Физические параметры шума

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………...	4
1. Акустический расчет………………………………………….....
1.1.Общие положения ……………………………………………………
1.2.Физические параметры шума……………..
1.3. Классификация и нормирование шума
1.4.Определение уровня звукового давления в расчётных точках…..
1.5. Расчет требуемого снижения уровня звукового давления в расчетных точках………………………………………………………….	21
2. Выбор мероприятий по снижению шума………………………….
2.1. Определение требуемой звукоизолирующей способности ……….	23
2.2. Приближенный расчет звукоизоляции однослойных ограждений от воздушного шума…………………………………………………………	25
2.3. Кабины наблюдения и дистанционного управления, звукоизолированные укрытия…………………………………………….	28
2.4. Звукоизолирующие кожухи………………………………………….	28
2.5. Акустические экраны…………………………………………………	30
2.6. Звукопоглощающие облицовки………………………………………	34
2.7. Снижение аэродинамических шумов………………………………..	39
2.8. Расчет границ санитарно-защитной зоны по шумовому фактору…	40
3. Расчет виброизоляции………………………………………………..	44
3.1. Физические характеристики вибрации………………………………	44
3.2 Системы защиты от вибрации………………………………………..	45
3.3. Расчет пружинного амортизатора…………………………………..	48
3.4. Расчет резиновых амортизаторов…………………………………..	52
3.5. Расчет виброизоляторов для установки стационарных агрегатов..	53
4. Примеры расчетов……………………………………………………..	62
4.1. Расчет границы санитарно-защитной зоны……………………………	62
4.2. Расчет виброизоляторов для установки стационарных агрегатов
4.3. Определение снижения шума при применении звукопоглощающей облицовки…………………………………………………………………….	65
4.4. Расчет звукоизолирующего кожуха……………………………………	67
5. Список рекомендуемой литературы………………….……………….
6. Приложения……………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Проблема акустических факторов производственной среды (вибрация и шум) является одной из острейших проблем развития современной цивилизации. Приоритеты для современного этапа развития цивилизации за последние десятилетия существенно изменились. Известный германский акустик проф. М.Хекль заметил, что технологии, основной тенденцией которых было «больше, быстрее, выше» сегодня сменились новыми, тенденциями: «лучше, безопаснее, тише».

В связи с этим выпускник по направлению «Техносферная безопасность» должен обладать способностями ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного происхождения, обоснованно выбирать известные устройства, системы и методы защиты человека от опасных и вредных производственных факторов, в соответствии с требованиями нормативных правовых актов в области обеспечения безопасности.

Неблагоприятное акустическое воздействие в той или иной мере ощущает почти каждый второй житель нашей планеты.

Широкое внедрение в промышленность новых интенсивных технологий, рост мощности и быстроходности оборудования, широкое использование многочисленных и быстроходных средств наземного, воздушного и водного транспорта, применение разнообразного бытового оборудования - все это привело к тому, что человек на работе, в быту, на отдыхе, при передвижении подвергается многократному воздействию вредного шума, своего рода акустической экспансии.

Повышенный шум влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает раздражение, утомление, агрессивность и прочее. Профессиональные заболевания, связанные с воздействием шума и вибрации (например, неврит слухового нерва, вибрационная болезнь), находятся на 1-3-хместах среди всех профессиональных заболеваний. По данным российских ученых, эти заболевания в России достигают более 35% от общего числа профессиональных заболеваний. Под воздействием повышенного шума во всем мире находятся десятки миллионов работающих и сотни миллионов жителей городов.

Известно, что шум влияет и на производительность труда. При уровнях шума свыше 80 дБА увеличение его на каждые 1-2 дБА вызывает снижение производительности труда не менее чем на 1%. Экономические потери от повышенного шума в развитых странах достигают десятки миллиардов долларов в год. Сегодня конкурентоспособность машин в немалой степени определяется их уровнем шума. При этом, чем меньше шум машины, агрегата, установки, тем, как правило, она дороже. Каждый децибел снижения шума обеспечивает около 1% повышения стоимости продаваемого изделия. Например, стоимость супершумозаглушенных компрессорных станций на 40% выше стоимости таких же шумных. В современных самолетах стоимость шумозащиты достигает 25% стоимости изделия, а в автомобилях 10%.

По последним данным, стоимость всех мероприятий по борьбе с шумом только для стран Западной Европы составляет, по очень скромным оценкам 38 млрд. экю в год, или почти 1% ВНП. Это не удивительно, если учесть, что стоимость 1км акустического экрана составляет в среднем почти 1млн.долларов. Отметим, что, несмотря на эти не малые затраты, только в Объединенной Европе около 130 млн. человек подвергаются действию шума, который вызывает беспокойство и раздражение, превышая допустимые нормы. Это значит, что расходы на борьбу с шумом недостаточны и, по оценке специалистов, должны быть в 2-3 раза выше.

Осознавая актуальность этой проблемы, человечество вынуждено тратить на ее решение значительные материальные и интеллектуальные ресурсы. И с каждым годом для обеспечения приемлемых уровней воздействия шума на человека эти затраты только возрастают.

Шум и вибрация в производственных помещениях, как правило, вызываются многими причинами, что создает определенные трудности в борьбе с ними и обычно требует одновременного проведения комплекса мероприятий как инженерно-технического, так и медицинского характера.

Наиболее перспективным направлением снижения шума является создание малошумных машин, оборудования и средств транспорта. Поэтому технически обоснованное ограничение шумовых характеристик машин непосредственно как источников шума имеет первостепенное значение. Технически обоснованные шумовые характеристики машин и оборудования являются важным показателем качества, позволяют прогнозировать уровни шума на рабочих местах и уже на стадии проектирования технологических процессов и производственных зданий принимать меры по снижению шума до уровней, регламентированных санитарными нормами. Этот путь достаточно сложный и не всегда приносит ожидаемый результат. Поэтому, важное место при борьбе с шумом и вибрацией занимают методы, снижающие эти неблагоприятные факторы производственной среды на пути их распространения.

Снижение шума на пути его распространения осуществляется следующими методами [1]: организационными; звукоизоляции; звукопоглощения; виброизоляции; дистанционного управления из звукоизолирующих кабин.

Основным эффективным способом снижения шума по пути распространения является звукоизоляция. С помощью звукоизоляции снижают шум на 30-70 дБ.

Звукопоглощение или так называемая акустическая обработка помещений, позволяет снизить шум всего лишь на 5-10 дБ.

Применение виброизоляции машин и оборудования позволит снизить вибрацию на 20-25 дБ.

АКУСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Общие положения

Источниками шума и вибрации на машиностроительных предприятиях являются станочное, кузнечно-прессовое оборудование, энергетические установки, компрессорные и насосные станции, вентиляционные установки, стендовые испытания двигателей внутреннего сгорания и др. Уровень шума на рабочих местах в производственных помещениях, возникающих от этих источников, обычно значительно превышает допустимые значения. Поэтому при проектировании производственных процессов необходимым условием является определение ожидаемых уровней шума на рабочих местах с помощью акустического расчёта и разработки на его основе средств и методов защиты от шума.

Акустический расчёт должен производиться на стадии технического проекта по комплексу сооружений или отдельному объекту. Акустический расчёт включает:

- выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

- выбор расчетных точек в помещениях или на территориях на которых производится акустический расчёт;

- определение допустимых уровней звукового давления (L_доп) для расчётных точек;

- выявление путей распространения шума от источников до расчётных точек;

- определение ожидаемых уровней звукового давления L в расчётных точках до осуществления мероприятий по снижению шума с учётом снижения уровня звуковой мощности ∆ L_p на пути распространения звука;

- определение требуемого снижения уровней звукового давления ∆ L_тр в расчётных точках;

- выбор мероприятий, обеспечивающих требуемое снижение уровней звукового давления в расчётных точках;

- расчет и проектирование, выбор типа и размеров шумоглушащих, звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций (глушителей, экранов, звукопоглощающих облицовок, звукоизолирующих кожухов и т.д.).

Физические параметры шума

Шум, как совокупность звуков, характеризуется частотой f, интенсивностью I и звуковым давлением Р.

Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления, которые и определяют величину звукового давления Р. Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления в невозмущенной среде.

На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:

(1)

Осреднение во времени происходит в органе слуха человека за время 30…100мс

Единица измерения звукового давления — Па (Н/м²).

При распространении звуковой волны происходит перенос кинетической энергии, величина которой определяется интенсивностью звука. Интенсивность звука определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны:

I = W/S∙T

(2)

где W – звуковая мощность источника шума, Вт; S∙ - площадь, сквозь которую распространяется звуковая волна, м²; T – время, с.

Единица измерения интенсивности звука — (Вт/м²). Интенсивность звука и звуковое давление связаны соотношением:

I=р ² /ρ с

(3)

где с — скорость распространения звука в данной среде, м/с; ρс — удельное акустическое сопротивление среды Па∙с/м.

Для воздуха ρс — 410 Па∙с/м, для воды — 1,5 ∙ 10⁶ Па∙с/м, для cтали — 4,8 ∙ 10⁷ Па∙с/м.

Величины звукового давления и интенсивности изменяются в очень широких пределах: по давлению до 10⁸ раз, по интенсивности — до 10¹⁶ раз. Согласно закона Вебера-Фехнера органы слуха воспринимают не абсолютное значения звукового давления, а его относительное изменение. Поэтому для оценки шума используются логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности звука:

Уровень звукового давления и интенсивности звука определяется как

		(4)
L_I = lg I / I ₀=10 lg I / I ₀,	(5)

где: р _о=2∙10^-5 Па - пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц, I ₀ — интенсивность звука на пороге слышимости, принимаемая для всех звуков равной 10 ^-12 Вт/м².

При нормальных атмосферных условиях, когда акустическое сопротивление среды (ρ∙с) постоянно L_I = L_р.

Снижение шума Δ L определяется разностью начального и конечного уровней в дБ.