Dispositif à ondes stationnaires empêchant la propagation des vibrations dans Un fluide sous pression. L'objet de l'invention est un dispositif à ondes stationnaires qui a pour but d'empêcher la propagation de vibrations dans un fluide sous pression, par exemple pour pompes, tur- bines, moteurs, appareils de signaux acous tiques, le long d'une conduite du fluide, en vue d'éviter une perte d'énergie par propaga tion de l'énergie vibratoire dans le fluide.
En particulier, dans les dispositifs aver tisseurs acoustiques actionnés au moyen d'air comprimé ou de vapeur d'eau et pourvus d'une languette ou diaphragme, ce dernier agit à la manière d'une soupape commandée par le dispositif, et cette soupape constitue un organe de fermeture à action intermit tente entre la partie -de cet appareil par la quelle se fait l'émission du son et l'orifice d'admission du fluide sous pression.
Dans ces dispositifs; des -vibrations associées avec les vibrations du diaphragme et de la partie émettrice de son de l'appareil se propagent dans le fluide sous pression le long des tuyaux reliés à l'appareil et cette associa- tion provoque dans lesdits tuyaux un effet nuisible au bon fonctionnement de l'appa reil. L'objet de l'invention permet d'obvier à ces inconvénients.
Il comprend un disposi tif à ondes stationnaires, dans lequel au moins un résonateur est relié à au moins un récepteur de manière que leurs vibrations s'accouplent, caractérisé en ce qu'une con duite du fluide sous pression est reliée au dispositif de telle façon et en un endroit tel que l'énergie vibratoire ne puisse se propa ger dans le fluide le long de cette conduite.
On désignera par "résonateur" tout dis- positif destiné à fournir des ondes station naires dont la fréquence est déterminée par sa construction sous l'influence d'une vibra tion de même fréquence.
La suppression d'une propagation des vibrations dans la conduite du fluide peut être obtenue de deux manières, ou par la combinaison -de ces deux manières suivant que l'orifice du conduit est placé en un n#ud ou en un ventre dans le résonateur.
Lorsque l'orifice du conduit est relié au résonateur en un point où l'énergie vibra toire n'a qu'une forme cinématique, et lors que les particules du fluide oscillatoire dans le résonateur se meuvent dans un plan per pendiculaire à l'axe du conduit vers son em bouchure, les forces agissant dans ce plan n'ont évidemment aucune composante dans une direction perpendiculaire à ce plan, c'est-à-dire dans la direction de l'orifice du conduit; par conséquent, les oscillations ne peuvent se propager dans ce dernier. Dans ces conditions, il ne peut y avoir de perte d'énergie par propagation de l'énergie vibra toire dans le fluide.
Le résonateur peut être construit sous la forme d'un résonateur présentant une forme sphérique, et le point d'admission du fluide peut être placé en un ventre entre la paroi du résonateur et le centre de celui-ci. Le résonateur peut également être établi sous la forme d'un résonateur tubulaire, c'est-à-dire en forme d'un tube dans lequel les vibrations se produisent de la même manière que dans un tuyau d'argue, -et où l'orifice d'admission peut être établi sous la forme d'un ou plusieurs trous pratiqués dans la paroi du tube à l'endroit d'un ventre.
Dans le cas où l'orifice d'admission se trouve situé en un noeud à l'intérieur du résonateur, l'énergie vibratoire peut être empêchée de revenir dans le tuyau d'alimen tation au moyen d'une résistance' convena ble, par exemple une paroi poreuse, qui ne s'oppose pas au passage du fluide sous pression.
Les deux solutions peuvent évidemment être employées également en combinaison dans un seul et même appareil.
L'invention est également applicable dans le cas où deux, au plus de deux réso nateurs sont accouplés avec le même dis positif. Les applications de l'invention ne sont pas limitées aux appareils acoustiques pour vus d'un diaphragme. L'invention est appli- cable aux moteurs, pompes, turbines, outils pneumatiques, et leur équivalent, ou bien encore partout où des soupapes sont em ployées pour ouvrir ou fermer successive ment, d'une manière intermittente, un tuyau amenant un fluide sous pression.
Par exemple dans les installations d'élé vation d'eau pour usages domestiques dans une maison, les battements produits dans t'eau par l'échappement intermittant de l'eau de la pompe se propagent le long des conduites et produisent des sons qui peu vent être entendus dans toute la maison. L'invention peut aussi être appliquée pour empêcher de telles vibrations de se propager clans les conduites d'eau.
Plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention, données à titre d'exemples, sont représentées par le dessin annexé, dans lequel chacune des fia. 1 à 11 en montre schématiquement une.
Fia. 12 est une vue de côté d'une appli cation à une sirène et la fia. 13 en est une élévation en coupe; enfin Fia. 14 montre, de la même manière que la fia. 13, une autre application de l'in vention.
Dans les figures de 1 à 11, les mêmes signes de référence désignent les mêmes par ties; !11, avec ou sans exposant, désigne l'appareil par lequel, de façon voulue ou non, un fluide liquide ou gazeux est mis en état de vibration stationnaire. R, avec ou sans exposant, désigne un résonateur, T le tuyau d'arrivée, et N et B, avec ou sans exposant, respectivement un noeud ou un ventre. La direction de l'admission du fluide est représentée par une flèche.
Dans l'exemple selon la fia. 1, le réso nateur R est supposé de forme sphérique. En conséquence, les noeuds sont situés sur la surface de paroi interne et au milieu du ré sonateur, les parcelles du fluide sous pres sion oscillant ou vibrant dans la direction radiale. Le tuyau d'admission T est placé de manière que son embouchure coïncide avec le rayon<I>0-A.</I> Il en résulte que l'énergie ne pourra revenir dans le tuyau ou conduit d'arrivée.
Dans Texemple selon la fig. 2, il est fait usage d'un résonateur tubulaire R présentant une extrémité fermée et placée dans le con duit d'admission T. Dans ce cas, des n#uda sont formés en N' -et NZ et des ventres en BI et BZ. Au ventre B@, le résonateur pré sente des trous situés à l'intérieur du tuyau d'admission T, et par lesquels le fluide sous pression est admis dans le résonateur.
Fig. 8 montre une application comportant deux appareils à radiation oscillatoire ou vi bratoire Ml et Mz reliés ensemble au moyen d'un tube de résonateur commun B dans le quel le point B peut être supposé représenter un ventre, les points N1 et NZ représentant des noeuds. Il va de soi que ces naeuds Qt ces ventres peuvent être inversés ou occuper une autre position à l'intérieur du résonateur si la longueur .de ce dernier est différente.
Le résonateur représenté est supposé contenir une demi-longueur -d'on-de, mais il peut être construit pour tout multiple d'un quart de longueur d'onde. Les appareils M' et M2, ou l'un quelconque de ceux-ci, peuvent égale ment être remplacés par des résonateurs ou un seul résonateur.
L'exemple montré à la fig. 4 comprend un résonateur R pourvu d'une paroi poreuse empêchant la pénétration des vibrations, mais permettant le passage du fluide sous pression. Dans ce cas, on .a un n#ud à l'endroit de la surface interne du résonateur; mais un ven tre B se trouve à l'ouverture de liaison entre <I>R et</I><B>31.</B> Le tuyau d'arrivée<I>T</I> renferme l'en semble du résonateur, mais il va de soi qu'il ne doit renfermer que la partie du résonateur formant une paroi poreuse au cas où le réso nateur ne serait pas poreux sur la totalité de sa circonférence.
La fig. 5 montre, en substance, la même construction que celle montrée à la fig. 4, mais appliquée à un résonateur tubulaire R qui est monté directement dans le prolonge ment du tuyau d'arrivée<I>T.</I> En un n#ud <I>N,</I> situé à l'intérieur du résonateur, est disposée une cloison poreuse arrêtant les vibrations ou oscillations, mais permettant au fluide sous pression de passer.
Le résonateur peut évi demment être également construit de façon îi. contenir un nombre pair ou impair d'un quart de longueur d'onde suivant qu'on a un n#ud ou un ventre au passage C entre l'orifice d'ad mission et M.
La fig. 6 montre un exemple dans lequel le tuyau d'admission<I>T</I> entre l'appareil 1V1 et le résonateur R est placé au ventre B. Cette variante est une combinaison de celles qui sont montrées aux fig. 1 et 2.
La fig. 7 montre une application qui est" en substance, de même nature que celle de la fig. 1, la différence consistant en ce qu'un résonateur supplémentaire R' est branché en tre l'appareil<I>11'I</I> et le résonateur Bz lequel est relié au passage d'admission T de la même manière qu'à la fig. 1.
De même, la fig. 8 montre une applica tion comprenant deux résonateurs R' et R\. le premier de ceux-ci étant relié à l'appareil M et également au second résonateur R-' au moyen d'un tuyau auquel le passage d'admis sion T est relié au ventre B.
La fig. 9 montre une forme d'exécution principalement destinée aux appareils hy drauliques. L'orifice ou passage d'admission T est relié à un résonateur tubulaire R pourvu, à ses extrémités, de deux organes élastiques El, Ez se composant par exemple de ballons de caoutchouc entourés de cham- bTes d'air fermées, à l'intérieur desquelles l'air peut être comprimé lors -de la dilatation des ballons en caoutchouc en raison d'une augmentation de pression dans le liquide mo teur qui peut être considéré pratiquement comme n'étant pas compressible.
L'appareil lil est relié à une des extrémités du résona teur. Un appareil analogue pourrait égale ment être relié à l'autre extrémité de ce der nier, si on le désirait.
Cette forme d'exécution peut. être appli quée par exemple à un moteur dont la sou pape d'admission produit des battements d'une certaine fréquence dans le fluide mo teur. Le résonateur R est accordé à cette fré quence de façon à ce qu'un ventre soit pro- duit au milieu du tube résonateur R. Les vibrations du fluide ayant alors en cet en droit la forme d'oscillations du fluide dans la direction de l'axe du tube résonateur, celles-ci ne se propagent pas dans le tuyau d'admission T.
Le même appareil est appli cable par exemple à une turbine, où les pales du rotor obstruent de façon intermittente les ouvertures d'admission entre les pales fixes et produisent ainsi des vibrations qui se pro pagent dans le fluide sous pression.
Au lieu d'être adapté au tuyau d'admis sion, le résonateur peut aussi être adapté à un tuyau de sortie de fluide sous pression, par exemple celui d'une pompe d'alimenta tion d'eau, comme indiqué plus haut, ou dans le tube d'échappement d'un moteur à com bustion interne. Pour éviter les sons produits dans toutes les canalisations connectées au tuyau de sortie de la pompe ou du moteur, par suite des battements des soupapes de sor tie, un -résonateur peut être adapté au tuyau de sortie de la façon indiquée à la fig: 9.
Dans tous les résonateurs décrits en ré férence aux figures ci-dessus, on peut em ployer, si on le désire, un guide supplémen taire pour les vibrations à l'endroit d'un- ven tre où l'orifice ou passage d'admission se trouve être placé. Dans la pratique, le guide en question peut présenter la forme d'une plaque dont la face est parallèle à la direc tion des vibrations.
La fig. 10 montre une plaque de guidage S de ce genre, en combinaison avec une forme d'exécution de l'objet de l'invention qui, à part cela, correspond à la fig. 1; dans cet exemple, la plaque de guidage présente une surface plane. De la même manière, la fig. 1l. montre une plaque de guidage en combinai son avec la forme d'exécution selon la fig. 2; dans ce cas, ladite plaque de guidage pré sente la forme d'un cylindre creux ouvert aux deux bouts.
Les fig. 12 à 14 représentent des appli cations de l'invention à des appareils avertis seurs acoustiques ou sirènes à diaphragme de types connus. Les fig. 12 et 13 montrent un dispositif dans lequel le résonateur est monté à l'extérieur de l'appareil, la fig. 14 montrant un appareil pourvu d'un résonateur monté in térieurement en dedans du conduit principal d'arrivée.
L'appareil avertisseur proprement dit, ou sirène est de construction connue et se com pose d'une cage<I>A,</I> d'un diaphragme<I>B'</I> qui est fixé, au moyen d'un anneau C, à ladite enveloppe, une trompe D et un canal d'ali mentation T', T4 pour l'admission du fluide sous pression. Pour différencier ce canal du conduit principal d'alimentation dont il va être question ci-après, on le désignera sous le nom de "tuyère".
La tuyère selon les fig. 12 et 13, est cons truite en forme de<B>T</B> et se compose d'un tuyau principal T' destiné à être relié à la conduite d'alimentation (non représentée) et de deux tuyaux de branchement communi quant avec ledit tuyau Tl,
en substance sous des angles droits au point d'intercommunica- tion. L'un des tuyaux de branchement T2 passe radialement à travers la chambre aDnu- laire de dégagement de pression située à l'in térieur de la cage A au moyen d'un raccord T3 qui se termine par une chambre d'échap pement T4, l'autre branchement qui affecte la forme d'un résonateur R,
s'étendant dans la direction opposée à partir du tuyau Ti et pourvu d'un fond fermé r'.
Le tuyau de branchement TZ est venu de fonte avec l'enveloppe A, mais le résonateur R est construit sous la forme d'un tuyau monté extérieurement, établi de préférence en cuivre et cintré de façon à épouser exactement la forme du contour circulaire de l'enveloppe ou cage A, ce tuyau étant fixé au moyen d'un dispositif .de serrage a@.
Le tuyau de résonateur R s'étend dans le tuyau Tl de manière qu'il y ait, entre l'extré mité de ce tuyau et l'orifice d'admission à l'autre branchement T=, un intervalle<I>x</I> pour l'introduction du fluide sous pression dans les tuyaux de branchement; la largeur de cet espace pourrait être de préférence réglable.
Pour permettre ce réglage. l'extrémité inté rieure r2 du tuyau résonateur R, ou d'une tétine y appliquée, pourrait- être susceptible de se déplacer axialement dans un raccord T au moyen duquel la cage A est reliée avec le tuyau principal d'alimentation du fluide sous pression. La longueur du tuyau R est cal culée de telle sorte que la position de l'espace intermédiaire x coïncide exactement, ou ap proximativement avec un ventre à l'intérieur des tuyaux de branchement.
Au point d'intercommunication avec la tuyau Tl, les tuyaux ou canaux R ou T sont situés sur le même axe et, par suite de cette disposition, les vibrations qui se pro duisent à l'intérieur du résonateur R sont d'emblée associées aux vibrations de l'inté rieur de l'appareil pour former un tout com plet. Comme, d'autre part, l'espace intermé diaire x est situé à un ventre, les vibrations à l'intérieur du résonateur ne peuvent re venir, ou ne peuvent le faire qu'à un degré très minime, au tuyau T' ou au tuyau prin cipal d'alimentation.
Dans l'exemple selon la fig. 14, le réso nateur est enfermé complètement à l'intérieur du tuyau principal d'arrivée ou d'alimen tation.
Dans la fig. 14, les mêmes signes de réfé rence que ci-dessus sont employés pour dé signer des parties correspondantes, la diffé rence consistant en ce que le tuyau résonateur R est monté à l'intérieur du tuyau principal d'alimentation T, sur le même axe que ce dernier. De plus, le tuyau T s'étend au delà .de- .l'embouchure <B>du-</B> résonateur R sur -une dis tance telle qu'un ventre est formé à l'endroit de ladite embouchure. A cet endroit, les vi- brations suivront, par rapport au résonateur, une direction telle qu'elles ne pourront re venir au tuyau d'alimentation.
Comme on le voit, le dispositif selon les fig. 12 et 13, en ce qui concerne le résona teur, est basé sur le principe du tuyau d'or gue fermé comportant intérieurement une ar rivée de fluide sous pression en un ventre, et en un point situé entre les extrémités du tuyau, tandis que le dispositif suivant la fig. 14 est basé sur le principe du tuyau d'or gue ouvert comportant une arrivée de fluide sous pression en un ventre situé à l'extrémité libre du tuyau.
Dans le dispositif selon la fig. 11, rien ne s'oppose à l'application du principe du tuyau d'orgue fermé selon les fig. 12 et 13. Dan, ce cas, le tuyau de résonateur R doit être pro longé un peu plus et doit être pourvu d'un fond r', comme indiqué en traits mixtes sur le dessin, le résonateur étant alors pourvu, en un ventre, -d'un où plusieurs trous d'admis sion x' correspondant à l'espace intermédiaire x décrit ci-dessus.
Dans la forme d'exécution montrée en traits continus à la fig. 14, le tuyau T peut également être considéré comme un résona teur. Etant donné que le tuyau R est ouvert, il y aura un certain degré d'association ou d'accouplement entre les vibrations qui se produisent dans les tuyaux R et T, et, pour empêcher l'énergie des oscillations ou vibra tions du tuyau T de revenir plus loin dans la conduite d'alimentation, on a disposé, à l'in térieur dudit tuyau T, un papillon en forme de disque S qui est pourvu d'un ou plusieurs trous S'. Ce papillon peut être également remplacé par une cloison de séparation d'une nature poreuse et servant de résistance.
Le dispositif représenté à la fig. 14 est destiné à être monté de manière que le tuyau d'arrivée ou d'alimentation prenne une posi tion horizontale, l'orifice de la trompe ou sirène étant tourné en bas; la position excen trique du trou S' par rapport à l'axe du tuyau en question empêche l'accumulation d'eau da condensation dans le tuyau T.