Silencieux d’échappement pour groupes électrogènes

D’où vient le bruit d’échappement

L’échappement d’un moteur transporte deux types de bruit. Les pulsations des cylindres donnent un grondement basse fréquence dont la hauteur suit le régime du moteur et le nombre de cylindres ; la turbulence du flux gazeux et la sortie du gaz en bout de tuyau donnent un bruit large bande à plus hautes fréquences. Le premier est celui qui porte le plus loin et traverse les murs ; le second est celui que l’on décrit comme un sifflement ou un rugissement près de la cheminée.

Un silencieux d’échappement doit traiter les deux, et les deux appellent des conceptions internes différentes. C’est pourquoi les données acoustiques d’un silencieux sont données par bande d’octave et non par un chiffre unique : un appareil performant en hautes fréquences peut ne pas faire grand-chose contre le grondement grave dont se plaint le voisin.

Les grades de silencieux

La profession classe les silencieux d’échappement par grade : industriel, résidentiel, critique et hospitalier, par ordre croissant d’atténuation. Les noms viennent de l’environnement auquel ils étaient destinés - un site industriel qui tolère le bruit, une zone résidentielle, un site critique comme un hôpital où l’échappement doit être presque inaudible. Chaque fabricant publie ses propres valeurs d’atténuation par grade, de sorte que deux silencieux « résidentiels » ne sont pas forcément équivalents.

Un nom de grade est un point de départ, pas une spécification. La spécification, c’est le niveau sonore que le site doit respecter, à la distance où il est mesuré, et le silencieux d’échappement est l’un des trois éléments qui le décident, avec le capotage insonorisé et les silencieux d’entrée et de sortie d’air. Nous regardons les trois ensemble : un silencieux d’échappement de grade hospitalier sur un groupe dont les ouvertures d’air de refroidissement ne sont pas traitées ne donne pas une installation silencieuse.

Silencieux réactifs, absorptifs et combinés

Un silencieux réactif fonctionne avec des chambres et des tubes : le gaz se détend dans une chambre et une partie de l’énergie acoustique est réfléchie vers l’amont. Il est efficace contre les pulsations basse fréquence et il le reste pendant toute la vie de l’appareil, car rien à l’intérieur ne se dégrade.

Un silencieux absorptif fait passer le gaz dans un tube perforé entouré d’un matériau absorbant. Il élimine le bruit haute fréquence et ajoute peu de résistance, mais le matériau doit supporter la température des gaz d’échappement et peut devoir être remplacé après des années de service.

Les conceptions combinées réunissent les deux dans une même enveloppe et sont le choix habituel pour les grades résidentiel et critique. Le bon dosage dépend du moteur : un gros moteur lent a son énergie dans le bas du spectre et a besoin de la partie réactive ; un moteur rapide suralimenté a une plus grande part de son bruit plus haut dans le spectre.

L’atténuation face à la contre-pression

Tout silencieux résiste à l’écoulement des gaz, et plus il atténue, plus il résiste. Le motoriste indique la contre-pression maximale que le moteur peut voir à la bride d’échappement à la charge nominale ; au-delà, le moteur perd de la puissance, chauffe davantage et, dans le pire des cas, s’endommage. Le silencieux, la tuyauterie, les coudes et la cheminée s’additionnent tous face à cette limite.

Un silencieux ne se sélectionne donc jamais seul. Toute la ligne d’échappement est calculée : la longueur et le diamètre de la tuyauterie, le nombre et le rayon des coudes, les compensateurs de dilatation, le chapeau pare-pluie et le silencieux lui-même, et une marge est gardée pour l’encrassement qui vient avec les années de service. Lorsque le tracé est long, le diamètre de la tuyauterie augmente pour que le silencieux puisse garder son atténuation sans faire passer le total au-dessus de la limite.

C’est aussi pourquoi le tracé de la ligne d’échappement est demandé avec la demande d’offre. Deux coudes de plus que prévu peuvent transformer une sélection de silencieux correcte en un moteur qui n’atteint pas sa charge nominale.

Matériaux, calorifugeage et montage

Les enveloppes de silencieux sont réalisées en acier au carbone avec un revêtement résistant à la chaleur ou en acier inoxydable, selon la température des gaz, l’atmosphère du site et le cahier des charges. Les internes en contact avec les gaz chauds sont conçus pour la dilatation thermique ; l’enveloppe porte des oreilles de levage et des supports.

Le silencieux est posé sur des supports ou suspendu à la structure, avec des raccords flexibles côté moteur, pour que les vibrations du moteur ne se transmettent pas à la tuyauterie et au bâtiment. Le calorifugeage du silencieux et de la tuyauterie maintient la température de surface basse à l’intérieur du capotage, protège le personnel et réduit le bruit rayonné par la paroi du tuyau elle-même. Des purges de condensats aux points bas gardent l’eau hors du silencieux lors des démarrages à froid.

Silencieux avec SCR et en conteneur

Lorsque les limites d’émission imposent un système SCR, le silencieux et le réacteur SCR sont conçus comme une seule ligne : le corps du réacteur reprend une partie de l’atténuation, le point d’injection se place là où le gaz est assez chaud, et la contre-pression totale des deux reste dans la limite du moteur.

Dans un conteneur ou un capotage insonorisé, le silencieux est monté sur le toit ou dans le compartiment d’échappement, avec une hauteur de cheminée et une direction de sortie choisies pour que l’échappement ne soit pas réaspiré par l’entrée d’air de refroidissement et que le panache dégage les bâtiments voisins. La conception du capotage, l’échappement et les silencieux d’air viennent d’AXON en un seul ensemble.

Ce qui décide la sélection

Trois chiffres de la fiche technique du moteur - débit des gaz d’échappement, température d’échappement et contre-pression maximale -, le niveau sonore que le site doit respecter et l’endroit où il est mesuré, et le tracé de la tuyauterie. Avec cela, le silencieux est sélectionné sur ses données par bande d’octave et la contre-pression de l’ensemble du système est vérifiée. Sans cela, un nom de grade est une supposition.