Brevet FR2378176A1 — publié le 19780818

On a toujours essayé d'atténuer le bruit émis par ltéchappement des moteurs thermiques. Les difficultés pour résoudre le problème ont été notablement accrues avec la promotion des moteurs à turbines. En effet, dans ce type de moteurs le débit des gaz éjectés est considérable, avec une vitesse et une température treks élevées, ces facteurs étant la cause d'un bruit qui dépasse couramment une puissance acoustique de 130 décibels, référence io-12 watts. Les efforts pour atténuer ce bruit d'échappement ont généralement porté soit sur des dispositifs résonateurs, soit sur des dispositifs absorbants, soit encore sur une combinaison de ces deux dispositifs. Quel que soit le procédé employé, on arrive à des éléments encombrants, croûteux, souvent fragiles et qui provoquent dans l'éjection des gaz des pertes de charges importantes pénalisant les performances de la machine. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en présentant une disposition simple, fiable, facile a' réaliser et ne donnant que des pertes de charges insignifiantes. Le silencieux d'échappement selon l'invention est constitué par un conduit dont les sections sont de préférence circulaires, de façon à en simplifier la réalisation et à en diminuer les vibrations mécaniques. Ce conduit comporte un bulbe profilé coaxial. Les parois du conduit et du bulbe sont équipées de dispositifs absorbants et résonnants. Ces dispositions sont connues en elles-mêmes : le brevet nO 2 916 101 pris aux Etats-Unis décrit une disposition de baffles garnis de matériaux absorbant les sons. La demanderesse a obtenu le brevet français nO 1 557 106 décrivant une disposition semblable. Mais ces baffles, dont la forme est sensiblement rectangulaire, avec une section profilée,nesintègrent que dans des conduits de section carrée ou rectangulaire, plus fragiles et plus cob- teux à réaliser que des conduits de section circulaire. Selon l'invention on dispose un obstacle prenant la forme d'un bulbe profilé, de section circulaire, disposé sensiblement coaxialement au conduit. Cette disposition a bien été décrite dans le brevet français n I 283 147, mais dans le but d'obtenir une "constriction de la canalisation". Cette diminution de la section provoque évidemment une perte de charge dans le conduit d'échap- pement. Tout au contraire, dans la présente invention le bulbe disposé dans le conduit dont les sections sont de préférence circulaires, n'amène aucune perte de charge, la section du passage des gaz de forme annulaire ainsi réalisée ayant au moins la même valeur que celle de la section de la tuyère d'éjection du moteur. A cette fin et selon l'invention le tronçon de tuyauterie reliant la tuyère d'éjection au tronçon contenant le bulbe est un diffuseur à section croissante. D'autre part, dans le brevet français nO 1 283 147 le corps coaxial au conduit n'est composé que par une tôle extérieure perforée et un garnissage intérieur en matériau absorbant. Ce corps est donc perméable aux gaz de circulation, d'où des risques de détérioration dus aux courants pouvant traverser l'ensemble dudit corps en surchauffant le matériau absorbant et en l'entrainant peu à peu. Au contraire, selon la présente invention le bulbe coaxial au conduit est constitué par une tôle pleine, formant un réservoir étanche, cylindrique, qui assure la rigidité de ltensem- ble. Cette piece cylindrique est entourée par un matériau absorbant les sons, lui-même entouré par une protection et par une tôle extérieure perforée Pour des moteurs Diésel ou des turbines à gaz de grande puissance l'ensemble du silencieux prend des proportions importantes, de telle sorte que la structure du conduit et celle du bulbe doivent comporter des éléments de renfort. Selon l'invention, ces structures sont établies en suivant sensiblement une technique classique par ailleurs, les pièces en forme de coque étant raidies par des lisses et des couples soudés ou rivés. Ces éléments de renfort forment autant de barrières contre tous courants intérieurs de gaz chauds et constituent un compartimentage pour le matériau absorbant, qui est alors réalisé sous forme d'éléments séparés de produits fibreux résistant aux hautes températures. Chaque élément est protégé par un ou plusieurs revêtements perméables, mais à mailles serrées, qui évitent toute dispersion des produits fibreux. La tôle perforée, recouvrant les éléments de matériau absorbant et fixée sur le conduit et sur le bulbe coaxial, est en contact direct avec les gaz d'échappement, tandis que les éléments de structure ne le sont pas. I1 existe donc une différence de température assez importante entre la tôle perforée et les éléments de structure. Les dilatations des diverses pièces devant pouvoir s' opé- rer sans contraintes et sans déformations, l'invention a prévu un montage coulissant de la tôle perforée, cette dernière étant divisée en petits éléments dont les lignes de jonction suivent le tracé des lisses et des couples du conduit et du bulbe. Comme le conduit, le bulbe comprend des dispositifs résonateurs. A cette fin les tales perforées constituant respectivement l'intérieur du conduit et l'extérieur du bulbe comportent des ouvertures, avec cols, débouchant sur des cavités de résonance. A l'aval du tronçon contenant le bulbe profilé, le conduit peut se terminer avantageusement par un second diffuseur divergent, permettant, suivant une technique connue, de diminuer la vitesse des gaz qui débouchent à l'air libre. L'invention est caractérisée par les points suivants 10 Combinaison d'un premier élément de tuyauterie à section croissante avec un second élément contenant un bulbe coaxial à ce second élément, la section annulaire ainsi réalisée étant au moins égale à celle de l'entrée du premier éléments 20 Le bulbe coaxial comporte un corps intérieur étanche, sensiblement cylindrique, assurant la rigidité de l'ensemble ; 30 Le bulbe, comme la tuyauterie, comporte un rev8te- ment qui combine des dispositifs absorbants avec des dispositifs résonnants. 40 Les dispositifs absorbants, constitués par des matériaux fibreux, sont morcelés suivant le compartimentage réalisé par la structure du conduit et celle du bulbe, chaque élément étant protégé par un ou plusieurs rev8tements perméables à mailles serrées. 50 La tôle perforée du conduit et du bulbe coaxial est montée par éléments séparés coulissant dans des lignes de jonction qui suivent le tracé des lisses et des couples du conduit et du bulbe. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, détaille les différentes particularités de l'invention et l'art de les réaliser. La figure T est une vue schématique et en coupe longitudinale de l'ensemble du conduit insonorisé. La figure 2 est une coupe schématique, transversale, suivant le plan Il - II de la figure t. La figure 3 est une coupe schématique, transversale, suivant le plan III - III de la figure l. La figure 4 est le détail à grande échelle cerclé IV sur la figure 3. La figure 5 est le détail à plus grande échelle cerclé V sur la figure 1. La figure illustre, en schéma et en coupe longitudinale, les dispositions générales du conduit insonorisé, parcouru par les gaz dans le sens de la flèche F. Le conduit comprend trois parties principales. De l'amont vers l'aval on trouve successivement Le diffuseur X, relié par exemple à la tuyère d'une turbine à gaz par une bride 2 ; - le conduit principal 3, comportant un bulbe profilé 4 - le diffuseur de sortie des gaz 5. Le diffuseur 1 a avantageusement la forme d'un cane de révolution 6, sa section croissant de sa bride d'entrée 2 à sa bride de liaison 7 avec le conduit principal 3. Ce diffuseur est insonorisé par un matériau absorbant les sons 8, tenu en place au moyen d'une tale perforée 9 reliée au cône en tale pleine 6 au moyen de lisses (non figurées sur le dessin) et de couples tels que 10 - 10a - lOb. Le conduit principal 3 et le diffuseur de sortie 5 sont constitués par des éléments semblables à ceux du diffuseur 1. Le bulbe 4 comporte essentiellement un tube central il portant une tôle périphérique perforée T2 par l'intermédiaire de lisses (non figurées sur le dessin) et de couples tels que 13-l3a- 13b. Un matériau absorbant les sons 14 est retenu autour du tube central Il par une tôle perforée 12, tandis que des fonds en tale pleine 15 et 16 ferment le bulbe 4 à l'amont et à l'aval. Si le conduit 3 peut être refroidi par l'extérieur, il n'en est pas de même pour le bulbe 4 qui n'a aucune surface d'échange de chaleur avec l'extérieur. Les dilatations différentielles qui en résultent ont conduit a' une liaison du bulbe 4 avec le conduit 3 qui permet aux dilatations de s'opérer sans contraintes. Un premier-jeu de trois biellettes obliques telles que 17, réparties à 120 degrés, positionne axialement le bulbe 4 à l'amont. La figure 2, qui est une coupe suivant II-II de la fig.I, montre la disposition de ces trois biellettes I7,17a et 17b à 1200. Un second jeu de deux biellettes telles que 18, réparties à 90 degrés et montées normalement à l'axe du conduit, retient le bulbe à l'aval. Sur la figure 3, qui est une coupe suivant III - III de la figure t, on voit les deux biellettes 18 et 18a à 90 degrés. Une troisième biellettes 19, dans le même plan transversal que les biellettes 18 et 18a et montée obliquement par rapport à la biellette 18a empêche la rotation du bulbe sur son axe. Sur les figures 2 et 3 on remarque les lisses du conduit 3, telles que 20 - 20a - 20b et les lisses du bulbe 4, telles que 21 - 2Ia - 21b. Les figures 1, 2 et 3 montrent que les lisses et les couples aussi bien dans la construction du bulbe que dans celle du conduit, forment pour le matériau absorbant un véritable compati mentage. Selon l'invention on met à profit cette particularité pour établir des éléments standards de matériau absorbant épousant la forme des compartiments. Ce matériau est fait par exemple de produits fibreux résistant aux hautes températures (laines minérales, métalliques, ou autres). Afin de protéger ce produit et ltempêcher de se disjoindre, on l'enveloppe d'un tissu de fils de verre, ce qui facilite le formage aux dimensions du compartimentage. Enfin, une seconde protection consiste à étaler une toile métallique entre le matériau absorbant tel que 7a ou 14 et la tôle perforée 8a ou 12 (figure 1). A la surface intérieure 8a du conduit 3, comme à la surface extérieure 12 du bulbe 4, la tale perforée est en contact direct avec les gaz d'écDappement et tend donc à se dilater un peu plus que les éléments de structure qui la maintiennent en place. Afin que ces dilatations puissent s'opérer sans provoquer des déformations l'invention a prévu un montage illustré par la figure 4, qui est une coupe à grand échelle suivant le détail cerclé IV de la figure 3. La tale perforée est découpée en éléments dont les lignes de jonction suivent le tracé des lisses et des couples du conduit et du bulbe. Sur la figure 4 on voit la disposition sur le conduit, mais celle sur le bulbe est semblable, la courbure des tôles étant seulement inversée. Sur la tale extérieure 6a du conduit on a soudé ou rivé la lisse 20a en forme de U par son aile 30. Sur l'aile opposée 31 reposent deux des éléments 32 et 33 de la tôle perforée, leurs extrémités n'étant pas jointives. Ces deux extrémités sont retenues par une série de plaquettes telles que 34, en forme de T écrasé et dans lesquelles on a pratiqué un ou plusieurs trous tels que 35 par lesquels on soude lesdites plaquettes, par bouchonnage, sur l'aile 31 de la lisse 20a. En laissant un léger jeu tel que J entre les extrémités des éléments 32 et 33 et la plaquette 34 on laisse donc aux dits éléments la possibilité de se dilater librement. Ce montage est réalisé au droit des couples comme des lisses ; on obtient ainsi un quadrillage d'éléments de tôle perforée libres de se dilater longitudinalement et en arc de cercle autour de l'axe commun au conduit et au bulbe. Toujours sur la figure 4, on remarque le produit fibreux 7a absorbant les sons, entouré par le tissu de fils de verre 36 et protégé par la toile métallique 37, elle-meme disposée sous la t81e perforée telle que 32. La figure 5, qui est une coupe à plus grande échelle du détail cerclé V de la figure 1, montre à titre d'exemple un mode de réalisation des dispositifs résonnants. Entre des couples principaux tels que P3 - 13a de la figure 1, on a soudé ou rivé sur le tube central Il du bulbe, des couples secondaires de moindre hauteur, tels que 40 - 40a - 40b 40c, eux mêmes interrompus par les lisses telles que 2L - 21a - 21b des figures 2 et 3 (non représentées sur la figure 5). Sur les couples secondaires on vient fixer des éléments de tale perforée tels que 4l - 4La - 4tb - 41c avec des plaquettes telles que 34 - 34a - 34b - 34c, comme illustré sur la figure 4. Entre les lisses, les couples secondaires, le tube central et les éléments de tale perforée on a ainsi réalisé des capacités résonnantes. On peut régler l'effet de ces cavités résonnantes en interposant entre les éléments de tôle perforée tels que 44 - 41a 41b - 41c et la tale perforée extérieure 12 des matériaux absorbants les sons suivant la technique qui a été définie précédemment. On peut également garnir l'intérieur des capacités résonnantes avec ces matériaux absorbants. Les dispositions de la figure 5 peuvent être appliquées à tout ou partie du bulbe, ainsi qu'à tout ou partie de l'ensemble du conduit. L'ensemble du conduit insonorisé peut être indiffé ramment monté horizontal ou vertical. On peut citer à titre d'exemple un tel conduit destiné à insonoriser une turbine à gaz, laquelle actionne un compresseur. Cette turbine à gaz développe une puissance de 2 600 kilowatts. Le débit des gaz d'échappement est de 17 kilogrammes/seconde, à une température de 500 degrés centigrades. Le conduit insonorisé monté verticalement derrière un coude à 90 degrés a une longueur de 7,100 mètre. Le diamètre extérieur est de 1,900 mètre, calorifuge compris. Le diamètre intérieur est de 1,500 mètre. Le diamètre du bulbe coaxial est de 1,100 mètre avec un tube intérieur de 0,500 mètre. L'atténuation acoustique obtenue est de l'ordre de 45 décibels REVENDICATIONS L. Conduit insonorisé, en particulier pour échappement de gaz à grandes vitesses et à hautes températures, caractérisé par la combinaison d'un premier élément diffuseur, constitué par un tronçon de tuyauterie à section croissante, avec un second élément de tuyauterie à section sensiblement constante et contenant un bulbe coaxial profilé, la section de passage annulaire des gaz ainsi réalisée étant au moins égale à celle de l'entrée du premier élément diffuseur. 2. Conduit insonorisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bulbe coaxial à la tuyauterie comporte un corps intérieur étanche, cylindrique. 3. Conduit insonorisé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bulbe, comme la tuyauterie qui le contient comporte un revêtement qui combine des dispositifs absorbants avec des dispositifs résonnants. 4. Conduit insonorisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dispositifs absorbants, constitués par des matériaux fibreux résistant aux hautes températures sont morcelés suivant le compartimentage réali-- sée par la structure respective du conduit et du bulbe, chaque élément étant protégé par un ou plusieurs revêtements perméables à mailles serrées. 5. Conduit insonorisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments absorbants sont recouverts par de la tôle perforée montée par éléments séparés coulissant dans des lignes de jonction, lesquelles suivent le tracé des lisses et des couples du conduit et du bulbe.