Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений

Защита от шумов

Необходимость защиты от действующих источников шума опре-деляется сравнением результатов измерений уровней L, L_Аэкв с нормативами для рабочей зоны или окружающей среды [11, 12]. Для проектируемых объектов необходимость защиты определяется на основании акустического расчёта, выполняемого по следующей схеме:

1) исходный момент расчёта – шумовые характеристики источников шума: уровень звуковой мощности (УЗМ) L_р на стандартных средне-геометрических частотах (L_p = 10lg P/P_o, Р – звуковая мощность источ-ника, Вт; Р_о = 10^-12 Вт) и показатель направленности излучения шума G, дБ, G = 10lgФ. Здесь Ф – коэффициент направленности излучения шума. Эти характеристики определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.024-81 и др. и приводятся заводом – изготовителем в технической документации на стационарные машины и оборудование;

2) выбор т.н. расчётной точки (РТ): для источников шума, излучающих его в окружающую среду, РТ выбирают на расстоянии 2м от плоскости окон ближайших жилых или общественных зданий. На территории жилых микрорайонов, больниц, санаториев, школ и детских садов РТ выбирают на расстоянии 2 м от границ территории на высоте 1,2 м от поверхности земли;

3) определение ожидаемых УЗД в РТ. Например, для общего случая шума звуковой мощностью Р, Вт, интенсивность звука в РТ

, (2)

где Р – звуковая мощность источника, Вт; Ф – коэффициент направленности излучения шума; S – площадь, на которую излучается звуковая энергия, м²; k – коэффициент затухания звука; S = W r². Для источника, расположенного в пространстве, W = 4p, на поверхности территории или ограждающих конструкций, зданий - W = 2p.

Деление (2) на J_о и логарифмирование его даёт искомый для РТ уровень звукового давления:

где DL_p^оⁿ – снижение УЗМ на пути распространения в открытом простанстве (из-за затухания звуковых волн); при отсутствии препятствий и расстояниях r < 50м величиной DL_p^оⁿ можно пренебречь;

4) определение требуемого снижения шума

DL_ТР = L - L_ДОП. (3)

Величину DL_ТР можно обеспечить, снижая шум в источнике или на пути его распространения;

5) выбор мер для обеспечения требуемого снижения УЗД:

- замена шумного устаревшего оборудования, а при проектировании – выбор оборудования с лучшими шумовыми характеристиками;

- оптимальная ориентация источника шума по отношению к РТ для снижения показателя G: устройства для забора и выброса воздуха аэро-динамических установок необходимо устанавливать так, чтобы излучение шума шло в противоположную сторону от жилых и общественных зданий;

- обеспечение максимально возможного расстояния между РТ и источниками шума за счёт проведения архитектурно-планировочных мероприятий;

- акустическая обработка средствами звукопоглощения шумных помещений, через окна которых шум излучается в атмосферу.

Звукопоглощающие материалы и конструкции используются для поглощения звука как в помещении самого источника шума, так и в изолируемых от шума помещениях. В последнем случае звукопоглощение и звукоизоляция используются совместно. Звукопоглощающие материалы – пористые и рыхлые волокнистые материалы (ультратонкое стеклянное и базальтовое волокно, минеральная вата и плиты на её основе и т.п.). Падающие на них звуковые волны вызывают колебания в мелких порах материала, которые сопровождаются трением (из-за вязкости воздуха) и переходом кинетической энергии в тепловую;

- уменьшение шума на пути его распространения от источника до РТ. Это мероприятие включает в себя следующее:

а) использование звукоизоляционных материалов и конструкций для наружных стен, окон, ворот, дверей и т.д., которые обеспечивают требуемую звукоизоляцию. Для звукоизолируемых помещений звукоизоляция более эффективна, чем звукопоглощение: с её использованием можно обеспечить снижение шума на 20…50 дБ, а при обработке стен звукоизолируемого помещения звукопоглощающим материалом снижение шума может составить только 5…8 дБ.

Для звукоизолирующих ограждений конечных размеров (в виде листов) с поверхностной плотностью m (массой одного квадратного метра ограждения, кг/м²) при частоте f звуковых волн получено выражение для звукоизоляции ограждения R, выраженной в децибелах [12]:

R = 20lg mf – 47,5.

Подбирая величину m (за счёт удельного веса материала и толщины листа), можно получить величину требуемой звукоизоляции R_тр, равную или большую требуемого снижения шума DL_ТР, определяемого по формуле (4.3).

На практике применяют однослойные и многослойные конструкции, например, однослойные (два или более) ограждения из твёрдых плотных материалов (газобетон, металл) в сочетании со слоями пористых металлов (минеральная вата и др.);

б) устройство звукоизолирующих кожухов для размещения шумного оборудования. Эффективность кожуха зависит не только от звукоизоляции его элементов, но и от герметичности. Стенки кожуха изготавливают из листовых несгораемых материалов (сталь, дюралюминий и др.), облицованных изнутри звукопоглощающим материалом толщиной до100мм. Воздухопроводы (если они есть) подсоединяются к изолируемому оборудованию через гибкие вставки и часто вводятся в кожух посредством глушителей. Эффективность кожуха определяется величиной его звукоизоляции R;

в) применение экранов, препятствующих распространению звука от оборудования предприятия. Как правило, они устанавливаются на территории предприятия для экранирования открыто установленных источников шума в окружающей среде. Экраны могут быть плоскими или П-образными, чаще всего со звукопоглощающей облицовкой толщиной не менее 50 мм со стороны источника шума. Ширина и высота экрана должны в три и более раз превышать размеры источника, чтобы зона акустической тени и DL_экр были возможно большими;

г) использование средств виброизоляции и вибродемпфирования. Интенсивные вибрации практически всегда сопровождаются возникновением шумов. Один из методов борьбы с вибрацией и шумом – установка виброгенерирующего оборудования без фундаментов, непосредственно на виброизолирующих опорах (одиночные или составные цилиндрические пружины, листовые рессоры, резиновые или пластмассовые прокладки, а также комбинированные виброизоляторы: пружинно-рессорные, пружинно-пластмассовые и др.). Этим значительно удешевляется монтаж оборудования и снижается уровень шумов. Для уменьшения вибраций и шумов виброизоляция может быть размещена между оборудованием и фундаментом. Цели уменьшения шума служит установка виброизоляции при прокладке воздуховодов систем вентиляции и трубопроводов внутри строительных конструкций.

Уменьшение вибраций и шумов достигается также вибродем-пфированием, основанном на увеличении потерь энергии в колебательных системах, например, за счёт применения материалов с большим внутрен-ним трением – чугунов с малым содержанием углерода и кремния, сплавов цветных металлов. При этом увеличение коэффициента h потерь энергии происходит за счёт возрастания коэффициента вязкого трения m: h = wm/b. Здесь w - угловая частота вибраций, Гц; b - жёсткость системы, Н/м. Больших потерь энергии вибрационных колебаний и снижения уровня шумов достигают использованием вибродемпфирующих покрытий для трубопроводов и газопроводов компрессорных станций и воздуховодов систем вентиляции. Покрытия изготавливаются в виде мастик (мастика А-2, ВД-17-63, Адем НШ-2, СКЛ-25 и др.) и листового материала (пенопласт ПХВ-Э, минераловатная плита, винипор технический, фольгоизол и др.);

д) установка глушителей в источниках шума. Генерация шума в таких источниках связана со сбросом (выхлопом) сжатого воздуха, продуктов горения и т.п.

Глушители абсорбционного типа устроены так, что газ на выходе в атмосферу проходит через звукопоглощающие материалы и конструкции, где и теряет энергию. Так, в простейших, трубчатых глушителях газ проходит по каналам круглого или квадратного сечения, выполненным из перфорированного листового материала с коэффициентом перфорации не менее 0,2; каналы облицованы слоем звукопоглощающего материала (супертонкое стеклянное или базальтовое волокно), защищённого от выдувания слоем прочной ткани, например, стеклоткани Э3-100.

Глушители реактивного типа применяют в основном для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими. Снижение шума в них происходит в результате отражения звука обратно к источнику. Так, камерный глушитель представляет собой внезапное расширение участка трубопровода (то есть неоднородность в канале передачи вещества и энергии, от которой и происходит отражение части энергии). Величина заглушения определяется по графикам с использованием величины m отношения площадей сечения камеры F_k и трубопровода F_Т (m = F_k / F_Т) и величины kl_k ( k = 20f/c – волновое число, м^-1; f и c – частота и скорость звука; l_k – длина камеры). Наибольшее заглушение достигается при частоте, при которой четверть длины волны равна длине камеры l_k, максимумы заглушения повторяются при нечётных числах четвертей волны nl/4, где n = 1, 3, 5 ....

Комбинированный глушитель содержит в себе и абсорбционный, и реактивный глушители, каждый из которых рассчитан на снижение шума в определённой области частот. При этом "реактивная" часть комбинирован-ного глушителя ответственна за снижение уровня низкочастотных шумов, абсорбционная – за снижение уровня средне- и высокочастотных шумов;

- организация своевременного проведения ремонта, смазки оборудо-вания, машин и т.п., ограничение или запрещение шумных работ и эксплуатации интенсивных источников шума в ночное время.

Защита от вибраций

Как и в случае любого другого загрязнителя, вибрацию можно снизить либо путём совершенствования (в части уменьшения вибрации) технологий (машин, оборудования и т.д.), то есть путём снижения вибрации в источнике её возникновения, либо путём принятия мер по снижению этого загрязнения после его выхода из источника – на путях распространения вибрации в окружающей среде. Эти меры (мероприятия) – аналог устройств (сооружений) очистки выбросов или сбросов от химических загрязнителей биосферы.

Минимизация вибраций в источнике производится и на этапе проектирования, и в период эксплуатации. При проектировании машин и оборудования следует отдавать предпочтение кинематическим и тех-нологическим схемам, которые исключают или максимально снижают динамику процессов, вызываемых ударами, резкими ускорениями и т.п.

Одна из причин вибраций оборудования с вращающимися элемен-тами – смещение центра масс относительно оси вращения, что приводит к возникновению неуравновешенной центробежной силы F = mew², где m – масса вращающейся системы, w - угловая скорость, e – эксцентриситет центра массы относительно оси вращения. Для снижения уровня возникающих вибраций необходимо применять балансировку вращающихся частей в соответствии с ГОСТ 22.061-76 "Машины и технологическое оборудование. Системы классов точности балансировки”, а также принимать меры по устранению излишних люфтов и зазоров в рамках периодического освидетельствования машин и механизмов как источников вибрации.

Другой путь снижения вибраций в источнике – устранение резонансных режимов работы оборудования. При проектировании это должно быть достигнуто выбором режимов работы при тщательном учёте собственных частот машин и механизмов. При эксплуатации возможны изменения характеристик жёсткости агрегатов и даже их массы, что приводит к изменению собственных частот, возможны и изменения режимов работы. Всё это может приблизить собственную частоту машины к частоте вынуждающей силы и стать причиной возникновения интенсивных вибраций.

Поскольку собственная частота систем

где b и m – жёсткость и масса системы, то изменяя b или m, или обе характеристики, можно исключить режим резонанса.

Метод виброгашения основан на увеличении жёсткости и массы корпуса машин или станин станков путём их объединения в единую систему с фундаментом – с помощью анкерных болтов или цементной подливки. Образующееся при этом виброзащитное устройство, уве-личивающее рассеяние энергии в результате повышения диссипативных свойств системы, является поглотителем вибраций.

В методе виброизоляции снижение уровня вибрации на пути её распространения достигается установкой упруго-демпфирующего устройства – виброизолятора между источником вибрации и её при-ёмником, например, фундаментом, являющимся одновременно объектом защиты.

Защита от инфразвука

Длины волн инфразвуковых колебаний значительно превосходят длины волн звуковых колебаний. Это во многом предопределяет отличие средств инфразвуковой защиты от применяемых для защиты от шума: длины инфразвуковых волн значительно больше размеров препятствий на пути их распространения. Защита расстоянием в данном случае неэффективна: затухание инфразвуковых колебаний в приземном слое атмосферы не превышает 8×10^-6 дБ/км.

Основные направления защиты:

1) изменение режима работы технологического оборудования, чтобы основная частота следования силовых импульсов f = n/60 лежала за пределами инфразвукового диапазона. Следует также предусматривать ограничение (там, где возможно) скорости движения транспорта и ско-рости истечения паров, газов, сжатого воздуха, при выборе конструкции отдавать предпочтение компактным (малогабаритным) машинам;

2) целесообразно использование глушителей шума для подавления инфразвуковых гармоник всасывания и выхлопа мощных стационарных дизельных, компрессорных установок, ДВС и турбин.

Звукоизоляция инфразвука требует применения мощных строи-тельных конструкций с массой одного квадратного метра 10⁵ ... 10⁶ кг. Для обычной же звукоизоляции, например, для двойных оконных рам в инфразвуковом диапазоне эффект звукоизоляции полностью отсутствует.

Метод звукопоглощения инфразвуковых колебаний может быть осуществлён при использовании резонирующих панелей типа конструкций Бекеши: прямоугольные рамы, например, размером 4х2 м, на которые крепится тонкостенная мембрана (металл, фанера, воздухонепроницаемая плёнка). Конструкция может быть настроена на определённую частоту инфразвука и может эффективно использоваться в диапазоне более высоких частот звуковых колебаний – при заполнении полости резонатора звукопоглощающим материалом, фиксируемым мелкоячеистой сеткой.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 241; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 101112 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!