Розробка засобів і способів підвищення екологічної безпеки при дії шкідливих фізичних полів техногенного походження

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки україни

національний університет “львівська політехніка”

Поліщук Дмитро Володимирович

УДК 504.05

РОЗРОБКА ЗАСОБІВ І СПОСОБІВ ПІДВИЩЕННЯ РІВНЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ПРИ ДІЇ ШКІДЛИВИХ ФІЗИЧНИХ ПОЛІВ ТЕХНОГЕННОГО ПОХОДЖЕННЯ

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів 2005

Размещено на http://www.allbest.ru

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кременчуцькому державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Шмандій Володимир Михайлович,

Кременчуцький державний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри екології.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Запорожець Олександр Іванович,

національний авіаційний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності;

кандидат технічних наук, доцент

Жигло Юрій Іванович,

Харківська національна академія міського господарства Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри безпеки життєдіяльності.

Провідна установа: Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів, вул. Професорська, 1.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Нагурський О. А.

Загальна характеристика роботи

екологічний безпека шумовий електромагнітний техногенний

Актуальність теми. Концентрація населення, промислового виробництва і різних транспортних засобів на відносно невеликих територіях створюють значні проблеми техногенної безпеки, які призводять до необхідності підтримки параметрів якості навколишнього середовища в науково обґрунтованих межах. Зокрема, це стосується забруднення навколишнього середовища як хімічними речовинами, так і фізичними полями (електромагнітним, шумовим, вібраційним та інш.). Хімічні речовини і фізичні поля створюють техногенний імунодефіцит, який є причиною виникнення та розвитку багатьох хвороб.

Значний внесок у вивчення цих питань зробили вчені України, Росії та інших країн: Думанський Ю. Д., Вінарська О. І., Дідковський В. С., Акименко В. Я., Запорожець О. І., Лагутін М. Ф., Шмандій В. М., Савін В. Т., Токарєв В. І., Заборов В. І., Жигло Ю. І., Сафонов В. В., Самойлюк Е. П., Аксьонов І. Я., Іванов М. І., Поспєлов П. І., Тейлор та інші.

У багатьох містах України головним джерелом забруднення навколишнього середовища став транспорт, у першу чергу автомобільний. Автомобілі виділяють близько 1200 різних шкідливих речовин, є джерелами вібрації, шуму. Значний шум створюють стаціонарні джерела підприємств (естакади навантаження-розвантаження металу, аеродинамічні установки та інш.). Зниження рівня шуму на практиці проводять як у самому джерелі його виникнення, так і через розробку заходів для зменшення його негативної дії. Указані аспекти проблеми недостатньо вивчені. Існує нагальна необхідність дослідити стан екологічної безпеки, пов'язаної із забрудненням навколишнього природного середовища техногенно навантаженого регіону фізичними полями, виявити пріоритетні джерела такого забруднення, розробити конструкції ефективних технічних засобів шумопоглинання, що дозволило б проводити моніторинг станів екологічної безпеки та зменшити вплив фізичних полів на довкілля. Зазначені обставини визначають актуальність теми дисертаційного дослідження.

Зв'язок роботи з науковими планами, програмами, темами. Дисертація виконана відповідно до Постанови Верховної Ради України від 27.02.1997 ”Основні напрямки державної політики України в галузі охорони довкілля, використанні природних ресурсів і забезпечення екологічної безпеки” та згідно з планом науково-дослідних робіт Кременчуцького державного політехнічного університету, а саме: робота № 56/04 МВ Фізика “Дослідження шумового забруднення м. Кременчук транспортними засобами з побудовою електронної шумової карти”, номер державної реєстрації 0104U009508.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення рівня екологічної безпеки за рахунок зниження шкідливого впливу фізичних полів (шумового і електромагнітного) на людей та навколишнє природне середовище в техногенно навантаженому регіоні.

Досягнення мети вимагає вирішення таких основних задач досліджень:

1. Виявити пріоритетні джерела екологічної небезпеки, яка формується шумовим та електромагнітним забрудненнями навколишнього природного середовища у техногенно навантаженому регіоні.

2. Удосконалити конструкції та підвищити ефективність роботи технічних засобів шумопоглинання для двигунів внутрішнього згорання та технологічного обладнання промислових підприємств.

3. Розробити алгоритми розрахунку шумових полів, що створюють стаціонарні джерела промислових об'єктів, вертольоти та автотранспортні засоби і на цій основі створити комп'ютерні програми, які дозволять проводити моніторинг шумового забруднення.

Об'єктом дослідження є процес забруднення довкілля шкідливими фізичними полями (шумовими, електромагнітними).

Предметом дослідження є методи і засоби зниження рівня регіональної екологічної небезпеки регіону за умов впливу шкідливих фізичних полів.

Наукова новизна роботи полягає у вирішенні питань забезпечення екологічної безпеки у техногенно навантаженому регіоні за рахунок зниження впливу фізичних полів на людей і довкілля. Основні результати і положення, подані в роботі, отримано вперше. До них, насамперед, належать:

1. Обгрунтовані наукові засади розробки ефективної системи поглинання промислового шуму з пониженим аеродинамічним опором, які базуються на використанні методу електроаеродинамічної аналогії.

2. Розроблений алгоритм розрахунку шумового забруднення приземного прошарку атмосфери селітебних територій від сукупності авіатранспортних засобів (вертольотів) із застосуванням закономірностей просторового поширення та поглинання акустичних хвиль з урахуванням ефекту Доплера.

3. Розроблені методичні основи побудови ситуаційної електронної шумової карти населеного пункту, в основу яких покладено параметри та характеристики акустичного забруднення, що створюють автотранспорті потоки.

Методи дослідження. Під час виконання роботи використовувалися методи аеромеханіки, математичного моделювання, фізики, акустики, статистичної обробки результатів експериментів і т.д. Експериментальні дані одержано методом прямих вимірювань рівнів звукового тиску, швидкості газових потоків, напруженості електричної та магнітної складових електромагнітного поля (ЕМП), густини потоку енергії.

Практичне значення роботи. Отримані результати дозволяють зменшити шкідливий вплив фізичних полів на довкілля, покращити стан екологічної безпеки, а саме:

Розроблено комп'ютерну програму розрахунку просторового поширення шумових полів, які створюють вертольоти у приземному прошарку атмосфери. Програма впроваджена в практику роботи Кременчуцького льотного коледжу, внаслідок чого знижено рівень шумового забруднення нижче за допустимі норми у селітебній зоні завдяки вибору параметрів тренувальних польотів вертольотів (акт упровадження від 11.06.2002).

Створено електронну карту шумового забруднення м. Кременчук від автотранспортних джерел, яка дозволяє знизити рівень шуму шляхом вибору маршрутів та режимів руху автомобілів.

Створено глушник високочастотного шуму вихлопу стисненого повітря з низьким аеродинамічним опором та високою ефективністю поглинання промислового шуму порівняно з відомими технічними засобами. Це дозволило підвищити рівень екологічної безпеки як на робочих місцях промислових підприємств, так і на прилеглих до них селітебних територіях. Глушник упроваджено в концерні “Крюківський вагонобудівний завод” (акт упровадження від 10.01.2003).

Розроблено конструкцію високоефективного глушника інтерференційного типу для двигунів внутрішнього згорання.

Удосконалено конструкцію равликоподібного глушника шуму, який має високу ефективність шумопоглинання та дозволяє одночасно видаляти із відпрацьованих газів сажу.

Особистий внесок автора. Основні результати отримані автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві і в роботах [1, 8] - дисертантові належить аналіз сумарної дії хімічних речовин і фізичних полів; у роботах [3, 5, 11, 12] - участь у конструюванні стенда, глушників, їх виготовленні та випробуваннях; у роботі [2] - участь у розробці алгоритму і створенні комп'ютерної програми; у роботах [9, 10] - проведення вимірювань; у роботах [4, 7] - аналіз застосування теорії стресів Г. Сельє для оцінювання дії різних чинників на людину.

Апробація роботи і публікації. Матеріали дисертації доповідалися на таких наукових конференціях:

1. Науково-технічна конференція з міжнародною участю “Проблеми створення нових машин і технологій”, Кременчук, 1999 р.

2. ІІ Міжнародна науково-практична конференція “Екологічні проблеми міст і рекреацій”, Одеса, 1999 р.

3. ІV Всеросійська науково-практична конференція з міжнародною участю “Нове в екології і безпеці життєдіяльності”, Санкт-Петербург, 1999 р.

4. Міжнародна науково-практична конференція “Проблеми створення нових машин і технологій”, Кременчук, 2000 р.

5. Міжнародна науково-технічна конференція “Екологія і техногенна безпека”, 17-18 вересня 2002 р., м. Кременчук.

Результати досліджень викладено в 12 роботах: 4 статті у наукових виданнях, які входять до переліку ВАК (з них одна без співавторів) і 6 робіт у збірниках матеріалів конференцій, 2 патенти України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Її повний обсяг складає 166 сторінки друкованого тексту, включаючи 20 таблиць і 35 рисунків. Список літератури містить 133 джерела і викладено на 14 сторінках, додатки - на 28 сторінках.

основний зміст роботи

Вступ містить обґрунтування та актуальність теми роботи, формулювання мети і задач дослідження, інформацію про стан екологічної безпеки в техногенно навантажених регіонах з точки зору забруднення хімічними речовинами і фізичними полями, дані про наукову новизну і практичну цінність роботи, особистий внесок здобувача, апробацію роботи, її структуру та обсяг.

У першому розділі проводиться аналіз стану досліджуваної проблеми на основі огляду літератури за темою дисертації. Розглянуто результати теоретичних узагальнень утворення звукових і електромагнітних хвиль техногенного походження, особливості їх розповсюдження в атмосфері, характеристика комбінованої, комплексної та спільної дії на людський організм, а також соціально-економічні аспекти проблеми шумопоглинання. У містах одним із основних джерел шуму виступає транспорт. Шкідливим є шум, рівень якого перевищує 40 дБ, а при рівні, який вищий 65 дБ його дія на людину знижує імунний статус, викликаючи техногенний імунодефіцит. Шум скорочує людське життя на 8-12 років, підсилює шкідливу дію хімічних чинників забруднення в 2,5-3 рази. Електромагнітні хвилі також уражають ряд систем людського організму, в тому числі імунну та особливо небезпечні для дітей.

Незважаючи на те, що шумове та електромагнітне забруднення техногенного походження суттєво впливають на стан екологічної безпеки, деякі аспекти проблеми недостатньо вивчені як у теоретичному плані, так і в практичній реалізації ефективних засобів боротьби з вказаними явищами.

У другому розділі наведено характеристику екологічного забруднення у техногенно навантаженому регіоні (на прикладі м. Кременчук), який характеризується значною кількістю як стаціонарних промислових, так і пересувних (авто- і авіатранспортних) джерел шуму.

Експериментальні дослідження грунтуються на застосуванні сучасних методів вимірювань. Надаються характеристики методик і приладів, які застосовували для визначення рівня звукового тиску, напруженості електричного та магнітного полів, густини потоку енергії електромагнітних хвиль. Подано схему стенда, сконструйованого для випробування глушників аеродинамічного шуму, який дає можливість вимірювати рівень шуму та характеристики глушника.

Наведено результати експериментальних вимірювань рівня шуму, який створюють стаціонарні джерела промислових підприємств, розташовано в селітебній зоні. Установлен пріоритетні джерела шуму: транспортні цехи, естакади навантаження-розвантаження металу, вентилятори, компресори, місця вихлопу стисненого повітря (пари) і т.д.

Для регіону досліджень характерним є шумове забруднення, яке утворюється під час тренувальних польотів вертольотів льотного коледжу цивільної авіації. Аеродром коледжу розташований в північній частині міста, де знаходяться потужні джерела хімічного забруднення атмосферного повітря, що ускладнює екологічну ситуацію. Заміри засвідчили перевищення максимально допустимого рівня шуму в селітебній зоні на 3-5 дБА.

Проведено екологічний аналіз шумової небезпеки автотранспортних потоків міста. Переважна більшість вулиць міста належать до категорії закритих, тобто відтань від дороги до житлової забудови не перевищує 50 м, що призводить до достатньо високого рівня шумового забруднення.

Проведено заміри рівнів шуму, що створюють різні транспортні засоби під час роботи двигунів на стоянці на малих, середніх і високих обертах. Частоту звуку визначали як добуток частоти обертів колінвала на число циліндрів двигунів. Результати наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Характеристики шумового забруднення, що створюють різні транспортні засоби

Найменування транспортного засобу	Частота максимального звуку, Гц	Рівень шуму при різних режимах роботи двигуна, дБА
		Холостий хід	Середні оберти	Високі оберти
Автомобіль ГАЗ-5327	330	76	93	108
Автомобіль ЗіЛ-130	330	76	94	104
Автомобіль “Камаз”	330	76	86	92
Автомобіль КрАЗ-256	330	80	84	92
Автобус “ЛАЗ”	330	76	83	92
Автомобіль “Таврія”	330-360	72	80	84
Мопед “Карпати”	70	80	87	92
Мопед “Сузукі”	90	70	75	90

Із таблиці 1 видно, що основна частота шуму транспортних засобів знаходиться в межах низьких частот, які слабко затухають у повітрі. Найбільший рівень шуму створюють вантажні автомобілі, в першу чергу досить поширені ГАЗ-5327 і ЗіЛ-130.

Інтенсивність шуму автомобілів залежить від багатьох факторів. Найбільший рівень екологічної небезпеки автомобілі створюють під час руху вгору по схилу, розгону та при великих швидкостях, що підтверджено результатами інструментальних замірів рівнів шуму від вантажних і легкових автомобілів за цих умов. Експериментально встановлена залежність максимального рівня шуму, що створюють вантажні та легкові автомобілі, від відстані відносно джерела шуму.

Таким чином, одержані дані замірів рівнів шуму, що створюють стаціонарні джерела заводів, а також рухомі джерела, такі як вертольоти, автомобілі при різних режимах роботи двигуна свідчать про досить значний вплив транспортних засобів на стан екологічної безпеки.

У третьому розділі проведено аналіз і моделювання шумових полів у навколишньому природному середовищі, що створюються різними типами джерел.

Авіаційні джерела шуму. На підставі застосування закономірностей просторового поширення шуму розроблено алгоритм, а на його підставі й комп'ютерну програму розрахунку шумових полів. Вертоліт розглядали як точкове джерело шуму, діаграму напрямленості звуку брали як ненапрямлену. Було використано закон зміни інтенсивності акустичних хвиль у просторі, що також враховує поглинання звуку атмосферою.

Для визначення фактора напрямленості враховано ефект Доплера, згідно з яким частота звуку, а значить, і його коефіцієнт затухання змінюються залежно від напрямку руху джерела.

Рівень звуку () виражають таким чином:

. (1)

де - звукова потужність джерела, Вт;

- звукова потужність на межі чутності ;

- фактор направленості;

- повний тілесний кут випромінювання ();

- відстань від джерела шуму до об'єкта дослідження, м;

- коефіцієнт поглинання, дБ/м.

Еквівалентний рівень інтенсивності звуку в авіації нормують і виражають формулою:

, (2)

де - ефективний час прольоту літака, год.;

- період спостереження (вдень - 16 год.; вночі - 8 год.);

- номер прольоту;

- кількість прольотів за період.

Наведені залежності (1, 2) покладені в основу алгоритму розрахунку шумових полів, що створюється сукупністю авіаційних джерел звуку. У системі GM BASIC з версією 2,00 створено відповідну комп'ютерну програму. Вихідні дані (кількість джерел звуку, їх координати, рівень акустичної потужності, кількість ізоліній рівня звуку) вводяться в діалоговому режимі. За результатами розрахунків одержано карти акустичних полів поблизу аеродрому і прилеглих до нього територій (на рис. 1 як приклад наведено ситуацію з одним вертольотом, що завис у повітрі), це дає можливість прогнозувати шумову ситуацію. Результати розрахунків корелюють з данними експериментальних замірів, відрізняючись на величину 3 дБ.

Застосування програми дозволило вибрати маршрути польотів вертольотів і навести показники шумового забруднення навколишнього середовища у відповідність до санітарно-гігієнічних нормативів.

Стаціонарні джерела шуму промислових об'єктів

Розрахунок шумових полів, що створюються наземними стаціонарними джерелами шуму, ускладнюється тим, що поширення шумового забруднення відбувається над земною поверхнею і на нього впливає відбиття звукових хвиль від екранів, має місце вплив земної поверхні, поглинання звуку лісонасадженнями, турбулентності повітряних потоків та інше. Детальний аналіз цих явищ призводить до необхідності вводити поправку до формули (1), яка враховує зниження шуму екранами, вплив землі й т.д. Величина поправки за нашими розрахунками складає в середньому 5дБ.

Для визначення рівнів шуму від промислових джерел розроблено і реалізовано відповідну комп'ютерну програму. Як приклад, на рис. 2 наведено результати розрахунків з одного з характерних об'єктів регіону - Кременчуцького заводу коліс.

Розрахунок шумових полів, які створюють автотранспортні потоки

Суттєве шумове забруднення в містах створюють автотранспортні потоки. Основними джерелами шуму в автомобілі є двигун, трансмісія, глушник. Двигун і трансмісія розміщуються в кожухах, корпусах і тому найчастіше, домінуючим джерелом шуму автомобіля за незначних швидкостей є вихлопи газів. На основі проведених досліджень установлено, що з віддаленням від джерела звуку на 20-25 м рівень шуму зменшується більш, ніж на 10 дБ. Це спрощує розрахунок шумового поля, яке створюють автотранспортні потоки, оскільки віддалене джерело можна не враховувати (його внесок значно менший за 1 дБ).

Доведено, що для створення шумової карти прилеглої до автомагістралі території доцільно проводити розрахунок сумарного рівня шуму з інтервалом 40-50 м, враховуючи локальні фактори (вид покриття дороги, характер роботи двигуна, швидкість руху, наявність перехрестя).

Сумарний (максимальний) рівень шуму визначають таким чином:

, (3)

де - сумарний рівень шуму, дБА;

- загальна кількість незалежних джерел шуму;

- рівень шуму, що створює джерело шуму в даній точці, дБА.

На основі запропонованого алгоритму створено комп'ютерну програму розрахунку ситуаційних шумових полів, які утворюють автотранспортні потоки. Програма використовує програмне середовище MathCad, версія 2000. Програма на основі ПІН-геокодів дала можливість розрахувати ізолінії рівнів шуму з нанесенням на електронну карту м. Кременчук. Указані розрахунки і графічні побудови здійснені вперше в Україні. Як приклад, на рис. 3 показано результати розрахунку для типової ділянки автотранспортної магістралі.

Таким чином, алгоритм і програми розрахунку шумових полів, які створюють стаціонарні джерела шуму промислових підприємств, вертольоти, автотранспортні потоки дозволяють прогнозувати шумову ситуацію в регіоні та управляти нею.

Четвертий розділ присвячено результатам досліджень щодо розробки ефективних засобів поглинання виробничого шуму на промислових підприємствах. Установлено, що значну проблему складає глушіння шуму вихлопу стисненого до 6 атм повітря, яке використовується в пневмоциліндрах механізмів різних верстатів і пристроїв. Цей вихлоп є джерелом високочастотного шуму, який виникає внаслідок переходу енергії вихорів турбулізованого повітря в енергію акустичних коливань. Відомо, що акустична потужність газового струменя, в першу чергу, залежить від швидкості струменя v, вона пропорційна vⁿ, де n=68. Глушник аеродинамічного шуму повинен задовольняти наступним вимогам:

глушити шум до рівня менш ніж 80 дБА;

мати незначний аеродинамічний опір (великий опір глушника в деяких випадках може приводити до повторного вмикання виконавчого механізму);

не забиватися пилом, що містить повітря;

бути простим у виготовленні, дешевим і довговічним.

Для глушіння аеродинамічного промислового шуму на практиці здебільшого використовують глушники активного типу, в яких повітря пропускають через пористий матеріал (кераміку, бронзу, войлок). Дослідження різних типів глушників, проведене на спеціально створеному стенді, дало результати, приведені в табл. 2. Установлено, що із глушників, які серійно випускалися, жоден не відповідає всім вищезазначеним вимогам. З цієї причини нами проведені дослідження щодо вдосконалення конструкції глушника.

Для зменшення швидкості струменя стисненого повітря нами застосовано балон-компенсатор, що підключався перед патрубком випуску повітря. Це дало можливість збільшити тривалість вихлопу і зменшити швидкість струменя. Установлено, що найбільш оптимальні параметри дає застосування розробленого нами двосекційного глушника, заповненого інертним матеріалом (табл. 2).

Для зменшення аеродинамічного опору глушника використаний підхід, який ґрунтується на застосуванні методу електрогідро (аеро) динамічної аналогії. Останній ґрунтується на тому, що рух рідини (газу) і електричного струму можна описати подібними рівняннями. Виходячи з цього, сумарний опір двох паралельно підключених глушників менший, ніж з'єднаних послідовно. Це знайшло своє втілення у конструкції запропонованого глушника (рис. 4), який розділено перегородкою на дві секції.

Таблиця 2

Результати випробування глушників

Назва глушника	Тиск повітря перед глушником при вихлопі, атм	Рівень шуму, дБА	Діаметр частинок заповнювача (граніта), мм
Вільний вихлоп	-	102-104
Глушник із циліндричною пористою керамічною насадкою	0,3	92-93
Глушник із пористої бронзи	0,5-0,6	97
Глушник із повсті	0,6	81
Вільний вихлоп (з балоном-компенсатором)	0,5	81-82
Глушник з інертним заповнювачем	0,9	82-84	3-5
Глушник з двома секціями і двома шарами інертного заповнювача	0,40-0,45	71-72	I шар - 3-5 ІІ шар - 1-3

Випробування глушника проведено на пневмоциліндрі (об'ємом 40 літрів) стикозварювальної машини, при цьому рівень шуму знижено із 110 - 115 дБА до 78 - 80 дБА. Глушник впроваджено у вагоноскладальному цеху концерну “Крюківський вагонобудівний завод” на пневмоциліндрі пресу, що суттєво поліпшило умови праці та стан екологічної безпеки.

Таким чином, створено два способи звукопоглинання високочастотного аеродинамічного шуму вихлопу стисненого повітря, які дозволяють досягти санітарних норм з шуму.

У п'ятому розділі дисертації проаналізовано параметри роботи існуючих глушників шуму автомобілів, а також наведено результати випробування розроблених нами глушників.

Сучасні глушники вихлопу двигунів внутрішнього згорання виготовляють комбінованими, тобто вони мають елементи активного і реактивного характеру. Практично всі автомобілі використовують резонатори Гельмгольця, що містять камеру, через яку проходить перфорована труба. Але застосування лише резонатора на автомобілі недостатньо, що показано в таблиці 3. Автомобілі ГАЗ-5327 і ЗіЛ-130 обладнані лише одним резонатором, тому під час роботи двигуна на максимальній потужності створюють достатньо високий рівень шуму (відповідно 108 і 104 дБ). Усі легкові автомобілі, крім резонатора, обладнані різними іншими типами глушників, які підключають до системи вихлопу послідовно (за резонатором). Така система глушіння шуму дає задовільні результати. Для зменшення викидів оксиду вуглецю до системи вихлопу включають також різні види нейтралізаторів. Разом з цим відпрацьовані гази містять ще більш шкідливі речовини, однією із яких є сажа. У роботі створено два типи глушників. Перший - інтерференційного типу.

На рис. 5 показана схема інтерференційного глушника. Із рис. 5 видно, що звукові хвилі огинають пластини круглої форми 2 і взаємодіють у протилежній фазі, забезпечуючи ефективне зниження рівня шуму на кожній парі пластин на 4-5 дБА.

На рис. 6 зображений інший, удосконалений нами равликоподібний глушник, який одночасно зі зниженням рівня шуму видаляє із газів частинки сажі. Глушник може бути виготовлений у вигляді однієї або (за нашою пропозицією) із двох секцій з покриттям внутрішньої стінки глушника шаром скловолокна. Рух газів у глушнику відбувається за спіраллю Архімеда, а звукова хвиля в кожній секції 8-10 разів відбивається від стінки, проходячи через скловолокно і поглинаючись ним. До 50% частинок сажі осідають на стінках, а аеродинамічний опір суттєво не збільшується.

Випробування глушника були проведені на автомобілі ГАЗ-5327, результати наведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Результати випробувань системи глушіння вихлопу двигуна внутрішнього згорання

Найменування системи глушіння	Рівень шуму за різних частот обертів колінвала двигуна, дБА
	низькі (800 хв-1)	середні (1200 хв-1)	високі (2500 хв-1)
Без глушника	88	104	118
Резонатор Гельмгольця	76	93	108
Послідовне підключення резонатора і глушника	66	80	94
Послідовне підключення резонатора і двосекційного глушника	62	74	85

Із таблиці 3 видно, що порівняно з прийнятою системою шумопоглинання рівень шуму при максимальних обертах зменшується на 14-23 дБА.

Таким чином, створені два типи глушників дозволяють значно покращити рівень екологічної безпеки, а також простими засобами зменшити викиди сажі двигунами внутрішнього згорання.

Шостий розділ присвячено дослідженню стану екологічної безпеки за умов дії джерел електромагнітного забруднення. Досліджено параметри електромагнітних полів, що поширюються в навколишньому середовищі від радіостанцій (типів ПАР-10С, ПАР-7, ПАР-8С, “Ясень-50”, “Береза”, РРС Р-414), а також від оглядового радіолокатора типу ДРЛ-7СК. Робоча частота радіостанцій 118-136 МГц, а радіолокатора - 850 МГц. Потужність радіостанцій знаходиться в межах 5-400 Вт, а радіолокатора становить 230 кВт. У результаті досліджень встановлено, що за умов роботи вказаних радіостанцій напруженість електричної складової ЕМП на відстані 40 метрів від антени випромінювача не перевищує 4 кВ/м, що суттєво менше за гранично допустиме значення (5кВ/м). Найбільш потужні ЕМП у регіоні створює радіолокатор ДРЛ-7СК. Визначення густини потоку енергії ЕМП проводилось для випадку, коли випромінювання радіолокатора направляли паралельно поверхні землі, оскільки у цьому випадку рівень електромагнітного забруднення у приземному прошарку максимальний. Результати експериментальних досліджень наведено в таблиці 4.

Установлено, що густина потоку енергії буде нижча за гранично допустиме значення (при частоті 850 МГц вона складає 1,0 мкВт/см²) на відстані більш ніж 800 м. Із цього можна зробити висновки, що випромінення радіолокатора за межами санітарно-захисної зони не створює проблем для навколишнього середовища.

Таблиця 4

Результати експериментальних досліджень електромагнітного забруднення, що формується випромінюванням радіолокатора ДРЛ-7СК

Відстань від антени радіолокатора, м	100	200	300	400	500	600	700	800
Густина потоку енергії, (мкВт/см2) на висоті 1,8 м від землі	54,8	36,69	15,80	11,70	10,00	5,86	4,46	1,0

Таким чином, потужні джерела ЕМП за межами санітарно-захисних зон не створюють значного електромагнітного забруднення в регіоні.

У перспективі дослідження можуть бути спрямовані на вивчення впливу на людину малопотужних, але широко розповсюджених джерел випромінення (радіотелефони, апарати мобільного зв'зку, електродвигуни транспортних засобів і т.і.).

загальні висновки

Розроблено та впроваджено технічні засоби та способи підвищення рівня екологічної безпеки індустріально навантаженого регіону за дії шкідливих фізичних полів техногенного походження.

На основі моніторингу стану регіональної екологічної небезпеки, що формується чинниками шкідливого фізичного впливу на людей та довкілля, виявлено пріоритетні джерела шумового й електромагнітного забруднення в конкретному техногенно навантаженому регіоні (територіально-виробничий комплекс Середнього Придніпров'я). Такими, насамперед, є автотранспортні потоки, технологічне обладнання промислових об'єктів, сукупність вертольотів коледжу цивільної авіації, які здійснюють тренувальні польоти в районі селітебної забудови. До джерел електромагнітного забруднення належать радіолокатор та радіостанції.

Обгрунтовано наукові засади створення ефективної системи поглинання аеродинамічного промислового шуму. Розроблено конструкцію та створено ефективний глушник високочастотного шуму з низьким аеродинамічним опором, який характеризується простотою виготовлення, надійністю в експлуатації та дозволяє знизити рівень шуму вихлопу стисненого повітря на 25-35 дБА. Запровадження запропонованої системи шумопоглинання на промислових об'єктах Кременчуцького регіону дозволило знизити рівень шумового забруднення нижче за допустимі норми, тим самим забезпечивши умови екологічної безпеки щодо зазначеного чинника формування екологічної небезпеки.

Розроблено алгоритм та створено комп'ютерну програму розрахунку шумових полів у приземному прошарку атмосфери від сукупності авіатранспортних засобів (вертольотів). На основі аналізу результатів розрахунків визначені такі параметри тренувальних польотів вертольотів, які дозволяють знизити рівень шумового забруднення у селітебній зоні нижче за допустимі норми, тобто забезпечити умови екологічної безпеки.

Розроблено методичні основи моделювання розповсюдження шумового забруднення від автотранспортних потоків, що дало можливість розраховувати ситуаційні шумові карти вулиць і створити електронну шумову карту м. Кременчук. Унаслідок регулювання транспортних потоків знижено рівень шуму в селітебній зоні.

Удосконалено конструкцію равликоподібного глушника шуму для автомобілів, який має високу (14-23 дБА) ефективність шумопоглинання і спроможний видалити частинки сажі із відпрацьованих газів.

Розроблено ефективний глушник інтерференційного типу для двигунів внутрішнього згорання, який характеризується можливістю глушити всі частоти спектру шуму.

Експериментально встановлено, що у регіоні досліджень рівень електромагнітного забруднення, який формується достатньо потужними джерелами випромінювання (радіолокатор, радіостанції), за межами санітарно-захисних зон суттєво нижчий за допустимі норми, тобто практично не впливає на стан екологічної безпеки.

Результати роботи впроваджені в Кременчуцькому льотному коледжі (комп'ютерна програма розрахунку шумових полів) та концерні Крюківський вагонобудівний завод (для зниження рівня шуму вихлопу стисненого повітря пневмоциліндрів). За результатами досліджень одержано 2 патенти України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. О дозах химических веществ и физических факторов и их учете при сочетанном воздействии на человека // Вестник ХГПУ. - Харьков. - 1998. - Вып.23. - с. 26-33.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. Расчет уровней интенсивности авиационного шума, создаваемого множественными источниками, на ПЭВМ // Новые решения в современных технологиях. Вестник ХГПУ. - Харьков. - 1998. - Вып. 17. - с. 16-18.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. Глушитель высокочастотного шума сжатого воздуха // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПИ. - Кременчуг. - 1999. - Вып. 1. Раздел 5. - с. 328-332.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. Об иммунологическом критерии вредности загрязнения окружающей среды химическими веществами и физическими полями // Научные труды КГПИ. - Кременчуг. - 1999. - Вып. 2. Часть 8. - с. 454-456.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. Глушение шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания // Научные труды КГПУ. - Кременчуг. - 2002. - Вып. 5 (16). - с. 91-94.

Полищук Д.В. Математическая модель расчета шумовых полей, создаваемых автотранспортными потоками // Научные труды КГПУ. - Кременчуг. - 2001. - Вып. 1 (10). - с. 572-573.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. Связь годичных биоритмов человека и неблагоприятных метеорологических условий в экологии // Сборник научных трудов КГПИ. - Кременчуг. - 1996. - С. 7-10.

Шмандій В.М., Поліщук В.С., Поліщук Д.В. Про необхідність врахування шкідливих фізичних впливів в нормативах плати за забруднення навколишнього природного середовища // Республіканський семінар “Економічні механізми природокористування і охорони навколишнього середовища в умовах переходу України до ринкових відносин”. - Івано-Франківськ. - 1992. -с.46-47.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. и др. Уменьшение шумового воздействия на предприятиях территориально-производственного комплекса // 4 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности”. - Санкт-Петербург. - 1999. - Том 2. - с. 534-537.

Шмандий В.М., Полищук В.С., Полищук Д.В. О загрязнении окружающей среды электромагнитными полями // II Международная научно-практическая конференция “Экологические проблемы городов и рекреационных зон”. - Одесса. - 1999. - Сборник научных статей ОЦНТЭМ. - С.160-164.

Пат. №6339 Україна. МПК F01N1/10 Глушник вихлопу стисненого повітря / Шмандій В. М., Поліщук В. С., Поліщук Д. В., Скобель В. І. Кременчуцький державний політехнічний університет - №20040604619, Заявл. 14.06.2004; опубл.: Промислова власність. Офіційний бюлетень. - 2005. - №5.

Пат. №6341 Україна. МПК F01N1/10 Глушник шуму вихлопу двигунів внутрішнього згорання / Шмандій В. М., Поліщук В. С., Поліщук Д. В. Кременчуцький державний політехнічний університет - №20040604654, Заявл. 14.06.2004; опубл.: Промислова власність. Офіційний бюлетень. - 2005. - №5.

анотаціЇ

Поліщук Д.В. Розробка засобів і способів підвищення екологічної безпеки при дії шкідливих фізичних полів техногенного походження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01. - екологічна безпека - Національний університет “Львівська політехніка”. Львів - 2005.

Дисертація присвячена розв'язанню актуальної задачі підвищення рівня екологічної безпеки техногенно навантаженого регіону при дії шкідливих фізичних полів шляхом розробки та впровадження технічних засобів і способів.

Виявлено основні типи пріоритетних джерел шкідливого фізичного впливу на людину і довкілля.

Розроблено алгоритми та створено комп'ютерні програми розрахунку розповсюдження акустичних хвиль у приземному прошарку атмосфери для різних типів джерел шумового забруднення.

Розроблено конструкцію та створено ефективний глушник вихлопу стисненого повітря.

Розроблено конструкцію ефективного глушника інтерференційного типу для поглинання шуму вихлопу відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання. Удосконалено конструкцію односекційного та створено двосекційний глушник шуму для автомобілів, який має високу ефективність шумопоглинання і дозволяє виділяти частинки сажі із відпрацьованих газів.

Упровадження результатів досліджень у Кременчуцькому регіоні (на промислових підприємствах та об'єкті цивільної авіації) надало можливість підвищити рівень екологічної безпеки відносно чинників, що формують екологічну небезпеку, пов'язану із шкідливим фізичним впливом.

Ключові слова: екологічна безпека, небезпека, шум, рівень шуму, глушник, шкідливі фізичні поля.

Полищук Д. В. Разработка средств и способов повышения уровня экологической безопасности при действии физических полей техногенного происхождения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 26.06.01. - экологическая безопасность - Национальный университет “Львовская политехника”. Львов, 2005.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи повышения уровня экологической безопасности техногенно нагруженного региона при действии вредных физических полей путем разработки и внедрения технических средств и способов.

На основе мониторинга состояния региональной экологической опасности, которая формируется факторами вредного физического влияния на людей и окружающую среду, выявлены приоритетные источники шумового и электромагнитного загрязнения в конкретном техногенно нагруженном регионе (территориально-производственный комплекс Среднего Приднепровья). Такими, прежде всего, являются автотранспортные потоки, технологическое оборудование промышленных объектов, вертолеты колледжа гражданской авиации, совершающие тренировочные полеты в районе селитебной застройки. К источникам электромагнитного загрязнения относятся радиолокатор и радиостанции.

Изучены шумовые характеристики различных типов наиболее распространенных грузовых и легковых автомобилей при различных режимах работы двигателя и разных скоростях движения; получены диаграммы направленности шума. Проведен анализ зависимости шумового загрязнения, создаваемого автотранспортом, от различных факторов. Выявлены типы автомобилей, создающие наибольшую экологическую опасность.

Разработан алгоритм расчета распространения в окружающей среде акустических волн с учетом затухания, обусловленного как удалением от источника звука, так и поглощением звука атмосферой. Создана компьютерная программа расчета шумовых полей, которые создают в рабочей зоне на прилегающих селитебных территориях стационарные промышленные источники шума, а также авиатранспортные средства (вертолеты). Для получения диаграммы направленности шума вертолетов использован эффект Доплера.

Разработан алгоритм расчета шумовых полей на прилегающих к автомагистралям территориях. Создана соответствующая компьютерная программа, позволяющая при расчетах учитывать различные факторы (скорость автомобиля, режим работы двигателя, тип автомобиля, состояние дороги и др.). Это дает возможность строить ситуационные шумовые карты улиц, что позволяет оценить экологическое состояние территорий, примыкающих к автомагистралям, снизить шумовое загрязнение окружающей среды за счет выбора параметров движения и направлений транспортных потоков.

Обоснованы научные основы создания некоторых эффективных технических систем глушения как промышленного, так и автотранспортного шума.

Разработана конструкция и создан эффективный глушитель выхлопа сжатого воздуха.

Разработана конструкция эффективного глушителя интерференционного типа для глушения шума выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Усовершенствована конструкция односекционного и создан двухсекционный улиткообразный глушитель шума для автомобилей, имеющий высокую эффективность шумопоглощения и способность удалять из выхлопных газов частицы сажи.

Проведена оценка вклада в загрязнение окружающей среды мощных источников электромагнитного излучения, создаваемого радиостанциями разных типов, работающих на частотах 118-136 мГц, радиолокатора, работающего на частоте 850 мГц, а также трансформаторных подстанций. Выявлено, что за пределами санитарно-защитных зон их излучение существенно ниже допустимых норм.

Внедрение результатов исследований в Кременчугском промышленном регионе (на промышленных предприятиях и объекте гражданской авиации) дало возможность повысить уровень экологической безопасности относительно факторов, которые формируют экологическую опасность, связанную с вредным физическим влиянием.

Ключевые слова: экологическая безопасность, опасность, шум, уровень шума, глушитель, вредные физические поля.

Polischuk D. V. Development of means and ways of increase of a level of ecological safety at action of harmful physical fields technically of an origin. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialist 26.06.01. - ecological safety - National University “Lvivska politeshnika”. Lviv, 2005.

The dissertation is devoted to the decision of a urgent task of increase of a level of ecological safety technically of the loaded region at action of harmful physical fields by development both introduction of means and ways.

The basic types of priority sources of harmful physical fields (noise and electromagnetic) in region are revealed.

The scientific preconditions for creation of the effective silencers of high-frequency aerodynamic noise release of compressed air and internal combustion engines are proved.

Is created 3 and 1 silencer of noise is advanced. The electromagnetic fields, to radiate by various radio stations and radar are investigated.

The algorithms are developed, and the computer program of account noise of fields created by helicopters and motor transportation flows, that have enabled to create situation of a map of noise of region.

The introduction of results of researches in the Kremenchug industrial region (at the industrial enterprises and object of civil aircraft) has enabled to raise (increase) a level of ecological safety concerning the harmful physical factors.

Keywords: ecological safety, danger, noise, noise level, silencer harmful physical fields.

Размещено на Allbest.ru

...