Brevet FR2146363A1 — publié le 19730302

La présente invention se rapporte d'une manière générale à la diminution du bruit dans des turbines à gaz et en particulier à un silencieux de faible encombrement à méandres pour un dispositif d'échappement de turbines à gaz. L'attention du public et du gouvernement à propos de la pollution de l'environnement s'est surtout concentrée sur la qualité inacceptable de l'air et de l'eau. L'industrie, en tant que membre responsable de la communauté, s'efforce de rendre propre des techniques reconnues et fait des efforts importants pour inventer de nouvelles techniques qui n'affecteront pas la qualité de l'environnement. On a aussi récemment dénoncé le bruit comme une nuisance publique. La présente invention se rapporte à la limitation du bruit émanant des dispositifs d'échappement de turbines à gaz. Les sons sont dûs à des ébranlements de l'air. Tout mouvement de l'air (par exemple dû à des aubes, des compresseurs ou des installations en rotation), crée des sons. Des sons indésirables et d'intensité excessive définissent le bruit. Pour diminuer l'intensité du bruit on place dans le trajet du courant d'échappement de machines à turbines à gaz des dispositifs qui l'absorbent. Toutefois, ce procédé de réduction du bruit a habituellement pour résultat une diminution de l'échappement des gaz. Lorsqu'on réduit le trajet d'écoulement d'échappement des gaz, il apparaît des contrepressions néfastes, ce qui nécessite un travail plus important de la turbomachine afin de maintenir la même puissance de sortie. Ceci, bien sûr, signifie que le rendement diminue.Les conditions nécessaires à la conception de silencieux indiquent aussi qu'il doit exister un trajet d'écoulement maximal insonore pour lequel la perte de pression soit minimale. En outre, on doit limiter la taille du silencieux pour satisfaire à certaines considérations d'espace imposées par ltenvironnement. Par conséquent, l'invention a pour but de fournir un silencieux pour dispositif d'échappement de turbines à gaz qui permette une atténuation maximale du bruit avec des pertes de charge minimalss. L'invention a pour but de fournir un silencieux pour le dispositif d'échappement de turbines à gaz qui peut comporter des éléments fabriqués séparément en vue d'un transport et et d'un montage sur place plus facile. L'invention a aussi pour but de fournir un silencieux pour le dispositif d'échappement de turbines à gaz de dimensions totales minimales. L'invention a encore pour but de fournir un silencieux pour le dispositif d'échappement de turbines à gaz qui soit à la fois isolé thermiquement et insonorisé. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non lim itatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective isométrique partiellement en coupe et éclatée du silencieux pour le dispositif d'échappement de turbines à gaz suivant l'invention, la figure 2 est une représentation schématique du trajet suivi par les gaz d'échappement dans le silencieux, la figure 3 est une vue de face en coupe d'une partie de la garniture d'insonorisation, la figure 4 est une vue de dessus d'une partie de la garniture d'insonorisation, la figure 5 est une vue de face en coupe illustrant une méthode de montage de la garniture d'insonorisation dans le silencieux. Suivant l'invention, on place un silencieux à méandres à l'extremité du dispositif d'échappement d'une turbine à gaz. Le silencieux est entièrement insonorisé et isolé thermiquement. Les gaz d'échappement chauds provenant de la turbine à gaz entrent dans le silencieux par un passage et sontdirigés vers le haut dans une première courbe. Cette courbe renverse la direction du courant de gaz de 1800 environ. La courbe comporte une partie avant ou nez et un diviseur d'écoulement. Puis les gaz sont dirigés par un second passage dans une seconde courbe où de nouveau le courant de gaz est orienté dans la direction inverse. Ensuite, les gaz d'échappement chauds sont lachés dans l'atmosphère par ln passage de diffusion. En référence à la figure 1 et au diagramme de la figure 2, le silencieux représenté d'une manière générale en li a une structure analogue à une boîte et comporte une entrée d'échappement S et une sortie d'échappement T. La construction du silencieux est telle que plusieurs profilés 15 supportent des éléments structuraux 17 et des entretoises 19 pour former la carcasse extérieure du silencieux. l'intérieur du silencieux est insonorisé et isolé thermiquement au moyen des panneaux 21. Ces panneaux forment les parois du silencieux et sont supportés par les éléments structuraux et les entretoises. En outre, ces panneaux forment le trajet d'écoulement intérieur du silencieux. La figure i illustre l'aspect modulaire du dispositif qui se compose de trois éléments. Si l'on souhaite utiliser cette caractéristique, on transporte chaque élément séparé sur l'emplacement choisi avec l'isolement thermique et acoustique fabriqué en usine. Après quoi, on boulonne simplement les éléments ensemble par leurs éléments structuraux respectifs. On suit plus facilement le trajet d'écoulement des gaz d'échappement chauds sur la figure 2. Les gaz d'échappement chauds traversent la partie d'entrée des gaz d'échappement S qui comporte une partie supérieure arrondie 31. Cette partie supérivure arrondie diminue les pertes de charge à l'entrée de l'échappement et en outre1 communique un mouvement tournant ascendant au courant de gaz. Les gaz s'écoulent vers le haut au travers du passage A qui relie l'entrée de l'échappement à une première courbe B. Cette première courbe B se compose d'une partie avant ou nez 33 et d'une cloison de division de courant 35. Cette courbe B renverse le courant de gaz de 1800 environ. Le nez 33 réduit efficacement les pertes de charge dans la courbe car la distribution de l'énergie se trouve renversée vers le nez du fait du mouvement tournant ascendant que les gaz chauds entrants subissent lorsqu'ils pénètrent dans l'entrée de l'échappement. Le nez, bien sûr, est insonorisé et thermiquement isolé et est très important du point de vue acoustique, car il force les ondes sonores à suivre un long trajet dans les canaux de la courbe plutot qu'â suivre un trajet beaucoup plus court qui comporterait un nombre considérablement plus faible de réflexions sur les parois absorbant le bruit, comme ce serait le cas avec une cloison tronquée. La cloison de division de courant 35 est efficace du point de vue acoustique car elle apporte sur chacune de ses faces des surfaces d'absorption de l'énergie sonore supplémentaires et oblige les ondes sonores qui suivent la courbe à pénétrer dans ces surfaces une ou plusieurs fois, ce qui a pour résultat une grande absorption du son pour un volume comparati vement faible. En d'autres termes, les dimensions totales du silencieux ne sont pas augmentées de façon importante tandis qu'on obtient une atténuation maximale du bruit. La courbe a pour autre caractéristique acoustique d'éliminer la ligne directe de propagation de l'énergie sonore. Plus simplement, le son se propage en ligne droite, et la courbe atténue le bruit en obligeant le son à suivre un chemin sinueux. Un autre passage C relie la courbe B à une seconde courbe D. Les parois latérales du passage sont inclinées par rapport à la verticale de manière à conserver les dimensions verticales et horizontales totales du silencieux. Ce passage est aussi constituée par des panneaux insonorisés et par conséquent réduit encore le bruit. La courbe D peut ne comporter qu'un nez 37 bien qu' on puisse prévoir d'y placer une cloison de division de courant pour une atténuation supplémentaire du bruit. La courbe D renverse de nouveau le sens d'écoulement du courant des gaz d'échappement chauds de 1800. Des passages E et F dirigent le courant de gaz vers l'atmosphère, le dernier passage comportant une paroi divergente afin de réduire les pertes de charge à la sortie de l'échappement. La partie en pointillé 41 de la figure 1 représente un clapet d'échappement libre qu'on peut utiliser lors de fonctionnements en récupération de chaleur en prévoyant un conduit parcouru dans les deux sens pour un générateur de vapeur utilisant la chaleur gaspillée tout en utilisant les passages E et F comme une dérivation. Dans ce cas, la seconde courbe ne dévie pas complètement le courant de 1800 mais plutôt de 90" environ. L'isolation doit à la fois absorber les sons et résister à la chaleur. On a représenté en détail la construction de la garniture d'insonorisation sur les figures 3 et 4. Toutes les surfaces intérieures du silencieux sont constituées par des panneaux d'insonorisation, aussi bien les contours du trajet d'écoulement que les parois structurales Les panneaux d'insonorisation, dont on a représenté une section droite d'une manière générale en 21 comprennent une couche d'acier au carbone 51. Cette couche peut avoir une épaisseur de l'ordre de 6 mm et constitue la partie extérieure des panneaux d'insonorisation. Sur cette couche d'acier au carbone on place une première couche isolante 53 en matériau fibreux relativement bon marché. Cette couche peut avoir une épaisseur de l'ordre de 7,5 cm et peut être constituée par une laine minérale ou de la fibre de verre. Au-dessus de cette première couche isolante on place une seconde couche isolante 55 constituée par un isolant pour très hautes températures, tel qu'un feutre de céramique à longues fibres. Cette couche peut avoir une épaisseur de 6 mm. environ. Outre l'isolation thermique et acoustique, cette couche isolante résiste aux températures élevées des gaz d' échappement tout en présentant de bonnes caractéristiques de revêtement aux températures élevées et en empêchant une perte d'isolation coûteuse due aux grandes vitesses et aux vibrations. Enfin, on place sur cette- seconde couche isolante une feuille perforée en acier inoxydable 57. Cette feuille a 0,75 min d'épaisseur environ et les trous 59 ont un diamètre de l,l mm environ. Les trous représentent 2oe/0 de la surface de la feuille. Ce pourcentage d'ouverture est suffisant pour rendre la feuille perforée perméable au bruit, et par conséquent, pour permettre au bruit de pénétrer dans l'isolant et d'y être absorbé. Ces trous, toutefois, sont suffisamment petits pour empêcher des pertes d'isolant. En outre, la finesse de la feuille permet un gauchissement localisé qui compense les différences thermiques entre l'intérieur et I'extérieur. On assure l'intégrité structurale des panneaux au moyen de séparateurs cylindriques 61 entourant des goujons 63 fixés dans la couche d'acier au carbone, qui permettent aux panneaux de conserver leur épaisseur lorsqu'ils sont soumis à des compressions, et au moyen de sections en U 65 qui empêchent une séparation en deux des panneaux et de pinces à ressort qui bloquent les sections sur les goujons. On peut placer des goujons tous les 45 cm. On a représenté sur la figure 5 une caractéristique de construction suivant l'invention pour une partie de la courbe B. Néanmoins, on peut utiliser le cas échéant ce procédé de construction pour l'ensemble. On fixe sur les parois du silencieux des traverses 71 de manière à former un chemin dans lequel on monte en le faisant glisser un panneau d'insonorisation. Une telle construction permet une dilatation thermique du panneau d'insonorisation, tout en fournissant un système de montage str et simple. Comme on le voit sur la figure 5 la cloison de division de courant comporte deux minces feuilles métalliques perforées 57. La cloison présente aussi deux surfaces absorbantes pour le bruit comme on l'a mentionné précédemment. D'après la présente description, on comprend aisément pourquoi on a appelé ce dispositif un silencieux à méandres. Pour une construction de dimensions totales limitées, on a fourni une surface d'absorption du bruit maximale tout en n'augmentant pas les pertes de charge. Le trajet d'écoulement des gaz chauds est dévié deux fois de 1800 si bien qu'on supprime la ligne de propagation directe du son. Bien qu'on ait décrit l'invention en relation avec le dispositif d'échappement d'une turbine à gaz, on peut aussi l'utiliser pour éliminer les bruits à l'entrée de l'air dans un moteur à turbine à gaz. Revendications 1.- Silencieux pour une turbine à gaz ayant une structure extérieure analogue à une boîte et comprenant intérieurement une isolation thermique et acoustique caractérisé en ce qu'il comprend une entrée pour les gaz d'échappement de la turbine, une première courbe pour renverser la direction d'écoulement desdits gaz d'échappement, une seconde courbe pour changer à nouveau la direction d'écoulement desdits gaz d'échappement, un moyen de division de courant insonorisé associé à ladite première courbe, une sortie pour évacuer lesdits gaz d'échappement, des moyens pour diriger ledit courant de gaz de ladite entrée au travers desdites première et seconde courbe jusqu'à ladite sortie. 2.- Silencieux suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'entrée comporte une partie supérieure incurvée qui diminue la chute de pression dans ladite entrée. 3.- Silencieux suivant la revendication i ou 2 caractérisé en ce que le moyen de division de courant insonorisé est une cloison incurvée placée de manière à diviser le courant desdits gaz d'échappement dans ladite première courbe. 4.- Silencieux suivant la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce que les moyens pour diriger ledit courant de gaz sont formés de panneaux d'insonorisation fixés de manière à fournir plusieurs trajets d'écoulement a l'intérieur de ladite structure. 5.- Silencieux suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites première et seconde courbes comportent des nez formés par des panneaux d' insonorisation. 6.- Silencieux suivant la revendication i ou 5 caractérisé en ce que ladite sortie comporte une paroi divergente afin de diminuer les pertes de charge dans la sortie. 7.- Silencieux suivant la revendication i caractérisé en ce qu'on y a prévu un clapet d'échappement libre en vue de fonctionnement avec récupération de la chaleur gaspillée. 8.- Silencieux suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'on prévoit plusieurs traverses de façon a former un chemin dans lequel on puisse monter par glissement lesdits panneaux d'insonorisation.