3.7.6 Методы борьбы с шумом
Выбор мероприятий по ограничению неблагоприятного действия шума на человека производится исходя из конкретных условий: величины превышения ПДУ, характера спектра, источника излучения. Средства защиты работников от шума подразделяются на средства коллективной и индивидуальной защиты.
К средствам коллективной защиты относятся:
Уменьшение шума в источнике.
Изменение направленности излучения шума.
Рациональная планировка предприятий и цехов,
Акустическая обработка помещений:
звукопоглощающие облицовки;
штучные поглотители.
Уменьшение шума на пути его распространения от источника к рабочему месту:
звукоизоляцией;
глушителями
Наиболее эффективным методом борьбы с шумом является его снижение в источнике возникновения за счет применения рациональных конструкций, новых материалов и гигиенически благоприятных технологических процессов.
Уменьшение уровней генерируемых шумов в источнике его образования основано на устранении причин возникновения звуковых колебаний, которыми могут служить механические, аэродинамические, гидродинамические и электрические явления.
Шум механического происхождения может быть вызван следующими факторами: соударение деталей в сочленениях в результате наличия зазоров; трения в соединениях деталей механизмов; ударные процессы; инерционные возмущающие силы, возникающие из-за движения деталей механизма с переменными ускорениями и др. Уменьшение механического шума может быть постигнуто: заменой ударных процессов и механизмов безударными; заменой зубчатой передачи клиноременной; использованием по возможности не металлических деталей, а пластмассовых или изготовленных из других незвучных материалов; применением балансировки вращающихся элементов машин и др.
Гидродинамические шумы, возникающие вследствие различных процессов и жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических ударов); могут быть снижены, например, улучшением гидродинамических, характеристик насосов и выбором оптимальных режимов их работы.
Снижение электромагнитного шума, имеющего место при эксплуатации электрического оборудования, может осуществляться, в частности, путем изготовления скошенных пазов якоря ротора, применением более плотной прессовки пакетов в трансформаторах, использованием демпфирующих материалов и др.
Разработка малошумного оборудования является весьма сложной технической задачей, меры по ослаблению шумов в источнике часто оказываются недостаточными, вследствие чего дополнительное, а иногда и основное снижение шума достигается применением других средств защиты, рассмотренных ниже.
Многие источники шума излучают звуковую энергию неравномерно по всем направлениям, т.е. обладают определенной направленностью излучения. Источники направленного действия характеризуются коэффициентом направленности, определяемым отношением:
где I- интенсивность звуковой волны в данном направлении на некотором расстоянии r от источника направленного действия мощностью W, излучающего волновое поле в телесный угол Ω;
- интенсивность волны на том же расстоянии
при замене данного источника на источник
ненаправленного действия той же мощности.
Величина 10 lgф
называется показателем направленности.
В ряде случаев величина показателя направленности достигает 10 - 15 дБ, в связи с чем, определенная ориентация установок с направленным излучением позволяет существенно снизить уровень шума на рабочем месте.
Рациональная планировка предприятий и цехов также является эффективным методом снижения шума, например, за счет увеличения расстояния от источника шума до объекта (шум снижается прямо пропорционально квадрату расстояния), расположением тихих помещений внутри здания вдали от шумных, расположения защищаемых объектов глухими стенами к источнику шума и др.
Акустическая обработка помещений заключается в установке в них средств звукопоглощения. Поглощение звука - это необратимый переход звуковой энергии в другие формы, главным образом в теплоту. Средства звукопоглощения применяют для снижения шума на рабочих местах, находящихся как в помещениях с источниками шума, так и в тихих помещениях, куда проникает шум из соседних шумных помещении. Акустическая обработка помещений преследует цель снизить энергии отраженных звуковых волн, поскольку интенсивность звука в какой либо точке помещения складывается из интенсивностей прямого звука и отраженного от пола, потолка и других ограждающих поверхностей. Для уменьшения отраженного звука применяют устройства, обладающие большими значениями коэффициента поглощения. Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями называются только те, у которых коэффициент звукопоглощения на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, бетон, величина коэффициента звукопоглощения равна 0,01 - 0,05. К средствам звукопоглощения относятся звукопоглощающие облицовки и штучные звукопоглотители. В качестве звукопоглощающей облицовки наиболее часто применяют пористые и резонансные звукопоглотители. Пористые звукопоглотители изготавливают из таких материалов как ультратонкое стекловолокно, древесноволокнистые и минеральные плиты, пенопласт с открытыми порами, шерсть и другие. Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и стенкой, на которой он установлен (рис. 6.9).
Рис.6.9 Частотные характеристики коэффициента поглощения:
а - для пористого поглотителя на жесткой стенке;
б - для пористого поглотителя с воздушной прослойкой;
в- при наличии перфорированного экрана;
г- для резонансного поглотителя, образованного перфорированным экраном.
Звуковые волны, падающие на пористый материал, приводят воздух в порах и скелет материала в колебательные движения, при которых возникает вязкoe трение и переход звуковой энергии в теплоту. Для увеличения поглощения на низких частотах и для экономии материала между пористым слоем и стенкой делают воздушную прослойку. Для предотвращения механических повреждений материала и высыпаний применяются ткани, сетки, пленки и перфорированные экраны, которые существенно влияют на характер поглощения звука.
Резонансные поглотители имеют воздушную полость, соединенную открытым отверстием с окружающей средой. Дополнительное снижение шума при использовании таких звукопоглощающих конструкций происходит за счет взаимного погашения падающих и отраженных волн.
Пористые и резонансные поглотители крепят к стенам или потолкам изолированных объемов. Установка звукопоглощающих облицовок в производственных помещениях позволяет снизить уровень шума на 6 - 10 дБ вдали от источника и на 2- 3 дБ вблизи источника шума.
Звукопоглощение может производиться путем внесения в изолированные объемы штучных звукопоглотителей, представляющих собой объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом, изготовленные, например, в виде куба или конуса и прикрепляемые чаще всего к потолку Производственных помещений (рис.6.10).
Рис.6.10 Штучные звукопоглотители
В случаях, когда необходимо существенно снизить интенсивность прямого звука на рабочих местах, применяют средства звукоизоляции.
Звукоизоляция - уменьшение уровня шума с помощью защитною устройства, которое устанавливают между источником и приемником, и имеет большую отражающую или поглощающую способность. Звукоизоляция дает больший эффект (30-50 дБ), чем звукопоглощение (6-10 дБ).
К средствам звукоизоляции относятся звукоизолирующие ограждения I, звукоизолирующие кабины и пульты управления 2, звукоизолирующие кожухи 3 и акустические экраны 4 (рис.6.11).
Рис. 6.11 Средства звукоизоляции
Звукоизолирующие ограждения - это стены, перекрытия, перегородки, проемы, окна, двери.
Звукоизоляция ограждений тем выше, чем большей массой (1 м2 ограждения) они обладают, так увеличение массы в два раза приводит к повышению звукоизоляции на 6 дБ. Для одного и того же ограждения звукоизоляция возрастает с увеличением частоты, т. е. на высоких частотах эффект от установки ограждения будет значительно выше, чем на низких.
Для облегчения ограждающих конструкций без уменьшения их звукоизоляции применяются многослойные ограждения, чаще всего двойные, состоящие из двух однослойных ограждений, соединенных между собой упругими связями: воздушным слоем, звукопоглощающим материалом или ребрами жесткости, шпильками и другими конструктивными элементами.
Эффективным, простым и дешевым методом снижения шума на рабочих местах является применение звукоизолирующих кожухов.
Для получения максимальной эффективности кожухи должны полностью закрывать оборудование, механизм и т.д. Конструктивно кожухи выполняются съемными, раздвижными или капотного типа, сплошными герметичными или неоднородной конструкции - со смотровыми окнами, открывающимися дверцами, проемами для ввода коммуникаций и циркуляции воздуха (рис. 6.12).
Кожухи изготавливают обычно из листовых несгораемых или трудносгораемых материалов (сталь, дюралюминий). Внутренние поверхности стенок кожухов обязательно облицовывают звукопоглощающим материалом, а сам кожух изолирован от вибрации основания. С наружной стороны на кожух наносят слой вибродемпфирующего материала для уменьшения передачи вибрации от машины на кожух. Если защищаемое оборудование выделяет теплоту, то кожухи снабжают вентиляционными устройствами с глушителями.
Рис. 6.12 Схемы звукоизолирующих кожухов:
а - съемного; б - раздвижного; в - капотного типа; г - неоднородной конструкции;
1 - стенка кожуха; 2 - звукопоглощающая облицовка; 3 - оборудование;
4 -виброизолирующие опоры оборудования; 5 - виброизолирующие прокладки;
6 -глушители в отверстиях для циркуляции воздуха; 7 - глушитель в отверстии для провода; 8 - перфорированный лист или сетка.
Для защиты от непосредственного, прямого воздействия шума используют экраны и выгородки (соединенные отдельные секции - экраны) (рис. 6.13). Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. При низких частотах (менее 300 Гц) экраны малоэффективны, так как за счет дифракции звук их легко огибает. Важно также, чтобы расстояние от источника шума до приемника было как можно меньше. Наиболее часто применяются экраны плоской и П-образной формы. Изготавливают экраны из сплошных твердых листов (металлических и т.п.) толщиной 1,5-2 мм с обязательной облицовкой звукопоглощающими материалами поверхности, обращенной к источнику шума, а в ряде случаев и с противоположной стороны.
Рис. 6.13 Экранирование источников шума:
1 — шумное оборудование; 2 — экран со звукопоглощающей облицовкой; 3 –рабочее место.
Звукоизолирующие кабины используют для размещения в них пультов дистанционного управления или рабочих мест в шумных помещениях (рис. 6.14). Используя звукоизолирующие кабины, можно обеспечить практически любое требуемое снижение шума. Обычно кабины изготавливают из кирпича, бетона и других подобных материалов, а также сборными из металлических панелей (стальных или из дюралюминия).
Рис.6.14 Звукоизолирующая кабина из сборных панелей:
1 - окно; 2 - вентилятор; 3 - глушитель шума; 4 - звукопоглощающий материал;
5 –виброизолятор.
Для уменьшения шума различных аэрогазодинамических установок и устройств применяются глушители. Например, во время рабочего цикла ряда установок (компрессоров, двигателей внутреннего сгорания, турбин и др.) через специальные отверстия происходит истечение отработавших газов в атмосферу и (или) всасывание воздуха из атмосферы, при этом генерируется сильный шум. В этих случаях для снижения шума используют глушители.
Конструктивно глушители состоят из активных и реактивных элементов (рис. 6.15). Простейшим активным элементом является любой канал (труба), стенки которого покрыты внутри звукопоглощающим материалом. Трубопроводы, как правило, имеют повороты, которые снижают шум за счет поглощения и отражения осевых волн назад к источнику. Реактивный элемент представляет собой участок канала, на котором внезапно увеличивается площадь сечения, в результате чего происходит отражение звуковых волн обратно к источнику. Эффективность звукопоглощения растет с увеличением числа камер и длины соединяющей трубы.
Рис. 6.15 Глушители:
1,2 -трубопроводы различных диаметров; 3 - перфорированная стенка; 4 - стеклоткань;
5 — звукопоглощающий материал.
Рис.6.16 Экранные глушители:
1 - металлический лист; 2 - звукопоглощающий материал
При наличии в спектре шума дисперсных составляющих высокого уровня применяют реактивные элементы резонаторного типа: кольцевые и ответвления (рис. 6.17). Такие глушители настроены на частоты наиболее интенсивных составляющих путем соответствующего расчета размеров элементов глушителей (объема камер, длины ответвлений, площади отверстий и др.).
Рис. 6.17 Схемы глушителей резонаторного типа:
а - кольцевые; б - ответвления
Если применение коллективных средств защиты не позволяет обеспечить требования нормативов, применяются средства индивидуальной защиты, к которым относятся вкладыши, наушники, шлемы.
Вкладыши - самое дешевое средство, но не достаточно эффективное (снижение шума 5-20 дБ). Они вставляются в наружный слуховой проход и представляют собой различного рода заглушки из волокнистых материалов, воскообразных мастик или пластинчатых слепков, изготовленных по конфигурации слухового прохода.
Наушники представляют собой чашки из пластмассы или металла, заполненные звукопоглотителем. Для плотности прилегания чашки наушников снабжены специальными уплотняющими кольцами, заполненными воздухом или специальными жидкостями. Степень глушения звука наушниками на высоких частотах составляет 20.. .38 дБ.
Шлемы используются для защиты от очень сильных шумов (более 120 дБ), так как звуковые колебания воспринимаются не только ухом, но и через кости черепа.