Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственн

12.5. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ

Контроль за соответствием параметров вибрации требованиям действующих санитарных норм осуществляется на основании ГОСТ 12.1.012–90 (96).

Согласно этому нормативному документу контроль вибрации осуществляется на производстве при аттестации рабочих мест и периодически: локальная вибрация должна контролироваться не реже 2 раз в год, а также после периодического ремонта оборудования, общая – ежегодно. Оценка вибрации проводится также по требованию санитарных служб и технической инспекции профсоюзов.

Контроль нормируемых параметров вибрации должен производиться в реальных условиях производства при типовых условиях эксплуатации оборудования или машин, при которых в соответствии с областью их применения на работающего воздействует максимальная вибрация.

Измерение вибрации проводится с использованием виброизмерительных приборов:

•вибропреобразователей (как правило, пьезокристаллических);

•виброметров;

•полосовых фильтров;

•вспомогательных приборов (самописцев уровня, магнитофонов и т. п.). Приборы, применяемые для измерения вибрации, должны соответствовать

требованиям ГОСТ 12.4.012–83 (86) «ССБТ. Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования».

				Таблица 12.5
Технические характеристики виброизмерительной аппаратуры
Тип прибора	ВМ-1	ВШВ-003М2		2511 (фирма «Брюль и Къер»,
	(ПН-19)			Дания)
Динамический диапазон, дБ:
– виброускорение	10–130	20–130		16–130
– виброскорость	50–136	55–166		30–166
Частотный диапазон, Гц:
– виброускорение	1,4–8000	1–10 000		0,3–15000
– виброскорость	1,4–2800	1–10000		1,0–15000
Постоянная времени с	1; 10	Быстро, медленно		1; 10
Тип фильтра	ФЭ-2	Встроенные		1618, 1621, 1623

Основные технические характеристики некоторой применяемой виброизмерительной аппаратуры приведены в табл. 12.5.

12.6.СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Втех случаях, когда фактические значения гигиенических характеристик вибрации превышают допустимые значения, применяются средства защитыотвибрации.

Классификация средств и методов защиты от вибрации определена ГОСТ26568–85 «Вибрация. Методы и средства защиты. Классификация».

Средства защиты от вибрации по организационному признаку делятся на коллективные и индивидуальные.

241

12.6.1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОЛЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

По отношению к источнику возбуждения вибрации различают следующие методы коллективной защиты:

•методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источник возбуждения;

•методы, снижающие параметры вибрации на путях ее распространения от источника возбуждения.

Методы и средства защиты от вибрации по мощности. К первым относят-

ся такие средства защиты, как динамическое уравновешивание, антифазная синхронизация, изменение характера возмущающих воздействий, изменение конструктивных элементов источника возбуждения, изменение частоты колебаний и др. Они используются, как правило, на этапе проектирования и изготовления источников вибрации.

Средства защиты от вибрации на путях ее распространения могут быть заложены в проекты машин и оборудования, а могут быть применены на этапе их эксплуатации (рис. 12.8).

Вибродемпфирование — это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний системы в другие виды энергии.

Увеличение потерь энергии в системе может быть достигнуто:

•использованием конструктивных материалов с большим внутренним трением;

•нанесением слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение;

•использованием поверхностного трения;

•переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.

Сточки зрения снижения вибраций наиболее предпочтительным является использование в качестве конструктивных материалов пластмассы, дерева, резины. Так, в редукторах используют шестерни из капрона, текстолита. В некоторых случаях оказывается возможным также использовать шестерни из твердой резины.

Врезультате происходит снижение вибраций оснований и фундаментов машин, а следовательно, снижается вибрация рабочих мест.

В настоящее время начат выпуск ручного механизированного инструмента в корпусах из полимерных материалов. Это в значительной мере ослабляет воздействие вибраций на руки работающих. На многих видах оборудования внедряется постановка в подшипниковые узлы вибродемпфирующих втулок, что значительно снижает уровень вибраций. Кроме того, установка таких подшипниковых узлов значительно повышает срок их службы (иногда в 10 раз).

Использование в качестве конструкционных материалов пластмасс позволяет снизить уровень вибрации по виброскорости на 8–10 дБ.

В том случае, когда применение полимерных покрытий в качестве конструктивных не представляется возможным, для снижения вибраций используют вибро-

242

демпфирующие покрытия. Действие покрытий основано на ослаблении вибраций путем перевода колебательной энергии в тепловую при деформациях покрытий. Эффективное действие покрытий наблюдается на резонансных частотах элементов конструкций агрегатов и машин.

Рис. 12.8. Классификация методов и средств защиты от вибрации

Методы и средства защиты от вибрации на путях ее распространения

(см. рис. 12.8). Действие жестких покрытий проявляется главным образом на низких и средних частотах, мягких — на высоких. В качестве жестких покрытий используются вязкоупругие материалы (твердые пластмассы, битуминизированный войлок, различные полимерные смеси). В качестве мягких — мягкие пластмассы, материалы типа резины, пенопласты, поливинилхлоридные пластики. Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы, например, консистентные смазки в подшипниковых узлах, а также масляные ванны в редукторах.

Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактивных импедансов, т.е. сопротивлений упругого или инерционного типа.

Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на самостоятельные фундаменты (рис. 12.9). Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1–0,2 мм, а для особо ответственных сооружений – 0,005 мм. Для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту.

243

Рис. 12.10. Динамический гаситель колебаний

а

б

Рис.12.9. Установка агрегатов на виброгасящем основании: а – на фундаменте и грунте; б – на опорной плите

Кроме такого способа, изменение реактивного сопротивления системы может быть достигнуто путем установки виброгасителей. Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему.

На рис. 12.10 представлен агрегат массой М и жесткостью Κ2, имеющий частоту колебании f. Виброгаситель подбирается по характеристикам массы т и жесткости Κ1 так, чтобы его собственная частота колебаний f0 была равна частоте f:

f0 = 21π Km1 .

Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостатком динамического виброгасителя является то, что он действует только при определенной частоте, соответствующей его резонансному

режиму колебаний.

Виброгашение связано с ослаблением колебаний посредством присоединения к системе дополнительных реактивных импедансов. Поэтому оно может быть осуществлено также путем изменения упругих характеристик колебательной системы. Увеличение жесткости системы достигают соответствующим изменением конструкции

и, в частности, введением ребер жесткости. В последнем случае помимо упругих свойств колебательных систем нарушается синфазность колебаний отдельных поверхностей, снижаются амплитуды смещения отдельных точек. Это в значительной мере способствует снижению амплитуды смещения отдельных точек и снижению уровня вибрации.

244

Виброизоляция – это уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний (рис. 12.11). Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины – источника колебаний – к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека либо на защищаемый агрегат.

а б

Рис.12.11. Виброизоляция станка (а), рабочего места (б)

Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специальные упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи (КП), который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при КП = 1/8...1/15. Коэффициент передачи может быть рассчитан по формуле

КП =	1	,
	( f / f0 )2 −1

где f – частота возмущающей силы;

f0 – собственная частота системы на виброизоляторах. Оптимальное соотношение между f /f0 равно 3–4.

Для виброизоляции машин с вертикальной возмущающей силой применяют виброизолирующие опоры 3 типов: резиновые, пружинные и комбинированные

(рис. 12.12).

Пружинные по сравнению с резиновыми имеют ряд преимуществ. Они могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот (обеспечивают любую деформацию), дольше сохраняют постоянство упругих свойств во времени, хорошо противостоят действию масел и высокой температуры, относительно малогабаритны. Однако металлические пружины имеют тот недостаток, что будучи спроектированы на низкую частоту, они пропускают более высокие.

245

а

б

Рис. 12.12. Виброизолирующие опоры: а – пружинные; б – резиновые

Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин малой и средней массы (электродвигателей и т.п.). В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие.

Методы и средства защиты от вибрации расстоянием. При наличии тех-

нической возможности отсутствия контакта оператора с вибрирующим объектом на практике рекомендуется использование системы дистанционного управления, автоматического контроля и сигнализации, а также инвентарных ограждений. В ряде случаев снижение воздействия вредного фактора (вибрации) достигается оптимальным размещением технологического оборудования, машин и механизмов, рабочих мест.

Методы и средства защиты от вибрации временем. Это система защиты,

при которой исключается одновременное присутствие в данном месте пространства человека и действие опасного фактора. Если такое совмещение произошло, действие неблагоприятного фактора ограничивается безопасным временем. В первую очередь, к данным средствам коллективной защиты относятся: организация рационального режима труда и отдыха работников, назначение специального питания и лечебно-профилактических процедур и пр.

12.6.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) рук, ног и тела оператора от вибрации используются на производстве в случае необходимости. В качестве СИЗ рук от вибрации применяются антивибрационные рукавицы. Основными требованиями, сформулированными в нормативной документации, являются: эффективность, которая регламентируется в частотном диапазоне 8–2000 Гц при фиксированной силе нажатия 50–200 Н; максимальная толщина упругодемпфирующего материала 5–10 мм. В зависимости от области применения средства защиты ног подразделяются на обувь, подметки и наколенники. В них используются специальные вибродемпфирующие материалы, которые ослабляют вибрацию в диапазоне частот 11–90 Гц. Для защиты тела оператора используются нагрудники, пояса и специальные костюмы. Все виды защиты снижают вибрацию максимум на 10 дБ.

246

ГЛАВА 13

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ИОНИЗАЦИИ

Великий переворот в жизни человечества, связанный с внедрением ядерной энергии, открыл невиданные ранее возможности в решении многих проблем социального и экономического характера. В наши дни сфера применения радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучений весьма многогранна. Это – осуществление неразрушающего контроля структуры сплавов, качества изделий, изменение физических и химических свойств различного рода материалов, стерилизация перевязочных материалов и медицинских изделий, исследование функционального состояния различных систем организма, лечение злокачественных новообразований и т.д.

Радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений находят широкое применение в различных областях народного хозяйства: ядерной энергетике, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине.

Вместе с тем, являясь мощным средством технического прогресса, атомная энергия таит в себе огромную потенциальную опасность, которая может оказать вредное влияние на организм человека или нарушить нормальную жизнедеятельность людей.

Стремительно вошедшая в нашу жизнь атомная энергия и ее массовое использование вызвали необходимость установления надежного заслона возможности отрицательного влияния ионизирующего излучения на организм.

Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на человека во многом определили специфику разработки средств и методов защиты. Стремительное развитие ядерной энергетики, выпуск различного вида радиационной техники и приборов, резкое расширение производства радиоактивных изотопов еще острее ставят задачу радиационной защиты лиц, работающих в сфере действия радиации, и населения различных регионов страны.

Ионизирующее излучение – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов. Ультрафиолетовое излучение, хотя

испособно ионизировать среду, не принято относить к ионизирующим излучениям.

13.1.ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

К ионизирующим излучениям относятся:

•гамма-излучение – электромагнитное фотонное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или при ассимиляции частиц;

•характеристическое излучение – фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома;

•тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Тормозное излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения, в рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т. п.;

247

•рентгеновское излучение – совокупность тормозного и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которого от 1 кэВ до 1 МэВ;

•корпускулярное излучение – ионизирующее излучение, состоящее из частиц

смассой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-частиц, протонов, нейтронов и др.). По взаимодействию ионизирующего излучения с веществом оно подразделяется на несколько видов.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или ядерных реакциях. Этот вид излучения наблюдается преимущественно у естественных радиоактивных элементов (радий, торий, уран и др.). Их энергия не превышает нескольких мегаэлектрон-вольт (МэВ). Длина пробега в воздухе 2,5–9 см, в биологических тканях несколько десятков микрометров. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Энергия бета-частиц не превышает нескольких мегаэлектронвольт (МэВ). Максимальный пробег в воздухе составляет около 1700 см, в тканях – 2,5 мм. Ионизирующая способность бета-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц, так как они обладают значительно меньшей массой и при равной с альфа-частицами энергией имеют меньший заряд. В результате ионизации в некоторых средах происходят вторичные процессы: люминесценция, фотохимические реакции, образование химически активных радикалов.

Гамма-излучение. Его энергия находится в пределах 0,01–10 МэВ. Проникающая способность гамма-излучения очень высокая и находится в прямой зависимости от энергии.

Рентгеновское излучение характеризуется очень короткой длиной волны (0,006–2 нм). Важнейшим по свойствам при взаимодействии с веществом является большая проникающая способность при незначительной ионизации среды.

Способностью преобразовывать свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов обладают нейтроны, которые сами не несут на себе электрического заряда, при упругих взаимодействиях возникает обычная ионизация вещества, при неупругих – вторичное излучение. В зависимости от кинетической энергии нейтроны разделяются на сверхбыстрые, быстрые, промежуточные, медленные и тепловые.

Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют.

Ионизация – образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул под воздействием излучений.

Для ионизации среды необходима энергия. Энергию излучения, которая расходуется на ионизацию, измеряют во внесистемных единицах, производных от единицы энергии джоуль (Дж), которая называется электрон-вольт (эВ). Энер-

гию в 1 эВ приобретает электрон с зарядом –1 при прохождении ускоряющей разности потенциалов в 1 В. 1 эВ = 1,6·10–19 Дж.

248

Мерой самой ионизации, по определению, является ионизирующая способность излучения, которая, естественно, должна иметь размерность количества электричества, отнесенного к единице массы ионизируемой среды, т.е. кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Таким образом, мерой ионизации, или облучения (воздействия ионизирующего излучения на вещество), является показатель, характеризующий величину появившихся под действием излучения зарядов электричества в единице массы вещества. Этот показатель называют экспозиционной дозой, измеряе-

мый в рентгенах (Р).

1 Р – мера экспозиционной дозы ионизирующего излучения, под действием которого в облучаемой среде (1 см3 сухого воздуха при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.) возникает одна электростатическая единица электричества (э.с.е.). 1 э.с.е. определили, когда в нашей стране была принята система единиц СГС, в которой мерой количества электричества была принята 1 э.с.е., эквивалент-

ная 2,08·109 зарядам пар ионов, так как заряд одного иона в системе СГС равен

4,8·10–10 э.с.е.

После пересчета 1 см3 воздуха в килограммы массы и 1 э.с.е. – в кулоны получим соотношение 1 Р = 2,58·10–4 Кл/кг.

На генерацию такого количества электричества необходимо затратить 0,0088 Дж/кг энергии. Эту величину называют энергетическим эквивалентом

1 рентгена (э.э.р.).

Энергетический эквивалент рентгена (э.с.е.) можно выразить в радах (рад); 1 э.э.р. = 0,88 рад, или 0,0144 Дж/кг= 1,14 э.э.р. = 1 рад.

Важной характеристикой источника ионизирующего излучения является активность источника, равная числу самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за определенный интервал времени. Единица активности беккерель (Бк), равна 1 ядерному превращению (распаду) за 1 с. Единицу, равную 3,7– 1010 Бк, называют кюри (Ки), что соответствует активности 1 г радия. На практике используют удельную активность (Бк/кг; Ки/кг), объемную (Бк/л; Ки/л), а также активность, отнесенную к площади (Бк/м2; Ки/км2).

Облучение – процесс поглощения энергии материальным телом от источника излучения.

Основной мерой облучения (вредного воздействия ионизирующего излучения) является величина, характеризующая объем поглощенной от источника ионизирующего излучения энергии, отнесенной к единице массы облучаемого вещества.

О масштабе поглощения энергии водой от источника в 1 г радия говорит тот факт, что при адиабатическом процессе она в объеме 200 мл за 6 суток нагревается от 0 °С до кипения.

Величину, равную отношению средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме, называют поглощенной дозой. Единица поглощенной дозы – грей (Гр) – является основной дозиметрической величиной. 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

По локальному признаку и характеру воздействия на человека облучения могут быть следующих видов:

• общее, или тотальное (всего тела человека);

249

•неравномерное (отдельных частей тела);

•острое (части тела человека узконаправленным пучком ионизирующих облучений);

•однократное;

•дозированное (строго определенной дозой);

•внешнее (от источника, находящегося вне тела человека);

•внутреннее (от источника, находящегося внутри тела человека). Биологическое (патологическое) воздействие на человека облучения от раз-

личных источников излучений неодинаково.

Поэтому для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава вводится понятие эквивалентной дозы, определяемой как произведение поглощенной дозы на сред-

ний коэффициент качества (см. ниже).

Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв). 1 Зв = 100 бэр = 1 Дж/кг. Бэр – внесистемная единица. Расшифровывается как биологический эквивалент рада.

Не следует допускать широко распространенной ошибки, состоящей в том, что иногда пишут: 1 Р = 0,88 рад. Рентген и рад имеют разные размерности: 3876 Р = 1 Кл/кг; 100 рад = 1 Гр = 1 Дж.

Правильна запись: 1 э.э.р. = 0,88 рад; 114 э.э.р. = 100 рад = 1 Гр = 1 Дж/кг. При определении эквивалентной дозы принимается следующий состав мягкой

биологической ткани: 10 % водорода; 11 % углерода; 3 % азота; 76 % кислорода по массе.

Коэффициент качества К – коэффициент для учета биологической эффектив-
ности разных видов ионизирующих излучений при определении эквивалентной до-
зы. Значения К, необходимые для определения эквивалентной дозы с неизвестным
энергетическим составом, для различных видов излучений:
рентгеновское и гамма-излучение ...................................	1
электроны и позитроны, бета-излучение.........................	1
протоны с энергией до 10 МэВ.........................................	10
нейтроны с энергией до 20 кэВ........................................	3
нейтроны с энергией более 10 МэВ.................................	10
альфа-излучение с энергией более 10 МэВ.....................	20
тяжелые ядра......................................................................	20
Таким образом, последствия облучения человека от двух источников различ-
ной природы, но одинаковой ионизирующей способности относительно воздуха,
т.е. с одинаковыми экспозиционными дозами, например в 1 P, могут различаться

в20 раз. Например, для источников альфа- и гамма-излучений интенсивностью

в1 P эквивалентная доза облучения составит 0,88 рад · 20 = 17,6 бэр = 0,176 Зв для альфа-излучения и 0,88 рад · 1 = 0,88 бэр = 8,8 Зв для гамма-излучения.

13.2.ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Впромышленности и в других отраслях активной деятельности человека источники ионизирующих излучений в абсолютном большинстве случаев применяются в виде источников закрытого типа.

250