Une installation de traitement, et plus particulièrement une installation de refroidissement d'un produit chaud, comprend de façon connue :

- une enceinte de refroidissement du produit chaud,

- une goulotte d'amenée agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement,

- une goulotte d'évacuation agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement,

- une conduite d'insufflation agencée pour insuffler du gaz de refroidissement, tel que de l'air froid, à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement, et

- une conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes, constituées du gaz de refroidissement et des poussières issues des contacts entre le gaz de refroidissement et le produit chaud à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement, la conduite d'extraction étant équipée d'un ventilateur de tirage entraîné par un moteur électrique.

Dans une telle installation de refroidissement, les fumées chaudes évacuées peuvent atteindre des températures supérieures à 200°C, voire supérieures à 300°C. Ainsi, l'énergie thermique perdue par une telle installation de refroidissement s'avère importante.

Afin de récupérer une partie de l'énergie thermique perdue par une installation de refroidissement et d'augmenter ainsi le rendement énergétique de celle-ci, une première solution connue consiste à coupler thermiquement un échangeur de chaleur à la conduite d'extraction de telle sorte que les fumées chaudes s'écoulant à travers cette dernière chauffent un fluide caloporteur s'écoulant à travers l'échangeur de chaleur. Les calories récupérées par le fluide caloporteur peuvent alors servir par exemple à une opération de chauffage ou de séchage dans une installation de traitement voisine de l'installation de refroidissement. Un tel mode de récupération, bien qu'économique et efficace, n'est pas adapté pour les sites de production non équipés d'installation susceptible d'utiliser les calories récupérées sur l'installation de refroidissement.

Une deuxième solution connue consiste à transformer une partie de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement en énergie électrique. Une telle solution consiste plus particulièrement à prévoir, dans l'installation de refroidissement, un circuit de conversion d'énergie dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur et comprenant :

- un évaporateur apte à être chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la conduite d'extraction et apte à vaporiser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie,

- une turbine apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé par l'évaporateur, et apte à entraîner un alternateur destiné à produire de l'électricité, et

- un condenseur apte à condenser le fluide caloporteur vaporisé refoulé par la turbine, et

- une pompe apte à pressuriser le fluide caloporteur condensé et à rediriger le fluide caloporteur pressurisé dans l'évaporateur.

Une troisième solution connue consiste à transformer une partie de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement en énergie mécanique et d'utiliser directement cette énergie mécanique pour entraîner en rotation le ventilateur de tirage, et ce de manière à s'affranchir d'un alternateur, et donc d'augmenter le rendement énergétique de l'installation de refroidissement, la compacité et le coût de celle-ci.

Cette troisième solution consiste plus particulièrement à prévoir une deuxième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement, à raccorder la deuxième conduite d'extraction à la conduite d'extraction équipée du ventilateur de tirage, à prévoir un circuit de conversion d'énergie tel que décrit précédemment, à coupler thermiquement l'évaporateur à la deuxième conduite d'extraction et enfin à accoupler en rotation l'arbre de sortie de la turbine au ventilateur de tirage.

Une telle solution présente toutefois plusieurs inconvénients, notamment lorsqu'elle est utilisée dans le cadre d'un procédé de refroidissement de clinker. Tout d'abord, au démarrage de l'installation, il est nécessaire de préchauffer l'enceinte de refroidissement (par exemple à l'aide de la chaleur d'un brûleur d'un four voisin) de manière à disposer de l'énergie thermique initiale nécessaire au démarrage de la turbine et du ventilateur de tirage.

Ensuite, en cours de fonctionnement de l'installation, il peut arriver que, du fait des fluctuations du procédé de production du clinker, la puissance thermique de la turbine diminue alors qu'au même moment la puissance du ventilateur de tirage a besoin d'être maximale. Il peut s'en suivre une extraction insuffisante des fumées chaudes, et donc une diminution du rendement de l'installation, voire une dégradation de celle-ci.

Enfin, en cas de défaillance de la turbine ou de l'évaporateur du circuit de conversion d'énergie, l'installation de refroidissement en entier peut se retrouver en défaut.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.

Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et plus particulièrement d'une installation de refroidissement, qui assure un fonctionnement optimal et fiable de l'installation de traitement quelles que soient les conditions de fonctionnement de celle-ci.

A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante, tel qu'un ventilateur et notamment un ventilateur de tirage, d'une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprenant :

- une turbine pourvue d'un arbre de sortie apte à fournir un couple d'entraînement,

- un moteur électrique pourvu d'un arbre de sortie apte à fournir un couple d'entraînement,

- des moyens d'accouplement agencés pour accoupler en rotation les arbres de sortie de la turbine et du moteur électrique à la machine tournante de l'installation de traitement, et

- une unité de commande agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine, l'unité de commande étant agencée pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante, tel que la vitesse de rotation de la machine tournante, en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement, et pour réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Une telle configuration du dispositif d'entraînement et de contrôle permet, en cas de défaillance de la turbine et lors des phases de démarrage de l'installation de traitement, d'assurer une vitesse de rotation optimale de la machine tournante tout simplement en commandant le fonctionnement du moteur électrique de manière à atteindre la valeur de consigne définie.

En outre, la présence du moteur électrique permet, lorsque le couple d'entraînement fourni par la turbine est insuffisant dû notamment à des fluctuations dans le procédé de production du produit chaud, d'apporter un couple d'entraînement complémentaire de manière à maintenir un entraînement en rotation optimal de la machine tournante.

Ainsi, le moteur électrique permet de fournir un couple d'entraînement apte à compléter ou à remplacer le couple d'entraînement fourni par la turbine dans certaines conditions de fonctionnement de l'installation de traitement.

Cependant, dans des conditions de fonctionnement optimales de l'installation de traitement, seule la turbine est alimentée, ce qui permet de limiter la consommation en énergie électrique de l'installation de traitement.

Par conséquent, l'association d'un moteur électrique à une turbine permet d'assurer un rendement élevé de l'installation de traitement et un fonctionnement fiable de cette dernière, et ce quelles que soient les conditions de fonctionnement de l'installation de traitement.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'entraînement et de contrôle est configuré pour entraîner et contrôler une machine tournante d'une installation de traitement équipée d'au moins une conduite d'extraction de fumées chaudes, telle qu'un exutoire ou une cheminée. L'installation de traitement peut être par exemple une chaudière notamment d'une centrale thermique, un préchauffeur de cimenterie ou encore un haut fourneau.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine tournante pourrait être par exemple une pompe, un compresseur, un élévateur, un convoyeur, un broyeur, un ventilateur de tirage ou encore tout type de ventilateur équipant une installation de traitement équipée d'au moins une conduite d'extraction de fumées chaudes.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à réguler simultanément le paramètre de fonctionnement de la turbine, tel que la vitesse de rotation de la turbine, et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique, tel que la vitesse de rotation du moteur électrique, en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins :

- un mode de fonctionnement nominal dans lequel la turbine est alimentée et fournit un couple d'entraînement et le moteur électrique ne fournit pas de couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement de la turbine de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie, et

- un mode de fonctionnement hybride dans lequel le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement et la turbine est alimentée et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule simultanément le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins un mode de défaillance dans lequel la turbine n'est pas alimentée et le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Avantageusement, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend des moyens de détermination du paramètre de fonctionnement de la machine tournante. Ces moyens de détermination comportent par exemple un capteur de vitesse agencé pour déterminer la vitesse de rotation de la machine tournante.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique et du paramètre de fonctionnement de la machine tournante.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend des moyens de détermination du paramètre de fonctionnement de la turbine, tel que la vitesse de rotation de la turbine. Ces moyens de détermination comportent par exemple un capteur de vitesse agencé pour déterminer la vitesse de rotation de la turbine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique et du paramètre de fonctionnement de la turbine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour comparer le paramètre de fonctionnement réel de la machine tournante avec la valeur de consigne défini.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le passage du mode de fonctionnement nominal au mode de fonctionnement hybride lorsqu'une condition de passage est détectée par l'unité de commande. La condition de passage peut être par exemple l'écoulement d'une période de temps prédéterminée sans que le paramètre de fonctionnement de la machine tournante n'ait pu atteindre la valeur de consigne définie.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins un mode de démarrage dans lequel la turbine n'est pas alimentée et ne fournit pas de couple d'entraînement et le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend par exemple au moins un élément de détermination agencé pour déterminer l'au moins une caractéristique de fonctionnement de l'installation de traitement. L'élément de détermination peut être un capteur de pression, et par exemple un capteur de pression configuré pour déterminer la pression dans une enceinte de traitement de l'installation de traitement. L'élément de détermination pourrait également être un capteur de débit, et par exemple un capteur de débit configuré pour déterminer le débit d'un ventilateur de soufflage de l'installation de traitement, le débit d'une conduite d'extraction de fumées chaudes de l'installation de traitement ou encore le débit d'un produit chaud ou d'un combustible à travers l'enceinte de traitement. L'élément de détermination pourrait en outre être un capteur de température, et par exemple un capteur de température configuré pour déterminer la température des fumées chaudes s'écoulant dans une conduite d'extraction de fumées chaudes de l'installation de traitement.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour comparer l'au moins une grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination avec une valeur de consigne prédéterminée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande comprend un premier régulateur de vitesse agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine, et un deuxième régulateur de vitesse agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande comprend un contrôleur agencé pour contrôler les premier et deuxième régulateurs de vitesse en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique. Selon ce mode de réalisation de l'invention, le contrôleur peut être également nommé régulateur maître, et les premier et deuxième régulateurs de vitesse peuvent être nommés respectivement premier et deuxième régulateurs esclaves.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est agencé pour déterminer et transmettre une première consigne de commande au premier régulateur de vitesse et une deuxième consigne de commande au deuxième régulateur de vitesse.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est configuré de telle sorte que, lorsque le moteur électrique et la turbine sont en mode de fonctionnement nominal, la valeur de la deuxième consigne de commande transmise au deuxième régulateur de vitesse est inférieure, et de préférence légèrement inférieure, à la valeur de la première consigne de commande transmise au premier régulateur de vitesse, de sorte que la régulation de vitesse de la machine tournante par le biais du deuxième régulateur de vitesse ne se déclenche que si la vitesse de la turbine est insuffisante pendant un temps prédéterminé.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le moteur électrique et la turbine sont en mode de fonctionnement nominal, le deuxième régulateur de vitesse est agencé pour transmettre une consigne de couple au moteur électrique uniquement si une condition de passage est détectée par le contrôleur, laquelle condition de passage ne se déclenche que si la valeur de consigne définie n'est pas atteinte avec le premier régulateur de vitesse.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est relié à l'élément de détermination et est agencé pour comparer la valeur prédéterminée et la grandeur caractéristique déterminée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est agencé pour contrôler les premier et deuxième régulateurs de vitesse en fonction de l'écart entre la valeur prédéterminée et l'au moins une grandeur caractéristique déterminée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'accouplement comportent un système d'accouplement apte à être accouplé à la machine tournante de l'installation de traitement de manière à transmettre un couple de sortie à la machine tournante, le système d'accouplement étant agencé pour accoupler en rotation l'arbre de sortie de la turbine et l'arbre de sortie du moteur électrique.

Il doit être noté que le système d'accouplement utilisé dans la présente invention est notamment connu dans le domaine des équipements mécaniques, en particulier pour l'entraînement d'un alternateur par deux roues de turbines ou pour l'entraînement d'un arbre d'hélice unique à partir de deux moteurs sur un navire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'accouplement comprend au moins une première portion couplée à l'arbre de sortie de la turbine, une deuxième portion couplée à l'arbre de sortie du moteur électrique, et une troisième portion apte à être couplée à la machine tournante.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle peut par exemple comprendre un élément d'embrayage mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine est apte à être accouplée à la machine tournante et une position de débrayage dans laquelle la turbine est inapte à être accouplée à la machine tournante. Plus particulièrement, l'élément d'embrayage peut être mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine est accouplée au système d'accouplement et une position de débrayage dans laquelle la turbine est désaccouplée du système d'accouplement.

De façon avantageuse, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend un circuit de conversion d'énergie apte à convertir de l'énergie thermique perdue par l'installation de traitement en énergie mécanique et dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur, le circuit de conversion d'énergie comportant la turbine et étant apte à alimenter la turbine en fluide caloporteur. Le circuit de conversion d'énergie comprend par exemple un organe d'alimentation, tel qu'une vanne d'alimentation, disposé en amont de la turbine et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le passage du mode de fonctionnement nominal au mode de défaillance lorsqu'une condition de défaillance est détectée. La condition de défaillance peut être par exemple la détection d'une défaillance de la turbine ou du circuit de conversion d'énergie, et par exemple une défaillance de l'évaporateur ou du condenseur. La condition de défaillance peut également être le fait que la vitesse de rotation de la machine tournante atteigne une valeur de seuil minimale.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour ajuster la position de l'organe d'alimentation appartenant au circuit de conversion d'énergie en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement de manière à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine, et donc la vitesse de rotation de la turbine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de conversion d'énergie comprend en outre un évaporateur apte à être chauffé par une source d'énergie thermique perdue par l'installation de traitement, telle qu'un flux de fumées chaudes refoulé par l'installation de traitement, et apte à vaporiser et pressuriser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie, la turbine étant apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé et pressurisé.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de conversion d'énergie comprend un condenseur apte à condenser le fluide caloporteur détendu refoulé par la turbine. Le circuit de conversion d'énergie comprend en outre un élément de recirculation, tel qu'une pompe ou un compresseur, agencé pour diriger le fluide caloporteur condensé vers l'évaporateur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à commander le fonctionnement de la turbine et du moteur électrique en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement du circuit de conversion d'énergie, telle que la température à l'entrée de la turbine.

La présente invention concerne en outre une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, l'installation de traitement comprenant :

- un dispositif d'entraînement et de contrôle selon l'invention,

- une enceinte de traitement, et plus particulièrement une enceinte de refroidissement,

- une première conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement, la première conduite d'extraction étant équipée d'un ventilateur de tirage couplé en rotation aux arbres de sortie du moteur électrique et de la turbine du dispositif d'entraînement et de contrôle.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend en outre une goulotte d'amenée agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de traitement, et une goulotte d'évacuation agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de traitement.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à définir la valeur de consigne du paramètre de fonctionnement du ventilateur en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de traitement, telle que la pression de l'enceinte de traitement.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de traitement, de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur de la valeur de consigne définie.

De façon avantageuse, l'installation de traitement comprend en outre une deuxième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement, la deuxième conduite d'extraction étant raccordée à la première conduite d'extraction en amont du ventilateur de tirage et étant couplée thermiquement au circuit de conversion d'énergie.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction est reliée fluidiquement à l'évaporateur du circuit de conversion d'énergie de telle sorte que l'évaporateur est chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la deuxième conduite d'extraction. L'évaporateur est ainsi agencé pour vaporiser le fluide caloporteur du circuit de conversion d'énergie à partir de calories puisées dans les fumées chaudes circulant dans la deuxième conduite d'extraction.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction comprend une première portion de conduite agencée pour relier fluidiquement l'enceinte de traitement à une entrée de l'évaporateur, et une deuxième portion de conduite agencée pour relier fluidiquement une sortie de l'évaporateur à la première conduite d'extraction.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'extraction est équipée d'un organe de réglage disposé en amont de la zone de raccordement entre les première et deuxième conduites d'extraction et agencé pour régler le débit de fumées chaudes dans la première conduite d'extraction.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour régler la position de l'organe de réglage prévu sur la première conduite d'extraction de manière à modifier le débit de fumées chaudes dans la première conduite d'extraction.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction est équipée d'un organe d'admission, tel qu'une vanne d'admission, disposé en amont de l'évaporateur et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour régler la position de l'organe d'admission prévu sur la deuxième conduite d'extraction de manière à modifier le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend une troisième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement et alimenter un four en air de combustion.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'évacuation comprend un échangeur de chaleur, tel qu'un aérorefroidisseur ou refroidisseur air/air, disposé en amont du ventilateur de tirage et agencé pour réguler la température des fumées chaudes s'écoulant dans la première conduite d'évacuation. L'échangeur de chaleur peut être disposé en amont ou en aval de la zone de raccordement des première et deuxième conduites d'évacuation.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'évacuation comprend un filtre disposé en amont du ventilateur de tirage, et par exemple entre l'échangeur de chaleur et le ventilateur de tirage. Le filtre est par exemple un filtre dépoussiéreur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le filtre est disposé en aval de la zone de raccordement des première et deuxième conduites d'évacuation.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend une conduite d'insufflation agencée pour insuffler du gaz de refroidissement à l'intérieur de l'enceinte de traitement. La conduite d'insufflation peut par exemple comprendre au moins un ventilateur de soufflage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend un élément de mesure agencé pour mesurer la température du produit refroidi, et une unité de contrôle agencée pour ajuster le débit d'air de refroidissement en fonction de la température mesurée par l'élément de mesure.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la condition de défaillance peut être par exemple le fait que la température du produit refroidi atteigne une valeur de température de produit refroidi maximale, le fait que la pression dans l'enceinte de traitement atteigne une valeur de pression maximale, ou encore le fait que la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre atteigne une valeur de température de filtre maximale.

La présente invention concerne en outre un procédé de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, le procédé de contrôle comprenant les étapes consistant à : - prévoir un dispositif d'entraînement et de contrôle selon l'invention,

- accoupler le moteur électrique et la turbine à la machine tournante de l'installation de traitement,

- déterminer au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement,

- définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée,

- réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape consistant à réguler les vitesses de rotation de la turbine et du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape consistant à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, ce dernier comprend une étape de démarrage comprenant les étapes suivantes consistant à :

- alimenter électriquement le moteur électrique et maintenir à l'arrêt ou en rotation libre la turbine, et

- réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de fonctionnement nominal consistant à : - ne pas alimenter électriquement le moteur électrique et alimenter la turbine, et

- réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de fonctionnement hybride consistant à :

- alimenter électriquement le moteur électrique et alimenter la turbine, et

- réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de défaillance consistant à :

- détecter une condition de défaillance,

- stopper l'alimentation de la turbine,

- alimenter électriquement le moteur électrique, et

- réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette installation de traitement.

Figure 1 est une vue schématique d'une installation de traitement selon l'invention.

La figure 1 représente une installation de traitement, et plus particulièrement une installation de refroidissement 2 d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four.

L'installation de refroidissement 2 comprend notamment une enceinte de refroidissement 3, une goulotte d'amenée 4 agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement 3, une goulotte d'évacuation 5 agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3, et une conduite d'insufflation 6 agencée pour insuffler du gaz de refroidissement, tel que de l'air froid, à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement 3.

Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , la conduite d'insufflation 6 comprend au moins un ventilateur de soufflage 7 et un moteur électrique 8 couplé en rotation au ventilateur de soufflage 7 et agencé pour entraîner en rotation le ventilateur de soufflage 7. L'installation de refroidissement 2 comprend un capteur de température 9 agencé pour mesurer la température du produit refroidi.

L'installation de refroidissement 2 comprend également une conduite d'extraction 12 agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3. La conduite d'extraction 12 est équipée successivement, à partir de l'enceinte de refroidissement 3, d'une vanne de réglage 13 agencée pour régler le débit de fumées chaudes dans la conduite d'extraction 12, d'un échangeur de chaleur 14, tel qu'un aérorefroidisseur ou refroidisseur air/air, agencé pour réguler la température des fumées chaudes s'écoulant dans la conduite d'évacuation 12, d'un filtre 15, tel qu'un filtre dépoussiéreur, et d'un ventilateur de tirage 16. L'installation de refroidissement 2 comprend également un capteur de température Cj agencé pour mesurer la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre 15.

L'installation de refroidissement 2 comprend en outre un dispositif d'entraînement hybride et de contrôle 17 agencé pour entraîner et contrôler le ventilateur de tirage 16.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend un circuit de conversion d'énergie 18 apte à convertir de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement 2 en énergie mécanique et dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur, tel que par exemple de l'eau ou un fluide frigorigène. Le circuit de conversion d'énergie 18 comporte un évaporateur 19 apte à être chauffé par une source d'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement 2 et apte à vaporiser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie 18, une turbine 20 apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé et pourvue d'un arbre de sortie 21 apte à fournir un couple d'entraînement, un condenseur 22 apte à condenser le fluide caloporteur détendu et refoulé par la turbine 20, et éventuellement un élément de recirculation 23, tel qu'une pompe ou un compresseur, agencé pour diriger le fluide caloporteur condensé vers l'évaporateur 19.

Le circuit de conversion d'énergie 18 comprend également une vanne d'alimentation 24 disposée en amont de la turbine 20 et agencée pour ajuster le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine 20.

Le circuit de conversion d'énergie 18 comprend en outre une conduite de dérivation 25 équipée d'un organe de réglage 25' mobile entre une position fermée dans laquelle le fluide caloporteur issu de l'évaporateur 19 alimente la turbine 20, et une position ouverte dans laquelle le fluide caloporteur issu de l'évaporateur 19 contourne la turbine 20.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend en outre un moteur électrique 26 pourvu d'un arbre de sortie 27 apte à fournir un couple d'entraînement, et un système d'accouplement 28 agencé pour accoupler en rotation les arbres de sortie 21 , 27 de la turbine 20 et du moteur électrique 26 au ventilateur de tirage 16. Le système d'accouplement 28 est agencé pour recevoir en entrée les couples d'entraînement fournis par les arbres de sortie 21 , 27 de la turbine 20 et du moteur électrique 26, et pour fournir en sortie un couple de sortie unique destiné à être appliqué au ventilateur de tirage 16. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'accouplement 28 comprend une première portion couplée à l'arbre de sortie 21 de la turbine 20, une deuxième portion couplée à l'arbre de sortie 27 du moteur électrique 26, et une troisième portion couplée au ventilateur de tirage 16.

Le système d'accouplement 28 peut par exemple être de type à courroies crantées, et dans ce cas un coupleur, par exemple hydraulique, est prévu sur l'arbre de sortie de la turbine 20, ou encore du type à engrenages.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend en outre un élément d'embrayage 29 mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine 20 est accouplée au système d'accouplement 28 et une position de débrayage dans laquelle la turbine 20 est désaccouplée du système d'accouplement 28.

Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comporte en outre une unité de commande 30 dont la structure et le fonctionnement seront décrits plus en détails ci-après, et un élément de détermination 31 agencé pour déterminer une caractéristique de fonctionnement de l'enceinte de refroidissement 3, telle que la pression de l'enceinte de refroidissement 3. L'élément de détermination 31 est plus particulièrement agencé pour déterminer la pression en partie supérieure de l'enceinte de refroidissement 3, c'est-à-dire la partie de l'enceinte de refroidissement 3 dans laquelle ne s'écoule pas le produit chaud. L'élément de détermination 31 est avantageusement un capteur de pression.

L'installation de refroidissement 2 comprend de plus une conduite d'extraction 32 agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3. La conduite d'extraction 32 est raccordée à la conduite d'extraction 12 en amont du ventilateur de tirage 16 et est couplée thermiquement à l'évaporateur 19. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure, la zone de raccordement des conduites d'extraction 12, 32 est située entre l'échangeur de chaleur 14 et le filtre 15.

La conduite d'extraction 32 est reliée fluidiquement à l'évaporateur 19 de telle sorte que l'évaporateur 19 est chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la conduite d'extraction 32. L'évaporateur 19 est ainsi agencé pour vaporiser le fluide caloporteur du circuit de conversion d'énergie 18 à partir de calories puisées dans les fumées chaudes circulant dans la conduite d'extraction 32. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure, la conduite d'extraction 32 comprend une première portion de conduite 32a agencée pour relier fluidiquement l'enceinte de refroidissement 3 à une entrée de l'évaporateur 19, et une deuxième portion de conduite 32b agencée pour relier fluidiquement une sortie de l'évaporateur 19 à la conduite d'extraction 12.

La conduite d'extraction 32 est équipée d'une vanne d'admission 33 disposée en amont de l'évaporateur 19 et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur 19.

L'unité de commande 30 comprend plus particulièrement un contrôleur 34 agencé pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement du ventilateur 16, tel que la vitesse de rotation du ventilateur 16, en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 .

L'unité de commande 30 comprend également un régulateur de vitesse 35 agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine 20, et un régulateur de vitesse 36 agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26. Le régulateur de vitesse 35 est plus particulièrement agencé pour ajuster la position de la vanne d'alimentation 24 appartenant au circuit de conversion d'énergie 18 de manière à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine 20, et donc la vitesse de rotation de la turbine 20. Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comporte en outre un élément de détermination 37 agencé pour déterminer un paramètre de fonctionnement réel du ventilateur de tirage 16, tel que la vitesse de rotation du ventilateur de tirage 16, et un élément de détermination 38 agencé pour déterminer un paramètre de fonctionnement réel de la turbine 20, tel que la vitesse de rotation de la turbine 20. Les éléments de détermination 37, 38 peuvent par exemple être des capteurs de vitesse angulaire.

Le régulateur de vitesse 35 est agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine 20, et plus précisément la position de la vanne d'alimentation 24, en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 et du paramètre de fonctionnement déterminé par l'élément de détermination 38, et le régulateur de vitesse 36 est agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 et du paramètre de fonctionnement déterminé par l'élément de détermination 37, et ce de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.

Le contrôleur 34 est plus particulièrement agencé pour transmettre une première et une deuxième consignes de commande respectivement aux premier et deuxième régulateurs de vitesse 35, 36, les première et deuxième consignes de commande étant déterminées en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 .

Selon un mode de fonctionnement nominal du dispositif d'entraînement et de contrôle 17 dans lequel la turbine 20 fournit un couple d'entraînement et le moteur électrique 26 ne fournit pas de couple d'entraînement, le contrôleur 34 est configuré de telle sorte que la valeur de la deuxième consigne de commande transmise au deuxième régulateur de vitesse 36 est inférieure à la valeur de la première consigne de commande transmise au premier régulateur de vitesse 35.

Selon ce mode de fonctionnement nominal du dispositif d'entraînement et de contrôle 17, le deuxième régulateur de vitesse 36 est agencé pour transmettre une consigne de couple au moteur électrique 26 uniquement lorsqu'une condition de passage est détectée par le contrôleur 34. La condition de passage peut être par exemple l'écoulement d'une période de temps prédéterminée sans que le paramètre de fonctionnement du ventilateur de tirage 16 n'ait pu atteindre la valeur de consigne définie avec le premier régulateur de vitesse.

Il doit être noté que le contrôleur 34 est agencé pour modifier le fonctionnement de l'installation de refroidissement lorsqu'une condition de défaillance est détectée. La condition de défaillance peut être la détection d'une défaillance du circuit de conversion d'énergie 18, et par exemple une défaillance de l'évaporateur 19, de la turbine 20 ou encore du condenseur 22. La condition de défaillance peut également être le fait que la vitesse de rotation du ventilateur de tirage 16 atteigne une valeur de seuil minimale, le fait que la température du produit refroidi atteigne une valeur de température de produit refroidi maximale, le fait que la pression dans l'enceinte de refroidissement 3 atteigne une valeur de pression maximale, ou encore le fait que la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre 15 atteigne une valeur de température de filtre maximale.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur 34 est agencé d'une part pour comparer la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 avec une valeur prédéterminée, par exemple une valeur d'entrée entrée par un opérateur à l'aide d'un moyen de saisie de données, tel qu'un clavier, et d'autre part pour contrôler les régulateurs de vitesse 35, 36 en fonction de l'écart entre la valeur prédéterminée et la grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur de la valeur de consigne définie.

Le contrôleur 34 est également agencé pour régler la position de la vanne de réglage 13 prévue sur la conduite d'extraction 12 de manière à modifier le débit de fumées chaudes dans la conduite d'extraction 12, et pour régler la position de la vanne d'admission 33 prévue sur la conduite d'extraction 32 de manière à modifier le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur 19.

Le contrôleur 34 est en outre agencé pour régler la position de l'organe de réglage 25' appartenant au circuit de conversion d'énergie 18 entre ses positions ouverte et de fermée.

Il doit être noté que l'unité de commande 30 est également agencée pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 8 en fonction de la température mesurée par le capteur de température 9 de manière à ajuster le débit d'air de refroidissement dans la conduite d'insufflation 6. Le procédé de contrôle du ventilateur de tirage 16 va maintenant être décrit en considérant initialement que la vanne de réglage 13 est ouverte, l'organe de réglage 25' est fermé, la vanne d'admission 33 est fermée, l'élément d'embrayage 29 est dans sa position de débrayage, l'évaporateur 19 est froid et la turbine 20 est à l'arrêt.

Le procédé de contrôle comprend une étape de démarrage comprenant les étapes suivantes consistant à :

- alimenter électriquement le moteur électrique 26,

- déterminer la grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de refroidissement 3 à l'aide de l'élément de détermination 31 ,

- définir, à l'aide du contrôleur 34, une valeur de consigne du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée,

- réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 à l'aide du régulateur de vitesse 36 de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie,

- après l'écoulement d'un délai prédéterminé, commander l'ouverture totale ou partielle de la vanne d'admission 33 et la fermeture totale ou partielle de la vanne de réglage 13 afin de chauffer l'évaporateur 19 avec les fumées chaudes s'écoulant dans la conduite d'extraction 12,

- lorsque des conditions de vaporisation prédéterminées sont atteintes dans l'évaporateur 19, commander l'ouverture de la vanne d'admission 24 afin de préchauffer la turbine 20,

- lorsqu'une température de seuil prédéterminée est atteinte dans la turbine 20, activer la régulation de la vitesse de rotation de la turbine 20 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée à l'aide du régulateur de vitesse 35, la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 35 étant identique à la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 36, et

- lorsque la vitesse de la turbine 20 est égale à celle du moteur électrique 26, commander le déplacement de l'élément d'embrayage 29 dans sa position d'embrayage, commander l'ouverture totale de la vanne d'admission 33 et le positionnement de la vanne de réglage 13 dans une position nominale adaptée pour assurer les débits de fumées chaudes souhaités dans les conduites d'extraction 12, 33, et transmettre au régulateur de vitesse 36 une valeur de consigne de commande inférieure à la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 35.

Le procédé de contrôle comprend en outre une étape de fonctionnement nominal consistant à réguler la vitesse de rotation de la turbine 20 à l'aide du régulateur de vitesse 35 de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.

Le procédé de contrôle comprend également une étape de fonctionnement hybride qui est mise en œuvre si la valeur de consigne définie n'est pas atteinte, lors de l'étape de fonctionnement nominal, après l'écoulement d'un délai prédéterminée.

L'étape de fonctionnement hybride comprend les étapes suivantes consistant à :

- comparer le paramètre de fonctionnement réel du ventilateur de tirage 16 avec la valeur de consigne définie, et

- réguler les vitesses de rotation de la turbine 20 et du moteur électrique 26 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.

En cas de détection d'une condition de défaillance par le contrôleur

34, le procédé de contrôle comprend les étapes suivantes consistant à :

- réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 à l'aide du régulateur de vitesse 36 en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie,

- commander la fermeture de la vanne d'admission 33 et l'ouverture totale de la vanne de réglage 13,

- commander le déplacement de l'organe de réglage 25' dans sa position ouverte, et la fermeture de la vanne d'alimentation 24,

- déplacer l'élément d'embrayage 29 dans sa position de débrayage, et

- refroidir progressivement le circuit de conversion d'énergie 18 à l'aide de l'échangeur de chaleur 19 jusqu'à un arrêt du circuit de conversion d'énergie 18.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation de traitement, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que l'installation de traitement pourrait être par exemple une chaudière d'une centrale thermique, un préchauffeur de cimenterie ou un haut fourneau.