaines vibrations sont parfois de si basse fréquence, qu'on les associe plutôt à des déplacements ou à du tangage, qu'à des vibrations.

En pratique, il n'est pas toujours facile de distinguer balourds solides et liquides. Les utilisateurs parlent généralement simplement de balourd. Le terme ba l n est parfois utilisé aussi.

Depuis des dizaines d'années, les essoreuses et autres centrifugeuses comme par exemple KRAUSS MAFFEI, ROBATEL, ROUSSELET, COMI CONDOR... sont équipées de capteurs de vibrations de type accéléra m êtres ou plus anciennement de vélocimètres, mesurant le' niveau global de vibrations, généralement sous forme d'une vitesse vibratoire exprimée en mm/s. Des capteurs à bille ont également été utilisés et sont parfois toujours utilisés, notamment sur les essoreuses FERRUM, mais le signal n'est que tout ou rien. Sous l'effet des vibrations, une bille va sortir de son logement et va venir actionner un contact. Dans tous les cas, ces capteurs ne permettent pas de déceler les vibrations de très basses fréquences. Ils ne permettent pas non plus de différencier l'origine des vibrations, et donnent donc une réponse identique, quelle que soit l'origine.

Lorsque ces capteurs détectent des vibrations, ils vont généralement ramener la centrifugeuse à basse vitesse, ou l'arrêter complètement. Ces actions peuvent s'avérer inappropriées, lorsque les vibrations sont liées au liquide présent à l'intérieur de la centrifugeuse. Si la machine est ramenée à basse vitesse, le liquide peut onduler très fortement dans la centrifugeuse, et causer des dégâts importants, puisque la machine d'une à plusieurs dizaines de tonnes selon les modèles, peut faire des bonds de plusieurs dizaines de cm, casser son châssis, commencer à se déplacer dans l'atelier... Si la centrifugeuse s'arrête, alors qu'elle est pleine de liquide, tout le produit à l'intérieur de la partie tournante de la centrifugeuse s'effondre, et il faut alors ouvrir la centrifugeuse et l'installation, et procéder à un nettoyage fastidieux, voire dangereux lorsque les produits sont toxiques.

Pour compléter la détection des vibrations, ou en substitution des capteurs de vibrations, des capteurs de déplacements sont parfois installés en parallèle, notamment sur les essoreuses à cycles. Ceux-ci ne sont efficaces que pour de forts déplacements de plusieurs mm, voire parfois plusieurs cm. Lorsqu'une centrifugeuse tourne à grande vitesse, ce dispositif devient complètement inefficace, car l'amplitude liée aux vibrations devient faible. De plus, ils sont généralement disposés de façon à détecter les déplacements radiaux, alors que les balourds liquides (vagues) créent des déplacements dans toutes les directions. Les suspensions, composées de ressorts, peuvent être excitées si la fréquence du balourd correspond à la fréquence de résonance des ressorts. Les ressorts vont donc générer des déplacements verticaux très importants, donc longitudinaux dans le cas des centrifugeuses verticales.

Le brevet WO 0205967A1 propose un dispositif qui permet de différencier

- les vibrations liées à une mauvaise répartition du produit à l'intérieur de la partie tournante d'une centrifugeuse

- des vibrations liées au passage transitoire des fréquences critiques lors des démarrages et arrêts de la centrifugeuse, ou des vibrations liées au fonctionnement général de la centrifugeuse, autrement dit les vibrations liées à des défauts mécaniques.

Aucune référence n'est faite au phénomène de balourds liquides (vagues) tournant à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation, rencontrées sur les centrifugeuses, notamment sur les centrifugeuses discontinues (à cycles). Aucune différenciation n'est donc faite entre un balourd solide et un balourd liquide. Le dispositif mentionné ne permet pas de faire cette distinction. Enfin, aucune référence n'est faite à un filtre passe-bas sur les fréquences, variable en fonction de la fréquence de rotation de la centrifugeuse.

Le brevet US 5720066 fait référence à une méthode pour adapter la vitesse du moteur d'une machine à laver, en fonction de l'étape du cycle. Les machines à laver ne sont évidemment pas confrontées à des phénomènes de balourds liquides (vagues), puisqu'il n'y a pas de risque de forte accumulation de liquide dans le tambour de la machine à laver, et qu'il n'y a pas de risque d'une mauvaise filtration. D'ailleurs, aucune référence n'est faite non plus à ce phénomène de balourds liquides (vagues), ou à une différenciation entre des vibrations liées à un balourd solide, et celles liées à un balourd liquide tournant à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation de la centrifugeuse.

D'autres brevets antérieurs ou postérieurs font référence à des capteurs de vibrations ou des capteurs de déplacements, comme par exemple le brevet US5738622, mais aucun ne fait référence à des moyens ou des procédés de différenciation des balourds solides des balourds liquides, et aucun ne fait référence à un appareil de suivi vibratoire capable de détecter et mesurer les vibrations provenant d'un balourd liquide, indépendamment des autres vibrations.

Les centrifugeuses, particulièrement les essoreuses à cycles, sont donc pour le moment insuffisamment protégées contre ces phénomènes dangereux, car elles ne sont généralement équipées que d'un seul capteur, de vibrations ou de déplacement. D'une part, le ou les capteurs en place ne détectent pas tous les phénomènes dangereux. D'autre part, la réponse donnée par le ou les capteurs en place n'est souvent pas la bonne. Il reste donc un besoin pour différencier les balourds liquides tournant à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation, et les balourds solides. Il a maintenant été découvert qu'il est possible de différencier simplement et efficacement les balourds solides et les balourds liquides tournant à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation, au moyen d'appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, par exemple de type accéléromètre, type le plus couramment utilisé, par analyse du spectre fréquentiel que l'on peut extraire du signal temporel des vibrations dans le temps.

Ainsi, et selon un premier aspect, l'invention concerne l'utilisation, pendant le fonctionnement.d'une centrifugeuse, d'au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, de préférence un accéléromètre, pour détecter et mesurer indépendamment des autres vibrations, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, communément appelé vague, tournant moins vite que l'élément en rotation.

Selon un mode particulier, l'invention concerne l'utilisation d'au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire pour différencier pendant le fonctionnement d'une centrifugeuse, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation

- des vibrations provenant d'un balourd lié au solide humide contenu dans l'élément en rotation, et tournant à la même vitesse que l'élément en rotation ;

- et/ou des vibrations rencontrées à des fréquences supérieures à la fréquence de rotation.

L'utilisation selon l'invention permet de différencier les balourds et ainsi de remédier aux défauts de protection des centrifugeuses et du personnel qui travaille à proximité.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de mesure des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. Ce procédé comprend et de préférence comporte les étapes suivantes, opérées par l'intermédiaire d'un automate et d'un calculateur

• Détermination de la fréquence . de rotation de la. centrifugeuse Fo, par mesure de la vitesse ou par suivi de l'étape du cycle. Il est en effet possible d'associer la vitesse de la centrifugeuse à l'étape du cycle dans laquelle elle se trouve ;

« Acquisition du signal temporel des vibrations dans le temps (variation des vibrations d'une centrifugeuse dans le temps) ;

• Extraction du spectre fréquentiel en vitesse et/ou accélération et/ou déplacement à partir du signal temporel par exemple par application de la transformée de Fourrier rapide (FFT) ;

• Détermination par intégration, grâce à un calculateur, sur la plage de fréquences AFBF, telle que 0<AFBFOXFO, avec a>0,9, et de préférence a>0,95,

- de la vitesse vibratoire VBF, exprimée généralement en mm/s, à partir du spectre fréquentiel en vitesse ; - et/ou de l'accélération vibratoire ABF, exprimée généralement en mm/s 2 ou en g, à partir du spectre fréquentiel en accélération ;

- et/ou du déplacement vibratoire DBF, exprimé généralement en μητι à partir du spectre fréquentiel en déplacement ;

« Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que

-; la vitesse vibratoire VBF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ; - et/ou que l'accélération vibratoire ABF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ;

- et/ou que le déplacement vibratoire DBF est supérieur à au moins une valeur préalablement définie.

Ce procédé peut être complété par plusieurs autres étapes qui permettent de différencier plus finement les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide par rapport aux vibrations provenant d'autres sources :

• Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur, de la vitesse vibratoire Vsc, obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz ;

• Détermination grâce à un calculateur du rapport VBF / VSC ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VBF / VSC> b, b étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9.

Selon un mode de réalisation préféré, les étapes suivantes peuvent être ajoutées :

» Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur, de la vitesse vibratoire VF 0 , obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences AFo, telle que cxFo≤AFo≤dxFo, avec c>0,9 et de préférence c>0,95, et avec d≤l,l et de préférence d< 1,05 ;

® Détermination grâce à un calculateur du rapport VFO / Vsc ;

® Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VFO / Vsc > e, e étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9.

Selon un mode particulier de réalisation, la différenciation des vibrations peut être réalisée d'après des spectres fréquentiels en accélération, sur les accélérations vibratoires.

Selon un autre mode particulier de réalisation, la différenciation peut être réalisée d'après des spectres fréquentiels en déplacement, sur les déplacements vibratoires.

Avantageusement l'automate et le calculateur opèrent en continu, mais peuvent aussi opérer à intervalles réguliers, ou sur demande, ou lorsque la vitesse vibratoire et/ou l'accélération vibratoire et/ou le déplacement vibratoire, dépasse un seuil fixé préalablement. Selon un autre mode particulier de réalisation, le procédé d'identification des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, peut comprendre les étapes suivantes :

» Détermination à partir de l'un quelconque des spectres fréquentiels en vitesse, déplacement ou accélération, grâce à un calculateur, des hauteurs du pic le plus important sur les plages de fréquences suivantes, de préférence avec une échelle linéaire en ordonnées :

- Hsc, obtenue sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz ;

- HBF, obtenue sur la partie du spectre sur une plage de fréquences AFBF telle que 0<AFeF<fxFo, avec f>0,9, et de préférence f>0,95 ;

» Détermination grâce à un calculateur du rapport HBF / HSC ;

« Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate

et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que HBF / HSC = 1.

Selon un mode de réalisation préféré, le procédé peut comprendre les étapes suivantes :

• Détermination à partir de l'un quelconque des spectres fréquentiels en vitesse, déplacement ou accélération, de la fréquence FPIC à laquelle apparaît le pic le plus élevé ;

• Détermination grâce à un calculateur du rapport FPIC/FO ;

» Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fpic/Fo<g, avec g<0,95, et de préférence g<0,9 ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que FPIC/FO tend vers 1,. de préférence dès que 0,95<FPIC/FO< 1,05.

Pour compléter le procédé lorsque la centrifugeuse tourne à basse fréquence, donc que le capteur type accéléromètre ne détecte pas correctement les vibrations, la centrifugeuse peut être équipée d'au moins un capteur de déplacement, capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil. Un dispositif complémentaire ou combiné avec le capteur, par exemple un convertisseur d'impulsions, permet de calculer la fréquence d'oscillation ou de tangage de la centrifugeuse. Les étapes suivantes sont alors appliquées :

• Transformation du déplacement oscillant de la centrifugeuse en impulsions

• Calcul de la fréquence des impulsions, donc de la fréquence d'oscillation Fosc

• Détermination grâce à un calculateur du rapport Fosc/Fo ;

• Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fosc/Fo<0,9 ; • Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fosc/Fo tend vers 1, de préférence dès que 0,9≤Fosc/Fo≤l,l.

Selon un dernier mode de réalisation, le capteur ou les capteurs de déplacement peuvent actionner au moins deux contacts différents, le premier correspondant à un passage par un seuil de déplacement important, et le second par un seuil de déplacement très important. Le procédé complémentaire mis en œuvre comprend et de préférence comporte deux étapes :

• Actionnement d'un premier niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement important

« Actionnement d'un second niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement très important.

Enfin, des actions différentes peuvent être appliquées en fonction de la vitesse réelle de la centrifugeuse ou/et de l'étape du procédé dans laquelle elle se trouve. Par exemple

« Actionnement d'une réponse 1 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est ouverte et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est inférieure à une vitesse donnée ;

• Actionnement d'une réponse 2 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est fermée et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est supérieure à une vitesse donnée.

Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un kit d'identification de balourds pouvant survenir sur une centrifugeuse, liés au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. Le kit selon l'invention comprend :

- un moyen de mesurer la fréquence de rotation de la centrifugeuse ;

- au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, de préférence de type accéléromètre ;

- un calculateur et un module permettant d'identifier spécifiquement l'origine des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation ;

- un moyen d'alerte prévenant que la centrifugeuse est soumise à un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation.

En variante, le kit peut contenir un accéléromètre pour la détection du balourd solide et/ou du suivi global des vibrations, et un autre accéléromètre pour la détection du balourd liquide. L'invention se caractérise alors par l'acquisition des données d'une part du premier accéléromètre pour la détection du balourd solide et/ou du suivi global des vibrations, et d'autre part du second accéléromètre pour la détection du balourd liquide.

Selon un mode particulier de réalisation, le kit peut contenir aussi au moins un capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux de cette centrifugeuse, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil. Ce capteur complémentaire est indispensable pour détecter les balourds liés au liquide pouvant survenir sur une centrifugeuse, lorsqu'elle tourne à basse fréquence.

Selon une variante, l'automate peut envoyer une réponse sous forme d'affichage d'information sur un écran ou sur une imprimante, de voyant(s) lumineux et/ou de signaux sonores, permettant à l'opérateur d'apporter la correction nécessaire (par exemple accélération de la centrifugeuse, ralentissement de la centrifugeuse ou arrêt de la centrifugeuse) selon le type de balourd ou d'incident identifié.

Selon une autre variante, l'automate peut actionner directement la correction nécessaire comme indiqué ci-dessus, cette correction automatique pouvant par ailleurs être couplée à un ou plusieurs écrans de contrôle, impressions, avertisseurs lumineux et/ou sonores comme indiqué ci-dessus.

Enfin selon un dernier aspect, l'invention concerne également une centrifugeuse équipée d'au moins un kit tel que défini ci-dessus.

La figure 1 est un diagramme fonctionnel du procédé d'identification des balourds rencontrés dans une centrifugeuse, lorsque le balourd tourne à une fréquence décelable par un accéléromètre.

Les figures 2 et 3 expliquent comment peuvent être obtenues les grandeurs physiques utilisées pour différencier les deux types de balourds, en utilisant par exemple une transformée de Fourrier.

La figure 4 est un diagramme fonctionnel du procédé d'identification des balourds rencontrés dans une centrifugeuse, lorsque le balourd tourne à très basse fréquence, non décelable par un accéléromètre. La détection du déplacement est assurée dans ce cas par un capteur de déplacement tout ou rien.

La figure 5 est un schéma qui explique comment peut être mesurée la fréquence d'oscillation de la centrifugeuse, lorsqu'elle est soumise à un balourd de très basse fréquence.

La figure 6 est un schéma qui résume le kit d'identification de balourds pouvant survenir sur une centrifugeuse, liés au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation.

La présente invention décrit notamment des procédés qui permettent de mesurer les vibrations liées à des balourds liquides (vagues) rencontrés dans une centrifugeuse, notamment dans une centrifugeuse discontinue, et de les différencier des autres vibrations, notamment celles liées aux balourds solides.

Le procédé permet de mesurer et différencier les vibrations liées à un balourd liquide, lorsque la centrifugeuse tourne à une vitesse d'au moins plusieurs centaines de tours/min, et permet aussi d'assurer cette fonction, lorsque la centrifugeuse tourne à basse vitesse, donc lorsque le capteur de vibrations devient inopérant.

Le signal temporel (11), de base sinusoïdale puisqu'il s'agit d'une machine en rotation, issu par exemple d'un accéléromètre, est traité par une électronique associée à des algorithmes, qui permet d'extraire par exemple un spectre fréquentiel en vitesse (12). La vitesse vibratoire VBF est alors calculée par intégration sur une plage de fréquences inférieures à la fréquence de rotation, par exemple sur une plage 2 Hz - 0,95xFo (figure 3).

Si VBF est supérieure à un seuil donné, alors un signal est envoyé à l'automate qui pourra par exemple afficher un message "Balourd liquide" sur l'écran.

Pour renforcer le diagnostic, cette vitesse VBF peut être comparée avec la vitesse vibratoire Vsc, obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz. Si le rapport VBF/VSC tend vers 1, alors les vibrations sont essentiellement liées aux balourds liquides.

Pour compléter le diagnostic, il est aussi possible de. déterminer la vitesse vibratoire VFO, obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences aux alentours immédiats de la fréquence de rotation, par exemple sur une plage 0,95xFo-l,05x Fo. Si le rapport VF O /VSC tend vers 1, alors les vibrations sont essentiellement liées aux balourds solides.

Une démarche similaire peut-être réalisée sur les accélérations vibratoires ou les déplacements vibratoires.

Le spectre fréquentiel peut aussi être analysé par un logiciel adapté, pour identifier la fréquence du pic le plus important sur chaque plage de fréquences, et calculer sa hauteur. Si le pic le plus grand se trouve dans la plage des fréquences inférieures à la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd liquide. Si le pic le plus grand se trouve à la fréquence de rotation ou aux alentours immédiats, alors il s'agit d'un balourd solide. Enfin, si le pic le plus grand est observé à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation, alors les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher, un problème mécanique ou électrique.

L'analyse peut enfin être réalisée sur la fréquence du pic le plus important. Dans la figure 3, le spectre fréquentiel peut être analysé par un logiciel adapté, pour identifier la fréquence FPIC du pic le plus important. Si cette fréquence Fpic est inférieure à la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd liquide. Si cette fréquence FPIC est très proche de la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd solide. Enfin, si le pic le plus grand est observé à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation, alors les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique ou électrique Un procédé complémentaire au premier procédé (Figure 4), consiste à transformer l'oscillation de la centrifugeuse soumise à un balourd de basse fréquence (Figure 5, repère 31) capté par un capteur de déplacement, en impulsions (Figure 5, repère 32), puis à calculer la fréquence de ces impulsions, et d'en déduire la fréquence d'oscillation Fosc. Un calculateur permet alors de déterminer le rapport Fosc/Fo.

Si le rapport Fosc/Fo est inférieur à 1, par exemple si Fosc/Fo< 0,9 , il s'agit d'un balourd liquide. Si le rapport Fosc/Fo est égal à 1 ou pratiquement égal à 1, par exemple si 0,9 < Fosc/Fo < 1,1, alors il s'agit d'un balourd solide tournant à basse vitesse. Enfin, si le rapport Fosc/Fo est supérieur à 1, les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique.

Grâce à cette invention, il est donc maintenant possible de déceler tous les phénomènes dangereux liés aux balourds solides et liquides rencontrés sur une centrifugeuse, quelle que soit leur fréquence, et de donner un diagnostic fiable à l'opérateur ou à l'automate, pour qu'une réponse adaptée soit apportée.

Références des figures :

1 - détermination de la fréquence de rotation Fo

2 - signal temporel des vibrations dans le temps, provenant d'un capteur de vibrations

(accéléromètre par exemple)

3 - spectre fréquentiel en vitesse

4 - calculateur

5 - vitesse vibratoire VBF obtenue sur les fréquences en dessous de Fo

6 - vitesse vibratoire Vsc obtenue sur le spectre complet

7 - vitesse vibratoire Wo obtenue sur les fréquences autour de Fo

9 - diagnostic : balourd liquide

10 - diagnostic : balourd solide

11 - signal temporel sinusoïdal provenant de l'accéléromètre

12 - spectre fréquentiel obtenu

20 - information du capteur de déplacement

21 - dispositif transformant l'oscillation de la centrifugeuse en impulsions

22 - calculateur permettant de déterminer la fréquence d'oscillation F 0S c

23 - calculateur permettant de déterminer le rapport F OS c/Fo

24 - diagnostic : balourd liquide

25 - diagnostic : balourd solide

31 - déplacement oscillant de la centrifugeuse

32 - courbe de réponse binaire

40 - centrifugeuse

41 - élément en rotation de la centrifugeuse

42 - moyen de déterminer la fréquence de rotation Fo, par exemple un compte tours

43 - appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, par exemple un accéléromètre - capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux, par exemple un capteur inductif

- capteur de déplacement capable de détecter les déplacements verticaux, par exemple un capteur inductif

- électronique et calculateur permettant d'acquérir le signal temporel, de déterminer le spectre fréquentiel, de comparer les niveaux vibratoires (par exemple les , : vitesses vibratoires) et de donner un diagnostic sur l'identification des balourds liquides et/ou solides.

- pupitre de commande ou coffret

- voyant balourd liquide important

- voyant balourd liquide dangereux

- voyant balourd solide important

- voyant balourd solide dangereux