Глава 10. Процессы защиты окружающей среды

от энергетических воздействий

10.1. Теоретические основы защиты от энергетических воздействий

При решении задач защиты выделяют источник, приемник энергии и защитное устройство (рис. 10.1), которое уменьшает до допустимых уровней поток энергии к приемнику.

Защитное устройство (ЗУ) обладает способностями: отражать, поглощать, быть прозрачным по отношению к потоку энергии.

Рис. 10.1. Энергетический баланс защитного устройства

Из общего потока энергии W+, поступающего к ЗУ, часть W_ поглощается, часть W- отражается и часть W~ проходит сквозь ЗУ.

Тогда ЗУ можно охарактеризовать следующими энергетическими коэффициентами: коэффициентом поглощения α = W_/W+, коэффициентом отражения ρ = W-/W+, коэффициентом передачи τ = W~/W+.

При этом выполняется равенство

α + ρ + τ = 1. (10.1)

Сумма α + τ = 1- ρ =  (где  = W_/W+) характеризует неотраженный поток энергии W_, прошедший в ЗУ. Если α = 1, то ЗУ поглощает всю энергию, поступающую от источника; при ρ = 1 ЗУ обладает 100%-ной отражающей способностью; а равенство τ = 1 означает абсолютную прозрачность ЗУ, т.е. энергия проходит через устройство без потерь.

Принципы защиты:

1. принцип: ρ 1; защита осуществляется за счет отражательной способности ЗУ;

2) принцип: α 1; защита осуществляется за счет поглощательной способности ЗУ;

3) принцип: τ 1; защита с учетом свойств прозрачности ЗУ.

На практике принципы комбинируют, получая различные методы защиты. Наибольшее распространение получили методы защиты изоляцией и поглощением.

Методы изоляции используют тогда, когда источник и приемник энергии, являющийся одновременно объектом защиты, располагаются с разных сторон от ЗУ (рис. 10.2). В основе этих методов лежит уменьшение прозрачности среды между источником и приемником, т.е. выполнение условия τ 0. При этом можно выделить два основных метода изоляции: метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет поглощения энергии ЗУ, т.е. условие τ 0 обеспечивается условием α 1, и метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет высокой отражательной способности ЗУ, т.е. условие τ 0 обеспечивается условием ρ 1.

Рис. 10.2. Методы изоляции при расположении источника и приемника

с разных сторон от ЗУ.

В основе методов поглощения лежит принцип увеличения потока энергии, прошедшего в ЗУ (рис. 10.3), т.е. достижения условия ν 1. Различают два вида поглощения энергии ЗУ: поглощение энергии самим ЗУ за счет ее отбора от источника в той или иной форме, в том числе в виде необратимых потерь, что характеризуется коэффициентом α, и поглощение энергии в связи с большой прозрачностью ЗУ, что характеризуется коэффициентом τ.

Т.К. При  1 коэффициент ρ 0, то методы поглощения используют для уменьшения отраженного потока энергии; при этом источник и приемник энергии обычно находятся с одной стороны от зу.

При распространении колебаний наряду с коэффициентом α используют коэффициент потерь η, который характеризует количество энергии рассеянной ЗУ:

η = W_S/ω^. ε = ε_S/(2π^. ), (10.2)

где W_S и ε_S – средние за период колебаний Т мощность потерь и рассеянная за тоже время энергия; ω = 2π/Т – круговая частота; ε – энергия, запасенная системой.

Рис. 10.3. Методы поглощения при расположении источника и приемника с одной стороны от ЗУ:

а) энергия отбирается; б) энергия пропускается

Качественная оценка степени реализации целей защиты может осуществляться двумя способами:

1) определяют коэффициент защиты K_W в виде отношения

2) определяют коэффициент защиты в виде отношения:

Эффективность защиты (дБ) оценивают по соотношению:

E = 10 lg K_W. (10.3)

10.2. Защита от механических и акустических колебаний

Вибрация и шум являются упругими колебаниями твердых тел, газов и жидкостей.

Вибрация представляет собой механические колебательные движения гармонического вида в механической системе. Причиной вибрации являются возникающие при работе машин и механизмов неуравновешенные силовые воздействия.

Основными параметрами вибрации являются: частота (Гц); амплитуда смещения (м или см); виброскорость (м/с); виброускорение (м/с²); период колебаний (с).

В практике виброакустики весь диапазон частот вибрации разбивается на октавные диапазоны. В каждом октавном диапазоне верхняя граничная частота в два раза выше нижней, а средняя частота диапазона равна квадратному корню из произведения верхней и нижней частот. Средние геометрические частоты октавных диапазонов нормированы и находятся в интервале от 1 до 2000 Гц (всего 12 среднечастотных диапазонов).

По способу передачи принято различать локальную вибрацию, передаваемую через руки, и общую вибрацию, передаваемую через опорные поверхности сидящего или стоящего человека.

Наиболее опасны для человека частоты колебаний 6…9 Гц, так как они совпадают с собственной частотой колебаний внутренних органов человека.

Различают гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций. При гигиеническом нормировании вибрации по ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.1.8.556-96 производится ограничение параметров производственной вибрации рабочих мест и поверхностей контакта виброопасных механизмов с руками работающего, исходя из физиологических требований; во втором случае осуществляется ограничение уровня вибраций с учетом технически достижимого уровня защиты от вибраций.

Нормируемые параметры локальной и общей вибраций – средние квадратичные значения виброскорости и виброускорения. Общая вибрация нормируется с учетом свойств источников ее возникновения и делится на транспортную, транспортно-технологическую и технологическую вибрации.

Вибрационные системы состоят из элементов массы, упругости и демпфирования. В такой системе действуют силы инерции, трения, упругости и вынуждающие.

Сила инерции равна произведению массы M на ее ускорение dv/dt:

F_M = - M dv/dt, (10.4)

где v – виброскорость.