Brevet FR2463352A1 — publié le 19810220

La présente invention a trait à la réduction de bruits se propageant dans des milieux gazeux en circulation ou dans des milieux de phase composée (par exemple mélange de gaz et de poussière), et s'applique par exemple dans des canalisations d'admission et de compression de compresseurs, dans des canalisations d'échappement et d'admission d'air de moteurs à combustion interne, dans des systèmes de depoussierage, dans des systèmes de transport pne#fl##tique de matériaux, dans des canalisations d'air d'installations d'aération et de climatisation# De nombre##es solutions sont connues en sue de la réduction des bruits se propageant dans des milieux gazeux en circulations Celle-ci se composent en général de chambres et de canalisations de passage ou de chambres de résonance fermées disposées entre ces chambres, qui sont raccordées en parallèle par l'intermé- diaire d'ouvertures ou de tubes à la canalisation d'écoulement. On connaxt également des arrangements, qui en plus des dispositifs précités, ou seulement exclusivement, possèdent des éléments remplis de matériaux insonorisants. Selon un procédé d'un autre type, on utilise dans les canalisations réunissant les différentes chambres, compte tenu des pertes considérables par glissement, des éléments s'étendant dans le sens de l'écoulement pour la propagation superficielle. Les solutions connues sont utilisées en partie ou en totalité dans les brevets hongrois n0 148.470; 164.164 et 157.390, ainsi que dans les brevets US 2.993.559 et BD 1.238.271. Dans toutes ces solutions, on considère, ainsi qu'il est notoire, que des volumes de gaz circulant dans les canalisations se comportent de manière directe ou indirecte, comme une quantité analogue à une inductance localisée usuelle en électrotechnique, l'action élastique du volume de gaz contenu dans les chambres comme une capacité, comme une quantité analogue à une capacité localisée usuelle en électrotechnique, et par montage en série ou en parallèle de ces impédances acoustiques on réalise des circuits de filtrage acoustiques analogues aux filtres électrotechniques, à 11 aide desquels est obtenue la réduction du bruit se propageant dans les canalisations. Les dispositifs ainsi réalisés ne répondent cependant pas aux espérances dans la plupart des cas pratiques, et l'insonorisation obtenue grâce à eux demeure bien au-dessous des valeurs théoriques. Afin de surmonter ces inconvénients, les différents composants de l'amortisseur acoustique dimensionné largement sont soumis à une correction répétée ultérieure, mais qui, par suite des possibilités de variation, qui réduisent également le grand nombre des composants utilisés, procure des résultats# pratiquement uniquement aléatoires malgré les coûts de recherche élevés, dtautre part l'insonorisation, en vue de la compensation des effets antérieurement invisibles, est déjà surdimensionnée durant le projet, ce qui affecte désavantageusement le rendement. L'écart entre les spectres d'amortissement calculés et empiriques est dû au fait que l'application d'impédances acoustiques à constantes localisées suppose de telles hypothèses qui en pratique ne sont pas remplies en grande partie, c'est-à-dire que les dimensions parallèles à la propagation des sons des différents composants, tubes et chambres, doivent se trouver audessous du huitième de la longueur d'onde, en outre les dimensions perpendiculaires au sens de provagation des sons ne peuvent pas atteindre les valeurs déterminées par la fréquence dite de coupure, qui sont approximativement 1,3 fois la grandeur de la longueur d'onde, car autrement dans la canalisation des propagations d'ondes radiales peuvent également apparalatre, et ainsi les hypothèses pour la propagation du son en ondes planes ne peuvent pas être remplies. Dans le cas des dimensions utilisées en pratique et des bandes de fréquences à amortir, les conditions pour les dimensions radiales sont remplies dans la plupart des cas, bien que les limitations imposées aux dimensions axiales ne peuvent pas en général être observées. Il en résulte que le schéma équivalent avec des paramètres localisés ne symbolise pas véritablement la caractéristique de transmission de la puissance acoustique du wstème, et ainsi apparaissent dans le spectre d'amortissement, par suite des défauts s'accumulant, qui résultent d'un couplage des impédances entre elles, des bandes passantes non prévisibles, qui, dans le cas des seuils de bruit appliqués en pratique, peuvent détruire dans une large mesure les exigences imposées au dispositif d'insonorisation, c'est-à-dire la réduction du bruit. Un autre inconvénient des solutions connues ainsi que de celles qu'on trouve dans la littérature, réside dans le fait que la caractéristique de fréquence pour l'anortissement de ces limiteurs de bruit est déterminée pour le cas d'une terminaison bilatérale exempte de réflexions, de sorte que ces dispositifs, lorsqu'ils sont mis en oeuvre dans un système servant à l'écoulement d'un fluide, par suite de réactions acoustiques entre la source de bruit et l'environnement donnent des résultats s'écartant tout à fait du spectre# d'amo#tissement théorique, ce qui affecte sensiblement le rendement de l'insonorisation par suite des bandes passantes apparaissant à des endroits inattendus.Pour l'élaboration d'un dispositif et d'un système d'insonorisation selon l'invention, il existait donc un principe majeur d'éviter les effets non pris en compte des défauts provenant de l'environnement acoustique et, en plus de garantir un sectre d'amortissement optimal, d'abaisser les pertes de charge. D'autres objectifs étaient encore la simplification de la structure, l'adaptation aisée à des sou-fees de fruit de différentes natures, la possibilité de remlDlacesc-nt des composants usés, ainsi qu'une possibilité maximale d'adaptation aux cas de montage les plus variés. installation d'insonorisation selon l'inven tison se comiose, à la différence#des solutions expliquées dans le préambule, de guides d'ondes acoustiques élémentaires dans lesquels les conditions de la pression acoustique et de la vitesse des particules ne sont pas limitées à la prise en considération d'une valeur caractéristique d'impédance, mais de quatre valeurs fonce ors de la fréquence, ctest-à-dire des paramètres quadripolaires acoustiques.Les guides d'onde élémentaires, qui sont notamment des chambres ouvertes à leurs extrémités de même section et de longueur donnée, ne représentent ainsi ni une masse acoustique, ni une capacité acoustique de nature différente, mais leur réponse en fréquence est exclusivement déterminée par les rapports entre leurs paramètres quadripolaires. La réponse en fréquence de la transmission de la puissance acoustique pour une installation d'insonorisation réalisée à partir de guides d'onde acoustiques en principe de même nature est déterminée par les rapports entre ces paramètres quadripolaires élémentaires. Les paramètres quadripolaires acoustiques des différents guides d t onde acoustiques sont 1 1 = 22 = ch t z q12 = Zo hX z 21 = Zo-1sh &alpha;x g x où Zo = impédance acoustique critique du guide d'onde acous tique élémentaire &alpha; = =constante de propagation pour le guide d'onde acous tique élémentaire x = longueur d'un guide d'onde élémentaire. Il va de soi que dans le cas d'un milieu fluide en circulation, les valeur Zo et &alpha;, qui comprennent également la vitesse du son elleS8meS s'étendent, par suite du système de référence à écoulement stationnaire, également au rapport entre la vitesse d'écoulement du fluide et la vitesse du son, cXest-àwdire également au nombre de Mach. Ces guides d'onde acoustiques peuvent etre montés en tant que quadrip3le en série, en parallèle et en dérivation. Dans le sens des règles de circuit expliquées dans la littérature technique pour des paramètres donnés pour des quadripôles, peuvent en principe être trouvées les réponses en fréquence de la transmission de puissance acoustique de systèmes quadripolaires acoustiques quelconques, réalisés à partir de guides d'onde élémentaires. Un tel procédé de dimensionnement pour des systèmes composés de guides d'onde acoustiques élémentaires est tout à fait nouveau, et la description détaillée des rapports s'établissant, correspondant aux exigences pratiques, est également utilisée pour des systèmes acoustiques, qui sont géométriquement d'un ordre de grandeur plus grand que les systèmes précités. L'installation d'insonorisation selon l'invention est expliquée ci-après en détail en regard des dessins annexés. La figure 1 représente une disposition de circuit du dispositif et du système d'insonorisation selon l'invention. La figure 2 représente la structure de principe du dispositif d'insonorisation pour une installation à circulation de fluide. La figure 3 représente un premier exemple de réalisation du dispositif d'insonorisation. ma figure 4 représente un deuxième exemple de réalisation du dispositif d'insonorisation. La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un système de conducteurs creux acoustiques d'amortissement accordé. La figure 6 est une vue en perspective de dessus du premier exemple de réalisation du dispositif d'insonorisation. Plusieurs chambres partielles reliées entre elles de l'installation d'insonorisation selon l'invention n'ont pas été dimensionnées en particulier, mais les particularités d1un système acoustique composé, y compris également les paramètres de la source de bruit et de l'environnement acoustique, sont adaptées en ce qui concerne leurs coopérations à la bande d'insonorisation recherchée.Les dimensions géométriques définitives adaptées de façon optimale entre elles et à l'amortisse- ment des bruits sont déterminées numériquement, après fixation approimative des dimensions spatiales relatives, adaptées aux données géométriques, en déterminant de façon répétée la réponse en fréquence de la transmission de puissance acoustique dans la bande de fréquences du bruit à amortir, dans le cas de valeurs discrètes de fréquences, et les dimensions spatiales variables retouchées. Grace à ce procédé, on délimite les pertes de charge et les caractéristiques acoustiques du système les unes par rapport aux autres et on peut maintenir les dimensions géométriques minimales et les variations de dimensions brusques et les pertes de charge à une valeur minimale. En vue d'éviter les bandes passantes apparaissant dans les caractéristiques de transmission de puissance acoustique dans tous les dispositifs classiques d'insonorisation, opérant selon le principe dit de réactance, ainsi qu'en vue de l'accroissement du degré d'amortissement sans augmentation des pertes de charge, on utilise à présent une solution tout à fait nouvelle et jusqu'ici inconnue.Dans-la première chambre de détente orientée dans le sens de l'écoulement du disposi- tif d'insonorisation selon l'invention, on établit dans chaque cas, dans ses autres chambres partielles de ié- > ente, mais uniquement éventuellement un système de conducteurs creux acoustiques d'amortissement accordé, de sorte qu'il se compose essentiellement de plusieurs guides d'onde élémentaires montés en parallèle, pénétrant à profondeur différente des chambres de détente. Avec ce constituant structural tout à fait nouveau, on a obtenu d'éviter complètement les bandes passantes dans la bande de fréquence d'amortissement désirée et d'égaliser de façon correspondante le spectre d'amortissement du système acoustique tout entier, et même de sorte que les valeurs discrètes d'amortissement sont accrues de façon significative.Un autre avantage de l'amortissement accordé au système de guides acoustiques utilisé réside dans le fait qu'il ne représente dans le sens de l'écoulement aucune variation de section, et ainsi les pertes multiples apparaissant durant l'écoulement peuvent pratiquement être considérées comme nulles. A la longueur des guides d'onde élémentaires pénétrant dans la chambre de détente du système de guides d'onde acoustiques à amortissement accordé, sont imposées les exigences suivantes Longueur du guide d'onde élémentaire le plus court : lmin 1 li/2 Longueur du guide d'onde élémentaire le plus long: limas m/1/2 où = dimensions pénétrant du guide d'onde élémen taire le plus long et le plus court, 1. = dimension dans le sens de l'écoulement de la chambre de détente -ITOli, fmax = section orthogonale dans le sens de l'écoulement du guide d'onde élémentaire le plus long. Le réglage des dimensions précises avec les valeurs de départ précitées s'effectue selon le procédé d'optimalisation numérique antérieurement connu. En vue de la détermination de la fréquencelimite inférieure de la bande de fréquence à amortir, on utilise durant le projet l'équation suivante où Ko = le nombre d'onde correspondant à la fréquence limite inférieure longueur de la première chambre de détente (3), lq. = longueur du guide d'onde élémentaire se trouvant entre la première chambre de détente (5) et la seconde (5), Zoi = impédance acoustique critique de la chambre n0 i. En vue de la réalisation du dispositif selon l'invention, d'autres solutions en vue de l'accroissement de l'amortissement des sons ont été mises en oeuvre, qui ne provoquent aucune autre pertes La pénétration dans les différentes chambres des guides d'onde (4,6#8) se trouvant entre les chambres de détente dans le dispositif a été dimensionnée de sorte que l'impédance d'entrée acoustique spécifique des dérivations des guides d'onde réalisées en tant que section des pénétrations et des chambres de détente (3,5, 7,9) pour les fréquences dans les bandes passantes apparaissant dans le système dimensionné sans ces pénétrations soit égale à zéro. Pour des domaines d'applications particuliers, en vue de l'insonorisation d'une source de bruit rayoeaiant avec une intensité considérable dans la plage des fréquences basses (inférieures à 200 Hz), a été prévue une dérivation de guides d'onde (11,12) se raccordant au guide d'onde (4) se trouvant entre la première chambre (3) et la seconde chambre (5), composée éventuellement de plusieurs guides d'onde élémentaires en parallèle, ensuite montés en série avec une impédance de terminaison infiniment grande, dont les dimensions géométriques ont été déterminées de telle sorte que son impédance d'entrée acoustique spécifique pour les composantes à basse fréquence d'intensité considérable ou pour la bande passante à supprimer soit réduite à zéro. Le dispositif d'insonorisation selon l'invention est disposé dans un système de canalisation acoustiques complexe, l'endroit d'installation jouant un rôle décisif quant à l'insonorisation résultante. Le dispositif selon l'invention est incorporé au système de canalisations de sorte que l'impédance d'entrée acoustique spécifique du système acoustique. constitué de la source de bruit et des canalisations placées entre la source de bruit et le dispositif d'insonorisation pour les fréquences d'intensité maximale de la source de bruit et pour les harmoniques de celle-ci soit égale à zéro. Les formes de réalisation prises comme exemple du dispositif d'insonorisation selon l'invention sont représentées sur les Figures 3 et 4, mais la forme de réalisation -i 1 est représentée en arraché sur la Figure 6. Le dispositif selon l'invention est composé des guides d'onde 1,3,4,5,6,7,8,9 et 10 montés en série, auxquels guides d'onde sont raccordées les dérivations 11 et 12 des guides d'ondes montés en série. te système de guides creux acoustiques 2 à amortissement accordé pénètre dans la première chambre de détente S et éventuellement dans la seconde chambre de détente 5 selon les principes de dimenslonnenet expliqués ciaprès.La forme de réalisation représentée à titre d'exemple du systeme de guide d'onde acoustiques 2 à amortissement accordé est constitué selon la Figure 5 de guides d'ondes élémentaires de longueurs différentes disposes entre des plaques, qui sont placées entre deux tubes concentriques de longueurs radiales croissantes, et la surface cylindrique extérieure. tes guides d'onde acoustiques élémentaires qui forment le dispositif d'amortissement dans son ensemble, doivent être dimensionnés selon les principes qui précèdent en tenant compte de la source de bruit et de l'environnement acoustique, en ce qui concerne leurs dimensions géométn'- ques et leur disposition. Eu égard à leur section, les guides d'onde élémentaires constituant l'amortisseur de bruit peuvent présenter des formes différentes les surfaces-limites des différentes formes de réalisation peuvent être sous la forme de plaques à surface lisse, mais dans certains domaines d'a;;plication, par exemple insonorisation d'échappement de moteurs à combustion interne, application dans des canalisations d'admission et de com ression de compresseurs, etc., les surfaces-limites 14 peuvent satyre perforées, le matériau 13 poreux fibreux amortissant le son y étant raccordé par l'intermédiaire d'un tissu, et ensuite le dispositif tout entier est recouvert d'w revêtement 15 étanche à l'air amovible, afin que le matériau amortissant les sons puisse etre remplacé en cas d'usure ou que le dispositif puisse être nettoyé. Dans la forme de réalisation avec le revêtement 13 amortissant les sons, est placée tout autour du disrosîtif, en vue d'empêcher le contournement des sons à travers la plaque perforée, une bande de tôle dans le plan des parois séparant les chambres de propagation, au-dessus du revêtement 13 jusqu'à la plaque extérieure 15. Afin d'éviter une traversée des sons se produisant par rayonnement secondaire entre les chambres sur le trajet de conduction des sons, les plaques limitant les différentes chambres sont fixées par des liaisons à deux couches, fixées par points et de façon aléatoire. Les exemples de réalisation 1 et 2 sur les Figures 3 et 4 se différencient l'un de l'autre par le fait que dans la forme de réalisation représentée sur la Figure 3, la longueur structurale est sensiblement réduite grâce à une inversion du sens d'écoulement dans la chambre de détente 5,- ainsi que grâce à la forme concentrique des guides d'onde 4 et 8, et par le fait que sin le guide d'onde 4 sont raccordées les dérivations de guidesd'onde 11 et 12 montés et raccordés en série. Irais la forme de réalisation représentée sur la Figure 4 présente le système de guides d'onde acoustiques 2 d'amortissement accordé avec la pénétration 5 dans la chambre de détente, et en renonçant aux dérivations de guides d'onde 11 et 12 et avec la forme de réalisation plus longue et éventuellement flexible du guide d'onde 4, le disposilsix et le système d'insonorisation selon l'invensior. pelds ëtre partagé en deux éléments structuraux utilisables indépendamment l'un de l'autre. Le dispositif et le système d'insonorisation selon l'invention opère comme suit Le bruit rayonné euis la source de bruit dans le système de canalisations est réfléchi sensiblement par suite du dimensionnement de l'amortisseur de bruit sur l'ouverture d'admission 1 et ensuite, après qu'il a parcouru le système de guides d'onde 2 à amortissement accordé, fortement amorti par suite de l'adaptation de la largeur de bande acoustique réduite.Ce processus se déroule pareillement également sur le guide d'onde 4 et après traversée répétée du système de guides d'onde 2, l'amortissement et la pente d'amortissement des bandes passantes, en vue d'assurer la traversée des chambres 5,6,7,8 et 9, est sensiblement accru, Les bandes passantes sont évitées#avec la dérivation il et 12 réglée sur les fréquences passantes ou les réflexions acoustiques, qui sont à ramener sur les dérivations découpées à partir des chambres de détente Les bruits amortis conformément aux exigences sont rayonnés daxs l'environnement acoustique par la canalisation raccordée au guide d'onde 10.Le sens d'écoulement du fluide peut correspondre à la propagation du son ou etre orienté dans le sens contraire, ce qui, dans le cas des paramètres quadri- polaires est pris en considération par le signe du nombre de Mach. Le dispositif et le système selon lginvention se caracterisent#encomparaison des solutions classiques par la plage de fréquences deamortissement (près de 2 décades) sans provocation dEne bande passante# et en outre pa les valeurs élevées d'insonorisation (plus de 40 à 50 dB). La résistance hydraulique du système permet également le maintien d'un rendement acoustique élevé, ce qui n'était pas le cas avec les solutions classiques du même type. Le grand nombre de ses formes de réalisation permet non seulement une forme d'application stationnaire, mais également une forme d'application mobile. R E V E N D I C A # I 0 N S 1. Dispositif et système d'amortissement, en particulier de bruits se propageant dans des canallsa- tions et des tubes, dispositif se composant de plusieurs chambres fermées entre elles, et qui est disposé, entre la source de bruit exerçant son rayonnement sur la canalisation et 11 extrémité de la canalisation débouchant dans la colonne, dans l'atelier ou dans d'autres dispositifs, à un éloignement de la source de bruit déterminé par les paramètres de rayonnement de ladite source, de sorte que l'impédance d'entrée acoustique spécifique supposée à ltentree d'écoulement du dispositif d'insonorisation du système acoustique se composant de la source de bruit et des canalisations allant de la source de bruit jusqu'au dispositif d'insonorisation, soit égale à zéro au-dessous des fréquences fondamentales de la source de bruit pour les fréquences apparaissant avec une intensité acoustique maximale et pour leurs harmoniques, et le réseau quadripolaire acoustique, qui se compose des guides d'onde acoustiques constitués par les chambres du dispositif d'insonorisation (y compris la source de bruit, les canalisations allant de la source de bruit jusqu'au dispositif d'amortissement et de là jusqu'au point de mesure), est réalisé avec des dimensions radiales et axiales déterminées et une disposition relative correspondante, caractérisé en ce que l'amenée des bruits se propageant dans les gaz en circulation au dispositif s'effectue par l'intermédiaire d'un système (2) de conducteurs creux acoustiques à amortissement accordé, qui se compose de guides d'onde pénétrant dans la chambre de détente avec différentes longueurs, et un système de conducteurs creux acoustique à amortissement accordé ainsi réalisé peut être introduit à l'intérieur du dispositif d'insonorisation également à partir de plusieurs endroits selon des réalisations identiques ou différentes, et dont les points d'amortissement maximal colncident avec les points de puissance acoustique maximale de la source de bruit, - entre les chambres du dispositif d'insonorisation, la longueur du guide d'onde acoustique (4) entre la première chambre de détente (3) et la seconde (5) présente, par rapport au nombre d'onde déterminé par la première fréquence fondamentale de la bande de fréquence à amortir, la relation où k0 (m 1) = le nombre d'onde déterminé par la fréquence fondamentale inférieure, 13 (m) = la longueur dirigée dans le sens de l'écoule- ment de la première chambre de détente (3), 14 (m) = longueur du guide d'onde (4) entre la première chambre de détente (3) et la seconde (5), Zo3 et Zo4 (kgm40 1) = impédance acoustique critique des chambres de détente (9 et 4) - il possède au moins deux chambres de détente (7,8), et les guides d'onde acoustiques (4,6,8) entre les diffé- rentes chambres de détente du dispositif d'insonorisation pénètrent dans les chambres par endroits et éventuellement en bloc, les impédances d'entrée acoustiques spécifiques de ces pénétrations et des dérivations de guide d'onde s'établissant sous la forme de section spatiale des chambres de détente pour les fréquences passantes de la caractéristique de transmission de puissance acoustique du dispositif, sont égales à zéro, et, en vue de la suyiession des autres bandes passantes apparaissant dans la caractéristique de transmission, est raccordée au guide d'onde acoustique (4), entre la première chambre de détente (3) et la seconde (5), une dérivation de guides d'onde (11,12), isolée, se composant éventuellement de plusieurs guides d'onde montés en série, dont l'impédance d' entrée acoustique spécifique pour la fréquence caractéristique de la bande passante à amortir est égale à zéro. 2. Dispositif d'insonorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (2) de conducteurs creux à amortissement accordé, introduit dans la première chambre de-détente et pénétrant éventuellement dans les autres chambres de détente, est constitué de deux tubes concentriques de longueurs différentes et de la chambre se formant entre les surfaces latérales de ces tubes présentant une section en forme de couronne, avec des plaques divisées radialement en plusieurs parties avec des longueurs progressivement croissantes et d'une surface extérieure cylindrique. 3. Dispositif d'insonorisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les différentes chambres de détente ou dérivations spatiales (3,5,7,9 et 12) sont réalisée avec des parois perforées, sur lesquelles, en vue de l'accroissement de la résistance acoustique, est dispose un tissu et sur celui-ci un matériau poreux fibreux amortissant les sons, qui est rcvu ~e façon amovible d'un revêtement en forme de plaques étanche à l'air sur toute sa surface, de sorte que le matériau amortissant les sons nuisse être remplacé après usure. 4. Dispositif d'insonorisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'en vue d'empêcher le passage des sons à travers la plaque perforée et l'enveloppe amortissant les sons, sur toute la périphérie du dispositif entre l'enveloppe perforée et les plaques extérieures, dans le plan des parois séparant les différentes chambres de détente les unes des autres, est disposée une bande en forme de plaque isolée placée au-dessus de 11 enveloppe amortissant les sons. 5. Dispositif d'insonorisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en vue d'abaisses les bruits se propageant dans la paroi du dispositif ou les transmissions sonores provoquées par leur rayonnement entre les différentes chambres, les parois du dispositif sont composées de plaques doubles disposées de façon aléatoire les unes par rapport aux autres, avec des liaisons ponctuelles. 6. Dispositif d'insonorisation selon 1'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première chambre de détente (3) et les autres parties (5,6,7,8#9 et 10) du dispositif sont séparées les unes des autres et sont réwmies entre elles par 12intermédiaire d:un guide d'onde acoustique (4) réalisé éventuellement de façon flexible, Si bien qus cette forme de réalisation se compose de deux éléments distincts.