Общая металлургия

Меры борьбы с производственными шумами и вибрациями

Производственный шум

Чрезмерный шум оказывает вредное влияние на здоровье работающих, способствует возникновению травматизма и понижает производительность труда. Работа в условиях повышенного шума в течение всего рабочего дня вызывает утомление слуха. Длительное воздействие шума, превышающего допустимые нормы, приводит к потере слуха. Шум высоких тонов отрицательно влияет на органы, управляющие равновесием человека в пространстве. В практике наблюдались случаи травмирования из-за плохой слышимости сигналов транспортных и подъемно-транспортных средств.

Звук — волнообразно распространяющиеся колебания среды, вызываемые колебаниями тела. Интенсивность (сила) звука выражается в Вт/м2 [эрг/(сек*см2)]. За единицу звукового давления принята дин/см2, что соответствует 0,1 н/м2.

Ухо человека воспринимает звуки с частотой от 16—20 до 20000 Гц. Звуковые колебания с частотой менее 20—16 Гц называют инфразвуковыми, а колебания с частотой более 20000 Гц — ультразвуковыми.

Производственный шум представляет хаотическое сочетание комплексов простых звуков, вызывающих неприятное субъективное ощущение, особенно при шуме высоких тонов (лязг, скрип и т. д.).

Субъективное восприятие человеком громкости звуков находится в логарифмической связи с изменением силы звука. Это значит, что прч увеличении силы звука в 1000 000 раз органы слуха человека воспримут увеличение громкости звука только в 6 раз (закон Вебера—Фехтнера).

Для оценки громкости звуков была разработана международная шкала громкости в децибелах, в которой за нулевую точку принят порог слышимости, а за высшую точку шкалы — громкость, вызывающая в органах слуха ощущение боли. Громкость звука зависит от частоты колебаний, причем максимум звукового восприятия находится в диапазоне от 1000 до 4000 гц. В настоящее время в качестве единицы уровня громкости звука принят фон, который по величине равен децибелу при частоте в 1000 Гц.

Правильное нормирование предельно допустимой громкости производственного шума имеет важное значение. Установлено, что шум низкой частоты менее вреден, нежели шум средней, а тем более высокой частоты. Ленинградским институтом охраны труда предложена следующая характеристика -источников производственного шума и предельно допустимые уровни их громкости:

2

Производственные вибрации

Вибрации (сотрясения) — колебания тел с частотой менее 20—16 Гц. При повышении частоты колебаний вибрирующих тел возникает и шум.

Длительное воздействие сотрясений большой частоты и амплитуды вызывает вибрационную болезнь, поражающую нервно-мышечную и сердечно-сосудистую системы человека и ведущую к повреждению суставов. При этом может быть полная потеря трудоспособности.

Вредное воздействие вибраций на организм может быть общим и местным. Особую опасность представляет общее воздействие вибрации. По данным Московского института им. Эримана, тяжесть воздействия вибраций на организм человека определяется частотой и амплитудой колебаний.

3

По действующим санитарным правилам предельно допустимые амплитуды вибраций в зависимости от частоты колебаний при работе с ручным пневматическим или электрическим инструментом следующие:

3

На рисунке 2 дана схема прибора для измерения вибраций.

Рисунок 2. Схема прибора для измерения вибраций (виброграф ВР-1): 1,8 — рычаги; 2 — пружина; 3 — штифт; 4 — наконечник; 5 — катушка; 6 — пружина; 7 — ролик; 9 — реле времени; 10 — центробежный регулятор; 11 — секундные контакты; 12 — кулачок; 13 — рукоятка для завода пружины; 14 — пружина; 15 — лента для записи амплитуды колебаний
Рисунок 2. Схема прибора для измерения вибраций (виброграф ВР-1):
1,8 — рычаги; 2 — пружина; 3 — штифт; 4 — наконечник; 5 — катушка;
6 — пружина; 7 — ролик; 9 — реле времени; 10 — центробежный регулятор; 11 — секундные контакты; 12 — кулачок; 13 — рукоятка для завода пружины; 14 — пружина; 15 — лента для записи амплитуды колебаний

Мероприятия по борьбе с шумом и вибрациями

Эти мероприятия можно свести к следующим основным:

  • замене производственных процессов, вызывающих шум и вибрации, другими менее шумными процессами (например, замене машин ударного действия — молотов — прессами);
  • рационализации производственного оборудования (например, замене стальных сопрягающихся частей деталями, изготовленными из других материалов — пластмасс, текстолита и т. и., а также применением лучшей обработки и пригонки сопрягающихся частей оборудования);
  • устройству специальных фундаментов (рисунке 3), независимых от конструкций зданий и имеющих значительную массу и акустические швы; применению изолирующих прокладок и амортизаторов;
  • рациональному сопряжению воздухопроводов с воздуходувными машинами и креплению трубопроводов на опорах с амортизирующими прокладками;
  • применению специальных амортизирующих прокладок при креплении дисков пил для резки металла;
  • применению звукоизолирующих кожухов для закрывания особенно шумного оборудования или изоляции оборудования от производственных помещений;
  • применению глушителей шума при выпуске отработанных газов, пара, воздуха;
  • применению звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов (бетонная стена поглощает только 0,5% шума, кирпичная 3,2%, а стена, обшитая войлоком толщиной 50 мм, — 70% шума);
  • использованию индивидуальных средств защиты от шума и вибраций (амортизирующие подставки, обувь с войлочными или резиновыми подошвами, антивибрационные рукавицы, антифоны для защиты органов слуха и т. п.).

А также проведению мероприятий гигиенического характера (например, при работе с вибрирующим инструментом — назначение кратковременных перерывов, душа и облучения ультрафиолетовыми лучами по окончании работы, выдача рабочим витаминов С и В2).

Рисунок 3. Виброизолирующий фундамент: 1—фундамент под двигатель; 2—акустический шов; 3— акустический разрыв
Рисунок 3. Виброизолирующий фундамент:
1—фундамент под двигатель; 2—акустический шов; 3— акустический разрыв

Шум и шумопоглощение в электросталеплавильных цехах

Прежде чем приступить к анализу выделения и влияния шума, необходимо отметить, что различается два вида звукового сигнала: шум может быть физическим, когда он оказывает неблагоприятное влияние на здоровье человека (нервное расстройство, сонливость, переутомление); шум может быть субъективным, когда он успокаивает человека или доставляет удовлетворение. На различии этих понятий строятся регламентирующие нормы. Мы же разберем в дальнейшем методы снижения физического звукового сигнала. Кроме того, проблема шума должна рассматриваться в двух уровнях: в условиях здания цеха и в условиях завода на различных рабочих местах.

Для промышленно развитых зон допустимый уровень шума должен быть на уровне 70 дБ днем (с 7 до 20 часов), 60 дБ – ночью (22 – 6 часов) и 65 дБ – в промежутках.

В здании цеха рассматривается влияние шума на работающих в зоне действия шума уровнем до 85 дБ в течение 8 часов в день и 40 часов в неделю. Для такого режима (8 час. в день и 40 час. в неделю) уровень в 85 дБ принят как допустимый и 90 дБ как опасный уровень. Изменение времени пребывания в зоне шума в ту или другую сторону допускает уменьшение или увеличение уровня шума. Так, увеличение уровня шума на 3 дБ должно снизить время пребывания работающих в зоне в два раза. В зоне с уровнем шума 105 дБ рабочий не может находиться более 15 минут. Величина в 90 дБ принята как необходимость для реальных условий существующих цехов. Для новых цехов необходимо предусмотреть любые мероприятия, чтобы не превышать барьер в 85 дБ. Кроме того, этот предел может быть пересчитан в зависимости от частоты звука. Нужно учитывать, что частота опасна еще и тем, что не всегда ощущается человеком и может вызвать физиологическое отклонение вплоть до профессиональной глухоты.

При характеристике шума и изучении его влияния, прежде всего, необходимо установить исходную точку отсчета для измерений. В зависимости от метода измерения характеристики шума могут быть различными. Физическое измерение акустического сигнала состоит в определении уровня звукового давления Lp, которое используется для выявления механизма выделения звука и выражается в децибелах (дБ).

Учитывая общие данные, связанные, в первую очередь, с физиологическим состоянием уха, вводят понятие кривой равновесия соответствующей восприятию ухом шума ниже 50 дБ. Значение в децибелах используется для характеристики более высокого шума, хотя было бы предпочтительнее использовать другие характеристики. Это равновесие значительно снижает звуковые составляющие с частотой менее 500 герц.

Таким образом, измерение шума в децибелах не дает полной картины для разрешения всех гигиенических проблем работы, особенно, если источником шума является малая дуговая печь, как источник незначительного шума. Кроме того, нужно учитывать распространение шума, как в пространстве, так и во времени. Пространственная эволюция шума позволяет воссоздать схему распространения шума с выделением опасных зон, или уточнить распространение звука. Временная эволюция шума используется, в основном, для статистического анализа, который позволяет определить L5; L10 … L90 (где Ln – уровень шума через n % времени). Средний уровень шума выражается через Lэкв и характеризует средний уровень во всех диапазонах частот.

Для общей характеристики влияния шума на состояние людей учитывают величину, называемую уровнем акустической эволюции или результирующий шум Lp, который учитывает шумы всех тональностей и увеличивается на 5-10 дБ. В гигиене труда учитывают «дозу шума», которую получает индивидуум в течение определенного времени (например, 85 дБ в течение 8 часов).

Уровень звуковой мощности выражается уравнением:

LW = LI +10lgS.

Значимость источника шума характеризуется его мощностью, которая определяется как интеграл произведения интенсивности звука на соответствующую поверхность (S), окружающую источник шума. Иногда принимают, что LI =Ln и путем аппроксимации вычисляют LW. Понятие звуковой мощности позволяет более достоверно оценить направление акустического потока и более целенаправленно решать проблемы шумозащиты.

В действительности шум это комплексный поток сигналов, который можно разложить на различные составляющие заданной частоты. Этот звуковой поток может быть оценен одним параметром – уровнем шума. Измерение усредненного спектра (в определенный период) в течении нескольких минут служит исходной информацией для последующего решения вопроса шумозащиты.

Проблему распространения шума можно рассматривать в трех основных аспектах:

  • распространение шума в цехе;
  • передача шума через стенку;
  • распространение шума в окружающее пространство.

Меры по снижению распространения шума ЭСПЦ в окружающую среду

Общий шум, производимый электросталеплавильным цехом, происходит от дуговой печи сверхвысокой мощности, скрапоразделочного цеха (склад металлолома), установок газоочистки, насосных станций, питающих печи водой, и достигает уровня 65 дБ на расстояние 500 м, хотя основным источником шума остается ДСП. Путем изоляции печного пролета или помещения печи в шумоизолирующий кожух можно понизить уровень шума на 20-30 дБ на рабочем месте.

Второе направление, касающееся снижения распространения шума включает:

  • улучшение акустической изоляции печи путем уменьшения сечения завалочных окон и устранения неплотности в технологических отверстиях;
  • полное или частичное изолирование печного пролета от соседних пролетов;
  • помещение печи в шумоизолирующий кожух.

Кроме того, обслуживающий персонал может быть защищен путем изоляции пульта управления печью и рабочих мест на других участках. Близлежащие селитебные районы могут быть защищены путем изоляции наружных стен электросталеплавильного цеха.

Для оценки эффективности различных мероприятий по снижению распространения шума в пространстве за базу принята сверхмощная дуговая электросталеплавильная печь вместимостью 100 т с трансформатором мощностью 75 МВ×А. Средний уровень шума, создаваемый ДСП на расстоянии 5 м  от кожуха печи или 8 м от оси печи, во время плавления равен 110 дБ. Рассматривается 4 следующих варианта:

  1. обыкновенный электросталеплавильный цех, построенный 25-30 лет тому назад. Здание состоит из 3-х параллельных сообщающихся пролетов. Фасад здания не имеет шумозащитной изоляции. Множество открытых проемов здания ограничивает отражение звука, что благоприятно сказывается на общей звуковой обстановке в здании, но ухудшает шумовую обстановку вокруг здания;
  2. аналогичное здание, но плавильный пролет изолирован от других разделяющей стеной и благоприятствует изоляции плавильного пролета;
  3. в аспекте новых конструкторских разработок создан компактный пролет, кровля и стены которого изолированы и обработаны в плане шумоизоляции;
  4. здание цеха соответствует первому типу, но печь помещена в специальный шумозащитный кожух.

Акустические характеристики печных пролетов электросталеплавильного цеха

Рассматриваемые варианты Размеры, м Площадь наружной поверхности, м2 aобщий Примечание
Классический пролет 100х80х30 26800 0,20 Благоприятное влияние проемов на a
Классический пролет с разделительной стенкой 80х30х

30

11400 0,15 Только разделительн. стена имеет шумозащитную обработку
Компактный шумозащитный пролет 50х30х

30

7800 0,34 Стены и кровля имеют шумозащитное покрытие
Классический пролет, печь в шумозащитном кожухе 100х80х30, кожух 420 0,32 Кожух имеет шумозащитное покрытие

Как видно из таблицы, оборудование цеха дополнительно разделительной стеной не приводит к снижению распространения шума. Коэффициент a, определяемый как отношение поглощенной мощности к исходной мощности звука и характеризующий шумопоглощающее свойство, даже снижается. Два других варианта – помещение печи в шумоизолирующий кожух и изолирование всего пролета, дают практически одинаково положительные результаты.