132 Час т ь I Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

На практике получили распространение анализаторы, в которых

выходные сигналы с анализирующих фильтров передаются по очере­

ди (по~ледовательно) по мере их подключения. Такие анализаторы,

хотя и позволяют автоматизировать процесс анализа, тем не менее

требуют времени для проведения анализа, что затрудняет частотный

анализ в случае быстроменяющегося акустического процесса.

Анализаторы в реальном масштабе времени (параллельные ана­

лизаторы) обладают возможностью параллельного ввода в считы­

вающее устройство сигналов от различных фильтров, работающих

одновременно. Мгновенное представление полного спектра шума на

экране прибора позволяет визуально наблюдать весь спектральный

состав шума и обнаруживать даже незначительные его изменения

во времени.

Существует множество приборов, используемых для анализа

шума. В табл. 5.12 приведены некоторые из них, достаточно распро­

страненные в отечественной практике.

5.5. Источники шума и их шумовые характеристики

По природе возникновения шумы машин делятся на механичес­

кие, аэродинамические, гидродинамические, электромагнитные.

На ряде производств преобладает механический шум, основны­ ми источниками которого являются зубчатые передачи, механизмы ударного типа, цепные передачи, подшипники качения. Он вызыва­ ется силовыми воздействиями неуравновешенных вращающихся масс, ударами в сочленениях деталей, стуками в зазорах, движением материалов в трубопроводах и т.п. Спектр механического шума имеет широкую область частот. Определяющими факторами меха­ нического шума являются форма, размеры и тип конструкции, число оборотов, механические свойства материала, состояние по­

верхностей взаимодействующих тел и их смазывание. Машины

ударного действия, к которым относится, например, кузнечно-прес­

совое оборудование, являются источниками импульсного шума, при­

чем его уровень на рабочих местах, как правило, превышает допус­

тимый. На машиностроительных предприятиях наибольший уровень

шума создается при работе металла- и деревообрабатывающих стан­

ков.

Аэродинамические и гидродинамические шумы разделяют:

• на шумы, обусловленные периодическим выбросом газа в ат­ мосферу, работой винтовых насосов и компрессоров, пневматичес·

ких двигателей, двигателей внутреннего сгорания;

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

133

шумы, возникающие из-за образования вихрей потока у твер­

дых границ (наиболее характерны для вентиляторов, турбо-воздухо­

дувок, насосов, турбокомпрессоров, воздуховодов);

• кавитационный шум, возникающий в жидкостях из-за потери

жидкостью прочности на разрыв при уменьшении давления ниже

определенного предела и возникновения полостей и пузырьков, за­

полненных парами жидкости и растворенными в ней газами.

Шумы электромагнитного происхождения возникают в электри­

ческих машинах и оборудовании. Их причиной является взаимодей­

ствие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени

и пространстве магнитных полей. Электрические машины создают

шумы с различными уровнями звука - от 20...30 дБА (микромаши­ ны) до 100... 110 дБА (крупные быстроходные машины).

При работе оборудования одновременно могут возникать шумы

различной природы. Источники шума характеризуются прежде всего звуковой мощностью. НеравнQмерность излучения характе­

ризуется коэффициентом Ф(<р) -фактором направленности, показывающим отношение интенсивности звука /(<р), создаваемого

источником в направлении с угловой координатой <р, к интенсивнос­ ти, которую развил бы в этой же точке иенаправленный источник

/ер• имеющий ту же звуковую мощность И излучающий звук во все

стороны равномерно:
Ф(<р) = f(<p) //ер = р2(<р) / Р~р'	(5.17)

где Рсрзвуковое давление (усредненное по всем направлениям на постоянном расстоянии от источника); р(<р) - звуковое давле­

ние в угловом направлении <р, измеряемое на одинаковом расстоя-

НI-!И от источника

Характеристики направленности можно описать следующим

уравнением:

g(<p) = 10 lgФ(<p) = 10 lg (/(<р)/!с)=

= 20 lg[p(<p) / Pcr] = L - Lcp•

где Lcp- уровень звукового давления, усредненный по всем направ­

пениям на одном и том же расстоянии от источника.

Для сравнения шумов различных машин и расчета уровней зву­

кового давления в проектируемых помещениях необходимо знать

объективные характеристики шума. Любая машина, будучи установ­ rrенной в открытом пространстве, создает в разных точках разли;­

ные уровни звукового давления, хотя ее звуковая мощность остается

11еизменной. В соответствии со стандартами шумовыми характерис-

134 Час т ь l Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

тиками, которые указываются в прилагаемой к машине технической документации, являются уровни звуковой мощности Lw в октавных

полосал частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250,

500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц

В электрических системах и на газоперекачивающих станциях

широко используются газотурбинные установки (ГТУ) [10], кото­

рые являются мощными источниками шума, излучаемого через воз­

духазаборный и выхлопной тракты и корпус агрегата Через воздухозаборныи тракт в атмосферу излучается шум, ко­

торый имеет аэродинамическую природу Шум, возникающий в сис­

теме всасывания ГТУ, обусповлен переменными аэродинамическими

силами вследствие турбулентности потока воздуха от ротора и ста­

тора компрессора, а также явлениями неустойчивости этого потока

В спектре шума всасывания ГТУ имеются тональные составляющие

Частота вихревого шума газотурбинных установок (50 160 Гц) про

порцианальна частоте вращения Наиболее интенсивные тональные

составляющие приходятся на частоты

		f	= n Z,,					(5 18)
где n -частота вращения, об/с, Z,- число лопаток
Уровень звуковой мощности всасывания осевого компрессора
		Lwк=l0lg(Wк/W0),						(5 19)
где	W0 = 1о-12 Вт - пороговое значение звуковой мощности,
	-	J - f} АД		2			2
					...5_ НАД			(5 20}
	WK-	0,5 1		1		3	Dry,
		\	f1Ад	)	Р С		-
где	УJлд - адиабатный	КПД	первой		ступени компрессора,			m1 -

массовый расход воздуха через компрессор, кг/с, НАдадиабат

ный напор первой ступени компрессора, Дж/кг,	D - наружный
диаметр рабочего колеса первой ступени компрессора, м, р - плот­
ность воздуха на входе в компрессор, кг/ мз, с -	скорость звука

на входе в компрессор, м/с

Уровень шума, излучаемого через воздухозабор компрессором

ГТУ 100 МВт без глушителя, на		расстоянии 120 м составляет
110 дБА	По7тому на воздухозаборе ГТУ всегда устанавливают глу­
шитель	Шvм выхлопного тракта	ГТУ	зависит от ряда факторов
(рис 5 18)
Шум от дымовой трубы ГТУ меньше, чем шум от системы воз­
духозабора Например, уровень		шума	от дымовой трубы ГТУ

100 МВт без системы шумоглушения составляет 84 дБА на рассто-

Г л а в а		5	Шум (звук) и вибрации в оhружающей среде			135
1			Шум выхлоnного тракта зависти от		1
/			1	~
			скорости газов	турбулентности
nроцесса горения			в nроточной		газового
			части		nотока
Рис	5 18	Причины и источники шума выхлоnного тракта ПУ
янии 120 м от нее			Максимальные уровни шума приходятся на вы­
сокие (4000	8000 Гц) и низкие (31 125 Гц) частоты				Шум,	излу­
чаемый на низких частотах, наиболее трудно устраним					Инфразву­

ковые колебания вызывают вибрации в близко располож~нных зда­

ниях и сооружениях

На рис 5 19 показано изменение уровней звукового давления по

высоте дымовой металлической трубы выхлопного тракта турбины

ГТ-100 750 для трех среднегеометрических частот 63, 125, 250 Гц Видно, что основное излучение шума происходит из устья дымовой трубы Например, для средней геометрической частоты 63 Гц уро­

вень звукового давления на отметке 80 м (на срезе устья трубы)

равен 104 дБ, на отметке 72 м на расстоянии 1 м от стенки трубы- 85 дБ, на отметке 3 м - 95 дБ

	Н, м
80 о	х

х70 Q.

70 о

				2
				3
30	3,0			L,дБ
	70	80	90	100

Рис 5 19 Уровни звуhового давnения по высоте дымовой трубы для средних reo

метрич~ских частот 1 - 63, 2 - 125 3 - 250 Гц х - точки измерения

136 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

Во многих ГТУ выхлопные газы направляются для утилизации

теплоты в котел или специальный теплообменник, которые одновре­ менно являются средствами снижения шума. Однако при неблаго­ приятных сочетаниях конструктивных параметров в теплообменни­

ках утилизаторов могут возникнуть резонансные явления, приводя­

щие к преждевременному разрушению теплообменников.

Широкое использование тягадутьевых машин (ТМ) в качестве

принципиальной тяги паровых котлов, вентиляторов, дымосасов

также создает шумовой дискомфорт для жителей селитебных тер­ риторий. При этом различают три пути распространения шума, вли­

яющего на окружающую среду: от корпуса воздухозабора дутьевого

вентилятора, от устья дымовой трубы, от дымососов. Последние два

пути распространения шума, особенно от устья трубы, наиболее

опасны для окружающего района. Это связано с тем, что шум, из­

лучаемый с высоты, не снижается за счет естественных и искусст­

венных наземных препятствий.

Качественную оценку ТМ по уровню звуковой мощности, зави­ сящему от полного давления Р, Па, и объемного расхода воздуха Q,

м3 /с, можно определить из уравнения

Lw; == L + 10(1+а/2) lgP + 10 lgQ,

(5.21)

где L - критерий шумности, дБ; а- коэффициент, зависящий от

окружной скорости и, м/ с, и диаметра колеса D, м, вентилятора: az 1 прии==5... 15м/с,аz 2прии==20... 50м/сиD==О,4.. 1,2м, az 3прии>50м/сиD=1,2... 2,0м.

Для большинства ТМ, применяемых в энергетике, а ""' 3. Сле­

довательно, увеличение расхода воздуха и особенно полного давле­

ния, а также скорости и внешнего диаметра колеса приводит к уси­

лению излучаемой звуковой мощности.

Сравнительный анализ уровней звуковой мощности осевых и

центробежных дымосасов показал, что у осевых уровень на 10 ...

16 дБА больше, чем у центробежных.

Частота локальных составляющих ТМ определяется из урав­

нения

f = knZл/60,

где k = 1, 2, ... , т - номер гармоники; n -частота вращения,

об/мин; Zлчисло лопаток.

Максимум шума для центробежных агрегатов приходится на

первую гармонику (k == 1), а для осевых - на вторую и третью

(k == 2 и k = 3).

Г л а в а 5. Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

137

Анализ процессов акустического загрязнения окружающей

среды необходимо проводить с учетом режимов работы (нагрузки)

ТМ. Например, при переменных нагрузках уровень звуковой мощ­

ности Lwn можно рассчитать по формуле

Lwn =Lw- L1 Lw.

где L1Lw- поправка,	учитывающая		режим	работы -	КПД YJ
(табл. 5.13).
					Таблица 5 13
	0,9	0,99	0,8	0,89	0,8
о		2		4	5

Данные табл. 5.13 показывают, что с точки зрения акустическо­ го влияния ТМ на ОС целесообразно эксплуатировать ТМ в режиме максимального КПД. Для уменьшения воздействия ТМ на окружаю­

щую среду устанавливают глушители со стороны всасывания для

вентиляторов и со стороны нагнетаt~ия для дымососов.

Для регулирования давления природного газа, пара и воздуха в

газораспределительных пунктах широко используется дросселирую­

щая арматура, которая обеспечивает снижение давления газа в глав­

ной магистрали газопровода до требуемого - обычно с 1... 1,2 до

0,05...0,12 МПа.

При подаче воздуха в котел и эвакуации из него дымовых газов, а также в системах местной вентиляции регулирование расхода про­

изводится с помощью шиберов и заслонок, где также происходят

потери давления. При этом шум клапанов, возникающий при пере­

паде давлений до и после клапанов, равном 1,8 (<<докритическая об­

ластЬ•>), формируется в основном турбулентной струей. При соотно­

шении давлений больше 1,8 (<<закритическая область•>) дополнитель­

но возникают скачки уплотнений (ударные волны), которые сопро­

вождаются импульсными шумами и могут привести к разрушению

клапанов.

Уровень суммарной звуковой мощности, обусловленной дроссе­

лирующим клапаном, зависит от его типа, перепада давлений и рас­

хода среды:

Lw = Lwfl + 10 lgq + 20 lgc,

где q - расход среды, м31ч; Lwfl зависит от конструкции клапана

и перепада давлений в нем, с - скорость звука в клапане, м1с,

причем с= ,J kP lp; Р -давление до клапана, Па; р - плотность

среды, кг1м3; k - коэффициент.

138 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

Уровень звуковой мощности, излучаемый в клапанах, регулиру­

ющих расход воздуха или дымовых газов, определяется по формуле

Lwк = Lок + 10у lgv + 20 lg D, + 10 (1- у) lg	snp	(5.22)
	S,

где Lокотвлеченный октавный уровень шума, зависящий от дрос­

сельной заслонки, дБ (табл. 5.14); Sпр - площадь проходнога от­

верстия клапана; v - скорость в воздухопроводе, м/с, с площадью

сечения 5, м2, к которому подсоединяется арматура; D,- гидрав­ лический диаметр воздухопровода, м. D, = 4S/ П; П- периметр

канала, м; у -	поправка, определяемая из табл. 5.15.
	Таблица 5 14
Тип армату-	Отвлеченный уровень шума L01,, дБ,
ры	при средней геометрической частоте, Гц

Шибер

Дроссельная

заслонка

Частота, Гц

Значение у

63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
85	62	50	46	32	19	7	-7
72	56	38	26	\8	10	4	-9

						Таблица 5 15
63	125	250	500	\000	2000	4000	8000
2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6

Уровень звуковой мощности в трубе определяется по формуле

s	(5.23)
Lwlтp = Lwк- 10 lg 2'

где Lwк -уровень звуковой мощности, излучаемой клапаном, дБ; S - площадь сечения канала, м2.

На ряде предприятий технологические циклы предусматривают охлаждение воды с использованием градирен. Шум в градирнях вы­ зывает свободное падение воды. Излучаемая при этом звуковая мощ­

ность пропорциональна расходу воды, скорости водяных капель в

момент падения и глубине бассейна с водой. При больших плотнос­

тях застройки шум от градирен может оказывать существенное вли­ яние на формирование шумового поля. Уровень звуковой мощности, излучаемой градирней, можно определить, используя равенство

Lwrp =L~ + 10 lgq,

(5.24)

где L, - уровень звуковой мощности, зависящий от средней гео­

метрической частоты (табл. 5.16); q - расход среды, м3 /ч.

Г л а в а 5 Шум (звук)		и вибрации в окружающей среде						139
							Таблица 5 16
Средняя геометрическая	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
частота, Гц
L,, дБ	51	51	5I	57	62	62	63	61

Применение в градирнях в зимнее время жалюзИ, которые

уменьшают поток воздуха, способствует уменьшению уровня звука

на 2 .. 3 дБ. Звуковая энергия градирни в основном излучается через входные окна. Уровень шума у верхнего края градирен примерно на 10 дБ меньше, чем уровень шума· из входных окон. Излучением шума

через оболочку (стенки) градирен, как правило, пренебрегают. Важ­

ную роль в формировании звуковых полей играет конструкция бас­

сейна градирни: рекомендуется делать бассейны с дном конусообраз­ ной формы, которая обеспечивает стекание воды к краям бассейна градирни. При этом орошаемая часть дна имеет меньшую глубину. Следует иметь в виду, что в некоторых градирнях для интенсифика­ ции охлаждения используют вентиляторы. Поэтому наряду с шумом

падения воды имеет место шум, излучаемый вентиляторами. Для

снижения акустического влияния вентиляторов целесообразно при­

менять тихоходные вентиляторы с большим диаметром лопастей.

Использование открытых распределительных устройств (ОРУ)

при транспортировке электроэнергии также способствует акусти­

ческому загрязнению ОС за счет звукаизлучения трансформатора­

ми, линиями электропередачи, синхронными компенсаторами, воз­

душными выключателями и др. Основной причиной шума трансфор­ маторов является маrнитострикция. Вызванная магнитострикцион­

ными силами вибрация передается через масло и узлы сопряжения

активной части с масляным баком самому баку и от него в виде звуковых волн разной частоты излучается в ОС. Особенно сильвый шум исходит от крышки бака. Добавочным источником шума явля­

ются колебания самого бака и связанных с ним конструкций. Для

охлаждения некоторых трансформаторов используются вентилято­

ры, которые также являются источниками шума. Уровень шума от

ОРУ практически не зависит от нагрузки трансформаторов и номи­

нального напряжения, главные причины - мощность и размеры

трансформатора

Шум трансформатора характеризуется колебаниями с частота­

ми, кратными частоте питающей сети, а именно: 100, 200, 300 Гц и т д. У мощных трансформаторов наиболее выражены низкие час­ тоты, и только в трансформаторах с охлаждающими вентиляторами

140 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

выявлены составляющие шума более высоких частот, быстро зату­

хающие с удалением от трансформаторов. Звуковые волны практи­

чески одинаково распространяются по осям трансформатора Еди­

ница шумовых характеристик трансформаторов - дБА, так как

многочисленные исследования показали, что более информативным

является общий уровень.

Уровень шума трансформаторов можно определить по формуле

	L = 20 Jg (:о}	(5.25)
где р -	звуковое давление, Па.
	р = рис,	(5.26)
где р -	плотность воздуха, кг/м3; с - скорость звука,	м/с; и-
колебательная скорость частиц воздуха, м/с:

		2/	(5.27)
	и = уст	1 - t 21t{

где f -частота тока, протекающего по обмоткам, Гц; {0 - собст­ венная частота свободных колебаний магнитопровода, Гц; Устуд­ линение стержней под действием сил F м:

(5.28)

где Е - модуль упругости электротехнической стали, Н/ м2, l - высота (длина) стержней, м, S:E - площадь поперечного сечения

стержней, м2.

Полная сила, создаваемая всеми стержнями

F		= Р		пам		(5.29)
	м		(Х	Sn =-B2S	,
				2
где ам - магнитострикционная постоянная; Ра -						амплитудное зна­
чение силы, зависящее от магнитострикции; n -						число окон; S -

площадь поперечного сечения одного стержня, м2; В -		индукция,
Тл.
Собственная частота определяется из уравнения
г---------~~,-1
1	l/2	(5 30)
( Рн +3Рс)_2_
	pc.,S

где Рн(Рс) -масса накладки (половины стержня), кг, (J - плот­ ность материала магнитопровода, кг/м2; см - скорость звука в маг­

нитопроводе, м/с; l -длина средней части стержня.

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

141

Линии электропередачи высокого напряжения также могут быть источником шума для окружающего района. Расстояние от оси

линии электропередачи до населенных пунктов с учетом их перспек­

тивного развития должно составлять не менее 300 м, а на стеснен­ ных участках трассы это расстояние может быть уменьшено до

100 м Уровень шума от таких линий электропередачи зависит от

погодных условий. Наибольшие значения уровня шума наблюдают­

ся при дожде, несколько меньше - при тумане и наименьшее при

хорошей погоде. Шум от трехфазной линии примерно на 3.. .4 дБА

превышает уровень шума однофазной линии. Шум от коронирования

проводовна расстоянии 100 м от них (в зависимости от напряжения)

приведен в табл. 5.17.

			Таблица 5 17
Напряжение, кВ	Уровень звукового давления, дБА
	при дожде		при тумане
400	40		34
750	49		40
1050	51	57	45
1150	55	62	53

Источниками импульсных шумов в ОРУ являются воздуитые

выключатели, при срабатывании которых энергия высвобождаю­

щегося сжатого воздуха вызывает высокочастотные шумы. На рас­

стоянии 1 м от воздушного выключателя при его срабатывании зна­ чительно превышается максимально допустимый уровень шума.

Поэтому нахождение людей рядом с выключателем в это время без

специальных средств защиты недопустимо.

Расчет уровня звукового давления от линий электропередачи вы­

сокого напряжения с учетом расстояния от источника шума можно

проводить по формуле

Lрлэn = LP ок + 10lgФ -	10lgQ -
rf3	+ 112,	(5 31)
- 201grIOOO + 11 1
где LP ококтавный уровень звуковой мощности, дБ, Ф -		фактор

направленности [см (5 17)]; r - расстояние от акустического цент­

ра источника до расчетной точки, м; ~- коэффициент поглощения

звука в воздухе, дБ /км (табл. 5 18 ); 111 - поправка, учитывающая

увеличение уровня звукового давления за счет синфазного наложе­

ния звуковых волн; д2 - поправка, учитывающая снижение уровня

142 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе ~наний о человеке и nрироде

звукового давления за счет экранирования различными преnятст­

виями (nриродными -лесом, травой); Q - nространственный угол

излучения.

Уравнение (5.31) позволяет рассчитывать уровни звукового дав­

ления nри работе воздушных выключателей. Для этого в (5 31) 201gг

необходимо заменить lOigr

Дополнительное увеличение уровня звукового давления Cl1, дБ,

рассчитывается по формуле

А1 =АLотр + AL 8 ,

где ClLoтp = Зп; n - число доnолнительных отражающих nоверхнос­ тей, расnоложенных на расстоянии, меньшем О, l r от расчетной точки; tlLв =3 дБ, если выnолняются неравенства.

hрт « Г, h.ш « Г, f « 40г/ (hрт hист),

где hрт. hист - высота расположения расчетной точки и источника шума над nлоской nоверхностью, м; f - средняя геометрическая

частота, Гц.

Таблица 5 /8

Темnера Относительная Коэффициент логлощения звука в воздухе, дБ/ км,

тура воз	влажность	nрк кормальком атмосферном давлении и средней
духа, 'С	воздуха, %			геометрической частоте ,			Гц
		125	250	500	1000	2000	4000	8000
	20	0,6	! ,8	3,7	6.4	14	44	154
30	40	0,3	1,2	3.6	7,2	12	27	83
	60	0 ,2	0,9	3,0	7 ,5	14	25	64
	80	0 ,2	0,7	2,5	7,2	15	25	57
	20	0,7	1.5	2.7	6,2	19	67	208
20	40	0,4	1,3	2,8	4,9	11	34	120
	60	0,3	1, 1	2,8	5,2	9	25	83
	80	0,2	0,9	2,7	5,5	9,7	21	66
	20	0 ,6	1,1	2,9	9.4	32	90	170
10	40	0,5	1,1	2,0	4,8	15	54	170
	60	0,4	1,0	2,0	3,9	10	35	125
	80	0.3	1,0	2,0	3,7	8,5	25	96
	20	0,5	1,5	5,0	16	37	57	73
о	40	0,4	0,9	2,3	7,7	26	74	141
	60	0,4	0,8	1,7	4,9	17	58	156
	80	0,4	0,8	1,5	3,8	12	41	41

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружаюшей среде

143

На процесс распространения звука в ОС влияют такие факторы,

как температура и влажность воздуха (см. табл. 5.18).

При распространении звука над поверхностью земли с травяным

или снежным покровом должно выполняться условие f > 20r1hисг

При невыполнении этих условий ~Lв= О.

Ослабление уровня звукового давления определяют из уравне-

ния

(5.32)

где ~L, - снижение уровня звукового давления экранами, дБ;

~Lп - снижение уровня звукового давления вследствие влияния

травяного или снежного покрова земли, дБ; ~лп - коэффициент ос­

лабления звука лесополосами, дБ1м:

(5.33)

где Рл = 0,08 дБА/ м; bJiпширина лесополосы, м.

При количественной оценке ослабления звука принимают дL11 = О, если звук распространяется не вб.l!изи поверхности земли, или дLn = 3 дБ при удалении источника шума от Приемника на рас­ стояние более 500 м.

5.6. Общие методы снижения воздействия шума

на окружающую среду

Задачи по снижению шумового загрязнения окружающей среды

от работающего оборудования решаются путем: снижения шума в

источнике; снижения шума на путях его распространения; архитек­

турно-строительными и планировочными решениями.

Снижение шума в источнике осуществляется за счет улучшения конструкции агрегата или изменения технологического процесса. ! Ia

многих предприятиях, включая энергетические объекты, использу­

ют архитектурно-планировочные решения и методы снижения шума

на путях его распространения.

Снижение шума на путях его распространения обеспечивают со­

зданием санитарно-защитных зон вокруг предприятий, установкой глушителей, экранов и кожухов и др. По мере увеличения расстоя­

ния от источника уровень шума уменьшается. Поэтому создание са­

нитарно-защитной зоны необходимой ширины является наиболее nростым способом обесnечения санитарно-гигиенических норм во­

круг предприятий. Выбор ширины санитарно-защитной зоны зави-

144 Час т ь 1. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

сит от установленного оборудования, например ширина санитарно­

защитной зоны вокруг крупных ТЭС может составлять несколько

километров. Для объектов, находящихся в черте города, создание

такой санитарно-защитной зоны (СЗЗ) порой становится неразре­

шимой задачей. Сократить ширину СЗЗ можно уменьшением шума

на путях его распространения. Такая задача решается с помощью специальных глушителей. Конструкции глушителей зависят от на­

чального и допустимого уровней шума и выбираются в зависимости

от спектра шума, условий работы глушителя (температуры, давле­

ния, влажности, запыленности, возможности эксплуатации при низ­

котемпературной коррозии и др.), обеспечения надежности его ра­

боты и высокой эффективности в течение всего времени эксплуата­

ции. Важными факторами являются такие условия, как обеспечение

минимального гидравлического сопротивления, веса, габаритов глу­

шителя, возможность его монтажа без нарушения технологического

цикла на предприятиях. Кроме специальных глушителей шума, ши­

рокое распространение получили шумазащитные экраны. На энер­

гетических объектах экраны используются в основном для сниже­

ния шума трансформаторов и градирен. Во многих случаях необхо­ димого эффекта снижения шума достигают с помощью специальных

кожухов, которые устанавливают, как правило, на отдельные агре­

гаты и узлы, например турбины, дроссельные клапаны, насосы и др.

Конструкция кожухов должна позволять проводить осмотр поверх­ ности агрегата или узла в процессе работы.

Архитектурно-строительные и планировочные решения включа­

ют в себя: способы звукоизоляции и звукопоглощения; лесопосадки:

строительство насыпей, соответствующее размещению шумного

оборудования по отношению к жилому району (приложения 5.2, 5.3). Планировочные мероприятия должны обязательно выполнять­

ся при строительстве промышленных и энергетических объектов, так как рациональное размещение оборудования по отношению к

жилому району не требует дополнительных затрат. Лесопосадки и строительство насыпей позволяют в некоторых случаях снижать

уровень шума от предприятия в целом, но требуют значительных

трудовых и материальных затрат. Звукоизоляция окон шумных по­

мещений (приложение.5.4), корпусов тягадутьевых машин, газо- и

воздухопроводов, пароправадов позволяет значительно уменьшать

шумовое воздействие на окружающую среду. Применение методов

звукопоглощения позволяет снизить уровень шума внутри помеще­

ния одновременно от всех находящихся там источников шума.

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

145

В тягадутьевых машинах наряду с необходимой акустической эф­

фективностью применяемые средства шумоглушения должны орес­

печивать минимальное аэродинамическое сопротивление в газовоз­

душных трактах, возможность оперативного контроля работы обору­ дования и быстрого монтажа в условиях действующего производст­

ва. Не следует забывать, что работа глушителей должна быть надеж­

ной в условиях повышенных температур (до 200оС).

Достаточно высокую акустическую эффективность обеспечива­

ют глушители д11;ссипативного типа (пластинчатой конструкции)

за счет поглощения шума рыхловолокнистыми и пористыми мате­

риалами, в которых звуковая энергия превращается в тепловую.

Среди наиболее часто применяемых звукопоглощающих материалов

следует выделить супертонкое стекловолокно (маты, холсты), су­ пертонкое базальтовое волокно (БСТВ), маты теплозвукоизоляци­

онные ATM-lOC (АТС-lОК). Их характеристики приведены в

табл. 5.19.

Таблица 5.19

Звукоизолирующий материал	Плотность,	Диапазон
	кг/м3	температур, ·с
Маты (холсты) из супертонкого стеклово-	10	От -60	до +450
локна (TY2l РСФСР 227-76)
Холсты из супертонкого базальтового во-	17	От -60	до + 450
локна (БСТВ)
Маты теплозвукоизоляционные ATM-IOC	40
(АТС-IОК)
	(60 для АТС-lОК)	От -60	до + 450

На рис. 5.20 показаны уровни звукового давления до и после ус­

тановки глушителей в газовом тракте ТЭU. Изменяя конфигурацию

90

80

70

60

50

	Рис. 5.20. Уровни звукового давле­
	ния до (1) и после (11) установки	125 150 5001000 2000 4000 f	1, Гц
	глушителя в газовом тракте ТЭЦ

146 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

	50~--._--~--~--~--~--~--~
111	65 125 250 500 1000 2000 t, Гц
	б
а
Рис 5 21	Схема экранного глушителя

а - конструкция 1 - воздухозабор, 11 - экран, 111 - вентилятор, 6 - уровни

звукового давления до ( /) и после (2) установки экрана

газового тракта, длину внешних газоходов, размер и тип дымовой

трубы, можно добиться снижения уровня шума на 8... 30 дБ, причем

наибольшее снижение шума происходит в дымовой трубе. Дополнительное снижение шума, излучаемого воздушным трак­

том дутьевых вентиляторов, достигается установкой экранных глу­ шителей. Снижение шума экранными глушителями происходит за счет отражения части звуковой энергии обратно в канал воздухоза­

бора (рис. 5.21 ). Использование экранных глушителей требует

предварительного анализа, так как конструкция и расположение

глушителей оказывают как положительное влияние, повышая эф­

фективность шумоглушения, так и отрицательное, увеличивая акус­

тическое сопротивление.

Запыление глушителей диссипативного типа, особенно при малых скоростях потока, вызывает снижение акустической эффек­

тивности. В ряде случаев для повышения эффективности глушите­

лей диссипативного типа применяют глушители, работающие по

принципу <•антизвука•> (рис. 5.22). Эффективность глушителей

<•антизвук•> на низких частотах достигает 10.. 13 дБ. При устройстве

глушителей диссипативного типа nрименяются керамзит и металли­

ческая путонка (путка) и другие пористые материалы.

	Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде		147
Рис	5 22 Схема грушителя, ра­
ботающего по принципу *анти­
звука• 1 - газовая турбина,
2 -	дымовая труба, 3 -	звуко­
поглощающий материал, 4 -
громкоговоритель, 5 -		микро­
	фоны

Эффективность глушителя !':.Lrл• дБ, зависит от скорости и на­

•авления потока газов.

t1Lrл = 1 ± 0,006 v дLбп•
1	(5 34)

где t1L6n -эффективность глушителя при отсутствии потока воз­

духа; V ~скорость потока, м/с Знак <<+>> или <•-» указывает на

направление потока <•+•> - при совпадении направления потока с

направлением распространения звука; <<-•> -при противополож­

ном направлении.

Анализ уравнения показывает, что эффективность глушителя

снижается при совпадении направления потока газов и распростра­

нения звуковых волн, и, наоборот, при распространении звуковой

энергии навстречу потоку эффективность увеличивается. Для вы­

хлопных трактов ГТУ, где скорость в газоходах достигает 30 . 50 м/с, эффективность глушителей снижается до (0,85 ...0,77) !':.L.

Дальнейшее увеличение скорости потока может привести к генери­ рованию шума глушителем. Для снижения уровня генерируемых'

шумов устанавливают обтекатели, которые обеспечивают снижение

шума на 8.. 10 дБ

На рис 5 23 в качестве примера показано расположение двух­

ступенчатых глушителей шума воздухозабора газовой турбины. Глу­

шитель помещается в канале воздухозабора и выполняется из двух

ступеней Первая, расположенная ближе к ГТУ, обеспечивает сни­

жение высокочастотных составляющих шума Она состоит из

148 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

Воздух

--+

3

1 м

Рис 5 23 Схема глушителя для воздушного тракта ГТУ-100-750

1, 2 - стуnени для снижения низких и высоких частот соответственно, 3 - жа­

люзи, 4 - воздушный тракт

45 пластин толщиной l 00 мм и таким же воздушным промежутком

между ними. Вторая ступень предназначена для снижения низко­

частотных составляющИх (22 пластины -голщиной и размером воз­

душного зазором между ними по 200 мм). В качестве звукопоглоща­

ющего материала использован улырасупертонкое стекловолокно

В таких конструкuиях необходимо предусмотреть конструктив­

ные решения, препятствующие усадке материала и его защиту от

выдувания. На небольших ГТУ можно применять глуши-rель шума, представленный на рис. 5.24.

1 2

з 4 5

д-д

а		б
Рис	5 24	Схема rлушителя шума выхлоnа ГТК-1 О
а -общий вид, 6 -	элементы шумаглушителя 1 -каркас. 2 - звукоnоглощав
щий материал, 3 -		асбестовая nрокладка, 4 -стеклоткань, 5 -
		nерфорированный лист

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде	149
5

6

121 10500

Рис 5 25 Схема глушителя выхлоnного тракта nри нижнем nодводе газоходов в

дымовую трубу

1 - nодводящий газоход, 2 - дымовая труба, 3 - nерегородка, 4 - цилиндри­

ческий глушитель, 5 - каркас, б - звукоnоглощающий материал

В тех случаях когда выхлопные трактьL нескольких ГТ подсоеди­

няются к одной дымовой трубе, глушитель шума целесообразно ус­

танавливать в цокольной части дымовой трубы (рис. 5.25). При

таком расположении глушителей звуковая энергия гасится в звуко­ поглощающих перегородках и на внутренней облицовке трубы. Эф­ фективность этих глушителей зависит от размеров, количества ци­

.тшндров, заполненных звукопоглощающим материалом, высоты раз­

деJiительных перегородок и может достигать 30 дБ.

Во многих технологических процессах применяется пар. Выброс

ттара в окружающую среду сопровождается изменением уровня

шума. Так, для обеспечения надежности энергетических котлов их

снабжают предохранительными клапанами, через которые в ОС вы­ ()расывается струя пара, и тем самым обеспечивается необходимое

навление пара в рабочей зоне Аналогичный процесс происходит nри

ттродувке пароперегревателей или при предпусковой парокислород­

ттой очистке внутренних поверхностей котлов. Учитывая многообра­

!Ие факторов, влияющих на условия работы глушителей шума (вы­

сокие температуры; критические перепады давлений до и после глу­

тттителя; обеспечение минимума веса, габаритных размеров и гид­

равлического сопротивления и др ), создать универсальные системы

снижения уровня шума не представляется возможным. Поэтому <<Па­

\ЮВЫе•) глушители могут быть диссипативного, реактивного или ком­ r,инированного типа. На рис 5.26 приведено несколько конструк-

1ивных решений глушителей

150 Час т ь I. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

Уро11ень

крыши

Уровень

5	КРI>IШИ

а

х 0,5т

40• 0,5т

• 1 т

о 2т

.6. 5т

30

20

10

31,3	63	125	250	500 1000 2000	9000	f,Гц
				6
Рис. 5.26 Конструкции (/-5) паровых глушителей (а)					и их эффективность (6)
			при разных массах

а

Рис. 5.27. Схема 'Жранирования звука естественными преградами а - здания; б - насыпь; в - выемка, ИШ - источник шума

Г л а в а 5. Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

151

В тех случаях, когда глушители шума не обеспечивают требуе­

мую эффективность, используют экраны (искусственные или есте­ ственные). Свойство экранов снижать шум основано на отражении

и рассеянии падающих на них звуковых волн. Если длина звуковой

волны меньше размеров экрана, то за экраном образуется <•звуковая

тень•>. В качестве естественных экранов используются особенности

рельефа местности (рис. 5.27). Максимальная эффективность экра­

нов на открытом воздухе достигает 25 ...30 дБА.

5.7. Влияние вибраций на человека

ина окружаюшую среду

Рассматривая колебание точки относительно положения равно­

весия (покоя), можно выделить несколько видов колебательных про­

цессов, каждый из которых имеет свою математическую интерпре­

тацию. Так, проекция точки, равномерно движущаяся вдоль окруж­

ности, на одну из осей имеет синусоидальный закон (гармоничес­

кий) движения:

Х = Asinffit или Х = Asin(ffit + <р),

где <р - фазовый сдвиг (начальная фаза).

Период колебаний точки определяется из уравнения

т= 21t.

{1)

Частота колебаний, т.е. число колебаний в единицу времени, -

величина, обратно nроnорциональная периоду колебаний:

l

21t

t = т=-;;;·

Если материальная точка одновременно участвует в нескольких гармонических колебаниях, то суммарный колебательный процесс

является полигармоническим. В таких случаях каждую составляю­

щую колебательного процесса назы~ают гармонической, а совокуn­

ность частот этих гармоникспектром частот. Спектры могут быть

как непрерывными (сплошными или полосовыми) при бесконечном

числе гармоник, так и дискретными.

В тех случаях, когда происходит суммирование двух гармоничес­ ких колебаний, имеющих близкие по значению периоды, возникают

биения. Например, если амплитуды и начальные фазы колебаний

одинаковые, а частоты ffi 1 и ro2 близки по значению, то

152 Час т ь I Место инже.нерной экологии в системе знаний о человеке и природе

х = Asinw 1t		+ Asinw2t =
= Аs.ш	(!) 1 + (J)2	t cos	(1) 1 - (!)2	t.	(5.35)
	2		2

Анализ уравнения (5.35) показывает, что колебания происходят

по синусоидальному закону с частотой (w1 + w2) 12. Период этих

изменений

Т= 4n/(w 1 - w2).

Все виды колебаний по способу их возбуждения делятся на сво­

бодные, вынужденные и с13язанные.

К свободным колебаниям относятся колебания, вызванные на­

чальными условиями (начальным возбуждением) системы и проте­

кающие без дальнейшего внешнего воздействия (возбуждения).

Вынужденные колебания происходят под действием внешних

сил (преимущественно периодических).

Как правило, машины и механизмы явЛЯJ<)ТСЯ сложными колеба­ тельными системами. Силы, вызывающие колебания, по своей при­

роде подразделяются на силы механического, аэродинамического,

гидродинамического и магнитного (электромагнитного) происхожде­

ния.

Оценку вибрационных процессов, происходящих в окружающей среде, проводят с помощью таких характеристик, как вибросмеще­ ние, виброскорость и виброускорение.

Вибрационное смещение (вибросмещение) S, мкм, - это мгно­

венное значение отклонения колеблющегося элемента относительно положения равновесия. По амплитуде вибросмещения можно судить

о зазорах между вибрирующими деталями и узлами, их податливос­

ти и остаточной неуравновешенности. Амплитуда смещения явля­

ется фактором, от которого зависит шум, издаваемый изделием.

Вибрац,ионная скорость (виброскорость) V = dS 1dt, м1с, яв­

ляется определяющей характеристикой шума. Уровень виброскорос­

ти Lv. дБ, определяется выражением
v	р	(536)
Lv=20!g-=20!g-,
Vo	Ро

где V0 = 5 · 1о-5 м1с - опорное (условно нулевое) значение ско­

рости.

В случае гармонических колебаний с частотой и амплитудой виб­ росмещения S амплитуда виброскорости

V = wS.

Г л а в а 5 Шум (звук) и вибрации в окружающей среде

!53

Силы, действующие на конструкционные материалы и вызываю­ щие усталость материалов, характеризуются виброускорением.

Амплитуда виброускорения а, м/с2, находится по формуле

а== ffiV = w2S.

Уровень виброускорения La, дБ, определяется выражением

La = 20 lg (а/а0),

(5.37)

где ао = 3 . 1о-4 м1с2 - условно нулевое зна~ение виброускорения.

Так как в общем случае вибрации представляют собой сложный

негармонический процесс, то анализ вибраций целесообразно про­ водить с помощью спектра. Спектральный анализ позволяет вьще­

лить частоты и амплитуды отде.т!.ьн.ых составляющих вибрации. Вибрации, так же как и звук, инфра- и ультразвук, ударные

волны, являются постоянно действующими физическими фактора­

ми, сопровождающими эволюцию жизни на земле, в процессе кото­

рой в живом организме возникали и совершенствовались специаль­

ные структуры - механорецепторы. Структуры живых организ­

мов, воспринимающие различные виды механической энергии, раз­

нивались в двух направлениях: увеличивалось число рецепторных

окончаний на единицу площади и повышалась их чувствительность.

У многих видов живых организмов (птиц, насекомых, пресмыка­

ющихся, животных и др.) виброрецепторы относятся к важнейшим

системам жизнеобеспечения и жизнедеятельности. Так, хищные

рыбы даже при потере зрения обладают способностью точно опре­

делять местоположение жертвы по амплитудно-частотным характе­

ристикам колебаний, вызванных движениями жертвы.

Вибрации в окружающей среде создают своеобразное информа­

ционное поле. Природа позаботилась о том, чтобы живые организмы

были способны пользоваться вибрационными (колебательными) про­

цессами как информацией. Вибрации, действующие на биологичес­

кие объекты, имеют двойственный характер. В одних случаях они стимулируют жизненные процессы, а в других угнетают их. Особое

внимание исследователи уделяют изучению физиологического дей­ ствия на живые организмы инфразвуковых вибраций, которые вы­ зывают угнетение, беспричинный страх, паническое состояние, не­

адекватное реагирование на происходящее и др.

Деформация и переменные напряжения, возникающие в 1кан.ях

организма·человека, улавливаются множеством рецепторов. Напря­

жения трансформируются в энергию биоэлектрических или биоме­

ханических процессов.

154 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

Глазное

яблоко

(30 .. 80Гц)

Плечевой

пояс

(4 ... 5Гц)

Легкие

(30 . 60Гц)

		Брюшная
		полость
	Позвоночный	(4 .. 8Гц)
	столб, продольное
	нагружение (10 .. 12 Гц
	Сомкнутая	Ноги (от 2 Гц при согнутых
	кисть (50 . 200 Гц)
		коленных суставах до 20 Гц
		при выпрямленных,
		напряженных ногах)

Рис 5 28 Частоты собственных колебаний человека

В живых организмах происходят собственные колебательные процессы с низкой частотой. На рис 5 28 представлена модель стро­

ения человека с указанием частот собственных колебаний различ­

ных органов. Например, резонансная частота сердца {0 = 7 Гц. При инфразвуковых колебания~ с частотой 7 Гц амплитуда сердечных

сокращений увеличивается настолько, что происходит разрыв арте­

рий. Колебания той же частоты и интенсивности, но противополож­

ные по фазе, затормаживают кровообращение и вызывают остановку

сердца. Французский профессор Гавра отмечал, что во время штор­

ма в море генерируются колебания с частотой в среднем около 6 Гц, достигая временами 7 Гц. В результате воздействия таких колебаниИ

на команду судна в считанные секунды наступает гибель всех членов

команды Среди ученых есть сторонники концепции появления так называемых <•летучих голландцев•> Вполне реально предста.вить, что

колебания поверхности моря с низкой частотой вызывают приступы беспричинного ужаса, приводящего к безумным поступкам, напри­ мер, охваченные ужасом члены команды выбрасываются за борт.

Низкочастотные (инфразвуковые) колебания распространя­

ются на большие расстояния от источника как в воде, так и в земной

коре. Они являются причиной беспокойного поведения многих видов животных и пресмыкающихся перед землетрясением. За несколько