Методи боротьби із шумом
Охорона праці та безпека життєдіяльності
Захист від шуму та ультразвуку. Методи боротьби з шумом
Шум від неоднорідності потоку (Гц) носить дискретний характер, причому в спектрі зазвичай є кілька складових (гармонік):
де т - Номер складової (т = 1, 2, 3, .); п - швидкість обертання, об / хв; z – число лопаток колеса.
Боротьба шумом від неоднорідності потоку ведеться лінії поліпшення аеродинамічних характеристик машин.
У спектрах шуматурбомашин, наприклад, вентиляторів, можна розрізнити кілька областей (рис. 44, а):
а - вентилятора; б - мотоциклетного двигуна; в - газотурбінної енергетичної установки; 1, 2 - шум випуску та впуску; 3 - корпусний шум; 4 - шум при прокручуванні двигуна
1) область частот механічного шуму (I), кратних про/с;
2) область шуму від неоднорідності потоку (II f1, f2, f і т. д.);
3) область вихрового шуму (ІІІ).
Рівень звукової потужності вентиляторного шуму (дБ) залежить від повного тиску Н (кгс/м2) та продуктивності вентилятора Q (м3/с), а також від критерію шумності т, що характеризує шумність даного типу вентиляторів (т = 35-7-50 дБ) :
У двигунах внутрішнього згоряння основними джерелами шуму є шум систем випуску та впуску, а також шум, що випромінюється корпусом двигуна.
Вихлоп двигунів створює найбільший шум, інтенсивність якого і спектр залежать від числа вихлопів за секунду, тривалість вихлопу, конструкції системи вихлопу і потужності двигуна. Шум впуску і корпусний шум за своєю інтенсивністю нижче від шуму вихлопу (рис. 44, б).
У спектрах шуму двигунів присутня значна кількість дискретних складових, кратних частоті f, що дорівнює кількості вихлопів всекунду. Наприклад, для двотактного двигуна fi = in60, для чотиритактного fi = in (2 * 60) (i - число циліндрів; п - швидкість обертання колінчастого валу, об / хв).
Інтенсивними аеродинамічними шумами характеризуються компресори, повітродувки, пневматичні двигуни та інші подібні машини.
Джерелами шуму компресорних установок є всмоктувальні і вихлопні (для скидання повітря) повітропроводи, корпуси компресорів, стінки повітроводів, що проходять по приміщеннях, що виходять в атмосферу.
Залежно від конструкції компресора спектр шуму має різний характер. Так, шум поршневих компресорів має низькочастотний характер, обумовлений числом стиснення в секунду. Шум турбокомпресорів, навпаки, високочастотний, що пов'язано з природою шуму, що утворюється (вихровий шум і шум від неоднорідності потоку).
В даний час великого поширення набули газотурбінні енергетичні установки (ГТУ). За своєю природою шум у ГТУ ділиться на шуми аеродинамічного (газодинамічного) та механічного походження, причому найбільше значення мають аеродинамічний шум, що випромінюється всмоктуючим трактом ГТУ. Основним джерелом цього шуму є компресор, під час роботи якого рівні сумарного шуму досягають 135-145 дБ. У спектрі шуму всмоктування (рис. 44 в) переважають високочастотні дискретні складові. Основна частота першої визначається за формулою (16).
Аеродинамічний шум у джерелі ГТУ може бути знижений: збільшенням зазору між лопатковими ґратами; підбором оптимального співвідношення чисел напрямних та робочих лопаток; облагороджуванням проточної частини компресорів та турбін тощо.
Шум механічного походження (вібрації системи роторів, підшипників, елементів редукторів тощо), що єпревалюючим у машинному відділенні, може бути ослаблений за рахунок проведення заходів розглянутих вище для механічних шумів.
При обертальному русі тіл, наприклад, гвинтів літака, виникає так званий шум обертання. Він утворюється внаслідок того, що тіло періодично породжує пульсації тиску в кожній точці середовища, які сприймаються як шум.
Основну частоту шуму обертання гвинта, що має z лопатей, nppi швидкості обертання п (об/хв) визначають за формулою (16). Частоти інших гармонік кратні цій основній частоті, т. е. f2 = 22; f3 = 3f1 і т.д.
Звукова потужність шуму обертання залежить також від окружної швидкості.
У різних турбомашинах (вентиляторах, компресорах і т. д.) шум обертання значно нижче інтенсивності, ніж вихровий шум і шум від неоднорідності, і тому може не враховуватися.
Одним із найпотужніших джерел шуму є вільний струмінь (див. рис. 43, в). Шум струменя створюється в результаті турбулентного перемішування частинок повітря або газу, що мають велику швидкість закінчення, з частинками навколишнього повітря, швидкість яких менша. Ці шуми переважають при роботі реактивних двигунів, при викиді стисненого повітря або пари в атмосферу.
Звукова потужність струменя (Вт) залежить головним чином від швидкості закінчення vc, а також від діаметра отвору (сопла) Dc та щільності повітря або газів р:
де до - Коефіцієнт подоби.
Зниження шуму струменя у джерелі становить велику складність. Зменшенням градієнта швидкості у струмені, що зроблено, зокрема, у двоконтурних авіаційних двигунах, досягається зниження шуму на 5 дБ.
Установка на зрізі сопла різних насадок, дія яких заснована на трансформації спектру шуму (переведення спектра у високочастотну область танавіть у ультразвук), знижує шум на 8-12 дБ. Слід зазначити, що такі насадки можуть погіршувати робочі характеристики струменя через високий опір.
У потоках, що рухаються із надзвуковою швидкістю, виникають аеродинамічні шуми, зумовлені появою стрибків ущільнення (ударних хвиль). При русі тіла з надзвуковою швидкістю виникає явище звукового удару або бавовни, наприклад, при польоті надзвукових літаків. При витіканні газу атмосферу з надзвуковою швидкістю відбуваються коливання стрибків з виникненням різкого дискретного шуму.
У більшості випадків заходи щодо ослаблення аеродинамічних шумів у джерелі виявляються недостатніми, тому додаткове, а часто і основне зниження шуму досягається шляхом звукоізоляції джерела та встановлення глушників.
У насосах джерелом шуму є кавітація рідини, що виникає біля поверхні лопатей при високих окружних швидкостях і недостатньому тиску на всмоктуванні.
Заходи боротьби з кавітаційним шумом – це покращення гідродинамічних характеристик насосів та вибір оптимальних режимів їх роботи.
Електромагнітні шуми. Шуми електромагнітного походження виникають в електричних машинах та устаткуванні. Причиною цих шумів є головним чином взаємодія феромагнітних мас під впливом змінних у часі та просторі магнітних полів, а також пондеромоторні сили, що викликаються взаємодією магнітних полів, створюваних струмами.
Зниження електромагнітного шуму здійснюється шляхом конструктивних змін електричних машинах, наприклад, шляхом виготовлення скошених пазів якоря ротора. У трансформаторах необхідно застосовувати більш щільне пресування пакетів, використовувати матеріали, що демпфують.
При роботі електричних машин виникаєтакож аеродинамічний шум (в результаті обертання ротора в газовому середовищі та руху повітряних потоків усередині машини) та механічний шум, зумовлений вібрацією машини через неврівноваженість ротора, а також від підшипників та щіткового контакту. Хороше притирання щіток може зменшити шум на 8-10 дБ.
Зміна спрямованості випромінювання шуму. У ряді випадків величина показника спрямованості (ПОНЕДІЛОК) досягає 10-15 дБ, що необхідно враховувати при проектуванні установок з спрямованим випромінюванням, відповідним чином орієнтуючи ці установки по відношенню до робочих місць. Наприклад, вихлоп стисненого повітря, отвір повітрозабірної шахти вентиляційної або компресорної установки повинні розташовуватися так, щоб максимум шуму, що випромінюється, був направлений в протилежний бік від робочого місця або від житлового будинку.
Раціональне планування підприємств та цехів, акустична обробка приміщень. Як видно з виразу (12), шум на робочому місці може бути зменшений збільшенням площі S, що може бути досягнуто збільшенням відстані від джерела шуму до розрахункової точки.