FR3018462A1 - IDENTIFICATION OF LIQUID BALOURS IN A CENTRIFUGE - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
- B04B9/14—Balancing rotary bowls ; Schrappers
- B04B9/146—Unbalance detection devices
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
Identification des balourds liquides dans une centrifugeuse. L'invention concerne les moyens d'établir un diagnostic fiable sur la présence de balourds liés au liquide contenu dans l'élément en rotation d'une centrifugeuse, notamment les centrifugeuses à cycles, communément appelé vagues ou balourds liquides, tournant moins vite que l'élément en rotation. L'invention permet aussi de les différencier par rapport aux balourds liés au solide humide contenu dans l'élément en rotation, et tournant à la même vitesse que l'élément en rotation et/ou des autres vibrations. Cette différenciation peut être faite à grande vitesse, mais un équipement complémentaire permet d'assurer cette fonction également à vitesse faible, pour laquelle les moyens de détection du suivi habituellement utilisés ne sont pas opérationnels. L'invention est donc un réel progrès dans la sécurité et la conduite manuelle ou automatisée d'une centrifugeuse, qui peut ainsi être commandée de manière adéquate en fonction du type de balourd rencontré.Identification of liquid imbalances in a centrifuge. The invention relates to the means for establishing a reliable diagnosis on the presence of imbalances related to the liquid contained in the rotating element of a centrifuge, in particular cycle centrifuges, commonly called waves or liquid imbalances, rotating slower than the centrifuge. rotating element. The invention also makes it possible to differentiate them from unbalances related to the wet solid contained in the rotating element, and rotating at the same speed as the rotating element and / or other vibrations. This differentiation can be done at high speed, but complementary equipment ensures this function also at low speed, for which the tracking detection means usually used are not operational. The invention is therefore a real progress in the safety and the manual or automated operation of a centrifuge, which can be properly controlled depending on the type of unbalance encountered.
Description
Description La présente invention concerne un procédé de surveillance des vibrations rencontrées sur des centrifugeuses, notamment des centrifugeuses discontinues ou à cycles. Le terme centrifugeuse concerne toutes les machines tournant à grande vitesse, c'est à dire à plusieurs centaines ou milliers de tours/min, donc qui utilisent la force centrifuge, pour accélérer une séparation qui se fait déjà naturellement par décantation ou par filtration. Les centrifugeuses sont dites continues, lorsqu'elles sont alimentées et déchargées en continu. Elles tournent alors à une vitesse constante. Elles sont dites discontinues ou à cycles, lorsqu'elles sont chargées, puis déchargées successivement. Elles tournent très souvent à vitesse variable, la vitesse variant selon l'étape du procédé (chargement, essorage, déchargement...). C'est par exemple le cas des essoreuses à cycles, très répandues dans l'industrie chimique. En anglais, on parle de "batch centrifuges", "peeler centrifuges", "bottom discharge centrifuges" ou encore "top discharge centrifuges", selon le type de machines.The present invention relates to a method for monitoring vibrations encountered on centrifuges, especially discontinuous or cycle centrifuges. The term centrifuge refers to all machines rotating at high speed, that is to say several hundreds or thousands of revolutions / min, which use centrifugal force, to accelerate a separation that is already done naturally by decantation or filtration. Centrifuges are called continuous, when they are fed and discharged continuously. They then rotate at a constant speed. They are called discontinuous or cycle, when they are loaded, then discharged successively. They rotate very often at variable speed, the speed varying according to the stage of the process (loading, spinning, unloading ...). This is for example the case of cycle wringers, widely used in the chemical industry. In English, we speak of "centrifugal batch", "centrifugal peel", "centrifugal bottom discharge" or "centrifugal top discharge", according to the type of machines.
Le terme balourd désigne généralement un défaut d'équilibrage d'une pièce tournant autour d'un axe. Dans une centrifugeuse à cycles, le balourd désigne souvent une masse inégalement répartie dans une pièce en rotation. Ce balourd peut être lié à une mauvaise répartition du solide présent dans cette centrifugeuse. On parle alors de balourd solide. Le balourd peut aussi être lié au liquide présent dans la centrifugeuse, lorsque le liquide ondule dans le corps de la centrifugeuse. On rencontre principalement ce phénomène lorsque la centrifugeuse n'est plus alimentée, qu'elle n'est pas pleine, et éventuellement qu'elle traite un produit qui filtre mal lorsqu'il s'agit d'une essoreuse, donc quasiment exclusivement sur les centrifugeuses discontinues (ou à cycles). On parle alors de balourd liquide ou de vague. Pour les deux types de balourds, le balourd génère des vibrations de fréquences plus ou moins importantes, fonction du type du balourd et de la fréquence de rotation de la centrifugeuse. Certaines vibrations sont parfois de si basse fréquence, qu'on les associe plutôt à des déplacements ou à du tangage, plus qu'à des vibrations. En pratique, il n'est pas toujours facile de distinguer balourds solides et liquides. Les utilisateurs parlent généralement simplement de balourd. Le terme balan est parfois utilisé 30 aussi. Depuis des dizaines d'années, les essoreuses et autres centrifugeuses comme par exemple KRAUSS MAFFEI, ROBATEL, ROUSSELET, COMI CONDOR... sont équipées de capteurs de vibrations de type accéléromètres ou plus anciennement de vélocimètres, mesurant le niveau global de vibrations, généralement sous forme d'une vitesse vibratoire exprimée en 35 mm/s. Des capteurs à bille ont également été utilisés et sont parfois toujours utilisés, notamment sur les essoreuses FERRUM, mais le signal n'est que tout ou rien. Sous l'effet des vibrations, une bille va sortir de son logement et va venir actionner un contact. Dans tous les cas, ces capteurs ne permettent pas de déceler les vibrations de très basses - 2 - fréquences. Ils ne permettent pas non plus de différencier l'origine des vibrations, et donnent donc une réponse identique, quelle que soit l'origine. Lorsque ces capteurs détectent des vibrations, ils vont généralement ramener la centrifugeuse à basse vitesse, ou l'arrêter complètement. Ces actions peuvent s'avérer inappropriées, lorsque les vibrations sont liées au liquide présent à l'intérieur de la centrifugeuse. Si la machine est ramenée à basse vitesse, le liquide peut onduler très fortement dans la centrifugeuse, et causer des dégâts importants, puisque la machine d'une à plusieurs dizaines de tonnes selon les modèles, peut faire des bonds de plusieurs dizaines de cm, casser son châssis, commencer à se déplacer dans l'atelier... Si la centrifugeuse s'arrête, alors qu'elle est pleine de liquide, tout le produit à l'intérieur de la partie tournante de la centrifugeuse s'effondre, et il faut alors ouvrir la centrifugeuse et l'installation, et procéder à un nettoyage fastidieux, voire dangereux lorsque les produits sont toxiques. Pour compléter la détection des vibrations, ou en substitution des capteurs de vibrations, des capteurs de déplacements sont parfois installés en parallèle, notamment sur les essoreuses à cycles. Ceux-ci ne sont efficaces que pour de forts déplacements de plusieurs mm, voire parfois plusieurs cm. Lorsqu'une centrifugeuse tourne à grande vitesse, ce dispositif devient complètement inefficace, car l'amplitude liée aux vibrations devient faible. De plus, ils sont généralement disposés de façon à détecter les déplacements radiaux, alors que les balourds liquides (vagues) créent des déplacements dans toutes les directions. Les suspensions, composées de ressorts, peuvent être excitées si la fréquence du balourd correspond à la fréquence de résonance des ressorts. Les ressorts vont donc générer des déplacements verticaux très importants, donc longitudinaux dans le cas des centrifugeuses verticales. Le brevet WO 0205967A1 propose un dispositif qui permet de différencier - les vibrations liées à une mauvaise répartition du produit à l'intérieur de la partie tournante d'une centrifugeuse - des vibrations liées au passage transitoire des fréquences critiques lors des démarrages et arrêts de la centrifugeuse, ou des vibrations liées au fonctionnement général de la centrifugeuse, autrement dit les vibrations liées à des défauts mécaniques.The term unbalance generally denotes a balancing defect of a workpiece rotating about an axis. In a cycle centrifuge, the unbalance often refers to a mass unequally distributed in a rotating part. This imbalance can be linked to a bad distribution of the solid present in this centrifuge. We are talking about a solid unbalance. The unbalance can also be related to the liquid present in the centrifuge, when the liquid ripples in the body of the centrifuge. This phenomenon is mainly encountered when the centrifuge is no longer powered, it is not full, and possibly it treats a product that filters poorly when it is a wringer, so almost exclusively on discontinuous centrifuges (or cycles). We then speak of liquid balance or wave. For both types of unbalance, the unbalance generates vibrations of greater or lesser frequencies, depending on the type of unbalance and the frequency of rotation of the centrifuge. Some vibrations are sometimes of such low frequency, that they are associated rather with displacements or with pitch, more than with vibrations. In practice, it is not always easy to distinguish between solid and liquid imbalances. Users usually speak simply of unbalance. The term balan is sometimes used as well. For decades, spinachers and other centrifuges such as KRAUSS MAFFEI, ROBATEL, ROUSSELET, COMI CONDOR ... have been equipped with accelerometers or older velocimeter-type vibration sensors, measuring the overall level of vibrations, generally in the form of a vibratory velocity expressed in 35 mm / s. Ball sensors have also been used and are sometimes still used, especially on FERRUM wringers, but the signal is all or nothing. Under the effect of vibrations, a marble will come out of its housing and will come to activate a contact. In all cases, these sensors do not detect vibrations of very low frequencies. They also do not allow to differentiate the origin of the vibrations, and thus give an identical answer, whatever the origin. When these sensors detect vibrations, they will usually return the centrifuge to low speed, or stop it completely. These actions may be inappropriate when the vibrations are related to the liquid inside the centrifuge. If the machine is brought down at low speed, the liquid can wobble very strongly in the centrifuge, and cause significant damage, since the machine from one to several tens of tons depending on the model, can make jumps of several tens of cm, break the frame, start moving around the workshop ... If the centrifuge stops, when it is full of liquid, all the product inside the rotating part of the centrifuge collapses, and it is then necessary to open the centrifuge and the installation, and carry out a tedious cleaning, even dangerous when the products are toxic. To complete the vibration detection, or substitution of the vibration sensors, displacement sensors are sometimes installed in parallel, in particular on cycle wringers. These are effective only for strong displacements of several mm, sometimes even several cm. When a centrifuge rotates at high speed, this device becomes completely ineffective because the vibration-related amplitude becomes low. In addition, they are generally arranged to detect radial displacements, while liquid imbalances (waves) create displacements in all directions. The suspensions, composed of springs, can be excited if the unbalance frequency corresponds to the resonance frequency of the springs. The springs will therefore generate very large vertical movements, so longitudinal in the case of vertical centrifuges. The patent WO 0205967A1 proposes a device which makes it possible to differentiate between the vibrations related to a poor distribution of the product inside the rotating part of a centrifuge and the vibrations related to the transient passage of critical frequencies during start-ups and shutdowns of the centrifuge. centrifuge, or vibrations related to the general operation of the centrifuge, ie vibrations related to mechanical defects.
Aucune référence n'est faite au phénomène de balourds liquides (vagues) rencontrées sur les centrifugeuses, notamment sur les centrifugeuses discontinues (à cycles). Aucune différenciation n'est donc faite entre un balourd solide et un balourd liquide. Le dispositif mentionné ne permet pas de faire cette distinction. Enfin, aucune référence n'est faite à un filtre passe-bas sur les fréquences, variable en fonction de la fréquence de rotation de la centrifugeuse. Le brevet US 5720066 fait référence à une méthode pour adapter la vitesse du moteur d'une machine à laver, en fonction de l'étape du cycle. Les machines à laver ne sont évidemment pas confrontées à des phénomènes de balourds liquides (vagues), puisqu'il n'y - 3 - a pas de risque de forte accumulation de liquide dans le tambour de la machine à laver, et qu'il n'y a pas de risque d'une mauvaise filtration. D'ailleurs, aucune référence n'est faite non plus à ce phénomène de balourds liquides (vagues), ou à une différenciation entre des vibrations liées à un balourd solide, et celles liées à un balourd liquide.No reference is made to the phenomenon of liquid unbalance (waves) encountered on centrifuges, especially on discontinuous centrifuges (cycles). No differentiation is therefore made between a solid unbalance and a liquid imbalance. The mentioned device does not allow this distinction to be made. Finally, no reference is made to a low-pass filter on the frequencies, which varies according to the frequency of rotation of the centrifuge. US Patent 5720066 refers to a method for adapting the motor speed of a washing machine, depending on the stage of the cycle. The washing machines are obviously not confronted with phenomena of liquid unbalance (waves), since there is no risk of a large accumulation of liquid in the drum of the washing machine, and that there is no risk of poor filtration. Moreover, no reference is made either to this phenomenon of liquid unbalance (waves), or to a differentiation between vibrations related to a solid unbalance, and those related to a liquid imbalance.
D'autres brevets antérieurs ou postérieurs font référence à des capteurs de vibrations ou des capteurs de déplacements, comme par exemple le brevet US5738622, mais aucun ne fait référence à des moyens ou des procédés de différenciation des balourds solides des balourds liquides, et aucun ne fait référence à un appareil de suivi vibratoire capable de détecter et mesurer les vibrations provenant d'un balourd liquide, indépendamment des autres vibrations. Les centrifugeuses, particulièrement les centrifugeuses à cycles, sont donc pour le moment insuffisamment protégées contre ces phénomènes dangereux, car elles ne sont généralement équipées que d'un seul capteur, de vibrations ou de déplacement. D'une part, le ou les capteurs en place ne détectent pas tous les phénomènes dangereux. D'autre part, la réponse donnée par le ou les capteurs en place n'est souvent pas la bonne. Il reste donc un besoin pour différencier les balourds liquides et les balourds solides. Il a maintenant été découvert qu'il est possible de différencier simplement et efficacement les balourds solides et les balourds liquides au moyen d'appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, par exemple de type accéléromètre, type le plus couramment utilisé, par analyse du spectre fréquentiel que l'on peut extraire du signal temporel des vibrations dans le temps. Ainsi, et selon un premier aspect, l'invention concerne l'utilisation, pendant le fonctionnement d'une centrifugeuse, d'au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, de préférence un accéléromètre, pour détecter et mesurer indépendamment des autres vibrations, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, communément appelé vague, tournant moins vite que l'élément en rotation. Selon un mode particulier, l'invention concerne l'utilisation d'au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire pour différencier pendant le fonctionnement d'une centrifugeuse, les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation - des vibrations provenant d'un balourd lié au solide humide contenu dans l'élément en rotation, et tournant à la même vitesse que l'élément en rotation ; - et/ou des vibrations rencontrées à des fréquences supérieures à la fréquence de rotation. L'utilisation selon l'invention permet de différencier les balourds et ainsi de remédier aux défauts de protection des centrifugeuses et du personnel qui travaille à proximité. - 4 - Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de mesure des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. Ce procédé comprend et de préférence comporte les étapes suivantes, opérées par l'intermédiaire d'un automate et d'un calculateur - Détermination de la fréquence de rotation de la centrifugeuse Fo, par mesure de la vitesse ou par suivi de l'étape du cycle. Il est en effet possible d'associer la vitesse de la centrifugeuse à l'étape du cycle dans laquelle elle se trouve ; - Acquisition du signal temporel des vibrations dans le temps (variation des vibrations d'une centrifugeuse dans le temps) ; - Extraction du spectre fréquentiel en vitesse et/ou accélération et/ou déplacement à partir du signal temporel par exemple par application de la transformée de Fourrier rapide (FFT) ; - Détermination par intégration, grâce à un calculateur, sur la plage de fréquences AFBF, telle que O<AFBF<axFo, avec ak.0,9, et de préférence ak0,95, - de la vitesse vibratoire VBF, exprimée généralement en mm/s, à partir du spectre fréquentiel en vitesse ; - et/ou de l'accélération vibratoire ABF, exprimée généralement en mm/s2 ou en g, à partir du spectre fréquentiel en accélération ; - et/ou du déplacement vibratoire DBF, exprimé généralement en pm à partir du spectre fréquentiel en déplacement ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que - la vitesse vibratoire VBF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ; - et/ou que l'accélération vibratoire ABF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ; - et/ou que le déplacement vibratoire DBF est supérieur à au moins une valeur préalablement définie. Ce procédé peut être complété par plusieurs autres étapes qui permettent de différencier plus finement les vibrations provenant d'un balourd lié au liquide par rapport aux vibrations provenant d'autres sources : - Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur, de la vitesse vibratoire Vsc, obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz ; - Détermination grâce à un calculateur du rapport VBF/ Vsc ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VBF / Vsc> b, b étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9. Selon un mode de réalisation préféré, les étapes suivantes peuvent être ajoutées : - 5 - - Détermination à partir du spectre fréquentiel en vitesse, grâce à un calculateur, de la vitesse vibratoire VFO, obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences AF0, telle que cxFoL5AF05dxFo, avec ck0,9 et de préférence ck0,95, et avec c15.1,1 et de préférence d51,05 ; - Détermination grâce à un calculateur du rapport VFoi Vsc ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que VFO/ Vsc > e, e étant supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9. Selon un mode particulier de réalisation, la différenciation des vibrations peut être réalisée d'après des spectres fréquentiels en accélération, sur les accélérations vibratoires. Selon un autre mode particulier de réalisation, la différenciation peut être réalisée d'après des spectres fréquentiels en déplacement, sur les déplacements vibratoires. Avantageusement l'automate et le calculateur opèrent en continu, mais peuvent aussi opérer à intervalles réguliers, ou sur demande, ou lorsque la vitesse vibratoire et/ou 15 l'accélération vibratoire et/ou le déplacement vibratoire, dépasse un seuil fixé préalablement. Selon un autre mode particulier de réalisation, le procédé d'identification des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, peut comprendre les étapes suivantes : 20 - Détermination à partir de l'un quelconque des spectres fréquentiels en vitesse, déplacement ou accélération, grâce à un calculateur, des hauteurs du pic le plus important sur les plages de fréquences suivantes, de préférence avec une échelle linéaire en ordonnées : - Hsc, obtenue sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 25 2 Hz - 1000 Hz ; - HBF, obtenue sur la partie du spectre sur une plage de fréquences AFBF telle que 0<AFBF<fxFo, avec fk0,9, et de préférence fk0,95 ; - Détermination grâce à un calculateur du rapport HBF/ Hsc ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate 30 et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que HBF/ Hsc = 1. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé peut comprendre les étapes suivantes : - Détermination à partir de l'un quelconque des spectres fréquentiels en vitesse, déplacement ou accélération, de la fréquence FFIc à laquelle apparaît le pic le plus élevé , 35 - Détermination grâce à un calculateur du rapport Fpic/Fo ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fpic/F05-g, avec g<0,95, et de préférence g<0,9 ; - 6 - - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Finc/F0 tend vers 1, de préférence dès que 0,95:5 Finc/F0 1,05. Pour compléter le procédé lorsque la centrifugeuse tourne à basse fréquence, donc que le capteur type accéléromètre ne détecte pas correctement les vibrations, la centrifugeuse peut être équipée d'au moins un capteur de déplacement, capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil. Un dispositif complémentaire ou combiné avec le capteur, par exemple un convertisseur d'impulsions, permet de calculer la fréquence d'oscillation ou de tangage de la centrifugeuse. Les étapes suivantes sont alors appliquées : - Transformation du déplacement oscillant de la centrifugeuse en impulsions - Calcul de la fréquence des impulsions, donc de la fréquence d'oscillation Fosc - Détermination grâce à un calculateur du rapport FosdF0 ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd liquide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fosc/Fo<0,9 ; - Envoi d'une information de type "vibrations liées à un balourd solide basse fréquence" à l'automate et/ou à au moins un moyen d'alerte, dès que Fosc/F0 tend vers 1, de préférence dès que 0,95.FosdF05.1,1.Other prior or later patents refer to vibration sensors or displacement sensors, such as for example US5738622, but none refers to means or methods for differentiating solid unbalance liquid unbalance, and none refers to a vibratory tracking device capable of detecting and measuring vibration from a liquid imbalance, independent of other vibrations. Centrifuges, particularly cycle centrifuges, are therefore insufficiently protected against these hazards, because they are usually equipped with only one sensor, vibration or displacement. On the one hand, the sensor or sensors in place do not detect all the dangerous phenomena. On the other hand, the response given by the sensor or sensors in place is often not the right one. There remains a need to differentiate liquid unbalances and solid unbalances. It has now been discovered that it is possible to simply and effectively differentiate between solid unbalances and liquid imbalances by means of apparatus making it possible to carry out vibratory monitoring, for example of the accelerometer type, the most commonly used type, by spectrum analysis. frequency that can be extracted from the temporal signal vibrations in time. Thus, and according to a first aspect, the invention relates to the use, during the operation of a centrifuge, of at least one apparatus for performing vibratory monitoring, preferably an accelerometer, for detecting and measuring independently of other vibrations , vibrations from unbalance related to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, commonly called wave, rotating slower than the rotating element. According to one particular embodiment, the invention relates to the use of at least one apparatus for vibratory monitoring to differentiate during the operation of a centrifuge, the vibrations coming from an unbalance related to the liquid contained in the element in question. rotation of the centrifuge, rotating slower than the rotating element - vibrations coming from an unbalance related to the wet solid contained in the rotating element, and rotating at the same speed as the rotating element; and / or vibrations encountered at frequencies greater than the rotation frequency. The use according to the invention makes it possible to differentiate the unbalances and thus to remedy the defective protection of the centrifuges and the personnel working nearby. According to another aspect, the invention relates to a method of measuring the vibrations coming from an unbalance related to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, rotating less rapidly than the rotating element. This method comprises and preferably comprises the following steps, carried out via an automaton and a computer - Determination of the rotation frequency of the centrifuge Fo, by measuring the speed or by following the step of the cycle. It is indeed possible to associate the speed of the centrifuge to the stage of the cycle in which it is located; - Acquisition of the temporal signal of the vibrations in the time (variation of the vibrations of a centrifuge in the time); - Extraction of the frequency spectrum in speed and / or acceleration and / or displacement from the time signal for example by application of the Fast Fourier Transform (FFT); - Determination by integration, using a computer, over the frequency range AFBF, such that O <AFBF <axFo, with ak.0.9, and preferably ak0.95, - of the vibratory speed VBF, generally expressed in mm / s, from the frequency spectrum in speed; and / or vibratory acceleration ABF, generally expressed in mm / s 2 or in g, from the frequency spectrum during acceleration; and / or vibratory displacement DBF, generally expressed in μm from the traveling frequency spectrum; - Sending a type of information "vibration-related liquid vibration" to the controller and / or at least one alert means, as soon as - the vibratory speed VBF is greater than at least one previously defined value; and / or that the vibrational acceleration ABF is greater than at least one previously defined value; and / or that the vibratory movement DBF is greater than at least one previously defined value. This process can be completed by several other steps which allow to differentiate more finely the vibrations coming from an unbalance linked to the liquid compared to the vibrations coming from other sources: - Determination starting from the frequency spectrum in speed, thanks to a calculator, the vibratory velocity Vsc, obtained by integration over the complete spectrum, preferably over the frequency range 2 Hz - 1000 Hz; - Determination with a VBF / Vsc ratio calculator; - Sending a type of information "vibration-related vibrations" to the controller and / or at least one alert means, as soon as VBF / Vsc> b, b being greater than 0.8, preferably greater than 0.9. According to a preferred embodiment, the following steps can be added: - 5 - - Determination from the frequency spectrum in speed, thanks to a computer, of the VFO vibratory speed, obtained by integration of the part of the spectrum over a range of AF0 frequencies, such as cxFoL5AF05dxFo, with ck0.9 and preferably ck0.95, and with c15.1.1 and preferably d51.05; - Determination with a calculator VFoi Vsc report; - Sending of information type "vibration related solid unbalance" to the controller and / or at least one alert means, as soon as VFO / Vsc> e, e being greater than 0.8, preferably greater than 0.9. According to a particular embodiment, the differentiation of the vibrations can be carried out according to frequency spectra in acceleration, on vibratory accelerations. According to another particular embodiment, the differentiation can be carried out according to frequency spectra in displacement, on the vibratory displacements. Advantageously, the automaton and the computer operate continuously, but can also operate at regular intervals, or on demand, or when the vibratory speed and / or the vibratory acceleration and / or the vibratory displacement, exceeds a previously fixed threshold. According to another particular embodiment, the method of identifying the vibrations coming from an unbalance linked to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, may comprise the following steps: - Determination from any one of frequency spectra in speed, displacement or acceleration, using a computer, of the heights of the largest peak in the following frequency ranges, preferably with a linear scale on the ordinate: - Hsc, obtained over the complete spectrum, preferably on the frequency range 2 Hz - 1000 Hz; - HBF, obtained on the part of the spectrum over a frequency range AFBF such that 0 <AFBF <fxFo, with fk0,9, and preferably fk0,95; - Determination by a calculator of the HBF / Hsc ratio; - Sending a type information "vibration-related liquid balance" to the controller 30 and / or at least one alert means, as soon as HBF / Hsc = 1. According to a preferred embodiment, the method can include the following steps: - Determination from any of the frequency spectra in speed, displacement or acceleration, of the frequency FFIc at which the highest peak appears, 35 - Determination by means of a calculator of the ratio Fpic / Fo ; - Sending a type of information "vibration-related vibrations" to the controller and / or at least one alert means, as soon as Fpic / F05-g, with g <0.95, and preferably g <0.9; - 6 - - Sending a type of information "vibrations related to a solid unbalance" to the automaton and / or to at least one means of alert, as soon as Finc / F0 tends towards 1, preferably as soon as 0, 95: 5 Finc / F0 1.05. To complete the process when the centrifuge rotates at low frequency, so that the accelerometer-type sensor does not correctly detect vibrations, the centrifuge can be equipped with at least one displacement sensor, capable of detecting horizontal and / or vertical displacements, and actuating at least one contact each time the displacement exceeds a determined threshold and / or the displacement returns below this threshold. A complementary or combined device with the sensor, for example a pulse converter, makes it possible to calculate the frequency of oscillation or pitching of the centrifuge. The following steps are then applied: - Transformation of the oscillating displacement of the centrifuge into pulses - Calculation of the frequency of the pulses, therefore of the oscillation frequency Fosc - Determination by means of a calculator of the FosdF0 ratio; - Send information type "vibration related to a low frequency liquid balance" to the controller and / or at least one warning means, as soon as Fosc / Fo <0.9; - Sending of information type "vibrations related to a solid low frequency unbalance" to the controller and / or at least one means of alert, as soon as Fosc / F0 tends to 1, preferably as soon as 0.95 .FosdF05.1,1.
Selon un dernier mode de réalisation, le capteur ou les capteurs de déplacement peuvent actionner au moins deux contacts différents, le premier correspondant à un passage par un seuil de déplacement important, et le second par un seuil de déplacement très important. Le procédé complémentaire mis en oeuvre comprend et de préférence comporte deux étapes : - Actionnement d'un premier niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement important - Actionnement d'un second niveau de réponse après le passage par le seuil de déplacement très important. Enfin, des actions différentes peuvent être appliquées en fonction de la vitesse réelle de la centrifugeuse ou/et de l'étape du procédé dans laquelle elle se trouve. Par exemple - Actionnement d'une réponse 1 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est ouverte et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est inférieure à une vitesse donnée ; - Actionnement d'une réponse 2 si un balourd liquide est détecté pendant que la vanne de remplissage de la centrifugeuse est fermée et/ou que la vitesse de la centrifugeuse est supérieure à une vitesse donnée. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un kit d'identification de balourds pouvant survenir sur une centrifugeuse, liés au liquide contenu dans l'élément en rotation - 7 - de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. Le kit selon l'invention comprend : - un moyen de mesurer la fréquence de rotation de la centrifugeuse ; - au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, de préférence de type accéléromètre ; - un calculateur et un module permettant d'identifier spécifiquement l'origine des vibrations provenant d'un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation ; - un moyen d'alerte prévenant que la centrifugeuse est soumise à un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation. En variante, il peut être possible d'utiliser un accéléromètre pour la détection du balourd solide et/ou du suivi global des vibrations, et un autre accéléromètre pour la détection du balourd liquide. L'invention se caractérise alors par l'acquisition des données d'une part du premier accéléromètre pour la détection du balourd solide et/ou du suivi global des vibrations, et d'autre part du second accéléromètre pour la détection du balourd liquide. Selon un mode particulier de réalisation, le kit peut contenir aussi au moins un capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux et/ou verticaux de cette centrifugeuse, et actionnant au moins un contact à chaque fois que le déplacement dépasse un seuil déterminé ou/et que le déplacement revient en dessous de ce seuil. Ce capteur complémentaire est indispensable pour détecter les balourds liés au liquide pouvant survenir sur une centrifugeuse, lorsqu'elle tourne à basse fréquence. Selon une variante, l'automate peut envoyer une réponse sous forme d'affichage d'information sur un écran ou sur une imprimante, de voyant(s) lumineux et/ou de signaux sonores, permettant à l'opérateur d'apporter la correction nécessaire (par exemple accélération de la centrifugeuse, ralentissement de la centrifugeuse ou arrêt de la centrifugeuse) selon le type de balourd ou d'incident identifié. Selon une autre variante, l'automate peut actionner directement la correction nécessaire comme indiqué ci-dessus, cette correction automatique pouvant par ailleurs être couplée à un ou plusieurs écrans de contrôle, impressions, avertisseurs lumineux et/ou sonores comme indiqué ci-dessus. Enfin selon un dernier aspect, l'invention concerne également une centrifugeuse équipée d'au moins un des deux kits tels que définis ci-dessus. La figure 1 est un diagramme fonctionnel du procédé d'identification des balourds rencontrés dans une centrifugeuse, lorsque le balourd tourne à une fréquence décelable par un accéléromètre. Les figures 2 et 3 expliquent comment peuvent être obtenues les grandeurs physiques utilisées pour différencier les deux types de balourds, en utilisant par exemple une transformée de Fourrier. - 8 - La figure 4 est un diagramme fonctionnel du procédé d'identification des balourds rencontrés dans une centrifugeuse, lorsque le balourd tourne à très basse fréquence, non décelable par un accéléromètre. La détection du déplacement est assurée dans ce cas par un capteur de déplacement tout ou rien.According to a last embodiment, the sensor or displacement sensors can actuate at least two different contacts, the first corresponding to a passage by a significant displacement threshold, and the second by a very large displacement threshold. The complementary method used comprises and preferably comprises two steps: - Activation of a first level of response after passing through the high displacement threshold - Activation of a second level of response after the passage through the very high displacement threshold important. Finally, different actions can be applied depending on the actual speed of the centrifuge and / or the process step in which it is located. For example - actuation of a response 1 if liquid unbalance is detected while the centrifuge filling valve is open and / or the speed of the centrifuge is below a given speed; - Activation of a response 2 if a liquid imbalance is detected while the filling valve of the centrifuge is closed and / or the speed of the centrifuge is higher than a given speed. According to yet another aspect, the invention relates to a kit for identifying imbalances that may occur on a centrifuge, linked to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, rotating slower than the rotating element. The kit according to the invention comprises: a means of measuring the rotation frequency of the centrifuge; at least one apparatus for vibratory tracking, preferably of the accelerometer type; a calculator and a module making it possible to identify specifically the origin of the vibrations coming from an unbalance linked to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, rotating less rapidly than the rotating element; - A warning means preventing the centrifuge is subjected to unbalance related to the liquid contained in the rotating element. Alternatively, it may be possible to use an accelerometer for the detection of solid unbalance and / or global vibration monitoring, and another accelerometer for the detection of liquid unbalance. The invention is then characterized by the acquisition of data on the one hand of the first accelerometer for the detection of solid unbalance and / or overall vibration monitoring, and secondly on the second accelerometer for the detection of liquid unbalance. According to a particular embodiment, the kit may also contain at least one displacement sensor capable of detecting the horizontal and / or vertical displacements of this centrifuge, and actuating at least one contact each time the displacement exceeds a determined threshold or / and that the displacement returns below this threshold. This complementary sensor is essential to detect unbalance related to the liquid that can occur on a centrifuge, when running at low frequency. According to one variant, the automaton can send a response in the form of an information display on a screen or a printer, of indicator light (s) and / or sound signals, enabling the operator to make the correction. necessary (eg centrifuge acceleration, centrifuge slowing down or centrifuge shutdown) depending on the type of unbalance or incident identified. According to another variant, the controller can directly actuate the necessary correction as indicated above, this automatic correction can also be coupled to one or more control screens, prints, warning lights and / or sound as indicated above. Finally, according to a last aspect, the invention also relates to a centrifuge equipped with at least one of the two kits as defined above. FIG. 1 is a functional diagram of the method for identifying the unbalances encountered in a centrifuge, when the unbalance rotates at a frequency detectable by an accelerometer. Figures 2 and 3 explain how can be obtained the physical quantities used to differentiate the two types of unbalance, using for example a Fourier transform. FIG. 4 is a functional diagram of the method of identifying the unbalances encountered in a centrifuge, when the unbalance turns at a very low frequency, not detectable by an accelerometer. Detection of the displacement is ensured in this case by an all-or-nothing displacement sensor.
La figure 5 est un schéma qui explique comment peut être mesurée la fréquence d'oscillation de la centrifugeuse, lorsqu'elle est soumise à un balourd de très basse fréquence. La figure 6 est un schéma qui résume le kit d'identification de balourds pouvant survenir sur une centrifugeuse, liés au liquide contenu dans l'élément en rotation de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. La présente invention décrit notamment des procédés qui permettent de mesurer les vibrations liées à des balourds liquides (vagues) rencontrés dans une centrifugeuse, notamment dans une centrifugeuse discontinue, et de les différencier des autres vibrations, notamment celles liées aux balourds solides.Fig. 5 is a diagram that explains how the centrifugal oscillation frequency can be measured when subjected to a very low frequency unbalance. Figure 6 is a diagram that summarizes the unbalance identification kit that can occur on a centrifuge, related to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, rotating slower than the rotating element. The present invention describes methods that make it possible to measure the vibrations related to liquid imbalances (waves) encountered in a centrifuge, particularly in a discontinuous centrifuge, and to differentiate them from other vibrations, in particular those related to solid unbalances.
Le procédé permet de mesurer et différencier les vibrations liées à un balourd liquide, lorsque la centrifugeuse tourne à une vitesse d'au moins plusieurs centaines de tours/min, et permet aussi d'assurer cette fonction, lorsque la centrifugeuse tourne à basse vitesse, donc lorsque le capteur de vibrations devient inopérant. Le signal temporel (11), de base sinusoïdale puisqu'il s'agit d'une machine en rotation, issu par exemple d'un accéléromètre, est traité par une électronique associée à des algorithmes, qui permet d'extraire par exemple un spectre fréquentiel en vitesse (12). La vitesse vibratoire VBF est alors calculée par intégration sur une plage de fréquences inférieures à la fréquence de rotation, par exemple sur une plage 2 Hz - 0,95xFo (figure 3). Si VBF est supérieure à un seuil donné, alors un signal est envoyé à l'automate qui pourra par exemple afficher un message "Balourd liquide" sur l'écran. Pour renforcer le diagnostic, cette vitesse VBF peut être comparée avec la vitesse vibratoire Vsc, obtenue par intégration sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz. Si le rapport VBF/Vsc tend vers 1, alors les vibrations sont essentiellement liées aux balourds liquides.The method makes it possible to measure and differentiate the vibrations associated with a liquid imbalance, when the centrifuge rotates at a speed of at least several hundred rpm, and also makes it possible to perform this function, when the centrifuge rotates at low speed, therefore when the vibration sensor becomes inoperative. The temporal signal (11), sinusoidal base since it is a rotating machine, for example derived from an accelerometer, is processed by an electronic associated with algorithms, which can extract for example a spectrum frequency in speed (12). The vibratory speed VBF is then calculated by integration over a frequency range below the rotation frequency, for example over a range 2 Hz - 0.95xFo (FIG. 3). If VBF is greater than a given threshold, then a signal is sent to the controller which may for example display a "liquid balance" message on the screen. To reinforce the diagnosis, this VBF speed can be compared with the vibrating velocity Vsc, obtained by integration over the full spectrum, preferably over the 2 Hz - 1000 Hz frequency range. If the VBF / Vsc ratio tends to 1, then the Vibrations are essentially related to liquid imbalances.
Pour compléter le diagnostic, il est aussi possible de déterminer la vitesse vibratoire VF0, obtenue par intégration de la partie du spectre sur une plage de fréquences aux alentours immédiats de la fréquence de rotation, par exemple sur une plage 0,95xF0-1,05x Fo. Si le rapport VFIVsc tend vers 1, alors les vibrations sont essentiellement liées aux balourds solides.To complete the diagnosis, it is also possible to determine the vibratory speed VF0, obtained by integration of the part of the spectrum over a range of frequencies in the immediate vicinity of the rotation frequency, for example over a range 0.95xF0-1.05x Fo. If the VFIVsc ratio tends to 1, then the vibrations are essentially related to the solid unbalances.
Une démarche similaire peut-être réalisée sur les accélérations vibratoires ou les déplacements vibratoires. Le spectre fréquentiel peut aussi être analysé par un logiciel adapté, pour identifier la fréquence du pic le plus important sur chaque plage de fréquences, et calculer sa hauteur. - 9 - Si le pic le plus grand se trouve dans la plage des fréquences inférieures à la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd liquide. Si le pic le plus grand se trouve à la fréquence de rotation ou aux alentours immédiats, alors il s'agit d'un balourd solide. Enfin, si le pic le plus grand est observé à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation, alors les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique ou électrique. L'analyse peut enfin être réalisée sur la fréquence du pic le plus important. Dans la figure 3, le spectre fréquentiel peut être analysé par un logiciel adapté, pour identifier la fréquence Fpic du pic le plus important. Si cette fréquence Fp1c est inférieure à la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd liquide. Si cette fréquence Fpic est très proche de la fréquence de rotation, alors il s'agit d'un balourd solide. Enfin, si le pic le plus grand est observé à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation, alors les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique ou électrique Un procédé complémentaire au premier procédé (Figure 4), consiste à transformer l'oscillation de la centrifugeuse soumise à un balourd de basse fréquence (Figure 5, repère 31) capté par un capteur de déplacement, en impulsions (Figure 5, repère 32), puis à calculer la fréquence de ces impulsions, et d'en déduire la fréquence d'oscillation Fosc. Un calculateur permet alors de déterminer le rapport Fosc/Fo- Si le rapport Fosc/Fo est inférieur à 1, par exemple si Fosc/Fo< 0,9 , il s'agit d'un balourd liquide. Si le rapport Fosc/Fo est égal à 1 ou pratiquement égal à 1, par exemple si 0,9 < Fosc/Fo < 1,1, alors il s'agit d'un balourd solide tournant à basse vitesse. Enfin, si le rapport Fosc/Fo est supérieur à 1, les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique. Grâce à cette invention, il est donc maintenant possible de déceler tous les phénomènes dangereux liés aux balourds solides et liquides rencontrés sur une centrifugeuse, quelle que soit leur fréquence, et de donner un diagnostic fiable à l'opérateur ou à l'automate, pour qu'une réponse adaptée soit apportée.A similar approach can be carried out on vibratory accelerations or vibratory displacements. The frequency spectrum can also be analyzed by suitable software, to identify the frequency of the largest peak in each frequency range, and calculate its height. - 9 - If the largest peak is in the frequency range below the rotational frequency, then it is a liquid imbalance. If the largest peak is at the rotation frequency or in the immediate vicinity, then it is a solid unbalance. Finally, if the largest peak is observed at a frequency greater than the rotation frequency, then the vibrations are not related to these two types of unbalance, it is necessary to look for a mechanical or electrical problem. The analysis can finally be performed on the frequency of the largest peak. In FIG. 3, the frequency spectrum can be analyzed by a suitable software to identify the frequency Fpic of the largest peak. If this frequency Fp1c is lower than the rotation frequency, then it is a liquid imbalance. If this frequency Fpic is very close to the rotation frequency, then it is a solid unbalance. Finally, if the largest peak is observed at a frequency greater than the rotation frequency, then the vibrations are not related to these two types of unbalance, it is necessary to look for a mechanical or electrical problem A method complementary to the first method ( Figure 4), consists of transforming the oscillation of the centrifuge subjected to a low frequency unbalance (Figure 5, item 31) captured by a displacement sensor, in pulses (Figure 5, item 32), then to calculate the frequency of these pulses, and to deduce the oscillation frequency Fosc. A calculator then makes it possible to determine the Fosc / F0 ratio. If the Fosc / Fo ratio is less than 1, for example if Fosc / Fo <0.9, it is a liquid imbalance. If the ratio Fosc / Fo is equal to 1 or practically equal to 1, for example if 0.9 <Fosc / Fo <1.1, then it is a solid unbalance rotating at low speed. Finally, if the ratio Fosc / Fo is greater than 1, the vibrations are not related to these two types of unbalance, it is necessary to look for a mechanical problem. Thanks to this invention, it is now possible to detect all the dangerous phenomena related to the solid and liquid imbalances encountered on a centrifuge, whatever their frequency, and to give a reliable diagnosis to the operator or the automaton, for that an adapted answer is brought.
Références des figures : 1 - détermination de la fréquence de rotation Fo 2 - signal temporel des vibrations dans le temps, provenant d'un capteur de vibrations (accéléromètre par exemple) 3 - spectre fréquentiel en vitesse 4 - calculateur 5 - vitesse vibratoire VBF obtenue sur les fréquences en dessous de Fo 6 - vitesse vibratoire Vsc obtenue sur le spectre complet 7 - vitesse vibratoire VF0 obtenue sur les fréquences autour de Fo - 10 - 9 - diagnostic : balourd liquide 10 - diagnostic : balourd solide 11 - signal temporel sinusoïdal provenant de l'accéléromètre 12 - spectre fréquentiel obtenu 20 - information du capteur de déplacement 21 - dispositif transformant l'oscillation de la centrifugeuse en impulsions 22 - calculateur permettant de déterminer la fréquence d'oscillation F', 23 - calculateur permettant de déterminer le rapport F'c/F0 24 - diagnostic : balourd liquide 25 - diagnostic : balourd solide 31 - déplacement oscillant de la centrifugeuse 32 - courbe de réponse binaire 40 - centrifugeuse 41 - élément en rotation de la centrifugeuse 42 - moyen de déterminer la fréquence de rotation Fo, par exemple un compte tours 43 - appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, par exemple un accéléromètre 44 - capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux, par exemple un capteur inductif 45 - capteur de déplacement capable de détecter les déplacements verticaux, par exemple un capteur inductif 46 - électronique et calculateur permettant d'acquérir le signal temporel, de déterminer le spectre fréquentiel, de comparer les niveaux vibratoires (par exemple les vitesses vibratoires) et de donner un diagnostic sur l'identification des balourds liquides et/ou solides. 47 - pupitre de commande ou coffret 48 - voyant balourd liquide important 49 - voyant balourd liquide dangereux 50 - voyant balourd solide important 51 - voyant balourd solide dangereux30References of the figures: 1 - determination of the rotation frequency Fo 2 - temporal signal of the vibrations in the time, coming from a vibration sensor (accelerometer for example) 3 - frequency spectrum in speed 4 - computer 5 - vibratory velocity VBF obtained on the frequencies below Fo 6 - vibratory velocity Vsc obtained on the complete spectrum 7 - vibratory velocity VF0 obtained on the frequencies around Fo - 10 - 9 - diagnosis: liquid unbalance 10 - diagnosis: solid unbalance 11 - sinusoidal temporal signal coming from of the accelerometer 12 - frequency spectrum obtained 20 - information of the displacement sensor 21 - device transforming the oscillation of the centrifuge into pulses 22 - computer for determining the oscillation frequency F ', 23 - calculator making it possible to determine the ratio F'c / F0 24 - diagnosis: liquid balance 25 - diagnosis: solid unbalance 31 - oscillating displacement of the centrifuge 32 - curve binary response 40 - centrifuge 41 - rotational element of the centrifuge 42 - means for determining the rotation frequency Fo, for example a revolution counter 43 - apparatus for performing vibratory monitoring, for example an accelerometer 44 - displacement sensor capable to detect the horizontal displacements, for example an inductive sensor 45 - displacement sensor capable of detecting vertical displacements, for example an inductive sensor 46 - electronic and calculator making it possible to acquire the temporal signal, to determine the frequency spectrum, to compare the vibratory levels (eg vibratory speeds) and to give a diagnosis on the identification of liquid and / or solid imbalances. 47 - control panel or cabinet 48 - large liquid imbalance indicator 49 - dangerous liquid imbalance indicator 50 - solid unbalance indicator light 51 - dangerous solid unbalance indicator30
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