Вопрос 1. Защита от шума

В зависимости от физической природы возникающего шума, он может быть механическим, аэродинамическим, электромагнитным, гидродинамическим. Механические шумы возникают при работе различных машин и механизмов и вызваны трением и соударениями составляющих их деталей, ударными процессами и др. Аэродинамические и гидродинамические шумы возникают при течении газа или жидкости, при работе вентиляторов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания, насосов для перекачки жидкостей и т.д. Электромагнитные шумы сопровождают работу различных электроустановок. Для защиты человека от негативных шумовых воздействий разработаны методы и средства коллективной и индивидуальной защиты (ГОСТ 12.1.029-80* «Средства и методы защиты от шума. Классификация») (рис. 1).

Все многообразие средств и способов борьбы с шумом сводятся к следующему:

1) необходимо максимально снизить уровень шума в источнике с помощью организационно-технических и акустических средств;

2) если это не удается, то применяют меры по уменьшению шума на пути его распространения с помощью акустических и архитектурно-планировочных мероприятий;

3) в случае, когда выше перечисленные меры не оказались эффективными, проводят защиту объекта с применяя коллективные и индивидуальные акустические средства защиты и организационные мероприятия (нормирование времени пребывания в зоне шума, контроль за дозой шума и т.д.).

Итак, наиболее рациональным способом реализации шумозащиты является снижение звуковой мощности источника шума. Уровень звуковой мощности (L_р) рассчитывают по следующей формуле:

(1)

Где P – звуковая мощность, Вт;

P₀ – пороговая звуковая мощность, равная 10^-12 Вт.

Этот способ борьбы с шумом носит название уменьшения шума в его источнике. Снижение механических шумов достигается:

- улучшением конструкции машин и механизмов;

- заменой деталей из металлических материалов на пластмассовые;

- заменой ударных технологических процессов на безударные;

- нанесением смазки на трущиеся детали и другими мероприятиями.

Для уменьшения аэро- и гидродинамических шумов рекомендуется:

- снижение скорости обтекания газовыми или воздушными потоками препятствий;

- улучшение аэродинамики тел, работающих в контакте с потоками;

- снижение скорости истечения газовой струи и уменьшения диаметра отверстия, из которого эта струя истекает;

- выбор оптимальных режимов работы насосов для перекачивания жидкости;

- правильное проектирование и эксплуатация гидросистем и ряд других мероприятий.

Рисунок 1 – Классификация коллективных средств защиты от шума (ГОСТ 12.1.029-80*)

Для борьбы с электромагнитными шумами необходимо:

- тщательно уравновешивать вращающиеся детали электромашин (ротор, подшипники);

- осуществлять тщательную притирку щёток электродвигателей;

- применять плотную прессовку пакетов трансформаторов и т.д.

Следующим эффективным способом снижения шума является изменение направленности его излучения, т.е. применение рациональных планировочных решений. Этот способ применяется в том случае, когда работающее устройство направленно излучает шум (например, труба для сброса в атмосферу сжатого воздуха). Направленная звуковая волна должна быть ориентирована в противоположную от рабочего места или жилого строения сторону. При расположении шумного предприятия или объекта на территории города, они должны быть максимально удалены от жилых домов.

Определить расстояние от шумного объекта до жилой зоны (дома) можно с помощью измерительных приборов или проведя акустические расчеты. Расчет проводится по СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» по уровням звукового давления L, дБ, в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц или по уровням звука по частотной коррекции «А» L_A, дБА.

Последовательность акустического расчета такова:

- выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

- выбор точек в помещениях и на территориях, для которых необходимо провести расчет (расчетных точек);

- определение путей распространения шума от источника (источников) до расчетных точек и потерь звуковой энергии по каждому из путей (снижение за счет расстояния, экранирования, звукоизоляции ограждающих конструкций, звукопоглощения и др.);

- определение ожидаемых уровней шума в расчетных точках;

- определение требуемого снижения уровней шума на основе сопоставления ожидаемых уровней шума с допустимыми значениями;

- разработка мероприятий по обеспечению требуемого снижения шума;

- поверочный расчет ожидаемых уровней шума в расчетных точках с учетом выполнения строительно-акустических мероприятий.

Октавные уровни звукового давления L, дБ, в расчетных точках соразмерных помещений (с отношением наибольшего геометрического размера к наименьшему не более 5) при работе одного источника шума следует определять по формуле:

(2)

где L_w — октавный уровень звуковой мощности, дБ;

c — коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля в тех случаях, когда расстояние r меньше удвоенного максимального габарита источника (r < 2l_макс);

F — фактор направленности источника шума (для источников с равномерным излучением F = 1);

W — пространственный угол излучения источника, рад.;

r — расстояние от акустического центра источника шума до расчетной точки, м (если точное положение акустического центра неизвестно, он принимается совпадающим с геометрическим центром);

k — коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении (принимают в зависимости от среднего коэффициента звукопоглощения a_cp);

B — акустическая постоянная помещения, м², определяемая по формуле

(3)

А — эквивалентная площадь звукопоглощения, м², определяемая по формуле

(4)

a_i — коэффициент звукопоглощения i-й поверхности;

Si — площадь i-й поверхности, м²;

A_j — эквивалентная площадь звукопоглощения j-го штучного поглотителя, м²;

n_j — количество j-ых штучных поглотителей, шт.;

a_cp — средний коэффициент звукопоглощения, определяемый по формуле

(5)

S — суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения, м².

Если источник шума и расчетная точка расположены на территории, расстояние между ними больше удвоенного максимального размера источника шума и между ними нет препятствий, экранирующих шум или отражающих шум в направлении расчетной точки, то октавные уровни звукового давления L, дБ, в расчетных точках следует определять:

- при точечном источнике шума (отдельная установка на территории, трансформатор и т.п.) — по формуле:

(6)

- при протяженном источнике ограниченного размера (стена производственного здания, цепочка шахт вентиляционных систем на крыше производственного здания, трансформаторная подстанция с большим количеством открыто расположенных трансформаторов) — по формуле:

(7)

где L_w, r, F, W — то же, что и в формуле (3.3.2.2);

b_а — затухание звука в атмосфере, дБ/км. При расстоянии r £ 50 м затухание звука в атмосфере не учитывают.

Следующий способ борьбы с шумом связан с уменьшением звуковой мощности по пути распространения шума - звукоизоляция. Практически это достигается использованием звукоизолирующих ограждений, кабин и пультов управления, звукоизолирующих кожухов и акустических экранов.

К звукоизолирующим ограждениям относятся стены, перегородки, перекрытия, остекленные проёмы, окна, двери.

Нормируемыми параметрами звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций зданий являются:

- индексы изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями R_w, дБ,

- индексы приведенного уровня ударного шума, L_nw, дБ, (для перекрытий).

Индекс изоляции воздушного шума какой-либо конструкцией с известной частотной характеристикой изоляции воздушного шума определяется путём сопоставления этой частотной характеристики с оценочной кривой. Неблагоприятными считаются отклонения вниз от оценочной кривой.

В целом, звукоизолирующая способность конструкции тем выше, чем больше её поверхностная плотность, т.е. чем тяжелее материал, из которого изготовлена конструкция, тем выше её эффективность. Как правило, в качестве звукоизолирующих материалов используют бетон, железобетон, кирпич, керамические блоки, стекло и т.д.

Применение звукоизолирующих кожухов является эффективным, простым и дешевым способом защиты персонала от шума на рабочих местах. Акустический эффект установки звукоизолирующего кожуха – снижения уровня звуковой мощности шума, излучаемого источником в пространство. Конструктивно кожухи выполняются съемными, раздвижными или капотного типа, сплошными герметичными или со смотровыми окнами или технологическими отверстиями. Изготавливаются они из листовых несгораемых или трудносгораемых материалов (сталь, дюралюминий и др.). Внутренние поверхности стенок кожухов должны быть облицованы звукопоглощающим материалом, а сам кожух изолирован от вибрации основания. Если в нем предусмотрены технологические отверстия, то они снабжаются глушителями шума.

Звукоизолирующие кабины используют для размещения в них пультов дистанционного управления или рабочих мест в шумных помещениях. Используя такие кабины можно обеспечить практически любое требуемое снижение шума. Обычно их изготавливают из кирпича, бетона и подобных материалов или сборными из металлических панелей, которые устанавливают на резиновых виброизоляторах. Стёкла кабины делают минимально возможных размеров а в качестве прозрачного материала используют толстые зеркальные стекла или пластины из плексиглаза с герметизацией по периметру резиновыми прокладками. При необходимости обеспечения высокой звукоизоляции окна и двери делают двойными с использованием звукопоглощающей прокладки.

Акустические экраны, устанавливаемые между источником шума и рабочими местами персонала (не связанного непосредственно с обслуживанием данного источника), применяют для защиты рабочих мест от прямого звука. Применение экранов в помещении оправдано только в том случае, когда уровни звукового давления в расчетной точке, создаваемый прямым звуком от экранируемого источника значительно выше уровней отраженного звука в этой точке, а на территории не менее чем на 10 дБ выше уровней, создаваемых другими источниками шума. Необходимо отметить, что в акустически не обработанных помещениях применение экранов тоже будет малоэффективно. Поэтому они должны применяться в сочетании с акустической обработкой потолка и облицовки той части помещения, где находится экран. Для облицовки могут быть использованы звукопоглощающие материалы: минераловатные плиты, маты из супертонкого стекловолокна или базальтового волокна толщиной 30 – 50 мм.

Чаще всего применяют экраны плоской и П-образной формы из твердых листов толщиной 1.5 – 2 мм с обязательной облицовкой звукопоглощающим материалом поверхности, обращенной к источнику шума. Разновидностью акустического экрана является выгородка. Она представляет собой экран, окружающий источник шума со всех сторон. Выгородки целесообразно применять для источника (источников) шума, уровни звуковой мощности которого на 15 дБ и более выше, чем у остальных источников шума. Акустические экраны могут быть стационарными и передвижными. В последнем случае зазор между полом и экраном должен быть минимален. Эффективность экранирования зависит от соотношения геометрических размеров экрана с длиной волны звука, поэтому применяют их для снижения средне и высокочастотного шума.

В производственных помещениях уровень звука существенно повышается из-за отражения шума от строительных конструкций и оборудования. Поэтому для снижения уровня отражённого звука применяют специальную акустическую обработку помещения с помощью звукопоглощающих облицовок и штучных звкупоглотителей (рис.2).

Рисунок 2. – Виды средств звукопоглощения

Как следует из названия этих материалов, они не отражают шум, а поглощают его. При этом колебательная энергия звуковой волны переходит в тепловую вследствие потерь на трение в звукопоглотителе.. Количественной характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения, который определяется выражением:

(8)

Где Е_пад, Е_погл, Е_отр – соответственно падающая, поглощенная и отраженная звуковая энергия. Звукопоглощающими материалами называют те, у которых α >0.2.

Для снижения аэродинамического шума эффективно применение глушителей в каналах и воздуховодах на пути распространения шума от его источника до места всасывания или выброса газов. Глушители подразделяются на:

- абсорбционные – снижение шума происходит за счёт поглощения звуковой энергии порами звукопоглощаюх материалов внутри глушителя;

- реактивными (рефлексными) – снижение шума происходит в результате отражения звука обратно к источнику;

- комбинированные – за счет способности как отражать так и поглощать звук.

Выбор типа глушителей зависит от конструкции заглушаемой установки и требуемого снижения шума.

Часто перечисленных выше средств и мероприятий по защите персонала от шума не достаточно, поэтому для защиты персонала необходимо использовать индивидуальные средства защиты от шума (рис. 3).

Способы защиты от инфразвука аналогичны способам защиты от шума. К ним относятся: снижение уровня инфразвука в его источнике, увеличение жесткости колеблющихся конструкций, применение глушителей реактивного типа. Отметим, что такие методы борьбы с шумом как звукоизоляция и звукопоглощение при инфразвуке неэффективны.

Для снижения или исключения вредного воздействия ультразвука, передающегося воздушным путём эффективны дистанционное управление, автоматизация процесса и звукоизолирующие кожухи из листовой стали, пластмассы (гетинакса) или резины.

Рисунок 3 – Классификация индивидуальных средств защиты от шума