Brevet FR2223090A1 — publié le 19741025

La présente invention est relative aux séparateurs centrifuges du type suspendu, et elle concerne plus particulièrement un séparateur centrifuge de ce type, entrainé au moyen d'une turbine à vapeur. Les séparateurs centrifuges du type suspendu ont e été largement utilisés dans différentes industries telles que celles du sucre, du sel et l!industrie pharmaceutique, mais les séparateurs centrifuges classiques de ce type étaient entratnés par des moteurs élec*riques Dans un séparateur centrifuge du type suspendu, on répète un cycle de fonctionnement qui consiste généralement en plusieurs phases démarrage, chargement de matières, séparation des matières, déchargement du produit et arrêt. La période de ce cycle de fonctionnement est extrêmement courte et de plus, la vitesse du séparateur centrifuge varie dans les différentes phases respectives de chargement de matières, de séparation et de déchargement du produit.Dans le cas, par exemple, d'un séparateur centrifuge utilisé dans l'industrie du sucre, le séparateur est actionné à une vitesse de 100 à 250 tours par minute dans la phase de chargement, à environ 1000 a 1500 tours par minute dans la phase de séparation et à 30 à 60 tours par minute dans la phase de déchargement du produit (phase de raclage des cristaux de sucre), et un cycle d'actionnement prend normalement environ trois minutes. Pour satisfaire à de telles conditions de fonctionnement, il est par conséquent nécessaire d'effectuer une commande rapide de la vitesse de la machine motrice. Cette commande de vitesse était obtenue dans les séparateurs centrifuges classiques du type suspendu en utilisant un dispositif de freinage en combinaison avec le moteur électrique d'entratnement, ou en utilisant un moteur électrique à courant continu et à vitesse variable. Cependant, l'utilisation d'un dispositif de freinage est désavantageuse car elle nécessite de remplacer souvent les garnitures de frein du dispositif de freinage; par ailleurs, un moteur électrique à courant continu et à vitesse variable est coilteux et susceptible de se détériorer.Récemment, en raison du fait que la capacité des séparateurs centrifuges présente une tendance à augmenter de plus en plus, l'utilisation des moteurs électriques pour entrainer les séparateurs est devenue indésirable du point de vue pratique, en raison du fait qu'ils nécessitent également d'entre de plus en plus grands et de construction de plus en plus compliquée L'invention se propose par conséquent d'utiliser une turbine à vapeur comme machine motrice, au lieu du moteur électrique utilisé habituellement. Le but de l'invention est de réaliser un séparateur centrifuge du type suspendu comportant comme source d'entrainement une turbine à vapeur comportant un dispositif de freinage, au moyen duquel la vitesse du séparateur centrifuge peut être commandée en fonction des caractéristiques de fonctionnement du séparateur. Pour atteindre ce but, il est prévu suivant l'invention un groupe à séparateur centrifuge du type suspendu et entraîné par une turbine à vapeur, ce groupe comprenant en combinaison : un séparateur centrifuge du type suspendu ayant un panier de séparation pouvant tourner dans un carter, une turbine à vapeur consistant en un carter de turbine, un arbre de turbine monté rotatif dans ledit carter, un premier rotor de turbine calé sur ledit arbre et entrat- né en rotation dans le sens normal, un second rotor de turbine calé sur ledit arbre et entraîné en rotation dans le sens inverse, un premier conduit de vapeur pour alimenter ledit premier rotor en vapeur sous pression, un second conduit de vapeur pour alimenter le second rotor en vapeur sous pression, une première vanne de vapeur prévue sur le premier conduit de vapeur, une seconde vanne de vapeur prévue sur le second conduit de vapeur, et un orifice d'échappement de vapeur prévu dans le carter de la turbine, et un mécanisme réducteur de vitesse par l'intermédiaire duquel la force d'entraînement produite par ladite turbine est transmise audit panier du séparateur. Le séparateur centrifuge suivant l'invention est avantageux en ce que la vapeur en excès provenant de l'installation associée peut être utilisé pour entraîner la turbine à vapeur. En outre, cette turbine est de construction simple et compacte et est particulièrement appropriée pour être appliquée à un groupe à séparateur centrifuge du type suspendu. En outre, la turbine à vapeur suivant 1'invention est utilisable de façon commode comme machine motrice pour un séparateur centrifuge du type suspendu, en raison du fait qu'elle produit des couples de démarrage et de freinage très importants par comparaison avec ceux des moteurs électriques, et ces couples peuvent être réglés librement. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation d'un groupe à séparateur centrifuge du type suspendu entraîné par une turne a vapeur suivant l'invention; - la Fig. 2 en est une vue en plan; - la Fig. 3 est un diagramme montrant les variations de la vitesse de rotation et de la force d'entraînement nécessaires dans un séparateur centrifuge, en fonction du temps, dans un cycle de fonctionnement, lorsque le séparateur centrifuge suivant l'invention est utilisé dans une installation de broyage de sucre;; - la Fig. 4 est un schéma montrant comment on peut faire fonctionner de façon automatique le séparateur centrifuge du type suspendu suivant l'invention, suivant un programme prédéterminé en commandant la vitesse de la turbine avec un dispositif de commande de la vitesse et une minuterie automatique. En se référant aux Fig. 7 et 2, le groupe à séparateur centrifuge du type suspendu, suivant l'invention, comprend un séparateur centrifuge 1 et une turbine à vapeur 2. Le séparateur 1 comporte un carter cylindrique 3 (Sans lequel peut tourner coaxialement un panier séparateur cylindrique 4, monté sur un arbre vertical 5. L'agencement est prévu de façon que, dans une phase de chargement, un liquide contenant une matière telle que des cristaux de sucre, à séparer, est amenée dans le carter 3 à partir d'un réservoir 6 d'emmagasinage de liquide, par l'intermédiaire d'un conduit 7, et dans une phase de déchargement du produit, la matière déposée sur la surface interne du panier séparateur 4 est grattée de celui-ci par un grattoir 8 suspendu verticalement sur un support 9 fixé sur le carter 3.Le liquide dont la matière a été séparée sort du panier séparateur 4 par la périphérie de celui-ci et est évacuée vers l'extérieur par un orifice de décharge 10. La turbine à vapeur 2 comporte un arbre de turbine 11 stéten- dant verticalement à travers un carter 12. Un rotor 13 entraîné en rotation dans le sens normal (qui sera désigné dans la suite comme rotor normal de turbine) et un autre rotor 14 entralné en rotation dans le sens inverse (qui sera désigné dans la suite comme rotor inverse de turbine) sont calés sur l'arbre lîdans le carter 12, et une plaque de guidage 15 est interposée entre les deux rotors, et est fixée dans le carter 12 et s'étend horizontalement. La référence 16 désigne un conduit destiné à fournir de la vapeur sous pression pour entraîner le rotor normal 13; la référence 18 désigne un autre conduit pour amener de la vapeur sous pression pour entraîner le rotor inverse 14 de turbine, et la référence 17 désigne un orifice d'échappement commun pour les deux rotors. Les conduits 16, 18 d'alimentation en vapeur comportent des vannes 27, 29 qui sont actionnées automatiquement par un mécanisme de commande de vitesse qui sera décrit dans la suite. A l'extrémité inférieure de l'arbre 11 qui s'étend vers le bas à partir du carter 12 est fixé un élément d'engrenage 9 qui engrène avec un autre élément 20 calé sur un arbre rotatif 21, ces éléments d'engrenage 19 et 20 constituent un mécanisme réducteur de vitesse.L'arbre rotatif 21 est relié à un arbre rotatif d'entraînement du panier séparateur 4 par un dispositif d'accouplement approprié. La référence 22 désigne une pompe à huile destinée à alimenter les roulements des arbres 11 et 21 en huile de graissage, et la référence 23 désigne un tampon prévu au milieu du fond du panier séparateur 4 pour fermer l'orifice de déchargement du produit, ce tampon étant représenté enlevé dudit orifice de déchargement à la Fig. 1. Le séparateur centrifuge du type suspendu suivant l'invention tel que construit et réalisé et décrit ci-dessus, commence à fonctionner lorsque la vanne de vapeur 27 prévue sur le conduit 16 d'alimentation en vapeur est ouverte. La vapeur sous pression fournie à partir du conduit 16 entraîne le rotor normal 13 et sort par l'orifice d'échappement 17 sous une pression réduite. La rotation de l'arbre 11 de la turbine est réduite à une vitesse déterminée par le rapport de démultiplication entre les engrenages 19, 20 et est transmise au panier séparateur 4.On comprend évidemment que la vitesse de rotation du panier séparateur 4 peut- etre --modifiée en changeant le degré d'ouverture de la vanne 27. Lorsqutil est nécessaire de diminuer rapidement la vitesse de rotation du panier séparateur, on ferme la vanne 27 et on ouvre en même temps la vanne 29. Dans ce cas, la vapeur sous pression provenant du conduit 18 d'ali- mentation est fournie au rotor inverse 14 de la turbine, donnant ainsi un couple inverse appliqué à l'arbre 11 de la turbine, qui est- entraîné dans le sens normal par inertie, pour diminuer rapidement la vitesse. Comme décrit, la turbine à vapeur 2 est capable d'accélérer ou de décélérer le panier séparateur 4, librement, par un actionnement commandé des vannes de vapeur 27, 29, et le couple de démarrage, ou le couple de freinage, produits ainsi sont notablement plus grands que ceux produits par un moteur électrique. Par conséquent, la turbine à vapeur est utilisée de façon très efficace comme source d'entraînement du séparateur centrifuge qui nécessite de fréquents changements de sa vitesse à de courts intervalles. Le diagramme de la Fig. 3 montre, en fonction du temps, les variations de la vitesse de rotation et de la force d'entraînement du séparateur centrifuge du type suspendu suivant l'invention, qui est actionné dans une installation de broyage de sucre, dans des conditions telles que la vitesse maximale soit de 1500 tours par minute, la force d'entraînement de 100 KV et la période d'un cycle de fonctionnement étant de trois minutes.Dans le diagramme, la référence a indique le point de démarrage du séparateur, le temps b-c indique une période de chargement de matière, le temps c-d-e correspond à une période de séparation, le temps e-f indique une période de décélération, le temps f-g correspond à une période de déchargement du produit, et h indique le point d'arrêt du séparateur; la courbe en traits interrompus donne la force d'entrainement, et la courbe en trait plein donne la vitesse de rotation. La section dans laquelle la courbe en traits interrompus se trouve au-dessous de l'axe des abscisses correspondà la période pendant laquelle se produit le freinage, ctest-à-dire celle pendant laquelle le rotor inverse de turbine est en action. La Fig. 4 représente un dispositif de commande automatique de vitesse suivant le programme représenté à la Fig. 3, pour un séparateur centrifuge du type suspendu entraîné par une turbine à vapeur. Le dispositif comprend une boîte à minuteries 24 et une boîte de commande 25. Dans la boîte à minuteries sont incorporées une minuterie 31 de démarrage du rotor normal de turbine, une minuterie 32 pour l'ope'ration de chargement, une minuterie 33 pour l'opéra- tion de séparation, une minuterie 34 d'arrêt du rotor normal de turbine, une minuterie 35 de démarrage du rotor inverse de turbine, une minuterie 36 de déchargement et une minuterie 37 d'arrêt du rotor normal de turbine. Ces minuteries sont actionnées successivement à l'expiration du temps réglé dans chaque minuterie, individuellement.La boite de commande 25 comprend un dispositif de commande hydraulique ou électrique, par exemple du type Woodward connu en soi qui, en cours de fonctionnement du séparateur, reçoit un si- gnal provenant de chaque minuterie et engendre une tension réglée qui correspond à ladite minuterie. Par ailleurs, un tachymètre 28 est relié à l'arbre 11 de la turbine, et une tension proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre, détectée par ce tachymètre est transmise à la boîte de commande 25 dans laquelle la différence de tension entre cette tension et ladite tension réglée précitee est amplifiée pour actionner le dispositif d'actionnement de la vanne 27.Le dispositif d'actionnement cesse de fonctionner lorsque la différence de tension s'annule, réglant la vanne 27 dans la position voulue pour procurer une vitesse de rotation prédéterminée qui correspond à la minuterie en fonctionnement. De la façon décrite, lorsque la minuterie 34 d'opération de chargement est en service, par exemple le -séparateur est actionné à la vitesse de chargement de 200 tours/minute, et est ensuite accéléré Jusqu'à la vitesse supérieure de séparation de 1500 tours/minute lorsque la minuterie 33 d'actionnement de séparation est actionnée, et fonctionne de façon continue à ladite vitesse jusqu'à ce que le temps réglé dans la minuterie 33 soit écoulé.A ce moment, lorsque la minuterie 34 est actionnée, la minuterie 35 est actionnée concurremment et la vanne 27 est fermée et la vanne 29 est ouverte, de sorte que le séparateur est freiné par le rotor inverse de turbine comme décrit plus haut. L'ouverture de la vanne 29 est effectuée non pas sous la commande de la boîte de commande 25 mais par un dispositif d'actionnement relié électriquement directement à la minuterie 35. La vanne 29 peut être remplacée par une électro-vanne qui fonctionne en fonction d'un signal électrique fourni par la minuterie 35. La vanne 29 est fermée par l'action d'un interrupteur de fin de course qui est actionné au moment où la vitesse du séparateur, indiquée sur le tachymètre 28, est tombée Jusqu'à une valeur légèrement supérieure à la vitesse de déchargement, par exemple 40 tours/minute, ou par exemple Jusqu'à 70 tours/minute. Ensuite, la minuterie 36 est actionnée au moment où le tachymètre 28 indique que le séparateur fonctionne à la vitesse de déchargement, par exemple 40 tours/ minute, de sorte que la vanne 27 est réglée et maintenue dans une position d'ouverture qui correspond à la vitesse de déchargement sur la totalité de la période de temps réglée dans ladite minuterie. Bien que l'on ait décrit et représenté l'invention dans un mode de réalisation préféré, il est évident pour les techniciens que l'ouverture et la fermeture des vannes de vapeur peuvent être effectuées manuellement sans utiliser les minuteries, en poussant des boutons prévus sur la bote de commande, au lieu desdites minuteries. - REVENDiCATIONS. 1 - Groupe à séparateur centrifuge du type suspendu entrainé par une turbine à vapeur, ce groupe comprenant en combinaison : un séparateur centrifuge du type suspendu ayant un panier séparateur pouvant tourner dans un carter; une turbine à vapeur comprenant un carter de turbine, un arbre de turbine monté rotatif dans ledit carter, un premier rotor calé sur ledit arbre et entraîné en rotation dans le sens normal, un second rotor calé sur ledit arbre et entraîné en rotation dans le sens inverse, un premier conduit de vapeur pour amener de la vapeur sous pression audit premier rotor, un second conduit de vapeur pour amener de la vapeur sous pression audit second rotor, une première vanne de vapeur prévue dans ledit premier conduit de vapeur, une seconde vanne de vapeur prévue dans ledit second conduit de vapeur et un orifice d'échappement de vapeut prévu dans le carter de la turbine; et un mécanisme réducteur de vitesse par l'intermédiaire duquel la force d'entraînement produite par ladite turbine à vapeur est transmise audit panier séparateur. 2 - Groupe à séparateur suivant la revendication 1, dans lequel il est prévu un dispositif d'actionnement pour actionner ladite première vanne, des moyens pour engendrer plusieurs tensions correspondant respectivement à plusieurs vitesses différentes réglées dudit séparateur centrifuge, des moyens pour sélectionner l'- une de plusieurs tensions pour détecter la vitesse du séparateur centrifuge et des moyens pour engendrer une tension proportionnelle à la vitesse détectée, le dispositif d'actionnement pouvant fonctionner en fonction de la différence entre ladite tension déterminée choisie et la tension proportionnelle à la vitesse détectée. 3 - Groupe à séparateur centrifuge suivant la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de sélection comprennent une série de minuteries qui sont actionnées suivant une séquence donnée. 4 - Groupe à séparateur centrifuge suivant la revendication 3, dans lequel lesdits moyens de sélection comprennent une première série de minuteries, et une minuterie qui commande le fonctionnement de ladite seconde vanne de vapeur. 5 - Groupe à séparateur centrifuge suivant la revendication 4, dans lequel il est prévu des moyens pour fermer ladite seconde vanne de vapeur lorsque la vitesse du séparateur est tombée à une valeur prédéterminée. 6 - Groupe à séparateur centrifuge suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel ladite seconde vanne de vapeur est une électro-vanne.