Brevet FR2000508A1 — publié le 19690912

Iifinvention concerne un procédé destiné à diminuer dans les échangeurs de pression âérodynamiques le bruit dû. à la rotation. La fréquence de ee bruit dépend du nombre des cellules et de la vitesse de la roue qui les porte. L'invention concerne 5 également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Dans les échangeurs de pression aérodynamiques, l'énergie produite par la détente d'un gaz est transmise à un autre gaz qui se trouve comprimé de ce fait. Le processus de détente et de oompression a lieu sous l'influence d'ondes d'expansion 10 et de compression dans des cellules allongées dont là face frontale est ouverte, disposées sur un rotor, et qui se déplacent devant des canaux d'admission et d'expulsion placés sur le stator* Les pertes par laminage, à l'admission et à l'échappement, ainsi que celles dues aux frottements et à la conductibilité 15 thermique déterminent la largeur optimale des cellules le long de la périphérie. Cette largeur est la même pour toutes les cellules et fixe le nombre de celles-ci. La pénétration périodique des parois des cellules dans le courant gazeux au moment de l'entrée de celui-ci dans la 20 roue, ainsi que l'écoulement périodique du gaz en dehors des cellules avec une certaine répartition de la vitesse sont à 1*origine de la production de bruits considérables. Ceux-ci possèdent des fréquences individuelles correspondant au produit du nombre des cellules par la vitesse de rotation de la roue, 25 ainsi qu'à des multiples de ce produit. Comme le bruit se propage à l'extérieur par l'intermédiaire des canaux d'admission et d'échappement du stator ainsi que par le bâti, il constitue une gône importante. Lu fait des fréquences élémentaires les bruits sont perçus sous la forme d'un sifflement strident qui, 50 môme avec l'utilisation de dispositifs destinés à l'étouffer, est très désagréable et gônant. Dans le cas des ventilateurs radiaux des machines électriques, on sait qu'on peut répartir les ailettes en plusieurs groupes, l'intervalle entre les ailettes dans chaque groupe 35 restant constant, tandis que l'écart entre deux groupes consécutifs est inférieur à cet intervalle. Toutefois, cette disposition ne permet pas d'obtenir une diminution sensible du bruit» D'autre part, également pour des ■ventilateurs radiaux de ces BiSmes machines, on connaît une disposition consistant à 40 prévoir des différences dans les écarts entre ailettes aussi 69 00370 2 2000508 grandes que possible et à répartir les ailettes le long de la périphérie de la roue aussi irrégulièrement que possible. Une disposition de ce genre, dans laquelle l'écart entre les ailettes peut varier du simple au triple, ne peut s'appliquer aux 5 échangeurs de pression aérodynamiques. Pour ceux-ci, le mode de fonctionnement et les conditions auxquelles ils doivent satisfaire, parmi lesquelles figurent le respect, dans la mesure du possible, d'une largeur optimale pour les cellules, sont très dif-férenteso 10 Vn procédé en vue de l'abaissement du niveau du brait- dans les échangeurs de pression consiste (brevet anglais 920 908) à décaler la fréquence du bruit au delà de la limite audible• Compte tenu des vitesses à retenir pour ces machines il faudrait, pour se placer au-dessus du seuil d'audibilité, prévoir un nom-15 bre de cellules élevé tel que les pertes par conduction thexfcique et par frottement seraient très augmentées par suite de la division très poussée de la roue. Il ne serait plus possible d'obtenir un fonctionnement de la machine avec un rendement satisfaisant. 20 Le but de l'invention est, en évitant les inconvénients signalés ci-dessus, de diminuer les bruits engendrés par un é- les changeur de pression aérodynamique et de rendre plus supportable. Ûe but peut Ôtre atteint, conformément à l'invention, en répar-tissant les fréquences élémentaires produisant le bruit entre des 25 zones de fréquences d'amplitude différente. Ceci peut ôtre réalisé en prévoyant au moins deux largeurs différentes pour les cellules, celles-ci étant disposées en groupes comportant des cellules de même largeur. La répartition des fréquences élémentaires en zones de 30 fréquences est possible à condition que les cellules du rotor possèdent des largeurs différentes. Comme, dans un échangeur de pression, il existe pour les cellules une largeur optimale qui doit autant que possible être respectée, on ne doit pas, quand on fait varier la largeur, s'écarter trop de cette valeur optimale. 35 Les écarts doivent rester aussi faibles que possible ; afin de ne pas influer sensiblement sur les caractéristiques et le rendement de 1'échangeurw Pour y parvenir avec un nombre aussi faible que possible de largeurs différentes, il faut disposer les cellules sur le 40 rotor en petits groupes de cellules de môme largeur* Des combinai- 69 00370 3 2000508 aons convenahles de tels groupes entraînent déjà grpace à de faibles variations dans la largeur des cellules, une diminution sensible de l'amplitude principale d'une fréquence élémentaire qui s'établirait si la largeur des cellules était normalement 5 constante. Elles provoquent également la formation d'un grand nombre de fréquences voisines de faible amplitude. La diminution la plus importante de l'amplitude des vibrations, pour une variation la plus faible de la largeur des cellules, s'obtient en répartissant l'ensemble des cellules de 10 la roue en groupes principaux comportant chacun deux ou plusieurs groupes ayant le môme nombre de largeurs de cellules différentes. Dans un premier groupe principal, les largeurs vont en diminuant quand on passe d'un groupe au suivant, pour augmenter d'un groupe à l'autre à l'intérieur du groupe principal qui 15 suit, conformément au schéma. aaa bbb ccc / ccc bbb aaa, dans lequel "b" correspond à une largeur moyenne ou normale de la cellule, "a" correspond à une largeur supérieure, et "c" à une largeur inférieure. Les cellules aaa bbb ccc for-20 ment le premier groupe principal, les cellules ccc bbb aaa le second groupe principal. Pour rendre la division plus claire on a séparé dans cet exemple les deux groupes principaux par un trait .oblique. Afin d'accentuer les effets de cette disposition, il est 25 avantageux de retirer un élément des groupes correspondant à la largeur moyenne, et déplacer cet élément à la fin du groupe principal, pour créer une discontinuité entre les deux groupes qui se suivent et qui possèdent des cellules de même largeur.Le sehéma dans le cas de trois largeurs différentes serait alors 30 le suivant : aaa bb eec b ccc bb aaa b , et dans le cas de quatre largeurs : aaa ¥b ccc ddd b ddd ccc b"b aaa b, ou bien i 35 aaa bbb cc ddd e ddd ce bbb aaa c. Comme précédemment, "a" e± "d" correspondent au plus grands écarts" en largeur, par rapport à la largeur normale, "b* et "c" aux largeurs qui diffèrent le moins de la largeur normale. 4-0 II peut être également indiqué de diviser les deux 69 00370 ♦ 2000508 groupes se rapprochant le plus de la largeur moyenne conformément au schéma : aaa bb cc b ddd c ddd b cc bb aaa c Les défauts d'équilibrage éventuels peuvent, dans le 5 cas des échangeurs de pression, être supprimés assez facilemente Pour obtenir une répartition symétrique des cloisons des cellules le long de la périphérie de la roue sans provoquer de déséquilibre, il faut au minimum quatre groupes principaux. Si oh ne dispose pas d'un nombre suffisant de largeurs pour les cel-10 Iules/ on peut, sans nuire à l'effet acoustique, placer à là suite les uns des autres un nombre quelconque de groupes principaux ou une fraction de ceux-ci, conformément au schéma ci-dessous donné à titre d'exemple : aaa bb ccc ddd b ddd ccc bb aaa b ddd oco b aaa b. 15 Tous les exemples donnés ci-dessus relatifs de disposi tion conforme à l'invention des cellules de la roue d'un échan-geur de pression aérodynamique permettent d'abaisser sensiblement l'amplitude fondamentale des vibrations. Une variation 5 # de la largeur normale des cellules apporte déjà une améli#-20 ration sensible et, si cette variation atteint - 10 on obtient une diminution atteignant 40 à 50 $> de l'amplitude des vibrations qui s'établirait dans le cas de cellules de largeur normale. Les nouvelles fréquences qui apparaissent alors se si-25 tuent dans un domaine limité, quand on doit s'écarter peu de la largeur moyenne. Toutefois, le bruit dft à la rotation paraît moins désagréable, quand tout le domaine sonore est occupé par des fréquences de faible amplitude. Les groupes de fréquence séparés les uns des autres et ne constituant pas une bande peuvent 30 avoir encore un effet gênant* On pourrait augmenter les zones des fréquences et remplir les intervalles en acceptant une variation plus importante de la largeur des cellules. Cela entraînerait toutefois, avec une augmentation du nombre de cellules, un écart plus grand vis à vis de la largeur normale des cellules, ce qui 35 présenterait d'autres inconvénients. Une solution avantageuse consiste à prévoir un petit nombre de cellules,deux par exemple, avec une largeur présentant un écart plus important par rapport à la largeur normale, de manière à occuper à l'aide des vibrations qui en résultent dans le fluide an mouvement les zones 4e 40 fréquences encore disponibles. Le schéma ci-dessous en donne ua 69 00370 5 2000508 exemple s aaa bb cce ddd e ddd ccc bb aaa £ aaa bb ccc ddd Dans cet.exemple, la largeur "aw pourrait différer de la largeur normale de + 10 fa, "b" de + 3 "o" de - 3 $,"d"de 5 -10 $, "e" de + 20 et "fn de -20 L'effet sur le rendement de la machine reste faible, mais l'effet acoustique recherché est néanmoins atteint. Le dessin représente un exemple d'une réalisation conforme à l'invention» 10 La figure 1 est une coupe longitudinale à travers un é- changeur de pression aérodynamique j la figure 2 est une coupe suivant II-II de la roue de la figure 1, à plus grande échelle \ la figure 3 représente le développement de la périphé-15 rie de la roue de la figure 1. Conformément à la figure 1, la roue 1 qui porte les eel-Iules est entraînée, à partir de 2, à l'intérieur d!un statoroui comporte essentiellement un bâti 3 peur le fluide à comprimer,ua bâti 4 pour le fluide détendu, et une enveloppe 5. Les bâtis 20 comportent des canaux d'arrivée et de départ (non figurés) pour les deux fluides dont le sens d'écoulement est indiqué par des flèches. La figure 2 représente une coupe en travers de la roue lo Les cellules sont assemblées en groupes ayant la même largeur 25 a, b, c, désignant des cellules de largeurs différentes. Celles-ci sont encore plus aisément reconnaissables sur ia figure 39 représentant le développement de la roue. L'arrangement des cellules sur cette figure correspond au premier des exemples donnés ci-dessus. 69 00370 6 2000508 REVENDICATIONS 10 Procédé permettant dans les échangeurs de pression aérodynamiques de diminuer le bruit dont la fréquence est déterminée par le nombre des cellules et la vitesse de rotation 5 de la roue9 caractérisé en ce que les fréquences élémentaires constituant le bruit sont réparties entré des zones de fréquences d'amplitudes différentes. 2o Dispositif permettant l'application du procédé conforme au paragraphe 1, caractérisé en ce que les cellules de la 10 roue, qui présentent au moins deux largeurs différentes, sont réparties en groupes comportant chacun des cellules de même largeur (a, b, c, d) . 3o Dispositif conforme au paragraphe 2 caractérisé en ce que les groupes comportent le même nombre de cellules. 15 4» Dispositif conforme au paragraphe 3 caractérisé en ce que deux groupes au moins sont associés pour former un groupa principal, et ea ee que dans ua premier groupe principal la largeur des ooilules dimiaue progressivement pour augmenter dans le groupe priaeipal qui suite 20 5. Dispositif conforme au paragraphe 3 caractérisé ee ca qus deux groupes voisias sont séparés l'un de l'autre par une cellule ayant une largeur différente. 6c Dispositif conforme au paragraphe 5 caractérisé en ce qu'une cellule au moins est retirée d'un groupe constitué 25 par des cellules de largeur moyenne, et qu'elle est placée entre deux groupes possédant des cellules d'une largeur différente. 7. Dispositif cdnf orme au paràgraphe 5 caractérisé en ce que la cellule assurant la séparation possède une largeur 30 (e, f) qui diffèr® sensiblement Ses largeurs (a, b, c, d). des cellules restantes,,