Безопасность жизнедеятельности. Под ред. И.Г. Переверзева. 2017

Звукопоглощение. Интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Поэтому если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно уменьшить энергию отраженных волн. Этого можно достичь, увеличив эквивалентную площадь звукопоглощения помещения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглотителей. Это мероприятие называется акустической обработкой помещения.

Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями принято называть лишь те, у которых коэффициент звукопоглощения α на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, он на порядок меньше. В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты. Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и отражающей стенкой, на которой он установлен. Практически толщина облицовок составляет 20– 200 мм, при этом максимальное поглощение (α = 0,6–0,9) обеспечивается на средних и высоких частотах. Для увеличения поглощения на низких частотах между слоем й ограждением делают воздушный промежуток.

Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины, укрепленного непосредственно на поверхности ограждения либо отнесенного от него на некоторое расстояние (рис. 5.8). Выбор конструкции звукопоглощающей облицовки зависит от частотных характеристик шума в помещении и звукопоглощающих свойств конструкции, при этом максимуму в спектре шума должен соответствовать максимум коэффициента звукопоглощения на этих же частотах.

Рис. 5.8. Звукопоглощающие облицовки:

1 – защитный перфорированный слой; 2 – звукопоглощающий материал; 3 – защитная стеклоткань; 4 – стена и потолок;

5 – воздушный промежуток; 6 – звукопоглощающая плита.

Если площадь свободных поверхностей недостаточна для установки плоской звукопоглощающей облицовки, для уменьшения шума применяют штучные (объемные) поглотители различных конструкций, представляющие собой объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешиваемые к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.

151

Величину снижения шума (дБ) в помещении в зоне преобладания отраженного звука путем применения звукопоглощающей облицовки определяют по формуле:

L 1 0 lg B 2 , (5.4)

о б л

B1

где B1 и B 2 – постоянные помещения до и после его акустической обра-

ботки.

Постоянную помещения B1 до его акустической обработки рассчитывают по формуле:

где A1 1 S П – эквивалентная площадь звукопоглощения помещения до

проведения акустической обработки;1 – средний коэффициент звукопоглощения этого помещения;

S П – площадь внутренних поверхностей помещения, м2.

Постоянную помещения B 2 после его акустической обработки определяют по формуле:

ческой обработке; о б л – коэффициент звукопоглощения облицовки;

Aш т – эквивалентная площадь звукопоглощения штучного поглотителя; n ш т – число штучных поглотителей.

На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет высота расположения их над источниками шума, а также конфигурация помещения. Облицовки более эффективны при относительно небольшой высоте помещения (до 4–6 м).

Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум на 6–8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от источника) и на 2–3 дБ вблизи источника шума.

152

Глушители шума. Их используют для снижения воздушного шума, создаваемого газодинамическими установками, содержащими каналы с движением газа. Глушители шума разделяют на абсорбционные (диссипативные), реактивные и комбинированные. В диссипативных глушителях снижение шума достигается за счет потерь акустической энергии на трение в звукопоглощающих материалах (волокнистых или пористых поглотителях). В реактивных глушителях это уменьшение обусловливается отражением энергии набегающих звуковых волн обратно к источнику. Глушители, в которых наблюдаются и диссипация, и отражение звуковой энергии, называются комбинированными. В последнее время ведутся работы по созданию активных глушителей шума, содержащих дополнительные источники звука и работающих на принципе деструктивной интерференции звуковых волн.

Диссипативные глушители. Они эффективно работают в широком диапазоне частот, когда коэффициент звукопоглощения применяемого материала близок к единице ( 0 , 8 1, 0 ). Их целесообразно использовать для снижения шума, характеризуемого непрерывным спектром или дискретным спектром с большим числом гармонических составляющих. При этом в каналах с большой скоростью потока, высокой температурой или агрессивной средой применение таких глушителей предъявляет особые требования к содержащимся в них звукопоглощающим материалам. Например, при использовании глушителей этого типа в системах выпуска двигателей внутреннего сгорания используют такие температуростойкие поглотители, как минеральная вата, стекловолокно, базальтовые волокна.

Наиболее простым и распространенным глушителем диссипативного типа является облицовка канала звукопоглощающим материалом. Это так называемый трубчатый глушитель, представленный на рис. 5.9, а. Волокнистый звукопоглощающий материал применяют в виде набивки или матов, которыми обертывают внутреннюю перфорированную трубу.

Рис. 5.9. Диссипативные глушители шума: а – трубчатый; б – пластинчатый

Обычно шаг перфорации t 2 d , где d – диаметр перфорации равный 4–8 мм. Коэффициент перфорации, определяемый как отношение общей площади отверстий к площади боковой поверхности перфорированного канала, при этом должен быть больше 0,2 для того, чтобы звуковые вол-

153

ны, распространяющиеся по тракту, беспрепятственно проникали в полость со звукопоглощающим материалом и гасились в нем. Уменьшение этого значения коэффициента перфорации приводит к заметному снижению эффективности глушения на высоких частотах. Чем толще слой звукопоглощающего материала h в диссипативном глушителе, тем эффективнее снижается шум на низких частотах. С увеличением длины глуши-

' – коэффициент поглощения звука облицовкой.

Сцелью увеличения заглушения используются пластинчатые глушители, в которых аэродинамический тракт разделен продольным перегородками, облицованными звукопоглощающим материалом (рис. 5.9, б).

На выходе канала в атмосферу или на входе в канал устанавливают экранные глушители. На низких частотах экран практически не оказывает влияния на излучаемый шум. На высоких частотах эффективность его установки составляет 10–25 дБ, причем максимальный эффект наблюдается в осевом направлении.

Реактивные глушители. Глушители реактивного типа – это акустические фильтры, которые характеризуются чередующимися полосами заглушения и пропускания звука, а поэтому применяются для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими спектра. Реактивные глушители подразделяются на камерные, резонансные и комбинированные (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Реактивные глушители шума:

а – камерный; б, в – резонансные; г – комбинированный.

Камерные глушители состоят из одной или нескольких камер, представляющих собой полости в виде расширения трубопровода по его сечению (рис. 5.10, а). В камерном глушителе звуковые волны отражаются от противоположной стенки и, возвращаясь к началу в противофазе по отношению к прямой волне, уменьшают ее интенсивность. Резонансные глушители бывают двух типов: резонаторы Гельмгольца (рис. 5.10, а, в) и четвертьволновые резонаторы (рис. 5.10, б, г). Резонатор Гельмгольца пред-

154

ставляет собой полость объемом V соединенную с трубопроводом отверстиями, называемыми горлом резонатора.

Полость и отверстия в таком резонаторе образуют систему, обеспечивающую практически полное отражение звуковой энергии обратно к источнику на частотах, близких к его собственной (резонансной) частоте. Собственная частота резонатора Гельмгольца определяется формулой:

ветственно глубина отверстий (толщина стенки трубопровода) и их диаметр).

В четвертьволновом резонаторе (см. рис. 5.10, в) звуковая волна на резонансной частоте проходит путь до торца трубы и обратно, кратный половине длины волны, и затем встречается со вслед бегущей волной, будучи с ней в противофазе. Образуется узел стоячей волны, через который, как известно, энергия на данной частоте не распространяется, т. е. шум на данной частоте будет заглушен.

Отметим, что реактивные глушители следует использовать прежде всего для снижения шума на низких частотах, где они эффективнее диссипативных глушителей. Большим достоинством реактивных глушителей является то, что они не боятся засорения газовыми выбросами и легко прочищаются.

Средства индивидуальной защиты. Когда невозможно уменьшить шум до допустимых величин средствами коллективной защиты, используют средства индивидуальной защиты. Основное их назначение – защитить ухо человека от проникновения в него звука. К пассивным СИЗ относятся вкладыши, наушники, шлемы и костюмы, обладающие высокой эффективностью только на высоких частотах. Для эффективного снижения шума в низкочастотном диапазоне целесообразно использовать активные СИЗ. Шум от источника попадает в наушники, где регистрируется микрофоном. Сигнал с микрофона обрабатывается микропроцессором, управляющим работой миниатюрного динамика, вмонтированного в наушники. При этом динамик излучает звук, находящийся в противофазе с шумом основного источника. В результате интерференции происходит гашение шума от внешнего источника шума внутри наушников.

Защита от инфразвука. К основным мероприятиям по защите от инфразвука можно отнести: повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения энергии в область слышимых частот; повышение жесткости конструкций больших размеров; устранение низкочастотных вибраций; установка глушителей реактивного типа.

155

Отметим, что традиционные методы защиты от шума с помощью звукоизоляции и звукопоглощения малоэффективны при инфразвуке. Требуются очень толстые и массивные звукоизолирующие перегородки или звукопоглощающие покрытия. Поэтому основным подходом к снижению инфразвука является его уменьшение в источнике.

Защита от ультразвука. Как очень высокочастотным колебаниям, ультразвуку соответствует большой коэффициент затухания, из-за чего он распространяется в окружающей среде на небольшие расстояния, а средства защиты от него очень эффективны.

Защита от действия ультразвука через воздух может быть обеспечена: использованием в оборудовании более высоких рабочих частот, для которых допустимые уровни звукового давления выше; изготовлением оборудования, излучающего ультразвук, в звукоизолирующем исполнении (кожуха); устройством экранов, в том числе прозрачных. Стационарные ультразвуковые источники, генерирующие уровни звукового давления, превышающие нормативные значения, должны оборудоваться звукопоглощающими кожухами (экранами) и размещаться в отдельных помещениях или звукоизолирующих кабинах.

Запрещается непосредственный контакт человека с рабочей поверхностью источника ультразвука и контактной средой во время возбуждения

вней ультразвуковых колебаний. В целях исключения контакта с источниками ультразвука необходимо применять: дистанционное управление источниками ультразвука; автоблокировку (автоматическое отключение источников ультразвука) при выполнении вспомогательных операций (загрузка и выгрузка продукции, белья, медицинского инструментария, нанесения контактных смазок и др.); приспособления для удержания источника ультразвука или предметов, которые могут служить в качестве твердой контактной среды.

Для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука необходимо применять рукавицы или перчатки (наружные резиновые и внутренние хлопчатобумажные).

При систематической работе с источниками контактного ультразвука

втечение более 50 % рабочего времени необходимо устраивать два регламентированных перерыва: 10-минутный за 1–1,5 ч до обеденного перерыва и 15-минутный через 1–1,5 ч после обеденного перерыва для проведения физиопрофилактических процедур (тепловых гидропроцедур, массажа, ультрафиолетового облучения), а также лечебной гимнастики, витаминизации и т. п.

При использовании ультразвуковых источников, как правило, низкочастотных, в бытовых условиях (стиральные машины, охранная сигнализация, приспособления для отпугивания животных, насекомых и грызунов, устройства для резки и сварки различных материалов и др.) следует четко выполнять требования по их применению и безопасной эксплуатации, изложенные в прилагаемой к изделию инструкции

156

5.4 Защита от вибраций

Состояние вибрационной безопасности достигается применением в технических устройствах и техносфере комплекса защитных мер, направленных на достижение допустимых вибрационных воздействий на человека и различные промышленные и жилые сооружения.

Нормирование вибраций. Нормативные требования по защите от вибраций установлены ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. «Вибрационная безопасность. Общие требования» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий». Эти документы устанавливают классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, а также режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию общей и локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L v ) или виброускорения для локальных вибраций в ок-

тавных полосах частот, а для общей вибрации – в октавных или третьоктавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, в том числе по дозе вибрации

Dс учетом времени воздействия. Допустимые значения L v представлены

втаблице 5.5.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости v t (м/с) от времени фактического воздействия вибрации, не

превышающего 480 мин, определяется по формуле:

где v 4 8 0 – допустимое значение виброскорости для длительного воздей-

ствия, равного 480 мин, м/с.

Максимальное значение v t для локальной вибрации не должно пре-

вышать значений, определяемых для T 3 0 мин, а для общей вибрации – для T 1 0 мин.

Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила их измерения и оценки регламентируются санитарными нормами. Основными нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратичные величины уровней виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот [3].

Способы защиты от вибраций в механических системах. Для определения путей снижения вибраций в механической системе можно использовать связь между амплитудой возмущающей силы Fm и амплитудой

виброскорости колебания системы V в виде:

157

где μ – коэффициент сопротивления (потерь); m – масса системы;

2 f – круговая частота вибраций; f – частота вибраций;

c – коэффициент жесткости системы.

Таблица 5.5

Гигиенические нормы вибраций по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 (извлечения)

Анализ этого соотношения позволяет определить следующие способы снижения виброскорости (виброзащиты):

1 Снижение виброактивности источника вибрации. Поскольку при-

чиной вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, то общим подходом к снижению виброактивности является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты вращения и уменьшения вращающихся масс, а также перераспределение этой энергии во времени.

К эффективным средствам снижения виброактивности источника относятся следующие способы защиты от вибрации: балансировка вращающихся частей машин; уменьшение зазоров в соединениях; повышение точности изготовления деталей; замена металлических деталей механизмов на пластмассовые с высокими демпфирующими свойствами.

158

2 Отстройка от резонансных частот. Собственная частота f 0 ме-

изменения следует изменять массу системы (обычно за счет увеличения массы) или ее жесткость за счет введения ребер жесткости и т. п.

3 Вибропоглощение (вибродемпфирование). Это метод виброзащиты,

при котором снижение вибрации происходит за счет рассеяния энергии механических колебаний в результате необратимого преобразования ее в тепловую при деформациях, возникающих в материале, из которого изготовлена конструкция, и в местах соединения ее элементов.

Для количественной оценки вибропоглощения обычно используют коэффициент потерь.

Для конструкционных материалов (сталь, дюраль) коэффициент потерь имеет порядок 1 0 4 . Для реальных конструкций, выполненных из этих

материалов, коэффициент потерь резко возрастает и составляет 1 0 3 ...1 0 2 , что объясняется дополнительными потерями в узлах соединений отдельных элементов.

Используется несколько методов демпфирования конструкций:

–изготовление элементов конструкций из материалов, обладающих большим коэффициентом потерь. К таким материалам можно отнести чугун, сплавы меди и марганца, некоторые виды пластмасс. Так, сплавы меди имеют коэффициент потерь, равный 0,2, а текстолит – 0,4;

–нанесение на элементы конструкций вибродемпфирующих покрытий (ВДП);

–использование вибродемпфирующих засыпок из сухого песка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.

Вибродемпфирующие покрытия подразделяются на жесткие, армированные, мягкие и комбинированные.

4 Виброизоляция. Это метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении связи между источником вибрации и объектом защиты путем размещения между ними виброизолирующего устройства (виброизолятора). Виброизоляция машин и оборудования в зданиях и сооружениях проектируется с целью снижения колебаний последних до уровней, которые не опасны для их несущей способности или допустимы с гигиенической точки зрения. При виброизоляции используются опорный и подвесной варианты опоры механизма через виброизоляторы на основание (рис. 5.11). В качестве основания могут служить пластины, плиты, балки и более сложные конструкции.

Рис. 5.11. Опорный (а) и подвесной (б) варианты виброизоляции

159

Конструктивно виброизоляция выполняется либо в виде отдельных опор, либо в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и основанием.

Виброизоляторы в общем случае включают в себя следующие детали: упругий элемент, воспринимающий массу машины и снижающий передачу вибрации; демпфирующий элемент, снижающий амплитуду колебаний на резонансных режимах; ограничители перемещений, функционирующие при высоких уровнях возмущающих воздействий; элементы крепления виброизолятора к машине и основанию.

Вкачестве упругих элементов используют рессоры, пружины, резиновые и резинометаллические элементы.

Наиболее распространенным материалом, используемым для виброизоляторов, является резина. По характеру работы резиновые виброизоляторы делятся на два типа: работающие на сжатие и на сдвиг.

Впрактике виброзащиты нашли применение и цельнометаллические виброизоляторы, в которых используется стальная пружина в сочетании с опорно-демфирующим элементом из металлорезины. Они обладают преимуществами металла (прочностью) и резины (высокими потерями)

5 Динамическое виброгашение. Это метод виброзащиты, заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. На рисунке 5.12 показана схема системы с динамическим гасителем колебаний.

Рис. 5.12. Схема виброзащитной системы с динамическим гасителем колебаний

Инерционный динамический гаситель пружинного типа представляет собой твердое тело mГ, упруго присоединяемое к объекту массой m в точке, колебание которой требуется погасить. Объект виброзащиты связан с основанием пружиной с жесткостью с (рис. 5.12). Динамический гаситель содержит массу mГ, пружину с жесткостью сГ и демпфер с коэффициентом сопротивления kГ. Колебания в рассматриваемой системе возбуждаются вибрациями основания, изменяющимися по гармоническому закону

x t X 0 e j t .

160