Расчет снижения уровня шума за счет экранирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра геоэкологии

Расчетно-графическая работа

По дисциплине: Защита от техногенных физических воздействий

Тема: «Расчет снижения уровня шума за счет экранирования»

Выполнил: студент гр. ИЗБ-12-2 /Акмуллина Р,Э./

Проверил: аспирант / Иванов А.В, /

Санкт-Петербург

2015



Общие положения

Интенсивный шум неблагоприятно действует на организм человека и может явиться причиной профессиональных заболеваний. При работе в условиях шума снижается производительность труда. Шум притупляет внимание, замедляет реакцию человека на те или иные раздражители, мешает восприятию полезных сигналов, что особенно опасно на работах, связанных с движением поездов. Он нарушает комфорт пассажиров и является источником беспокойства для населения в расположенных вблизи железнодорожных объектов населенных пунктах.

Вопросы борьбы с шумом должны решаться на стадии проектирования машин, транспортных средств, оборудования, зданий, сооружений, населенных пунктов, а также в процессе изготовления, испытания, приемки, эксплуатации и ремонта этих объектов.

Шумом называются звуки, мешающие восприятию полезных звуков или нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм человека.

В качестве основных величин, используемых для нормирования шума и расчетов по шумоглушению, принимают звуковое давление в паскалях (Па) и его уровень в децибелах (дБ).

Звуковое давление p -- разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковых волн и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука.

Уровень звукового давления определяют по формуле:

где р_ср -- среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения, Па;

р_о -- пороговое значение звукового давления, принятое по международному соглашению равным 2Ч10⁵ Па.

Если за восьмичасовой рабочий день уровень звукового давления на рабочем месте изменяется не более чем на 5 дБ, то шум называют постоянным, в противном случае - непостоянным.

Непостоянный шум в свою очередь подразделяют на колеблющийся во времени, если уровень звукового давления непрерывно изменяется (например, шум в кузовном отделении вагонного депо, шум дорожного движения, шум проходящего по рельсам подвижного состава и т. п.); прерывистый, если уровень звукового давления резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень давления остается постоянным и превышает уровень фона, составляет 1 с и более (например, шум выброса сжатого воздуха из ресивера компрессора, шум одиночной шлифовальной машины и т. п.); импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с (например, шум при забивании гвоздей молотком и т. п.). давление шум нормирование звукоизоляция

При рассмотрении вопросов охраны труда обычно пользуются октавными полосами частот, средние значения которых соответствуют диапазону слышимых звуков и составляют стандартный ряд (16), (31,5), 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (16000) Гц. В скобках показаны частоты, в которых шум, как правило, не нормируют, хотя они лежат в слышимом диапазоне частот.

Частотный состав шума характеризует его спектр. Спектром шума называют зависимость уровня звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос. Спектр можно представить либо в виде таблицы, либо графически в виде ломаной линии. В качестве средней частоты октавной полосы принимают среднегеометрическую частоту:



Спектр, а, следовательно, и шум, которому он соответствует, может быть низкочастотным (максимум уровня звукового давления находится в области частот ниже 300 Гц), среднечастотным (область частот от 300 до 800 Гц) и высокочастотным (область частот более 800 Гц).

Звук с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а с частотами выше 20 кГц -- ультразвуком. Эти звуки не слышимы для человека.

Шум называют тональным, если в нем прослушивается звук определенной частоты. В противном случае он будет широкополосным. Пример тонального шума -- сигналы локомотивов, а широкополосного -- шум водопада, шум подвижного состава.

Важной характеристикой звукового (шумового) поля (т. е. области пространства, в которой наблюдается шум), помимо звукового давления и частоты, является интенсивность звука. Она представляет собой поток энергии, переносимой звуковыми волнами в единицу времени через площадку 1 м², ориентированную перпендикулярно направлению звукового луча. Интенсивность звука -- векторная величина, измеряемая в ваттах на метр квадратный (Вт/м²). С точки зрения охраны труда интерес представляет лишь средняя во времени величина интенсивности.

Интенсивность и звуковое давление р связаны между собой соотношением:

где p² -- средний квадрат звукового давления, Па²;

с -- плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м³;

с -- скорость звука в данной точке среды, м/с.

Для воздуха независимо от атмосферного давления согласно

где Т-- абсолютная температура воздуха, К.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле (в дБ)

-- стандартное пороговое значение интенсивности, Вт/м².

Величина I_о выбрана такой, что при нормальных атмосферных условиях (t = 20°С, р = 1,2 кг/м³) уровень звукового давления L и уровень интенсивности L_I численно равны друг другу. Равенство этих величин упрощает акустические расчеты.

Если в данную точку пространства приходят некогерентные звуковые, волны (т.е волны, фазы которых в разные моменты времени отличаются друг от друга) с уровнями звукового давления L_i, то уровень звукового давления суммарного звука составит (в дБ)

где п -- общее число независимых слагаемых уровней.

Эта формула соответствует условию, что интенсивности всех некогерентных источников складываются



Поэтому, если имеется т одинаковых источников, каждый из которых создает в данной точке уровень звукового давления L₁, суммарный уровень будет рассчитываться по формуле

Например, если один источник создает уровень L₁ = 73 дБ, то 100 источников создадут уровень L = 73 + 10 lg 100 = 93 дБ.

Удвоение числа источников каждый раз увеличивает уровень на 3 дБ.

Для измерения шума и его спектра применяют шумомеры с соответствующими фильтрами и частотные анализаторы.

Измерения шума проводят для контроля соответствия фактических его уровней на рабочих местах установленным нормам, для оценки шумового режима в помещениях, разработки мероприятий по снижению шума и оценки их эффективности.

Действие шума на человека. Нормирование шума

Звук с уровнем звукового давления менее некоторой величины, называемой порогом слышимости, не воспринимается человеком. Порог слышимости у каждого человека различен и зависит от возраста, состояния слуха, утомления, индивидуальных особенностей организма, а также от частоты звука.

Различают пять ступеней действия шума на человека в зависимости от уровня звукового давления. Если уровень звукового давления ниже порога слышимости, что соответствует полной тишине (первая ступень действия шума), то человек ощущает психологический дискомфорт. Он невольно прислушивается к шуму своего дыхания, процесса пищеварения и т. п. В природе такие условия практически не встречаются. Обычно человека окружает нормальный, привычный для него шумовой фон (вторая ступень действия шума) с уровнями звукового давления на средних частотах 15 -- 35 дБ. Такой шум необходим для нормальной жизнедеятельности.

При увеличении уровня звукового давления до 40--70 дБ наступает третья, психологическая, область действия шума. Этот шум, особенно если он неконтролируем и несет определенную информацию, оказывает раздражающее действие, не изменяя функций слуха и не мешая восприятию полезных сигналов. Он может снизить производительность умственного труда, ухудшить самочувствие. Примером такого шума являются мешающая музыка или разговор, шум санитарно-технического или инженерного оборудования зданий и т. д.

Уровни звуковых давлений 75--120 дБ (четвертая ступень действия шума), характерные для производственных и транспортных шумов, производят неблагоприятное физиологическое действие. В этом случае значительно раньше, чем поражается орган слуха, страдает центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Работники, подвергающиеся воздействию такого шума, часто жалуются на раздражительность, головные боли, снижение внимания и памяти, сонливость, повышенную утомляемость, нарушения сна, иногда -- на головокружение. Они чаще болеют гипертонией или гипотонией, язвенной болезнью, колитами и гастритами, неврозами. У них чаще и скорее развивается профессиональная тугоухость.

Постоянный шум с уровнями звукового давления более 120 дБ, а также импульсный шум с уровнями, превышающими 150 дБ при длительности воздействия 100 мс и 160 дБ при длительности воздействия 5 мс, могут привести к акустической травме в виде значительного понижения слуха (пятая ступень действия шума). При постоянном шуме с уровнями 170 дБ и выше и импульсном шуме с уровнями 180 дБ и выше может наступить контузия и даже смерть.

Вредность шума как фактора производственной среды и среды обитания человека приводит к необходимости ограничивать его уровни. Санитарные уровни шума нормируют двумя способами:

- методом предельных спектров (ПС),

- методом уровня звука. Метод предельных спектров, применяемый для нормирования

постоянного шума, предусматривает ограничение уровней звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Совокупность этих предельных октавных уровней называют предельным спектром. Обозначают тот или иной предельный спектр уровнем его звукового давления на частоте 1000 Гц. Например, «ПС-80» означает, что данный предельный спектр имеет на частоте 1000 Гц уровень звукового давления 80 дБ. На частоте 63 Гц уровень для этого спектра равен 99 дБ, а на частоте 8000 Гц -- 74 дБ.

Метод уровней звука применяют для нормирования непостоянного шума, например, внешнего шума транспортных средств, городского шума. При этом методе измеряют скорректированный по частоте общий уровень звукового давления во всем диапазоне частот, соответствующем перечисленным выше октавным полосам. Измеренный таким образом уровень звука позволяет характеризовать величину шума не восемью цифрами уровней звукового давления, как в методе предельных спектров, а одной. Измеряют уровень звука в децибелах шумомером со стандартной корректированной частотной характеристикой, в котором при помощи соответствующих фильтров снижена чувствительность на низких частотах.

Непостоянный шум характеризуют эквивалентным (по энергии) уровнем звука, т. е. уровнем звука постоянного широкополосного неимпульсного шума, оказывающего такое же воздействие на человека, как и данный непостоянный шум. Для определения эквивалентного уровня звука

где Т -- период усреднения (в производственных условиях обычно 30 мин, замеры производятся через каждые 5 -- 6 с). Нормы предельно допустимого шума в некоторых помещениях и средствах транспорта приведены в таблице 1.

Источники шума и шумовые характеристики

Шум по происхождению делят на механический, аэродинамический, гидродинамический, электромагнитный.

Источниками механического шума являются механические вибрации. Источниками аэродинамического шума могут быть нестационарные явления при течении газов и жидкостей. В гидродинамических установках (насосы, турбины) следует избегать возникновения кавитации, вызывающей гидродинамический шум. Источниками электромагнитного шума являются механические колебания электротехнических устройств, возбуждаемые переменными магнитными и электрическими полями.

Источник шума характеризуют звуковой мощностью Р, под которой понимают количество энергии в ваттах, излучаемой этим источником в виде звука в единицу времени.

Уровень звуковой мощности источника (дБ) определяют по формуле:

где Р - звуковая мощность источника, Вт;

P₀ -- пороговое значение звуковой мощности, равное 10^-12 Вт.

Если окружить источник шума какой-либо замкнутой поверхностью S, то в соответствии с законом сохранения энергии для определения звуковой мощности источника необходимо просуммировать произведения интенсивности звука во всех точках этой поверхности на площади S элементарных площадок, расположенных перпендикулярно вектору I.

где n -- нормаль к поверхности S.

Формула верна для условия, что потери энергии между источником и поверхностью S отсутствуют.

В частном случае, когда источник излучает звуковую энергию во все стороны равномерно, средняя интенсивность звука (Вт/м²) в какой-либо точке пространства будет равна

где r -- расстояние от центра источника до поверхности сферы, удаленной на такое достаточно большое расстояние, чтобы источник можно было считать точечным, м.

Практически с ошибкой, не превышающей 1 дБ, расстояние r принимают не менее двух максимальных линейных размеров источника и не менее одной длины звуковой волны.

Если излучение происходит не в сферу, а в ограниченное пространство, вводится угол излучения Щ, измеряемый в стерадианах. Тогда

Фактором направленности источника называют отношение интенсивности звука, излучаемого в заданном направлении, к средней интенсивности

Характеристикой направленности является зависимость фактора направленности Ф от направления на источник.

Шумовая характеристика машины представляет собой совокупность уровней звуковой мощности машины в стандартных октавных полосах частот. Если направленность звукового излучения машины имеет значение для оценки шума или выполнения расчетов, то характеристика направленности в соответствующих октавных полосах также будет являться шумовой характеристикой. В большинстве случаев для оборудования, устанавливаемого в помещениях, характеристика направленности несущественна из-за отражения звука от ограждений, поэтому для такого оборудования она не измеряется.

Уровень звукового давления шума, излучаемого машиной, или уровень звука могут служить шумовой характеристикой машины, но только в том случае, если строго установлено место измерений этих величин относительно машины. Например, внешний шум автомобилей измеряют в децибелах на расстоянии 7,5 м от оси автомобиля.

Аналогичные требования установлены для измерений характеристик внешнего шума подвижного состава железных дорог. Шум измеряют на расстоянии 25 м от оси пути при скорости движения, равной 2/3 конструкционной скорости. В некоторых случаях шумовой характеристикой машины (как правило, небольших агрегатов) служат октавные уровни звукового давления или уровни звука, измеренные в свободном звуковом поле на расстоянии 1м от наружного контура машины.

Шумовые характеристики обязательно устанавливают в стандартах или технических условиях на машины и указывают в их паспортах. Значения шумовых характеристик устанавливают исходя из требований обеспечения на рабочих местах, селитебной территории и в зданиях допустимых уровней шума.

Расчет ожидаемой шумовой характеристики является необходимой составной частью конструирования машины или транспортного средства.

Расчет ожидаемого уровня шума и требуемой эффективности мероприятий по шумоглушению

Снизить шум в источнике его возникновения таким образом, чтобы на рабочем месте он не превышал допустимого, при современном уровне развития техники удается далеко не всегда. Поэтому приходится принимать меры для уменьшения шума на путях его распространения между источником и рабочим местом.

Зная шумовую характеристику машины или транспортного средства и произведя акустический расчет, можно найти величину октавного уровня звукового давления или эквивалентного уровня звука на рабочем месте. Если этот уровень превышает допустимый, необходимо определить требуемое снижение шума посредством мероприятий по шумоглушению.

Ожидаемые уровни звукового давления в расчетной точке определяют по формулам, выводимым из закона сохранения энергии.

Пусть имеются источник шума 1 (рис. 1) с октавной звуковой мощностью Р и рабочее место (расчетная точка в помещении) 4, для которого необходимо рассчитать уровень звукового давления L.

Рис.1. Схема к выводу основного уравнения акустического расчета

Звуковая энергия, излучаемая источником шума, распределяется по замкнутой поверхности S, окружающей источник и проходящей через расчетную точку. По пути эта энергия ослабляется в в раз вследствие потерь в ограждениях 2 и 3, атмосфере, зеленых насаждениях и т. п. Поэтому интенсивность звука в расчетной точке с учетом направленности источника составит (Вт/м²)

Основная формула акустического расчета имеет вид:

(1)

-- ослабление звуковой энергии по пути от источника шума до расчетной точки за счет ее отражения и перехода в другие формы энергии (как правило, в теплоту), дБ.

Исходя из этой формулы можно определить основные направления борьбы с шумом техническими средствами.

К ним относятся:

· уменьшение звуковой мощности источника;

· использование направленности источника (или выходного отверстия

присоединенного к источнику трубопровода) таким образом, чтобы максимум характеристики направленности был обращен либо вверх, либо в сторону зданий или участка местности, для которых допустимый уровень шума наиболее высок или не нормируется;

· увеличение площади замкнутой поверхности S, на которую распределяется звуковая мощность источника, что достигается при помощи архитектурно-планировочных решений (источники шума следует размещать как можно дальше от рабочих мест);

· увеличение ослабления звуковой энергии между источником шума и

рабочим местом посредством звукоизолирующих преград (стены, перекрытия, кожуха, кабины наблюдения и т.п.), звукопоглощающих облицовок и звукопоглощающих конструкций, экранов, глушителей, виброизоляторов. Возможно применение шумоглушащих устройств с отрицательной обратной акустической связью (подавление шума обеспечивается таким же шумом, подаваемым в противоположной фазе при помощи радиотехнических средств с приходящим на рабочее место внешним шумом). Средства индивидуальной защиты также увеличивают .

Формула (1) имеет общий характер и выведена из закона сохранения энергии для акустических явлений. В различных конкретных случаях ее можно привести к тому или иному виду, удобному для практических расчетов.

Определив октавные уровни L на рабочем месте расчетом или путем измерений, находят требуемую эффективность мероприятий по снижению шума для каждой октавной полосы

Звукоизоляция и звукопоглощение

Звукоизоляция конструкции (перегородки, стены, окна и т. п.) как физическая величина равна ослаблению интенсивности звука при прохождении его через эту конструкцию:

В то же время звукоизоляцией называют сумму мероприятий по снижению прохождения звука через конструкцию. Различают звукоизоляцию от воздушного шума, когда колебания конструкции возбуждаются звуковыми волнами, падающими на нее из воздуха, и звукоизоляцию от структурного (ударного) шума, когда колебания конструкции возбуждаются непосредственным механическим воздействием (вибрацией установленной на ней машины, ходьбой и т. п.).

Чтобы защитить от шума обслуживающий персонал, на производственных участках с шумными технологическими процессами или особо шумным оборудованием устраивают кабины наблюдения и дистанционного управления.

Наиболее простым и дешевым способом снижения шума в производственных помещениях является устройство звукоизолирующих кожухов, полностью закрывающих наиболее шумные агрегаты.

Шум снижается за счет применения звукопоглощающих материалов. Звукопоглощающими называют материалы и конструкции, способные поглощать энергию падающего на них воздушного звука. Это, как правило, конструкции, состоящие из пористых материалов. Их применяют либо в виде облицовок внутренних поверхностей помещений, либо в виде самостоятельных конструкций -- штучных поглотителей, обычно подвешиваемых к потолку. В качестве штучных поглотителей используют также драпировки, мягкие кресла и т. п.

Поверхность звукопоглощающей облицовки характеризуется коэффициентом звукопоглощения б, равным отношению интенсивности поглощенного звука к интенсивности падающего

Коэффициент звукопоглощения зависит от вида материала, его толщины, пористости, крупности зерен или диаметра волокон, наличия за слоем материала воздушного промежутка и его ширины, частоты и угла падения звука, размеров звукопоглощающих конструкций и т. д. Для открытого окна б=1 на всех частотах. Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов приведены в таблице 3.



Таблица 3. Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов.

Изделие или конструкция	Толщина слоя материала изделия, мм	Воздушный зазор, мм	Коэффициент звукопоглощения при среднегеометреческих частотах октавных полос, Гц
			63	125 250 500	1000	2000	4000	8000
Плиты мине-	20	0	0,02	0,03	0,17	0,68	0,98	0,86	0,45	0,20
раловатные,
акустические То же
бетонная	20	50	0,02	0,05	0,42	0,98	0,90	0,79	0,45	0,19
конструкция, оштукатурен-
ная и окра-
шенная масля-
ной краской	-	-	0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02

Звукопоглощением поверхности ограждения А в квадратных метрах на данной частоте называют произведение площади ограждения S на ее коэффициент звукопоглощения б

Звукопоглощение помещения складывается из суммы звукопоглощений поверхностей и звукопоглощений А_j штучных поглотителей



где n -- число поверхностей; m -- число штучных поглотителей. Постоянной В помещения называют величину

где б -- средний коэффициент звукопоглощения, составляющий

Обычно принимают, что звуковая мощность источника шума не изменяется после устройства звукопоглощающих конструкций. Поэтому эффект снижения шума звукопоглощающей облицовкой в децибелах определяют вдали от источника шума в отраженном звуковом поле по формуле

где В₁, В₂ -- постоянная помещения соответственно до и после осуществления акустических мероприятий.

Требуемое снижение уровня звукового давления может быть обеспечено применением только звукопоглощающих конструкций, если в расчетных точках в отраженном звуковом поле это снижение не превышает 10 -- 12 дБ, а в расчетных точках на рабочих местах 4 -- 5 дБ. В случаях, когда согласно расчету необходимо большее снижение, помимо звукопоглощающих конструкций предусматривают дополнительные средства защиты от шума.

Для защиты работающих от действия прямого шума источника применяют экраны. Они образуют звуковую тень. Ее размеры зависят от соотношений между размерами экрана и длиной падающей звуковой волны, а также от расстояния между экраном и экранируемым рабочим местом. Эффективность экрана можно определить методом Реттингера, для чего определяют критерий затухания М:

а) при расположении источника шума и рабочего места на одном уровне

где h -- расстояние от источника шума до вершины экрана, м;

х, у -- расстояние от экрана до источника шума и до расчетной точки, м;

л - длина волны, м.

б) при расположении источника шума и рабочего места в разных уровнях

где Н -- высота экрана, м;

k -- высота расчетной точки от поверхности земли, м.

Определив значение критерия М, по графику (рис. 2,б) находят эффективность экрана ДL .



Рис. 2. Расчет эффективности экрана а -- схема к расчету снижения шума экраном; ИШ -- источник шума; РТ-- расчетная точка; h -- расстояние от источника шума до вершины экрана; Н -- высота экрана, м; k -- высота расчетной точки от поверхности земли, м; х, у -- расстояние экрана до источника шума и расчетной точки; б -- зависимость эффективности экрана от критерия М;

Область тени за экраном тем меньше, чем больше длина волны К, так как за счет эффекта дифракции длинные волны легко огибают экраны. По этой причине экраны применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума.

Задание для расчета:

Произвести проверочный расчет снижения уровня шума в помещении дежурного персонала со стороны погрузочно-разгрузочной площадки грузового двора за счет экрана (постройки сплошного забора из железобетонных панелей). Исходные данные для выполнения расчета приведены в таблице 4.

Указания к решению задачи

1. Вычертить расчетную схему.

2. Принять, что расчетная точка и источник шума расположены в одном уровне.

3. Допустимый уровень принять по предельному спектру в соответствии с таблицей 1 и варианту студента.

4. Недостающие данные принять самостоятельно.

5. Определить:

а) критерии М;

б) по графику установить величину снижения шума;

в) уровни шума с учетом их снижения.

6. Сравнить полученные уровни шума с предельно допустимыми и сделать выводы.

Исходные данные. Вариант 1

Расстояние от экрана, м:
До источника До помещения	20
	20
Уровни звукового
давления на погрузочно-
разгрузочной площадке,
дБ, при среднегео
метрических частотах, Гц:
63	79
125	79
250	70
500	69
1000	74
2000	63
4000	52
8000	50
Высота экрана, м	2,50

Примем, что расстояние от источника шума до вершины экрана (h) 1,6 м.

Расчеты

1)Найдем критерий М:

М_5,4=

М_2,72=

М_1,36=

М_0,68=

М_0,34=

М_0,17=

М_0,085=

М_0,043=

2)По графику определим ?L:

Критерий М	0,308	0,434	0,613	0,868	1,227	1,735	2,454	3,45
?L,дБ	9,8	11,2	12	13	16	17,5	20	22,5

3) Результаты расчетов сведем в таблицу

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
л	5,4	2,72	1,36	0,68	0,34	0,17	0,085	0,043
M	0,308	0,434	0,613	0,868	1,227	1,735	2,454	3,45
L, дБ	60	62	60	55	51	50	46	38
ДL, дБ	9,8	11,2	12	13	16	17,5	20	22,5
L - ДL , дБ	50,2	50,8	48	42	35	32,5	26	15,5
L по ПС-40, дБ	67	57	49	44	40	37	35	33
Превышение нормы, дБ	-	-	-	-	-	-	-	-



Вывод

Не обнаружено превышение нормы, можно считать, что применение экрана позволит снизить уровень шума в зоне жилой застройки.

Размещено на Allbest.ru

...