Brevet FR3013076A1 — publié le 20150515

STRUCTURE DE PROTECTION THERMO-ACOUSTIQUE POUR MACHINE TOURNANTE La présente invention a pour objet une structure de protection thermoacoustique pour machine tournante, et notamment une structure de type à panneaux dans laquelle est disposé un matériau absorbant acoustique. L'invention concerne le domaine de protections thermo-acoustiques 5 pour machines tournantes, et de leurs équipements, telles que les turbines à gaz ou les alternateurs. Les bruits générés par les machines tournantes ou leurs équipements peuvent avoir de forts niveaux de puissances acoustiques pouvant atteindre 130 dB(A) (décibel pondéré A) à 160 dB(A) qui se propagent dans les 10 équipements voisins. Par exemple, les enceintes de protection ou les conduits d'air d'admission et d'échappement d'une turbine à gaz sont des chemins privilégiés pour la propagation des ondes acoustiques. Ainsi, l'atténuation du bruit rayonné pas les équipements n'est possible qu'avec l'utilisation de panneaux composés d'une structure adaptée. De 15 manière générale, la structure de panneaux comporte au moins deux parois, une tôle externe et une tôle interne souvent perforée, avec au moins une couche de matériau isolant acoustique disposée entre les deux tôles, et des raidisseurs ou des éléments de liaison entre les panneaux dans lesquels des moyens d'amortissement élastique permettent de dissiper la transmission de 20 vibrations à travers la structure. Les phénomènes acoustiques dans les structures à panneaux peuvent être classés en trois types : - La réflexion : une partie de l'onde acoustique est renvoyée vers la partie intérieure de l'équipement. 25 - L'absorption : dissipation de l'énergie de l'onde dans les parois et dans les matériaux (ou l'air) disposés entre les parois. - La transmission : émission de l'énergie par la vibration de toute la structure vers l'extérieur de l'équipement. Tel que décrit dans le document EP 1 657 374, la structure des tôles de panneaux est en métal et sa conception est basée sur la théorie que la masse est le principal facteur permettant l'atténuation acoustique et donc sur le fait que plus la masse augmente plus l'atténuation du bruit est importante. 5 Ainsi, les panneaux acoustiques comprenant des tôles en métal permettent l'atténuation par effet de masse et des matériaux poreux permettent l'atténuation par effet de viscosité et de friction. Des amortisseurs permettent de dissiper les vibrations et d'atténuer l'énergie acoustique entre la paroi externe et interne, ces éléments étant typiquement composés d'un matériau 10 élastique ou flexible tel que le caoutchouc. L'absorption des ondes acoustiques dans la structure des panneaux selon les documents EP 2 017 826 et FR 2 356 820 peut être réalisée par des résonateurs d'Helmholtz, en particulier pour des applications au niveau de l'admission d'air proche du compresseur d'une turbine à gaz. De même, tel 15 que proposé dans le document US 4,084,367, des résonateurs d'Helmholtz peuvent être utilisés pour l'absorption acoustique des ondes de fréquences comprises entre 250 et 2000 Hz. Dans le document FR 2 356 820, les chambres résonantes de volumes différents ou de longueurs différentes permettent d'assurer l'étouffement du bruit sur une large gamme de 20 fréquences. En ce qui concerne l'amortissement de vibrations, le document US 5,907,932 propose deux éléments de liaisons horizontaux entre les deux tôles des panneaux et un élément amortisseur entre les éléments de liaison permettant d'absorber les vibrations traversant la structure. Le document 25 US 7,467,687 propose quant à lui d'utiliser deux éléments élastiques de part et d'autre d'un élément de liaison et disposés à l'interface entre l'élément et chaque tôle. Les éléments amortisseurs de vibrations sont typiquement composés de caoutchouc ou de matériel élastique. Ainsi, l'absorption acoustique est réalisée soit par un matériel 30 absorbant soit par des résonateurs. L'atténuation des phénomènes de transmission acoustique à travers la structure est réalisée quant à elle par des amortisseurs de vibrations comportant des éléments typiquement en matière élastique. La transmission et la propagation acoustique à travers les parois de la structure, y compris à travers les matériaux isolants, peut provoquer l'excitation des modes de résonnance de la structure par vibration solidienne, créant ainsi un rayonnement du bruit par la surface de la paroi extérieure. Ce phénomène peut être atténué par la multiplication de points d'amortissements de vibrations dans tous les éléments reliant la structure et les panneaux, ce qui tend à augmenter le nombre d'éléments de la structure et à rallonger la durée de montage des panneaux. En effet, lors des opérations de maintenance, il est parfois nécessaire de réaliser le démontage et le remontage de la structure acoustique autour des équipements, sans qu'il soit garanti que les performances acoustiques soient équivalentes à celles prévues initialement. En particulier, les éléments d'amortissement élastique, dissipateurs des vibrations, peuvent vieillir en raison de températures élevées et du niveau de vibrations caractéristiques du fonctionnement de machines tournantes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle propose en particulier une structure de protection thermoacoustique pour machine tournante, qui permet de s'affranchir ou de venir en complément des éléments élastiques amortisseurs de vibration, dans le but de minimiser les phénomènes de transmission acoustiques, tout en assurant une dissipation ou atténuation des ondes acoustiques. Un autre objectif de l'invention est de proposer une structure facile à monter et économique à fabriquer. L'invention a ainsi pour objet une structure de protection thermo25 acoustique pour machine tournante. La structure selon l'invention comprend un ou plusieurs panneaux munis chacun d'une paroi supérieure et d'une paroi inférieure, parallèles entre elles, et entre lesquelles est disposé au moins un matériau absorbant acoustique, la paroi supérieure et la paroi inférieure étant reliées entre elles à 30 l'aide d'au moins un élément de liaison de forme allongée, ledit élément de liaison présentant, en section transversale, au moins une portion, notamment courbe ou rectiligne, qui est non orthogonale aux deux parois, de manière à ce que, en section transversale, la longueur de l'élément de liaison entre la paroi supérieure et la paroi inférieure soit supérieure à la distance entre la paroi supérieure et la paroi inférieure, ledit élément de liaison présentant en outre en section transversale au moins une arête. Ainsi, la géométrie de l'élément de liaison, qui présente une ou 5 plusieurs déviations par rapport à la normale entre les parois, fait que la longueur en section transversale de l'élément de liaison est augmentée. Ceci permet la dissipation en basses fréquences des modes propres par une augmentation de la longueur de l'élément de liaison tout en conservant un faible encombrement du panneau. Dans cette géométrie, l'atténuation de 10 l'onde acoustique de la pièce de liaison est favorisée dans le sens de la largeur de la pièce. Ainsi, l'amplitude des résonnances se situant notamment entre 250Hz et 2kHz devient plus faible, ce qui diminue la transmission acoustique à ces fréquences. Par arête au sens de l'invention, on entend la zone de jonction entre 15 deux portions adjacentes non parallèles, qu'elles soient rectilignes ou courbes. L'élément de liaison peut comprendre une zone de contact supérieure, destinée à la liaison de l'élément avec la paroi supérieure, et/ou une zone de contact inférieure, destinée à la liaison de l'élément avec la paroi inférieure, ainsi qu'une pluralité de portions rectilignes ou courbes, les portions 20 adjacentes étant non parallèles et se rejoignant au niveau d'une arête. Ainsi, la somme des longueurs des différentes portions est supérieure à la distance entre la paroi supérieure et la paroi inférieure. L'élément de liaison peut comprendre une zone de contact supérieure et/ou une zone de contact inférieure, ou aucune zone de contact sur les extrémités de l'élément de 25 liaison. Les portions rectilignes peuvent être de même longueur ou de longueurs différentes. Les arêtes sont avantageusement obtenues par pliage, notamment d'une pièce unique, ce qui rend le procédé de montage de la structure simple et peu onéreux. 30 De manière à simplifier le procédé de montage de la structure, l'élément de liaison comprend avantageusement une pluralité de portions rectilignes et l'angle entre la paroi supérieure et la surface de contact supérieure peut être égal à l'angle entre la paroi inférieure et la surface de contact inférieure, plus ou moins quatre degrés, et l'angle saillant au niveau de chaque arête peut être égal à la somme de l'angle entre la paroi supérieure et la zone de contact supérieure et de l'angle entre la paroi inférieure et la surface de contact inférieure, plus ou moins quatre degrés. La structure peut comprendre un élément d'amortissement de type viscoélastique, disposé entre la zone de contact supérieure et la paroi supérieure et/ou entre la zone de contact inférieure et la paroi inférieure. La surface entre la zone de contact supérieure et le bord de la paroi supérieure peut être comprise entre 10 et 20% de la surface de la paroi supérieure et la surface entre la zone de contact inférieure et le bord de la paroi inférieure peut être comprise entre 10 et 20% de la surface de la paroi inférieure. En section transversale, la longueur de la zone de contact inférieure est de préférence supérieure à 10% de la longueur totale de l'élément de 15 liaison et la longueur de la zone de contact supérieure est de préférence supérieure à 10% de la longueur totale de l'élément de liaison. Le ou les matériaux absorbant acoustique peuvent comprendre de la mélamine, de la laine de roche ou de verre, de la mousse et/ou des billes. L'épaisseur du ou des matériaux absorbant acoustique est 20 avantageusement au moins égale à 50% de la distance entre la paroi inférieure et la paroi supérieure. La fixation de l'élément de liaison à la paroi inférieure et/ou à la paroi supérieure peut être réalisée par soudure. La fixation de l'élément de liaison à la paroi inférieure et/ou à la paroi 25 supérieure peut être une fixation amovible. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 30 - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une structure de protection thermo-acoustique pour machine tournante selon l'invention, conformément à un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en perspective de l'élément de liaison de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une structure de protection thermo-acoustique selon l'invention, conformément à un deuxième 5 mode de réalisation, - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une structure de protection thermo-acoustique selon l'invention, conformément à un troisième mode de réalisation, - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une structure de 10 protection thermo-acoustique selon l'invention, conformément à un quatrième mode de réalisation, - la figure 6 est une vue en perspective de l'élément de liaison de la figure 5, - la figure 7 est une vue schématique en coupe transversale d'une 15 structure de protection thermo-acoustique selon l'invention, conformément à un cinquième mode de réalisation, et - la figure 8 illustre en vue de dessus différentes géométries possibles de la structure. Tel qu'illustrée à la figure 1, une structure thermo-acoustique pour 20 machine tournante selon l'invention comprend au moins un panneau 10, deux panneaux 10 étant représentés à titre d'exemple sur la figure 1, chaque panneau 10 comprenant une paroi supérieure 1 (également appelée tôle de structure externe ou de bardage) et une paroi inférieure 2 (également appelée tôle interne), la paroi inférieure 2 étant généralement une tôle perforée. Entre 25 la tôle externe 1 et la tôle interne 2 est disposée une ou plusieurs couches d'un matériau absorbant acoustique 3, typiquement sur au moins 50 % de l'espace compris entre la tôle externe 1 et la tôle interne 2. Pour chaque panneau 10, au moins un élément de liaison 4 relie la tôle externe 1 et la tôle interne 2. A titre d'exemple, sur la figure 1, deux éléments de liaison 4 sont 30 utilisés pour chaque panneau 10. Dans la structure selon l'invention, l'élément de liaison 4 une fois fixé est, en section transversale, non entièrement perpendiculaire aux parois 1,2 (i.e. l'élément de liaison 4 comprend au moins une portion 4a,4b non perpendiculaire aux parois 1,2), de manière à ce que, en section transversale, la longueur de l'élément de liaison 4 entre la paroi supérieure 1 et la paroi inférieure 2 soit supérieure à la distance D entre la paroi supérieure 1 et la paroi inférieure 2. Conformément au premier mode de réalisation de la figure 1, l'élément de liaison 4 comportant une unique arête (ou pliage ou pli) 5 délimitant deux portions rectilignes non alignées 4a et 4b. L'arête 5 peut se situer dans le plan de symétrie longitudinal de l'élément de liaison 4, mais pas nécessairement. Les deux portions rectilignes 4a,4b peuvent ainsi être de longueur égale. Grâce aux portions non verticales 4a,4b, la longueur de l'élément de liaison 4 entre la paroi supérieure 1 et la paroi inférieure 2 est supérieure à la distance D entre la paroi supérieure 1 et la paroi inférieure 2, ce qui permet de minimiser les phénomènes de transmission acoustiques dans une certaine plage de fréquence, tout en limitant l'encombrement. L'élément de liaison 4 peut comprendre également à ses extrémités une zone de contact supérieure 6a, destinée à la liaison de l'élément 4 avec la plaque supérieure 1, et éventuellement une zone de contact inférieure 6b, destinée à la liaison de l'élément avec la plaque inférieure 2. Un élément 7 d'amortissement de type viscoélastique ou autre peut être inséré entre la zone de contact supérieure 6a et la paroi supérieure 1 et/ou entre la zone de contact inférieure 6b et la paroi inférieure 2 (figure 3). L'angle aigu entre la portion supérieure 4a et la plaque supérieure 1 est a1, l'angle aigu entre la portion inférieure 4b et la plaque inférieure 2 étant a2. a1 peut être égal à a2 (figure 1), avec une tolérance de quatre degrés. a1 peut également être différent de a2± 4° (figure 3). L'angle saillant (c'est-à-dire l'angle inférieur à 180°) entre les deux portions 4a et 4b est 81, peut être égal à la somme de a1 et de a2, également avec une tolérance de quatre degrés. Ainsi, au moins deux éléments de liaison 4 permettent le montage d'une structure avec deux plaques 1,2 parallèles. En outre, chaque zone de contact 6a, 6b représente au moins 10% de la surface totale de la pièce de liaison 4. Chaque zone de contact 6a, 6b peut être fixée aux plaques 1,2 par soudure ou par fixation de type amovible comprenant un éventuel élément d'amortissement 7. La figure 2 illustre en perspective l'élément de liaison 4 de la figure 1. La figure 4 illustre une généralisation du mode de réalisation de la figure 1 ou 3. Elle montre que l'élément de liaison 4 peut être plié avec des rayons de courbure à chaque pli 5 et des portions rectilignes entre les plis 5. 5 Si la longueur « h » d'un segment droit tend vers 0, alors on retrouve un profil de type curviligne (composé d'arc de cercles, de profils sinusoïdaux ou d'un autre type de forme), et dans ce cas la même définition des angles peut permettre d'imposer le parallélisme entre la paroi supérieure 1 et la paroi inférieure 2 du panneau 10. 10 Conformément à un quatrième mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 5, chaque élément de liaison 4 comprend deux arêtes 5a,5b délimitant trois portions rectilignes 4a,4b,4c. Les arêtes 5a,5b sont de préférence équidistantes de leur zone de contact 6a,6b respective. Ainsi, les trois portions 4a,4b,4c sont de longueur sensiblement égales en section 15 transversale. Comme dans le premier mode de réalisation, l'élément de liaison 4 peut également comprendre à ses extrémités une zone de contact supérieure 6a, destinée à la liaison de l'élément 4 avec la plaque supérieure 1, et une zone de contact inférieure 6b, destinée à la liaison de l'élément avec la 20 plaque inférieure 2. L'angle aigu entre la portion supérieure 4a et la plaque supérieure 1 est 01, l'angle aigu entre la portion inférieure 4b et la plaque inférieure 2 étant a2. a1 peut être égal à a2, avec une tolérance de quatre degrés. L'angle saillant (c'est-à-dire l'angle inférieur à 180°) entre les deux portions 4a et 4b 25 est 131, qui est égal à la somme de a1 et de a2, également avec une tolérance de quatre degrés. Ainsi, au moins deux éléments de liaison 4 permettent le montage d'une structure avec deux plaques 1,2 parallèles. En outre, chaque surface de contact 6a,6b représente au moins 10% de la surface totale de la pièce de liaison 4. Chaque zone de contact 6a,6b peut être fixée aux 30 plaques 1,2 par soudure ou par fixation de type amovible. La figure 6 illustre en perspective l'élément de liaison 4 de la figure 5. On peut généraliser la structure des panneaux 10 de l'invention par une généralisation de la forme de l'élément de liaison 4 comme comportant N arêtes longitudinales et N+1 portions rectilignes. La distance entre deux arêtes adjacentes est de préférence la même sur l'ensemble de l'élément de liaison 4. Après pliage, les angles a1, a2 sont inférieurs à 90° et vérifient avantageusement les rapports suivants : - si N = 1, +c2 (± 4°) - si N > 1, = + a.2.. (± 4°) Ces angles peuvent être différents mais les rapports cités ci-dessus assurent une plus grande simplicité de fabrication. La figure 7 illustre un mode de réalisation dans lequel les angles sont 10 différents. Les angles orientés sur la figure 7 sont définis de la façon suivante : = - Y2 = Y3. = - Y2 (1) 15 - Y:v -1 avec : - N le nombre de plis 20 Y. Ainsi, on définit l'angle a2 par : 25 = E( (2) Les équations (1) précédentes vérifient l'équation (2) : Y1 = - = a2 30 L'avantage de l'invention est sa simplicité de mise en oeuvre car le pliage de l'élément de liaison peut être fait avec des outils standards, de plus l'absence d'amortisseur facilite les montages et démontages tout en minimisant le nombre de pièces nécessaire à chaque opération. 35 En outre, la fixation de l'élément de liaison peut se faire par des méthodes standards, ou par soudure, ou par fixation amovible, par exemple à l'aide de vis et écrous, ou par rivetage ou par clipsage. La liaison entre l'élément de liaison 4 et la plaque supérieure 1 est de préférence réalisée par un montage amovible, la fixation amovible étant possible grâce à l'espace laissé entre le matériau absorbant acoustique 3 et la plaque supérieure 1. Le procédé d'assemblage d'une structure selon l'invention peut comprendre les étapes suivantes : - au moins un élément de liaison 4 est disposé sur la surface d'une première paroi, par exemple la paroi inférieure 2. - soudage de la zone de contact 6b de l'élément de liaison 4 à la 10 première paroi 2, - remplissage de tout ou partie de l'espace entre les deux parois 1,2 par une ou plusieurs couches de matériau absorbant 3, par exemple laine de roche ou de verre ou autre, entre les éléments de liaison 4 et/ou des bords de la tôle 2. 15 - pose de la paroi supérieure 1 et fixation par assemblage amovible des pièces de liaison 4 à la surface de la paroi supérieure 1, (dans une variante de réalisation, la pose de la paroi supérieure 1 peut être faite avant le remplissage entre les deux paroi 1,2 par le matériau absorbant acoustique 3), - assemblage des panneaux de structure 10 pour former une 20 protection thermo-acoustique autour d'une machine tournante de type turbine ou alternateur. La paroi supérieure et la paroi inférieure peuvent comprendre entre elles des moyens de liaisons non représentés sur les figures. De plus, et afin de faciliter l'assemblage de la structure de protection thermo acoustique 25 autour d'une machine tournante, les parois peuvent avoir des formes diverses permettant une meilleure adaptation à la géométrie de la machine, par exemple certaines structures peuvent être constituées par des tôles à trois bords ou plus de quatre bords comme illustré à la figure 8. La structure peut ainsi être de forme triangulaire (mode de réalisation a)), rectangulaire (mode 30 de réalisation b)), pentagonale (mode de réalisation c)) ou hexagonale (mode de réalisation d)). Pour limiter les phénomènes de résonance de la structure, les éléments de liaison 4 sont de préférence fixés sur au moins une surface proche du bord des parois, à l'aide d'au moins une de surfaces de contact 6a et 6b. L'encombrement peut être ajusté en modifiant les angles de pliage. Les matériaux utilisés sont standard dans le domaine des turbines à gaz. 5 Enfin, l'épaisseur de la tôle de liaison 4 est de préférence comprise entre 1mm (voire 0.5 mm) et 6 mm. REVENDICATIONS1. Structure de protection thermo-acoustique pour machine tournante, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs panneaux (10) munis chacun d'une paroi supérieure (1) et d'une paroi inférieure (2), parallèles entre elles, et entre lesquelles est disposé au moins un matériau absorbant acoustique (3), la paroi supérieure (1) et la paroi inférieure (2) étant reliées entre elles à l'aide d'au moins un élément de liaison (4) de forme allongée, ledit élément de liaison de liaison (4) présentant, en section transversale, au moins une portion (4a,4b), courbe ou rectiligne, qui est non orthogonale aux deux parois (1,2), de manière à ce que, en section transversale, la longueur de l'élément de liaison (4) entre la paroi supérieure (1) et la paroi inférieure (2) soit supérieure à la distance (D) entre la paroi supérieure (1) et la paroi inférieure (2), ledit élément de liaison de liaison (4) présentant en outre en section transversale au moins une arête (5). 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de liaison (4) comprend une zone de contact supérieure (6a), destinée à la liaison de l'élément (4) avec la paroi supérieure (1), et/ou une zone de contact inférieure (6b), destinée à la liaison de l'élément (4) avec la paroi inférieure (2), ainsi qu'une pluralité de portions rectilignes (4a,4b) ou courbes, les portions adjacentes (4a,4b) étant non parallèles et se rejoignant au niveau d'une arête (5a,5b). 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de liaison (4) comprend une pluralité de portions rectilignes (4a,4b) et en ce que l'angle (01) entre la paroi supérieure (1) et la zone de contact supérieure (6a) est égal à l'angle (a2) entre la paroi inférieure (2) et la surface de contact inférieure (6b), plus ou moins quatre degrés, et en ce que l'angle saillant (131,132) au niveau de chaque arête (5a,5b) est égal à la somme de l'angle (01) entre la paroi supérieure (1) et la zone 13 de contact supérieure (6a) et de l'angle (a2) entre la paroi inférieure (2) et la surface de contact inférieure (6b), plus ou moins quatre degrés. 4. Structure selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément d'amortissement de type viscoélastique (7) disposé entre la zone de contact supérieure (6a) et la paroi supérieure (1) et/ou entre la zone de contact inférieure (6b) et la paroi inférieure (2). 5. Structure selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la surface entre la zone de contact supérieure (6a) et le bord de la paroi 10 supérieure (1) est comprise entre 10 et 20% de la surface de la paroi supérieure (1) et en ce que la surface entre la zone de contact inférieure et le bord de la paroi inférieure (2) est comprise entre 10 et 20% de la surface de la paroi inférieure (2). 6. Structure selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que, 15 en section transversale, la longueur de la zone de contact inférieure (6b) est supérieure à 10% de la longueur totale de l'élément de liaison (4) et en ce que la longueur de la zone de contact supérieure (6a) est supérieure à 10% de la longueur totale de l'élément de liaison (4). 20 7. Structure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le ou les matériaux absorbant acoustique (3) comprennent de la mélamine, de la laine de roche ou de verre, de la mousse, et/ou des billes. 8. Structure selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que 25 l'épaisseur du ou des matériaux absorbant acoustique (3) est au moins égale à 50% de la distance (D) entre la paroi inférieure (2) et la paroi supérieure (1).