Centrifugeuse à vis sans fin avec tamis : Spécifications de conception

La centrifugeuse à vis et tamis est un équipement très perfectionné conçu dans le domaine des technologies de séparation solide-liquide. Utilisant la force centrifuge et une conception mécanique soigneusement étudiée, la centrifugeuse à vis et tamis fonctionne de manière efficace et continue dans de nombreuses applications industrielles. Un tel équipement est capable de séparer des matériaux difficiles à traiter avec d'autres séparateurs, notamment ceux comportant des particules plus grosses et des caractéristiques d'écoulement particulières. Il est essentiel de comprendre et d'apprécier les spécifications techniques de la machine afin d'optimiser ses performances dans diverses activités, quel que soit le secteur. De l'industrie chimique à la production alimentaire, la centrifugeuse à vis et tamis s'est révélée être un équipement particulièrement précieux pour toutes les opérations nécessitant une séparation efficace et fiable de grands volumes de matériaux.

Fonction principale des centrifugeuses à vis et tamis

Les centrifugeuses à vis de tamis sont conçues selon un concept à la fois pluriel et simple. La suspension entrante est soumise à des forces centrifuges extrêmes dues à la rotation rapide du bol. Les particules solides les plus lourdes sont projetées vers la paroi extérieure et retenues par le tamis, tandis que le liquide plus léger traverse le tamis et sort de la centrifugeuse par la paroi. Cela provoque l'accumulation d'une masse solide de matériau séparé sur le tamis. Cette masse est appelée « gâteau » par l'équipe d'ingénierie.

Les pièces intérieures spéciales en spirale qui fonctionnent en continu sont celles qui assurent la réussite de l'opération. Une vis sans fin tourne à une vitesse légèrement différente de celle du bol principal, ce qu'on appelle une vitesse différentielle. Cela provoque un déplacement lent et constant de la boue solide vers l'extrémité de décharge de la centrifugeuse. En même temps, le liquide clarifié emprunte une sortie de décharge distincte. Cette méthode ingénieuse constitue le seul procédé entièrement automatisé et continu de séparation des phases solide et liquide, ce qui la rend idéale pour les processus industriels ne pouvant pas être interrompus. L'ensemble du système fonctionne sans intervention manuelle, et la qualité constante du produit obtenu tout au long du processus est garantie.

Caractéristiques techniques principales et leur pertinence

Lors de l'évaluation des centrifugeuses à vis sans fin, un certain nombre de caractéristiques de conception nécessitent une attention particulière, car elles influencent fondamentalement les performances et l'adéquation à des utilisations spécifiques. Le diamètre du bol varie d'environ 200 mm pour les modèles plus petits à 1000 mm pour les unités industrielles de grande échelle. Cette dimension détermine principalement la capacité de traitement de la machine, car des diamètres plus grands permettent des débits plus élevés, bien qu'ils puissent exiger davantage de puissance et d'espace. La vitesse de rotation du bol, généralement exprimée en tours par minute (tr/min), agit conjointement avec le diamètre pour produire la force centrifuge nécessaire à une séparation efficace. Selon le modèle et les exigences de l'application, les vitesses de fonctionnement courantes se situent entre 900 et 4000 tr/min.

Il existe également le facteur de séparation, défini comme le rapport entre l'accélération centrifuge et l'accélération gravitationnelle, qui constitue une caractéristique très critique. Plus ce rapport est élevé, plus la force de séparation est importante, certains modèles offrant des facteurs de séparation allant jusqu'à 2000 G. Cette caractéristique détermine directement l'efficacité de la machine pour le traitement de matériaux fins ou de matériaux dont les densités solide et liquide sont proches. La capacité de traitement, quantifiée en m³/h, varie également, passant de modestes 0,5 m³/h pour certains modèles à plus de 30 m³/h pour des unités robustes. Cette caractéristique doit être très précisément adaptée aux exigences de production afin d'assurer un fonctionnement optimal de la machine sans surcharger le système.

Avant d'entrer dans les détails, il est important d'établir les extrémités nord et sud de la gamme de modèles, dans le cadre du présent texte qui se limitera aux centrifugeuses acomadiques. La gamme la plus basse est d'environ 3 kW pour les petits comp, comme indiqué précédemment, tandis que la plus élevée atteint 75 kW pour les grands comp. Il existe donc un écart d'un facteur 10. En ce qui concerne la puissance mécanique, structurelle et opérationnelle, une adaptation de la puissance est nécessaire afin d'assurer une efficacité optimale en matière de rendement énergétique dans la plage de fonctionnement adéquate. La plage d'efficacité opérationnelle en surface des machines plus grandes est de 3200*2200*2300 mm. En matière de planification de l'installation dans ses propres locaux, les points sensibles ainsi que le poids sont essentiels. Par exemple, passer d'un modèle standard pesant 550 kg à un équipement de 6000 kg nécessite des approches différentes. Cela conduit à la faisabilité de l'installation, qui joue un rôle crucial dans la planification des grandes partitions, notamment lorsqu'on envisage des machines soumises à des contraintes d'espace. Le type d'installation hôte joue un rôle important.

Lors de l'utilisation de ces centrifugeuses, il est essentiel de tenir compte de la non-compromission de la construction lorsqu'on utilise les matériaux mentionnés ci-dessus. La partie ayant le plus de contact avec les composants traités sera l'enveloppe extérieure, et c'est pourquoi le choix le plus courant pour cette pièce consiste en des aciers inoxydables des types 316L et 304. La résistance à la corrosion, à l'usure et à l'abrasion constitue les facteurs clés de ces aciers inoxydables. Pour des pièces encore plus sujettes à l'abrasion, comme le convoyeur hélicoïdal, ces modèles sont équipés d'une protection spécialisée contre l'usure sous forme de caoutchouc élastique absorbant les chocs, renforcé par des inserts en alliage dur afin d'augmenter encore la durée de service

Le système d'entraînement constitue la caractéristique suivante à prendre en compte. De nombreux centrifugeuses modernes à vis sans fin utilisent deux moteurs avec commande de fréquence indépendante pour le bol et le convoyeur. Cette configuration permet aux opérateurs de contrôler et de modifier séparément la vitesse du bol et du convoyeur, ce qui autorise un ajustement de la vitesse différentielle. Cet ajustement de la vitesse différentielle détermine la sécheresse des solides, la clarté du liquide, ainsi que la souplesse de l'ensemble du processus. La différentielle elle-même peut être réalisée avec différents types de systèmes d'engrenages, des différentielles hydrauliques ou des engrenages cycloïdaux à pignon. Chacun présente ses propres avantages selon les applications, les conditions de fonctionnement et le couple requis.

Les conceptions des unités de décharge varient selon chaque application. La plupart des centrifugeuses à vis sans fin disposent de systèmes de décharge entièrement automatisés et continus, permettant un fonctionnement continu en permanence. Les configurations uniques des orifices de décharge, des trémies, des plaques de trop-plein et des systèmes de décharge peuvent être adaptées aux besoins spécifiques du matériau et assurer une intégration facile avec les systèmes secondaires en aval. Les modèles plus sophistiqués intègrent une combinaison unique de systèmes de protection tels que la régulation des vibrations, des paliers et du moteur, afin d'éviter la surchauffe, de contrôler les régimes excessifs ainsi que le couple sur le convoyeur. Ces protections réduisent considérablement les risques de dommages et permettent l'activation automatique de la protection du système par arrêt en cas de conditions de fonctionnement hors des limites autorisées.

Configurations personnalisées pour besoins spécifiques

Les centrifugeuses à vis sans fin existent en différents modèles afin de répondre à divers besoins opérationnels. Le modèle standard se caractérise par un entraînement à fréquence variable à moteur unique, permettant une régulation continue de la vitesse au moyen de différentiels cycloïdaux à pignons ou planétaires que le système utilise pour maintenir les différences de vitesse entre la vis et le bol. Dans la plupart des cas généraux, de telles configurations conviennent lorsque les caractéristiques des matériaux traités sont assez homogènes et lorsque les conditions de traitement ne sont pas volatiles.

Le type de boîte de vitesses mécanique constitue la prochaine étape dans ces hiérarchies de configuration, personnalisée avec des différentiels hydrauliques de faible volume mais à forts couples de poussée. De telles configurations sont particulièrement adaptées à la séparation de matériaux présentant de gros bouchons ou une teneur initiale élevée en solides, supérieure à ce que des configurations standard parviendraient à séparer. Ces équipements disposent généralement d'un système de commande à rétroaction différentielle avec fonction d'alarme de surcharge au niveau du terminal de sortie, ainsi que d'une alarme de pression maximale associée à une fonction d'arrêt automatique. La commande différentielle sans gradins en ligne, dans une plage de vitesse de 1 à 30 tr/min sans arrêt de l'équipement, est une caractéristique particulièrement précieuse pour l'automatisation des processus dans les cas où des ajustements fréquents de la commande sont nécessaires en raison de variations des conditions opératoires.

Pour les matériaux difficiles dont les caractéristiques d'écoulement posent problème, l'alimentation par vis présente un avantage. Cette configuration comporte un orifice d'alimentation spiralé spécialisé qui permet une alimentation régulière et constante, avec peu ou pas de vibrations. Ce design fonctionne particulièrement bien pour le traitement de cristaux à haute concentration et mal fluidifiés, qui, dans d'autres modèles, ont tendance à provoquer des blocages ou un traitement déséquilibré. Grâce au système d'alimentation avancé, ces centrifugeuses sont capables de fournir des résultats constants, quelles que soient les variations de viscosité ou de concentration en solides au cours du lot en cours de traitement.

Applications industrielles et compatibilité des matériaux

L'étendue des applications des centrifugeuses à vis sans fin dans diverses industries illustre leur souplesse. Dans l'industrie chimique, elles sont utilisées pour le traitement de divers cristaux, fibres et particules plastiques lorsque l'intégrité des particules n'est pas essentielle. Dans l'industrie minière, ces machines servent à la classification des boues minérales, au dessichage des résidus miniers et au traitement du dessichage de divers minerais. Leur conception spéciale avec une protection supplémentaire contre l'usure les rend très adaptées aux matériaux plus abrasifs traités dans l'industrie minière.

Un autre domaine important dans lequel ces machines peuvent être utilisées est la transformation des aliments, notamment l'utilisation de centrifugeuses à vis sans fin pour la séparation de l'amidon, la déshydratation des protéines et le traitement de la pulpe de fruits. Dans ces domaines sensibles de la transformation alimentaire, les surfaces faciles à nettoyer et les matériaux résistants à la corrosion sont essentiels pour respecter les normes d'hygiène. Dans la production d'antibiotiques, l'industrie pharmaceutique utilise ces centrifugeuses pour séparer un bouillon de fermentation et pour d'autres procédés nécessitant une séparation solide-liquide fiable et contrôlée.

Les utilisations liées à l'environnement de ces centrifugeuses dans le traitement des eaux usées industrielles et des eaux d'égout municipales comprennent l'épaississement et le dessiccage efficaces des boues, ce qui réduit considérablement le volume de boues à éliminer ou à traiter ultérieurement. Leur capacité à fonctionner en continu est une exigence pour ces applications à haut débit où les arrêts sont inacceptables. Leur aptitude à traiter différents types de boues et des concentrations solides variables sans nécessiter de modifications majeures constitue l'un des motifs de leur popularité. En effet, bon nombre de ces modèles peuvent traiter des flux contenant une teneur en matières solides nettement plus élevée que ce qui est possible avec d'autres technologies.

Considérations et optimisation des performances

Pour tirer le meilleur parti d'une centrifugeuse à vis sans fin, plusieurs caractéristiques opérationnelles doivent être évaluées. L'une d'elles est la régulation du débit d'alimentation. Si l'alimentation entre trop rapidement, le système risque d'être submergé et bloqué. Si le débit d'alimentation est trop faible, le système perdra en efficacité et s'usera davantage. Les résultats du traitement ainsi que des facteurs influents tels que la concentration de l'alimentation et la distribution granulométrique dépendent fortement des caractéristiques propres au matériau. Le modèle de centrifugeuse déterminera la manière dont certaines de ces caractéristiques interagissent. Très souvent, les opérateurs cherchent à optimiser un compromis entre le débit de rejet des solides, le liquide effluent et la teneur résiduelle en humidité.

Le contrôle d'une centrifugeuse moderne à vis de décantation permettra à l'utilisateur d'ajuster finement le système selon ses besoins. Par exemple, les variateurs de fréquence permettent des réglages plus ou moins précis des vitesses du bol et du convoyeur, ce qui peut être adapté aux exigences de l'opération. La sécheresse du gâteau final dépend en grande partie du temps de séjour dans la zone de séparation. Ce paramètre est déterminé par la vitesse différentielle entre le bol et le convoyeur hélicoïdal. Il est courant que des vitesses différentielles plus faibles produisent des solides plus secs, mais au détriment d'une capacité réduite. Des vitesses plus élevées entraîneront une teneur en humidité plus importante, mais également une perte de masse solide plus importante. Trouver la vitesse optimale selon les besoins d'une application peut nécessiter quelques ajustements fins, généralement effectués pendant la phase de mise en service.

Lors du choix et de l'utilisation de ces appareils, ne négligez jamais les considérations liées à la maintenance. Les modèles équipés de sous-systèmes complets de surveillance permettant de suivre des paramètres tels que le régime moteur (RPM), les vitesses différentielles, les vibrations, la température des paliers et le couple du convoyeur hélicoïdal sont inestimables pour éviter les arrêts coûteux et imprévus. Des inspections de maintenance régulières des composants d'usure, en particulier des spirales du convoyeur et des surfaces de tamis, permettent un fonctionnement constant, et les remplacements peuvent être planifiés afin d'éviter les pannes. Pour maximiser l'efficacité de la maintenance et garantir une utilisation optimale de la machine, la plupart des constructeurs proposent une assistance à l'installation, une formation opérationnelle et un soutien en matière de maintenance.

Les technologies de séparation par centrifugation à vis sans fin offrent des avantages et inconvénients uniques par rapport aux autres options. Comparées aux filtres-presse, elles permettent un fonctionnement continu au lieu d'un traitement par lots, offrent une automatisation accrue et occupent moins d'espace. En revanche, pour certains matériaux, les filtres-presse peuvent être plus rentables dans les applications de faible capacité, et ils produisent des gâteaux plus secs. De plus, les centrifugeuses à vis sans fin assurent un fonctionnement continu, évitant les temps d'arrêt liés à l'entretien du média filtrant, fréquents dans les opérations de filtration sous presse, et augmentent ainsi la capacité globale de traitement.

Par rapport aux centrifugeuses décanteurs sans tamis, celles équipées de tamis et de vis permettent un drainage plus complet grâce à l'effet combiné de la force centrifuge et du tamis. Cela peut produire des solides déchargés plus secs dans davantage d'applications, notamment celles impliquant certains matériaux plus complexes comme les substances cristallines ou fibreuses. En revanche, les centrifugeuses décanteurs peuvent éliminer davantage de matières fines et s'avérer un meilleur outil pour certaines applications, particulièrement lorsque les matériaux risquent d'obstruer les surfaces tamisantes. Le choix de la technologie dépend souvent des caractéristiques spécifiques du matériau et des exigences du procédé.

Les tamis vibrants et autres séparateurs basés sur la gravité présents sur le marché ont généralement des coûts initiaux et d'exploitation moins élevés, mais en termes de séparation pure et de débit, ils ne peuvent pas concurrencer les systèmes centrifuges. Dans les opérations de séparation fine ou de traitement à haut volume, les centrifugeuses-vis sans fin sont souvent la solution la plus rentable, même avec un coût initial plus élevé. Leur fonctionnement continu s'accompagne d'une réduction des besoins en main-d'œuvre par rapport à un système manuel par lots, et les coûts initiaux ainsi que les coûts d'exploitation de la centrifugeuse sont généralement moins élevés lorsqu'on considère le volume de matériau traité sur toute la durée de vie du système.

Tendances futures et développements technologiques

Les améliorations technologiques axées sur la performance, l'efficacité et l'utilisabilité continuent de façonner l'évolution des centrifugeuses à vis sans fin. Les progrès dans les sciences des matériaux permettent de créer des alliages plus résistants à la corrosion et plus durables, améliorant ainsi la durée de service des composants critiques dans des applications exigeantes. L'absence de traitements de surface et l'utilisation de revêtements spécialisés conçus pour résister aux abrasifs sont des améliorations qui peuvent réduire l'entretien et les coûts. Ces améliorations se traduisent par un vieillissement plus maîtrisé des composants et une stabilité des performances dans le temps.

La sophistication des systèmes de contrôle est en hausse, et les automates programmables qui permettent l'automatisation complète des processus, y compris le démarrage, l'arrêt et la commande en temps réel pour l'optimisation, deviennent de plus en plus courants. Les systèmes les plus récents sont capables de maintenir autonomément des performances optimales sans réglage manuel, en contrôlant et en ajustant les variables du processus. La capacité à maintenir des performances optimales sans réglage manuel a accru l'efficacité et réduit les coûts. La possibilité de commander ces systèmes à distance, y compris pour la maintenance prédictive, offre un potentiel considérable dans le domaine industriel.

Un autre domaine de développement est l'efficacité énergétique. Afin de réduire les coûts opérationnels et l'impact sur l'environnement, les fabricants travaillent sur l'amélioration de la dynamique des fluides, sur des conceptions de moteurs plus efficaces et sur des systèmes avancés de gestion de l'énergie. Les modèles les plus récents intègrent des systèmes de récupération d'énergie qui captent et réutilisent l'énergie autrement perdue sous forme de chaleur. L'accent mis sur la durabilité dans tous les secteurs rendra ces gains d'efficacité de plus en plus déterminants dans le choix des équipements. L'amélioration de la séparation et la conception avancée des tamis et des profils d'écoulement pour divers procédés font l'objet de recherches visant à repousser encore davantage les performances de ces machines.

En dernière analyse, la centrifugeuse à vis de criblage est une technologie de séparation perfectionnée dont les paramètres résultent d'une conception de haut niveau couvrant plusieurs utilisations. Les paramètres de conception incluent les dimensions fondamentales et la conception énergétique, la commande opérationnelle, le choix des matériaux des composants et l'intégration du système. Ces principes de conception détermineront la technologie la plus adaptée à un besoin opérationnel donné. En outre, ces machines, à mesure que leur technologie, la sophistication de leur conception et l'intégration de leurs modèles de traitement progresseront, resteront des instruments industriels intensivement utilisés.