Brevet FR2476343A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de réglage de la différence de vitesse de rota- tion entre deux pièces tournant à des vitesses de rotation différentes, en particulier un tambour centrifuge et une vis sans fin transporteuse d'une centrifugeuse à vis sans fin. Des centrifugeuses à vis sans fin sont utilisées pour éliminer l'eau, aussi bien des boues liquides pauvres en matières solides que des boues épaisses riches en matiè- res solides. Une centrifugeuse à vis sans finentièrement ca- rénée comporte un tambour rotatif, en règle générale cylin- dro-conique, à l'intérieur duquel tourne une vis sans fin dont le contour extérieur est adapté au tambour et qui tour- ne plus vite ou moins vite que ce dernier. La vis sans fin a pour fonction d'entraîner les particules de matières so- lides déposées sur la paroi du tambour, dans le champ des forces centrifuges, vers les orifices de décharge des ma- tières solides, à l'extrémité conique du tambour. Ainsi, les matières solides déposées par sédimentation sont entraî- nées par la vis sans fin depuis le réservoir de liquide vers la partie d'extrémité conique de la paroi du tambour,o se fait une autre élimination d'eau, avant d'être rejettée par les orifices de décharge. En pratique, la différence de vitesse de rotation entre la vis sans fin et le tambour de la centrifugeuse est de 1 à 20 tours par minute mais dans certains cas, nettement plus. La différence de vitesse de rotation entre le tambour et la vis doit être aussi élevée qu'il est nécessaire pour entraîner la quantité de matière solide qui arrive, mais en même temps aussi réduiteque possible pour que les matières solides restent le plus longtemps possible dans la partie conique du tambour de manière à subir une bonne élimination d'eau en vue d'une faible teneur résiduelle en humidité, et qu'en outre, la sédimentation des matières solides soit le moins possible perturbée par des turbulences. Dans ces con- ditions limites de fonctionnement de la centrifugeuse à vis 3 2476343 tion n'est pas obtenue par une mesure directe, mais elle est calculée très rapidement et très exactement par un cal- culateur. Dans des intervalles très courts, par exemple de 300 microsecondes, le calculateur détecte des impulsions provenant du tambour tournant ainsi que de la vis sans fin tournante, le nombre des détections entre deux ou plusieurs impulsions reçues est compté et, par une division, les vi- tesses de rotation des deux pièces tournantes sont calcu- lées; ensuite, la différence entre les vitesses de rotation est calculée par une soustraction dans le calculateur. Ce dernier reçoit une autre valeur d'entrée, à savoir le couple d'entraînement de la vis sans fin. Le calculateur peut mémo- riser différentes courbes caractéristiques correspondant à différents genres de boue et différentes consistances de boue dont l'eau doit être éliminée,et sur la base de ces courbes, une différence de vitesse de rotation est associée au couple d'entraînement de la vis sans fin. Dans le cas o la valeur réelle établie à partir de la différence des vitesses de rotation s'écarte de la valeur nominale éta- blie à partir du couple de la vis sans fin et de la courbe caractéristique, une commande de régulation est appliquée à la vitesse de rotation de la vis pour corriger l'écart de vitesse, d'une part pour assurer qu'aucun bourage de matière solide ne se produise dans la centrifugeuse et d'autre part pour que l'entraînement des matières solides se fasse le plus lentement possible, afin que le réglage selon l'inven- tion, comme cela a été indiqué au début, puisse être respec- té sans risque, sous forme d'un fonctionnement limite opti- mal recherché de la centrifugeuse à vis sans fin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre,faite en regard du dessin annexé,à titre d'exemple nullement limi- tatif, et sur lequel La Figure unique représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention. :, 2476343 sans fin, le risque de traversée rapide ou de bourrage de la vis par suite de variations de quantité et/ou de concen- tration à l'entrée est néanmoins iipol tant. tts conditions limites de fonctionnement ne peuvent être obtenues que si la différence des vitesses de rotation de la vis et du tambour peut être mesurée rapidement et avec precision et que si elle peut être réglée immédiatenment à la valeur voulue pour la charge en matières solides mesuree et existant à l'instant. Dans une centrifugeuse à vis sans fin déjà connue par le ?revet des Etats Unis d'Amérique Ns 3 734 399, dans laquelle la différence de vitesse de rotation entre la vis et le tambour est constante, a seit:- tours par minute, le couple d'entraînement de la vis est mesuré et, en fonction de cette valeur mesurée, mune commande de réglage automati- que est assurée sur la vanne d'arrivée de boue. Ce disposi- tif antérieur de réglage n'a pour but {lie d'o.btenir un rem- plissage régulier du (caambour et une protection contre la sur- charge d'entraînement de la vis sans fin. Cette disposition ne règle pas le problème précité des conditions limites de fonctionnement. L'invention a donc pour objet de proposer un procédé et un dispositif de réglage du fonctionnement d'une centri- fugeuse à vis sans fin, de manière que la vis sans fin tourne toujours assez lentement pour que la matière solide ne puisse produire un bourrage de la centrifu'euse, c'est-à-dire que la différence de vitesse de rotation de la charge puisse être adaptée selon un choix prédéterminé. Ce résultat est obtenu grâce a un procédé de réglage selon l'invention, du type mentionné au début, selon lequel la vitesse de rotation du tambour et la vitesse de rotation de la vis sans fin ainsi que le couple appliqué à cette der- nière sont détectés, et la différence de vitesse de rotation est calculée par un calculateur qui exerce une commande de réglage de la vitesse de rotation de la vis sans fin. Selon l'invention, la différence de vitesses de rota- 4 2476343 La Figure représente donc schématiquement une centri- fugeuse à vis sans fin comportant un tambour 10 monté de ma- nière à pouvoir tourner, et à l'intérieur duquel se trouve une vis sans fin transporteuse 11, également montée pour pouvoir tourner. En règle généralele tambour et le contour extérieur de la vis sans fin sont cylindriques dans la direc- tion longitudinale, et sont coniques vers la sortie des matières solides. Le tambour 10 est entraîné à partir d'un moteur électrique 12, par l'intermédiaire d'une transmission à courroie 13 et d'mnarbre 14,tandis que la vis sans fin 11 est entraînée à partir d'un moteur électrique 15, par l'in- termédiaire d'une pompe hydraulique 16,d'unmoteur hydrauli- que 17,d'unarbre 18 etd'Untrain d'engrenage 19. Le tambour tourne à une vitesse de rotation maintenue constante, par exem- ple entre 700 et 1400 tours par minute, tandis que la vis sans fin. tourne plus vite avec une différence de vitesse de rotation par exemple de 1 à 20 t/mn. Avec les procédés courants, la mesure directe de cette petite différence de vitesse de rotation serait très inexacte, ce qui veut dire que l'erreur relative serait très grande. Selon l'invention, la mesure de la différence des vitesses de rotation est effectuée au moyen d'un calculateur qui détermine avec une grande exacti- tude les vitesses de rotation de la vis sans fin et du tam- bour de la centrifugeuse, et qui en calcule la différence. Des capteurs de mesure ou des générateurs d'impulsions 21 et 22 sont prévus pour la détection des vitesses de rota- tion, et sont excités par des dispositifs d'excitation, par exemple des ergots d'acier 23 et 24 montés respectivement sur l'arbre d'entraînement 14 pour le tambour 10 et sur l'arbre d'entraînement 18 pour la vis sans fin Il. Les dispositifs d'excitation peuvent également être fixés sur des poulies recevant des courroies ou d'autres éléments tournant avec les pièces rotatives. Les générateurs d'impulsions 21et 22, qui consistent par exemple en des capteurs à induction, sont con- nectés au calculateur 20 par des lignes de signaux 25 et 26. 2476343 A des intervalles de temps très courts, par exemple toutes les 300 microsecondes, un générateur d'impulsions du calcu- lateur 20 détecte les signaux d'entrée par rapport aux im- pulsions reçues, et la vitesse de rotation de la pièce tour- nante est inversement proportionnelle au nombre des détec- tions entre deux ou plusieurs impulsions émises par la pièce tournante. La détermination de la vitesse de rotation au moyen du calculateur 20 est beaucoup plus rapide et plus précise que la mesure connue au moyen d'un générateur tachymétrique qui, contrairement à la mesure selon l'invention, n'est pas sans inertie, et qui impose en outre une extrémité d'arbre libre, disponible pour son entraînement. En outre, la pré- cision de la mesure de la différence de vitesse au moyen de générateurs tachymétriques dépend de la plage de mesure. Le calculateur 20 reçoit, comme troisième valeur d'en- trée, le couple d'entraînement de la vis sans fin 11, qui, en raison de l'entraînement hydraulique, équivaut à la pres- sion du liquide hydraulique devant le moteur hydraulique 17. Cette pression est proportionnelle au couple d'entraînement de la vis sans fin 11. Par conséquent, un manomètre 28 est branché sur le circuit hydraulique 27 en amont du moteur 17, dans la direction de circulation du liquide hydraulique, ce manomètre convertissant par exemple la pression mesurée en une tension électrique,qui est elle-même convertie en une fréquence par le c-.aivertisseur de tension en fréquences 29, de sorte que le calculateur 20 reçoit trois fréquences par les trois conducteurs 25, 26 et 30 comme valeurs d'entrée. Différentes courbes caractéristiques peuvent être mémorisées dans le calculateur pour les types différents et des consis- tances différentes des boues,à dessécher en fonction desquelles la différence minimale de vitesse de rotation est associée avec le couple d'entraînement de la vis sans fin;1, afin d'évi- ter le bourrage de la vis par les matières solides. Ainsi, la Figure montre schématiquement dans le calcu- lateur 20, et à titre d'exemple, trois courbes caractéristi- 6 2476343 ques 31, 32 et 33 indiquant la différence de vitesse de rota- tion L n en fonction du couple d'entraînement Md de la vis sans fin. La référence 34 désigne un filtre par lequel la valeur mesurée du couple dela vis sans fin est transférée à la mémoire 35. La référence 36 désigne schématiquement un pupitre de commande par lequel le dispositif de réglage est commandé manuellement ou automatiquement, et par l'in- termédiaire duquel les courbes caractéristiques de couple d'entraînement de la vis sans fin et de la différence de vitesse de rotation peuvent être mémorisées dans la mémoire 35. En fonction d'un écart entre la valeur réelle éta- blie de la différence de vitesse de rotation et la valeur nominale établie à partir du couple appliqué à la vis et de la courbe caractéristique, une commande de réglage est ap- pliquée à la vitesse de rotation de la vis pour corriger la différence de vitesse. La Figure montre que cette commande de réglage est appliquée par une ligne de sortie 37 du cal- culateur aboutissant à une soupape asservie 38 servant d'élément de réglage dans le circuit hydraulique 27, de sorte que cette commande de réglage s'applique au débit volumétrique du liquide hydraulique et par conséquent, à la vitesse de rotation de la vis sans fin 11 qui lui est proportionnelle. Le point de fonctionnement de la centrifu- geuse à vis sans fin est donc déplacé automatiquement de ma- nière que le pointdont les coordonnées sont le couple de la vis sans fin et la différence de vitesse de rotation,se si- tue toujours sur la courbe caractéristique optimale corres- pondante. La correction de la différence de vitesse de rota- tion peut être effectuée très vite et avec beaucoup de préci- sion car, dès que l'arbre 14 du tambour et l'arbre 18 de la vis sans fin ontfait un tour, la différence de vitesse de rotation est calculée et une commande de réglage peut être appliquée à la vitesse de rotation de la vis. Quand l'en- semble est réglé, c'est-à-dire quand la différence maximale 7 2476343 possible des vitesses de rotation est atteinte, le calcu- lateur 20 peut appliquer une commande de réglage à la vanne d'entrée de boue, non représentée, c'est-à-dire que l'ali- mentation est réduite ou interrompue. Au démarrage de la centrifugeuse à vis sans fin, le tambour 10 peut êÈre entraîné à partir de l'entraînement hydraulique de la vis sans fin 11, au moyen d'un embrayage 39, particulièrement un embrayage électromagnétique, et lors- que la vitesse de fonctionnement est atteinte, l'embrayage 39 est débrayé automatiquement, le moteur 12 d'entraînement du tambour est mis en marche et la vanne d'admission de boue est ouverte. Les signaux de réglage correspondants provien- nent également du calculateur 20,qui est relié à l'embrayage 39 par la ligne de sortie 40. La référence 41 désigne le dis- positif de mémorisation du programme de démarrage, la réfé- rence 42 désigne le programme de contrôle et d'asservisse- ment et la référence 43 le programme des opérations diverses. La référence 44 désigne un tableau indicateur connecté au calculateur 20, et destiné à afficher la vitesse de rotation du tambour, celle de la vis sans fin, la différence des vi- tesses, le couple dela vis sans fin, la puissance absorbée par les deux moteurs électriques ainsi que d'autres valeurs mesurées. Le calculateur 20 peut également détecter plus de trois réceptions d'impulsions. La valeur moyenne d'autres mesures peut également être calculée et affichée. 247-6343 REVENDICAI ONS 1 - Procédé de réglage de la différence de ro- tation de deux pièces qui tournent à des vitesses de ro- tation différentes, en particulier un tambour centrifuge et une vissans fin transporteuse d'une centrifugeuse, procédé caractérisé en ce que la vitesse de rotation du tambour et celle de la vis sans fin, ainsi que la différence des vitesses de rotation sont calculées par un calculateur à partir duquel une commande de réglage est appliquée sur la vitesse de rotation de la vis sans fin. 2 - Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le calculateur détecte des impulsions à une fréquence plus élevée que la fréquence de rotation des pièces tournantes ainsi que des impulsions qu'il re- çoit du tambour tournant ainsi que de la vis sans fin tournante, compte le nombre des détections entre deux ou plusieurs impulsions reçues et calcule la vitesse de ro- tation des deux pièces tournantes en faisant le quotient, la différence de rotation étant ensuite calculée par le calculateur par une soustraction. 3 - Procédé selon l'une des revendications. et 2, caractérisé en ce que le calculateur reçoit, comme autre valeur d'entrée, le couple d'entraînement de la vis sans fin, au moyen d'un dispositif d'entraînement hydraulique par exemple la pression d'un liquide hydraulique devant le moteur hydraulique. 4 - Procédé selon l'une quelconque des reveil- dications 1 à 3, caractérisé en ce que différentes cour- bes caractéristiques sont mémorisées dans le calculateur pour différentes sortes de boue et consistances de boue dont il faut éliminer l'eau, au moyen desquelles à chaque couple d'entraînement de la vis sans fin une différence minimale correspondante de vitesse de rotation est asso- ciée et, en lonction d'un écart entre la valeur réelle établie de la différence de vitesse de rotation et la valeur nominale établie à partir da couple appliqué à la vis et la courbe caractéristique, une commande de réglage est appliquée à la vitesse de rotation de la vis pour corriger la différence de vitesse. 5 - Procédé selon la revendication 4, caracté- risé en ce que, au moyen d'un entraînement hydraulique de la vis sans fin, la commande de réglage s'exerce sur le débit volumétrique dudit liquide hydraulique. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le calculateur émet une commande de réglage vers la vanne d'admission de boue quand l'ensemble est réglé. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que, au démarrage de la centrifugeuse à vis sans fin, le tambour de la centrifu- geuse est entraîné à partir de l'entraînement hydrauli- que de la vis sans fin au moyen d'un embrayage, et, lors- que la vitesse de fonctionnement est atteinte, l'embraya- ge est débrayé automatiquement, le moteur d'entraînement du tambour est mis en marche et la vanne d'admission de boue est ouverte. 8 - Dispositif de réglage de la différence de vitesse entre deux pièces qui tournent à des vitesses différentes, en particulier le tambour centrifuge et la vis sans fin transporteuse d'une centrifugeuse, dispositif ca- ractérisé en ce qu'il comporte un calculteur (20) dont l'entrée est connectée à au moinstrois capteurs de va- leur mesurée, à savoir un générateur d'impulsions (21) pour le tambour (10), un générateur d'impulsions (22) pour la vis sans fin (11) et un capteur de mesure (28) pour le couple d'entraînement de la vis sans fin, et dont la sortie est connectée à un organe de réglage (38) de l'entraînement de la vis sans fin. r