Средства и методы защита от шума в производственных условиях.

Причинами возникновения высоких уровней шума машин и агрегатов могут
быть:

а) конструктивные особенности машины, в результате которых
возникают удары и трения узлов и деталей: например, удары
толкателей о штоки клапанов, работа кривошипно-шатунных
механизмов и зубчатых колес, недостаточная жесткость отдельных
частей машины, которая приводит к ее вибрациям;

б) технологические недостатки, появившиеся в процессе изготовления оборудования, к которым могут быть отнесены: плохая
динамическая балансировка вращающихся деталей и узлов, не-
точное выполнение шага зацепления и формы профиля зуба зубчатых колес (даже ничтожно малые отклонения в размерах деталей машин отражаются на уровне шума);

в) некачественный монтаж оборудования на производственных площадях, который приводит, с одной стороны, к перекосам и эксцентриситету работающих деталей и узлов машин, с другой к вибрациям строительных конструкций;

г) нарушение правил технической эксплуатации машин и
агрегатов - неправильный режим работы оборудования, т.е.
режим, отличающийся от номинального (паспортного), несоответствующий уход за станочным парком и др.;

д) несвоевременное и некачественное проведение планово-
предупредительного ремонта, которое приводит не только к ухудшению качества работы механизмов, но и способствует увеличению производственного шума; своевременный и качественный ремонт, замена износившихся деталей оборудования препятствует увеличению перекосов и люфтов в движущихся частях механизмов, а следовательно, повышению уровня шума на рабочих местах;

е) несовершенные в отношении шумового режима отдельные технологические процессы, например, сбрасывание металлических деталей, которое должно быть заменено спуском их по направляющим, выполненным из материала, непроизводящего шума, замена
пневматической клепки гидравлической или сваркой и т. п.

В соответствии с ГОСТ 12.1.029-80. Средства и методы защиты от шума по отношению к защищаемому объекту классифицируются следующим образом: средства и методы коллективной защиты; средства индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты по отношению к источнику возбуждения шума подразделяются на:

- средства, снижающие шум в источнике его возникновения;

- средства, снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта.

Средства, снижающие шум в источнике его возникновения, в зависимости от характера образования шума подразделяются на:

- средства, снижающие шум вибрационного (механического) происхождения;

- средства, снижающие шум аэродинамического происхождения;

- средства, снижающие шум электромагнитного происхождения;

- средства, снижающие шум гидродинамического происхождения.

Средства, снижающие шум на пути его распространения, в зависимости от среды подразделяются на:

- средства, снижающие передачу воздушного шума;

- средства, снижающие передачу структурного шума.

Средства и методы коллективной защиты от шума в зависимости от способа реализации подразделяются на:

- акустические средства;

- архитектурно-планировочные;

- организационно-технические.

Акустические средства защиты от шума в зависимости от принципа действия классифицируются на:

- средства звукоизоляции;

- средства звукопоглощения;

- средства виброизоляции;

- средства демпфирования;

- глушители шума.

Звукоизоляция.Рассмотрим явления, происходящие при передаче звука через пластину, имеющую большую протяженность в обоих направлениях по сравнению с ее толщиной.

Плоская звуковая волна, которая падает на пластину, будет частично отражаться и частично проходить через нее (рис. 4.3).

Рис. 4.3.Отражение и прохождение звуковой волны (длиной λ), падающей на бесконечно большую пластину

Жесткая пластина, например из стали, отражает звуковую энергию очень эффективно.

Одинарные перегородки.Рассмотрим одинарную нежесткую перегородку из однородного материала, установленную так, что она имеет собственную частоту колебаний первого порядка f_o

Звукоизоляция R определяется по формуле

R = 10 lg (1/τ) (4.17)

Для частот ниже f₀ R является функцией жесткости пластины.

На резонансной частоте f₀ звукоизоляция R является функцией внутренних потерь в материале переборки и рассеивания энергии вдоль ее границ. На частоте совпадений колебаний f_c (длина звуковой волны в воздухе совпадает с длиной изгибной волны в пластине в пластине), при которой пластина делается акустически прозрачной, звукоизоляция зависит от внутренних потерь в материале пластины.

Для частот между f_o и f_c /2 R, дБ, приблизительно находится

R = 20 lg f + 20 lg ρ_S - 48 (4.18)

где f - частота, Гц;

p_s - поверхностная плотность переборки, кг/м².

Удвоение массы на единицу поверхности панели дает увеличение звукоизоляции R на 6 дБ. Также на 6 дБ увеличивается R при каждом удвоении частоты. Приведенное выражение для R часто называют законом массы.

Рис. 4.4.Кривая для приближенных расчетов звукоизоляции пластины

Для частотного диапазона выше частоты совпадения выражение для R, дБ, может быть записано в виде

R = 30 lg f + 20 lg ρ_S + 10 lg (η / f_c) – 47 (4.19)

где η - коэффициент потерь в материале;

f_c - частота совпадения.

(4.20)

где t – толщина пластины,

ν – коэффициент Пуассона,

Е – модуль упругости материала

В этой зоне R увеличивается на 6 дБ при удвоении массы и на 3 дБ при удвоении внутренних потерь в материале. Значения звукоизоляции приближенно выражается кривой, приведенной на рис. 4.4, наклон которой составляет примерно 9 дБ/октаву.

Из рассмотренного можно сделать важный для практики вывод, который заключается в том, что внутренние потерн влияют на величину звукоизоляции R только в зоне резонанса совпадения и для частот, лежащих выше этой зоны.

Приближенные кривые. В большинстве случаев на практике звукоизоляция R с достаточной точностью может быть найдена на приближенной кривой (см. рис. 4.4), у которой зона резонанса совпадения заменена горизонтальным отрезком («плато»). У пластины из одного и того же материала при увеличении ее толщины снижается частота совпадения. Поэтому при расчете вся кривая звукоизоляции должна быть смещена на такое же количество герц в сторону более низких частот.

Двойные перегородки.

Рис. 4.5.Двойная перегородка:

1 - минеральное волокно; 2 - панель; 3 - зашивка

Акустическая связь между панелями двойной перегородки. Удвоение звукоизоляции двойной перегородки по сравнению со звукоизоляцией одинарной может быть достигнуто только в том случае, если две одинарные перегородки будут размещены на таком расстоянии, что они могут рассматриваться независимо одна от другой. В действительности это не так. Поскольку величина промежутка ограничивается практически приемлемыми пределами (рис 4.5), то панели будут взаимодействовать. При неблагоприятных условиях звукоизоляция двойной перегородки может быть не лучше звукоизоляции одинарной.

На очень низких частотах каждая панель колеблется как мембрана под воздействием звукового давления. При этом воздушная подушка между панелями будет действовать как жесткая пружина, передающая колебание от одной панели другой, так что обе они будут колебаться синхронно. Это значит, что в акустическом отношении эти панели будут действовать как одна, но масса ее будет равна их суммарной массе.

Рис. 4.6.Типовые частотные характеристики звукоизоляции перегородок:

1 - одинарная перегородка; 2 - двойная перегородка без звукопоглощающего материала между панелями; 3 - двойная перегородка а со звукопоглощающим материалом в промежутке; 4 - звукоизоляция двух одинарных перегородок

Однако на более высоких частотах из-за упругих свойств воздушной подушки колебание второй панели уже не будет синхронно с первой, и на определенной частоте f_D в системе панель — воздушная подушка — панель может возникнуть резонанс, так что вибрация второй панели может значительно усилиться. На частотах, расположенных в непосредственной близости к этой резонансной частоте, звукоизоляция перегородки будет меньше.

Резонансная частота f_D, Гц, приблизительно может быть рассчитана по формуле

(4.21)

где ρ_sl, ρ_s2 - поверхностная плотность каждой панели, кг/м²;

d - расстояние между панелями, м.

На рис. 4.6 показаны типовые частотные характеристики звукоизоляции различных перегородок.

На более высоких частотах могут возбуждаться стоячие волны между панелями, если расстояние между ними будет кратно половине длины звуковой волны. Это может иметь место на частотах

(4.22)

где с - скорость звука, м/с;

d - расстояние между панелями, м.

На этих частотах звукоизоляция R также будет уменьшаться. Возмещение потерь эффективности звукоизоляции конструкции на резонансе обычно осуществляется за счет использования явления поглощения энергии. Это может быть достигнуто при размещении в воздушном промежутке минерального волокна. При этом отрицательное влияние резонанса будет значительно уменьшено.

Желательно, чтобы частота f_D находилась на возможно более низких частотах. Это достигается увеличением расстояния между панелями или повышением их поверхностной массы. При расстоянии 5 см между двумя панелями толщиной 25 мм резонанс будет на частоте приблизительно 80 Гц, а при расстоянии 2,5 см — 120 Гц. Поэтому при толщине панелей 25 мм предпочтительнее расстояние 5 см.

Если от одной перегородки к другой могут передаваться изгибающие усилия, например за счет общего жесткого крепления по периметру к основному корпусу, то с точки зрения вибрации эти панели являются связанными и величина их звукоизоляции может значительно уменьшиться. Результат может быть где-то между величиной R для одинарной перегородки и теоретическим R для двойной. Отрицательные эффекты будут увеличиваться, если панели с обеих сторон скреплены в общую жесткую конструкцию. В таких перегородках значение R может быть примерно на 10 дБ ниже теоретического максимума.

На практике можно применять простое правило, заключающееся в том, что двойная перегородка может как максимум дать суммарную звукоизоляцию (R₁+R₂), равную звукоизоляции двух отдельных перегородок.

Комбинированные перегородки. Количество звуковой энергии, падающей на пластину, пропорционально ее площади. Для перегородки, составленной из нескольких пластин, имеющих различные коэффициенты звукопередачи т и площадь S, результирующий коэффициент передачи

(4.23)

где S = S₁+S₂+…+S_i – общая площадь

Пример 1. Перегородка общей площадью 4 м² состоит из двух частей по 2 м² каждая. Звукоизоляция этих частей R₁ = 40 дБ и R₂=20 дБ соответственно. Коэффициент передачи звука τ₁= 1/10 000 и τ₂= 1/100. Результирующий коэффициент звукопередачи

Общая звукоизоляция

R = 100 lg(l/τ) = 23 дБ

(а не 30 д,Б, потому что R — величина логарифмическая).

Отверстия. Звукоизоляция перегородок с отверстиями рассчитывается точно так же, как в примере 1, но при этом коэффициент звукопередачи для отверстия принимают равным 1. Это справедливо с достаточной точностью для составляющих шума среднего и высокочастотного диапазонов и для не очень малых отверстий. Если отверстие значительно меньше, чем длина волны, коэффициент звукопередачи уменьшается.

Пример 2.В перегородке общей площадью 4 м², которая имела звукоизоляцию 40 дБ, сделали отверстие 10X10 см.

Результирующее ослабление звука

R = 10 lg(l/τ) = 25,9 дБ.

Следовательно, вентиляционные отверстия будут значительно уменьшать звукоизоляцию перегородки, если не применены соответствующие защитные акустические конструкции. Это очень важно, и об этом следует помнить при проектировании трасс для прокладки кабелей, воздушных каналов, отверстий для отвода воздуха и т. п.

Средства звукоизоляции в зависимости от конструкции подразделяются на:

- звукоизолирующие ограждения зданий и помещений;

- звукоизолирующие кожухи;

- звукоизолирующие кабины;

Рис. 4.7. Звукоизолирующий кожух центробежного вентилятора.

а) – схема кожуха: 1- корпус кожуха из листовой стали; 2 – слой звукопоглощающего материала; 3 – уплотнитель из резины; 4 – гибкие вставки;

б) – спектры шума до (5) и после (6) установки кожуха

Рис. 4.8. Защита от шума на рабочих местах:

а) схема устройства звукоизолирующей кабины: 1 - органическое стекло; 2 – звукоизолирующая облицовка; 3 - металлический лист; 4 - пульт управления; 5- стул;

б) звукоизолирующий экран-колпак: 1 – перфорированный звукопоглотитель; 2- стекло; 3 – корпус; 4 – шарнир.

Например, установки излучающие значительный шум следует

изолировать кожухами (рис. 4.7.)
или перегородками. Если по усло-
виям эксплуатации машину, излучающую шум, изолировать
нельзя, то для обслуживающего персонала необходимо построить
специальную звукоизолирующую кабину (рис. 4.8. а) или экран (рис. 4.8. б), обеспечивающие защиту от шума и при-
годные для наблюдения за ходом технологического процесса.