Brevet FR2523658A1 — publié le 19830923

TURBOMACHINE A FAIBLE NIVEAU DE BRUIT La présente invention concerne une turbomachine à faible niveau de bruit comportant une carcasse, qui contient une roue mobile, en rotation, et un espace acoustique relié à l'espace interne de ladite carcasse par au moins une ouver- ture de passage du son. La source principale du bruit de rotation, dans le cas d'une turbomachine radiale sans bague conductrice, est la "langue" de la carcasse, o la paroi périphérique de la carcasse se raccorde, par une zone courbée, au canal de jonction; à cet emplacement, la carcasse en forme de spira- le a son plus petit diamètre Dans le cas des turbomachines axiales, les ailettes déflectrices radiales, qui portent le -palier pour l'axe de la roue mobile et sont disposées trans- versalement dans le canal d'écoulement, représentent les régions principales de source de bruit. Il est connu, dans le cas des turbomachines produc- trices de travail, de prévoir une paroi perforée dans la région courbée qui constitue "la langue" de la carcasse ou dans la zone des ailettes déflectrices, paroi perforée der- rière laquelle est disposée un résonateur (demande de brevet européen O 039 459) Le résonateur constitue un résonateur quart d'onde pour la fréquence principale du bruit perturba- teur Il s'y produit une onde continue, qui est en opposi- tion de phase avec l'oscillation correspondant au bruit de rotation et qui, par conséquent, fait disparaître une partie du bruit de rotation De ce fait, le bruit perturbateur de rotation de la turbomachine est considérablement diminué. Cette compensation connue du bruit présente un inconvénient par le fait que le résonateur quart d'onde doit être à chaque fois ajusté sur la fréquence perturbatrice, alors que cette fréquence perturbatrice dépend principale- ment du nombre de tours de la turbomâchine Dans le cas d'une turbomachine dont le nombre de tours est variable, une modification constante de la longueur du résonateur quart d'onde est nécessaire, selon le nombre de tours régnant à chaque instant. La présente invention a pour but de créer une turbomachine à faible niveau de bruit du type ci-dessus mentionné, o il y a une adaptation automatique de la compen- sation du bruit selon les différents nombres de tours de la machine. Pour atteindre ce but, on prévoit, selon l'inven- tion, que, dans l'espace acoustique, on fait agir une source de son opposée qui est excitée par une fréquence changeant selon le nombre de tours de la roue mobile. La contre-source de bruit est une source active de bruit, par exemple sous forme d'un haut-parleur Cette source de bruit est excitée à une fréquence qui change selon le nombre de tours de la roue mobile De cette façon, la fréquence de la contre-source de bruit s'adapte automa- tiquement à tous les nombres de tours de la roue mobile. La contre-source de bruit produit un bruit qui, autant que possible, est en opposition de phase avec la partie de fréquence perturbatrice du bruit de rotation, de façon que cette partie de bruit de rotation et le contre-bruit puis- sent mutuellement partiellement s'assourdir Par suite de cela, il s'établit un plus faible niveau de bruit. Contrairement à l'état de la technique, la turbo- machine selon l'invention présente une source de contre- bruit "active" Il ne s'agit pas d'un résonateur ayant une fréquence de résonance fixe ou variable, mais d'une source de contre-bruit qui compense effectivement dans la région principale de la source du bruit de rotation. Avantageusement, la source de contre-bruit est excitée par un circuit déphaseur réglable Par le circuit déphaseur, la relation de phase du contre-bruit peut être réglée de façon qu'elle soit déphasée, par rapport à la phase du bruit de rotation, de 180 Ce déphasage peut être très facilement réalisé à la main et surveillé, parce que la phase du signal d'excitation de la source de contre- bruit doit être changée jusqu'à ce que soit atteint le plus bas niveau de bruit de rotation pour la sensibilité auditi- ve de l'homme Il est également possible de régler automa- tiquement le circuit de déphasage pour qu'il établisse la relation de phase qui est à chaque fois la plus efficace. Dans ce but, un transformateur de bruit recevant le bruit de rotation et un régulateur correspondant sont nécessaires. La fréquence à laquelle la source de contre-bruit est excitée peut être obtenue par un capteur qui répond à des éléments tournant avec l'arbre d'entraînement de la roue mobile Dans ce cas, il est possible de fixer à l'ar- bre de la roue mobile, un disque codé dont les marques passent près d'un capteur sans contact, lequel produit des impulsions correspondantes Par une répartition correspon- dante desmarques sur le disque codé, on peut produire une fréquence qui correspond à un harmonique déterminé du bruit de rotation dépendant du nombre de tours Les fréquences perturbatrices principales dans le bruit de turbomachines productrices de travail correspondent en général à la fr 6- quence des ailettes (nombre de tours x nombre d'ailettes de la roue mobile) et à ses multiples Par le prélèvement de la fréquence d'excitation pour la source de contre-bruit à partir du nombre de tours de la roue mobile au moyen d'un capteur du nombre de tours, on est assuré que les fré- quences de la source de contre-bruit seront toujours exac- tement identiques à celles des oscillations aérodynamiques primaires de pression. Selon une autre variante de l'invention, la source de contre-bruit est excitée par au moins un capteur de pression transformant les bruits en oscillations électriques. Ce capteur de pression peut être un microphone qui est dispo- sé dans la région de la source du bruit perturbateur La source de contre-bruit est commandée par un circuit régula- teur de façon qu'à l'emplacement du capteur de pression, les oscillations de pression aient une amplitude minimale. Selon une forme avantageuse de réalisation de l'invention, on prévoit plusieurs sources de contre-bruit, qui sont excitées à des fréquences différentes Ces sources de contre-bruit peuvent être soit commandées toutes par un même capteur soit être commandées par différents capteurs. Ces capteurs peuvent être disposés à différents endroits de la carcasse et/ou être sensibles à des fréquences diffé- rentes. Dans une turbomachine selon l'invention, la forme et les dimensions géométriques de l'espace interne de la carcasse n'ont pas à être modifiées pour la mise en oeuvre de la source de contre-bruit Il n'y a, de ce fait, pas demodifica- tion de la caractéristique et du rendement de la turbomachine. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement à la lecture de la descrip- tion, qui va suivre, de deux exemples de réalisation, four- nis à titre illustratif mais nullement limitatif et définis en se référant au dessin annexé. Sur ce dessin: la figure 1 est une représentation, en perspecti- ce schématique, d'une turbomachine radiale; la figure 2 est une représentation schématique de l'excitation de la source de contre-bruit; et la figure 3 montre un deuxième exemple de réali- sation de la production du contre-bruit. Sur la figure 1 est représentée une turbomachine radiale, qui présente une carcasse 10 comportant une paroi périphérique 11 en forme de spirale La paroi périphérique Il se prolonge par la paroi extérieure d'un canal tangen- tiel de jonction 12. La roue mobile 13 et ses ailettes 14 sont montées de façon rotative dans la carcasse 10 Sur la figure 1, pour des raisons de clarté, l'arbre d'entraînement, sur lequel est fixé la roue mobile 13, n'est pas représenté A l'empla- cement auquel la paroi périphérique 11 de la carcasse, en se rapportant à l'axe de la roue mobile 13, a le plus petit rayon, se trouve la langue 15 de la carcasse qui se compose d'une partie courbée, par laquelle la paroi 11 de la carcas- se se raccorde à la paroi supérieure 16 du canal de jonction 12 La langue 15 est la source principale du bruit de rota- tion perturbateur. La langue 15 est réalisée en une paroi perforée. Elle présente de nombreux orifices, qui conduisent dans l'espace acoustique fermé 17 disposé derrière la langue 15 de la carcasse Les parois de l'espace 17 sont fermées à l'exception des ouvertures dans la langue 15 et d'une oluver- ture o est disposé un haut-parleur 18 Le haut-parleur 18, dont l'excitation sera expliquée ci-après, forme la source de contre-bruit, qui produit, dans l'espace 17, des oscilla- tions acoustiques qui sont transmises aux orifices de la langue 15 et dans ces orifices, elles sont en opposition de phase avec la composante à atténuer du bruit de rotation. Selon la réalisation de la figure 2, on a fixé, sur l'arbre d'entraînement 19 de la roue mobile 13, un dis- que codé 20 qui porte des marques sur son pourtour Ces marques peuvent, par exemple, être des fentes, des marques de couleur, des pièces en métal ou analogue A proximité du disque codé 20 qui tourne avec l'arbre d'entraînement 19 est disposé un capteur 21 qui, au passage de chaque marque, produit une impulsion électrique Les impulsions sont appli- quées à un circuit déphaseur 22 dans lequel, par exemple, la relation de phase des impulsions peut être modifiée à la main Dans le cas le plus simple, le circuit déphaseur 22 se compose d'un circuit retardateur, par exemple un circuit RC. La sortie du circuit de déphasage 22 est reliée, par un amplificateur 23, au haut-parleur 18 La fréquence à laquelle le haut-parleur est excité est égale au nombre de tours par seconde de l'arbre d'entraînement 19 multiplié par le nombre de marques sur le disque codé 20 Si l'excitation du haut-parleur doit avoir lieu à une plus basse fréquence, on peut disposer un circuit diviseur de fréquence, qui ré- duit la fréquence de façon correspondante, en aval du capteur 21, qui produit les impulsions. Selon le principe de l'invention, la source de contre-bruit se composant du haut-parleur 18 produit un bruit dont la fréquence est égale à celle d'une composante perturbatrice du bruit de rotation Par réglage approprié du circuit de déphasage 22 et de l'amplificateur 23, on arrive à ce que la composante en question du bruit de rota- tion et le contre-bruit produit par le haut-parleur 18 s'atténuent, au moins partiellement, mutuellement dans la zone de la langue 15. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la fi- gure 3, on adjoint à la langue 15 un microphone 24, qui reçoit le bruit de rotation produit sur la langue 15 et envoie des signaux électriques correspondant sur un ampli- ficateur 25 Le signal à la sortie de l'amplificateur arrive par un circuit de déphasage 22, sur le haut-parleur 18 qui est disposé dans l'espace acoustique 17 de la mêmne façon que dans le premier mode de réalisation Le circuit de déphasage 22 est régulé de façon que l'amplitude du bruit audible de rotation atteigne un niveau minimum De plus, par l'amplificateur 25 on peut modifier le niveau de la source de contre-bruit. Selon une autre variante, le microphone pour la commande de la source de contre-bruit est disposé en un emplacement voulu à l'intérieur ou à l'extérieur de la turbomachine, là ou une diminution du niveau de bruit est particulièrement souhaitable, par exemple dans un canal relié à la turbomachine. Les orifices sur la langue 15 peuvent avoir toute forme voulue Au lieu de la paroi perforée, on peut égale- ment prévoir une ouverture couverte d'une membrane. La source de contre-bruit peut également avoir la forme d'une membrane se trouvant dans la langue de la carcas- se, qui est excitée directement par un générateur d'oscilla- tions (excitateur acoustique de structure). La présente invention peut être utilisée sur toutes les turbomachines, par exemple dans le cas d'aérateur, de ventilateur, de machines soufflantes à un ou plusieurs étaes, de compresseur et de pompe. REVENDICATIONS 1 Turbomachine à faible niveau de bruit compor- tant une carcasse, qui renferme une roue mobile rotative, un espace acoustique étant relié à l'espace interne de la carcasse par au moins une ouverture de passage du son, ca- ractérisée en ce que dans l'espace acoustique ( 17) agit une source de contre-bruit ( 18) qui est excitée & une fréquence changeant selon le nombre de tours de la roue mobile ( 13). 2 Turbomachine selon la revendication 1 caract 6 ri- sée en ce que la source de contre-bruit ( 18) est excitée par un circuit déphaseur réglable ( 22). 3 Turbomachine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un capteur ( 21) répondant à un élément tournant avec l'arbre d'entratnement ( 19) de la roue mobile ( 13), -. produit des signaux pour l'excitation périodique de la source de contre-bruit ( 18). 4 Turbomachine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un capteur de pression ( 24) est prévu, qui transforme les bruits en oscillations électriques, et dont le signal de sortie, le cas échéant après amplification et déphasage, excite la source de contre-bruit ( 18). Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que plusieurs sources de contre- bruit ( 18) sont prévues, qui sont excitées à des fréquences différentes. 6 Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'espace acoustique ( 17) est fermé par une paroi perforée, disposée en vis à vis de l'espace interne de la carcasse. 7 Turbomachine selon l'une des revendications 1 & , caractérisée en ce que l'espace Acoustique ( 17) est fermé par une membrane disposée en vis à vis de l'intérieur de la carcasse.