Chapitre 5 - Dimensionnement des vannes de régulation
5.16 Contrôle du bruit
Dans les systèmes fermés (qui n'ont aucune évacuation vers l'atmosphère), tout bruit produit dans le procédé est transmis par l'air uniquement par la transmission à travers les vannes et le conduit adjacent qui contient le débit. Le champ sonore du débit provoque la vibration de ces limites solides.
Les vibrations provoquent des interférences dans l'atmosphère ambiante, lesquelles se propagent sous forme d'ondes sonores.
Le contrôle du bruit entend le traitement de la source, le traitement de son chemin, ou les deux. Le traitement de la source, qui consiste à prévenir ou atténuer le bruit à sa source, est la méthode la plus recommandée, si elle est économiquement et physiquement faisable.
Les méthodes de traitement de la source dans un système à cage sont illustrées à la Figure 5.10. La vue supérieure illustre une cage avec de nombreuses petites encoches parallèles, conçues pour minimiser les turbulences et assurer une répartition favorable de la vitesse dans la zone d'expansion. Cette méthode économique pour obtenir une conception de vanne silencieuse peut réduire le bruit de 15 à 20 dBA sans diminuer la capacité du débit, ou en la diminuant à peine.
La vue inférieure de la Figure 5.10 illustre un équipement interne à cage à deux étages, conçu pour une atténuation optimale du bruit lorsque le taux de chute de pression (∆P/P1) est élevé.
Pour obtenir les résultats voulus, les restrictions doivent être dimensionnées et espacées dans la paroi de la cage primaire, de façon à ce que le bruit généré par l'interaction du jet ne dépasse pas la somme du bruit généré par les différents jets pris individuellement.
La conception de l'équipement interne peut réduire le bruit de la vanne de 30 dBA. La conception finale utilise une combinaison de différentes stratégies de réduction du bruit qui permet de réduire le bruit de la vanne de 40 dBA. Ces stratégies sont les suivantes :
Une forme à passage unique réduit la conversion de la puissance totale du débit générée par la vanne en puissance sonore.
La réduction de la pression par les différents étages répartit la puissance du courant entre les étages, et réduit encore l'efficacité de la conversion acoustique.
Le changement du spectre de fréquence réduit l'énergie acoustique dans la plage audible en capitalisant sur la perte de transmission du conduit.
L'indépendance du jet de sortie est maintenue, afin d'éviter la régénération du bruit sous l'effet de la coalescence du jet.
La gestion de la vitesse est accomplie lorsque les zones s'étendent de façon à recevoir le gaz qui se répand.
Figure 5.13 Conception spéciale de vanne pour éliminer la cavitation
Figure 5.11 Combinaison vanne et diffuseur en ligne
Figure 5.12 Combinaison vanne et diffuseur d'évent
Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 5 : Dimensionnement des vannes de régulation
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Des conceptions complémentaires du corps évitent l'impact du débit sur la paroi du corps et donc les sources de bruit secondaires.
Pour les applications où les vannes de régulation travaillent à des taux de pression élevés (∆P/P1 > 0,8) la méthode de la série de restrictions, qui divise la chute de pression totale entre la vanne de régulation et une restriction fixe (diffuseur) en aval de la vanne, peut être efficace pour minimiser le bruit. Pour optimiser l'efficacité d'un diffuseur, celui-ci doit être conçu (forme et dimensionnement spéciaux) pour chaque installation donnée, de façon à ce que le niveau de bruit généré par la vanne et le diffuseur soit le même. La Figure 5.11 illustre une installation type.
Les systèmes de contrôle qui évacuent vers l'atmosphère sont généralement très bruyants, car ils sont caractérisés par un taux de pression élevé et une une grande vitesse à la sortie. Diviser la chute de pression totale entre l'évent et une vanne de régulation en amont à l'aide d'une diffuseur d'évent réduit le bruit de la vanne et de l'évent. Un diffuseur d'évent bien dimensionné et une association de vannes comme celle qui est illustrée à la Figure 5.12 peuvent réduire le niveau de bruit total du système de 40 dBA.
Le traitement de la source pour les problèmes associés aux vannes de régulation qui gèrent des liquides vise en premier lieu l'élimination ou la minimisation de la cavitation. Les conditions du débit qui produiront la cavitation pouvant être précisément prédites, le bruit de la vanne dû à la cavitation peut être éliminé en appliquant des limites aux conditions de fonctionnement de la vanne, à l'aide d'orifices de rupture, de vannes en série, etc. Le traitement de la source peut également être effectué en utilisant un équipement interne de la vanne qui contient des restrictions en série afin d'éliminer la cavitation, comme illustré à la Figure 5.13.
La seconde manière de contrôler le bruit consiste à traiter son chemin. Le débit de fluide est un excellent chemin de transmission du bruit. Le traitement du chemin consiste à augmenter l'impédance du chemin de transmission afin de réduire l'énergie acoustique communiquée au récepteur.
La dissipation de l'énergie acoustique à travers l'utilisation de matériaux qui
absorbent le bruit est l'une des méthode les plus efficaces de traitement du chemin.
Lorsque c'est possible, le matériau acoustique doit être situé dans le débit, soit sur la source de bruit, soit immédiatement en aval de celle-ci. Dans les circuits de gaz, des silencieux en ligne dissipent efficacement le bruit dans le courant de fluide et atténuent le niveau de bruit transmis aux limites solides.
Lorsque le débit massique est élevé et/ou que le taux de pression à travers la vanne est important, les silencieux en ligne (illustrés à la Figure 5.14,) sont souvent la solution la plus réaliste et économique pour contrôler le bruit. L'utilisation de silencieux en ligne à absorption peut fournir presque tous les degrés d'atténuation souhaités. Toutefois, les considérations d'ordre économique limitent généralement la perte d'insertion à 25 dBA environ.
Figure 5.14 Silencieux en ligne type
Le bruit qui ne peut pas être éliminé dans les limites du débit doit être éliminé par un traitement externe. Cette méthode d'abattement du bruit de la vanne de régulation conseille d'utiliser un conduit à paroi épaisse, une isolation acoustique des limites solides exposées du fluide, l'utilisation de boîtiers et de bâtiments isolés, etc. afin d'isoler la source de bruit.
Le traitement du chemin, comme un conduit à paroi épaisse ou une isolation acoustique externe, peut constituer une technique économique et efficace d'abattement local du bruit. Toutefois, le bruit se propage sur de longues distances via le fluide, et l'efficacité d'une paroi de conduit épaisse ou d'une isolation externe s'arrête là où le traitement s'arrête.