Brevet FR2536169A1 — publié le 19840518

3. Procédé et appareil de mesure pour la détermination de la charge en matière solide d'un tambour de centrifugeuse. La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure pour la détermination de la charge en matière solide d'un tambour de centrifugeuse, notamment en vue d'une utilisation dans des installations de retraitement pour la séparation de particules solides non solubles contenues dans les solutions de combustible. Dans des installations de retraitement, il est nécessaire, du point de vue du fonctionnement et pour des raisons de contrôle des matières fissibles, de surveiller dans le temps la quantité de matière solide se trouvant dans le tambour de centrifugeuse. Le contrôle et la détermination de la quantité de matière solide doivent être possibles aussi bien pendant la marche de la centri fugeuse que pendant son immobilisation. D'une façon générale, on connaît déjà différents procédés pour déterminer la charge en matière solide d'une centrifugeuse. Dans un procédé, la torsion de l'arbre du tambour de centri- fugeuse est déterminée au moyen de bandes de mesure d'allonge- ment qui sont disposées sur l'arbre La valeur de la torsion constitue une mesure de la charge en matière solide. Dans un autre procédé, la déformation élastique du tambour de centrifugeuse, qui est engendrée par les forces centrifuges agissant sur l'enveloppe du tambour, est déterminée, dans le cas d'une vitesse de rotation stationnaire, à l'aide de bandes dé mesure d'allongement disposées sur le tambour Dans ce cas également, la valeur de la déformation élastique constitue une mesure de la charge en matière solide. Il est en outre connu de déterminer la charge en matière solide par une mesure du temps de démarrage ou également du temps * 15 d'arrêt du tambour, depuis la vitesse de rotation nulle jusqu'à la vitesse de service et inversement, ou bien à l'intérieur d'une plage définie de vitesses de rotation. De même la mesure de la consommation de courant du dispositif d'entraînement de la centrifugeuse est utilisée pour déterminer la charge en matière solide du tambour de centrifugeuse. Un procédé très simple et également utilisé occasionnellement consiste à mesurer le poids de l'ensemble de la centrifugeuse avant et après la centrifugation, ce qui peut être effectué par exemple en disposant des capteurs de forces appropriés dans les paliers de la centrifugeuse La différence entre les résultats des mesures fournit alors directement la charge en matière solide. Ces procédés connus présentent différents inconvénients. La mesure de torsion à l'aide de bandes de mesure d'allongement ne fournit une information sur la charge en matière solide que dans des phases d'accélération La mesure de la déformation élas- tique du tambour de centrifugeuse à l'aide de bandes de mesure d'allongement dans le cas d'une vitesse de rotation stationnaire 25361 & 69 permet évidemment une mesure ou un contrôle continu de la charge en matière solide mais elle présente, comme le procédé cité en premier, l'inconvénient que la mesure ne s'effectue pas. sans contact En outre, lors de la détection de la déformation élastique du tambour de la centrifugeuse, le capteur de mesure (bande de mesure d'allongement) est placé, dans une installation de retraitement, dans un volume de traitement, ce qui est parti- culièrement désavantageux. Les deux procédés ne permettent pas la mesure de la charge en matière solide lorsque la centrifugeuse est immobile En outre ces deux procédés ne sont pas très précis. La mesure du temps de démarrage ou du temps d'arrêt du tambour, ou bien la mesure de la consommation de courant du dispositif d'entraînement de la centrifugeuse, constitue également des pro- cédés assez imprécis et ils ne sont en outre-pas applicable lorsque la centrifugeuse est immobile La mesure directe du poids de la centrifugeuse est relativement imprécise car le poids de la centrifugeuse est comparativement grand par rapport à la char- ge de matière solide. La présente invention a en conséquence pour but de créer un pro- cédé et un appareil de mesure pour la détermination de la charge en matière solide d'un tambour de centrifugeuse, de façon à remé- dier aux inconvénients précités des procédés connus et à per- mettre notamment une mesure précise et sans contact à l'extérieur du volume de traitement-avec une technique de mesure d'une fai- ble complexité En outre le procédé et l'appareil de mesure doi- vent être conçus de telle sorte qu'on puisse effectuer une mesu- re de la charge en matière solide d'une manière continue aussi bien pendant l'immobilisation que pendant la marche de la centri- fugeuse. Selon une caractéristique du procédé conforme à l'invention, un système mécanique oscillant se composant du tambour de la centrifugeuse et d'une masse additionnelle accouplée au tambour est mis en oscillations propres et la fréquence des oscillations propres, qui est fonction de la charge en matière solide, ou bien une grandeur pouvant être dérivée de la fréquence, sont mesurées et analysées pour déterminer la charge en matière solide. Selon d'autres caractéristiques du procédé conforme à l'inventé tion: a) le système oscillant est soumis à des oscillations de torsion; b) les oscillations de torsion sont produites par une variation de courte durée du couple ou de la vitesse de rotation (ralentissement ou accélération) du tambour de la centri- fugeuse; c) les oscillations de torsion sont produites par un freinage mécanique de courte durée du mouvement de rotation de la par- tie d'entraînement du tambour de centrifugeuse ou d'une par- tie tournant avec le tambour et reliée à celui-ci sans possi- bilité de rotation relative; d) les oscillations de torsion sont transmises au système d'oscillation instantanément et sans contact, par l'intermé- diaire d'un champ électromagnétique. Selon une caractéristique de l'appareil de mesure pour la déter- mination de la charge en matière solide du tambour d'une centri- fugeuse en vue de la mise en oeuvre du procédé précité, celui-ci comporte un dispositif pour engendrer des oscillations propres dans le système mécanique oscillant se composant du tambour de la centrifugeuse et d'une masse additionnelle accouplée au tam- bour, ainsi qu'un appareillage pour mesurer et analyser la fré- quence des oscillations propres ou une grandeur pouvant être dérivés de celle-ci. Selon d'autres particularités de l'appareil de mesure conforme à l'invention: a) la masse additionnelle est constituée par une partie d'entraî- nement du tambour de la centrifugeuse ou par l'arbre d'entraî- nement du tambour de la centrifugeuse; b) la masse additionnelle est un arbre additionnel relié sans possibilité de rotation relative au tambour de la centrifu- geuse et qui est disposé à l'opposé de l'arbre d'entraînement par rapport au tambour de la centrifugeuse; c) l'arbre additionnel constitue un prolongement de l'arbre d'entraînement; d) la masse additionnelle est constituée par un corps relié sans possibilité de rotation relative à l'arbre d'entraînement ou.à l'arbre additionnel du tambour de la centrifugeuse; e) le corps est le rotor ou l'induit d'une machine électrique; f) le corps est disposé à une extrémité, éloignée du tambour de la centrifugeuse, de l'arbre d'entraînement ou de l'arbre ou axe additionnel; g) le système mécanique oscillant se composant du tambour de la centrifugeuse et de la masse additionnelle accouplée au tam- bour peut être soumis par un dispositif à des oscillations de torsion; h) le dispositif engendrant les oscillations est une machine électrique dont le champ d'excitation électrique peut exercer un moment de torsion sur le rotor ou l'induit disposé sur l'arbre d'entraînement ou sur l'arbre ou axe additionnel; i) le dispositif engendrant les oscillations est constitué par un enroulement additionnel, pouvant être alimenté séparément, du moteur électrique d'entraînement du tambour de la centri- fugeuse, enroulement additionnel par l'intermédiaire duquel peut être produit un champ d'excitation électrique engendrant une variation de courte durée de la vitesse de rotation (ralentissement ou accélération)qui exerce un moment de tor- sion sur le système d'oscillation; j) le dispositif engendrant les oscillations est un dispositif mécanique de freinage pouvant être serré pendant une courte durée et qui agit sur une partie du côté d'entraînement ou bien sur l'axe ou arbre additionnel ou bien sur le corps disposé sur l'arbre d'entraînement ou l'axe ou arbre addi- tionnel; k) l'appareil comporte, pour la mesure de la fréquence, un cap- teur de mesure qui explore des repères qui sont disposés sur la masse additionnelle accouplée au tambour de la centrifu- geuse et dont les signaux de sortie sont appliqués à un ap- pareillage de traitement pour déterminer la fréquence des oscillations propres du système d'oscillation et la charge en matière solide, qui peut être déduite de la fréquence, du tambour de la centrifugeuse; 1) le capteur de mesure est un capteur rotatif électromagnétique; m) le capteur de mesure est un détecteur optique; n) pour la détermination de la fréquence ou des variations de fréquence des oscillations propres du système oscillant, on mesure et on traite la périodicité des signaux de sortie du capteur de mesure. La résolution des problèmes conformément à l'invention permet un contrôle et une mesure pratiquement continus et sûrs de la charge en matière solide d'une centrifugeuse La mesure peut être effectuée aussi bien en marche qu'à l'arrêt de la centri- fugeuse La mesure de fréquence prévue des oscillations propres produites garantit une haute précision des résultats de mesure et peut être réalisée relativement simplement Le dispositif de mesure peut facilement être installé à l'extérieur de la chambre de traitement d'une installation de retraitement Le procédé et le dispositif de mesure conformes à l'invention sont d'une utili- sation très souple. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple limitatif faite ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente un premier exemple avantageux de réalisation de l'invention; la figure 2 représente deux modifications du mode de réalisation de la figure 1, et la figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Des composants identiques sont désignés sur les figures par les mêmes références Le dessin représente une centrifugeuse 2 comportant un tambour 4 qui est entraîné par un moteur électrique 14 par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement 8 monté dans des paliers (paliers 6), d'une poulie de section trapézoïdale 10 et d'une courroie trapé- zoïdale 12. Le tambour de centrifugeuse 4 est suspendu, ce qui est avanta- geux lors de son application dans des installations de retraite- ment de combustibles nucléaires En principe il est naturelle- ment également possible d'adopter tout autre mode d'agencement (vertical, horizontal ou incliné). Le tambour de-centrifugeuse comporte une entrée 16 et une sortie 18 Il sert, notamment dans des installations de retraitement, à séparer des particules solides de solutions de combustibles. Pendant la rotation du tambour de centrifugeuse 4, les particu- les solides se déposent sur la paroi intérieure du tambour et forment ce qu'on appelle la charge de matière solide 20, ou éga- lement un gateau. Il est important-de déterminer la quantité de la charge de matin solide A cet effet, il est prévu à l'extrémité supérieure 22 de 1 ' a r b r e d'entraînement 8 une masse additionnelle m 2, pa: exemple sous la forme d'un rotor à-cage 24, qui fait partie d'une machine électrique 26 comportant un enroulement de stator 28. Le tambour de centrifugeuse 4, représentant une masse m 1, const tue avec le rotor à cage 24, constituant une seconde masse m 2 ' qui est reliée élastiquement à la masse m 1 par l'intermédiaire de l'arbre d'entraînement 8, un système oscillant mécanique à "double masse". Par l'intermédiaire de l'enroulement de stator 28 de la machine électrique 26, on peut produire pendant une courte durée dans le rotor à cage 24 (masse m 2) une force électromotrice qui exerce pendant une courte durée un moment de torsion sur le système oscillant m 1, m 2, qui est alors soumis à des oscillations de torsion propres La fréquence de ces oscillations est fonction de la masse additionnelle m 2 (rotor à cage 24) et de la masse mi du tambour de la centrifugeuse et elle varie avec la variation desdites masses en étant ainsi fonction de la charge de matière solide du tambour 4 de la centrifugeuse Par l'intermédiaire d'une mesure de fréquence des oscillations de torsion produites, il est ainsi possible de déterminer la grandeur de la charge de matière solide 20. La mesure de fréquence est effectuée au moyen d'un capteur de mesure électromagnétique ou optique 30, qui détecte des repères 32 qui sont placés sur la masse additionnelle m 2, c'est-à-dire le rotor à cage 24 La fréquence des signaux de sortie du capteur. de mesure est déterminée et traitée par un dispositif 34 Les résultats de la mesure ou les charges en matière solide obtenues sont alors affichés sur un indicateur 36. Sur les figures, on a représenté schématiquement d'autres possi- bilités de réalisation. Le rotor à cage 24 ne doit pas nécessairement être placé à l'ex- trémité de l'arbre d'entraînement 8; il peut être placé en un endroit quelconque, comme le montre le rotor à cage 24 ' sur la figure 1. La masse additionnelle m 2, se présentant par exemple sous la forme du rotor à cage, peut aussi être disposée sur un arbre ou 25361 69 axe additionnel 38, qui est placé à l'opposé de l'arbre d'entraî- nement 8 par rapport au tambour de centrifugeuse 4, voir figure 2 Cet arbre ou axe additionnel 38 peut être disposé, par l'in- termédiaire d'entretoises correspondantes 40, dans la zone de la sortie 18 du tambour de centrifugeuse 4 ou bien il peut être agencé sous forme d'un prolongement 42 de l'arbre d'entraînement, voir figure 2 L'arbre ou axe additionnel 38 peut être en outre supporté par un palier (palier 44). La masse additionnelle m 2 portant les repères 32 peut également être réalisée simplement sous forme d'un disque 46, voir figures 3 et 2 Le moment de torsion servant à produire les oscillations de torsion peut être alors engendré par exemple au moyen d'un dispositif de freinage 48, dont les mâchoires de frein 50 peu- vent être actionnées par un fluide sous pression, par exemple à l'aide d'une soupape 52 et d'une source de fluide sous pression 54, ou bien simplement appliquées mécaniquement contre le disque 46. La production du moment de torsion est également possible par l'intermédiaire du moteur d'entraînement 14 du tambour de centri. fugeuse 4, en prévoyant dans celui-ci un enroulement additionnel 56 pouvant être alimenté isolément et par l'intermédiaire duquel le couple du moteur 14 peut être influencé pendant une courte durée. Selon les circonstances, on peut se passer également de la masse additionnelle m 2 * Le système oscillant à la torsion se compose alors du tambour de centrifugeuse 4 et de l'arbre d'entraînement 8 ou bien de l'arbre ou axe additionnel 38, sur lequel sont alor disposés les repères 58 à capter, voir figure 2 La production du moment de torsion peut dans ce cas être effectuée par exemple mécaniquement par application pendant un court instant de deux éléments de frein 60, 62 Le captage des repères 58 et le traite ment des valeurs de mesure obtenues est effectué comme décrit ci-dessus. En dehors de la production et de l'exploitation d'oscillations de torsion qui sont principalement avantageuses pour des raisons concernant les techniques de mesure et la rentabilité, on peut en principe également produire et exploiter également des oscil- lations longitudinales et/ou de flexion. il. Revendications 1 Procédé de mesure pour la détermination de la charge en ma- tière solide d'un tambour de centrifugeuse, notamment en vue d'une utilisation dans des installations de retraitement pour la séparation de particules solides non solubles contenues dans les solutions de combustible, caractérisé en ce qu'un système mécanique oscillant se composant du tambour de la centrifugeuse ( 4, m 11) et d'une masse addition- nelles (m 2; 24; 46; 38), accouplée au tambour ( 4, ml),est mis en oscillations propres et la fréquence des oscillations propres, qui est fonction de la charge en matière solide, ou bien une grandeur pouvant être dérivée de la fréquence, sont mesurées et analysées pour déterminer la charge en matière solide. 2 Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système oscillant est soumis à des oscillations de torsion. 3 Procédé de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que les oscillations de torsion sont produites par une variation de courte durée du couple ou de la vitesse de rotation (ralentissement ou accélération) du tambour ( 4) de la centrifugeuse. 4 Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les oscillations de torsion sont produites par un freinage mécanique de courte durée du mouvement de rota- tion de la partie d'entraînement du tambour ( 4) de la centrifu- geuse ou d'une partie ( 24; 46; 38) tournant avec le tambour et reliée à celui-ci sans possibilité de rotation relative. Procédé de mesure selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les oscillations de torsion sont trans- mises au système d'oscillation instantanément et sans contact par l'intermédiaire d'un champ électromagnétique. 6 Appareil de mesure pour la détermination de la charge en matière solide du tambour d'une centrifugeuse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 26; 48; 60; 62) pour engendrer des oscillations propres dans le système méca- nique oscillant (ml, xn 2) se composant du tambour de centrifu- geuse (ml, 4) et de la masse additionnelle (m 2; 24; 46; 38) accouplée au tambour, ainsi qu'un appareillage ( 30, 34, 36) pour mesurer et analyser la fréquence des oscillations propres ou une grandeur pouvant être dérivée de celle-ci. 7 Appareil de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que la masse additionnelle (m 2) est constituée par une partie d'entraînement du tambour ( 4 > de la centrifugeuse ou.par l'arbre d'entraînement ( 8) du tambour de centrifugeuse ( 4). 8 Appareil de mesure selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la masse additionnelle (m 2) est un arbre additionnel ( 38) relié sans possibilité de rotation relative au tambour ( 4) de la centrifugeuse et qui est disposé à l'opposé de l'arbre d'entraînement ( 8) par rapport au tambour 4 de la centrifugeuse. 9 Appareil de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'arbre additionnel constitue un prolonge- ment ( 42) de l'arbre d'entraînement. Appareil de mesure selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la masse additionnelle (m 2) est constituée par un corps relié sans possibilité de rotation relative à l'ar- bre d'entraînement ( 8) ou à l'arbre additionnel ( 38) du tambour ( 4) de la centrifugeuse. 11 Appareil de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps est le rotor ou l'induit ( 24) d'une machine électrique ( 26). 12 Appareil de mesure selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le corps est disposé à une extrémité ( 22), éloignée du tambour ( 4) de la centrifugeuse, de l'arbre d'en- trainement ( 8) ou de l'arbre ou axe additionnel ( 38). 13 Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 12, caractérisé en ce que le système mécanique oscillant (m 1, m 2) sb composant du tambour ( 4) de la centrifugeuse et de la masse additionnelle (m 2) accouplée au tambour peut être soumis par un dispositif à des oscillations de torsion ( 26; 48; 60; 62). 14 Appareil de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif engendrant les oscillations est une machine électrique ( 26) dont le champ d'excitation élec- trique peut exercer un moment de torsion sur le rotor ou l'induit ( 24) disposé sur l'arbre d'entraînement ( 8) ou sur l'arbre ou axe additionnel ( 38). 15 Appareil de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif engendrant les oscillations est constitué par un enroulement additionnel ( 56), pouvant être alimenté séparément, du moteur électrique d'entraînement ( 14) du tambour ( 4) de la centrifugeuse,enroulement additionnel par l'intermédiaire duquel peut être produit un champ d'excitation électrique engendrant une variation de courte durée de la vitesse de rotation (ralentissement ou accélération) qui exerce un mo- ment de torsion sur le système d'oscillation (m, m 2). 16 Appareil de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif engendrant les oscillations est un dispositif mécanique de freinage ( 48; 60; 62) pouvant être serré pendant une courte durée et qui agit sur une partie du côté d'entraînement ou bien sur l'axe ou arbre additionnel ( 38) ou bien sur le corps ( 24; 24 '; 46; 38) disposé sur l'ar- bre d'entraînement ( 8) ou l'axe ou arbre additionnel ( 38). 44 2536169 17 Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications à 16, caractérisé en ce que le dispositif ( 30; 34; 36) comporte, pour la mesure de la fréquence, un capteur de mesure ( 30) qui explore des repères ( 32; 58) qui sont disposés sur la masse addition- nelle (m 2) accouplée au tambour ( 4) de la centrifugeuse et dont les signaux de sortie sont appliqués à un appareillage de trai- tement ( 34) pour déterminer la fréquence des oscillations pro- pres du système d'oscillation (m 1; m 2) et la charge en matière solide, qui peut être déduite de la fréquence, du tambour de la centrifugeuse. 18 Appareil de mesure selon la revendication 17, caractérisé en ce que le capteur de mesure ( 30) est un capteur rotatif électromagnétique. 19 Appareil de mesure selon la revendication 17, caractérisé en ce que le capteur de mesure ( 30) est un détec- teur optique. Appareil de mesure selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que pour la détermination de la fréquence ou des variations de fréquence des oscillations propres du système oscillant, on mesure et on traite la périodicité des signaux de sortie du capteur de mesure.