Brevet FR2319072A1 — publié le 19770218

L'invention est relative à l'atténuation des bruits d'écoulement dans les fluides, notamment des bruits engendrés par les soupapes de réglage, de détente ou de décharge, ou par tout élé- ment aérodynamique disposé dans ltécoulement d'un fluide, et se propageant dans les canalisations ou à l'air libre On sait que les bruits d'écoulement, dus à la mise en vitesse d'un fluide ou à l'augmentation de la turbulence d'un fluide, sont très gênants, tant pour le personnel d'exploitation que pour le voisinage, car leur puissance acoustique est généralement très élevée et ils se propagent sans grande atténuation dans les canalisations et à l'air libre et sont donc rayonnés sur de grandes distances. On prévoit donc des dispositifs empêchant la propagation et/ou réalisant l'atténuation des bruits d'écoulement et de décharge. Suivant la technique actuelle, on essaie de réduire ces bruits par l'une des dispositions suivantes - on prévoit des organes (soupapes) de réglage, de détente ou de décharge silencieux, - on essaie d'avoir des vitesses d'écoulement faibles, - on donne des profils aérodynamiques aux canalisations pour réduire le bruit à sa source, - on dispose des revêtements acoustiques pour enfermer le bruit et éviter son rayonnement vers l'extérieur, - on prévoit des amortisseurs comportant des éléments à trous, notamment des tôles perforées, - on dispose dans les endroits appropriés des produits frittés, alvéolés, perforés (tôle perforée par exemple) ou poreux, - on monte des dispositifs silencieux comportant des produits absorbant le bruit pour amortir et absorber le bruit immédiatement après sa création. Toutes ces dispositions connues présentent des inconvénients, notamment en exigeant soit des dispositifs encombrants et onéreux (c'est le cas par exemple des silencieux actuels), soit des structures peu efficaces (c'est le cas par exemple des soupapes de réglage silencieuses qui n'ont plus les caractéristiques mécaniques voulues), soit un matériel inadapté à l'écoulement du fluide qui pose le problème des ondes de choc à l'aval des silencieux et/ou d'un bruit régénéré trop élevé. En ce qui concerne le cas particulier des tôles perforées, l'inventeur a constaté que leur efficacité globale est très faible du fait du bruit très important qui est engendré par l'écrous lement du fluide à grande vitesse à travers les trous de la tôle perforée. L'invention consiste à adjoindre à une telle tôle perforée, immédiatement en aval de celle-ci, une matière alvéolaire qui, d'une part, amortit l'onde de choc stabilisée à l'aval des trous de la tôle en cas de fortes pertes de charge, et, d'autre part, réduit la vitesse d'écoulement en cas de faibles pertes de charge, ce qui aboutit au résultat global d'une atténuation des bruits engendrés par l'écoulement à travers les trous de la tôle. L'invention a donc pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un dispositif pour atténuer les bruits d'écoulement dans les fluides, caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison, au moins une tôle perforée et au moins une plaque de matière alvéolaire disposée contre ladite tôle (en aval dans le sens de l'écoulement). Dans ce dispositif, l'atténuation du bruit amont est obtenue par la mise en vitesse du fluide au niveau des trous ou perforations de la tôle perforée, tandis que le bruit engendré par cette mise en vitesse est atténué par la matière alvéolaire - l'onde de choc est toujours stabilisée immédiatement à l'aval de la tôle et s'amortit dans la matière alvéolaire; - le bruit créé dans la tôle est absorbé par la matière alvéolaire; - l'écoulement est tranquillisé à la sortie de la matière alvéolaire. De préférence la matière alvéolaire est une mousse métallique, notamment une mousse en alliage nickel-chrome, une mousse en nickel, une mousse en alliage fer-chrome, une mousse en cuivre, qui présente les avantages d'une faible densité, d'une grande rigidité et d'une grande résistance mécanique, d'une bonne tenue en température et d'une bonne résistance à la corrosion. L'invention pourra, de toute façon, étre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente, en coupe, un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'atténuation des bruits d'écoulement, doté des perfectionnements selon l'invention, disposé dans une canalisation d'écoulement du fluide. Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un dispositif d'atténuation des bruits d'écoulement, on sty prend comme suit ou d'une manière analogue Soit un flux gazeux s'écoulant dans une canalisation 1, dans le sens de la flèche F et véhiculant un bruit engendré par une source S en amont. Pour atténuer ce bruit, on dispose, selon l'invention, entre les deux portions la et lb de la canalisation 1, un ensemble constitué par un raccord 2 soudé par des cordons 3a et 3b aux extrémités des portions de canalisation la et lb.Ce raccord 2 comporte une bride 3 sur laquelle sont fixées, d'une part, une tôle perforée 4 avec des perforations ou orifices 5, et, d'autre part, deux plaques (éventuellement une ou plusieurs plaques) 6 en une matière alvéolaire. Des boulons 7 et des écrous 8 servent à maintenir la bride 3 dans le joint 2. On prévoit des joints 9 assurant l'étanchéité. Le dispositif selon l'invention est essentiellement constitué par la tôle perforée 4 et les plaques 6 en matière alvéolai re. En ce qui concerne la tôle perforée 4, celle-ci est réalisée généralement en acier et elle comporte des trous ou perforations ayant des dimensions comprises entre 1 mm et 6 mm; sa porosité (section des trous/section de la plaque) peut être comprise entre 3 3 % et 30 %; enfin l'épaisseur de la tôle 4 est comprise entre 1 mm et 10 mm.A titre d'exemple, la tôle 4 peut avoir une épaisseur de 2 mm et une porosité de 5 %, les trous ayant des dimensions de 2 mm Quant aux plaques 6, elles sont constituées avantageusement en une mousse métallique "Retimet" de la société Dunlop-Coventry, avec une structure extrémement ouverte (5 % de matière et 95 % d'air), en un alliage nickel-chrome, en nickel, en un alliage fer-chrome ou en cuivre; les grains peuvent etre plus ou moins grossiers mais seraient de préférence assez fins (grade 40,60 ou 80). On rappelle que le grade exprime le nombre d'alvéoles par unité de volume. Une telle mousse a une faible densité, de l'ordre de 600 kg/ 3 m , une grande rigidité et une résistance mécanique élevée (elle est autoportante), ainsi qu'une tenue remarquable aux températures élevées et à l'abrasion; en outre une telle mousse est d'usinage facile et elle peut être comprimée si on le désire. Enfin une mousse métallique de ce type est très perméable aux gaz et la perte de charge est faible (de l'ordre de quelques millibars) pour une mousse non comprimée. Dans le cas de l'invention on peut utiliser une mousse comprimée ou non comprimée. L'épaisseur de la mousse mise en oeuvre est comprise entre 10 mm et 50 mm; elle peut entre par exemple de 10 mm A titre d'exemple, avec la tôle précitée épaisse de 2 mm et ayant une porosité de 5 % et une épaisseur de mousse "Retimet" non comprimée, en alliage nickel-chrome, de 10 mm grade 60, on a obtenu une atténuation de 25 dB pour un rapport pression amont/ pression aval de 3. L'atténuation apportée par le dispositif selon l'invention augmente quand la porosité de la tôle diminue, d'une part, et quand le rapport pression amont/pression aval augmente, d'autre part. D'autres paramètres influent également sur l'atténuation globale, mais à un degré moindre, car ils agissent essentiellement sur le bruit engendré par l'écoulement du fluide dans les trous 5 de la tôle perforée 4; ainsi l'atténuation augmente quand le diamètre des trous 5 diminue et quand l'épaisseur totale des plaques de mousse 6 augmente, En cas de faibles pertes de charge (c'est le cas d'un écoulement subsonique) dans la tôle perforée 4, le dispositif est encore efficace car l'atténuation du bruit est essentiellement réalisée dans la mousse métallique : elle est pratiquement proportionnelle à l'épaisseur des plaques 6.On a alors avantage à comprimer légèrement la mousse dans la mesure de la perte de charge disponible, D'autre part le dispositif selon l'invention peut agir par contre-réaction sur la source de bruit S et réduire son émission, car l'interposition du dispositif selon l'invention nécessite une augmentation de pression à l'amont du dispositif, donc à l'aval de la source, ce qui réduit l'émission sonore dans le cas de soupapes de réglage, de décharge ou de détente. Les principaux avantages d'un dispositif selon l'invention sont les suivants - il permet une atténuation notable sous un faible encombrement; il fonctionne aussi bien à fortes pertes de charge qu'à faibles pertes de charge; - il est économique; - il présente une bonne tenue mécanique. On notera cependant qu'en cas d'utilisation avec des fluides très chargés en particules il présente l'inconvénient de colmatage et d'abrasion. C test pourquoi, dans le mode de réalisation illustré, on a eu recours à un montage du dispositif, constitué par la tôle perforée 4 et les plaques 6, dans une bride 3 facile à enlever en dévissant les écrous 8. On peut alors nettoyer ou éventuellement remplacer la mousse métallique avant de remonter la bride 3. Le dispositif trouve différentes applications, notamment - comme silencieux industriel de décharge à l'atmosphère, - comme plaque de détente silencieuse, - comme plaque silencieuse à l'aval des soupapes de décharge, de détente ou de réglage, - pour atténuer les bruits de canalisations, avec ou sans perte de charge admissible, - pour améliorer 11 efficacité des silencieux industriels. Le dimensionnement de la tôle 4 et des plaques 6 du dispositif se fait après détermination de la perte de charge maximale admissible dans la tôle perforée 4. Soit cr la porosité en % S' étant la sec tion de passage des trous ou perforations et S la section totale o de la canalisation) et e l'épaisseur de la tôle perforée (le diamètre des perforations circulaires étant de l'ordre de 4 mm). A partir de la perte de charge maximale admissible, les calculs aérodynamiques habituels indiquent si le fonctionnement est sonique ou subsonique; on peut alors calculer la valeur de la vitesse du fluide au passage des perforations, ce qui, pour passer le débit, détermine la porosité et l'épaisseur de la tolet On calcule alors l'atténuation obtenue en air avec une plaque de mousse épaisse de 10 mm par exemple non comprimée par la formule en appednl 8 N = atténuation a =porosité de la tôle en % P1 = pression amont P2 = pression aval Pour un fluide autre que l'air ou à des conditions amont tôle de pression et température différentes, la correction à apporter au calcul de l'atténuation est t = 10 log 1P3 + 340 en appelant p = masse volumique c = vitesse du son Si l'atténuation calculée n'est pas assez importante (en tenant bien entendu compte de la diminution du bruit à la source par contre-réaction), on accolera à la première plaque de mousse épaisse de 10 mm une ou plusieurs autres plaques de mousse apportant une atténuation moyenne de 0,5 à 1 dB par mm supplémentaire de mousse. Par rapport aux dispositifs de la technique antérieure décrits dans le préambule, on obtient des résultats nettement améliorés du point de vue acoustique et du point de vue économique. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes-d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. En particulier à la place de la mousse métallique on peut utiliser, comme matière alvéolaire, toute mousse très poreuse REVENDICATIONS 1. Dispositif pour atténuer les bruits d'écoulement dans les fluides, caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison, au moins une tôle perforée et au moins une plaque de matière alvéolaire disposée contre ladite tôle Cen aval dans le sens de l'écoulement). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière alvéolaire est une mousse métallique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mousse est en un alliage nickel-chrome 40 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mousse est en nickel. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mousse est en un alliage fer-chrome. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé parole fait que la mousse est en cuivre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la ttle a une porosité comprise entre 3 et 30 % et une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la mousse métallique contient environ 5 % de matière. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la mousse n'est pas comprimée. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la mousse est comprimée, 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la plaque de matière alvéolaire est comprise entre 10 et 50 mm environ. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble de ladite tôle perforée et de cafte plaque est porté par une bride.