![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Допустимые уровни виброскорости и ее пиковые значения при контактном воздействии ультразвука
При использовании ультразвуковых источников бытового назначения, как правило, генерирующих колебаний с частотами ниже 100 кГц, допустимые уровни воздушного и контактного ультразвука не должны превышать 75 дБ на рабочей частоте источника. При воздействии ударной волны на человека и животных считается безопасным избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа и менее. Легкие поражения (звон в ушах, головокружение, головная боль) наступают при избыточном давлении 20—40 кПа. Поражения средней тяжести (вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждения органов слуха, кровотечения из носа и ушей) возникают при избыточном давлении 40—60 кПа. Методы и средства защиты от шума. Они подразделяются на коллективные и индивидуальные. Предпочтение следует отдавать первых из них. К методам и средствам коллективной защиты от шума относятся снижение шума в источнике, звукоизоляция, звукопоглощение и глушители шума. Выбор методов и средств защиты должен проводиться на основе акустических расчетов, определяющих требуемое снижение шума в расчетной точке, с учетом ее расположения относительно источника шума и ряда других факторов. При этом имеются три пути передачи звука: первый путь соответствует прямому звуку; второй путь — отраженному звуку (эти два пути определяют распространение воздушного шума), третий путь — так называемому структурному шуму, являющемуся результатом распространения возмущающего воздействия со стороны источника по элементам конструкции. Для каждого работника А и В, представленной за рисунке, требуются свои методы защиты от шума. Рис. 11.22. Пути передачи звука от источника к приемнику Снижение шума в источнике. Этот метод является наиболee рациональным, снижение шума проводится двумя путями: уменьшением энергии возмущающих воздействий в источнике и ослаблением его звукоизлучающей способности. В первом случае речь идет об изменении рабочих характеристик машины, делая их более плавными, уменьшении частоты вращения и скорости перемещения подвижных узлов, уменьшении зазоров, повышении точности изготовления деталей и т.д. Во втором случае подразумевается использование специальных звукопоглощающих покрытий или глушителей, ослабляющих излучение источника шума. Звукоизоляция и звукопоглощение. Эти методы в основном реализуют для защиты от воздушного шума в помещениях. На рис. 11.23 представлены типичные способы защиты от шума в помещениях: применение средств индивидуальной защиты (1), звукопоглощающих ограждений (2), экранов (3), звукопоглощающих облицовок (4) и перегородок (5). Звукоизолирующие экраны. Эффективность экранирования
Рис. 11.23. Типичные способы защиты от шума в рабочих помещениях
Чем ближе экран к источнику шума, тем его действие эффективнее, особенно если расчетная точка расположена около экрана. На практике эти условия часто не выполняются, что приводит к снижению эффективности. В лучшем случае экраны обеспечивают снижение шума на 20 дБ, обычное снижение уровня шума не более чем на 10—15 дБ. При использовании экранов в помещениях, где звук многократно отражается от всех внутренних поверхностей, достичь высокой эффективности экрана нельзя. Экраны эффективнее использовать в открытом пространстве. Для повышения эффективности экраны облицовывают звукопоглощающим материалом. Снижение уровней звука на территории жилых застроек или в помещениях, защищаемых от шума (особенно шума транспортных потоков), может также осуществляться экранами, размещаемыми между источниками шума и защищаемым объектом.
Рис.11.24. Снижение шума экраном ИШ – источник шума; РТ - расчетная точка
В качестве экранов могут применяться элементы рельефа местности (выемки, насыпи), административные здания. Снижение уровней звука полосами зеленых насаждений составляет от 4 до 12 дБ. Звукоизолирующие перегородки. Эффективность перегородки определяется через отношение интенсивности прошедшего через перегородку звука Iпр к интенсивности падающего на нее звука Iпад. Она обозначается через R и выражается обычно в децибелах:
R =10 lg
Для расчета звукоизоляции однородной однослойной перегородки используют формулу R = 20 lg (m0 f) - 47, 5,
где m0 — поверхностная (погонная) масса перегородки, кг/м2; f — частота звука, Гц. Из последней формулы следуют два важных вывода: во-первых, звукоизоляция ограждений тем выше, чем они тяжелее; звукоизоляция меняется по так называемому закону массы: увеличение массы в два раза приводит к повышению звукоизоляции на 6 дБ; во-вторых, звукоизоляция ограждения возрастает с увеличением частоты звука. Формула применима на частотах выше первых частот собственных колебаний перегородки, поскольку в ней не учитывается влияние жесткости и размеров ограждения. Большое влияние на звукоизоляцию оказывают всякого рода щели и отверстия в перегородках, ограждениях, окнах, дверях. На это обстоятельство часто не обращают должного внимания, что приводит к значительному ухудшению звукоизоляции. При устройстве ограждений, состоящих из различных элементов, например перегородки с дверями, смотровыми окнами и т.п., особенно при изоляции мощных источников шума, необходимо стремиться к тому, чтобы звукоизолирующие способности этих более «слабых» элементов и перегородки по своей величине не очень отличались друг от друга. В противном случае шум будет проникать через эти элементы, и снижение уровня шума, всей конструкцией окажется незначительным. С этой целью двери и окна в шумных помещениях (например, в боксах для испытания двигателей) делают с повышенной звукоизоляцией. Звукоизоляция многослойных ограждений бывает более высокой, чем звукоизоляция однослойных ограждений той же массы. Широкое распространение находят двойные ограждения с воздушным промежутком, заполненным звукопоглощающим материалом. В качестве звукопоглощающих материалов используются волокнистые, вспененные полимерные и комбинированные материалы, являющиеся также и хорошими теплоизоляторами. Звукоизолирующие конструкции ослабляют шум в соседних помещениях на 30—50 дБ. Звукоизолирующие кожухи и 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. С наружной стороны на кожух иногда наносят слой вибродемпфирующего материала. Кожух должен плотно закрывать источник шума. Эффективность кожухов и кабин достигает 30 дБ. Звукопоглощение. 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. Этого можно достичь, увеличив эквивалентную площадь звукопоглощения помещения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглотителей. 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 α на средних частотах больше 0, 2. У таких материалов, как кирпич, он на порядок меньше. В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты. Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и отражающей стенкой, на которой он установлен. Практически толщина облицовок доставляет 20—200 мм, при этом максимальное поглощение (α =0, 6÷ 0, 9) обеспечивается на средних и высоких частотах. Для увеличения поглощения на низких частотах между слоем и ограждением делают воздушный промежуток.
Рис. 11.25. Звукопоглощающие облицовки: 1 — защитный перфорированный слой; 2 — звукопоглощающий материал; 3 — защитная стеклоткань; 4 — стена и потолок; 5 — воздушный промежуток; 6 — плита из звукопоглощающего материала
Если площадь свободных поверхностей недостаточна для установки плоской звукопоглощающей облицовки, для уменьшения шума применяют штучные (объемные) поглотители различных конструкций (рис. 11.26), представляющие собой объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешиваемые к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.
Рис. 11.26. Штучные звукопоглотители различных конструкций
Величину снижения шума (дБ) в помещении в зоне преобладания отраженного звука путем применения звукопоглощающей облицовки определяют по формуле
где В1 и В2 — постоянные помещения до и после его акустической обработки. Постоянную помещения до его акустической обработки рассчитывают по формуле B1=A1/ (1- α 1),
где — эквивалентная площадь звукопоглощения помещения до проведения акустической обработки; Постоянную помещения после его акустической обработки определяют по формуле B2=A2/ (1- α 2),
где А2 — эквивалентная площадь звукопоглощения помещения после проведения акустической обработки; Величину А2 можно представить в виде
А2=А+Δ А, где — эквивалентная площадь звукопоглощения помещения, не занятая облицовкой; n шт— число штучных поглотителей. На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет высота расположения их над источниками шума, а также конфигурация помещения. Облицовки более эффективны при относительно небольшой высоте помещения (до 4—6 м). Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум на 6—8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от источника) и на 2—3 дБ вблизи источника шума. Глушители шума. Их используют для снижения воздушного шума, создаваемого газодинамическими установками содержащими каналы с движением газа. Глушители шума разделяют на абсорбционные (диссипативные), реактивные и комбинированные. В диссипативных глушителях снижение шума постигается за счет потерь акустической энергии на трение в звукопоглощающих материалах (волокнистых или пористых поглотителях). В реактивных глушителях это уменьшение обусловливается отражением энергии набегающих звуковых волн обратно к источнику. Глушители, в которых наблюдаются и диссипация, и отражение звуковой энергии, называются комбинированными. В последнее время ведутся работы по созданию активных глушителей шума, содержащих дополнительные источники звука и работающих на принципе деструктивной интерференции звуковых волн. Диссипативные глушители. Они эффективно работают в широком диапазоне частот, когда коэффициент звукопоглощения применяемого материала близок к единице (α = 0, 8÷ 1, 0). Их целесообразно использовать для снижения шума, характеризуемого непрерывным спектром или дискретным спектром с большим числом гармонических составляющих. При этом в каналах с большой скоростью потока, высокой температурой или агрессивной средой применение таких глушителей предъявляет особые требования к содержащимся в них звукопоглощающим материалам. Например, при использовании глушителей этого типа в системах выпуска двигателей внутреннего сгорания используют такие температуростойкие поглотители, как минеральная вата, стекловолокно, базальтовые волокна. Наиболее простым и распространенным глушителем диссипативного типа является облицовка канала звукопоглощающим материалом. Это так называемый трубчатый глушитель представленный на рис. 11.27, а. Волокнистый звукопоглощающий материал применяют в виде набивки или матов, которыми обвертывают внутреннюю перфорированную трубу. Обычно шаг перфорации t = 2d, где d — диаметр перфорации, равный 4—8 мм. Коэффициент перфорации, определяемый как отношение общей площади отверстий к площади боковой поверхности перфорированного канала, при этом должен быть больше 0, 2 для того, чтобы звуковые волны, распространяющиеся по тракту, беспрепятственно проникали в полость со звукопоглощающим материалом и гасились в нем. Уменьшение этого значения коэффициента перфорации приводит к заметному снижению эффективности глушения на высоких частотах. Чем толще слой звукопоглощающего материала h в диссипативном глушителе, тем эффективнее снижается шум на низких частотах. С увеличением длины глушителя l его эффективность повышается во всем рабочем диапазоне частот.
Рис. 11.27. Диссипативные глушители шума: а — трубчатый; б — пластинчатый
Заглушение Δ L (Дб) в трубчатом диссипативном глушителе длиной l приближенно можно оценить по формуле
Δ L = 1, 1 a'Pl/S,
где Р — периметр сечения трубы; S — площадь поперечного сечения трубы; а' — коэффициент поглощения звука облицовкой. С целью увеличения заглушения используются пластинчатые глушители, в которых аэродинамический тракт разделен продольным перегородками, облицованными звукопоглощающим материалом (рис. 11.27, б). На выходе канала в атмосферу или на входе в канал устанавливают экранные глушители (рис. 11.28). На низких частотах экран практически не оказывает влияния на излучаемый шум. На высоких частотах эффективность его установки составляет 10—25 дБ, причем максимальный эффект наблюдается в осевом направлении. Большое значение имеет расстояние от среза канала до экрана и размер экрана; чем меньше это расстояние и больше размеры экрана, тем эффективнее его установка. Обычно диаметр экрана принимается в два раза большим диаметра канала. Что касается расстояния от среза канала до экрана, то его следует делать как можно меньшим. Ограничивающим фактором здесь является допустимое гидравлическое сопротивление.
Рис. 11.28. Типовые конструкции (а — г) экранных глушителей шума Реактивные глушители. Глушители реактивного типа — это акустические фильтры, которые характеризуются чередующимися полосами заглушения и пропускания звука, а поэтому применяются для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими спектра. Реактивные глушители подразделяются на камерные, резонансные и комбинированные (рис. 11.29). Камерные глушители состоят из одной или нескольких камер, представляющих собой полости в виде расширения трубопровода по его сечению (рис. 11.29, а). В камерном глушителе звуковые волны отражаются от противоположной стенки и, возвращаясь к началу в противофазе по отношению к прямой волне, уменьшают ее интенсивность. Резонансные глушители бывают двух типов: резонаторы Гельмгольца (рис. 11.29, а, в) и четвертьволновые резонаторы (рис. 11.29, б, г). Резонатор Гельмгольца представляет собой полость объемом V, соединенную с трубопроводом отверстиями, называемыми горлом резонатора. Полость и отверстия в таком резонаторе образуют систему, обеспечивающую практически полное отражение звуковой энергии обратно к источнику на частотах, близких к его собственной (резонансной) частоте. Собственная частота резонатора Гельмгольца определяется формулой
fо = (с/2 π) (nS/LV)1/2 ,
где п — количество отверстий; S — площадь одного отверстия; L—эффективная длина горла резонатора (L=t+π d/A, здесь t, d— соответственно глубина отверстий (толщина стенки трубопровода) и их диаметр).
Рис. 11.29. Реактивные глушители шума: а — камерный; б, в —
Рис. 11.29. Реактивные глушители шума: а – камерный; б, в – резонансный; г – комбинированный
В четвертьволновом резонаторе (рис. 11.29, в) звуковая волна на резонансной частоте проходит путь до торца трубы и обратно, кратный половине длины волны, и затем встречается со вслед бегущей волной, будучи с ней в противофазе. Образуется узел стоячей волны, через который, как известно, энергия на данной частоте не распространяется, т.е. шум на данной частоте будет заглушён. Широкое распространение получили на практике глушители с перфорированными трубами. Наиболее простой из них, концентрический резонатор, представлен на рис. 11.30. Отметим, что реактивные глушители следует использовать прежде всего для снижения шума на низких частотах, где они эффективнее диссипативных глушителей. Большим достоинством реактивных глушителей является то, что они не боятся засорения газовыми выбросами и легко прочищаются.
Рис. 11.30. Концентрический резонатор Средства индивидуальной защиты. Когда невозможно уменьшить шум до допустимых величин средствами коллективной защиты, используют средства индивидуальной защиты. Основное их назначение — защитить ухо человека от проникновения в него звука. К СИЗ относятся вкладыши, наушники, шлемы и костюмы. 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 не достаточно эффективные (снижение шума на 5—20 дБ). Наушники. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной. Эффективность наушников определяются качеством уплотнений по краю уплотнительного ободка наушников. Широко используемые пенные наполнители не очень эффективны. Поэтому при высоких уровнях шума рекомендуется использовать жидкостное наполнение уплотнителей. 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. В этих случаях применяют шлемы и противошумные костюмы, закрывающие голову и тело человека. Рассмотренные пассивные СИЗ обладают высокой эффективностью только на высоких частотах. Для эффективного снижения шума в низкочастотном диапазоне целесообразно использовать активные СИЗ. Шум от источника попадает в наушники, где регистрируется микрофоном. Сигнал с микрофона обрабатывается микропроцессором, управляющим работой миниатюрного динамика, вмонтированного в наушники. При этом динамик излучает звук, находящийся в противофазе с шумом основного источника. В результате интерференции происходит гашение шума от внешнего источника пума внутри наушников. Защита от инфразвука. К основным мероприятиям по защите от инфразвука можно отнести: повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения энергии в область слышимых частот; повышение жесткости конструкций больших размеров; устранение низкочастотных вибраций; установка глушителей реактивного типа. Отметим, что традиционные методы защиты от шума с помощью звукоизоляции и звукопоглощения малоэффективны при инфразвуке. Требуются очень толстые и массивные звукоизолирующие перегородки или звукопоглощающие покрытия. Поэтому основным подходом к снижению инфразвука является его уменьшение в источнике. Защита от ультразвука. Как очень высокочастотным колебаниям, ультразвуку соответствует большой коэффициент затухания, из-за чего он распространяется в окружающей среде на небольшие расстояния, а средства защиты от него очень эффективны. 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 (кожуха); устройством экранов, в том числе прозрачных. Стационарные ультразвуковые источники, генерирующие уровни звукового давления, превышающие нормативные значения, должны оборудоваться звукопоглощающими кожухами (экранами) и размещаться в отдельных помещениях или звукоизолирующих кабинах. Запрещается непосредственный контакт человека с рабочей поверхностью источника ультразвука и контактной средой во время возбуждения в ней ультразвуковых колебаний. В целях исключения контакта с источниками ультразвука необходимо применять: дистанционное управление источниками ультразвука; автоблокировку (автоматическое отключение источников ультразвука) при выполнении вспомогательных операций (загрузка и выгрузка продукции, белья, медицинского инструментария, нанесения контактных смазок и др.); предметов, которые могут служить в качестве твердой контактной среды. Для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука необходимо применять рукавицы или перчатки (наружные резиновые и внутренние хлопчатобумажные). При систематической работе с источниками контактного ультразвука в течение более 50% рабочего времени необходимо устраивать два регламентированных перерыва: 10-минутный за 1—1, 5 ч до обеденного перерыва и 15-минутный через 1—1, 5 ч после обеденного перерыва для проведения физиопрофилактических процедур (тепловых гидропроцедур, массажа, ультрафиолетового облучения), а также лечебной гимнастики, витаминизации и т.п. При использовании ультразвуковых источников, как правило, низкочастотных, в бытовых условиях (стиральные машины, охранная сигнализация, приспособления для отпугивания животных, насекомых и грызунов, устройства для резки и сварки различных материалов и др.) следует четко выполнять требования по их применению и безопасной эксплуатации, изложенные в прилагаемой к изделию инструкции.
|