Любое

Работы с объектами различения, обладающие смешанным отражением (например, работы тушью и чтение текста на глянцевой бумаге)

Любые, L не нормируется

Зеркальное отражение светящейся поверхности светильника от рабочей поверхности не должно совпадать с линией зрения работающего

Любое

4. ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА

Цель работы: Изучить методику определения показателей шума в рабочих помещениях. Научиться проводить оценку эффективности средств защиты от производственного шума и определять класс вредности и опасности условий труда по акустическому фактору.

В производственных условиях работа машин, механизмов, транспорта, перемещение жидкостей и газов по трубопроводам под давлением и т.п. сопровождается шумом. Под воздействием шума в организме человека происходит расстройство нервной и сердечно-сосудистой систем, развивается профессиональная тугоухость, могут возникать шумовые травмы.

Под шумом понимают беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, вызывающих отрицательные субъективные ощущения. В виде звука человек воспринимает упругие колебания среды в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. По спектральному составу различают низко (16300)-, средне (300800) и высокочастотные (свыше 800 Гц) шумы. Среднегеометрическая частота 1000 Гц называется стандартной, так как на этой частоте орган слуха человека обладает наибольшей чувствительностью. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные, уровень которых за 8-ми часовой рабочий день изменяется во времени не более, чем на 5 дБА и непостоянные - более, чем на 5 дБА, а последние подразделяются на колеблющиеся, прерывистые и импульсные.

4.1 Единицы измерения шума

Шум характеризуется следующими основными показателями:

1. Звуковое давление (Р) - разность между мгновенным значением полного давления и средним статистическим давлением, существующим в среде при отсутствии звукового поля, Па.

2. Интенсивность или сила звука (I) - количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу поверхности, Вт/м². Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:

I = Рv = P²/rC, (4.1)

где r - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, кг/м³;

v - вектор скорости колебания частиц, м/с;

С - скорость распространения звука в данной среде (для воздуха С » 344 м/с при нормальных условиях).

Произведение rC зависит только от физических свойств среды и называется акустическим сопротивлением.

3. Звуковая мощность (W) - количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Определяется потоком интенсивности звука через замкнутую поверхность площадью S, окружающую этот источник, Вт;

W = _о ^S IdS. (4.2)

При этом средняя интенсивность звука определяется выражением:

I_ср = W/4r², (4.3)

где r - расстояние от источника (радиус рассматриваемой сферы).

Область слышимых человеком звуков ограничена двумя пороговыми величинами: нижняя - порог слышимости и верхняя - порог болевого ощущения (см. прил.,табл.4.1).

Действие шума на слух человека пропорционально не абсолютным параметрам звуковых волн, а логарифмам отношения этих величин к порогу слышимости, называемых уровнями величин и измеряемых в децибелах (дБ):

- уровень звукового давления L_p = 20 lg P / P_o; (4.4)

- уровень интенсивности звука L_I = 10 lg I / I_o; (4.5)

- уровень звуковой мощности L_W= 10lg W/W_o. (4.6)

Суммарный уровень звукового давления, создаваемый несколькими источниками звука с одинаковым уровнем звукового давления рассчитывают по формуле:

L = L_i + 10 lg n , (4.7)

где n - число источников шума с одинаковым уровнем звукового давления L_i.

Суммарный уровень звукового давления нескольких различных источников звука определяется выражением:

_n

L = 10 lg (S 10^{0,1 Li} ). (4.8) ⁱ⁼¹

4.2 Нормирование шума

Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83 [17] и Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [18]. Для нормирования постоянных шумом применяют предельно допустимые уровни звукового давления на девяти октавных полосах частот 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц в зависимости от вида производственной деятельности. Октава - это полоса частот, в которой верхняя граничная частота (f₁) больше нижней (f₂) в 2 раза, а в целом октава характеризуется среднегеометрической частотой: f_ср = f₁f₂.

Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера, на временной характеристике «медленно», с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является интегральный показатель - эквивалентный (по энергии) уровень шума в дБА, определяемый в соответствии с приложением (см. прил., табл. 4.2, ГОСТ 12.1.003-83 [17]).

Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах устанавливают с учетом тяжести и напряженности трудового процесса, отражающих соответственно физическую нагрузку на организм человека, с учетом вида нагрузки и интенсивность умственного труда по получению и переработке информации. Количественную оценку тяжести и напряженности трудового процесса следует проводить в соответствии с Руководством Р 2.2.755-99 [9]

Важным шагом в борьбе с шумом является введение требований по ограничению шумовых характеристик машин при их изготовлении (техническое нормирование шума). Методика определения шумовых характеристик оборудования приводится в ГОСТ 12.1.028-80 [19].

4.3 Способы снижения уровня шума

Для снижения уровня шума в производственных помещениях применяют следующие методы:

уменьшение уровня шума в источнике его возникновения;

акустическая обработка помещения;

устройство кожухов, экранов, выгородок, кабин и т.п.;

установка глушителей шума;

рациональное размещение оборудования;

применение средств коллективной и индивидуальной защиты (ГОСТ 12.1.029-80 [19]).

4.3.1 Звукоотражение, звукоизоляция и звукопоглощение

Для снижения шума различными методами (укрытие, экраны, акустическая обработка) используют материалы, обладающие звукоотражающими, звукопоглощающими и звукоизолирующими свойствами.

Звукоотражение - способность материалов отражать падающую на них звуковую энергию, оцениваемая коэффициентом отражения -, который равен отношению отраженной звуковой энергии к падающей. Хорошей звукоотражающей способностью обладают плотные гладкие материалы: металлические листы, текстолит, стекло, гладкие стены и т.п. Наиболее хорошими отражающими свойствами обладают стены отделанные мрамором, коэффициент звукоотражения которых 0,9 (мрамор называют акустическим зеркалом).

Звукопоглощение происходит путем перехода энергии звуковых колебаний главным образом в тепловую энергию за счет потерь на трение в пористом материале облицовки или поглотителя. Звукопоглощающие материалы подразделяют на 4 класса:

1) волокнисто-пористые - войлок, вата, акустическая штукатурка, стекловолокно, пенополиуретан и др.;

2) мембранные - ПВХ, ПП и др. полимерные пленки, тонкие листы фанеры или металла на обрешетке и т.п.;

резонансные - специальные конструкции, основанные на акустических свойствах резонаторов;

комбинированные из первых 3-х.

Звукопоглощающие материалы характеризуются коэффициентом звукопоглощения , равным отношению звуковой энергии, поглощенной материалом, к энергии, падающей на него. Звукопоглощающие материалы должны иметь 0,2.

Эффект снижения шума (дБ) за счет применения пористой звукопоглощающей облицовки можно оценить по формуле:

L (дБ) = 10lg (В₂/В₁), (4.9)

где В₁ и В₂ - постоянные помещения до и после проведения акустической обработки;

В = А/(1- _ср), (4.10)

где А = _i S_i - эквивалентная площадь звукопоглощения;

_i и S_i - коэффициент звукопоглощения облицовки и соответствующая ему поверхность;

_ср - средневзвешенный коэффициент поглощения:

_n

_ср = _iS_i/S_пов, (4.11)

ⁱ⁼¹

где S_пов - общая площадь поверхностей помещения.

Звукоизоляция - это способность конструкции не пропускать звуковую энергию за ее пределы. Звукоизоляция может осуществляться за счет использования как звукоотражающих, так и звукопоглощающих материалов. Для звукоотражающих материалов (кожухи, экраны, кабины и т.п., выполняемые из бетона, кирпича, стали, сплавов, пластмасс и т.д.) звукоизолирующая способность ограждений оценивается по уровню ослабления звуковой энергии, и для однослойной перегородки может быть определена по формуле:

L (дБ) = 20lg (m_of) - 47,5; (4.12)

где m_o - масса 1 м² перегородки, кг/м²;

f - частота звука, Гц.

При распространении шума внутри рабочего помещения уровень (эквивалентный уровень) звука в децибелах на шкале «А» шумомера (дБА) или уровни звукового давления на среднегеометрических частотах октавных полос в децибелах (дБ) на рабочем месте, находящемся на расстоянии (r, м) от источника шума, можно рассчитать по формуле:

L = L'+10lg10lg20lgr, (4.13)

где L'- уровень звука (эквивалентные уровни звука) или уровни звукового давления на среднегеометрических частотах октавных полос источника шума, дБА (дБ);

- фактор направленности, если сведений о направленности шума нет, тогда =1;

- пространственный угол излучения звука, стерад. Если расстояние от источника шума до рабочего места больше максимального размера источника, то он считается точечным, и тогда = 2.

4.4 Измерение уровня шума

Измерение уровня шума на рабочих местах предприятий и учреждений производится по ГОСТ 20445-75 [20].

Устанавливаются следующие измеряемые величины в зависимости от временных характеристик шума:

- уровни звукового давления на среднегеометрических частотах октавных полос 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, в децибелах (дБ) для постоянного шума;

- уровень звука, в децибелах на шкале «А» шумомера (дБА), для постоянного шума;

- эквивалентный уровень звука, в децибелах на шкале «А» шумомера (дБА), для колеблющегося во времени шума, а также для тонального и импульсного.

Результаты измерений должны характеризовать шумовое воздействие за время рабочей смены. Поэтому измерение шума производится при работе не менее 2/3 установленного технологического оборудования не менее трех раз за смену.

Во время проведения измерений должно быть включено оборудование и вспомогательное оборудование: системы вентиляции и кондиционирования воздуха и другие устройства, являющиеся источниками шума.

При измерении шума измерительные приборы не должны подвергаться воздействию вибрации, магнитных и электрических полей и других неблагоприятных факторов, влияющих на результаты измерений.

При измерении уровней звука с целью аттестации рабочих мест шумоизмерительная аппаратура должна быть 1 или 2-го класса точности и иметь свидетельство о государственной поверке.

Микрофон следует располагать на высоте 1,5 м над уровнем пола или рабочей площадки (если работа выполняется стоя) или на высоте уха человека, подвергающегося воздействию шума (если работа выполняется сидя). Микрофон должен быть ориентирован в направлении максимального уровня звука и удален не менее, чем на 0,5 м, от оператора, проводящего измерения. Для оценки шума на рабочих местах измерения следует проводить в точках, соответствующих установленным в данном производстве. Для оценки шума на непостоянных рабочих местах, измерения следует проводить в рабочей зоне в точках наиболее частого пребывания работающего.

При проведении измерений уровней постоянного шума на среднегеометрических частотах октавных полос (спектр шума) переключатель временной характеристики прибора устанавливают в положение "медленно", а переключатель частотной характеристики шумомера устанавливают в положение “фильтр”. Значения уровней принимают по средним показателям при колебании стрелки прибора. Значения уровней звука и звукового давления устанавливают с точностью до одного децибела. Измерения уровней звука постоянного шума должны быть проведены в каждой точке не менее трех раз.

При проведении измерений уровней постоянного шума в дБА, переклю- чатель частотной характеристики прибора устанавливают в положение "А".

При проведении измерений эквивалентных уровней звука колеблющегося во времени, для определения эквивалентного (по энергии) уровня звука, переключатель временной характеристики прибора устанавливают в положение "медленно" при положении переключателя частотной характеристики в положении “А”.

Задания и порядок выполнения работы

Задание №1. Провести инвентаризацию источников шума в рабочем помещении. Измерить уровень шума на постоянных рабочих местах (по заданию преподавателя) и установить класс условий труда по степени превышения предельно допустимого уровня (ПДУ).

Порядок выполнения работы

Выявить оборудование, являющееся источником шума в помещении, указанном преподавателем.

Начертить план помещения с учетом масштаба и указать на нем расположение источников шума, а также контрольные точки, где предполагается измерять шум (не менее 5 точек), указав расстояние от контрольной точки (рабочего места) до источников шума.

Изучить работу шумомера по описанию к прибору и включить его в сеть.

Включить один из источников шума и измерить уровень звука, который создает этот источник: непосредственно у источника и в контрольных точках (не менее 5 замеров) на характеристике "А" шумомера.

Включить другой источник и повторить измерения в тех же точках.

Включить одновременно оба источника и провести измерения на тех же рабочих местах (источников шума может быть более двух, в этом случае аналогично проводят измерения и остальных источников).

Найти по ГОСТ 12.1.003-83 [17] (см. прил., табл.4.6) допустимые уровни звука и сравнить с измеренными значениями. Оценить степень опасности действия шума.

Провести расчет суммарного уровня звука по данным для одиночных источников по формулам (4.8) и(или) (4.9), а также расчет уровня звука на рабочих местах, удаленных от источников шума на расстояние r по формуле (4.10).

Расчетные данные сравнить с экспериментальными и сделать соответствующие выводы.

10. По результатам измерений по Руководству Р 2.2.755-99 [9] (см. прил., табл.4.7) установить класс условий труда людей, вынужденных работать при найденном уровне шума.

Задание № 2. Провести инвентаризацию источников шума в помещении. Измерить уровень шума на постоянных рабочих местах (по заданию преподавателя) и оценить эффективность мероприятий по его снижению.

Порядок выполнения работы

Выявить оборудование, являющееся источником шума в помещении, указанном преподавателем.

2. Начертить план помещения с учетом масштаба и указать на нем расположение источников шума, а также расчетные точки, где предполагается измерять шум (не менее 5 точек), указав расстояние от контрольной точки (рабочего места) до источников шума.

3. Изучить работу шумомера по описанию к прибору и включить его в сеть.

4. Включить один из источников шума и измерить уровень звукового давления, который создает этот источник в расчетных точках (не менее 5 замеров) на характеристике "А" шумомера.

5. Включить другой источник и повторить измерения в тех же точках.

6. Изолировать один из источников шума (по заданию преподавателя) звукоизолирующим кожухом и повторить измерения шума в тех же точках.

7. Изолировать другой источник шума защитным кожухом, оставив второй неизолированным и повторить измерения уровней шума в расчетных точках.

8. Изолировать оба источника и повторить измерения.

9. Установить, укрытие какого источника является более эффективным. Оценить эффективность использования укрытия всех источников.

10. Найти, на каких рабочих местах не удалось снизить уровень шума до допустимых значений (см. прил., табл.4.6) при укрытии защитным кожухом разных источников шума и всех одновременно.

11. Экспериментальные уровни звука в контрольных точках сравнить с расчетными по формулам (4.8-4.10) и сделать выводы.

12. Оценить степень улучшения условий труда при использовании звукопоглощающих кожухов (см. прил., табл.4.7).

Задание № 3. Установить класс вредности условий труда по степени превышения предельно допустимого уровня (ПДУ) звука на рабочих местах для разных категорий тяжести и напряженности трудового процесса (по заданию преподавателя).

Порядок выполнения работы

1. По частоте пульса и дыхания или по качественной характеристике (по заданию преподавателя) установить категорию тяжести и степень напряженности трудового процесса (см. прил. к Руководству Р 2.2.755-99 [9]) и дать характеристику рабочего места (стоя, сидя).

2. Нарисовать план помещения и указать место расположения источников шума и рабочих мест.

3. Изучить работу шумомера по описанию к прибору и включить его в сеть.

4. Включить источники шума и провести измерения уровня звука в децибелах на шкале «А» (дБА) шумомера на рабочих местах с учетом их характеристики (стоя, сидя).

5. Экспериментальные уровни звука в контрольных точках сравнить с расчетными по формулам (4.8-4.10) и сделать выводы.

6. Измеряя шум на различных расстояниях от источника, найти допустимое расстояние до рабочего места, на котором шум не превышает допустимых значений для работ данной категории степени тяжести и напряженности трудового процесса (см. прил. к Руководству Р 2.2.755-99 [9] и прил. к данным методическим указаниям, табл.4.3 и 4.7).

Задание № 4. Определить спектр шума, создаваемый генератором сигналов (модельный источник шума) в помещении, выполненном в виде камеры на среднегеометрических частотах 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Установить эффективность снижения шума на этих частотах с помощью звукоизолирующего экрана (вид звукоизолирующего материала задается преподавателем), установленного между источником шума и рабочим местом.

Порядок выполнения работы

1. Включить генератор сигналов и дать ему прогреться.

Изучить работу шумомера по описанию к прибору и включить его в сеть.

С помощью генератора сигналов подать через динамик в камеру звук со среднегеометрической частотой 31,5 Гц определенной интенсивности, которая регулируется соответствующим напряжением (задается преподавателем).

Настроить шумомер на ту же частоту, установив частотный переключатель в положение «фильтр». Измерить уровни звукового давления, переключая делители I и II таким образом, чтобы стрелка прибора отклонялась правее нуля.

Уровень звукового давления в децибелах (дБ) будет равен сумме показаний на делителе I и II и показаний стрелочного прибора (L_ис) (подробнее работу с шумомером смотри по руководству, прилагаемому к прибору).

Провести аналогичные измерения на других среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (по заданию преподавателя), соблюдая обязательное условие, чтобы частота на генераторе сигналов совпадала с частотой на шумомере.

7. Установить между источником шума (динамик) и рабочим местом (микрофон) звукоизолирующий экран и повторить измерения уровня шума на тех же частотах (L_зи).

8. Измерить площадь звукоизолирующего экрана и его вес. Рассчитать вес 1 м² данного материала.

9. Найти эффективность снижения шума (L_э) по формуле L_э=L_ис-L_зи.

10. По формуле (4.13) рассчитать эффективность снижения шума на этих же частотах (L_р).

11. Сравнить значения L_э и L_р. Установить, на каких частотах звукоизолирующий экран наиболее эффективен и на каких частотах L_э совпадает с L_р. Сделать вывод.

12. Построить график в координатах: уровень звукового давления - L (дБ) - среднегеометрическая частота (Гц), и нанести на него три кривые:

исходный шум;

шум при использовании звукоизолирующего экрана;

допустимый уровень шума из ГОСТ 12.1.003-83 [17] (см. прил. табл.4.6).

13. Оценить, на каких среднегеометрических частотах уровень шума снижается до ПДУ.

14. Результаты измерения и расчетные данные представить в виде таблиц (см. прил., табл. 4.4).

Задание № 5. Определить спектр шума, создаваемого генератором сигналов (модельный источник шума) в помещении, выполненном в виде камеры на среднегеометрических частотах 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Установить эффективность снижения шума на этих частотах с помощью звукопоглощающих пластин (вид звукопоглощающего материала задается преподавателем), установленных в рабочей камере.

Порядок выполнения работы

1. Включить генератор сигналов и дать ему прогреться.

2. Изучить работу шумомера по описанию к прибору и включить его в сеть.

3. С помощью генератора сигналов подать через динамик в камеру звук со среднегеометрической частотой 31,5 Гц определенной интенсивности, которая регулируется соответствующим напряжением (задается преподавателем).

4. Настроить шумомер на ту же частоту, установив частотный переключатель в положение «фильтр». Измерить уровни звукового давления, переключая делители I и II таким образом, чтобы стрелка прибора отклонялась правее нуля.

5. Уровень звукового давления в децибелах (дБ) будет равен сумме показаний на делителе I и II и показаний стрелочного прибора (L_ис) (подробнее работу с шумомером смотри по руководству, прилагаемому к прибору).

6. Провести аналогичные измерения на других среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (по заданию преподавателя), соблюдая обязательное условие, чтобы частота на генераторе сигналов совпадала с частотой на шумомере.

7. Установить звукопоглощающие пластины в рабочей камере (их расположение в камере задается преподавателем) и повторить измерения шума на тех же частотах.

8. Измерить площадь звукопоглощающих пластин и стен камеры, не закрытых звукопоглощающим материалом.

9. Найти эффективность снижения шума (L_э) по формуле L_э=L_ис-L_зп.

10. По формулам (4.144.16) рассчитать эффективность снижения шума на этих же частотах (L_р), используя данные табл.4.2.

11. Сравнить значения L_э и L_р. Установить, на каких частотах звукопоглощающие облицовки наиболее эффективны и на каких частотах L_э совпадает с L_р. Сделать вывод.

12. Построить график в координатах: уровень звукового давления - L (дБ) - среднегеометрическая частота, Гц, и нанести на него три кривые:

исходный шум;

шум при использовании звукопоглощающих пластин;

допустимый уровень шума из ГОСТ 12.1.003-83 [17] (см. прил., табл.4.6).

13. Оценить, на каких среднегеометрических частотах уровень шума снижается до ПДУ.

14. Результаты измерения и расчетные данные представить в виде таблиц (см. прил., табл.4.5).

Задание № 6. Измерить спектр шума, создаваемый модельным источником (генератор сигналов) в рабочем помещении (камера) и установить сочетанием каких средств защиты можно снизить шум до допустимого уровня.

Порядок выполнения работы

Включить источник и измеритель шума и генератор сигналов для прогрева.

Изучить порядок измерения уровня шума с помощью шумомера ВШВ-003.

3. Измерить уровни звукового давления на на среднегеометрических частотах октавных полос 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц при отсутствии средств снижения шума в рабочем помещении (исходный сигнал).

4. По ГОСТ 12.1.003-83 [17] (см. прил., табл.4.6) найти допустимые уровни звукового давления на этих же частотах с учетом характера работ и производственного помещения (по заданию преподавателя).

5. Путем установки в помещении (камере) звукоотражающих экранов и звукопоглощающих пластин добиться снижения исходного шума до допустимого уровня на каждой частоте. Записать, какими средствами и при каком их расположении удалось снизить уровни шума до допустимых значений.

6. Установить, на каких частотах не удалось достичь желаемых результатов. Объяснить причину.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Понятие о производственном шуме и классификация шумов по различным признакам.

Воздействие шума на организм человека. Субъективное восприятие шума человеком.

Основные абсолютные и относительные характеристики шума.

Нормирование шума на рабочих местах.

Техническое нормирование шума.

Оценка уровня шума на рабочих местах.

Методы борьбы с производственным шумом.

Оценка эффективности использования звукоизолирующих, звукопоглощающих и звукоотражающих материалов.

Установление класса вредности условий труда по степени превышения предельно допустимого уровня (ПДУ) акустических показателей.

Средства коллективной и индивидуальной защиты работающих от шума.

ПРИЛОЖЕНИЕ

к разделу «Изучение методов защиты от производственного шума»

Таблица 4.1

Характеристика слуха человека на частоте 1000 Гц

Параметры	Порог слышимости (min)	Порог болевого ощущения (max)
Р, Па	210-5	2102
I, Вт/м2	10-12	102
W, Вт	10-12 (S = 1м2)	102 (S = 1м2)
v, м/с	510-3	0,5

Таблица 4.2

Коэффициенты звукопоглощения различных материалов

Наименование материала	Среднегеометрическая частота, Гц
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Фанера	-	-	-	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
Текстолит	-	-	-	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
Поролон	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1	1
Пенополиуретан	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1	1	1	1

Таблица 4.3.

Предельно-допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности, дБА (СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [18])

Категории напряженности трудового процесса	Категории тяжести трудового процесса
	легкая физическая нагрузка	средняя физическая нагрузка	тяжелый труд I степени	тяжелый труд 2 степени	тяжелый труд 3 степени
Напряженность легкой степени	80	80	75	75	75
Напряженность средней степени	70	70	65	65	65
Напряженный труд I степени	60	60	-	-	-
Напряженный труд 2 степени	50	50	-	-	-

Таблица 4.4

Результаты измерений и расчетов эффективности звукоизоляции

Вид измерения	Уровень звукового давления, дБ, на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Исходный сигнал, Lис, дБ
Сигнал при наличии звукоизолирующего ограждения, Lзо, дБ
Уровень ослабления звука, Lэ=Lис-Lзо
Расчетное значение уровня ослабления звука при наличии звукоизолирующего ограждения, Lр.

Таблица 4.5

Результаты измерений и расчетов эффективности звукопоглощения

Вид измерения	Уровень звукового давления, дБ, на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Исходный сигнал, Lис, дБ
Сигнал при наличии звукопоглощающего ограждения, Lзп, дБ
Уровень ослабления звука, Lэ=Lис-Lзп
Расчетное значение уровня ослабления звука при наличии звукопоглощающего ограждения, Lр.

Таблица 4.6.

Допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные уровни звука на рабочих местах по ГОСТ 12.1.003-83 (извлечение).

Рабочие места	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Помещения конструкторских бюро, расчетчиков, программистов вычислительных машин, лабораторий для теоретических работ	86	71	61	54	49	45	42	40	38	50
Помещения управления, рабочие комнаты	93	79	70	68	58	55	52	50	49	60
Кабинеты наблюдений и дистанционного управления: без речевой связи по телефону, с речевой связью по телефону	103 96	94 83	87 74	82 68	78 63	75 60	73 57	71 55	70 54	80 65
Помещения и участки точной сборки	96	83	74	68	63	60	57	55	54	65
Помещения лабораторий для проведения экспериментальных работ, для размещения шумных агрегатов, вычислительных машин	107	94	87	82	78	75	73	71	70	80
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий	110	99	92	86	83	80	78	76	74	85

Таблица 4.7.

Классы условий труда в зависимости от уровней шума.

Название фактора, показатель, единицы измерения	Классы условий труда
	допусти-мый	вредный	опасный (экстрем.)
	2	3.1	3.2	3.3	3.4	4
	Превышение ПДУ до …
ШУМ Эквивалентный уровень звука, дБА	ПДУ	5	15	25	35	35

5. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Цель работы: освоение методов оценки степени взрывопожароопасности веществ и материалов, зон и помещений для обеспечения пожарной безопасности при использовании горючих веществ.

5.1 Основные показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов

Пожар - неуправляемый процесс горения, приводящий к большим материальным убыткам и часто к человеческим жертвам. Основа пожара - процесс горения, под которым понимают быстро протекающую химическую реакцию (обычно окислительную), сопровождающуюся выделением тепла и излучением света. Все вещества и материалы по склонности к горению делятся на три группы: негорючие (не тлеют и не обугливаются при наличии мощного источника зажигания), трудно горючие (тлеют и обугливаются только в присутствии мощного источника зажигания) и горючие (способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания). В дальнейшем речь пойдет только о горючих веществах и материалах, которые, в свою очередь, обладают разной способностью к горению. Одни горят плохо (глицерин, минеральные масла и др.), другие - со взрывом (водород, сероуглерод и др.). Склонность веществ к горению зависит от природы горючего вещества, агрегатного состояния, наличия примесей, температуры и давления окружающей среды и т.п. По скорости распространения пламени горение может быть дефлаграционным (простым), когда скорость распространения пламени (U) невелика - U 10 м/с; взрывным - 10 U 100 м/с и детонационным U 100 м/с. Лимитирующей стадией дефлаграционного горения является скорость диффузии окислителя в зону горения, поэтому его называют диффузионным. Лимитирующей стадией взрывного и детонационного горения является скорость химической реакции окисления, и эти виды горения относятся к кинетическому горению. Продуктами полного сгорания являются высшие окислы - диоксид углерода, пары воды, диоксиды серы и азота и др. Продуктами неполного сгорания являются монооксид углерода (угарный газ), альдегиды, кетоны, которые обладают как взрывоопасными, так, в значительной степени, и токсичными свойствами.

Степень взрывопожароопасности веществ и материалов оценивается совокупностью количественных показателей [21,22], среди которых приоритетными являются, температура вспышки (t_всп), температура воспламенения (t_восп.), температура самовоспламенения (t_св), нижний (_н) и верхний (_в) концентрационные пределы распространения пламени и безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) и др.

Температура вспышки (t_всп) - это самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. Жидкости по температуре вспышки делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с t_всп 61^оС и горючие жидкости (ГЖ) с t_всп 61^оС. ЛВЖ при обычных условиях взрывопожароопасны, ГЖ - пожароопасны. По степени взрывопожароопасности ЛВЖ, в свою очередь, делятся:

на особоопасные с t_всп. -18^оС;

постоянно опасные с -18 t_всп. 23^оС;

опасные при повышенной температуре с 23 t_всп. 61^оС.

Температура воспламенения (t_восп.) - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Важным показателей, характеризующим степень пожарной опасности жидкостей, является t:

t = t_восп - t_всп. (5.1)

Для ЛВЖ t 58^оС, для ГЖ t 10100^оС. Чем меньше t, тем опаснее жидкость.

Степень опасности газо-, паро- и пылевоздушных смесей с окислителем можно оценить по показателям - нижнему (_н) и верхнему (_в) концентрационным пределам распространения пламени. Для газо- и паровоздушных смесей эти пределы измеряются в объемных процентах, а для пылевоздушных смесей в г/м³, причем в последнем случае используют только _н.

Нижний (_н) и верхний (_в) концентрационные пределы распространения пламени - это соответственно минимальная и максимальная концентрация горючего вещества в смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Область концентраций между _н и _в называется диапазоном воспламенения. Чем ниже _н и шире диапазон воспламенения, тем опаснее вещество. Все смеси горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом - взрывопожароопасны. Пылевоздушные смеси (аэрозоли) взрывопожароопасны, если _н 65 г/м³, причем аэрозоли с _н 15 г/м³ - особовзрывоопасны, а с 15 _н 65 г/м³ - взрывоопасны. Пыли с _н 65 г/м³ - пожароопасны.

Температура самовоспламенения (t_св.) - это самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Температура самовоспламенения характеризует степень пожароопасности горючих веществ в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и пылеобразном (в виде аэрозоля и в виде аэрогеля - осевшая пыль). Чем меньше t_св., тем опаснее вещество. В зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом подразделяются на шесть групп, приведенных в табл.5.1. Аналогично устанавливаются температурные классы взрывозащищенного электроборудования по ПУЭ [23], имеющие те же обозначения (см. табл.5.2).

На основании температуры самовоспламенения устанавливают безопасную максимально допустимую температуру нагрева горючего вещества, а также технологического оборудования и трубопроводов, содержащих горючие смеси:

t_без = t_св К_бэ^-1, (5.2)

где К_бэ - коэффициент безопасной эксплуатации взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, значения которого можно найти в литературе [24].

Таблица 5.1

Группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом

Группа	Температура самовоспламенения, оС	Группа	Температура самовоспламенения, оС
Т1	Выше 450	Т4	Выше 135 до 200
Т2	Выше 300 до 450	Т5	Выше 100 до 135
Т3	Выше 200 до 300	Т6	Выше 80 до 100

На основании t_св. устанавливают предельные температуры нагрева поверхности взрывозащищенного электрооборудования, приведенные в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Температурные классы и предельные температуры нагрева взрывозащищенного электрооборудования

Температурный класс	Предельная температура, оС	Температурный класс	Предельная температура, оС
Т1	450	Т4	135
Т2	300	Т5	100
Т3	200	Т6	80

БЭМЗ - это максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе. БЭМЗ измеряют в миллиметрах. Все смеси горючего вещества с окислителем по величине БЭМЗ делятся на категории, приведенные в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Категории взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом

Категория смеси	Наименование смеси	БЭМЗ, мм
I	Рудничный метан	Более 1,0
II	Промышленные газы и пары:	-
IIА	Смеси повышенной опасности	Более 0,9
IIВ	Смеси постоянно опасные	Более 0,5 до 0,9
IIС	Особо опасные смеси	До 0,5

Все перечисленные выше показатели зависят от природы горючего вещества, параметров окружающей среды (температуры, давления) и степени чистоты горючего вещества. Существуют следующие способы их определения:

по справочным данным (только для индивидуальных веществ при стандартных условиях: Р = 1 атм, t = 25^оС) [22].

экспериментальным методом.

расчетным путем.

Некоторые расчетные методы показателей взрывопожароопасности веществ, взятые из литературы [21, 25], приведены ниже.

5.2 Расчет температуры вспышки

Температуру вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле можно рассчитать по формуле:

_n

t_всп = а_о + а₁Т_кип. + a_jl_j, (5.3)

^j=2

где а_о - размерный коэффициент, равный 74^оС;

а₁ - безразмерный коэффициент, равный +0,409;

Т_кип - температура кипения вещества, ^оС [22];

a_j - эмпирический коэффициент для различных структурных групп, приведенный в табл.5.4;

l_j - число структурных групп вида j в молекуле.

Для определения a_j и l_j необходимо рассмотреть структурную формулу горючего вещества и найти в ней наличие структурных групп, приведенных в табл.5.4, и количество каждого вида структурных групп.

Таблица 5.4

Значения эмпирических коэффициентов для расчета температуры вспышки

Вид структурной группы	aj, оС	Вид структурной группы	aj, оС
С-С	3,63	C=О	25,36
С-Н	0,35	NН	18,15
С-О	4,62	ОН	44,29
С=С	4,18	С….С (аром.)	6,48
С-N	7,03	СBr	19,40
С-Cl	15,11	CF	3,33

Средняя квадратичная погрешность расчета этим методом составляет 10^оС.

5.3 Расчет температуры воспламенения

Температуру воспламенения веществ, имеющих структурные группы, приведенные в табл. 5.5, можно рассчитать по формуле (5.3). Коэффициенты а_о и а₁ составляют соответственно 47,787^оС и +0,8818;

a_j - эмпирический коэффициент для различных структурных групп, значения которых приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Эмпирические коэффициенты для расчета температуры воспламенения

Вид структурной группы	aj, оС	Вид структурной группы	aj, оС
С-С	0,027	C=О	0,826
С-Н	2,118	NН	0,261
С-О	0,111	ОН	8,216
С=С	8,980	С….С (аром.)	2,069
С-N	5,876

Средняя квадратичная погрешность расчета этим методом составляет 2^оС.

5.4 Расчет температуры самовоспламенения

Выбор метода расчета температуры самовоспламенения зависит от природы горючего вещества.

Для парафиновых углеводородов установлена зависимость температуры самовоспламенения (t_св.) от средней длины углеродной цепочки алканов - l_ц, которая вычисляется по формуле:

l_ц = 2 {g_i n_i/[z(z-1)]}, (5.4)

ⁱ

где i - число углеродных цепочек, начинающихся и оканчивающихся группой СН₃;

g_i - число возможных цепочек, содержащих n_i атомов углерода;

n_i - число атомов углерода в молекуле;

z - число групп СН₃ в молекуле.

(например: гептан - СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃, i = 1, g_i = 1, n_i = 7, z=2,).

В табл. 5.6 приведены значения t_св. в зависимости отl_ц.

Таблица 5.6

Зависимость температуры самовоспламенения парафиновых углеводородов от средней длины углеродной цепочки

lц	tсв., оС	lц	tсв., оС	lц	tсв., оС	lц	tсв., оС
1,0	530	4,6	358	6,6	227	8,6	211
2,0	516	4,8	328	6,8	225	8,8	210
3,0	474	5,0	287	7,0	223	9,0	209
3,2	460	5,2	262	7,2	221	9,19,3	208
3,4	450	5,4	249	7,4	220	9,49,7	207
3,6	439	5,6	240	7,6	218	9,810,3	206
3,8	426	5,8	236	7,8	216	10,411,5	205
4,0	413	6,0	234	8,0	215	11,613,4	204
4,2	400	6,2	231	8,2	213	13,514,9	203
4,4	381	6,4	229	8,4	212	16,0	202

Температуру самовоспламенения представителей отдельных классов органических соединений можно рассчитать методом сравнительного расчета, исходя из t_св. соответствующих им алканов (например: этан - этанол - уксусная кислота) по следующему соотношению:

t_св. = аt_св^алк. + b, (5.5)

где а, b - эмпирические коэффициенты (см. табл.5.7);

t_св^алк. - температура самовоспламенения соответствующего алкана, рассчитанная по формуле (5.4) и выбранная по табл.5.6.

Таблица 5.7

Эмпирические коэффициенты к расчету температуры самовоспламенения

Соединения	а	b	Погрешность расчета, оС
Спирты	0,6796	121,2	28,0
Соединения с группами NH2-	0,4722	170,4	19,8
Ароматические соединения	0,6412	252,9	15,0
Формиаты	0,7719	81,5	19,2
Ацетаты	0,7909	52,0	15,0
Пропионаты	0,7158	91,3	10,0
Кислоты	0,7556	86,0	17,0
Прочие соединения с одной группой -СОО	0,8439	46,4	19,0

5.5 Расчет концентрационных пределов распространения пламени

1. Расчет концентрационных пределов распространения пламени аппроксимационным методом [25] проводят по формуле:

= 100 / (аb + в), (5.6)

где j - нижний или верхний концентрационный предел распространения пламени, об.%;

b - стехиометрический коэффициент кислорода, равный числу молей кислорода, приходящихся на 1 моль горючего вещества при его полном сгорании;

а, в - универсальные константы :

для нижнего предела а = 8,684; в = 4,679;

для верхнего предела при b Ј 7,5 а = 1,559; в = 0,560

при b > 7,5 а = 0,768; в = 6,554.

Величину b определяют по уравнению реакции или по формуле:

b = m_c + m_s + 0,25 (m_H - m_x) + 0,5 m_o + 2,5 m_p , (5.7)

где m_c, m_s, m_H, m_x, m_o, m_p - число атомов соответственно углерода, серы, водорода, галогена, кислорода и фосфора в молекуле горючего вещества.

Погрешность расчета по аппроксимационному методу составляет: при вычислении нижнего предела 12 %, при вычислении верхнего предела 12 % при b Ј 7,5 и 40 % при b > 7,5.

При проведении процесса с горючим веществом при параметрах окружающей среды, отличных от стандартных условий (t = 25^оС, Р = 760 мм рт.ст.), нижний (верхний) пределы рассчитывают по формулам:

j_н^t = j_н²⁵ [1 - (t - 25) /1250], (5.8)

j_в^t = j_в²⁵ [1 + (t - 25) /800]. (5.9)

Повышение давления (Р) по отношению к атмосферному сказывается в основном на величине верхнего концентрационного предела, который рассчитывается по формуле:

_{3 3}

j_в^Р = (100 j_в^атм Ц Р ) / (100 - j_в^атм + j_в^атм Ц Р), (5.10)

где j_в^Р и j_в^атм - верхние концентрационные пределы при давлении Р и нормальном атмосферном, соответственно, атм.

2. Расчет концентрационных пределов распространения пламени методом, принятым ГОСТом 12.1.044-89 [21].

2.1. Расчет нижнего предела распространения пламени индивидуальных веществ в объемных процентах при температуре 25^оС:

_н = 1100/h_sm_s , (5.11)

где h_s - коэффициент s группы, влияющей на нижний предел распространения пламени, значения которых привед...