Fabrication additive InTech APR23 : des vannes de régulation plus silencieuses

Jul 21, 2023

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Le bruit des vannes de régulation est un problème dans de nombreux environnements industriels. Le son est créé par des chutes de pression très élevées à travers une vanne, qui génèrent des vitesses de vapeur élevées lorsque le fluide se déplace dans les passages rétrécis du corps de la vanne. Le bruit aérodynamique dépend fortement de la vitesse du gaz, de sorte que les applications à débit élevé et à forte perte de charge ont tendance à atteindre très rapidement des niveaux sonores assourdissants. Ce type de bruit peut endommager l’audition et, au fil du temps, détruire les tubes, les équipements sensibles, les raccords de tuyauterie à proximité et les composants des vannes.

Des conceptions de garnitures à faible bruit ont été historiquement utilisées pour résoudre ce problème, mais ces types de solutions sont généralement coûteuses et réduisent considérablement la capacité de débit. Cependant, les techniques de fabrication additive (impression 3D d’alliages) ont introduit toute une série de nouvelles possibilités en matière de solutions de réduction du bruit. Cet article décrit les nouveaux modèles récemment introduits ou qui devraient être disponibles dans les prochains mois.

Les usines regorgent de sources de bruit bruyantes, notamment de gros équipements, des évents de processus et des pompes alternatives. Beaucoup de ces sons sont des sources ponctuelles (Figure 1A) et les niveaux sonores diminuent selon le carré de la distance. Les vannes de régulation sont une autre source de bruit courante dans les environnements industriels, mais dans ce cas, le son émane en réalité à la fois de la vanne et du tuyau, créant une source linéaire lorsque le tuyau en aval est suffisamment long (Figure 1B). Alors qu'une source ponctuelle perd de l'intensité sonore avec le carré de la distance, une source linéaire diminue son intensité directement proportionnellement à la distance, ce qui tend à créer des problèmes plus importants pour le personnel de l'usine.

Les causes courantes du bruit généré par les vannes de régulation comprennent les vibrations mécaniques des composants internes, le bruit aérodynamique dû à un flux de gaz turbulent et le bruit hydrodynamique dû à la cavitation. Le bruit externe au tuyau constitue une menace pour l'audition à des niveaux supérieurs à 85 dBA, et des niveaux supérieurs à 110 dBA peuvent endommager les composants de la vanne et les raccords de tuyauterie adjacents et doivent donc être évités (Figure 2).

Il existe généralement deux manières de résoudre ce problème : soit en limitant le trajet du son afin que le son ne puisse pas s'échapper dans l'environnement, soit en éliminant la génération du son à la source. Les solutions de parcours sonore utilisent généralement des tuyaux épais, une isolation lourde et/ou des couvertures acoustiques pour bloquer le bruit. Celles-ci fonctionnent bien et sont peu coûteuses, mais ces solutions ont leurs limites.

La réduction du bruit réalisable est généralement quelque peu limitée, et ces techniques ont tendance à devenir moins efficaces avec le temps à mesure que l'isolation se détériore et que les couvertures acoustiques sont retirées lors de la maintenance et ne sont pas réinstallées correctement. Quelle que soit leur efficacité, les solutions de cheminement du son ne résolvent pas le problème fondamental des niveaux sonores supérieurs à 110 dBA, susceptibles d'endommager l'équipement.

La solution standard pour le bruit des vannes de régulation a été l'installation de garnitures de vannes silencieuses pour réduire les niveaux de génération de bruit à la source. Ces conceptions divisent généralement le flux en plusieurs chemins d'écoulement, ou prennent de plus petites chutes de pression sur plusieurs étages, afin de réduire la vitesse globale du flux et de réduire les niveaux sonores globaux. Cette technologie fonctionne également bien, mais elle présente également des limites :

Les éléments internes à faible bruit ont tendance à limiter considérablement la capacité de débit des vannes, ce qui nécessite des corps de vanne plus grands pour laisser passer le même débit.

Les éléments internes à faible bruit sont généralement beaucoup plus chers que les éléments internes de vanne standard, car un usinage complexe est nécessaire pour produire ces conceptions.

Les éléments internes à faible bruit ont souvent une applicabilité limitée pour les vannes rotatives.

Le paysage des solutions anti-bruit pour les vannes de régulation a radicalement changé avec l’avènement de la fabrication additive, car il est désormais possible de créer rapidement et économiquement des configurations d’éléments internes très complexes.

Cette capacité récente a donné naissance à de nouvelles solutions de réduction du bruit capables d'atteindre des niveaux de réduction du bruit très élevés tout en conservant une capacité de débit élevée.