Трефилов В. (ред.) Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

Подождите немного. Документ загружается.

208

Универсальный прибор для измерения параметров климата Anemomaster

Kanomax A031 предназначен для измерения температуры, скорости потока воз-

душных сред, а так же дифференциального давления.

Рис. 10.8. Универсальный прибор Climomaster Kanomax A533

Climomaster Kanomax A533 предназначен для измерения температуры,

влажности, скорости потока воздушных сред, а так же дифференциального дав-

ления.

209

ГЛАВА 11. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА

Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение

во всех областях техносферы. Шум на производстве наносит большой ущерб,

снижая производительность труда на промышленных предприятиях до 30 про-

центов, способствует возникновению травм и аварий, приводит к развитию за-

болеваний. В структуре профессиональных заболеваний в РФ примерно 17%

приходится на заболевание органов слуха.

11.1 Причины возникновения производственного шума

Шумом называется бессистемное сочетание звуков различной интенсив-

ности и частоты, оказывающих вредное воздействие на организм человека.

Наиболее распространенными источниками шума являются: промышленное

оборудование, транспортные средства, санитарно-техническое оборудование и

устройства. Возникновение шума вызвано упругими колебаниями, возникаю-

щими по причине: механических, аэродинамических, гидродинамических и

электрических явлений определяемых конструкцией и характером работы ма-

шины, неточностями допущенными при её изготовлении, а также условиями

эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэродинамиче-

ского, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

11.1.1 Механические шумы

Факторы, вызывающие шумы механического происхождения: инерцион-

ные возмущающие силы, возникающие вследствие движения деталей механиз-

ма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие

неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные про-

цессы (ковка, штамповка) и т.д.

Основными источниками шума, происхождение которого не связано не-

посредственно с технологическими операциями, выполняемые машиной, явля-

ются подшипники, зубчатые передачи, и неуравновешенные вращающиеся час-

ти машины, возвратно поступательные движения.

11.1.2 Аэродинамические шумы

Факторы, вызывающие шумы аэродинамического происхождения это те-

чение газа в различных технических устройствах. (рис.11.1.) Эти шумы являют-

ся главной составляющей шума работы вентиляторов, воздуходувок, компрес-

соров, газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, пневматических дви-

гателей; выпусков пара и воздуха в атмосферу и т.д. Ко всем источникам аэро-

динамического шума относятся: вихревые процессы в потоке рабочей среды;

колебания среды, вызываемые вращением лопастных колёс; пульсация давле-

ния рабочей среды; колебания среды, вызываемое неоднородностью потока,

поступающего на лопасти колёс.

210

Рис.11.1. Образование аэродинамического шума:

а — вихревой; б—шум от неоднородности потока; в —шум струи; 1 — препят-

ствие; 2 — поле скоростей в абсолютном движении; 3 — то же, в относитель-

ном движении; 4 — лопатка колеса; 5 — направление вращения

11.1.3 Гидродинамические шумы

Факторы, вызывающие шумы гидродинамического происхождения это

использование жидкости в виде рабочего тела в различных технических уст-

ройствах. Эти шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных

процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических

ударов)

11.1.4 Электромагнитные шумы

Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических

машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является главным образом

взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и

пространстве магнитных полей, а также пондеромоторные силы, вызываемые

взаимодействием магнитных полей создаваемых токами. При работе электри-

ческих машин возникает также аэродинамический шум (в результате вращения

ротора в газовой среде и движение воздушных потоков внутри машины) и ме-

ханический шум, обусловленный вибрацией машины вследствие неуравнове-

шенности ротора, а также из-за подшипников и щеточного контакта.

11.2 Физические характеристики шума

По физической природе шумом является всякий нежелательный для че-

ловека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания (звуковые

волны), распространяющиеся волнообразно в твёрдой, жидкой или газообраз-

ной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с

волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от

частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения

и его энергия. Поэтому основными свойствам волн являются перенос энергии

без переноса вещества. Звуковые волны возникают при нарушении стационар-

ного состояния среды, вследствие воздействия на неё какой либо возмущающей

силы.

211

В диапазоне частот 16…20000 Гц волны, воспринимаются органом слуха

человека как звук, называются звуковыми. Необходимо иметь в виду, что с воз-

растом у человека слышимость звуков высоких частот уменьшается. Большин-

ство взрослых людей едва ли воспринимают звуки с частотой более 12000 Гц, а

пожилые люди отчетливо воспринимают звуки частотой всего лишь

6000….8000 Гц. Колебания частотой ниже 16…20 Гц относятся к инфразвукам,

а более 20000 Гц – ультразвукам. Они не вызывают слуховых ощущений, но

оказывают биологическое воздействие на организм.

Область пространства (среды), где происходит распространение зву-

ковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется: плотно-

стью среды

, кг/м

скоростью распространения колебаний частиц среды (зву-

ковой скоростью) с, м/с и звуковым давлением р – Па, Н/м

. Скорость звука с

при нормальных условиях ( температура +20, и давление 0,1013 МПа) равна в

воздухе 344 м/с, в жидкости -1500 м/с, в металле – 5000 м/с.

Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются

области разрежения и области повышенного давления. Под звуковым давлени-

ем р понимается разность между мгновенным значением давления при рас-

пространении звуковой волны и средним значением давления, в невозмущен-

ной среде. Звуковое давление изменяется с частотой, равной частоте звуковой

волны. Определение давления во времени происходит в органе слуха человека

за время 30…100мс. На слух человека действует среднеквадратичное значение

звукового давления:

dttp

)(

∫

где Т – период колебания;

t – время.

Звуковые волны являются носителями энергии. Звуковая энергия W, Вт,

приходящаяся на единицу площади S, м

поверхности, расположенной пер-

пендикулярно распространяющимся звуковым волнам, называется ин-

тенсивностью, или силой, звука –I, Вт/м

I =

Между интенсивностью (силой) звука I и звуковым давлением р сущест-

вует связь, выражаемая уравнением:

= ,

где

с - удельное акустическое сопротивление среды Па·с/м (для воздуха- 410

Па·с/м, для воды-1.5·10

Па·с/м, для стали-4.8·10

Па·с/м).

Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо чело-

века, носит название порога слышимости или ощущения и обозначается р

Максимальное давление, создающее болевые ощущения, называется болевым

порогом и обозначается р

max

. Аналогично имеются значения порогов интенсив-

ности звука I

и I

max

. Значения р и I на обоих порогах изменяются в зависимо-

сти от частоты.

212

Международной организацией по стандартизации за пороговые значения

, р

max

, I

и I

max

приняты значения данных величин на частоте 1000 Гц (порог

слышимости молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц).

= 2

⋅

-5

Па, I

= 10

-12

Вт/м

max

= 2

⋅

-2

Па, I

max

= 10

Вт/м

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми прихо-

дится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пре-

делах: по давлению до 10

раз, по интенсивности до 10

раз. Естественно, что

оперировать такими цифрами неудобно, и, кроме того, орган слуха человека

способен реагировать на относительное изменение давления, а не на

абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного вида раздра-

жениях, в том числе и при шуме, пропорциональны логарифму количества

энергии раздражителя (биологический закон Вебера-Фехнера, выражающий

связь между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного

ощущения), поэтому были введены логарифмические величины – уровни зву-

кового давления и интенсивности звука в данной точке. За единицу измерения

принят бел (Б) в честь изобретателя телефона Александра Белла. Ухо человека

реагирует на величину в десять раз меньшую, чем Белл, поэтому распростране-

ние получила единица децибел (дБ). Величина уровня

звукового давления Lр

определяется по формуле:

lg20

Так как

= , следовательно, для уровня интенсивности звука настоя-

щее выражение имеет вид:

cIp

L ==

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

===

lg10lg20

lg20

)(

lg20)(lg20

Уровнями интенсивности обычно пользуются при выполнении акустиче-

ских расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценке

его воздействия на организм человека. В практических расчетах все вычисле-

ния проводятся до целых чисел децибел, так как изменение уровня звукового

давления менее 1 дБ органом слуха не воспринимается.

Область слышимых звуков ограничивается не только определёнными

частотами, но предельными значениями звуковых давлений и их уровнями.

Весь слышимый диапазон на стандартной частоте 1000 Гц укладывается в ин-

тервале уровней от 0 до 120 дБ.

Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать не-

которым минимальным звуковым давлением, но если это давление превышает

определённый предел, то звук не слышен, а вызывает только болевое ощуще-

ние. Следовательно, для каждой частоты колебаний существует наименьшее

(порог слышимости) и наибольшее (порог болевого ощущения) звуковое дав-

ление, которое не способно вызвать звуковое восприятие.

На рисунке 11.2 представлена зависимость порогов слышимости и боле-

вого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между ними, являет-

213

ся областью слышимости. Из рисунка следует, что звуки, равные по уровню

звукового давления, но неодинаковые по частоте, воспринимаются человеком,

как звуки разной громкости. Уровень громкости является функцией звукового

давления и частоты. Каждая кривая (см. рис.11.2) представляет собой геомет-

рическое место точек, координаты которых – уровень звукового давления и

частота, обеспечивающие одинаковую громкость звуков. Кривые равной гром-

кости позволяют определить, какую величину должно иметь при данной часто-

те звуковое давление, чтобы воспринималась определённая громкость. За еди-

ницу уровня громкости, называемую фоном, принимается разность уровней

звукового давления в один децибел эталонного звука частотой 1000 Гц.

Уровни звукового давления некоторых источников шума на частоте

1000Гц, имеют следующее значения: шелест травы, тиканье часов- 10дБ; тихий

разговор- 30дБ; громкий разговор-50дБ; шум работающего двигателя грузови-

ка- 80 дБ; автомобильная сирена- 100 дБ.

Рис. 11.2. Диаграмма слухового восприятия человеком.

При измерении и анализе шумов, весь диапазон частот разбивают на ок-

тавы – интервалы частот, где конечная частота f

больше начальной f

два раза:

и третьоктавные полосы частот, определяемые соотношением:

214

В качестве частоты, характеризующей полосу частот в целом, берётся

среднегеометрическая частота f

: для октавного диапазона

fff

ср

= ; для

третьоктавного

2 ff

ср

= .

Самым простым звуком является «тон», относящийся к определенному

звуковому колебанию без каких-либо сопутствующих колебаний и имеющий

вид синусоиды. Если звуки состоят из нескольких тонов, частоты которых на-

ходятся между собой в целых кратных отношениях, то они называются музы-

кальными звуками. Звуки, состоящие из бессистемного сочетания чистых то-

нов, частоты которых не подчинены определенным числовым отношениям, на-

зываются шумами, то есть - реальными звуками, которые являются наложени-

ем гармонических колебаний (колебания, совершаемые по закону косинуса или

синуса) с большим набором частот, следовательно, звук обладает акустическим

спектром.

11.3 Классификация шумов

В соответствии с ГОСТ 12.1.003. ССБТ. «Шум. Общие требования безо-

пасности», шумы классифицируются по характеру спектра и временным ха-

рактеристикам.

По характеру спектра шума выделяют:

- широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 окта-

вы;

- тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. То-

нальный характер шума для практических целей устанавливается измерением в

1/3 октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над сосед-

ними не менее чем на 10 дБ (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Спектры шумов.

По временным характеристикам шума выделяют:

- постоянный шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день или

за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на террито-

рии жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА, при изме-

215

рениях на временной характеристике шумомера «медленно». Чувствительность

органа слуха человека неодинакова для звуков разной частоты. Для того, чтобы

приблизить результаты объективных изменений к субъективному восприятию,

введено понятие корректировочного уровня звукового давления. Коррекция за-

ключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню

соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы. Наиболее упот-

ребительна коррекция А (дБА).

- непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабо-

чую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зда-

ний, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА

при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно».

Непостоянные шумы подразделяют на:

- колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно

изменяется во времени рис.11.4;

Рис.11.4

- прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на

5дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень

остается постоянным, составляет 1с и более (рис. 11.5); остается постоянным,

составляет 1 с и более рис.11.4.

Рис.11.5

- импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сиг-

налов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБАI и дБА,

216

измеренные соответственно на временных характеристиках «импульс» и «мед-

ленно», отличаются не менее чем на 7 дБ рис.11.6;

Рис.11.6

11.4 Воздействие шума на организм человека

Каждый человек воспринимает шум по-своему. Это зависит от многих

факторов: возраста, состояния здоровья, характера трудовой деятельности. Ус-

тановлено, что большее влияние шум оказывает на людей занятых умственным

трудом, чем физическим. Особенно беспокоит человека шум непонятного про-

исхождения, возникающий в ночное время. Шум, создаваемый самим челове-

ком, беспокоит его значительно меньше, чем окружающих.

Шум является биологическим раздражителем, способным влиять на все

органы и системы организма, вызывая разнообразные физиологические изме-

нения. Шумовые патологии подразделяются на специфические, наступающие в

звуковом анализаторе, и неспецифические, возникающие в других органах и

системах. Поражение органа слуха определяется главным образом интенсивно-

стью шума. Изменения в центральной нервной системе наступают значительно

раньше, чем нарушения в звуковом анализаторе.

Шум с уровнем звукового давления до 35дБ привычен для человека и не

беспокоит его. Повышение этого уровня до 40…0дБ создаёт значительную на-

грузку на нервную систему, вызывая ухудшения самочувствия, а при длитель-

ном действии может быть причиной нервозов. Воздействие шума уровнем

свыше 80дБ может привести к потере слуха - профессиональной глухости. При

действии уровней свыше 140дБ возможен разрыв барабанных перепонок, кон-

тузия, а при уровне более 160дБ наступает летальный исход.

Кроме интенсивности шума особенности воздействия шума на организм

человека определяет характер спектра. Более неблагоприятное влияние оказы-

217

вают высокие частоты (свыше 1000 Гц) по сравнению с низкими (30…125Гц.) К

биологически агрессивному шуму относятся импульсный и тональный шум.

Степень шумовой патологии зависит в некоторой степени от индивиду-

альной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Повышен-

ная чувствительность к шуму присуща 11% людей, особенно чувствительны к

шуму детские и женские организмы. Длительное воздействие интенсивного

шума на человека приводит к развитию звуковой болезни, являющейся само-

стоятельной формой профессиональной патологии. Формирование патологиче-

ского процесса при шумовом воздействии происходит постепенно и начинается

с неспецифических проявлений вегетативно-сосудистой диффузии. Далее раз-

виваются сдвиги со стороны центральной нервной и сердечно - сосудистой

систем, затем специфические изменения в слуховом анализаторе.

Человек в процессе трудовой деятельности, как правило, сталкивается с

производственным шумом, который активно влияет на безопасность жизнедея-

тельности.

Производственный шум нарушает информационные связи, что вызывает

снижение эффективности и безопасности деятельности человека, так как высо-

кий уровень шума уменьшает слышимость предупреждающий сигнал опасно-

сти. Кроме того, шум вызывает обычную усталость. При действии шума сни-

жаются способность сосредоточения внимания, точность выполнения работ,

связанных с приёмом и обработкой информации и производительность труда.

При постоянном воздействии шума работающие жалуются на бессонницу, на-

рушения зрения, вкусовых ощущений, расстройство органов пищеварения и т.д.

У них отмечается склонность к нервозам. Энэргозатраты организма при выпол-

нении работы в условиях шума больше, т.е. работа оказывается более тяжёлой.

11.5 Нормирование производственного шума

Предупреждение неблагоприятного воздействия шума на организм чело-

века основано на его гигиеническом нормировании, целью которого является

обоснование допустимых уровней, обеспечивающих предупреждение функ-

циональных расстройств и заболеваний. В качестве критерия используют -

ПДУ шума. Предельно допустимый уровень шума – это уровень шума, кото-

рый при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в не-

делю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или

отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами

исследований в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и

последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здо-

ровья у сверхчувствительных людей.

Нормирование шума производится по комплексу показателей с учетом их

гигиенической значимости на основании Санитарных норм 2.2.4/2.1.8.562 – 96

«Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на

территории жилой застройки»