Brevet FR3025441A1 — publié le 20160311

La présente invention concerne un tambour de centrifugation, ainsi qu'une essoreuse discontinue équipée d'un tel tambour de centrifugation. Le domaine de l'invention est celui de la fabrication du sucre, et plus particulièrement des essoreuses discontinues utilisées pour séparer les cristaux de sucre de la masse cuite. De telles essoreuses discontinues comprennent, classiquement et tel qu'enseigné par le document WO 2007/026068 : - un tambour de centrifugation présentant une surface cylindrique perméable formée par un ensemble tamis de travail/ tamis de soutien/ virole perforée, - des moyens-moteurs pour entraîner en rotation le tambour de centrifugation suivant un axe de rotation sensiblement vertical, - un dispositif déchargeur présentant des moyens pour racler une couche de produit sur la paroi perméable dudit tambour comprenant au moins une bêche apte à passer d'une position de dégagement vers une position de contact pour racler les produits sur la paroi 15 perméable dudit tambour, - un dispositif de clairçage, interne audit tambour, au moins lors du clairçage. Un tambour de centrifugation comprend une structure autoportante (le « panier »), un tamis de travail, ainsi qu'un tamis de soutien, intercalé entre la paroi cylindrique 20 intérieure de la structure-autoportante et le tamis de travail. Selon l'état de la technique connue de la Demanderesse, la structure autoportante est entièrement métallique et comprend une tôle de fond, une tôle supérieure présentant une large ouverture de chargement, et une virole, partie cylindrique s'étendant depuis le 25 fond jusqu'à la tôle supérieure. La virole est pourvue de perforations réparties sur toute sa circonférence et sur sa hauteur. Cette virole est renforcée extérieurement au moyen d'une pluralité de frettes réparties sur la hauteur de la virole, à savoir plusieurs cercles métalliques encerclant la paroi extérieure de la virole. Le tamis de travail, également métallique a pour fonction de séparer les cristaux de 30 sucre des égouts. De manière connue, ce tamis de travail n'est pas appliqué directement contre la paroi intérieure de la virole, mais au contraire maintenu espacé de cette surface 3025441 2 grâce au tamis de soutien, à mailles plus larges, dont la fonction est ici de servir d' élément d' entretoisement. Lors de la centrifugation, les cristaux de sucre sont retenus par les mailles du tamis de travail, les égouts s'évacuant en traversant consécutivement le tamis de travail, le tamis 5 de soutien et les perforations de la virole. Le cycle de fonctionnement d'une essoreuse discontinue comprend, généralement, et successivement : - une étape de chargement du tambour de centrifugation avec de la masse cuite, par l'ouverture du tambour, à faible vitesse de rotation du tambour de centrifugation, 10 - une augmentation (accélération) de la vitesse de rotation du tambour jusqu'à un palier d'essorage, - un maintien de la vitesse de rotation du tambour de centrifugation au palier d'essorage (au-delà de 1000 tr/min), - une décélération de la vitesse de rotation du tambour de centrifugation, - et une étape de déchargement du produit essoré, à faible vitesse de rotation, par une ouverture inférieure de tambour. Les installations industrielles de sucrerie comprennent, généralement, une batterie d'essoreuses discontinues, chaque essoreuse pouvant réaliser jusqu'à 30 cycles de fonctionnement par heure. De telles installations sont consommatrices en énergie, notamment électrique, en particulier lors des différentes phases d'accélération de la rotation du tambour de centrifugation. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un tambour de centrifugation permettant d'augmenter le rendement énergétique d'une essoreuse discontinue, en particulier, utilisée dans la fabrication du sucre. D'autre but et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon les constatations de l'inventeur, et lors des différentes phases d'accélération des tambours de centrifugation, la quantité d'énergie mise en oeuvre dépend essentiellement du moment d'inertie de l'ensemble tambour de centrifugation/masse cuite, ce moment 3025441 3 d'inertie quantifiant la résistance à la mise en rotation dudit ensemble. La puissance mise en oeuvre dépend donc de la masse de cet ensemble et de la répartition de cette masse. 5 L'invention vise donc à concevoir un tambour de centrifugation dont le moment d'inertie est sensiblement diminué par rapport à la conception connue de l'état de la technique, et dans le but de réduire l'énergie nécessaire à l'accélération de ce tambour de centrifugation. 10 L'invention vise ainsi un tambour de centrifugation, comprenant : - un support autoportant, présentant un fond, une paroi supérieure et une virole, sensiblement cylindrique, pourvue de perforations traversantes, ladite virole s'étendant depuis le fond jusqu'à la paroi supérieure, - un tamis de travail, reçu dans le volume intérieur dudit support autoportant et 15 recouvrant la paroi intérieure cylindrique perforée de ladite virole, - un tamis de soutien, intercalé entre le tamis de travail et la paroi intérieure de ladite virole de telle façon à écarter la surface active du tamis de travail de la paroi intérieure de ladite virole. 20 Selon l'invention, la virole dudit support autoportant est, en tout ou partie, dans un matériau composite. Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises seules ou en combinaison : - ledit support autoportant comprend ladite virole dans un matériau composite, de 25 préférence entièrement, ledit fond et ladite paroi supérieure pouvant être en métal ; - le matériau composite est un stratifié de couches de renfort imprégnées de résine ; - tout ou partie des couches de renfort sont des renforts à fibres de verre ; - tout ou partie des couches de renfort sont des renforts à fibres de carbone ; - les couches de renfort sont des couches de matériaux unidirectionnels comprenant des 30 fibres longues orientées dans une direction donnée ; - le nombre de couches de renfort du matériau composite stratifié est compris entre 12 et 20, tel que par exemple 16 ; 3025441 4 - l'épaisseur de chaque couche de renfort est comprise entre 0.8 mm et 1.5 mm ; - la virole du support autoportant est dépourvue de frettes de renfort ; - le diamètre de la virole dudit support autoportant est compris entre 1 mètre et 2 mètres, par exemple 1,5 m et la hauteur de ladite virole est comprise entre 1 mètre et 1,5 mètre, 5 par exemple 1,2 m. L'invention concerne également une essoreuse discontinue comprenant : - un tambour de centrifugation conforme à l'invention, présentant une surface cylindrique perméable formée par l'ensemble tamis de travail, tamis de soutien et virole 10 perforée, - des moyens-moteurs pour entraîner en rotation le tambour de centrifugation suivant un axe de rotation vertical, - un dispositif déchargeur présentant des moyens pour racler une couche de produit sur la paroi perméable dudit tambour comprenant au moins une bêche à passer d'une 15 position de dégagement vers une position de contact pour racler les produits sur la paroi perméable dudit tambour, - un dispositif de clairçage, interne audit tambour, au moins lors du clairçage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée 20 des dessins en annexe parmi lesquels : - La figure 1 est une vue de coupe, verticale, d'un tambour de centrifugation conforme à l' invention, - La figure la est une vue de détail de la figure 1 illustrant plus particulièrement la paroi de virole, le tamis de soutien et le tamis de travail, 25 - La figure 2 est une vue schématique, de coupe, d'une essoreuse discontinue équipée d'un tambour de centrifugation selon l'invention. - Les figures 3, 4 et 5 illustrent trois exemples de matériaux composites stratifiés, et plus particulièrement, les empilements de couches de ces trois matériaux. 30 Aussi l'invention concerne un tambour de centrifugation 1, comprenant un support autoportant 2, un tamis de travail 3 et un tamis de soutien 4. Le support autoportant 2 présente un fond 20, une paroi supérieure 21 et une virole 22. La virole est un élément 3025441 5 sensiblement cylindrique, pourvue de perforations traversantes 23, ladite virole s'étendant depuis le fond 20 jusqu'à la paroi supérieure 21. La paroi supérieure 21 présente une ouverture autorisant le chargement de la masse cuite. Le fond 20 peut présenter une ouverture de déchargement, qui peut être fermée ou ouverte lors de l'étape 5 de déchargement par un obturateur 61. Il peut notamment s'agir d'un tambour de centrifugation 1 du type suspendu, présentant un arbre de rotation suspendu à sa partie supérieure par une liaison articulée au châssis de l'essoreuse en particulier à un portique, et solidaire rigidement au fond à son extrémité inférieure. La liaison articulée permet non seulement l'entrainement en 10 rotation de l'ensemble arbre/tambour, sous l'action d'un moteur, mais autorise généralement des mouvements (légers) de balancier de l'ensemble. Le tamis de travail est reçu dans le volume intérieur dudit support autoportant 2 et recouvre la paroi intérieure cylindrique perforée de ladite virole. Il a pour fonction de retenir les cristaux de sucre lors de l'essorage. Le tamis de travail n'est pas appliqué 15 directement contre la surface intérieure de la virole mais par l'intermédiaire d'un élément assurant une fonction d'entretoisement, et qui peut être un tamis de soutien et dont les mailles sont généralement plus larges que celles du tamis de travail. Ainsi ce tamis de soutien 4 est intercalé entre le tamis de travail 3 et la paroi intérieure de ladite virole 2 et de telle façon à écarter la surface active du tamis de travail de la 20 paroi intérieure de ladite virole. Selon l'invention, avantageusement, la virole dudit support autoportant 2 est dans un matériau composite (en tout ou partie), et non entièrement dans un matériau métallique. L'objectif recherché ici est de réduire substantiellement la masse de la virole par rapport 25 à celle d'un tambour entièrement métallique, et ainsi le moment d'inertie dudit tambour. Selon un mode de réalisation, ledit support autoportant comprend ladite virole 22 qui est dans le matériau composite Ml; M2 ; M3, notamment entièrement, alors que ledit fond 20 et ladite paroi supérieure 21 peuvent être en métal, notamment en acier inox. 30 Selon un mode de réalisation, la virole 22 du support autoportant 2 est dépourvue d'élément de renfort, et en particulier de frettes de renfort utilisées dans les tambours de l'état de la technique. 3025441 6 Le diamètre moyen de la virole 22 dudit support autoportant 2 peut être compris entre 1 mètre et 2 mètres, par exemple 1,5 m et la hauteur de ladite virole 22 peut être comprise entre 1 mètre et 1,5 mètre, par exemple 1,2 m. Selon un mode de réalisation, le matériau composite Ml; M2 ; M3 peut être un stratifié 5 de couches de renfort imprégnées de résine. Tout ou partie des couches de renfort du matériau stratifiées peuvent être des renforts à fibres de verre. Tout ou partie des couches de renfort peuvent être des renforts à fibres de carbone. Il peut encore s'agir de couches de renfort mixtes, à savoir certaines à fibre de carbone et d'autres à fibre de verres. 10 Les couches de renfort peuvent être des couches de matériaux unidirectionnels comprenant des fibres longues orientées dans une direction donnée. Le nombre de couches de renfort du matériau composite Ml; M2 ; M3, stratifié peut être compris entre 12 et 20, tel que par exemple 16 et l'épaisseur de chaque couche de renfort peut être comprise entre 0.8 mm et 1.5 mm, par exemple 1 mm, 1.2 mm, 1.4 mm ou 1.5 mm. 15 Nous donnons ci-après trois exemples de matériaux composite pour la virole. Le rayon moyen de la virole est de 767.5 mm soit un diamètre 1.535 mètre. La hauteur de la virole est de 1.2 mètre. 20 Selon un première exemple, le matériau composite M1 est un stratifié à base de renforts de fibres de verre et présentant les caractéristiques suivantes : - renforts (fibres de verre) et matrice : « Silenka E-glass 1200 tex », - Empilement (voir figure 1) : [902/55/-55/902/55/-55/]s, - Epaisseur d'une couche de renfort (ou pli) : lmm, 25 - Nombre total de couches (plis) : 16, - Masse de la virole en composite : 189 kg Selon un deuxième exemple, le matériau composite M2 est un stratifié à base de renfort de fibres de carbone, présentant les caractéristiques suivantes : 30 - renfort (fibres de carbone) « AS4/epoxy 3501-6 », - Empilement (voir figure 2) : [902/55/-55/902/55/-55/]s, - Epaisseur d'une couche de renfort (ou pli) : 1 mm, 3025441 7 - Nombre total de couches (plis) : 16, - Masse de la virole en composite : 149 kg Selon un troisième exemple, le matériau composite M3 est un stratifié à base de renfort 5 de fibres de verre, présentant les caractéristiques suivantes : - renfort (fibres de verre) « Silenka E-glass 1200 tex », - Empilement (voir figure 3) : [902/55/-55/902/55/-55/]s - Epaisseur d'une couche de renfort (ou pli) : 1.5 mm, - Nombre total de couches (plis) : 16, 10 - Masse de la virole en composite : 284 kg Dans les trois cas, on obtient une réduction substantielle de la masse de la virole par rapport à une virole de même dimension en métal ainsi une diminution du moment d'inertie, tout en conservant une bonne tenue structurelle du tambour de centrifugation, 15 et compte tenu des efforts mis en jeu. Un tambour de centrifugation entièrement en inox, selon l'état de la technique, est d'environ 500 kg. D'une manière générale, le matériau composite de la virole peut être recouvert d'un revêtement (traitement de surface) destiné à protéger le composite des agressions 20 physico-chimiques. Un tel tambour de centrifugation est destiné à équiper une essoreuse discontinue 5 qui comprend : - ledit tambour de centrifugation selon l'invention, présentant une surface cylindrique 25 perméable 24 formée par l'ensemble tamis de travail 3/tamis de soutien 4/ virole 22 perforée, - des moyens-moteurs pour entraîner en rotation le tambour de centrifugation 1 suivant un axe de rotation vertical, - un dispositif déchargeur 6 présentant des moyens pour racler une couche de produit 30 sur la paroi perméable dudit tambour comprenant au moins une bêche 60 à passer d'une position de dégagement vers une position de contact pour racler les produits sur la paroi perméable dudit tambour, 3025441 8 - un dispositif de clairçage 7, interne audit tambour de centrifugation, au moins lors du clairçage. Le dispositif déchargeur 6 permet, une fois l'obturateur 61 en position d'ouverture de décharger le produit essoré par l'ouverture de déchargement du fond 20. 5 Le dispositif de clairçage comprend une ou plusieurs buses (i.e. une rampe) et qui permet de projeter un jus, de la vapeur ou simplement de l'eau sur les produits. Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel que défini ci-après. 3025441 9 NOMENCLATURE 1. Tambour de centrifugation, 2. Support autoportant, 5 3. Tamis de travail, 4. Tamis de soutien, 5. Essoreuse discontinue 6. Dispositif déchargeur, 7. Dispositif de clairçage 10 20. Fond, 21. Paroi supérieure, 22. Virole, 23. Perforations, 15 24. Paroi perméable, 60. Bêche, 61. Obturateur. 20 Ml, M2, M3. Matériaux composites REVENDICATIONS1. Tambour de centrifugation (1), comprenant : - un support autoportant (2), présentant un fond (20), une paroi supérieure (21) et une virole (22), sensible cylindrique, pourvue de perforations (23) traversantes, ladite virole (22) s'étendant depuis le fond (20) jusqu'à la paroi supérieure (21), - un tamis de travail (3), reçu dans le volume intérieur dudit support autoportant (2) et recouvrant la paroi intérieure cylindrique perforée de ladite virole (22), - un tamis de soutien (4), intercalé entre le tamis de travail (3) et la paroi intérieure de ladite virole (22) de telle façon à écarter la surface active du tamis de travail (3) de la paroi intérieure de ladite virole (22), caractérisé en ce que la virole (22) dudit support autoportant (2) est dans un matériau composite (Ml; M2 ; M3). 2. Tambour selon la revendication 1, dans lequel ledit support autoportant comprend ladite virole (22) dans un matériau composite (M1; M2 ; M3), ledit fond (20) et ladite paroi supérieure (21) étant en métal. 3. Tambour selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau composite (Ml; M2 ; M3), est un stratifié de couches de renfort imprégnées de résine. 4. Tambour selon la revendication 3 dans lequel tout ou partie des couches de renfort sont des renforts à fibres de verre. 5. Tambour selon la revendication 3 dans lequel tout ou partie des couches de renfort sont des renforts à fibres de carbone. 6. Tambour selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel les couches de renfort sont des couches de matériaux unidirectionnels comprenant des fibres longues orientées dans une direction donnée. 3025441 11 7. Tambour selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel le nombre de couches de renfort du matériau composite (Ml; M2 ; M3), stratifié est compris entre 12 et 20, tel que par exemple 16. 5 8. Tambour selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel l'épaisseur de chaque couche de renfort est comprise entre 0.8 mm et 1.5 mm. 9. Tambour selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la virole (22) du support autoportant est dépourvue de frettes de renfort. 10 10. Tambour selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le diamètre de la virole (22) dudit support autoportant (2) est compris entre 1 mètre et 2 mètres, par exemple 1,5 m et la hauteur de ladite virole est comprise entre 1 mètre et 1,5 mètre, par exemple 1,2 mètre. 15 11. Essoreuse discontinue (10) comprenant : - un tambour de centrifugation (1) selon l'une des revendications 1 à 10, présentant une surface cylindrique perméable (24) formée par l'ensemble tamis de travail (3), tamis de soutien (4) et virole (22) perforée 20 - des moyens-moteurs pour entraîner en rotation le tambour de centrifugation (1) suivant un axe de rotation sensiblement vertical, - un dispositif déchargeur (6) présentant des moyens pour racler une couche de produit sur la paroi perméable dudit tambour comprenant au moins une bêche (60) à passer d'une position de dégagement vers une position de contact pour racler les produits sur la 25 paroi perméable dudit tambour, - un dispositif de clairçage (7), interne audit tambour de centrifugation, au moins lors du clairçage. 12. Utilisation du tambour de centrifugation (1) selon l'une des revendications 1 à 10 ou 30 de l'essoreuse discontinue (10) selon la revendication 11, dans le domaine de la fabrication du sucre, pour séparer la mélasse des cristaux de sucre.