4. Методы борьбы с шумом

Для сниже­ния шума применяют следующие методы: умень­шение шума в источнике; изменение направленности из­лучения; рациональная планировка предприятий и це­хов; акустическая обработка помещений; уменьшение шума на пути его распространения.

Уменьшение шума в источнике. Борьба с шумом по­средством уменьшения его в источнике (уменьшение L_P) является наиболее рациональной.

Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний — механические, аэроди­намические, гидродинамические и электрические явле­ния, определяемые конструкцией и характером работы машины, а также неточностями, допущенными при ее изготовлении, и, наконец, условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэроди­намического, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

Механические шумы. Факторы, вызывающие шумы механического происхождения, следующие: инерционные возмущающие силы, возникающие из-за движения де­талей механизма с переменными ускорениями; соударе­ние деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазо­ров; трение в сочленениях деталей механизмов; удар­ные процессы (ковка, штамповка) и т. д.

Основными источниками шума, происхождение кото­рого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются, прежде всего, подшипники качения и зубчатые передачи, а так­же неуравновешенные вращающиеся части машины.

Частоты колебаний, а следовательно, и шума, соз­даваемого неуравновешенностью, кратны n/60 (n — час­тота вращения, об/мин).

Уменьшение механического шума может быть до­стигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования. Например, внедрение авто­матической сварки вместо ручной устраняет образова­ние брызг на металле, что позволяет исключить шум­ную операцию по зачистке сварного шва. Применение фрезерных тракторов для обработки кромок металла под сварку вместо пневмозубил делает этот процесс зна­чительно менее шумным.

Нередко повышенный уровень шума является след­ствием неисправности или износа механизмов, в этом случае своевременный ремонт позволяет снизить шум.

Необходимо отметить, что проведение многих меро­приятий по борьбе с вибрациями дает од­новременно и снижение шума. Для уменьшения меха­нического шума необходимо:

заменять ударные процессы и механизмы безударны­ми. Например, применять оборудование с гидроприводом вместо оборудования с кривошипными и эксцентриковы­ми приводами;

штамповку — прессованием, клепку — сваркой, обруб­ку— резкой и т. д.;

заменять возвратно-поступательное движение дета­лей равномерным вращательным движением;

применять вместо прямозубых шестерен косозубые и шевронные, а также повышать класс точности обра­ботки и уменьшать шероховатость поверхности шестерен (так, ликвидация погрешностей в зацеплении шестерей дает снижение шума на 5—10 дБ); замена прямозу­бых шестерен шевронными — 5 дБ;

по возможности заменять зубчатые и цепные передачи клиноременными и зубчато-ременными, например, зубчатую передачу на клиноременную, что снижает шум

на 10—14 дБ;

заменять, когда это возможно, подшипники качения на подшипники скольжения; это снижает шум на 10— 15 дБ;

по возможности заменять металлические детали де­талями из пластмасс и других незвучных материалов либо перемежать соударяемые и трущиеся металличе­ские детали с деталями из незвучных материалов, на­пример, применять текстолитовые или капроновые шестерни в паре со стальными; так, замена одной из сталь­ных шестерен (в паре) на капроновую снижает шум на 10—12 дБ;

использовать пластмассы при изготовлении деталей корпусов, что дает хорошие результаты; например, за­мена стальных крышек редуктора пластмассовыми при­водит к снижению шума на 2—6 дБ на средних часто­тах и на 7—15 дБ на высоких, особенно неприятных для слухового восприятия;

при выборе металла для изготовления деталей не­обходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно, различна звуч­ность; например, обычная углеродистая сталь, легиро­ванная сталь являются более звучными, чем чугун; большим трением обладают после закалки сплавы из марганца с 15—20% меди и магниевые сплавы; детали из них при ударах звучат глухо и ослаблено; хроми­рование стальных деталей, например турбинных лопа­ток, уменьшает их звучность; при увеличении темпера­туры металлов на 100—150° С они становятся менее звучными;

более широко применять принудительное смазывание трущихся поверхностей в сочленениях; применять балансировку вращающихся элементов машин;

использовать прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях, чтобы исключить или уменьшить передачи колебаний от одной детали или части агрегата к другой так, при правке металлических листов нако­вальню нужно устанавливать на прокладку из демпфи­рующего материала.

Установка мягких прокладок в местах падения де­талей с конвейера или сбрасывания со станков, прокат­ных станов может существенно ослабить шум.

У прутковых автоматов и револьверных станков источником шума являются трубы, в которых вращается прутковый материал. Для снижения этого шума приме­няют различные конструкции малошумных труб; двустенные трубы, между которыми проложена резина, трубы с наружной поверхностью, обернутой рези­ной, и т. п.

Для уменьшения шума, возникающего при работе галтовочных барабанов, дробилок, шаровых мельниц и других устройств, наружные стенки барабана облицо­вывают листовой резиной, асбестовым картоном или дру­гими подобными демпфирующими материалами; уста­навливают резиновые прокладки между корпусом и бронефутеровкой барабана и звукоизолирующие оболочки на расстоянии от корпуса барабана.

Аэродинамические шумы. Аэродинамические процес­сы играют большую роль в современной технике. Как правило, всякое течение газа или жидкости сопровож­дается шумом, поэтому с повышенным аэродинамиче­ским шумом приходится встречаться часто. Эти шумы являются главной составляющей шума вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и воздуха в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания и т. п.

Ко всем источникам аэродинамического шума отно­сятся: вихревые процессы в потоке рабочей среды; ко­лебания среды, вызываемые вращением лопастных ко­лес; пульсация давления рабочей среды; колебания сре­ды, вызываемые неоднородностью потока, поступающе­го на лопатки колес. Борьбу с шумом от неоднородности потока ведут по пути улучшения аэродинамических характеристик ма­шин. Аэродинамический шум в источнике газотрубных установок может быть снижен увеличением зазора между лопаточными венца­ми; подбором оптимального соотношения чисел направ­ляющих и рабочих лопаток; улучшением аэродинамиче­ских характеристик проточной части компрессоров и тур­бин и т. п.

Шум механического происхождения (вибрация систе­мы роторов, подшипников, элементов редукторов и т. д.), являющийся превалирующим в машинном отделении, может быть ослаблен за счет проведения мероприятий, рассмотренных выше для механических шумов.

Гидродинамические шумы. Эти шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гид­равлических ударов). В насосах источником шума яв­ляется кавитация жидкости, возникающая у поверхности лопастей при высоких окружных скоростях и недоста­точном давлении на всасывании.

Меры борьбы с кавитационным шумом — это улуч­шение гидродинамических характеристик насосов и вы­бор оптимальных режимов их работы. Для борьбы с шу­мом, возникающим при гидравлических ударах, необхо­димо правильно проектировать и эксплуатировать гид­росистемы, в частности, закрытие трубопроводов долж­но происходить постепенно, а не резко.

Электромагнитные шумы. Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является глав­ным образом взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве маг­нитных полей, а также пондеромоторные силы, вызы­ваемые взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами. Снижение электромагнитного шума осущест­вляется путем конструктивных изменений в электриче­ских машинах, например, путем изготовления скошен­ных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходи­мо применять более плотную прессовку пакетов, исполь­зовать демпфирующие материалы.

При работе электрических машин возникает также аэродинамический шум (в результате вращения ротора в газовой среде и движения воздушных потоков внутри машины) и механический шум, обусловленный вибраци­ей машины из-за неуравновешенности ротора, а также от подшипников и щеточного контакта. Хорошая притир­ка щеток может уменьшить шум на 8—10 дБ.

Изменение направленности излучения шума. В ряде случаев величина показателя направленности G дости­гает 10—15 дБ, что необходимо учитывать при проекти­ровании установок с направленным излучением, соот­ветствующим образом ориентируя эти установки по от­ношению к рабочим местам. Например, труба для сбро­са сжатого воздуха, отверстие воздухозаборной шахты вентиляционной или компрессорной установки должны располагаться так, чтобы максимум излучаемого шума был направлен в противоположную сторону от рабочего места или жилого дома.

Рациональная планировка предприятий и цехов. Шум на рабочем месте может быть уменьшен увеличением площади S, что достигает­ся увеличением расстояния от источника шума до рас­четной точки.

При планировке предприятия наиболее шумные це­хи должны быть сконцентрированы в одном-двух мес­тах. Расстояние между шумными цехами и тихими по­мещениями (заводоуправление, конструкторское бюро и т. п.) должно обеспечивать необходимое снижение шума. Если предприятие расположено в черте города, то шумные цехи должны находиться в глубине предприя­тия, по возможности дальше от жилых домов (рис. 5).

Внутри здания тихие помещения необходимо распо­лагать вдали от шумных так, чтобы их разделяло не­сколько других помещений или ограждение с хорошей звукоизоляцией (рис. 6).

Рис. 5. Планировка завода.

Рис. 6. Планировка цеха

Акустическая обработка помещений. 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. Это можно достичь, увеличив эквивалентную пло­щадь звукопоглощения помещения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих об­лицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглощателей. 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, а на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, бетон, величина а мала (0,01—0,05).

Процесс поглощения звука происходит за счет пере­хода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэто­му для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука, и соединяться между собой (незамкнутые поры), чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу мате­риала.

Наиболее часто в качестве звукопоглощающей обли­цовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины, укреплен­ного непосредственно на поверхности ограждения либо с отнесением от него на некоторое расстояние (рис. 7, а).

Рис. 7 Акустическая обработка помещений:

В настоящее время применяют такие звукопоглощаю­щие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капро­новое волокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты на различных связках с окра­шенной и профилированной поверхностью, пористый поливинилхлорид, различные пористые жесткие плиты на цементном вяжущем типа «Акмигран» и «Силакпор» и другие материалы.

Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воз­душного промежутка между слоем и отражающей стен­кой, на которой он установлен.

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. Кроме того, необходимо учитывать условия работы облицовок (наличие вибраций, влаги, пы­ли и т. д.)

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

где В1 и B2 — постоянные помещения до и после про ведения акустической обработки.

Величину В определяют по СНиП П-12-77 в зависи­мости от вида помещения.

На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет не только величина ∆L, но и высота расположе­ния их над источниками шума, а также конфигурация помещения. Облицовки более эффективны при относи­тельно небольшой высоте помещения (до 4—6 м). Это объясняется тем, что в низких помещениях большой площади потолок и пол являются основными отражаю­щими поверхностями, а применение облицовок, как от­мечалось выше, основано на уменьшении отраженного звука. В таких помещениях закрыть пол поглощающим материалом обычно не представляется возможным, поэтому облицовывают только потолки; стены здесь почти не играют роли в отражении звука, и их не обли­цовывают.

Наоборот, в высоких и вытянутых помещениях, где высота больше ширины, облицовка стен дает больший эффект. В помещениях кубической формы облицовыва­ют как стены, так и потолок.

Звукоизолирующие ограждения. Шум из помещения с источником шума проникает через звукоизолирую­щие ограждения в тихое помещение тремя путями (рис. 8):

Рис. 8

1) через ограждение, которое под действием переменно­го давления падающей на него волны излучает шум в тихое помещение;

2) непосредственно по воздуху через различного рода щели и отверстия;

3) посредством вибраций, возбуждаемых в строитель­ных конструкциях механическим путем (вибрации ма­шин, удары, хождение и т. п.).

Наиболее эффективное снижение шума можно до­стичь путем установки звукоизолирующих преград в виде стен, перегородок, кожухов, кабин, выгородок и т. д. Сущность звукоизоляции ограждения состоит в том, что падающая на него звуковая энергия отражается в гораздо большей мере, чем проникает за ог­раждение.

Звукоизолирующие свой­ства ограждения, установ­ленного на пути распростра­нения звука, характеризуют­ся коэффициентом звукопро­ницаемости, представляю­щим собой отношение звуко­вой мощности, прошедшей через ограждение, к падаю­щей на него звуковой мощ­ности:

Звукоизоляция ограждения выражается величиной R=101 lg/t.

Звукопоглощающие материалы и конструкции пред­назначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях: Поглоще­ние звука обусловлено переходом колебательной энергии в теплоту вследствие потерь на трение в звукопоглотителе. Потери на трение наиболее значительны в по­ристых материалах, которые по этой причине и исполь­зуют в звукопоглощающих конструкциях. Для звукоизо­лирующих же конструкций требуются плотные, твердые и массивные материалы.

Д

Рис. 9. Звукоизолирующий кожух

ля уменьшения шума в помещениях, соседних с по­мещением источника этого шума, метод звукоизоляции является значительно более эффективным по сравнению с методом звукопоглощения.

Звукоизолирующие кожухи, экраны, кабины. Звуко­изолирующими кожухами закрывают наиболее шумные машины и механизмы, локализуя, таким образом, источ­ник шума. Кожухи изготовляют обычно из дерева, ме­талла или пластмассы. Внутреннюю поверхность стенок кожуха обязательно облицовывают звукопоглощающим материалом (рис. 9,а). С наружной стороны на ко­жух иногда наносят слой вибродеммфирующего материала. Кожух должен плотно закрывать источник шума.

Для защиты работающих от непосредственного (пря­мого) воздействия шума используют экраны, устанавли­ваемые между источником шума и рабочим местом (рис. 10,а).

Для повышения эффективности экраны часто делают сложной формы (рис. 10,б,в) их облицовыва­ют звукопоглощающим материалом.

Глушители шума. Они применяются в основном для уменьшения шума различных аэродинамических устано­вок и устройств.

Рис.10. Экранирование источников шума:

а – схема экрана;

б- расположение экрана в вычислительных центрах;

в- экранирование источников механического шума;

1- шумное оборудование;

2- экран со звукопоглощающей облицовкой;

3 – рабочее место;

4- дисковая пила.

В практике борьбы с шумом используют глушители различных конструкций, выбор которых зависит от конкретных условий каждой установки, спектра шума и тре­буемого глушения.

Глушители принято разделять на абсорбционные, реактивные, экранные и комбинированные (рис. 11, 12, 13). Принадлежность тому или иному классу определяют по принципу работы: аб­сорбционные глушители, содержащие звукопоглощаю­щий материал, поглощают поступившую в них звуко­вую энергию, а реактивные отражают ее обратно к источнику. В комбинированных глушителях происхо­дит как поглощение, так и отражение звука.

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 (типа кожухов); такие кожухи изготовляют из листовой стали или дюралюминия (толщиной 1 мм) с отклейкой резиной или рубероидом, а также из гетинакса (толщиной 5 мм); эластичные кожухи могут быть изготовлены из трех слоев резины общей толщиной 3—5 мм; применение ко­жухов, например, в установках для очистки деталей дает снижение уровня ультразвука на 20—30 дБ в слы­шимом диапазоне частот и 60—80 дБ в ультразвуковом; устройством экранов, в том числе прозрачных, меж­ду оборудованием и работающим;

размещением ультразвуковых установок в специаль­ных помещениях, выгородках или кабинах, если пере­численными выше мероприятиями невозможно получить необходимый эффект.

Защита от действия ультразвука при контактном об­лучении состоит в полном исключении непосредствен­ного соприкосновения работающих с инструментом, жид­костью и изделиями, поскольку такое воздействие наи­более вредно.

Загрузку и выгрузку изделий производят при выклю­ченном источнике ультразвука.

Рис. 11. Абсорбционные глушители.

Рис. 12 Реактивные глушители.

Рис. 13. Экранные глушители.

К средствам защиты от шума относят ограждения (рис. 14) и индивидуальные средства (рис. 15).

Ограждения для защиты от шума применяют следующих видов (рис. 14): кабины, экраны – будки, стол – экран, экран – колпак.

Рис. 14. Ограждения от шума.

К индивидуальным средствам относят (рис. 15): вкладыши, наушники и шлемофоны.

Рис. 15. Индивидуальные средства защиты от шума.

Вкладыши. Это вставленные в слуховой канал мягкие тампоны из ультратонкого волокна, иногда пропитанные смесью воска и парафина, и жесткие вкладыши (эбонитовые, резиновые) в форме конуса. Вкладыши – это самые дешевые и компактные средства защиты от шума, но недостаточно эффективные (снижение шума 5 – 20 дБ) и в ряде случаев неудобные, так как раздражают слуховой канал.

Наушники. В промышленности широко применяют наушники ВЦНИИОТ. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной. Наушники наиболее эффективны на высоких частотах, что необходимо учитывать при их использовании.

Шлемы. При воздействии шумов с высокими уровнями (более 120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты, так как шум действует непосредственно на мозг человека, через черепную коробку. В этих случаях применяют шлемы.