Brevet FR2264224A1 — publié le 19751010

La présente invention a pour objet un procédé qui permet d'améliorer les conditions d'isolement mécaniques d'un système ou d'un appareil, en assurant un amortissement efficace de ses oscillations sous l'effet d'actions extérieures et en particulier vis-à-vis des vibrations. Les solutions les plus courantes mises en oeuvre pour isoler mécaniquement un système quelconque en amortissant ou éliminant les effets des vibrations ou oscillations dus à une action extérieure, consistent à utiliser soit des ressorts associés le cas échéant à un dispositif externe d'amortissement, soit deys matériaux alliant à une certaine élasticité des propriétés d'amortissement du fait de leur résilience ou de leur viscosite. On peut egalement citer certains dispositifs utilisant un piston comprimant dans un cylindre un volume donné d'un gaz compressible. Or, ces solutions ne sont généralement pas satisfaisantes, en ce sens que les fréquences de résonance de l'ensemble élastique formE par le système à isoler d'une part et le ressort d'amortissement d'autre part, sont souvent importantes. Si lton considère en effet un ressort ou un matériau élastique subissant un écrasement d lorsqu'on le soumet à une charge P, notamment égale au poids Mg de ce système, la relation d'équilibre s'écrit: kd = Mg, (I) où k désigne la raideur du matériau ou du ressort. Dans ces conditions, la fréquence de résonance f du système a pour o expression: La combinaison des expressions (1) et (2) donne: avec d exprimé en centimètres. Cette dernière expression montre que la fréquence de résonance ne dépend que de l'écrasement statique d du matériau du ressort, cette fréquence étant d'autant plus élevée que cet écrasement est plus faible. Par ailleurs, si l'appareil ou le système de poids M est soumis à des vibrations verticales provenant du sol par exemple, de fréquence f et d'amplitude xo, l'amortissement réalisé par un montage du genre précédent, introduit pour le système une amplitude de vibrations X qui satisfait à la relation: Cette relation montre dès lors que, plus le rapport xX est faible devant l'unité, plus grande est l'atténuation des o vibrations ou des oscillations mécaniques du système. En pratique, l'amortissement des oscillations du ressort ou du matériau élastique commence lorsque: On en déduit que, plus la fréquence de résonance est faible, plus l'amortissement sera important. Mais cette dernière condition impose alors, selon la relation (4), un écrasement du ressort d important, qui devient rapidement prohibitif.A titre indicatif, si pour une fréquence f0 de 1Hz, la valeur d est égale à 25 cm, pour une fréquence de 0,01 Hz, l'écrasement du ressort pourrait atteindre 2500 m, ce qui est évidemment impraticable. I1 y a lieu enfin de noter qu'un matériau quelconque travaille d'autant plus difficilement en cisaillement qu'il est soumis à une charge importante, ce qui introduit encore un paramètre allant en sens contraire du précédent. Pour obtenir en effet une isolation verticale satisfaisante, il convient ainsi d'augmenter la valeur de l'écrasement d du ressort, donc la charge de celui-ci; or si la charge augmente, le ressort devient plus raide et par conséquent plus sensible à un effort de cisaillement, ce qui dès lors introduit une mauvaise isolation dans le sens horizontal. La présente invention a pour objet un procédé pour isoler mécaniquement un système vis-à-vis des effets des vibrations ou oscillations, qui met en jeu un élément d'amortissement de raideur très faible, d'où selon la formule (2) vue plushaut, de fréquence de résonance également tres faible, et dans lequel notamment, cette raideur est rendue indépendante du poids du système lui-même. Selon l'invention, le procédé considéré consiste à suspendre le système à isoler par l'intermédiaire dlun élément élastique étanche de très faible raideur, délimitant inténeu- rement et extérieurement deux zones à pressions différentes et à exercer sur la surface de l'élément élastique étanche une pression différentielle égale et de sens contraire au poids du système. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé caractérisé en ce que l'élément élastique étanche est constitué par au moins un soufflet annulaire, lié par une extrémité au système à isoler, le dispositif comportant des moyens pour contrôler la pression à l'intérieur et à l'extérieur du soufflet, la différence de ces pressions équilibrant en permanence le poids du système. Avantageusement mais non exclusivement, le soufflet est disposé avec son axe vertical, le système a isoler étant suspendu a l'extrémité inférieure de ce soufflet. Alors que pour des raisons de technologie et d'encombrement évidentes, les systèmes actuels présentent une raideur relativement grande, les éléments élastiques et en particulier les soufflets prévus conformément à la présente invention, tout en restant assimilables à des ressorts travaillant en compression, introduisent au contraire une raideur très faible, la masse du système M ne rentrant plus en jeu dans l'équation d'équilibre. Les soufflets ayant uniquement pour rôle de maintenir I'étanchéité entre deux zones à pressions différentes, leur paroi peut ainsi etre très faible, ce qui leur confère une souplesse excellente et diminue encore la fréquence de résonance de l'ensemble. Les dispositions de 1'inventlon présentent de nombreux avantages. En premier lieu, l'obtention d'une très basse fréquence de résonance donne au dispositif réalisé, notamment pour la suspension du système a isoler, des performances très supérieures à celles obtenues à partir des montages actuellement connus. A titre d'exemple, si l'on compare un système de suspension garantissant dans un cas une fréquence de résonance- de 1 Hz et dans l'autre une fréquence de résonance de 0,1 Hz, le calcul montre, en faisant notamment le rapport des expressions (5) écrites dans l'un et l'autre cas, que l'amplitude des vibrations est cent fois plus atténuée dans le second cas que dans le premier. Le dispositif considéré ne nécessite par ailleurs ni écrasement, ni élongation, et par conséquent aucune contrainte préalable en dehors de celle due à la différence des pressions. De plus, les dimensions des soufflets peuvent toujours rester limitées, ceux-ci pouvant facilement présenter une bonne flexibilité dans tous les sens, ce qui autorise notamment une isolation mécanique efficace selon les trois directions de l'espace. On peut noter également que le dispositif de l'invention permet d'obtenir un nivellement parfait, en jouant facilement sur les pressions de différents soufflets constituant ensemble un montage de suspension mécanique d'un système quelconque. De plus, le dispositif étant étanche, ne nécessite pas d'utilisation permanente d'une pompe. Enfin, l'utilisation éventuelle de fluides visqueux peut encoreaméliorer les performances du dispositif par un meilleur amortissement ou un meilleur filtrage des oscillations. En se référant aux Fig. 1 à 3 ci-jointes, on donne ci-après différents exemples schématiques de mise en oeuvre de la présente invention, illustrant plusieurs systèmes de suspension et d'isolation mécaniques, étant évidemment considéré que ces exemples n'ont aucun caractère limitatif, notamment en ce qui concerne la disposition du ou des soufflets utilisés. Sur la Fig. 1, on a ainsi représenté un montage permettant d'isoler mécaniquement une pompe à vide 1, source en fonctionnement de vibrations importantes, par rapport à une enceinte a vider 2. Conformément à l'invention, la communication entre la pompe 1 et l'enceinte 2 est réalisée par un soufflet 3 annulaire à axe vertical qui supporte directement la pompe, ce soufflet étant solidarité a son extrémité inférieure de la pompe et a son extrémité supérieure de l'enceinte elle-même.Le soufflet 3 sépare deux zones1 respectivement 4 et 5, soumises a des pressions différentes, la différence de ces pressions de l'extérieur par rapport a l'intérieur du soufflet équilibrant le poids de la pompe 1 par rapport a l'enceinte 2. Cette dernière est elle-même solidaire d'un carter support 6 de forme cylindrique, isolé par rapport au sol 7 au moyen d'un dispositif 8 comportant de façon analogue au montage de suspension de la pompe, une couronne 9 sur laquelle repose l'extrémité inférieure du carter 6. Cette couronne 9 est réunie par un soufflet 10 a une collerette 11 d'un bâti d'appui sur le sol. Le soufflet 10 constitue ainsi entre la région interne 5 et la région externe 12 une séparation étanche, la différence des pressions de part et d'autre étant ajustée de telle sorte que soit équilibré le poids du système suspendu, comportant dans ce cas l'enceinte 2 etla pompe à vide 1. Bien entendu et selon le cas, la région intérieure au soufflet de suspension pourrait être mise sous vide ou en dépression par rapport a l'atmosphère extérieure, elle-même soumise a la pression atmosphérique. De même et dans une autre variante illustree sur la Fig. 2, on pourrait prévoir le montage inverse ou la pression interne serait la pression atmosphérique et la pression extérieure au soufflet supérieure à cette dernière. Dans ce cas, l'appareil 20 a isoler mécaniquement est associé à un organe de suspension 21, comportant un soufflet annulaire 22, lui-même rendu solidaire à son extrémité supérieure d'un support 23. A son extrémité opposée, le soufflet 22 est réuni à une couronne 24 sur laquelle repose l'appareil 20 par l'intermédiaire de colonnettes d'appui 25. Enfin, dans la variante illustrée sur la Fig. 3, le soufflet 30 séparant la zone interne 31 de la zone externe 32 est entouré par un récipient 33 contenant un liquide visqueux 34, ce dernier pénétrant entre les spires du soufflet en s'opposant à leurs déplacements et par conséquent en améliorant encore l'amortissement réalisé. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples plus spécialement décrits ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Notamment, on pourrait aisément réaliser des filtres mécaniques en juxtaposant plusieurs soufflets de caractéristiques différentes réunis de proche en proche par des masselottes convenablement réparties. De même,on pourrait prévoir de relier le système a isoler à l'enceinte par exemple, au moyen de plusieurs soufflets dont les axes présentent une certaine inclinaison sur la verticale. REVENDICATIONS 1. Procédé pour isoler mécaniquement un système caractérisé en ce qu'il consiste à suspendre ce système par l'intermédiaire d'un élément élastique étanche de très faible raideur, délimitant intérieurement et extérieurement deux zones a pressions différentes et a exercer sur la surface de l1élément élastique étanche une pression différentielle égale et de sens contraire au poids du système. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique est constitué par au moins un soufflet annulaire lié par une extrémité au système à isoler, le dispositif comportant des moyens pour contrôler la pression a l'intérieur et a l'extérieur du soufflet, la différence de ces pressions équilibrant en permanence le poids du système 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le soufflet est disposé avec son axe vertical, le système à isoler étant suspendu a l'extrémité inférieure de ce soufflet. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone interne du soufflet est en dépression par rapport à la zone externe. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu il comporte plusieurs soufflets de caractéristiques différentes réunis de proche en proche par des masselottes convenablement réparties.