книги / Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

Психрометр (рис. 10.3) состоит из двух одинаковых, расположенных рядом термометров, резервуар одного из которых обертывается слоем ткани (батиста) и перед замерами увлажняется. Испарение влаги с батиста сопровождается отбором теплоты, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показания сухого термометра. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха. Показания влажного термометра зависят от влажности исследуемого воздуха.

Рис. 10.3. Психрометр Ассмана

Современные приборы позволяют практически мгновенно определять температуру, влажность и скорость движения воздуха. Эти приборы представлены на рис. 10.4 –10.6.

Измеритель параметров окружающей среды Anemomaster 1560 был разработан с целью измерения одним устройством всех необходимых для контроля окружающей среды параметров: температуры воздуха, относительной влажности, температуры точки росы, разности между температурой точки росы и температурой поверхности.

Рис. 10.4. Мультиканальный прибор для удаленного контроля параметров ОС:

а –Anemomaster 1560; б –Anemomaster 1550

201

чен для измерения температуры, скорости потока воздушных сред, а также дифференциального давления.

а б

Рис. 10.6. Универсальный прибор:

а – Anemomaster Kanomax A031; б – Climomaster Kanomax A533

Climomaster Kanomax A533 предназначен для измерения температуры, влажности, скорости потока воздушных сред, а также дифференциального давления.

202

ГЛАВА 11

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА

Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют важное значение во всех областях техносферы. Шум на производстве наносит большой ущерб экономике, снижая производительность труда на промышленных предприятиях до 30 %, способствует возникновению травм и аварий, приводит к развитию заболеваний. В России примерно 17 % всех профессиональных заболеваний приходится на заболевание органов слуха.

11.1. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА

Шумом называется бессистемное сочетание звуков различной интенсивности и частоты, оказывающих вредное воздействие на организм человека. Наиболее распространенными источниками шума являются: промышленное оборудование, транспортные средства, санитарно-техническое оборудование и устройства. Появление шума вызвано упругими колебаниями, возникающими по причине: механических, аэродинамических, гидродинамических и электрических явлений определяемых конструкцией и характером работы машины, неточностями, допущенными при ее изготовлении, а также условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

11.1.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ШУМЫ

Факторы, вызывающие шумы механического происхождения: инерционные возмущающие силы, возникающие вследствие движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка) и т.д.

Основными источниками шума, происхождение которого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются подшипники, зубчатые передачи, и неуравновешенные вращающиеся части машины, возвратно-поступательные движения.

11.1.2. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ШУМЫ

Шумы аэродинамического происхождения вызывает течение газа в различных технических устройствах (рис. 11.1). Эти шумы являются главной составляющей шума работы вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, пневматических двигателей; выпусков пара и воздуха в атмосферу и т.д. Ко всем источникам аэродинамического шума относятся: вихревые процессы в потоке рабочей среды; колебания среды, вызываемые вращением лопастных колес; пульсация давления рабочей среды; колебания среды, вызываемое неоднородностью потока, поступающего на лопасти колес.

203

Рис.11.1. Образование аэродинамического шума:

а — вихревой; б – шум от неоднородности потока; в – шум струи; 1 – препятствие; 2 – поле скоростей в абсолютном движении; 3 – то же в относительном движении; 4 – лопатка колеса; 5 – направление вращения

11.1.3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ШУМЫ

Шумы гидродинамического происхождения возникают при использовании жидкости в виде рабочего тела в различных технических устройствах. Эти шумы появляются вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических ударов).

11.1.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ШУМЫ

Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является главным образом взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей, а также под влиянием пондеромоторных сил, вызываемых взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами. Кроме того, при работе электрических машин возникают аэродинамический шум (в результате вращения ротора в газовой среде и движения воздушных потоков внутри машины) и механический шум, обусловленный вибрацией машины вследствие неуравновешенности ротора, а также подшипников и щеточного контакта.

204

11.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМА

По физической природе шумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания (звуковые волны), распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия. Поэтому основными свойствами волн являются перенос энергии без переноса вещества. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды, вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы.

В диапазоне частот 16–20 000 Гц волны, воспринимаемые органом слуха человека как звук, называются звуковыми. Необходимо иметь в виду, что с возрастом у человека слышимость звуков высоких частот уменьшается. Большинство взрослых людей едва ли воспринимают звуки с частотой более 12 000 Гц, а пожилые люди отчетливо воспринимают звуки частотой всего лишь 6000–8000 Гц. Колебания частотой ниже 16–20 Гц относятся к инфразвукам, а более 20 000 Гц – ультразвукам. Они не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм.

Область пространства (среды), где происходит распространение звуковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется: плотностью среды ρ, кг/м3 , скоростью распространения колебаний частиц среды (звуковой скоростью) с, м/с, и звуковым давлением р, Па, Н/м2. Скорость звука с при нормальных условиях (температура +20 °С и давление 0,1013 МПа) в воздухе равна 344 м/с, в жидкости –

1500 м/с, в металле – 5000 м/с.

Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления. Под звуковым давлением р понимается разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления, в невозмущенной среде. Звуковое давление изменяется с частотой, равной частоте звуковой волны. Определение давления во времени происходит в органе слуха человека за время 30–100 мс. На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:

p2 = 1 Т∫ p2 (t)dt , T 0

где Т – период колебания; t – время.

Звуковые волны являются носителями энергии. Звуковая энергия W, Вт, приходящаяся на единицу площади S, м2 поверхности, расположенной перпендикулярно распространяющимся звуковым волнам, называется интенсивностью или силой звука – I, Вт/м 2,

I = WS .

205

Между интенсивностью (силой) звука I и звуковым давлением р существует связь, выражаемая уравнением

I = p2 ,

ρc

где ρс – удельное акустическое сопротивление среды, Па·с/м (для воздуха –

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

Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо человека, носит название порога слышимости или ощущения и обозначается р0. Максимальное давление, создающее болевые ощущения, называется болевым порогом и обозначается рmax. Аналогично имеются значения порогов интенсивности звука I0 и Imax. Значения р и I на обоих порогах изменяются в зависимости от частоты.

Международной организацией по стандартизации за пороговые значения р0, рmax, I0 и Imax приняты значения данных величин на частоте 1000 Гц (порог слышимости молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц).

р0 = 2 10–5 Па, I0 = 10–12 Вт/м2;

рmax = 2 10–2 Па, Imax = 102 Вт/м2.

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами неудобно, и, кроме того, орган слуха человека способен реагировать на относительное изменение давления, а не на абсолютное. Ощущения чело-

века, возникающие при различного вида раздражениях, в том числе и при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (биологический закон Вебера–Фехнера, выражающий связь между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного ощущения), поэтому были введены логарифмические величины – уровни звукового давления и интенсивности звука в данной точке. За единицу измерения принят бел (Б) в честь изобретателя телефона Александра Белла. Ухо человека реагирует на величину в 10 раз меньшую, чем бел, поэтому в основном используется единица децибел (дБ). Величина уровня звукового давления Lр определяется по формуле

Lp = 20 lg p . p0

Так как I = p2 , следовательно, для уровня интенсивности звука настоящее

ρc

выражение имеет вид

206

Уровнями интенсивности обычно пользуются при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценке его воздействия на организм человека. В практических расчетах все вычисления проводятся до целых чисел децибел, так как изменение уровня звукового давления менее 1 дБ органом слуха не воспринимается.

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами, но предельными значениями звуковых давлений и их уровнями. Весь слышимый диапазон на стандартной частоте 1000 Гц укладывается в интервале уровней от 0 до 120 дБ.

Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторым минимальным звуковым давлением, но если это давление превышает определенный предел, то звук не слышен, а вызывает только болевое ощущение. Следовательно, для каждой частоты колебаний существует наименьшее (порог слышимости) и наибольшее (порог болевого ощущения) звуковое давление, которое не способно вызвать звуковое восприятие.

На рис. 11.2 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между ними, является областью слышимости. На рисунке видно, что звуки, равные по уровню звукового давления, но неодинаковые по частоте, воспринимаются человеком, как звуки разной громкости. Уровень громкости является функцией звукового давления и частоты. Каждая кривая (см. рис. 11.2) представляет собой геометрическое место точек, координаты которых – уровень звукового давления и частота, обеспечивающие одинаковую громкость звуков. Кривые равной громкости позволяют определить, какую величину должно иметь при данной частоте звуковое давление, чтобы воспринималась определенная громкость. За единицу уровня громкости, называемую фоном, принимается разность уровней звукового давления в 1 дБ эталонного звука частотой

1000 Гц.

Уровни звукового давления некоторых источников шума на частоте 1000 Гц, имеют следующее значения: шелест травы, тиканье часов – 10 дБ; тихий разговор – 30 дБ; громкий разговор – 50 дБ; шум работающего двигателя грузовика – 80 дБ; автомобильная сирена – 100 дБ.

При измерении и анализе шумов, весь диапазон частот разбивают на октавы – интервалы частот, где конечная частота f 2 больше начальной f 1 в 2 раза:

f2 = 2, f1

и третьоктавные полосы частот, определяемые соотношением

f2 = 3 2.

f1

В качестве частоты, характеризующей полосу частот в целом, берется среднегеометрическая частота f cp: для октавного диапазона fср = f1 f2 ; для третьок-

тавного fср = 62 f1 .

207

Рис. 11.2. Диаграмма слухового восприятия человеком

Самым простым звуком является тон, относящийся к определенному звуковому колебанию без каких-либо сопутствующих колебаний и имеющий вид синусоиды. Если звуки состоят из нескольких тонов, частоты которых находятся между собой в целых кратных отношениях, то они называются музыкальными звуками. Звуки, состоящие из бессистемного сочетания чистых тонов, частоты которых не подчинены определенным числовым отношениям, называются шумами, т.е. реальными звуками, которые являются наложением гармонических колебаний (колебания, совершаемые по закону косинуса или синуса) с большим набором частот, следовательно, звук обладает акустическим спектром.

11.3.КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМОВ

Всоответствии с ГОСТ 12.1.003–83 [26], шумы классифицируются по характеру спектра и временным характеристикам.

По характеру спектра шума выделяют:

• широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;

• тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3-ок- тавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ (рис. 11.3).

208

Рис. 11.3. Спектры шумов

По временным характеристикам шума выделяют:

•постоянный шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА, при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно». Чувствительность органа слуха человека неодинакова для звуков разной частоты. Для того чтобы приблизить результаты объективных изменений к субъективному восприятию, введено понятие корректировочного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы. Наиболее употребительна коррекция А (дБА);

•непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно».

Непостоянные шумы подразделяют на следующие виды:

1)колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени (рис. 11.4);

209

Рис. 11.4. Колеблющийся во времени шум

2)прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА

иболее), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более (рис. 11.5);

Рис. 11.5. Прерывистый шум

Рис. 11.6. Импульсный шум

210