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Title:
SILENT GAS EXPANSION DIFFUSER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/056147
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention concerns a silent diffuser for compressed gas expansion, comprising a tube (3) for intake of the gas to be expanded, an elongated sheath (1) containing a lining (6) made of a sound damping material, one end of said sheath communicating with the tube (3) through a series of holes (9), and its opposite end emerging laterally outside through a series of orifices (2) for exhausting the expanded gas, the total surface of said orifices being significantly greater than that of said holes, such that the gas passes therethrough at sonic velocity and its velocity upstream of said intake is maintained at a subsonic level. The intake tube (3) penetrates into the elongated sheath (1) and extends centrally over the whole length thereof while being closed at its end opposite the one through which the gas to expanded enters, the lining (6) taking up the entire space extending between the sheath inner wall and the tube; the series of holes (9) is arranged directly on the tube (3) wall, immediately downstream of the location whereat it penetrates into the sheath (1).

Inventors:
GERARD PHILIPPE GREGOIRE (FR)
Application Number:
PCT/FR2002/004455
Publication Date:
July 10, 2003
Filing Date:
December 19, 2002
Export Citation:
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Assignee:
ACOUSTIQUE IND SOC D (FR)
GERARD PHILIPPE GREGOIRE (FR)
International Classes:
B60T17/00; F01N1/08; F01N1/10; F01N1/24; (IPC1-7): F01N1/00
Foreign References:
EP0565136A21993-10-13
US2745509A1956-05-15
US5109950A1992-05-05
FR2518714A11983-06-24
US3561561A1971-02-09
DE1480406A11969-04-24
DE1294393B1969-05-08
Attorney, Agent or Firm:
Berogin, Francis (65/67 rue de la Victoire, Paris Cedex 09, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Diffuseur silencieux pour la détente d'un gaz comprimé, du type comportant un tube d'amenée (3) du gaz à détendre, une enveloppe allongée (1 ; 12) contenant une garniture (6 ; 13) d'un matériau d'amortissement acoustique tel qu'un tricot métallique ou analogue, une extrémité de cette enveloppe allongée (1) communiquant avec ledit tube d'entrée (3 ; 10) par une série de trous (9 ; 11), et son extrémité opposée s'ouvrant à l'extérieur pour l'échappement du gaz détendu, de sorte que ledit gaz traverse lesdits trous (9 ; 11) à vitesse sonique et que sa vitesse en amont soit maintenue à un niveau subsonique, de mme qu'à l'intérieur de l'enveloppe (1 ; 12), caractérisé en ce que ledit tube d'amenée (3 ; 11) pénètre dans l'enveloppe allongée (1 ; 12) et s'étend centralement sur toute la longueur de celleci en étant fermé à son extrémité (4) opposée à celle par laquelle y entre le gaz à détendre, ladite garniture (6 ; 13) occupant l'espace s'étendant entre la paroi intérieure de l'enveloppe (1 ; 12) et ledit tube (3 ; 10), et en ce que ladite série de trous (9 ; 11) permettant la communication entre le tube (3 ; 10) et l'enveloppe (1 ; 12) est prévue directement sur la paroi dudit tube, immédiatement en aval de l'emplacement auquel il pénètre dans l'enveloppe (1 ; 12).
2. Diffuseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de l'enveloppe (1) s'ouvrant à l'extérieur comporte un série d'ouvertures (2) d'échappement du gaz détendu, la surface cumulée de ces ouvertures (2) étant notablement supérieure à celle desdits trous (9).
3. Diffuseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section cumulée des ouvertures (2) est telle que la vitesse d'éjection des gaz hors de l'enveloppe (1) soit faible, de l'ordre de 50 m/s, pouvant tre de l'ordre de 30 % de la section totale de cette partie perforée de l'enveloppe (1).
4. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la garniture (6 ; 13) du matériau d'amortissement acoustique est constituée d'un genre de tricot métallique enroulé serré sur le tube (3 ; 10).
5. Diffuseur selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (3 ; 10) est pourvu, immédiatement en aval de son entrée dans l'enveloppe (1 ; 12), d'une série de trous (9 ; 11) de faible diamètre constituant ensemble un col sonique et répartis en rangées alternées de trous (9a, 9b).
6. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte du tube (3) opposée à son extrémité fermée (4) et par laquelle arrive le gaz à détendre fait saillie à l'extérieur de l'enveloppe (1) et porte un filetage (7) permettant sa fixation sur une rampe de distribution.
7. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit tube d'amenée de gaz comprimé (10) est entouré d'une enveloppe (12) constituée de deux demi coquilles (12a, 12b) assemblées l'une à l'autre et enserrant entre elles et le tube (10) une garniture (13) d'un matériau d'amortissement acoustique tel qu'un tricot métallique ou analogue, la fermeture de l'enveloppe pouvant tre assurée par tout moyen connu.
8. Diffuseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz détendu s'échappe à l'atmosphère par l'ouverture correspondant à la section de sortie (15) laissée libre au bout de l'enveloppe (12).
9. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de trous (9,11) est inférieur à 5 mm.
Description:
DIFFUSEUR SILENCIEUX POUR LA DETENTE DE GAZ La présente invention concerne un diffuseur silencieux pour la détente d'un gaz comprimé, du type comportant un tube d'amenée du gaz à détendre, une enveloppe allongée contenant une garniture d'un matériau d'amortissement acoustique tel qu'un tricot métallique ou analogue, une extrémité de cette enveloppe allongée communiquant avec ledit tube d'entrée par une série de trous, et son extrémité opposée s'ouvrant à l'extérieur pour l'échappement du gaz détendu, de sorte que ledit gaz traverse lesdits trous à vitesse sonique et que sa vitesse en amont soit maintenue à un niveau subsonique, de mme qu'à l'intérieur de l'enveloppe.

De tels diffuseurs sont déjà connus et sont utilisés par exemple pour détendre de l'air comprimé chaud avant son injection à l'entrée d'une machine telle qu'une turbine à gaz ou un compresseur, pour empcher le givrage à l'entrée de la machine, notamment au niveau du filtre d'entrée d'air. Leur constitution est telle qu'ils limitent de façon très importante les émissions sonores qui autrement seraient provoquées par la détente brutale du gaz sous pression.

Dans le diffuseur connu du type mentionné plus haut, la série de trous assurant la communication entre le tube et l'enveloppe est prévue dans une plaque perforée transversale maintenue entre un épaulement interne du tube et l'extrémité correspondante de l'enveloppe, laquelle est obturée par cette plaque, sans tre pénétrée par le tube. Le tube et la plaque perforée sont donc des pièces usinées d'un prix relativement élevé, ce qui constitue un inconvénient, outre que l'efficacité de ces diffuseurs n'est pas optimale en tant que silencieux.

Le but de la présente invention est d'éviter cet inconvénient et de rendre les diffuseurs du genre en question plus efficaces que le diffuseur du type défini plus haut tout en étant plus simples et moins onéreux à fabriquer.

A cet effet, un diffuseur silencieux conforme à l'invention est caractérisé en ce que ledit tube d'amenée pénètre dans l'enveloppe allongée et s'étend centralement sur toute la longueur de celle-ci en étant fermé à son extrémité opposée à celle par laquelle y entre le gaz à détendre, ladite garniture occupant l'espace s'étendant entre la paroi intérieure de l'enveloppe et ledit tube, et en ce que ladite série de trous permettant la communication entre le tube et l'enveloppe est prévue directement sur la paroi dudit tube, immédiatement en aval de l'emplacement auquel il pénètre dans l'enveloppe.

Grâce à cette structure et comme on le verra mieux dans ce qui suit, le gaz à détendre emprunte, depuis son entrée dans le tube jusqu'à sa sortie de l'enveloppe, un

parcours acoustique à chicanes propre à augmenter l'effet de réduction du bruit qu'il subit dans la garniture d'amortissement acoustique, puisque pouvant présenter deux coudes : un premier coude au niveau de la traversée du tube lorsque le gaz pénètre dans l'enveloppe et, si l'on prévoit, comme cela est connu en soi, une sortie latérale du gaz hors de l'enveloppe, un second coude lorsqu'il quitte l'enveloppe pour s'échapper à l'extérieur, du fait que le parcours du gaz dans l'enveloppe est parallèle au tube.

On évite par ailleurs la présence de la plaque perforée, et on limite les opérations d'usinage à l'élaboration des trous dans le tube, qui peut tre un simple tube du commerce, et à celle, facultative, d'ouvertures d'échappement dans l'enveloppe, le tube pouvant tre assujetti à l'enveloppe par une simple opération de soudage sur la paroi frontale de l'enveloppe qui est traversée par le tube.

Bien entendu, en outre, il sera très facile de fixer, par l'extrémité libre de leur tube d'entrée, qui peut tre filetée, de tels diffuseurs sur des rampes de distribution portant plusieurs diffuseurs convenablement répartis pour assurer à l'entrée de la machine dans laquelle il convient d'éviter tout givrage, la formation d'un rideau homogène d'air chaud ou autre gaz détendu (vapeur, C02 ou autre selon l'application).

Deux modes d'exécution de l'invention vont maintenant tre décrits à titre d'exemples nullement limitatifs avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un diffuseur silencieux conforme à l'invention ; - la figure 2 montre un exemple de disposition des trous à l'entrée du tube ; et - la figure 3 montre en perspective l'application de l'invention à l'insonorisation a posteriori d'un tube d'échappement préexistant, par exemple une soupape.

Le diffuseur de la figure 1 comporte une enveloppe tubulaire allongée 1 en tôle, comportant à son extrémité d'éjection du gaz détendu une section perforée constituée d'une série d'ouvertures 2 disposées sur toute sa périphérie, par exemple suivant un schéma de répartition en quinconce. La longueur axiale de cette section perforée pourra tre de l'ordre de 20 % de la longueur totale de l'enveloppe. La section cumulée des ouvertures 2, chacune d'un diamètre qui peut aller jusqu'à 5 mm, est telle que la vitesse d'éjection des gaz hors de l'enveloppe 1 soit faible, de l'ordre de 50 m/s,

cette section cumulée pouvant tre de l'ordre de 30 % de la surface totale de cette partie de l'enveloppe.

La partie centrale de cette enveloppe 1 est occupée sur toute sa longueur par un tube coaxial 3 du commerce, dont l'extrémité 4, située contre une première plaque de fermeture soudée 5 de l'enveloppe 1, est fermée. L'espace annulaire ainsi ménagé dans l'enveloppe 1 autour du tube 3 contient une garniture 6 d'un matériau d'amortissement acoustique constitué d'un genre de tricot métallique enroulé serré sur le tube 3. L'extrémité ouverte du tube 3 opposée à son extrémité fermée 4 et par laquelle arrive le gaz à détendre fait saillie à l'extérieur de l'enveloppe 1 et peut tre filetée en 7 pour permettre commodément sa fixation sur une rampe de distribution ou analogue, non représentée. De mme qu'à son extrémité 4, ce tube 3 peut tre soudé à une seconde plaque de fermeture 8 de l'enveloppe 1. Enfin, le tube 3 est pourvu, immédiatement en aval de son entrée dans l'enveloppe, d'une série de trous de faible diamètre 9 constituant ensemble un col sonique et répartis, selon le débit de gaz à évacuer, par exemple en deux rangées alternées 9a et 9b de trous d'un diamètre inférieur à 5 mm, comme montré sur la figure 2.

Grâce à ces dispositions, on obtient un diffuseur silencieux de faible encombrement, facile à fabriquer avec des éléments métalliques du commerce découpés et soudés, et pratiquement sans usinage, donc à faible coût. On obtient une atténuation du bruit de l'ordre de 20 à 45 dbA par rapport à un échappement libre, et ceci pour un débit de gaz éventuellement chaud pouvant aller jusqu'à 400 g/s.

Le col sonique formé par les trous 9 permet de bloquer les conditions du débit de fonctionnement dans l'enveloppe 1 à celles qui règnent en amont, au point de vue température et pression, la pression dans la rampe d'amenée pouvant tre par exemple de 6 ou 7 bars (dans la limite haute et sous réserve de la bonne tenue mécanique), avec une vitesse d'écoulement également subsonique.

Ce col permet en effet de décaler vers les très hautes fréquences, plus faciles à traiter acoustiquement, le spectre basse fréquence du jet d'entrée, les ondes de choc étant"cassées"par le tricot métallique dans l'enveloppe, et l'écoulement du gaz y étant ainsi stabilisé et rendu moins bruyant. A la sortie, l'écoulement gazeux est homogène et à vitesse réduite, ce qui permet de limiter les disparités dans la directivité du bruit. Le faible diamètre des trous d'échappement (< 5mm) est essentiel, car il

permet de limiter au maximum les risques liés au"défibrage"du tricot métallique, c'est-à-dire à l'arrachage de ses fibres.

Il va de soi que l'embout fileté à l'extrémité ouverte du tube pourrait tre remplacé par un embout à souder sur la rampe de répartition, toute autre modification de détail pouvant de toute façon tre apportée au mode de réalisation qui vient d'tre décrit à titre d'exemple nullement limitatif, dès lors qu'elle ne sortirait pas du cadre des revendications.

On comprend aussi que la section perforée des ouvertures de sortie 2 pourrait tre supprimée et remplacée par une simple ouverture plus grande dans l'enveloppe 1, par exemple au bout de l'enveloppe.

C'est le cas dans le mode de réalisation de la figure 3, dans laquelle on a représenté l'invention appliquée à l'insonorisation a posteriori d'un tube 10 d'éjection de gaz comprimé chaud ou froid préexistant, comportant des trous de sortie 11 constituant le col sonique. On peut alors entourer un tel tube, par exemple une soupape de purge d'air comprimé déjà en place et non démontable, par une enveloppe 12 constituée de deux demi coquilles 12a, 12b assemblées l'une à l'autre et enserrant entre elles et le tube 10 une garniture 13 d'un matériau d'amortissement acoustique tel qu'un tricot métallique ou analogue, la fermeture de l'enveloppe pouvant tre assurée par tout moyen connu, comme des genouillères 14.

Le gaz détendu silencieusement s'échappe alors à l'atmosphère par l'ouverture correspondant à la section de sortie 15 laissée libre au bout de l'enveloppe, ceci avec les mmes avantages que précédemment. Les performances acoustiques restent comprises entre 20 et 45 dbA d'atténuation selon la géométrie de la boîte, la section de passage, la sortie latérale ou non de l'ouverture de sortie, etc.




 
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