Тема 8. Защита от шума и вибрации

Шум и вибрация оказывают вредное воздействие на организм, затрудняют организацию и проведение технологического процесса.

Характеристики шума

Звук – это ощущение, вызываемое действием звуковой энергии на слуховые органы. Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и амплитуды.

Человек воспринимает как слышимый звук колебания с частотой от 16Гц до 20кГц. Наиболее чувствительным является слух к колебаниям с частотой от 1000 до 4000Гц. Звук с частотой ниже 16Гц – инфразвук; выше 20кГц – ультразвук. Они тоже оказывают влияние на человека, но не сопровождаются звуковыми ощущениями. Звук характеризуется амплитудой, частотой, интенсивностью и звуковым давлением.

Интенсивность звука – это поток энергии, проходящий через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространению звука:

, Вт/м², где W – поток звуковой энергии

Слух чувствителен не к интенсивности звука, а к звуковому давлению. Давление звуковой волны – это сила, нормально действующая от нее на единицу поверхности: , Па

Порог слышимости – это наименьшая звуковая энергия и звуковое давление, воспринимаемое слухом. Порог слышимости имеет разные значения для звуков разной частоты. В акустике принято за условный порог слышимости значения I и Р при частоте  = 1000Гц: I₀ = 10^-12 Вт/м² ; Р₀ = 2*10^-5 Па. Скорость движения частиц при этом v₀ = 5*10^-8 м/с.

Интенсивность звука может меняться в очень широких пределах – примерно в 10¹⁵ раз. Поэтому на практике по предложению А.Г. Белла пользуются уровнями в децибелах (дБ) по отношению к порогу слышимости.

Уровень интенсивности звука . Учитывая, что , где  - плотность среды; с – скорость звука, то можно получить:

Уровень звукового давления , т.е. децибел (дБ) – это уровень звукового давления, 20lg отношения которого к нулевому порогу равно единице. ( = 1дБ  = 1/20  =  1,12)

Максимально воспринимаемый слухом уровень звука – 130дБ (13Б). При дальнейшем росте звукового давления возникают болевые ощущения. Это порог болевых ощущений. Он соответствует интенсивности звука I=10Вт/м² и звуковому давлению Р=2*10²Па. Кратковременное действие шума более 150дБ вызывает необратимую травму органов слуха , т.е повреждение барабанной перепонки и слуховых косточек, и наступление глухоты.

Длительное действие шума, превышающего предельно допустимый уровень ПДУ (80дБА), ведет к снижению чувствительности к звукам высоких частот. Это происходит вследствие перерождения слуховой нервной ткани в соединительную (пресбиакузис). Шум снижает работоспособность, внимание, часто становится поэтому причиной производственного травматизма и профзаболеваний. Кроме того, шум негативно воздействует на центральную нервную систему, приводит к расстройству внутренних органов, недомоганию (шумовая болезнь), вызывает гипертонию.

Примерные уровни шума: дыхание – 10дБ; шелест листвы – 20дБ; офис – 60дБ; оживленная городская улица – 90дБ; отбойный молоток – 110дБ; наушники на максимальной громкости – 130дБ (т.е. болевой порог); реактивный двигатель на взлете или выстрел крупнокалиберного орудия – 150дБ.

Примеры уровней шума на металлургическом предприятии: фурма доменной печи – 112дБА; вентилятор подачи воздуха в конвертер – 125ДБА; завалочная машина мартеновской печи – 109дБА; электросталеплавильная печь – 118-126дБА (в зависимости от емкости); рабочая клеть слябинга 1150 – 117дБА, блюминга 1300 – 111дБА; гильотинные ножницы цеха горячей прокатки листа – 107-111дБА; рабочие клети сортопрокатных станов – 96-115дБА.

Характеристика вибраций

Вибрация – это механические колебания материальных точек или тел. Она может быть общей и местной. Общая вибрация вызывает головные боли, ухудшается самочувствие и сердечно – сосудистая деятельность. Она негативно влияет на нервную систему, желудочно-кишечный тракт, суставный апарат, зрение и слух, нарушает работу вестибулярного аппарата. Длительное действие локальной вибрации может привести к вибрационной болезни, при которой нарушается кровоснабжение конечностей, наступает их онемение и омертвение.

Частота производственных вибраций обычно от 35 до 250Гц. Наиболее вредны вибрации с частотой, резонансной телу, (примерно 6 – 9Гц). Для человека, стоящего на вибрирующей поверхности, имеются два резонансных пика при частотах 5-12 и 17 – 25Гц, а при сидячем положении – 4-6Гц.

Вибрация характеризуется: частотой f, амплитудой А, колебательной скоростью v = 2fA, виброускорением а=(2f)²A. Пороговая величина v₀ = 2*10^-8м/с соответствует пороговому звуковому давлению 2*10^-5Па. Интенсивность вибрации: , дБ.

Требования к шумовым и вибрационным характеристикам рабочих мест

Нормируемой шумовой характеристикой рабочих мест при постоянном шуме является звуковое давление в октавных полосах при среднегармонической частоте 63, 125,250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000Гц. Допустимые величины этого давления зависят от рабочего места и , например, на постоянных рабочих местах производственных помещений допустимый уровень звукового давления составляет для этих частот 95, 87, 82, 78, 75, 73, 71, 69дБ.

Обычно в производственном помещении шум имеет непостоянный характер. Поэтому здесь используют некоторую усредненную величину, которую называют эквивалентным по энергии уровнем звука. Он измеряется интегрирующими шумомерами со шкалой «А» и единицей измерения дБА. Уровень звука для приведенного примера составляет 80дБА.

В зависимости от частоты ГОСТ 12.1.001 – 83 нормируются также допустимые уровни для ультразвукового диапазона в пределах 80 – 110дБ и инфразвукового 102- 110дБ.

Меры и средства борьбы с шумом и вибрацией.

Эти мероприятия предусматривают ГОСТ 12.1.029 – 80 «Методы коллективной защиты», ГОСТ 12.4.051 – 78 «Средства индивидуальной защиты», СНиП 11 – 12 – 77 «Защита от шума».

Наиболее эффективным мероприятием является снижение шума в источнике его возникновения. Это достигается за счет конструктивных изменений в агрегате, снижающих уровень создаваемого ими механического и аэродинамического шума. Например, это может быть исключение или уменьшение до приемлемого уровня ударных нагрузок на детали и узлы.

Уровень шума может быть уменьшен звукоизоляцией, например размещением оборудования – источника шума в кожухе, изолирующем его от рабочего помещения. Для защиты конкретного рабочего места, размещенного вблизи мощного источника шума, может быть использован экран. Он ослабляет действие прямого потока звуковых волн на работника, хотя и не оказывает существенного влияния на уровень шума в остальных местах помещения. Применяют также глушители шума различных типов. Примером может служить глушитель М101-21 на клапане «СНОРТ» в доменных цехах.

Для снижения уровня вибрации применяют виброизолирующие прокладки, амортизаторы.

Архитектурно-строительные меры по борьбе с шумом закладываются на стадии проектирования путем удаления источников шума от рабочих мест; выбора звукопоглотительных материалов для стен, кровли, межэтажных перекрытий. Использование кабин наблюдения и дистанционного управления снижает уровень шума на 20 – 30дБ.

Средства индивидуальной защиты от шума снижают уровень шума на 10 – 40дБ и предназначены для перекрытия уха человека. Это наушники, шлемы, каски с наушниками, вкладыши разового и многоразового использования из волокнистых материалов (антифоны). От вибрации применяют антивибрационные рукавицы с паралоновой прокладкой на наладонной части, антивибрационную обувь.

Важное значение имеет рациональный режим работы. Если шум превышает допустимый уровень на 3дБ, то время пребывания сокращается в 2 раза.