Brevet FR2128308A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un procédé pour entraîner plusieurs centrifugeuses, utilisées notamment dans l'industrie sucrière montées dans une station de centrifugeâge, et fonctionnant de façon discontinue. 5 Dans les fabriques de sucre modernes, on monte aujourd'hui C3.S dans presque tous les /plusieurs centrifugeuses destinées à traiter un même produit. On utilise pour ces ensembles l'expression "station de centrifuge âge " «' Chaque centrifugeuse est entraînée • par un moteur électrique. 10 Les centrifugeuses, notamment celles qui sont destinées à séparer les cristaux de sucre et le sirop, fonctionnent de façon périodique, c'est-à-dire qu'elles assurent le remplissage et 1e vidage à de faibles régimes et sont portées à des régimes plus élevés pour la séparation, le lavage et le séchage de la masse 15 de sucre par centrifugation. Leur régime est généralement porté à 1450 tours-minute pour être ensuite ramené au régime de remplissage et 'de vidage qui est de 60 tours-minute„ Pour l'entraînement de ces centrifugeuses,on utilise presque exclusivement des moteurs électriques de grande puissance, car 20 dans le cas de ces machines, il faut vaincre de forts couples d'inertie. Dans les cas de centrifugeuses à grande capacité utilisées de nos jours, il est courant que les moments d'inertie atteignent p 2.000 kgm et même davantage, la masse inerte du bol étant à la 25 masse utile du sucre, dans la proportion de 1:1-environ,, Les temps d'accélération, usuels dans la pratique partant du régime de vidage ou de remplissage pour atteindre le régime maximum >sont de 60 secondes environ, de sorte qu'il faut prévoir des installations électriques capables de fournir des puissances supérieures 30 à 200 kWo Il j a déjà 20 ans, les moteurs normaux à anneau collecteur ou à induit en court-circuit ne suffisaient pratiquement plus, bien qu'autrefois les couples les plus élevés n'atteignaient que 1200 kgm2 et que les régimes maxima ne dépassaient pas 960 tours-35 minute. Or entre, les énergies d'accélération effectives utilisées autrefois et celles utilisées aujourd'hui, le rapport est de 1:4. Etant donné que les pertes qui se produisent dans le rotor, sans tenir compte du frottement dans les paliers et dus à l'air, 40 ni des pertes se produisant dans le fer du stator, correspondent 72 02507 2 2128308 pratiquement dans les moteurs normaux précités à l'énergie cinétique accumulée dans la centrifugeuse au régime le plus élevé, et que l1 échauffement qui se produit dans le moteur est proportionnel à cette énergie, on a déjà créé il y a 20 ans des induits 5 spéciaux dits "à cage .d'écureuil" à pôles inversibles qui conviennent mieux au cas d'utilisation précité. Dans la revue technique "ZUCKER", fascicule ÏT° 4 du 15 février 1950, Peesel décrit de tels-moteurs et les compare à des moteurs normaux. Pe&el prouve par des chiffres combien peu écono-10 mique est la transformation de l'énergie effectuée par de tels moteurs. Alors que l'énergie cinétique accumulée effectivement dans une centrifugeuse ayant tin moment d'inertie de 1200 kg/m^ au moment où le régime atteint 960 tours-minute, est de 0,417 kW, il faudrait qu'un moteur normal produise pour cela 1,18 kWh, et 15 le moteur spécial utilisé actuellement devrait encore produire 0,785 kWh, et ceci encore sans tenir compte du degré d'efficacité. Or, tandis que, dans le cas du moteur normal à freinage électrique par contre-courant, il faudrait encore produire 0,61 kWh, le nouveau moteur spécial lors du freinage par récupération doit 20 encore envoyer 0,117 kWh dans le secteur* De nos jours, ces moteurs spéciaux exigent, pour une charge introduite dans une centrifugeuse à grande capacité, 2,45 kWh après déduction de la récupération d'énergie, la moitié de cette énergie doit être pratiquement fournie uniquement pour vaincre 25 la grande masse d'inertie du bol de la centrifugeuse. En outre, cela signifie que le moteur prélève dans le réseau 2,8 k¥h et n'en rend que 0,35, bien que la centrifugeuse contienne 1,4 kWh d'énergie accumulée. La sollicitation du réseau par à-coups est, pour le fonction-30 nement, extrêmement incommode car les pointes de courant qui se produisent sporadiquement se situent aux environs de 65OA dans un réseau triphasé de 380 volts. Bans le cas des moteurs électriques mentionnés, des moteurs normaux, aussi bien que des moteurs spéciaux à pôles inversables les pertes à l'induit-sont directement 35 proportionnelles au glissement qui se produit par rapport au régime synchrone. Gela signifie donc qu'un moteur, lorsqu'il a atteint les 3/4 du régime synchrone, devrait fournir déjà 90 % de l'énergie perdue^ l'échauffement du rotor étant en conséquence élevé. Dans le dernier quart du régime la perte de travail totale 40 n'est plus que de 10 %„ Mais cela veut dire également qu'un 72 02507 3 2128308 moteur qui ne modifie son régime que dans cette gamme supérieure produit de l'énergie de façon beaucoup plus économique qu'un moteur dont le régime oscille dans toute sa gamme entre 0 et le régime synchrone. Etant donné que le prélèvement de courant dans le ^ secteur est directement proportionnel au glissement par rapport au régime synchrone» et si l'on néglige l'influence du décalage en phase (cos ^) les fluctuations ou les pointes de courant sont dans le dernier cas beaucoup plus faibleso Chaque moteur d'un poste ou d'une station de centrifugeâge -10 doit fournir un travail de perte inévitable c'est-à-dire 1.) Accélération partielle de l'écoulement du liquide à séparer. 2.) Frottement aux paliers et frottement dû à l'air» 3.) Perte de puissance par le rendement électrique (cos ) 4-.) Pertes au rotor par glissement par rapport au régime synchrone 15 5.) Friction se produisant lors du vidage. Etant donné que chaque centrifugeuse possède son propre moteur éleôtrique, la perte d'énergie se produit à chaque centrifugeuse et s'additionne avec toutes les pertes se produisant dans toute l'installation,, 20 Les inconvénients des dispositifs d'entraînement individuels pour chaque centrifugeuse, au'moyen de moteurs électriques à pôles inversables sont, dans le cas de centrifugeuses à fonctionnement discontinu considérables, car l'accélération et le ralentissement exigent une grande transformation d'énergie et par consé-25 quent de grandes sections de puissance. Pour accélérer le bol d'une centrifugeuse, l'énergie nécessaire est prélevée sur le secteur. L'énergie libérée lors du ralentissement est renvoyée au réseau par suite d'un freinage par récupération. Le degré d'efficacité des moteurs électriques, dans cette forme de transforma— 30 tion d'énergiefest très mauvais étant donné l'écart qui en résulte par rapport au régime nominal. Dans le cas du freinage parré-cupérationyLl n'est pas possible d'éviter des influences nuisibles telles que des courants déwattés ou réactifs ou des phénomènes analogues, de sorte qu'une partie de l'énergie mécanique pro-35 duite par la masse de la centrifugeuse en rotation est perdue. Il est connu d'utiliser dans le§6entrifugeuses des dispositifs d'entraînement hydrauliques comme mécanismes d'entraînement individuels. Le but de l'invention est d'utiliser mécaniquement l'énergie 40 cinétique libérée lors du ralentissement d'une centrifugeuse à 72 02507 * 2128308 fonctionnement discontinu, et par conséquent d'éviter les inconvénients des mécanismes d'entraînement actuellement utilisés pour les centrifugeuses, notamment le freinage par récupération. Suivant l'invention ce problème est résolu du fait que cha-5 que centrifugeuse est entraînée par un moteur hydraulique distinct; alimenté par line pompe hydraulique, toutes les pompes hydrauliques étant mécaniquement couplées pour former un seul groupe, et étant entraînées par un moteur électrique normal commun (à rotor à anneau ou en court-circuit) et sont branchées de telle sorte 10 que, lors de lraccélération et du ralentissement des différentes centrifugeuses, il en résulte une 'réalimentation mécanique par l'intermédiaire des arbres des pompes hydrauliques, l'énergie cinétique libérée lors du ralentissement étant envoyée à une centrifugeuse voisine en cours d'accélération,, 15 Le procédé, tel que le prévoit l'invention, permet d'obtenir que l'énergie libérée lors du ralentissement d'une centrifugeuse à fonctionnement discontinu soit envoyée directement à la centrifugeuse voisine qu'il s'agit d'accélérer, le moteur électrique, ne cessant pas de tourner, ne modifiant son régime que de façon 20 insignifiante, et ce, dans la gamme techniquement favorable et, par conséquent économique, de son régime maximum. Du fait de cet échange mécanique d'énergie, le rendement total du groupe de centrifugeuses est amélioré, et on économise ainsi non seulement de l'énergie, mais on réduit aussi les frais d'investissement® 25 Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention prévoit d'utiliser un dispositif comportant des pompes hydrauliques reliées aux moteurs électriques par des organes mécaniques, ces éléments étant de préférence constitués par des mécanismes distributeurs. 30 Même lorsqu'on utilise des groupes d'entraînement hydrauliques, les besoins en énergie ne sont pas réguliers au point d'empêcher complètement un retour du courant dans le réseau, même si les impulsions de commande produisant l'accélération, la décélération, le freinage, etc. se produisent à des intervalles de temps 35 fixes. Dans le cas d'un groupe d'entraînement hydraulique, les alternances dans la charge du réseau se produisent à courts intervalles de temps. Ces intervalles sont d'autant plus courts que l'on traite plus de charges ou qu'un plus grand nombre de centrifugeuses sont réunies en tin seul groupe. 4-0 En outre, pour éviter également la ré alimentation ou le ren 72 02507 5 2128308 voi du courant, il est prévu suivant l'invention, de relier les arbres des pompes hydrauliques à un mécanisme distributeur entraîné par un seul moteur et de monter un volant entre un accouplement à friction et le mécanisme» ^ le côté de l'accouplement à friction produisant l'entraîne ment tourne en synchronisme avec le moteur, alors que l'élément mené de l'accouplement tourne à un régime différentiel par rapport au moteur. Le volant solidarisé avec le mécanisme répartiteur peut absorber l'énergie restante ou également émettre de 10 l'énergie par suite des changements de régime se produisant entre la différence des régimes de l'accouplement à friction,. Le moment d'inertie du volant est calculé de telle sorte qu'il puisse absorber et accumuler l'énergie restante dans le cadre des différences de régime mentionnées «, On obtient ainsi que les variations 15 de la charge appliquées au moteur sont si faibles qu'il n'a pratiquement plus qu'à combler les pertes d'énergie proprement dites de sorte- qu'il n'est plus renvoyé d'énergie dans le rés'eau0 Le moteur électrique tourne à un régime pratiquement constant et est relié par l'intermédiaire de l'accouplement à fric-20 tion (ou bien encore hydrauliquement, magnétiquement ou autrement) au bout d'arbre d'entraînement d'un mécanisme répartiteur composite, établi selon le nombre des centrifugeuses„ Suivant l'invention, aux axes d'entraînement sont rigidement reliées des pompes hydrauliques à volume variable, qui sont elles-25 mêmes reliées hydrauliquement à des moteurs hydrauliques montés sur les centrifugeuses du groupe en cause. Les pompes hydrauliques sont commandées pour produire une accélération ou un ralentissement sous pression constante, de telle sorte que la modification de leur débit corresponde par unité de temps aux variations 30 de régime nécessaires . Grâce à l'accouplement mécanique des pompes hydrauliques par l'intermédiaire du mécanisme, l'énergie libérée provenant d'une pompe en cours de freinage peut être transmise à une centrifugeuse devant être accélérée. Etant donné que, lors de cette 35 conversion d'énergie,-il y a rarement équilibre entre l'énergie abandonnée et les besoins d'énergie, l'accumulateur mécanique (c'est-à-dire le volant) absorbe l'excès d'énergie par suite de l'augmentation de son régime, et, inversement, lorsque plus d'énergie est nécessaire, abandonne de l'énergie du fait de la di-minution de son régime. Mais étant donné que le volant est soli 72 02507 2128308 darisé par le mécanisme avec toutes les pompes, ses variations de régime se transmettent non diminuées à ses pompes. Mais étant donné que les pompes sont réglées dans les gammes de travail, accélération et freinage, à une pression de travail constante et que 5 par conséquent les moteurs hydrauliques sont réglés de manière à fournir un couple constant, elles corrigent d'elles-mêmes leur puissance émise selon les modifications de régime» Dans les gammes de travail à régime constant, les modifications de régime se corrigent du coté de l'entraînement, pair modification du volume 10 refoulé par la pompe hydraulique» L'invention a pour "but de réaliser un dispositif permettant de commander l'hydraulique du fait que les pompes hydrauliques sont chacune munies d'un cylindre hydraulique réglant le volume de liquide refoulé et, en amont de la pompe hydraulique^est mon-15 tée une pompe auxiliaire reliée à un distributeur actionné par voie électromagnétique, un clapet de réglage de la pression étant associé au cylindre hydraulique en vue de produire le ralentissement et 1*accélération, et les deux clapets de réglage communiquant par des conduits avec le cylindre et avec le distributeur, 20 et les conduits de distribution des clapets étant reliés aux conduits hydrauliques principaux montés entre le moteur hydraulique et la pompe hydraulique» Les dessins schématiques annexés montrent, à titre d'exemples non limitatifsyleux modes de réalisation de l'objet de l'inven-25 tion. La fig. 1 est un schéma montrant l'évolution du rendement d'une centrifugeuse au delà des temps d'accélération et de freinage „ La fig» 2 est une représentation schématique de la transfor-30 mation d'énergie de, par exemple, quatre centrifugeuses associées à un groupe d'entraînement suivant 1'invention0 La fig» 3 est une représentation schématique d'un groupe d'entraînement» La fig. 4 montre un autre groupe d'-èntraînement. 35 La fig. 5. montre un dispositif de distribution du fluide hydraulique» On a représenté sur le graphique de la fig» 1 l'évolution du rendement d'une centrifugeuse au delà du temps d'accélération et du temps de freinage, la courbe à droite sur la fig. 1, 40 désignant la puissance effective quà^ést nécessaire pour 72 02507 7 2128303 l'accélération de la masse du "bol, celui-ci étant rempli. La cour-D» ^ + R désigne la puissance, avec frottement dé l'air et frottement aux paliers et enfin, la courbe ÏTp désignant la puissance devant être fournie par la pompe hydraulique, avec le degré d'ef-5 ficacité hydraulique» Sur le côté gauche de la fig. 1 on a représenté les courbes de freinage. Etant donné que, lors du freinage, les circonstances sont inversées, il faut que les pertes soient déduites de' l'énergie accumulée dans le bol et la restitution ou l'abandon de puis-10 sance est en conséquence moindre. Ces rapports de base dans la transformation d'énergie d'une centrifugeuse telle que représentée sur la fig. 1 sont indiqués sur la fig. 1 en coopération avec un groupe de quatre centrifugeuses, traitant, selon l'exemple représenté>18 charges à l'heure, 15 chaque centrifugeuse restant au régime maximum pendant 32 secondes et tournant pendant 55 secondes un régime de 60 tours-minute en vue du vidage et du remplissage ultérieurs. Une charge dure 200 secondes, les intervalles de temps pour le commencement d'une charge s'établissant de façon constante à 50 secondes. Les cour-20 bes a et à désignent l'évolution du rendement des quatre centrifugeuses en regard du temps, la puissance d'accélération étant portée en valeur positive et la puissance de freinage .en valeur négative. La courbe e dessinée en traits pleins èst l'addition des courbes a à d. Les surfaces de travail f^ et f^ hachurées 25 dans la zone négative sont transformées en élévation du régime de la masse d'inertie du volant et déchargent le moteur électrique étant donné que son régime de glissement est réduit. De ce fait, la pointe de rendement ou de travail se réduit automatiquement car ils doivent seulement réatteindre un régime de glissement; 30 lui permettant de fournir un régime correspondant à la puissance exigée. Mais ce régime de glissement n'est atteint que lorsque le régime du volant est retombé et que celui-ci a en conséquence abandonné de l'énergie. cinétique. On a représenté schématiquement sur la fige 3 un groupe d'en-35 traînement de quatre centrifugeuses 18 à 21. Les mécanismes hydrostatiques 10 à 13 des centrifugeuses sont décrits en détail ci-après en regard de la fig. 5» I 72 02507 2128308 6 à 9. Des mécanismes hydrostatiques 10 à 13 des centrifugeuses partent les arbres 14 à 17 associés aux centrifugeuses 18 à 21. Sur la fig. 4, on a représenté le groupe d'entraînement simplifié c'est-à-dire sans m^sse formant volant. On utilise un mo-5 teur 1 avec deux arbres de sortie 2 qui sont directement reliés à des pompes doubles 24» L'énergie proportionnelle aux surfaces de travail f1 et f2 est, dans le cas de ce mode de réalisation, renvoyée par récupération dans le réseau,» On a représenté de façon simplifiée sur la fig. 5 un méca-1 0 nisme d'entraînement hydrostatique 10 à 13 de centrifugeuse, 1*accouplement 3» le volant 4 et le mécanisme répartiteur 5 n'étant pas représentés afin de simplifier la figure. La pompe de réglage 22 et la pompe auxiliaire 23 sont entraînées par l'arbre 26. Le courant refoulé par la pompe de réglage 22 s'écou-15 le à travers un conduit 25 vers un moteur hydraulique 24 et revient par un conduit 26 à la pompe de réglage 22 . Ce courant refoulé entraîne le moteur hydraulique 24 et par conséquent la centrifugeuse correspondante. Le réglage du volume fourni par la pompe de réglage 22 s'effectue au moyen d'un cylindre hydrauli-20 que 27 alimenté à partir de la pompe auxiliaire 23 par le conduit 31 et le récipient 32 de fluide hydraulique. Lorsque les ordres provenant du dispositif de commande programmé du tableau de distribution (non représenté) arrivenîdans le poste de centrifugation, généralement sous forme de grandeurs électriques, 25 ces ordres sont transmis à un dispositif hydraulique commandant les pompes par un tiroir 30 actionné par voie électro-magnétiques. Le tiroir 34 peut être placé dans trois positions : accélération, régime maintenu, ralentissement. Ces trois positions signifient : faire sortir le piston du cylindre 27,; le maintenir, 30 le faire entrer ou bien: augmenter, maintenir constant ou réduire le volume refoulé par la pompe de réglage 22 et par conséquent augmenter, maintenir constant ou réduire le régime du moteur hydraulique 24. La position représentée est celle qui correspond à la vitesse constante. Si la centrifugeuse doit être accélérée, on 35 règle le tiroir de distribution 30 sur "accélérer", du fait que l'électro-ainant 33 repousse la chambre 35 jusqu'à proximité du conduit 31. Le milieu refoulé hors du réservoir 32 au moyen de la pompe 23 peut être envoyé au cylindre hydraulique 7 en passant par un clapet 28 réglant la pression. Ce clapet 40 28 mesure la pression dans le conduit 25 et la maintient 72 02507 2128308 constante, de sorte que la centrifugeuse est accélérée par le moteur hydraulique 24 selon un couple constant. Si le dispositif de prograamation émet l'ordre "ralentir", 1'électro-aimant 24 repousse la chambre 36 du distributeur 30 pour l'amener au 5 voisinage du conduit 31, Le régime de la centrifugeuse est proportionnel à la course du piston du cylindre de commande 27. L'accélération des cen-trifugeuses est proportionnelle à la vitesse, du piston, c'est-à-dire à la quantité d'huile amenée par unité de temps <> Lors de l'accélération, le clapet 28, et lors du ralentissement, le clapet 29 règlent la pression dans les conduits 25 et 26 par la quantité d'huile et par la vitesse de déplacement 20 clu piston 7„ La pression s'exerçant sur le moteur hydraulique 24, maintenue constante lors de l'accélération et du ralentissement, fait que cette centrifugeuse est accélérée ou ralentie selon un couple constante Le maintien d'un régime donné est surveillé sur la centrifugeuse et est éventuellement corrigé au mo-25 yen du distributeur 30. Les détails de réalisation peuvent être modifiés^sans s'écarter de 1'inventionylans le domaine des équivalences techniques. 72 02507 2128308 REVENDICATIONS 1. Procédé pour entraîner plusieurs centrifugeuses à fonctionnement discontinu montées dans un poste de centrifugeage, notamment de centrifugeuses utilisées dans l'industrie sucrière, 5 caractérisé en ce que chaque centrifugeuse est entraînée par un moteur hydraulique individuel alimenté par une pompe hydraulique, toutes les pompes hydrauliques étant mécaniquement réunies en un groupe et étant entraînées par un moteur électrique normal commun (à anneau collecteur ou à rotor en court-circuit) et sont montées 10 de telle sorte que lors de l'accélération ou du ralentissement des diverses centrifugeuses s'effectue une réalimentation mécanique par l'intermédiaire des arbres des pompes hydrauliques, l'énergie cinétique libérée lors du ralentissement étant envoyée à une centrifugeuse voisine devant être accélérée0 15 20 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pompes hydrauliques sont reliées au moteur électrique par des éléments mécaniques» 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments mécaniques solidarisant les pompes hydrauliques 20 avec le moteur électrique sont constitués par des mécanismes ou engrenages distributeurs. 4-, Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les arbres des pompes hydrauliques sont reliés à un mécanisme distributeur entraîné par un seul moteur, un volant étant 25 monté entre un accouplement à glissement et le mécanisme., 5. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur électrique est muni à ses deux extrémités d'un bout d'arbre, ces bouts d'arbres étant chacun reliés à une pompe hydraulique simple ou multiple. 30 60 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pompes hydrauliques sont chacune munies d'un cylindre hydraulique réglant le volume refoulé, une pompe auxiliaire étant montée en aval de chacune des pompes hydrauliques, ces pompes auxiliaires étant reliées à un distribu-35 teur actionné par voie électro-magnétique 9 un clapet de réglage de la pression étant associé au cylindre hydraulique en vue de produire le ralentissement et l'accélération.