Основные теоретические сведения. по дисциплине «Охрана труда»

Лабораторная работа № 9

по дисциплине «Охрана труда»

Исследование и расчёт производственных шумов в помещениях

Преподаватель

Студент

Специальность

Группа

Алматы 2008

Цель работы

Измерить уровень звука и уровни звукового давления в октавных полосах частот в зоне прямого и отраженного звукового поля (на сфере граничного радиуса) источника шума.

Определить уровень звуковой мощности источника шума по уровню звука и уровням звукового давления в октавных полосах частот.

Рассчитать уровень звука и уровни звукового давления в зоне отраженного поля на одном из рабочих мест помещения.

Сопоставить расчетные данные с нормативами, сделать выводы и дать предложения.

Введение

Шум - случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты, мешающий, нежелательный звук.

Шум - один из наиболее распространенных неблагоприятных физических факторов окружающей среды и производственных факторов, приобретающих важное социально-гигиеническое значение, в связи с урбанизацией, а также механизацией и автоматизацией технологических процессов, дальнейшим развитием дизелестроения, реактивной авиации, транспорта.

Проблема борьбы с шумом не нова. С ним боролись и в Древней Греции, Риме в средние века и в новое время. Издавались законодательства, акты - например, императрица Екатерина II запретила подачу звуковых сигналов в ночное время.

В наше время шум преследует человека так настойчиво, как никогда ранее. Звуковая энергия возникает всюду и естественно создается искусственным путем и всюду проникает. Звуковые волны часто хаотически перекрещиваются, достигают значительной силы и обрушиваются на человека с навязчивым постоянством - тогда мы жалуемся на шум.

Тугоухость - это не самое опасное и не единственное. Гастрит, язва желудка и двенадцатиперстной кишки чаще встречаются у людей, работающих в шумной обстановке. Шум стимулирует развитие сердечно-сосудистых заболеваний, вызывает психические расстройства, может способствовать образованию злокачественных опухолей. Он истощает нервную систему, понижает общую сопротивляемость организма. В шумной обстановке нервная энергия человека расходуется на преодоление стрессовых воздействий на организм, что неизбежно влечет за собой снижение производительности труда. Ясно, поэтому, что борьба с шумом в настоящее время - это жизненная необходимость.

Основные теоретические сведения

Шум - совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени.

Сильный шум в условиях производства значительно снижает производительность труда и может явиться причиной несчастного случая.

С физической точки зрения шум представляет собой беспорядочное сочетание различных по частоте и силе звуков, а с физиологической - звуковой процесс, который в большей или меньшей степени неприятен человеку.

Шум акустический - негармоничный звук, отличающийся сложной временной структурой и специфическим свойством воздействия на организм. По природе возникновения различают: 1) Механический шум - вызываемый вибрацией твердых тел. Механический шум создаются работающими машинами и механизмами. 2) Аэро- и гидродинамический шум образуется при движении газа, пара или жидкости в результате пульсаций давления, вызываемых турбулентностью перемешивающихся потоков, движущихся с разными скоростями в свободных струях. Например, в струе реактивного двигателя, и турбулентностью потока у границ обтекаемого тела. Пульсации давления, а вместе с ними шум от неоднородности потока и шум вращения возникают в машинах с вращающимися рабочими колесами (вентиляторы, турбины, гребные винты). 3) Термический шум возникает из-за турбулизации потока и флуктуации плотности газов в результате горения, а также вследствие мгновенного интенсивного выделения тепла, вызывающего мгновенные повышения давления, в результате взрыва или разряда. 4) Кавитационный шум, порождаемый звуковыми импульсами, возникающими при захлопывании пузырьков и полостей в жидкости, сопровождающих кавитацию акустическую.

Шум на производстве создается при работе технологического оборудования, топливных, устройств, электрических машин, в процессах горения и т.п.

С целью более детального описания различных шумов, их в акустике подразделяют на несколько видов.

Белый шум - шум, спектральная плотность которого не зависит от частоты в определенном диапазоне.

Розовый шум - шум, который обладает постоянной энергией в октавной полосе, т.е. каждая октавная полоса содержит такое количество звуковой энергии, которое обратно пропорционально частоте.

Непрерывный шум - шум, уровень которого остается неизменным в неопределенный или заданный период времени.

Переменный шум, уровень которого меняется с течением времени.

Случайный шум - шум,. Амплитуда или частота которого в данный момент не определены.

Широкополосный шум - шум, энергия которого, распределяется в широком диапазоне частот (более одной октавы).

Импульсный шум - шум, характеризующийся короткой, обычно менее 1 с, длительностью, очень высокой интенсивностью, резкостью возникновения, быстротой затухания и быстрым изменением спектрального состава.

Тональный шум - шум, иногда называемый поющим, шум, в котором преобладает некоторая частота, беспорядочно изменяющаяся во времени.

Опасный шум - шум, под действием которого у некоторой части населения возникает изменение порога слышимости.

Звуковые волны возникают всегда в том случае, когда в упругой среде имеет колеблющееся тело или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) приходят в колебательное движение под действием какой-либо возмущающей силы. Человек может слышать только те звуки, частота которых находится в пределах от 16 до 20 000 Гц (1 колебание в секунду). Колебания частотой менее 16 Гц называются инфразвуками, с частотой выше 20 000 Гц - ультразвуковыми. И те, и другие колебания ухом не воспринимаются, хотя при определенной интенсивности являются вредными для человека.

По развиваемым источникам звукового давления область воспринимаемых человеком звуков заключена между порогом слышимости и болевым порогом, которым на частоте 1000 Гц соответствуют звуковые давления 2х10-5 и 6х10-2 н/1. Границы, естественно, условны.

Кроме звукового давления, шум может быть охарактеризован интенсивностью, т.е. силой звука, или, как говорят в электротехнике, потоком звуковой мощности, и звуковой мощностью. Между этими величинами существует математическая связь:

где J - интенсивность звука, - звуковая мощность, S - площадь, воспринимающая звуковую энергию, Р - звуковое давление, - плотность среды, в которой распространяется звук, с - скорость звука в этой среде.

При действии источника звука происходит небольшое колебание давления в среде. Разность между мгновенным и значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звуковых волн, называется звуковым давлением. Величины, характеризующие шум, могут изменяться в очень широких пределах, с разницей в 1013 и более порядков. Поскольку оперировать многозначными числами неудобно, а также вследствие способности уха человека оценивать не абсолютное, а относительное изменение звукового давления, введено понятие уровня звукового давления (дБ), поэтому в акустика эти величины принято измерять в логарифмических единицах - белах, или в 10 раз меньших - децибелах. Уровни интенсивности звука, звуковой мощности и звукового давления выражаются следующим образом:

где - уровень величин интенсивности звука (Вт/м2), звуковой мощности (Вт), звукового давления (Па), J₀ = 10-12 Вт/м2, = 10-12 Вт и = 2х10-5 (Па) - соответствующие величины на пороге слышимости при частоте 1000 Гц.

Субъективное восприятие громкости звука человека, а также способность звука поглощаться материалами и проходить сквозь преграды зависят от частоты колебаний. Поэтому необходимо при акустических исследованиях и расчетах знание спектрального состава шума.

Шум, или любой акустический сигнал, можно разложить на элементарные синусоиды, однако практически такую работу выполнить немыслимо, да в этом и нет необходимости. Поэтому из широкополосного шума выделяют отдельные полосы частот с помощью анализатора спектра шума. Акустические фильтры этого прибора действуют подобно группе сит, выделяющих из какого-либо твердого материала различной крупности определенные фракции.

Стандартные октавные полосы частот - диапазоны частот, в которых наивысшая частота вдвое больше наинизшей, имеют следующие средне-геометрические частоты:
63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Исследования и расчеты необходимо выполнять в каждой из стандартных полос.
Звуковые волны, распространяющиеся от источника, образуют прямое звуковое поле. В помещениях обычного типа звуковые вол­ны, отражаясь от ограждений образуют поле отраженного звука, которое совместно с прямым создает акустический режим помещения. На некотором расстоянии от источника звука, где энергия прямого поля и отраженная, или реверберирующая энергия равны, образуется воображаемая поверхность, описываемая так называемым граничным радиусом. Площадь этой поверхности находят из равенства:

где - телесный угол в который излучается звук, стерадиан, - граничный радиус, м.
Если источник находится в пространстве, то звуковая энергия излучается в сферу и , стерадиан.
Когда излучение происходит в полусферу - (источник стоит на земле), то стерадиан.
Если источник размещен в двухгранном углу, то , если в трехгранном, то стерадиан.
У ненаправленных источников звука граничный радиус находят из уравнения:

где П₁₀₀₀ - постоянная помещения на частоте 1000 Гц, м².
Постоянная помещения – это одна из основных акустических характеристик замкнутого воздушного пространства. Она зависит от находившихся в помещении материалов и оборудования или, как говорят, от заглушенности комнаты, а также от объема воздуха в ней.

Значения постоянной помещения на среднегеометрической частоте 1000 Гц по СНиП II -12-77 приведены в таблице 1. Постоянная помещения, м², на среднегеометрической частоте 1000 Гц, в зависимости от объема помещения.

Таблица 1.

№	Описание помещения	Постоянная помещения
	С небольшим количеством людей (металлообратывающие цехи, вентиляционные камеры, генераторные, машинные залы, испытательные стенды…)	V/20
	С жесткой мебелью и большим количеством людей (лаборатории, ткацкие и деревообрабатывающие цехи, кабинеты...)	V/10
	С большим количеством людей и мягкой мебелью (рабочие помещения зданий, управлений, залы конструкторских бюро, аудитории, залы ресторанов, торговые залы магазинов ...)	V/6
	Помещения со звукоизолирующей облицовкой потолка и части стен.	V/1,5

Постоянную помещения в октавных полосах частот находят из равенства:

П = К^.П₁₀₀₀

где К – частотный множитель, определяемый из таблицы 2.

Таблица 2.

Объем помещения, м3	Частотный множитель в октавных полосах
До 200	0,8	0,75	0,7	0,8	1,0	1,4	1,8	2,5
От 200 до 1000	0,65	0,62	0,64	0,75	1,0	1,5	2,4	4,2
Более 1000	0,5	0,6	0,55	0,7	1,0	1,6

Октавные уровни звукового давления в расчетных точках помещения на рабочих местах, в которых один ненаправленный источник шума определяют по следующим формулам.

На сфере граничного радиуса:

В зоне прямого звука:

В зоне отраженного звука:

где: L - октавный уровень звукового давления, децибел; - октавный уровень звуковой мощности источника шума, децибел; - телесный угол, в который излучается шум, стерадиан; - радиус граничной сферы, м; - расстояние от акустического центра источника шума до расчетной точки, м; П - постоянная помещения в октавных полосах частот, м², - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, вычисляемый из выражения:

S_огр - площадь ограждающих помещение поверхностей.

Акустическим центром источника шума, расположенного на полу или стене, считают проекцию центра источника шума на горизонтальную или вертикальную плоскость.

Если в помещении находятся несколько источников шума, имеющих авную, или различаются менее чем на 7 Дб звуковую мощность, то суммарный уровень звукового давления определяют как:

L = L₀ + Lgn

Если источники различны, то производится энергетическое сложение уровней:

L = L₀ + ,

где: n - количество источников шума; - добавка к уровням звукового давления, дБ вычисляемая по формуле:

где L₀ - уровень звукового давления наиболее мощного источника шума, - разность уровней звукового давления между наибольшим и ближайшим к нему меньшим источником шума, дБ.

Например, источники шума создают уровни звукового давления равные 100, 98, 95, 92 дБ. Определяем первую разность уровней 100–98=2. Этой величине соответствует поправка равная 2 дБ. Прибавляем ее к наибольшему значению: 100+2=102 дБ. Следующая разность: 100 – 95 = 7 дБ, и поправка, равна 0,8 дБ. Общий уровень возрос до 102,8 дБ. Следующие поправки находить не имеет смысла, т.к. действия с децибелами выполняют в пределах их целых значе­ний. Т.о., в данном примере общий уровень звукового давления составляет 103 дБ.

Нормирование шума

Нормируемыми параметрами непрерывного шума являются уровни звукового давления в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

, дБА

Переменный шум нормируется эквивалентными по энергии уровнями звука. Уровень звука - это величина вычисляемая из равенства:

, дБА

где: Р_А - среднеквадратичное звуковое давление, Н/м₂,во всем диапазоне частот шума.

Уровень звука определяют с помощью шкалы "А" шумомеров при выключенном анализаторе спектра частот.

Нормируемыми параметрами импульсного шума являются эквивалентные по энергии уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 63, 125,250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, Гц.

Эквивалентные уровни звукового давления или звука по энергии определяют по выражению:

где: Т - период времени усреднения уровней, с; t_i – временной интервал, в течение которого уровень находится в заданных пределах.

Нормы на допустимые уровни шумов согласно ГОСТ 12.1.003-76 приведены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 Допустимые уровни звукового давления и уровни звука в производственных помещениях

Наименование	Уровни звукового давления (эквивалентные уровни звукового давления), дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами	Уровни звука (эквивалентные уровни звукового давления), дБА
Помещение для умственной работы (кабинеты, конструкторск. бюро, лаборат. для теоретичес. работ, здравпункты...)
Помещения конторского труда (пишущие машинки, руч. счетные машины, помещения для точной сборки, цех, администрации, лаб.помещения с источ. шума, помещения счетно-вычислительных машин…)
Рабочие места в производ. помещениях и на территории производ. предприятий

Таблица 4. Поправки к уровням звукового давления и уровням звука, приведенным в Таблице 3

Внешний фактор	Условия	Поправка в дБ или ДБА
Характер шума	Широкополосный
Тональный, импульсный	-5
Длительность воздействия звука	Суммарная за смену 4 - 8 час
1 - 4 час	+6
0,25 - 1 час	+12
б - 15 мин	+18
менее б мин	+24

Измерение шума

Измерений шумов производит для определения шумовых характеристик агрегатов и уровней звукового давления или звука на рабочих местах с целью установления необходимости разработки нужных защитных мероприятий.

Основной шумовой характеристикой агрегата согласно ГОСТ 8. 055.79 являются октавные уровни звуковой мощности.

Кроме того используют такие характеристики, как: октавные уровни звукового давления на опорных радиусах 1,3 и 10 м; октавные уровни звука на опорных радиусах 1,3 и 10 м; октавные уровни звукового давления и уровня звука на расстоянии 1 м от наружного контура агрегатов; характеристики направленности.

Расчетные точки при акустических измерениях шумовой обстановки согласно СНиП 11-12 - 77 выбирают внутри помещений, зданий и сооружений, а также на территориях, на рабочих местах или зоне постоянного пребывания людей на высоте 1,2-1,5 м от уровня пола, рабочей площадки или планировочной отметки территории.

Внутри помещений, в которых один или несколько источников шума с одинаковыми октавными уровнями звукового давления выбирает не менее двух точек: одну на рабочем месте, расположенном зоне отраженного, другую - на рабочем месте прямого звукового поля.

Если в помещении несколько источников шума, отличающихся друг от друга по октавным уровням звукового давления на рабочих местах более чем на 10 дБ, то в зоне прямого поля выбирают две точки: на рабочих местах у источников с наибольшими и наименьшими уровнями звукового давления.

Для проведения измерений шумов применяют следующие приборы. Шумомеры 1 или 2 класса точности по ГОСТ 17187-71 и полосовыми октавными или третьоктавными акустическими фильтрами.

Измерительные микрофоны I и II класса точности по ГОСТ 13761-68, применяющиеся вместе с анализатором спектра шумов по­лосовыми октавными или третьоктавными фильтрами, измерительным усилителем и измерительным прибором.

Измерительные низкочастотные усилители с диапазоном частот не уже 20-20000 Гц. Фильтры электрические октавные или третьоктавные по ГОСТ 17168-71. Измерительные приборы с рабочим диапазоном частот не уже 20-20000 Гц. Самописцы уровней с диапазоном частот но уже 20 - 20000 Гц.

Отечественная промышленность выпускала, совершенствует и выпускает ряд приборов для акустических измерений. Среди них наиболее распространены следующие:

Шумометрическая аппаратура выбирается в зависимости от задач исследования и определяется диапазонами измеряемых уровня и спектра шума, временной характеристикой, а также условиями измерений.

Аппаратура для измерения шума состоит из микрофона, преобразующего акустическую энергию в электрический сигнал, измерительного усилителя и фильтров для частотного анализа шума. В табл. 1.4 даны характеристики наиболее широко применяемых акустических приборов Таганрогского завода "Виброприбор", фирм "Брюль и Къер" (Дания), "Ларсон и Дэвис" (США).

Некоторые шумомеры снабжены набором отдельных октавных, третьоктавных или узкополосных фильтров. В других приборах они встроены в шумомер и представляют собой неотъемлемую часть прибора. Как правило, шумомеры имеют следующие динамические характеристики: "быстро" - для звуковых процессов продолжительностью больше 200 мс; "медленно" - для квазистационарных звуковых процессов

Таблица 4. Шумометрическне приборы

Марка	Частотные кривые	Динам-ический диапазон, дБ	Диапазон измеряемых среднегеометрических частот октавных и третьоктавных полос, Гц	Динам-ическая характе-ристика	Масса прибора, кг	Изгото-витель
ВШЗ-003	А, В, С, линейная	30-130	30 третьоктавных. 12 октавных полос (16 - 16х103)	"Быстро","медленно"		"Вибро-прибор"
ИШВ-1	То же	30-130	Октавные (16- 8 х103)	То же		То же
	А, С, линейная	20-140	Октавные (8-12,5х103)	"Быстро","медленно", "импульс"	0.5	"Брюль и Къер"
	А, С	25-140	-	"Быстро","медленно"	0.86	То же
	То же	17,5-140	Октавные (8-12,5 х103)	"Быстро","медленно"	0.4	"Ларсон и Дэвис"
2800 (частотный анализатор)	А, эквивалентная, линейная	10-200	Третьоктавные и октавные (1- 20 х103))	"Быстро", "медленно" "импульс", "пик"	3.4	То же

Постоянную помещения в октавных полосах частот находят из равенства:

Примечание. Для шумомера 2230 используется внешний фильтр 1624 или 1625.

и измерения звуковой энергии; "импульс" - для импульсных шумов и шумов продолжительностью от 1 до 200 мс. В последнее время произошли значительные улучшения в качестве выпускаемой акустической аппаратуры, которые позволили увеличить точность и количество одновременно анализируемых параметров, появилась возможность записывания полученной информации при существенном сокращении габаритных размеров и массы приборов, что делает их все более похожими на мини-ЭВМ.

Масса и размеры частотных анализаторов также уменьшились, что сделало их транспортабельными и удобными для использования вне лабораторий.

Измеритель шума и вибрации ИШВ-I предназначенный для измерения уровней звукового давления в октавных полосах частот от 10 до 8000 Гц, уровней звука от 30 до 130 дБ, а также уровней виброскорости и виброускорения (рисунок 3).

В нашей лаборатории для измерения шума используется прибор ИШВ-1. Он построен по принципу преобразования звуковых колебаний исследуемых объектов в пропорциональные им электрические сигналы, которые затем усиливаются и измеряются с помощью измерительного прибора ПИ-6.

Преобразователем звуковых сигналов в электрические служит капсюль микрофонный конденсаторный М-101.

Рисунок - 1. ИШВ-1 измеритель шума и вибрации.

Электрический сигнал, пропорциональный звуковому давлению усиливается усилителем прибора измерительного до величины, необходимой для нормальной работы среднеквадратичного детектора и затем поступает на стрелочный прибор, проградуированный в децибелах.

На передней панели ИШВ-1 размещены органы управления: ВХОД - для присоединения кабеля микрофона, ВЫХОД - для присоединения самописца, магнитофона и т.п., КАЛИБР - для присоединения калибровочной системы, ДЕЛИТЕЛЬ-1 - переключатель, с помощью которого производят ослабление входного сигнала с 90 дБ ступенями по 10 дБ, ДЕЛИТЕДЬ-2 - переключатель, с помощью которого производят ослабление входного сигнала с 40 дБ ступенями по 10 дБ, РОД ИЗМЕРЕНИЙ - переключатель, которым включают октавные фильтры и характеристики "А", "В", "С", "ЛИН". РОД РАБОТЫ - переключатель с положениями "ОТКЛ", "КОНТР.ПИТАНИЯ", "БЫСТРО", "МЕДЛЕННО". ЗВУК-ВИБРАЦИЯ - тумблер, переключающий прибор для измерения шума и вибрации, ЧАСТОТА - переключатель, служащий для коммутации октавных фильтров.

Для контроля работы прибора на панели установлена сигнальная лампочка. Измеритель шума и вибрации в лаборатории питается переменным током высокого напряжения и во время эксплуатации должен быть заземлен.

Рисунок - 2. Точки сферы граничного радиуса (зона прямого и отраженного звукового поля).

Порядок выполнения работы

· По данным таблицы 1 определить постоянную помещения П, имея в виду, что помещение лаборатории имеет длину 10,4, ширину 6 и высоту – 3 м.

· Определить телесный угол, в который происходит излучение шума.

· Вычислить радиус граничной сферы.

· На сфере граничного радиуса (в зоне прямого и отраженного звукового поля) в трех точках: над источником шума и в двух, на расстоянии 0,5-0,6 м от уровня пола, измерить уровни звука и звукового давления в октавных полосах частот. На рисунке 4 показаны точки на сфере граничного радиуса, где производят измерения.

· Включить прибор в сеть.

· Установить переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение КОНТР.ПИТАНИЕ При этом контрольная лампочка мигает. Через пять минут можно производить измерения.

· Установить переключатель на панели прибора в следующие положения: ДЕЛИТЕЛЬ 1 в положение 80, ДЕЛИТЕЛЬ 2 в положение 40, РОД ИЗМЕРЕНИЙ в положение А, РОД РАБОТЫ в положение МЕДЛЕННО, ЗВУК-ВИБРАЦИЯ в положение ЗВУК.

· Включить источник шума.

· Измерить в точке 1 уровень звука, выводя стрелку прибора в правую часть шкалы, вначале ДЕЛИТЕЛЕМ-1, затем ДЕЛИТЕЛЕМ-2. Сумма показателей ДЕЛИТЕЛЕЙ и стрелочного прибора дает уровень звука в дБА.

· Не изменяя положение ДЕЛИТЕЛЕЙ, установить переключатель РОД ИЗМЕРЕНИЙ в положение ФИЛЬТРЫ.

· Устанавливая переключатель ЧАСТОТА в положение: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, измерить уровни звукового давления, работая ДЕЛИТЕЛЕМ-2. Сумма показаний ДЕЛИТЕЛЯ-1, ДЕЛИТЕЛЯ-2 и стрелочного прибора дает уровни звукового давления в Дб.

· Вернуть переключатели в положение, указанные в пункте в.

· Поместить микрофон в измерительную точку 2.

· Выполнять указанные намерения в течке 2.

· Проделать тоже в измерительной точке 3.

· По таблице 2 найти частотные поправки к значению постоянной помещения.

· Вычислить постоянную помещения для каждой из стандартных полос частот. Когда оперируют уровнем звука, считают постоянную помещения равной П₁₀₀₀.

· По уравнению:

вычислить звуковую мощность источника шума по уровням звукового давления и уровню звука. Промежуточные расчеты в децибелах выполнять с точностью до десятых долей, окончательные результаты округлять до целых дБ.

· Вычислить площадь S_огр поверхностей, ограждающих помещения лаборатории, учитывая размеры, указанные в пункте I.

· Найти отношения П/ S_огр в октавных полосах частот.

· Вычислить коэффициенты, учитывающие нарушение диффузности звукового ноля, в октавных полосах частот по формуле:

· Вычислить уровни звукового давления и уровень звука на одном из рабочих мест помещения лаборатории в отраженном звуковом поле по уравнению:

используя ранее определенные уровни звуковой мощности источник шума.

· Сопоставить определенные для рабочего места уровни звукового давления и уровень звука с нормативам.

· Сделать выводы и дать предложения.