FR3018462B1 - IDENTIFICATION OF LIQUID BALOURS IN A CENTRIFUGE - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
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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 unbalances in a centrifuge. The invention relates to the means of establishing a reliable diagnosis on the presence of unbalances linked to the liquid contained in the rotating element of a centrifuge, in particular cycle centrifuges, commonly called liquid waves or unbalances, rotating slower than l rotating element. The invention also makes it possible to differentiate them with respect to the imbalances linked 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 made at high speed, but additional equipment makes it possible to perform this function also at low speed, for which the monitoring detection means usually used are not operational. The invention is therefore a real advance in the safety and manual or automated operation of a centrifuge, which can thus be controlled adequately according to the type of unbalance encountered.
Description
DescriptionDescription
La présente invention concerne un procédé de surveillance des vibrations rencontrées sur des centrifugeuses, notamment des centrifugeuses discontinues ou à cycles.The present invention relates to a method of monitoring vibrations encountered on centrifuges, especially discontinuous centrifuges or 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 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 batching, centrifugal peeling, centrifugal bottom discharge or centrifugal top discharge, depending on the type of machine.
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.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.
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 aussi.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 too.
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 accéléra mètres ou plus anciennement de vélocimètres, mesurant le niveau global de vibrations, généralement sous forme d'une vitesse vibratoire exprimée en 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 bassesFor decades, spinning machines and other centrifuges such as KRAUSS MAFFEI, ROBATEL, ROUSSELET, COMI CONDOR ... have been equipped with accelerometer-type vibration sensors or older velocimeters, measuring the overall level of vibrations, generally in the form of a vibratory speed expressed in 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 allow to detect the vibrations of very low
- 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.- 2 frequencies. They also do not allow to differentiate the origin of the vibrations, and thus give an identical answer, whatever the origin.
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.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.
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.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.
Le brevet WO 0205967A1 propose un dispositif qui permet de différencierPatent WO 0205967A1 proposes a device that makes it possible to differentiate
- les vibrations liées à une mauvaise répartition du produit à l'intérieur de la partie tournante d'une centrifugeuse- the vibrations related to a bad distribution of the product inside the rotating part of a centrifuge
- 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.- Vibrations related to the transient passage of critical frequencies during startup and shutdown of the centrifuge, or vibrations related to the general operation of the centrifuge, in other words the 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.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.
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'yUS Patent 5720066 refers to a method for adapting the motor speed of a washing machine, depending on the stage of the cycle. Washing machines are obviously not confronted with phenomena of liquid imbalance (waves), since there
- 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.There is no risk of a strong accumulation of liquid in the drum of the washing machine, and 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.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.
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.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.
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.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.
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.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.
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 rotationAccording 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, turning slower than the rotating element
- 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 ;- vibrations from unbalance related to the wet solid contained in the rotating element, and rotating at the same speed as the rotating element;
- et/ou des vibrations rencontrées à des fréquences supérieures à la fréquence de rotation.and / or vibrations encountered at frequencies greater than the rotation frequency.
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.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.
- 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 ;According to another aspect, the invention relates to a method for measuring vibrations originating from an unbalance linked 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 F 0 , 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 du signal temporel des vibrations dans le temps (variation des vibrations d'une centrifugeuse dans le temps) ;• Acquisition of the temporal signal of the vibrations in time (variation of the vibrations of a centrifuge in the time);
• 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) ;• 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);
• Détermination par intégration, grâce à un calculateur, sur la plage de fréquences AFbf, telle que 0<AFBF<axF0, avec a>0,9, et de préférence a>0,95,• Determination by integration, using a computer, over the frequency range AF bf , such that 0 <AF BF <axF 0 , with a> 0.9, and preferably a> 0.95,
- de la vitesse vibratoire VBF, exprimée généralement en mm/s, à partir du spectre fréquentiel en vitesse ;the vibratory velocity V BF , generally expressed in mm / s, from the frequency spectrum in speed;
- et/ou de l'accélération vibratoire ABF, exprimée généralement en mm/s2 ou en g, à partir du spectre fréquentiel en accélération ;and / or vibratory acceleration A BF , generally expressed in mm / s 2 or in g, from the frequency spectrum during acceleration;
- et/ou du déplacement vibratoire DBF, exprimé généralement en pm à partir du spectre fréquentiel en déplacement ;and / or vibratory displacement D BF , generally expressed in μm from the traveling frequency spectrum;
• 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• Sending a vibration-type information related to a liquid imbalance to the PLC and / or at least one alerting means, as soon as
- la vitesse vibratoire VBF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ;the vibratory velocity V BF is greater than at least one previously defined value;
- et/ou que l'accélération vibratoire ABF est supérieure à au moins une valeur préalablement définie ;and / or that the vibratory acceleration A BF is greater than at least one previously defined value;
- et/ou que le déplacement vibratoire DBF est supérieur à au moins une valeur préalablement définie.and / or that the vibratory displacement D BF is greater than at least one previously defined value.
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 :This process can be supplemented by several other steps that can differentiate more finely the vibrations from unbalance related to the liquid compared to vibrations from other 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 ;• Determination from the frequency spectrum in speed, thanks to a computer, the vibratory velocity V sc , obtained by integration over the full spectrum, preferably over the frequency range 2 Hz - 1000 Hz;
• Détermination grâce à un calculateur du rapport VBF/ Vsc ;• Determination by means of a calculator of the ratio V BF / V sc ;
• 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.• Sending a vibration-type information related to a liquid imbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as V BF / V sc > b, b being greater than 0.8, preferably greater than 0.9.
Selon un mode de réalisation préféré, les étapes suivantes peuvent être ajoutées :According to a preferred embodiment, the following steps can be added:
• 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 cxF0<AF0<dxF0, avec c>0,9 et de préférence c>0,95, et avec d<l,l et de préférence d<l,05 ;• Determination from the frequency spectrum in speed, thanks to a computer, of the vibratory velocity V Fo , obtained by integration of the part of the spectrum over a frequency range AF 0 , such that cxF 0 <AF 0 <dxF 0 , with c> 0.9 and preferably c> 0.95, and with d <1.1 and preferably d <0.05;
• Détermination grâce à un calculateur du rapport VFo/ VSc ;• Determination by means of a calculator of the ratio V Fo / V S c;
• 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.• Sending a vibration type information related to a solid unbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as V Fo / V sc > e, e being greater than 0.8, preferably greater than 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.According to a particular embodiment, the differentiation of the vibrations can be carried out according to frequency spectra in acceleration, on vibratory accelerations.
Selon un autre mode particulier de réalisation, la différenciation peut être réalisée d'après des spectres fréquentiels en déplacement, sur les déplacements vibratoires.According to another particular embodiment, the differentiation can be carried out according to frequency spectra in displacement, on the vibratory displacements.
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 l'accélération vibratoire et/ou le déplacement vibratoire, dépasse un seuil fixé préalablement.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.
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 :According to another particular embodiment, the method of identifying the vibrations coming from an unbalance related to the liquid contained in the rotating element of the centrifuge, can comprise the following steps:
• 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 :• Determination from any of the frequency spectrums in speed, displacement or acceleration, thanks to a computer, of the heights of the largest peak in the following frequency ranges, preferably with a linear scale on the ordinate:
- Hsc, obtenue sur le spectre complet, de préférence sur la plage de fréquences 2 Hz - 1000 Hz ;- Hsc, obtained over the full spectrum, preferably over the frequency range 2 Hz - 1000 Hz;
- Hbf, obtenue sur la partie du spectre sur une plage de fréquences AFbf telle que 0<AFBF<fxF0, avec f>0,9, et de préférence f>0,95 ;- H bf , obtained on the part of the spectrum over a frequency range AF bf such that 0 <AF BF <fxF 0 , with f> 0.9, and preferably f>0.95;
• Détermination grâce à un calculateur du rapport HBF/ HSc ;• Determination by means of a calculator of the ratio H BF / H S c;
• 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 HBF/ Hsc = 1.• Sending a vibration-type information related to a liquid imbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as H BF / H sc = 1.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé peut comprendre les étapes suivantes :According to a preferred embodiment, the method may comprise the following steps:
• Détermination à partir de l'un quelconque des spectres fréquentiels en vitesse, déplacement ou accélération, de la fréquence FPIC à laquelle apparaît le pic le plus élevé ;• Determination from any of the frequency spectra in speed, displacement or acceleration, of the frequency F PIC at which appears the highest peak;
• Détermination grâce à un calculateur du rapport FPic/F0 ;• Determination by means of a calculator of the ratio F P ic / F 0 ;
• 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/F0<g, avec g<0,95, et de préférence g<0,9 ;• Sending a vibration-type information related to a liquid imbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as F P ic / F 0 <g, with g <0.95, and preferably g <0.9;
• 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 FPIC/F0 tend vers 1, de préférence dès que O,95<Fpic/Fo<l,O5.• Sending a vibration-type information related to a solid unbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as F PIC / F 0 tends to 1, preferably as soon as O, 95 <Fpic / F o <l, O5.
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 :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 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 FOsc/F0 ;• Transformation of the oscillating displacement of the centrifuge into pulses • Calculation of the frequency of the pulses, therefore of the oscillation frequency F osc • Determination by means of a calculator of the ratio F O sc / F 0 ;
• 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 ;• Sending a vibration type information related to a low frequency liquid balance to the controller and / or at least one alert means, as soon as F OS c / 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 F0sc/Fo tend vers 1, de préférence dès que 0,9<FOsc/F0^l,l.• Sending a vibration type information related to a solid low-frequency unbalance to the controller and / or at least one alert means, as soon as F 0 sc / Fo tends to 1, preferably as soon as 0.9 <F O sc / F 0 ^ l, l.
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 œuvre comprend et de préférence comporte deux étapes :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 process implemented comprises and preferably comprises two steps:
• 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.• Activation of a first level of response after passing through the important displacement threshold. • Activation of a second level of response after passing through the very important displacement threshold.
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 ;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 • Activation 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;
• 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.• Activation of a response 2 if a liquid imbalance is detected while the centrifuge filling valve is closed and / or the speed of the centrifuge is above a given speed.
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 rotationAccording to yet another aspect, the invention relates to a kit for identifying imbalances that may occur on a centrifuge, related to the liquid contained in the rotating element.
- 7 de la centrifugeuse, tournant moins vite que l'élément en rotation. Le kit selon l'invention comprend :- 7 centrifuge, turning slower than the rotating element. The kit according to the invention comprises:
- un moyen de mesurer la fréquence de rotation de la centrifugeuse ;a means of measuring the frequency of rotation of the centrifuge;
- au moins un appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, de préférence de type accéléromètre ;at least one apparatus for vibratory tracking, preferably of the accelerometer type;
- 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 ;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;
- un moyen d'alerte prévenant que la centrifugeuse est soumise à un balourd lié au liquide contenu dans l'élément en rotation.- A warning means preventing the centrifuge is subjected to unbalance related to the liquid contained in the rotating element.
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.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.
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.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.
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.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.
Enfin selon un dernier aspect, l'invention concerne également une centrifugeuse équipée d'au moins un des deux kits tels que définis ci-dessus.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.
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.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.
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.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.
- 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.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.Fig. 5 is a diagram that explains how the centrifugal oscillation frequency can be measured when subjected to a very low frequency unbalance.
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.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.
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.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.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.
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 - O,95xFo (figure 3).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 velocity V BF is then calculated by integration over a frequency range below the rotation frequency, for example over a range 2 Hz -0.95xF o (FIG. 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.If V BF 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.
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.To reinforce the diagnosis, this speed V BF can be compared with the vibratory speed Vsc, obtained by integration over the entire spectrum, preferably over the frequency range 2 Hz - 1000 Hz. If the ratio V BF / V S c tends towards 1, then the vibrations are essentially related to liquid imbalances.
Pour compléter le diagnostic, il est aussi possible de déterminer la vitesse vibratoire VFo, 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 O,95xFo-l,O5x Fo. Si le rapport VFo/Vsc tend vers 1, alors les vibrations sont essentiellement liées aux balourds solides.To complete the diagnosis, it is also possible to determine the vibratory velocity V Fo , 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 O, 95xF o -l , O5x F o . If the ratio V Fo / V sc tends to 1, then the vibrations are essentially related to solid unbalances.
Une démarche similaire peut-être réalisée sur les accélérations vibratoires ou les déplacements vibratoires.A similar approach can be carried out on vibratory accelerations or vibratory displacements.
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.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 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.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.
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 Fpjc du pic le plus important. Si cette fréquence FPIC 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 électriqueThe 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 Fpjc of the most important peak. If this frequency F PIC is lower than the rotation frequency, then it is a liquid balance. If this frequency F P i C 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
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 F0Sc- Un calculateur permet alors de déterminer le rapport FOsc/F0.A method complementary to the first method (FIG. 4) consists of transforming the oscillation of the centrifuge subjected to a low frequency unbalance (FIG. 5, item 31) captured by a displacement sensor in pulses (FIG. 5, reference numeral 32). then to calculate the frequency of these pulses, and to deduce therefrom the oscillation frequency F 0S c- A calculator then makes it possible to determine the ratio F O sc / F 0 .
Si le rapport FOSc/F0 est inférieur à 1, par exemple si F0sc/Fo< 0,9 , il s'agit d'un balourd liquide. Si le rapport FOSc/F0 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 F0sc/Fo est supérieur à 1, les vibrations ne sont pas liées à ces deux types de balourds, il convient de rechercher un problème mécanique.If the ratio F OS c / F 0 is less than 1, for example if F 0 sc / Fo <0.9, it is a liquid imbalance. If the ratio F OS c / F 0 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 F 0 sc / 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.
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.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 :References of the figures:
- détermination de la fréquence de rotation Fo - determination of the rotation frequency F o
- signal temporel des vibrations dans le temps, provenant d'un capteur de vibrations (accéléromètre par exemple)- time signal of vibrations in time, coming from a vibration sensor (accelerometer for example)
- spectre fréquentiel en vitesse- frequency spectrum in speed
- calculateur- calculator
- vitesse vibratoire VBF obtenue sur les fréquences en dessous de Fo - vibratory velocity V BF obtained on the frequencies below F o
- vitesse vibratoire VSc obtenue sur le spectre complet- vibratory velocity V S c obtained on the complete spectrum
- vitesse vibratoire VFo obtenue sur les fréquences autour de Fo - vibratory velocity V Fo obtained on the frequencies around F o
- diagnostic : balourd liquide- diagnosis: liquid balance
- diagnostic : balourd solide- diagnosis: solid unbalance
- signal temporel sinusoïdal provenant de l'accéléromètre- sinusoidal time signal from the accelerometer
- spectre fréquentiel obtenu- Frequency spectrum obtained
- information du capteur de déplacement- displacement sensor information
- dispositif transformant l'oscillation de la centrifugeuse en impulsions- device transforming the oscillation of the centrifuge into pulses
- calculateur permettant de déterminer la fréquence d'oscillation Fosc - calculator for determining the oscillation frequency F osc
- calculateur permettant de déterminer le rapport Fosc/Focalculator making it possible to determine the ratio F osc / Fo
- diagnostic : balourd liquide- diagnosis: liquid balance
- diagnostic : balourd solide- diagnosis: solid unbalance
- déplacement oscillant de la centrifugeuse- oscillating displacement of the centrifuge
- courbe de réponse binaire- binary response curve
- centrifugeuse- centrifuge
- élément en rotation de la centrifugeuse- rotating element of the centrifuge
- moyen de déterminer la fréquence de rotation Fo, par exemple un compte toursmeans for determining the rotation frequency F o , for example a rev counter
- appareil permettant de réaliser un suivi vibratoire, par exemple un accéléromètreapparatus for performing vibratory monitoring, for example an accelerometer
- capteur de déplacement capable de détecter les déplacements horizontaux, par exemple un capteur inductif- displacement sensor capable of detecting horizontal displacements, for example an inductive sensor
- capteur de déplacement capable de détecter les déplacements verticaux, par exemple un capteur inductifdisplacement sensor capable of detecting vertical displacements, for example an inductive sensor
- 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.- Electronic and computer to acquire the time signal, determine the frequency spectrum, compare vibration levels (eg vibrational speeds) and provide a diagnosis on the identification of liquid and / or solid imbalances.
- pupitre de commande ou coffret- control console or cabinet
- voyant balourd liquide important- important liquid imbalance indicator
- voyant balourd liquide dangereux- dangerous liquid balance light
- voyant balourd solide important- solid unbalance light important
- voyant balourd solide dangereux- dangerous solid unbalance light
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