Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергетические загрязнения биосферы. Учебное пособие
.pdf
энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инженерное
оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления,
канализации. Вибрации, часто сопровождаемые звуковыми колебаниями,
распространяются по грунту и достигают фундаментов жилых и общественных
зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать неравномерность осадки
грунта и фундамента, особенно при высокой насыщенности грунта влагой, и
разрушение размещённых на них зданий и сооружений.
Во всех случаях вибрации вызывают раздражающее действие и помехи для
работы в производственных, общественных и жилых зданиях. Протяжённость зоны
воздействия вибрации в окружающей среде определяется интенсивностью
(амплитудой) вибрации источника (фундамента машины), а также величиной
затухания вибрации в грунте и может достигать от 150 до 200 м.
2.2 Характеристики и биологическое действие виброакустических
колебаний
2.2.1 Акустические колебания
Акустические колебания в диапазоне от 16 до 20000 Гц, воспринимаемые
человеком, называются звуковыми, с частотой менее 16 Гц – инфразвуковыми,
выше 20 кГц – ультразвуковыми [11].
Энергетическая характеристика звуковых волн – интенсивность или
плотность потока энергии в акустике обычно обозначается как I, измеряется в Вт/м2.
В каждой точке пространства, в котором распространяются звуковые волны,
давление среды изменяется во времени. Разность между его мгновенным значением
и средним значением, наблюдаемым в невозмущенной среде, то есть переменная
составляющая, называется звуковым давлением Р, Па. На слух действует средний
квадрат звукового давления.
Интенсивность звуковой волны (волн) связана со звуковым давлением по
формуле
21
c
P
I
2
5
0
102
lg20
P
P
P
L
p
12
0
10
lg10
I
I
I
L
i
, (2)
где Р
2
– квадрат звукового давления, Па;
ρ – плотность воздуха (при нормальных условиях 1,29 м3/кг);
с – скорость звука (340 м/с в нормальных условиях).
Величины интенсивностей звуковых волн, которые наблюдаются в
практической деятельности, могут изменяться в очень широких пределах. Измерять
интенсивность в таких пределах сложно, а главное – ощущения человека,
возникающие при воздействии звуковых волн, пропорциональны логарифму
количества энергии раздражителя.
Звуковое давление и интенсивность звука выражаются не многозначными
числами, а логарифмом отношения значения этих величин к пороговым значениям
слышимости. Эти отношения принято называть уровнями звукового давления (Lp)
и интенсивности звука (Li).
, дБ (3)
где Р – звуковое давление в точке наблюдения, Па
Р0 = 2∙10-5 Па – пороговая величина звукового давления, являющаяся
порогом слышимости человека с нормальным слуховым аппаратом при частоте
1000 Гц.
, дБ (4)
где I – фактическая интенсивность звука в данной точке, Вт/м2;
I0 = 10
-12
Вт/м2 – пороговое значение интенсивности при частоте 1000 Гц.
22
Физиологическое восприятие шума зависит не только от звукового давления,
f
f
B
H
2
f f f
B H
ТРД
А
2
но и от частоты.
Слышимый диапазон частот (от 16 до 20000 Гц) разбит на октавы.
Октава интервал, в котором верхнее значение частоты fB больше нижнего f
H
в два раза. Поэтому для каждой октавы:
. (5)
Среднегеометрическая частота октавы равна:
, Гц (6)
Вредное воздействие шума зависит от длительности нахождения человека в
неблагоприятных в акустическом отношении условиях. Поэтому введено понятие
дозы шума (Д). Доза шума (Па
2
∙ч) – интегральная величина, учитывающая
акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период
времени определяется по формуле
, (7)
2
значение звукового давления соответствующее замеру уровня звука,
А
Па
2
;
где Р
Т – время действия шума, ч.
Шум – совокупность периодических и апериодических звуков различной
интенсивности и частоты. Если апериодические волны в шуме отсутствуют или их
доля мала, шум называется постоянным. Уровень постоянного шума изменяется во
времени не более чем на 5 дБА при измерении на временной характеристике
шумомера «медленно». При непостоянном шуме это изменение превышает 5 дБА.
23
Индекс «А», появившийся в обозначении единицы измерения величины уровня
звука, отражает то обстоятельство, что при интегральной инструментальной
(с помощью шумомера) оценке общего уровня непостоянных и постоянных шумов
используется частотная характеристика А чувствительности шумомера. Она
имитирует характеристику чувствительности уха человека, “зарезающую”
объективное энергосодержание звуковых волн на высоких и особенно низких
частотах. Шкала шумомера, соответствующая этой характеристике, называется
шкалой А. Она используется для ориентировочной оценки постоянного и
непостоянного шума (уровень звука).
Непостоянные шумы особенно негативно воздействуют на организм человека,
они делятся на импульсные, прерывистые, колеблющиеся, продолжительные и
кратковременные.
В биологическом отношении шум – заметный стрессовый фактор,
вызывающий срыв приспособительных реакций. Биологические последствия его
действия: от функциональных нарушений регуляции центральной нервной системы
(ЦНС) до морфологически выраженных разрушительных процессов в разных
органах. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности, нестационарности
и продолжительности действия, состояния ЦНС, от индивидуальной
чувствительности организма к шуму. Особенно чувствительны к шуму женский и
детский организмы.
Шум угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, может
способствовать нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых
заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным
заболеваниям, которые называются шумовая болезнь. Шумовая болезнь – это
сочетание профессиональной тугоухости с изменениями в центральной нервной
системах, сердечно-сосудистой, вегетативной и других системах организма. Шум с
уровнем звукового давления от 40 до 70 дБ в условиях среды обитания создаёт
значительную нагрузку на нервную систему и может стать причиной неврозов. Шум
выше 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной глухоте. При
24
воздействии шума более 140 дБ возможно разрушение барабанных перепонок,
контузия, а при шумах более 160 дБ смерть.
Критерий профессионального снижения слуха – показатель средней
арифметической величины снижения слуха, равный или больший, чем 11 дБ.
Помимо патологии органа слуха при воздействии шума возникают нарушения
вестибулярной функции, а также общие изменения в организме: головные боли и
головокружение, боли в области желудка и желчного пузыря и т.д. В целом, шум
вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к
внешним воздействиям [10].
2.2.2 Вибрация
Вибрация и механические волны имеют общую природу, так как источником
их являются колебания твердой, жидкой или газообразной сред.
Существует классификация вибраций по нескольким признакам. По способу
передачи человеку различают вибрации локальные и общие. Первые передаются
через руки (при работе с ручными машинами и органами управления), вторые через опорные поверхности стоящего, сидящего или лежащего человека.
Локальные вибрации создают преимущественно ручные машины ударного,
ударно-вращательного и вращательного действия: клепальные, рубильные,
отбойные молотки, бурильные перфораторы, гайковерты, поверхностные и
глубинные ручные вибраторы, шлифовальные машины, бензо- и электропилы,
дрели и т.п.
Общую вибрацию инициируют:
- самоходные и прицепные машины (транспортная вибрация);
- экскаваторы, промышленные и строительные краны, горные комбайны,
бетоноукладчики, напольный производственный транспорт (транспортнотехнологическая вибрация);
- станки металлорежущие и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое
оборудование, буровые станки, электрические машины (технологическая вибрация).
25
Особенно опасны колебания в режиме резонанса, когда резко возрастает их
амплитуда. При резонансе совпадают частота так называемых вынужденных
колебаний тела, обусловленная действием на него периодически изменяющихся
внешних сил, и частота его свободных колебаний, возникающих в нем под влиянием
внутренних сил после выведения тела из равновесия. Классическим примером
резонанса является прохождение по мосту строевым шагом воинской части. В
данном случае вероятно совпадение частоты свободных колебаний самого моста и
вынужденных его колебаний под влиянием мерного шага воинской колонны. Как
следствие можно получить недопустимо большую вибрацию моста и его
разрушение. Именно поэтому при переходе через мост воинским частям
запрещается идти «в ногу».
Характер воздействия вибраций на организм определяется их уровнями,
спектром частот, физиологическими параметрами тела человека.
Местные вибрации малой интенсивности могут оказать даже благоприятное
влияние: восстановить обмен веществ и питание тканей организма, улучшить
функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление
ран. Однако при увеличении интенсивности колебаний и длительности их
воздействия появляются изменения, в ряде случаев приводящие к развитию
профессиональной патологии - вибрационной болезни, к ведущим проявлениям
которой относятся нейро-сосудистые расстройства рук, сопровождаемые
интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной
чувствительности и слабостью в кистях. Зачастую наблюдается феномен «мертвых»,
или белых пальцев. Параллельно развиваются мышечные или костные изменения,
неврозы.
Длительное систематическое воздействие вибрации приводит к развитию
вибрационной болезни (ВБ). Она характерна для работающих, в условиях
населённых мест ВБ не обнаруживается, несмотря на наличие ряда источников
вибрации (транспорт, промышленные источники вибраций и т.д.). Тем не менее,
лица, подвергающиеся воздействию вибраций окружающей среды, чаще заболевают
сердечно-сосудистыми и нервными заболеваниями.
26
Усугубляют действие вибрации большие мышечные нагрузки,
неблагоприятные микроклиматические условия.
2.3 Нормирование виброакустических колебаний
Нормируемые параметры шума определены Санитарными нормами
СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых,
общественных зданий и на территории жилой застройки», а также ГОСТ 12.1.003-
83. Для нормирования постоянных шумов определены допустимые уровни
звукового давления в девяти октавных полосах в зависимости от вида
производственной деятельности (семнадцать видов) и назначения помещений или
территорий (12 видов). Для ориентировочной оценки в качестве характеристики
постоянного широкополосного шума на рабочих местах допустимо принимать
уровень звука (дБА), определяемый, как отмечалось, по шкале А шумомера с
коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов
слуха [24]. В таблице 1 приведены уровни звукового давления (объективные
энергетические характеристики шумов, дБ, в девяти октавах их реального спектра
или уровни звука (для постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука, дБА (для
непостоянных шумов) для одного из видов (классов) рабочих мест, требующих
возможно меньшего уровня шума. Здесь же приведены аналогичные параметры
шумов для жилых комнат квартир и т.п. помещений [7].
В октавных полосах, уровни звука и эквивалентные уровни звука шума,
создаваемого в помещениях системами кондиционирования воздуха, воздушного
отопления и вентиляции, следует принимать на 5 дБ ниже указанных в таблице 1
или фактических уровней шума, если последние не превышают значения,
приведенные в таблице 1.
С другой стороны, обеспечение допустимых уровней шума зависит от
выполнения нормативов для различных источников шума. Так, шум транспорта,
измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения, должен соответствовать
ГОСТ 27436-87 и ОСТ 27.004.022-86.
27
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что уровень шумов для жилых
Места, для
которых
производится
нормирование
Уровни звукового давления, дБ, в октавных
полосах со среднегеометрическими
частотами
Уровни звука
и эквивалент-
ные уровни
звука, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Помещения
конструкторских
бюро, расчётчиков,
программистов ВМ,
лабораторий для
теоретических работ
86
71
61
54
49
45
42
40
38
50
Жилые комнаты
квартир, жилые
помещения домов
отдыха, пансио-
натов, домов-
интернатов для прес-
тарелых и инвали-
дов, спальные
помещения в
детских дошкольных
учреждениях и
школах-интернатах:
с 7 до 23 ч;
с 23 до 7 ч
76
67
63
55
52
44
45
35
39
29
35
25
32
22
30
20
28
18
40
30
помещений примерно на 10 дБ меньше, чем для самых «привилегированных» (в
части шума) рабочих мест. Достаточно низкий уровень шума определён для жилой
зоны и площадок отдыха.
Таблица 1 – Некоторые допустимые уровни звукового давления, уровни звука
и эквивалентные уровни звука для одного из видов (классов) рабочих мест, а также
для жилых комнат квартир и т.п. помещений
измерения и оценки регламентируются Санитарными нормами СН 2.2.4/2.18.566-96.
Основные нормируемые параметры вибрации – средние квадратичные величины
уровней виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот.
Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила их
28
2.4 Защита от виброакустических воздействий
Защита от вредного воздействия вибрации достигается исключением или
уменьшением её вредного воздействия путем автоматизации управления
вибрирующим оборудованием, применением демпфирующих и уравновешивающих
колебательные процессы устройств, установкой виброизоляторов и виброгасителей
[8].
Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника
возбуждения к защищаемому объекту путем введения в колебательную систему
дополнительной упругой связи. Эта связь препятствует передаче энергии либо от
колеблющегося агрегата к основанию, либо от колеблющегося основания к человеку
или к защищаемым конструкциям [7].
При виброгашении фундамент и установленное на него оборудование
соединяют в единую систему с помощью болтов или цементной заливки. Этот метод
требует больших затрат времени. В ряде случаев фундамент представляет собой
сложное инженерное сооружение, по стоимости значительно более дорогое, чем
оборудование.
Поэтому во всех случаях, когда это возможно, стараются установить
оборудование без фундамента, непосредственно на виброизолирующих опорах.
Такие опоры можно применять и при наличии фундамента. Их располагают между
источником вибраций (машина) и фундаментом (основанием, опорной плитой) либо
между фундаментом и грунтом. Виброизоляторами служат резиновые или
пластмассовые прокладки, цилиндрические пружины, рессоры, комбинированные и
пневматические (воздушные подушки) виброизоляторы.
В основе демпфирования лежит поглощение энергии колебания системы за
счет увеличения в последней активных потерь. Вибродемпфирование реализуется
применением материалов с большим внутренним трением: малоуглеродистых и
малосернистых чугунов, сплавов цветных металлов. Перспективны
вибродемпфирующие покрытия. К числу распространенных вибродемпфирующих
29
покрытий относятся пенопласт, волосяной войлок, поролон, пробка, минераловатные плиты и губчатая резина.
Необходимость защиты от действующих источников шума определяется
сравнением результатов измерений уровней звука с нормативами для рабочей зоны
или окружающей среды [11,12]. Величину уровня звука можно обеспечить, снижая
шум в источнике или на пути его распространения.
К мероприятиям по снижению шума относятся:
- замена шумного устаревшего оборудования, а при проектировании – выбор
оборудования с лучшими шумовыми характеристиками;
- оптимальная ориентация источника шума по отношению к человеку,
например, устройства для забора и выброса воздуха аэродинамических установок
необходимо устанавливать так, чтобы излучение шума шло в противоположную
сторону от жилых и общественных зданий;
- обеспечение максимально возможного расстояния между человеком и
источниками шума за счёт проведения архитектурно-планировочных мероприятий;
- акустическая обработка средствами звукопоглощения шумных помещений,
через окна которых шум излучается в атмосферу.
Звукопоглощающие материалы и конструкции используются для поглощения
звука как в помещении самого источника шума, так и в изолируемых от шума
помещениях. В последнем случае звукопоглощение и звукоизоляция используются
совместно. Звукопоглощающие материалы – пористые и рыхлые волокнистые
материалы (ультратонкое стеклянное и базальтовое волокно, минеральная вата и
плиты на её основе и т.п.). Падающие на них звуковые волны вызывают колебания в
мелких порах материала, которые сопровождаются трением (из-за вязкости воздуха)
и переходом кинетической энергии в тепловую;
- уменьшение шума на пути его распространения от источника до человека.
Это мероприятие включает в себя следующее:
1) использование звукоизоляционных материалов и конструкций для
наружных стен, окон, ворот, дверей и т.д., которые обеспечивают требуемую
звукоизоляцию. Для звукоизолируемых помещений звукоизоляция более
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]