Brevet FR2314555A1 — publié le 19770107

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'amortissement du bruit produit par les jets de gaz en expansion-libre, réalisant un fort amortissement dans la gamme entière des fréquences audibles, ainsi que dans les domaines ultra et infra sonores. On tonnait des procédés pour l'amortissement du bruit produit par les jets de gaz, consistant en l'isolement et l'absorption des ondes sonores à l'aide d'amortisseurs actifs ou en l'isolement et la réflexion des ondes sonores vers la source ou dans une autre direction au moyen d'amortisseurs réactifs. les amortisseurs actifs se pressentent sous la forme dune série de canaux dont la surface intérieure est revetue avec un matériau insonorisant et qui sont construits suivant diverses variantes : à chambre simple, à éléments lamellaires ou cellulaires et avec des chambres et écrans l'amortisseur à chambre simple consiste en un tube conlection- en en tOle d'acier ou autre matériau, auquel le traitement d'inso- norisation est appliqué sur les parois seulement. Pour l'augmentation de la capacité d'absorption sonore dans une plage plus large de fréquences, les canaur à-grande section sont compartimentés en une série des canaux de dimensions réduites, à l'ai- de de plaques insonor-isantesy parallèles à la direction d'écoulement et disposées d'après l'un ou les deux axes de la section du canal (amortisseur lamellaire, amortisseur cellulaire). L'amortiSseur à chambres et écrans est constitué d'une ou plusieurs chambres traitées acoustiquement et séparées à l'aide d'é- crans disposés normalement ou obliquement dans la direction du courant des gaz. L'atténuation du bruit est réalisée par la rétention de l'énergie des ondes sonores par le traitement insonorisant et leur réflexion vers les écrans. Ii'amortisseur réactif est un système acoustique dont la particularité consiste dans la capacité de laisser passer, pratiquement sans atténuation, les sons de certaines fréquences et d'amortir ou de réfléchir vers la source les sons de fréquences différentes. Ce système acoustique comporte plusieurs chambres réunies successive- ment entre elles par des canaux. Chaque chambre, avec son tube, constitue un résonnateur qui réalise l'amortissement dans une certaine gamme de fréquences. De même, on connatt le procédé d'amortissement du bruit par l'augmentation de la-surface de mélange du courant de gaz avec l'air ambiant à l'aide d'amortisseurs à plusieurs sections. Ces amortisseurs réalisent l'amortissement partiel du bruit par l'augmentation de la surface de mélange du courant de gaz avec l'air ambiant, en prévenant en meme temps l'accroissement de la turbulence initiale. Dans ces conditions, on obtient une diminution rapide de la vitesse des gaz le long de l'axe du jet et -implicitement l'amortissement du bruit de basses fréquences. Outre les types d'amortisseurs mentionnés on connaît les amortisseurs adirectionnels, utilisés spécialement pour l'amortissement du bruit engendré par l'échappement des moteurs à piston. La particularité de ces amortisseurs consiste dans la forme en spirale ou à chicanes des canaux pourvus d'orifices ou de groupes d'orifices disposés de certaines façons et parfois accompagnés de coupes défleo Z;fices qui couvrent les orifices. L'amortissement du bruit dans ces dispositifs est obtenu par la fragmentation du courant des gaz et la réflexion des ondes sonores vers la source. te principal inconvénient de ces amortisseurs tient au fait qu'ils amortissent le bruit dans une gamme restreinte de fréquences à savoir les hautes fréquences et une partie des fréquences moyennes, laissant sans amortissement les basses et les très basses fréquences. Pour obtenir une réduction importante du bruit, il faut des amortisseurs de grandes dimensions, ce qui renchérit beaucoup le dispositif qui devient ainsi impropre à un grand nombre d'applications. De même, dans le cas des amortisseurs lamellaires, cellulaires ou à chambres et écrans, le jet de gaz, qui peut souvent avoir une vitesse et une température élevées, dégrade rapidement les éléments intérieurs de l'amortisseur, le mettant hors service après une courte période de fonctionnement. De même, on connatt le procédé d'amortissement du bruit produit par les jets de gaz par diffraction des ondes sonores à travers certains réseaux à volets Coanda et absorption des ondes par le traitement insonorisant appliqué sur l'intrados des volets. tes amortisseurs basés sur ce principe, quoiqu'ils réalisent une forte atténuation du bruit dans une large bande de fréquences, présentent toutefois l'inconvénient d'un grand encombrement et d'une complexité accrue. On connait aussi des dispositifs pour l'amortissement du bruit produit par les jets de gaz qui comportent des ajoutages Coanda axiaux- symétriques de type intérieur ou extérieur. Ces dispositifs sont complexes du point de vue de la technologie et de la construc tion, possèdent un poids et des dimensions élevés, fonctionnent d'une manière stable dans des domaines restreints des paramètres gazon dynamiques et induisent des contre-pressions importantes en amont. te procédé selon l'invention écarte les inconvénients mentionnés ci-dessus. Pour cela, il met en oeuvre simultanément la détente complète et sans choc du gaz qui doit etre évacué dans l'atmosphère, la modification du champ acoustique du jet par la diminution substantielle des sons à basses fréquences, grâce au passage du gaz de la section circulaire à la section annulaire étroite de la fente de l'ajutage, suivi par la diffraction des ondes acoustiques à la sortie de la fente en présence d'un seuil et par la réflexion de ces ondes grâce à un volet vers le traitement insonorisant de la carcasse du dispositif, llamortissement du bruit étant complété par un processus intensif d'éjection de l'air ambiant par le gaz primaire qui, sortant par la fente de l'ajutage, entraine par turbulence l'air qui pénètre par les canaux annulaires de la carcasse et, arrivant aux orifices extérieurs de l'ajutage, se divise en deux flux à l'intérieur et à l'extérieur de cet ajutage. le dispositif pour la mise en oeuvre du procéda mentionné ci-. dessus comporte une carcasse cylindrique pourvue à la partie inférieure de deux couches annulaires concentriques en matériau insonorisant qui forment des canaux annulaires d'admission de l'air et un ajutage monté à l'intérieur de la carcasse, alimenté par l'intermédiaire d'une conduite, l'ajutage étant formé d'un corps extérieur pourvu à sa périphérie inférieure d'orifices en liaison par une série de canaux avec des orifices pratiqués dans un corps intérieur cylindro-conique pourvu à la hauteur de l'extrémité supérieure du corps extérieur d'un seuil qui, avec l'extrémité supérieure du corps extérieur, forme une fente, le seuil étant continué par un volet peu pendiculairement à celui-ci. On donne ci-dessous un exemple d'application de l'invention illustré par les figures 1, 2, 3, 4 et 5 qui représentent respective- ment :fig.1: une coupe longitudinale du dispositif fig.2: une coupe longitudinale de l'ajutage fig. 3: une coupe transversale suivant la-ligne AA de la- fig. 2 fig.4: une vue en perspective de l'ajutage sectionné longitu dinalement et fig.5: un schéma de l'évolution du jet de gaz primaire à la sortie de la fente en présence du seuil et du volet Le dispositif selon l'invention est constitué d'une carcasse cylindriqùe 1 pourvue à l'intérieur, sur toute sa longueur, d'un moyen insonorisant 2~et dans la partie inférieure de supports 3. A l'intérieur de la carcasse i est -monté un ajutage 4, alimenté par l'intermédiaire d'une-conduite 5, pourvue sur une partie de sa longueur d'un moyen insonorisant 2. Dans la partie inférieure de la carcasse 1, les parois sont pourvues d'un moyen insonorisant 2, disposé annulairement, qui divise l'espace intérieur de la carcasse en deux canaux annulaires a et b. A A l'extrémité inférieure de la carcasse 1, qui constitue la prise d'admission de l'air ambiant, est monté un écran 6 d'amortissement du bruit. t'ajutage 4 est constitué d'un corps extérieur 7 (fig.2) pourvu extérieurement, à sa partie supérieure d'une couche en matériau antivibrant 8, des orifices c étant disposés en cercle sous cette couche. A l'intérieur du corps extérieur 7 de l'ajutage est monté un corps intérieur 9 cylindro-conique, pourvu à la partie supérieure d'un diffuseur et à la partie inférieure d'une série d'orifices placés à-la hauteur des orifices c, en nombre correspondant. tes orifices c et d sont réunis par les canaux 10. Be corps intérieur cylindro-coniaue 9 est pourvu à la hauteur de l'extrémité supérieure du corps extérieur 7, d'un seuil e qui, avec l'extrémité supérieure du corps extérieur, forme une fente f, le seuil e étant continué par un volet g perpendiculaire. Les caractéristiques du jet de gaz en expansion incomplète qui sort de la fente f de l'ajutage 4, varient en fonction des parametres gazodynamiques innitiaux du gaz ainsi qu'en fonction des caractéristiques essentielles géométriques de l'ajutage, à savoir de la fente o, du seuil e, du volet 7 et des orifices c, dont les valeurs sont en corrélation par les relations ci-dessous h = 0,5 b - i) k = L(l + Dog Qj) section des = 0,75 Dci2 orifices c ou les symboles ont la signification suivante - h = largeur du seuil du volet - k = longueur du volet b = largeur de la fente B = largeur maxima du jet de gaz en expansion incomplète dans la première cellule d'expansion C L = distance du plan de la fente Jusqu'à la section où la largeur du jet est B -Qj = angle d'ouverture du jet dans la première cellule d'ex- pansion C -Dci= diamètre intérieur du corps intérieur de l'ajutage Le fonctionnement du dispositif est le suivant Le gaz qui doit être évacué dans l'atmsphère est introduit par l'intermédiaire de laconduite 5 dans l'ajutage 4, dont la configuration est réalisée pour pouvoir assurer simultanément la détente complète et sans choc du gaz, gracie au corps inté rieur 9 pourvu du seuil e et du volet g et . la modification du champ acoustique du jet par la réduction substantielle des sons à bassesfréqueneesgrâé au passage du gaz de la section circulaire à la section annulaire étroite de la fente f, suivi par la diffraction des ondes acoustiques à la sortie de la fente en présence du seuil e et par la réflexion de ces ondes par le volet g vers le traitement insonorisant de la carcasse du dispo sitifRou elles sont fortement amorties. A l'intérieur de la carcasse 1 du dispositif,- en même temps que les phénomènes mentionnés se produit un processus intensif d'éjection contrôlée de l'air ambiant par le gaz primaire qui, sortant par la fente f, entraine par des tensions turbulentes ltair Qui pénètre dans l'amortisseur par la section d'entrée de la carcasse 1, passe par les canaux annulaires a et b, formés par le moyen insonorisant 2 et, arrivant à la hauteur des -orifices c de l'ajutage 4, se divise en deux flux. L'un des flux passe par les orifices c et d et arrive par la section centrale du corps intérieur 9 dans la partie en aval de l'ajutage 4 ou il se mélange avec le gaz primaire, tandis que l'autre flux avance parallèllement à l'axe du corps extérieur 7 de l'ajutage 4 jusqu'à la hauteur de la fente f et se mélange avec le gaz primaire le long de la frontière extérieure du jet annulaire. le mélange formé du gaz primaire et de ltair ambiant évolue ensuite vers la section de sortie de la carcasse 1, par ou il sort dans l'atmosphère sous la forme d'un jet dont les paramètres gazodynamiques lui assurent un complet amortissement du bruit. te procédé et le dispositif selon l'invention présentent les avantages suivants - on assure la réalisation d'un fort amortissement du bruit produit par le jet en expansion incomplète dans la gamme entière des fréquences audibles, ainsi que dans les domaines ultra et infra sonores; - on assure l'évacuation silencieuse dans l'atmosphère d'un débit donné de gaz, dans une large gamme de pressions et de températures initiales sans engendrer de contre-pression sur la conduite en amont; - on permet la réalisation d'une large gamme d'amortisseurs de jet pour des pressions et températures élevées, à durée de fonctionnement pratiquement illimitée et à prix de vente très inférieur à celui des amortisseurs connus, REVENDICAEIONS 1. Procédé pour l'amortissement du bruit produit par les jets de gaz, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre simultanément à la détente complète et sans choc du gaz qui doit être évacué dans l'at mosphere, la modification du champ acoustique du jet par la réduc- -tion substantielle des sons à basse fréquence grâce au passage du jet de la section circulaire à la section annulaire étroite de la fente de l'ajutage, suivi de la diffraction des ondes acoustiques à la sortie de la fente en présence d'un seuil et de la réflexion de ces ondes à l'aide d'un volet vers le traitement insonorisant de la carcasse du dispositif, l'amortissement du bruit étant complété par un processus intensif d'éjection de l'air ambiant par le gaz primaire qui, sortant par la fente de l'ajutage, entratne par turbulence l'air qui pénètre par les canaux annulaires de la carcasse et, arrivotaux orifices extérieurs de l'ajutage, se divise en deux flux à l'intérieur et à lsextérieur de cet ajutage. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte un ajutage (4) constitué d'un corps extérieur -(7) pourvu dans la partie inférieure d'orifices (c) en laison par une série de canaux (10) avec d'autres o orifices (d) pratiqués dans un corps intérieur cylindro-conique (9) pourvu, à la hauteur de l'extrémité supérieure du corps intérieur (7), d'un seuil (e) qui forme avec l'extrémité extérieure du corps externe (7) une fente (f), le seuil (e) étant continué par un volet (g) perpendiculairement 3.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur du seuil (e) du volet (g) est égale à la demi-largeur (b) de la fente (f) multipliée par la différence entre la largeur maxima (B) du jet de gaz en expansion incomplète dans la première cellule d'expansion C rapportée à largeur (b) de la fente (f) et l'unité. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur (k) du volet(g) est égale au produit de la distance (L) du plan de la fente (f) jusqu'à la section maxima (B) du jet en expansion incomplète et de la somme entre l'unité et la valeur du lo garithme népérien de l'angle d'ouverture du jet dans la première cellule d'expansion (C). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section des orifices (c) du corps extérieur (7) est égale aux trois quarts du carré de la valeur du diamètre intérieur (Dci) du corps intérieur (9) de l'ajutage (4). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une couche antivibrante (8), qui résiste à des températures élevées et qui est appliquée à ltextérieur du corps de l'ajutage (4).