1. Цель работы

Ознакомиться с методами измерения акустического загрязнения (шума). Приобрести практические навыки измерения акустического загрязнения (шума).

2. ПРЕДИСЛОВИЕ

Технический прогресс неразрывно связан с ростом уровня шума в окружающей среде. Наиболее сильное из всех воздействий на психологическое состояние человека оказывают звуки. Шум воздействует на нервную систему человека и поэтому является причиной его преждевременного утомления. Это снижает производительность труда людей и приводит к браку в работе. Шум мешает нормальному отдыху, сну и восстановлению сил. Изучение практических методов исследования шума установок работающих на нетрадиционных источниках энергии - чрезвычайно важный этап подготовки инженеров по эксплуатации установок с НИЭ.

3. Теоретическая часть

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды; как физиологическое явление он определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне частот 16-20000 Гц.

По природе происхождения шум классифицируется на:

- шум механического происхождения - шум, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или

периодических ударов в сочленениях деталей, сборочных единиц или

конструкций в целом;

- шум электромагнитного происхождения - шум, возникающий вследствие

колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием

переменных магнитных сил (колебания статора и ротора электрических

машин, сердечника трансформатора и др.);

- шум гидродинамического происхождения - шум, возникающий вследствии стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (гидравлические удары, турбулентность потока, кавитация и др.);

- шум аэродинамического происхождения - шум, возникающий вследствие стационарных или нестационарных процессов в газах (истечение сжатого воздуха или газа из отверстий; пульсация давления при движении потоков воздуха или газа в трубах или при движении в воздухе тел с большими скоростями, горение жидкого и распыленного топлива в форсунках и др.).

По возможности распространения шум подразделяют на:

- воздушный шум - шум, распространяющийся в воздушной среде от

источника возникновения до места наблюдения;

- структурный шум - шум, излучаемый поверхностями колеблющихся

конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий в звуковом диапазоне частот.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянными считаются шумы, уровни звука которых за восьмичасовой рабочий день, изменяются во времени не более чем на 6 дБА. Непостоянные шумы делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные.

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, неточное 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, не производящего шума, замена пневматической клепки гидравлической или сваркой и т. п.

Область слышимых звуков ограничивается частотным диапазоном (16-2000 Гц) и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней. Нижние предельные значения уровней звукового давления называются порогом слышимости (Рис. 1).

Рис. 1 – Слуховое восприятие человека.

Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот 800-4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет, т.е. высоко- и низкочастотные звуки органами слуха воспринимаются хуже, чем среднечастотные. Верхняя кривая (рис. 4.1.) соответствует порогу болевого ощущения (L>120 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню порог болевого ощущения, могут вызывать повреждения в слуховом аппарате.

Область по частотной шкале, лежащая между этими кривыми называется областью слухового восприятия. Шум, даже когда он не велик (при уровне 50-60 дБА) создает нагрузку на нервную систему, оказывая психологическое воздействие. Степень вредного воздействия шума зависит от того насколько он отличается от привычного. Так, шум, создаваемый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности человека, вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, к глухоте, нарушается процесс пищеварения, вызывает перенапряжение нервной системы, которое может явиться причиной таких серьезных заболеваний, как гипертония и язвенные болезни, неврозы. Воздействие на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства способствует возникновению травматизма.

При действии шума очень высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

Источниками звуков являются колеблющиеся твердые, жидкие и газообразные тела. Колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, называются звуковыми волнами, а пространство, в котором они наблюдаются, звуковым полем. При действии источника звука происходит колебательное движение в среде. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звуковых волн, называется звуковым давлением. Количественная оценка звукового давления производится обычно величиной среднеквадратичного значения. Единица измерения - Па (Н/м²).

Величина звукового давления может изменяться в очень широких пределах. Так, человек способен воспринимать звуковые давления в диапазоне от 2·10^-5до 2·10² Па, отношение этих величин составляет 10⁷. Использование такой сильно изменяющейся величины на практике неудобно, поэтому в технической акустике принято пользоваться относительной логарифмической шкалой уровней, которая позволяет сократить диапазон значений измеряемых величин. Так введено понятие уровня звукового давления, измеряемого в децибелах (дБ), величина которого выражается зависимостью:

L =20ℓg P / Pо ;

где Р - звуковое давление, создаваемое источником звука, Па

Pо - пороговое звуковое давление (Pо= 2·10^-5Па). Оно является порогом

слышимости при частоте звука 1000 Гц.

Логарифмические единицы уровней являются не абсолютными, а относительными и поэтому безразмерными единицами. Пользоваться шкалой децибел очень удобно, так как весь огромный диапазон слышимых звуков укладывается менее чем в 140 дБ. Это позволяет при оценке различных шумов пользоваться целыми числами в пределах от 0 до 140 дБ, так как изменения уровня менее чем на 1 дБ практически не заметны на слух.

Зависимость звукового давления (или его уровня) от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа простых

синусоидальных колебаний этой величины. Зависимость среднеквадратических значений этих синусоидальных составляющих (или

соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется частотным

спектром или просто спектром. В реальных условиях частотные спектры

шума обычно определяют экспериментальным путем, производя частотный анализ. Анализ шума производится с помощью устройств, состоящих из набора электрических фильтров, каждый из которых вырезает в исследуемом шуме определенную полосу частот, которая характеризуется граничными частотами (f1- нижняя и f2- верхняя граничные частоты), шириной и средней частотой (Гц), за которую обычно принимают среднегеометрическую величину

При исследовании шумов обычно пользуются фильтрами с постоянной относительной полосой пропускания (f1/ f2 =const). Полоса, в которой f1/ f2 =2, называется октавой. В этом случае говорят, что анализ производится в октавных полосах частот.

Если f1/ f2 =1,26, то ширина полосы равна 1/3 октавы. В данной работе

используются октавные фильтры.

В практике борьбы с шумом понятие спектра обычно используется как зависимость уровней звукового давления в октавных или третьоктавных полосах частот от среднегеометрических частот этих полос. Спектр представляется в виде графика или таблицы. По характеру спектра шумы подразделяются на низкочастотные, максимум звукового давления которых находится в диапазоне частот ниже 400 Гц, среднечастотные, с максимумом звукового давления в диапазоне 400-1000 Гц, и высокочастотные - максимум звукового давления выше 1000 Гц.

Средства и методы защита от шума. В соответствии с ГОСТ 12.1.029. 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.

Средства звукоизоляции в зависимости от конструкции подразделяются на:

- звукоизолирующие ограждения зданий и помещений;

- звукоизолирующие кожухи;

- звукоизолирующие кабины ;

- акустические экраны, выгородки.

Средства звукопоглощения в зависимости от конструкции подразделяются на:

- звукопоглощающие облицовки;

- объемные (штучные) поглотители звука.

Средства виброизоляции в зависимости от конструкции подразделяются на:

- виброизолирующие опоры;

- упругие прокладки;

- конструкционные разрывы.

Глушители шума в зависимости от принципа действия подразделяются на:

- абсорбционные;

- реактивные (рефлексные);

- комбинированные.

Архитектурно-планировочные методы защита от шума включают в себя:

- рациональные акустические решения планировок зданий и генеральных

планов объектов;

- рациональное размещение технологического оборудования, машин и механизмов (при внутренней планировке производственного здания следует

придерживаться принципа объединения шумных производственных участков, станков и машин; группы машин, производящие наибольший шум должны быть максимально удалены от рабочих мест, требующих умственного напряжения, или помещений, отведенных для отдыха);

- рациональное размещение рабочих мест;

- рациональное акустическое планирование зон и режима движения транспортных средств и транспортных потоков;

- создание шумозащищенных зон в различных местах нахождения человека.

Организационно-технические методы защита от шума включают в себя:

- применение малошумных технологических процессов (изменение

технологии производства, способа обработки и транспортирования

материала и др.);

- оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и

автоматического контроля;

- применение малошумных машин, изменение конструктивных элементов

машин, их сборочных единиц;

- совершенствование технологии ремонта и обслуживания машин;

- использование рациональных режимов труда и отдыха работников на

шумных предприятиях.

Все способы модернизации оборудования, уменьшающие уровни шума, указать невозможно, их очень много. Они определяются типом оборудования, требованиями к величине допускаемого уровня шума на рабочих участках, производственными возможностями и т, п. В частности, сюда могут быть отнесены:

а) изменение упругости или массы отдельных конструктивных элементов

машин с целью изменения собственных частот колебаний, что даст

возможность вывода их из состояния резонанса;

б) обеспечение плотного прилегания в местах связи сопрягаемых деталей путем использования амортизирующих материалов таких, как резина, асбест, картон, пробка и т. п. или пружинных амортизаторов, а также применения рациональных способов крепления отдельных элементов к корпусу машины;

в) замена металлов материалами типа пластмассы, текстолита, фибролита и т.

п., хромирование, а также покрытие поверхности деталей различного рода лаками и красками;

г) покрытие вибрирующих со значительной амплитудой поверхностей оборудования демпфирующими материалами с большими коэффициентами

внутреннего трения - битумом, резиной, толем, фетром, асбестом, специальными мастиками при условии плотного их прилегания к вибрирующей поверхности. Модернизация оборудования, как правило, увеличивает срок службы машин и улучшает их технико-эксплуатационные данные.

Средства индивидуальной защиты человека от шума в зависимости от конструктивного исполнения подразделяются на:

- противошумные наушники, закрывающие ушную раковину снаружи;

- противошумные вкладыши, перекрывающие наружный слуховой проход

или прилегающие к нему;

- противошумные шлемы и каски;

- противошумные костюмы.

Применение средств индивидуальной защиты от интенсивных шумов является эффективным, если они рационально выбраны и систематически используются.

Исследования, проведенные с помощью современных физиологических методов, показали, что индивидуальные средства значительно защищают организм от раздражающего действия шума, обеспечивая предупреждение различных глубоких функциональных нарушений и расстройств. Однако использование средств индивидуальной защиты не решает проблемы борьбы с шумом в целом. Только правильно разработанный комплекс описанных выше мероприятий может полностью предотвратить вредные воздействия шума на организм работающих.