Внедрение нового и модернизация существующего оборудования

Глава 2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ШУМЫ И БОРЬБА С НИМИ 

   При современном  уровне развития и интенсификации  производства про-

блема борьбы с шумом  стала одной из актуальнейших. Внедрение  в про-

мышленность новых  технологических процессов, рост мощностей  и быст-

родействия машин  и механизмов, увеличение количества транспортных

средств приводит к тому, что человек на производстве и в быту постоянно

подвергается воздействию  шума все более высокой интенсивности. В тех-

нической литературе появился даже термин "шумовое загрязнение  среды".

   Исследованиями  гигиенистов установлено, что  шум повышенной интен-

сивности оказывает  неблагоприятное воздействие на организм человека,

вызывает серьезные  заболевания, приводит к потере трудоспособности,

снижает производительность труда на 10 – 15%, одновременно значительно

ухудшая его качество.

   Источники  шума на производстве – упругие  колебания машин и меха-

низмов в целом  или отдельных их деталей. Причинами  этих колебаний

могут быть механические, аэро- и гидродинамические и электрические  яв-

ления, определяемые конструкцией и характером работы машин, условиями

эксплуатации, а также  неточностями, допущенными при изготовлении дета-

лей механизмов.

   Факторы, вызывающие  шумы механического происхождения,  следую-

щие: инерционные  возмущающие силы, возникающие из-за движения дета-

лей механизма с  переменными ускорениями; соударение деталей в сочлене-

ниях вследствие наличия зазоров; трение деталей, ударные  процессы (ковка,

штамповка) и т.д. Основные источники механического  шума – подшипники

качения, зубчатые передачи, вращающиеся неуравновешенные части  в ма-

шинах.

   Аэродинамические  шумы являются составляющей шума  вентиляторов,

компрессоров, газовых  турбин, насосов, двигателей внутреннего  сгорания.

   Гидродинамические  шумы возникают в основном  при стационарных и

нестационарных движениях жидкостей с большими скоростями.

   Электромагнитные  шумы являются следствием взаимодействия  ферро-

магнитных масс под  влиянием переменных магнитных полей.

   Для успешной  борьбы с шумом необходимо  знать его физическую при-

роду, основные закономерности возникновения и распространения.

2.1. Понятие о шуме  и звуке. Физические характеристики  звука

   Шумом называются  всякого рода звуки, мешающие восприятию полез-

ной информации или  нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие

вредное воздействие  на человека.

   Звук как  физическое явление представляет  собой волновое движение

частиц упругой  среды под воздействием механических колебаний матери-

альных тел, вызывающих возмущения в среде. Колебательные  возмущения,

распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, называются

звуковыми волнами, а пространство, в котором они  наблюдаются, – звуко-

вым полем.

   Основными  физическими характеристиками звука  являются звуковое

давление, интенсивность  звука и его частота.

   Звуковое  давление р (Па) – разность между мгновенным значением пол-

ного давления в  данной точке среды при прохождении  через эту точку зву-

ковых волн и средним  давлением, которое наблюдается  в среде при отсут-

ствии звука. На слуховой аппарат человека действует средний  квадрат зву-

кового давления:

               t

     2     1

               ∫ p (t)dt ,

                  2

    p =                                                              (17)

          T0   0 

где Т0 – время усреднения, которое для органа слуха человека – 30 – 100 мс.

   Под интенсивностью  звука I (Вт/м2) понимают энергию, переносимую

звуковой волной в единицу времени через поверхность, нормальную к на-

правлению распространения  звуковой волны.

   Минимальная  интенсивность звука, соответствующая  порогу слышимо-

сти (звук едва слышим), составляет 10–12 Вт/м2 на частоте 1000 Гц, болевые

ощущения возникают  при интенсивности 102 Вт/м2.

   Интенсивность  звука и звуковое давление  связаны между собой соотно-

шением:

          2

    I= p ,

        ρ                                                             (18)

          с

где ρс – удельное акустическое сопротивление среды, которое для воздуха

равно 410·Па·с/м, для  воды – 1,5·106 Па·с/м, для стали – 4,8·107 Па·с/м;

ρ – плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м³; с – скорость

звука (в воздухе  при нормальных атмосферных условиях равна 344 м/с).

   В связи  с тем, что ухо человека реагирует  не на абсолютное, а на относи-

тельное изменение  интенсивности, поскольку восприятие звука человеком

пропорционально логарифму  количества энергии раздражителя, то для

оценки шума измеряют не абсолютные значения интенсивности  I и звуково-

го давления р, а относительные их уровни, взятые по отношению к порого-

вым значениям.

   Уровень интенсивности  звука LI определяют по формуле:

              I

    LI = 10 lg ,                                                      (19)

              I0

где I – интенсивность звука в данной точке пространства, Вт/м2; I0 – интен-

сивность звука, соответствующая  порогу слышимости 10-12 Вт/м2 на частоте

1000 Гц. 
 

   Уровень звукового  давления L определяют по формуле:

              p

    L = 20 lg    ,                                                  (20)

              p0

где р – звуковое давление в данной точке пространства, Па; р0 – пороговое

звуковое давление, равное 2·10-5 Па на частоте 1000 Гц, соответствующее

пороговой интенсивности 10-12 Вт/м2.

   За единицу  измерения уровней интенсивности  звука и звукового давле-

ния принят децибел (дБ). Пользоваться шкалой децибел очень  удобно, так

как весь огромный диапазон слышимых звуков укладывается менее  чем в

140 дБ.

   Величину  уровня интенсивности звука применяют  при выполнении аку-

стических расчетов, а уровня звукового давления –  для измерения шума и

оценки его воздействия  на человека, так как орган слуха  человека чувстви-

телен не к интенсивности, а к среднеквадратичному звуковому  давлению.

   Над уровнями  интенсивности или звукового  давления нельзя произво-

дить арифметических действий. Суммировать и вычитать можно только

энергетические характеристики шума: интенсивность или пропорциональ-

ный квадрат звукового  давления.

   Суммарный  уровень звукового давления от  нескольких источников шу-

ма, создающих в  данной точке уровни звукового давления Li (дБ), может

быть рассчитан по формуле:

             n      0 ,1L i

   L∑ = 10 lg ∑10             ,                                             (21)

            i =1

где п – общее число независимых слагаемых уровней звукового давления.

   При одновременном  действии двух источников шума  с различными

уровнями L1 и L2 суммарный уровень звукового давления определяется по

формуле:

    LΣ = L1 + ΔL ,                                                (22)

где L1 – больший из двух суммируемых уровней звукового давления, дБ;

ΔL – поправка для суммирования различных уровней шума, дБ, определяе-

мая по табл. 2.

                                                             Таблица 2

            Поправка для суммирования различных  уровней шума

  Разность уровней  0              1     2     4     6     8     10    15    20

     L1-L2, дБ

       ΔL, дБ      3,0            2,5   2,0   1,5   1,0   0,6   0,4   0,2   0 

   При большем  числе источников, различающихся по уровню создаваемо-

го ими шума, суммирование производят последовательно, начиная  с наибо-

лее интенсивных  источников. 
 

   Из данных  табл. 2 следует, что если уровень  звукового давления одного

из источников превышает  уровень другого более чем  на 10 дБ, то влиянием

источника шума меньшей  интенсивности можно пренебречь, так как по-

правка в этом случае будет менее 0,5 дБ.

   При n одинаковых источниках шума, каждый из которых создает уро-

вень звукового  давления Li, суммарный уровень звукового давления в рав-

ноудаленной от источников точке может быть определен по табл. 3 или по

формуле:

    LΣ = Li + 10 lg n ,                                            (23)

                                                             Таблица 3

           Поправка для суммирования одинаковых  уровней шума 

 Число источников  шума 1       2    3    4     5    6    8    10    20

Добавка к уровню одного

источника, дБ           0      3    5    6     7    8    9    10    13 

   Приведенные  выше зависимости позволяют сформулировать  две законо-

мерности, весьма важные для практики борьбы с шумом.

   Во-первых, для  существенного снижения шума  в производственном по-

мещении необходимо выявить источник шума с наибольшим уровнем зву-

кового давления и именно с него начинать работу по снижению шума. Во-

вторых, при наличии  большого числа одинаковых источников шума устра-

нение одного-двух из них практически не уменьшает  общий шум в помеще-

нии.

   Для эффективной  борьбы с шумом, необходимо  знать не только его уро-

вень, но и его  частотный спектр.

   Частотным  спектром или просто спектром  называется зависимость

уровней звукового  давления от частоты, а процесс определения  спектра

шума – частотным  анализом.

   Для исследования  спектра шума диапазон слышимых  человеком звуков

разбит по частоте на октавные полосы.

   Октавной  полосой называется полоса частот, в которой верхняя гранич-

ная частота fв в 2 раза больше нижней частоты fн. В качестве частоты

характеризующей октавную полосу в целом берется среднегеометрическая

частота

     f с.г =   fн fв ,                                            (24)