Brevet FR2455168A1 — publié le 19801121

La presente invention est relative à un silencieux, destine à servir en particulier mais non exclusivement pour l'air comprimé, par exemple dans des installations de commande pneumatiques. Plus précisement, l'invention concerne un silencieux comportant un carter de forme fondamentale cylindrique determinant un parcours d'écoulement pour le fluide et dont la cavité intérieure est subdivisée, par des séparateurs en forme de disques perméables à l'air, entre llentree prévue sur l'un des côtés frontaux et la sortie prévue sur l'autre côte frontal, en au moins deux chambres d'expansion, le dernier séparateur étant place dans la sortie, au moins deux corps filtrants en métal fritté étant prévus et parcourus successivement par le fluide, la section d'entree du silencieux ne représentant qu'une fraction de la section de sortie. Comme on l'a déjà indiqué, un domaine principal d'application des silencieux de l'espèce considérée se situe dans les installations de commande pneumatiques ou notamment des pistons de travail et de commande sont actionnes par de 1 air comprimé qu'on laisse ensuite s'échapper- dans l'atmosphère. Les pressions qui règnent sont habituellement de 8 bars au maximum. Si l'on ne prévoit pas d'insonorisationg il en resulte un bruit excessif, de sorte qu'au voisinage des machines de ce genre on ne peut travailler qu'avec protection acoustique. I1 est vrai qu'avec les silencieux connus de l'espèce mentionnée, on peut obtenir pour bien des cas d'application une insonorisation suffisante, mais ils présentent de graves incon vénients: surtout ils sont sensibles à l'encrassement et à ltac- tion de l'huile ou présentent, au moins après un encrassement partiel, une trop grande résistance a llecoulement, de sorte qu'ils nuisent à la fonction des appareils auxquels ils sont raccordes. Un silencieux connu de l'espèce définie plus haut com p;orte des séparateurs en forme de disque à structure à deux ou plusieurs couches, la couche principale porteuse étant armée d'un disque perforé de tôle dont les trous ont des diamètres relativement grands, par exemple de 6 mm. On peut utiliser ces disques perforés pour soutenir des corps d'amortissement sup plementaires formés de fibres comprimées ou de métal fritte. L'insonorisation est assurée principalement par la degradation graduelle de la pression dans les chambres d'expansion successives. Pratiquement, d'une chambre à l'autre et aussi à la sortie, le courant d'air est subdivisé chaque fois en plusieurs -courants partiels conformément aux trous que présente le disque perfíore Dans la région du disque, des zones à grande vitesse d'ecoulement dans la région de sortie des trous alternent avec des zones à moindre vitesse d'air dans la région pleine des disques, de sorte que les différents courants d'air forment des tourbillons marginaux qui, en pratique, engendrent du son et par suite une gêne due au bruit. D'autre part, conformément aux trous existants, une région partielle des corps filtrants faisant suite aux disques perforés est seule parcourue.Dans ces corps filtrants, il se produit un dépôt dtippuretes et d'huile, de sorte que la résistance à l'écoulement augmente. Pour éviter de trop fortes résistances a l'écoulement quand le silencieux est encrassé, ce qui pourrait conduire à des actionnements errons ou à une réponse imprécise des appareils actionnés pneumatiquement, par exemple des pistons de travail et de commande, on prévoit aussi dans les corps filtrants, lorsque des séparateurs se succèdent, des trous alignés sur les trous du disque perforé, mais ces trous sont décalés d'un corps filtrant à l'autre, par exemple prevus une fois au centre et la fois suivante dans la région marginale. Or, par suite de la disposition de ces trous, l'effet d'amortissement des corps filtrants est diminué dans une large mesure et l'écoulement d'air global est renforcé dans la région des trous passants peu nombreux, de sorte qu'en ces endroits le bruit engendré augmente aussi. On connait aussi des silencieux dans lesquels on utilise des corps filtrants entièrement fabriqués en métal fritté sans disques perforés supplémentaires ni autres corps de soutien. Dans un silencieux connu de ce genre, il existe un carter cylindrique pouvant être raccorde par un raccord à une sortie d'air et dont la partie de fond se trouve à l'endroit du raccord et présenté une ouverture centrale d'entrée recouverte directement par un filtre en métal fritté. Autour de cette ouverture d'entrée est prévu, au fond, un filet dans lequel s'engage le bord d'un deuxième corps filtrant présentant une forme fondamentale cylindorique, également formé de metal fritté et entouré, avec un interstice circonférentiel, d'un chapeau de recouvrement vissé extérieurement sur le filet et qui présente une paroi frontale fermée et une ouverture latérale d'échappement. En pratique, une petite fraction du corps filtrant cylindrique est effectivement parcourue suffisamment par l'air.Par suite, une grande partie de la paroi cylindrique coûteuse reste inutilisée pour le passage de l'air et donc pour l'insonorisation. La pression de service agit sur tout le corps filtrant cylindrique qui doit donc avoir une grande épaisseur de paroi. Dans la région marginale de l'ouverture latérale d'échappement prévue, il peut se former des tourbillons d'air qui contribuent au bruit. L'air et le son sont émis de façon fortement dirigée, de sorte que les personnes présentes dans un local ne sont protégées suffisamment contre le bruit que dans des positions de rotation déterminées du chapeau et qu'il faut veiller à ce que le courant d'air sortant ne soit pas dévie à une trop courte distance de l'ouverture de sortie.Dans d'autres silencieux connus fonctionnant avec un corps filtrant en métal fritte, le corps filtrant présente la forme fondamentale de deux troncs de cône accolés par la base et dans ce corps est prévue une cavité en forme de trou borgne, reliée au raccord. Ici, la forme du corps filtrant a été choisie en vertu de cette idée que l'on peut ainsi obtenir un écoulement d'air uniforme de tous côtés, de sorte que l'on peut réaliser une bonne adaptation de la pression et éviter un bruit gênant. Mais en pratique, le silencieux ne repond pas à ce que l'on attend. Il est coûteux à fabriquer, car il est exposé à la pression totale et n'est maintenu que sur l'un des côtés frontaux, de sorte que le respect de la résistance cas nique nécessaire joue un rôle décisif dans le calcul des dimensions. En pratique, il se produit un écoulement d'air fortement dirigé et l'insonorisation est notablement inférieure à ce que l'on attendrait. En insufflant de la humée à travers le corps filtrant, au lieu d'air comprimé, on peut mettre en évidence l'écoulement d'air dirigé. Il se produit, à peu près dans la région du milieu de la longueur du corps filtrant, un Écoulement d'air renforcé vers le coté.Ce phénomène peut s'expliquer par le fait qu'une grande partie de l'air entrant est réfléchi par le fond du trou borgne et empêchée de passer, de sorte que dans une région déterminée, située au dessus de ce fond et qui dépend de la pression appliquée dans le cas d'espèce et de la forme géométrique, il se forme un coussin d'air qui dévie l'écoule- ment d'air vers l'extérieur. Ainsi, en cet endroit, une petite fraction seulement du metal fritté utilisé est effectivement traversée par l'air et donc utilise pour la réduction de pression et l'insonorisation. Aussi bien dans le cas du métal fritté que d'autres corps filtrants, un phénomène qui se produit en cas d'écoulement non uniforme est que, dans les régions où l'écoulement est faible, il se produit une plus forte accumulation d'impu retés et d'huile, c'est-à-dire que l'encrassement du filtre se fait en partant de ces régions à écoulement faible. Par contre, quand l'écoulement est très uniforme, il se produit un nettoyage automatique. Un avantage de principe des corps filtrants en métal fritté réside dans le fait que l'on peut regler leur perméabilité à l'avance à des valeurs déterminées, ce que l'on peut obtenir en choisissant la grosseur de grain et le degre de frittage. Par exemple, on fabrique des corps filtrants en grains de bronze sphériques frittés ensemble. L'invention a pour but de fournir un silencieux du genre défini plus haut q-ui présente une structure simple, qui soit facile à fabriquer et à entretenir, qui assure une insonorisation constante pendant une longue duree de service et dans lequel le metal fritté utilisé soit effectivement traversé en majeure partie par l'air, de sorte que l'on obtient un excellent nettoyage automatique et qu'en comparaison de l'effet d'insonorisation voulu, on peut se contenter d'utiliser une petite quantité de métal fritte. Dans un silencieux du genre défi ni plus haut, 1 'i nven- tion réside essentiellement dans le fait que les séparateurs en forme de disque sont eux-mêmes formés par les corps filtrants en métal fritte qui sont auto-portants. Contrairement au silencieux connu à disques perforés, on obtient un écoulement largement uniforme à travers tout le corps filtrant formant le séparateur et donc aussi une sortie uniforme de l'air à l'extrémité de sortie du silencieux. La surface de sortie de l'air est definie nettement par le diamètre des disques. Dans le filtre selon l'invention, on peut calculer les diamètres de façon si simple que, compte tenu du facteur du filtre, qui résulte de l'épaisseur, de la granulométrie et de la perméabilité du filtre, on augmente la section de sortie du silencieux, relativement à la section d'entrée, proportionnellement à la réduction de pression désirée.Des essais à la fumée ont montré qu'avec des disques à surface plane en métal fritté, pouvant etre considérés comme homogenes, on peut obtenir un écoulement de sortie uniforme pratiquement laminaire et qu'il ne se produit pratiquement pas de tourbillons marginaux, responsables du bruit d'après l'enseignement de l'invention. Théoriquement, en faisant varier l'épaisseur des disques sur leur diamètre, donc en prévoyant des côtes frontaux coniques ou bombés d'un côté ou des deux côtés, on peut exercer une influence supplementaire sur l'écoulement d'air ; par exemple en rendant plus minces les zones marginales on peut compenser les pertes par frottement de l'air contre les parois du carter et obtenir ainsi à la sortie finale un écoulement uniforme. Par consequent, il faut entendre par "corps filtrants en forme de disque" des corps qui présentent éventuellement des differences d'epaisseur atteignant 20 % entre le centre et le bord.La perte de pression au sein de l'ensemble du silencieux doit en tout cas être inférieure à la perte de pression dans une valve de commande qui le précède et ne doit pas dépasser non plus la perte de pression dans le tuyau de raccordement. En chiffres, les pertes de pression dans le silencieux doivent se situer entre 60 et 120 mm de colonne d'eau. Comme on l'a dit, l'ouverture de sortie du filtre est adaptée au débit d'air qui se produit, mais elle est notablement plus petite que la surface de sortie de tous les filtres comparables decrits. L'épaisseur des disques est dictée par la résistance mécanique nécessaire, la grosseur de grain et le degré de per méabilité du filtre, déterminé en meme temps par le degré de frittage. Etant donné la dégradation de pression par paliers dans deux ou plusieurs chambres successives, les différences de pression entre l'extérieur et l'intérieur d'un disque de filtre ne sont pas très grandes, de sorte que, puisqu'on travaille avec la plus petite surface de filtre possible comme on l'a déjà indiqué, il n'y a aucun problème à maintenir la résistance mecanique. Pratiquement, on peut utiliser des grosseurs de grain de 0,5 à 0,005 mm, la finesse moyenne du filtre étant d'environ 9 à 375 um selon le degré de frittage.En pratique, on peut utiliser des épaisseurs de disque représentant au moins 1/20 et, de préférence, 1/10 à 1/5 du diamètre libre des disques. On obtient une adaptation avantageuse si les résistances à l'écoulement de disques successifs sont dans un rapport de 1 : 1, au maximum de 1 : 2. Selon les conditions, on peut utiliser des disques filtrants identiques ou encore des disques différents par la granulometrie, la perméabilité et l'épaisseur. On obtient un auto-nettoyage grâce au fait que, pratiquement, toute la surface des disques est traversée par l'air, de sorte que les impuretes sont entraînées à travers les filtres. De façon surprenante, il apparaît aussi que le son à la sortie est réparti uniformément et que le filtre présente un rayonnement pratiquement sphérique du son. Avec un silencieux comportant trois disques filtrants et constitué selon les théories ci-dessus, on a pu obtenir une insonorisation moyenne atteignant 40 dB. Un exemple d'exécution d'un silencieux selon l'inven- tion est représenté en coupe longitudinale sur le dessin annexe. Le silencieux comporte un carter 1 fabriqué par exemple par injection en matière synthétique ou en métal léger et présentant une forme fondamentale cylindrique, la cavité intérieure de ce carter rejoignant, par un bord arrondi, une surface de fond 2 dans laquelle est prévue une ouverture d'entrée 4 présentant également un bord arrondi 3. Cette ouverture d'entrée est formée par l'extrémité d'un mamelon fileté 5. L'ouverture de passage de ce mamelon fileté peut se rétrécir coniquement vers l'intérieur. La paroi cylindrique 1 du carter présente intérieurement un gradin 6 sur lequel s'appuie par son bord un disque filtrant 7 en métal fritte.Deux autres disques filtrants 8, 9 sont disposas, avec interposition de manchons d'espacement 10, 11. e paquet formé des disques filtrants 7 m 9 et des manchons 10, 11 est maintenu assemblé par un collet rentrant 12 dans le cas de pièces en matière synthétique, ce collet est forme dès le moulage par injection et on le dilate élastiquement lors de l'insertion du paquet, tandis qu'un carter métallique peut hêtre bordé après l'insertion du paquet. Dans l'exemple d'exécution, on a représenté des disques filtrants 7 à 9 qui sont semblables. Toutefois, on peut aussi utiliser des disques filtrants qui different entre eux par l'épaisseur, la granulo- pétrie et la perméabilité. Les disques filtrants insérés 7 à 9 délimitent, à l'intérieur du carter, une préchambre 13 et deux chambres d'expansion 14, 15. L'épaisseur d1 de chaque disque représente au moins 1/20 et, de préférence, au moins 1/10 du diamètre libre D des disques. L'espacement a entre disques filtrants successifs représente au moins 1/4 du diamètre D. Le rapport du diamètre d'entrée D1 au diamètre effectif des disques et donc au diamètre D de la sortie résulte de la réduction de pression nécessaire et de la perméabilité des disques filtrants utilisés. REVENDICATIONS 1. Silencieux, en particulier pour air comprimé, comportant un carter de forme fondamentale cylindrique déterminant un parcours d'ecoulement pour le fluide et dont la cavité interieure est subdivisée, par des séparateurs en forme de disques perméables à l'air, entre l'entrée prévue sur l'un des côtes frontaux et la sortie prevue sur l'autre coté frontal, en au moins deux chambres d'expansion, le dernier séparateur étant place dans la sortie, au moins deux corps filtrants en métal fritté étant prévus et parcourus successivement par le fluide, la section d'entree du silencieux ne représentant qu'une fraction de la section de sortie, silencieux caractérise par le fait que les séparateurs en forme de disque sont eux-mêmes formés par les corps filtrants (8,9) en métal fritté qui sont auto-portants. 2. Silencieux selon la revendication 1, caractérise par le fait que l'épaisseur des disques représente au moins 1/20 et, de préférence, de 1/10 à 1/5 du diamètre libre des disques. 3. Silencieux selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise par le fait que les résistances à l'écoulement des corps filtrants successifs en forme de disque sont dans un rapport de 1 : 1, au maximum de 1 : 2.