Brevet FR2372373A1 — publié le 19780623

La présente invention concerne un dispositif pour la détente silencieuse de milieux gazeux à l'aide de zones d'étranglement. Au cours de l'évacuation de gaz ou de vapeurs placés sous pression, il se produit d'une façon connue des bruits intenses qui rendent nécessaire l'utilisation d'amortisseurs de bruit. Comme les conditions fixées pour la conception de ces appareils, en ce qui concerne la nature du gaz, les quantités débitées, la pression, la température et le niveau d'intensité acoustique exigé sont très variables en pratique, leur construction doit permettre une bonne adaptation à chaque circonstance ainsi qu'une optimisation de l'efficacité et des coûts. Le but de l'invention est de fournir des solutions avantageuses à cet effet. Comme base du développement de constructions appropriées, on doit se servir des processus physiques survenant lors de la détente et l'évacuation des milieux gazeux, tels que par exemple ceux qui sont maintenant connus d'après l'étude de la propulsion par réaction. D'après celle-ci, il se produit un bruit au sein d'un tel milieu lorsqu a vitesse supersonique, il se forme des ondes de Mach ou lorsque des jets de gaz de vitesses différentes se mélangent entre eux, ou encore par frottement sur les surfaces de corps solides. Dans le premier cas, il se produit des ondes de choc, tandis que dans les autres processus il se produit des ondes acoustiques par suite de variations de pression, entraînées par lteffet alterné de noyaux tourbillonnaires. Les résultats d'essais obtenus jusqu'à présent sur des émetteurs acoustiques sont reproduits par une courbe montrée dans la figure 1 annexée, qui illustre la dépendance entre le niveau de puissance acoustique indiqué en décibels et la vitesse u d'écoulement du gaz , ceci pour le cas où l'on évacue par soufflage un jet de gaz a partir d'un tube dans de l'air stationnaire. Cette courbe est également applicable de façon approchée pour le cas où le milieu sort à partir de buses, de tôles perforées et analogues. Comme le mécanisme de formation des tourbillons et sa propagation varient dans les différentes zones de vitesse, la pente de la courbe augmente en fonction de l'élévation de la vitesse, c'est-à-dire que le niveau croit tout d'abord comme la puissance 4 de u, et pour finir comme la puissance 8 de u. La courbe représente les conditions avantageuses pour le cas normal. Lorsque le milieu introduit entraîne avec lui un tourbillon ou un bruit gênant, ou lorsque par suite d'une forme désavantageuse de l'orifice de sortie, il se produit plus de tourbillons que d'une manière normale, le niveau acoustique augmente alors. On peut observer le même phénomène lorsqu'il se produit des ondes de Mach. Ladite courbe permet, par exemple, de déterminer la vitesse d'écoulement qui doit être maintenue pour pouvoir conserver un niveau acoustique déterminé. Dans un cas où l'on serait amené à maintenir la vitesse de sortie désirée constante pen#dant tout le processus de détente, il serait effectivement possible d'atteindre le niveau acoustique correspondant mais la dépense nécessaire à cet effet serait toutefois peu économique. L'objectif précité est atteint selon l'invention par le fait que dans le sens de 11 écoulement sont prévus en succession des organes d'étranglement en forme de buse (type a) et des organes d'étranglement en forme de couches (type b) en fils ou filins métalliques et/ou en fibres minérales,et que les organes d'étranglement en forme de buses ainsi que les organes d'étranglement en forme de couches sont prévus en un nombre suffisant pour l'obtention du niveau acoustique nécessaire. C'est ainsi que l'on utilise deux types d'organes d'étranglement a et b de nature différente qui réalisent par un montage approprié, l'amortissement acoustique désiré. C'est ainsi que l'on admet, en particulier au début de la détente, des vitesses plus élevées en veillant à ce que le bruit produit dans ce cas soit suffisamment atténué jusqu'à la sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation. la figure 1 représente la courbe déjà mentionnée ci-dessus, qui reproduit la dépendance entre le niveau de puissance acoustique indiqué en décibels et la vitesse d'écoulement des gaz u les figures 2 à 4 représentent des vues en perspective, très schématisées, de différentes formes de réalisation des organes d'étranglement du type a la figure 5 représente une vue en coupe axiale d'un organe d'étranglement du type b la figure 6 représente une forme de réalisation combinée des organes d'étranglement des types a et b ; et les figures 7 et 8 représentent respectivement des vues en coupe axiale de formes de réalisation de combinaisons des organes d'étranglement des types a et b. La figure 2 représente un organe d'étranglement désigné dans son ensemble par ai, qui comprend une paroi cylindrique 2 munie de trous et d'un couvercle de fermeture 4 non perforé. L'organe d'étranglement ai constitue la fermeture supérieure du tube d'admission 6 dans lequel se déplace vers le haut un gaz ou une vapeur dans le sens de la flèche 7 au cours de l'évacuation. Les gaz ou vapeurs sortent à l'air libre dans le sens de la flèche 8. Dans l'organe d'étranglement a2 selon la figure 3, une sorte de grille est formée par des barreaux 9 entre lesquels se trouvent des fentes longitudinales 10. Les fentes longitudinales à travers lesquelles les gaz ou les vapeurs sortent à l'air libre dans le sens de la flèche 8, agissent à la manière de buses. Dans l'organe d'étranglement a3 selon la figure 4, la paroi cylindrique est constituée par des anneaux 14 disposés l'un sur l'autre et entre lesquels se trouvent des fentes-annulaires 16 de distances axiales définies qui agissent à la manière de buses. A leur place, on peut aussi utiliser des grilles d'autres types munis d'ouvertures définies. Dans tous ces cas, il s'agit d'organes d'étranglement du type a. Tandis que le bruit produit par l'organe d'étranglement ai correspond à la courbe de la figure 1, on peut obtenir avec le montage à l'aide des autres formes de réalisation précitées, un niveau acoustique légèrement inférieur. On peut réaliser un organe d'étranglement du type b, confor mément à la figure 5, à partir de matériaux finement divisés, en particulier poreux qui sont balayés par un gaz ou une vapeur. On peut utiliser des couches de fils métalliques et/ou de fibres minérales. Celles-ci occasionnent des pertes de pression plus faibles que les organes d'étranglement du type a,et exercent une certaine absorption de son par frottement en résorbant les tourbillons en formation, de sorte que l'écoulement de sortie se trouve uniformisé en fonction de la porosité et ne contient plu#s que de faibles tourbillons dont le nombre et la grandeur dépendent de la nature du matériau. Ces couches produisent en fait un bruit "propre" qui est d'autant plus faible que les canaux et leur surface sont plus uniformes. Il s'est avéré que ces bruits propres décroissent par utilisation de métal, dans l'ordre suivant laine métallique, copeaux métalliques, tissu métallique en fils plats, tissu métallique en fils ronds, mailles. La résistance et l'absorption décroissent également dans le même ordre. Il résulte une production de son particulièrement faible de l'application directe d'une couche d'organes d'étranglement b sur la face de sortie d'un organe d'étranglement a en forme de buse, comme montré sur la figure 6. Par une disposition et un montage différents des éléments d'étranglement des types a et b, on peut adapter la réalisation du dispositif de détente aux conditions données. La figure 7 représente une forme de construction relativement simple à trois éléments d'étranglement en forme de buses 21, 22, 23 du type a3 montes les uns sur les autres. Ces éléments refoulent la pression p dans le tube d'admission 6, de telle sorte qu'il ne se forme autant que possible aucune onde de Mach sur la soupape de détente non représentée, prévue à l'extrémité inférieure du tube d'admission 6, et que la vitesse d'environ 150 m/s régnant dans le tube d'admission 6 ne produit aucun bruit gênant. L'énergie acoustique régnant du cOte sortie de l'organe d'étranglement 23 en forme de buse se compose d'une fraction correspondant à la courbe selon la figure 1, d'une fraction entraînée par le milieu gazeux et du bruit propre des organes d'étranglement. Du coté sortie de l'organe d'étranglement 23 en forme de buse, succède une couche d'étranglement 25 du type b. La vitesse de sortie et, par suite le bruit se trouvent réduits en fonction de la surface de sortie accrue. La fraction entraînée se trouve réduite par l'absorption. Lorsque le dispositif de détente se trouve au voisinage d'habitations, et qu'une insonorisation particulièrement élevée est nécessaire, on peut alors prévoir une forme de réalisation suivant la figure 8. A l'extrémité du tube d'admission 6, est prévu un capuchon 30 rempli d'un materiau~d'absorption 28 pour l'amortissement du bruit entraine Dans ce cas' trois organes d'étranglement en forme de buses du type a se trouvent de nouveau montés les uns à la suite des autres, ces organes étant dans ce cas designés par 31, 32 et 33. Derrière ceux-ci se trouvent disposées trois couches d'étranglement du type b qui portent les numéros 35, 36 et 37.Le bruit produit à l'intérieur et, par suite le bruit entraîné, se trouvent-abaisses dans une mesure telle que le niveau du bruit sortant à partir de la surface externe 39 correspond à la courbe l. On peut obtenir une diminution de bruit supplémentaire en appliquant un cône 41 et un élément de toiture 43 muni d'un revêtement absorbant 45. Dans le cas d'un amortissement aussi important, il peut être également nécessaire de diminuer l'emis- sion du boîtier, par exemple à l'aide d'une tôle 47 insonorisante, également de forme conique. Les parties 41, 43, 45 et 47 n'ont été représentées que par leurs moitiés de gauche sur la figure 8 pour des raisons de simplification-. Les couches d'étranglement du type b peuvent être également agencées sous forme de mats ou de coussins. Les mats peuvent être remplis de laine de métal ou de copeaux métalliques. A leur place on peut également utiliser des mats qui sont tricotés ou tissés en fil plat ou rond. Le revêtement peut être maintenu par une enveloppe en tissu à mailles, en particulier en tricot ou par couture à l'aide de fil. Dans le cas de couches d'étranglement cylindriques ou coniques, les mats peuvent être réalisés par déroulement d'une bande de tissu à mailles' ou à partir de rubans de treillis sur une construction de dessous appropriée. Les couches d'étrangle- ment peuvent également être constituées par un revêtement ou une garniture faite de balles, de petits éléments tubulaires, de tresses et autres, en tissu à mailles ou en laine. Au lieu de ceux-ci, on peut utiliser des couches d'étranglement sous forme de coussins composés de fils disposés de façon irrégulière. Les fibres et fils métalliques ou analogues sont de préférence constitués en acier inoxydable. Les niveaux acoustiques des dispositifs de détente sont exiges' à des valeurs de plus en plus faibles et exigent qu'à la sortie, c' est-à-dire par exemple dans le dernier mat, il ne règne que des vitesses faibles. Il est par suite possible d'utiliser dans ce cas des fibres minérales appropraees, ce qui signifie uns économie notable eu égard aux grandes surfaces externes. De telles fibres minérales résistantes peuvent être par exemple constituées par de l'amiante. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détente silencieuse de milieux gazeux à l'aide de zones d'étranglement, caractérisé par le fait que dans le sens de l'écoulement sont prévus en succession des organes d'étranglement en forme de buse (type a) et des organes d'étranglement en forme de couches (type b) en fils ou filins métalliques et/ou en fibres minérales' et que les organes d'étranglement en forme de buses ainsi que les organes d'étranglement en forme de couches sont prévus en un nombre suffisant pour l'obtention du niveau acoustique nécessaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre chaque couche d'étranglement (type b) et l'organe d'étranglement en forme de buse (type a) consécutif, est prévu un écartement. 3. Dispositif selon la revendication l Ou 2, caractérisé par le fait que les organes d'étranglement en forme de buses sont constitués par des tôles perforées. 4. Dispositif selon la revendication l ou 2, caractérisé par le fait que les organes d'étranglement en forme de buses sont constitués par des grilles. 5. Dispositif selon la revendication l ou 2, caractérisé par le fait que les organes d'étranglement en forme de buses sont constitués par des anneaux entre lesquels se trouvent des fentes annulaires d'écartements définis. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la densité des couches d'étranglement (type b) est fixée en fonction de la résistance désirée. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé par le fait que la densité des couches d'étranglement (type b) est fixée en fonction de l'absorption désirée et de la résorption des tourbillons. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les couches d'étranglement ont la forme de mats ou de coussins. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les mats sont remplis de laine ou de copeaux métalliques. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les mats sont réalisés en un tissu à mailles serrées ou lâches en fils plats ou ronds, en particulier en tricot. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche d'étranglement est retenue par une enveloppe en tissu à mailles, en- particulier en tricot, par couture à l'aide d'un fil on analogue. 12. Dispositif selon la revendication 1 ou 8, caractérisé par le fait que dans le cas de couches d'étranglement cylindriques ou coniques, les mats sont réalisés par déroulement d'une bande de tissu à mailles ou à partir de ruban de treillis sur une construction de dessous ou de support. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les couches d'étranglement sont constituées par une garniture formee de balles, de petits éléments tubulaires, de tresses ou analogues'en tissu métallique à mailles ou en laine métallique. 14. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les coussins présentent des fils disposés irrégulièrement. 15. Dispositif selon l'une quelconquevdes revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fibres et fils métalliques ou analogues sont constitués en acier inoxydable. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les couches d'étranglement, en particulier les mats, sont appliquées directement sur les faces extérieures des organes d'étranglement en forme de buses. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans le cas de l'utilisation de plusieurs couches d'étranglement successives, au moins l'une d'elles, en particulier la ou les couches d'étranglement extérieures contiennent des fibres minérales. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que les fibres minérales sont transformées en mats. 19. Dispositif selon la revendication 17 ou 18, caractérisé par le fait que les fibres minérales contiennent de l'amiante. 20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'à l'extrémité d'un tube d'admission conduisant au dispositif de détente, est fixé un capuchon muni de matériaux absorbant le son. 21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de détente est incorporé à un tube conique. 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'à la sortie du tube conique est monté un élément de toiture muni d'un revêtement absorbant le son. 23. Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé par le fait qu'entre le tube d'admission et le bord extérieur du dispositif de détente est prévu un élément d'isolation, en particulier en tôles coniques d'isolation acoustique.