Охорона праці в авіації - Буріченко Л.А. - 7.4. Профілактика шуму

Ефективність протидії виробничим шумам визначають можливістю докладного дослідження його фізичних характеристик. Разом з тим визначення сумарного рівня інтенсивності шуму протягом багатьох років було основним і часто єдиним критерієм оцінки шуму. Дослідження частотного складу шуму виконувалось рідко, головним чином через відсутність приладів для аналізу. Але без визначення спектра не можна визначити характер шуму, виявити його основні джерела в механізмах, розрахувати частотні характеристики глушників, правильно оцінити ефект, створюваний різними пристроями для зниження шуму.

Сучасні прилади вимірювання шуму і вібрації, як правило, універсальні. Так, наприклад, вимірювач шуму і вібрації типу ВШВ-003-М2 призначений для вимірювання: рівнів звуку з частотними характеристиками А, В, С; рівня звукового тиску в діапазоні частот 2—18 кГц і в октавних смугах частот 2—18 кГц у вільному і дифузному полях; середніх квадратичних значень віброприскорення і віброшвидкості.

Якщо проаналізувати шум безпосередньо у виробничих умовах (на стоянці ПС, в цеху і т. ін.) важко, то у цьому випадку Його можна записати на магнітофонну стрічку, а аналіз провести в лабораторних умовах.

Дані аналізу можна записувати швидкодіючими самописами рівнів електричних коливань.

При розгляді проблеми шуму з позицій проектування нових підприємств і цехів необхідно розраховувати очікувані рівні звукового тиску, які виникнуть у розрахункових точках робочих місць, на території житлової забудови. Ці дані дадуть можливість передбачити заходи захисту від шуму ще на етапі проектування авіапідприємства.

Інтенсивність звуку, створюваного точковим джерелом у вільному звуковому полі

де W - звукова потужність, Вт; Ω - тілесний кут, в якому відбувається випромінювання (при випромінюванні у простір Ω = 4π, у напівпростір - Ω = 2π); r - відстань від джерела випромінювання до заданої точки.

Чинник направленості випромінювання

Рівень інтенсивності шуму при випромінюванні його в напівпростір і без урахування згасання в атмосфері

де P - рівень звукової потужності джерела звуку (беруть з довідників або визначають розрахунками).

З урахуванням згасання шуму в атмосфері формулу (7.1) можна переписати таким чином:

Залежності згасання шуму в атмосфері від частоти наведені в табл. 7.3.

Таблиця 7.3

Із формул (7.2) і (7.3) видно, що захист від шуму відстанню - один із способів створення нормальних умов праці.

Сумарний рівень інтенсивностей шуму від однакових джерел у рівновіддаленій від них точці

Як бачимо, двоє однакових джерел створюють сумарний рівень, який на 3 дБ більше, ніж кожен з них окремо (оскільки 10lg2 = 10*03=3); 10 джерел-на 10 дБ; 100 джерел-на 20 дБ і т.д.

Сумарний рівень інтенсивності шуму від двох різних за рівнем джерел β₁ і β₂

Рис. 7.3. Визначення сумарного рівня шуму

Залежність (7.5) показує необхідність відшукування "найгучного" джерела звуку в процесі розв'язання задачі зі зниження шуму будь-якого пристрою або механізму (рис. 7.3).

Якщо вдасться знизити шум другорядного джерела, то загальне зниження рівня шуму буде незначним. Залежності (7.4) і (7.5) дозволяють також враховувати похибки при вимірюванні шуму механізму в тому випадку, якщо цей шум частково маскується будь-яким іншим шумом.

Всередині приміщення розподіл звукової енергії складніший. Під час попадання звукової енергії на перепону (стіну, підлогу, стелю, звукоізоляційний кожух тощо) частина енергії відбивається (рис. 7.4), інша - проникає в перепону і поглинається нею, перетворюючись в тепло, а залишок випромінюється з іншого боку перепони.

Рис. 7.4. Розподіл звукової енергії при зустрічі з перепоною

Звукопоглинальні властивості певного матеріалу або конструкції визначають за коефіцієнтом звукопоглинання, який дорівнює відношенню поглинутої звукової енергії до тієї, що падає:

Відношення відбитої енергії Івідб до тієї, що падає, називається коефіцієнтом відбиття:

Коефіцієнтом звукопровідності перепони називається відношення енергії, що проникає крізь перепону Др, до тієї, що падає:

Частіше в акустиці користуються поняттям "власна звукоізоляція" перепони в децибелах:

У звичайних конструкціях τ < 0,001, коефіцієнти α і β часто виражаються десятими долями. Відкрите вікно є ідеальним прикладом поглинання звуку, крізь яке звукова енергія з приміщення проходить повністю, не відбиваючись назад. За одиницю поглинання звуку беруть поглинання, яке утворює 1 м відкритого вікна.

Коефіцієнт поглинання звуку залежно від матеріалу такий:

Сумарне звукопоглинання А для певного приміщення визначають арифметичною сумою повних поглинань окремими поверхнями і об'єктами:

Середнє значення коефіцієнта поглинання для приміщень

У приблизних розрахунках для звичайних акустичне не обладнаних виробничих приміщень можна застосовувати αсер ~ 0,05. Сумарне звукопоглинання для таких приміщень можна оцінити приблизно:

Із формули 7.6 можна зробити такі висновки:

1. Звукоізолювальна здатність перепон тим вища, чим вони важчі. Вона змінюється за так званим законом маси. Так, збільшення маси у два рази призводить до підвищення звукоізоляції на 6 дБ.

2. Звукоізолювальна здатність однієї й тієї ж перепони зростає із збільшенням частоти шуму, тобто високочастотні шуми заглушити при одних і тих же витратах можна ефективніше, ніж низькочастотні. Однак цей висновок можна вважати достовірним не у всьому діапазоні частот, оскільки в ньому не враховується жорсткість.

Звідси витікає, що одношарові огорожі не ефективні у разі улаштування звукоізоляції джерел шуму високих рівнів, тому під час вирішення питань звукоізоляції у таких, наприклад, спорудах, як станція випробування двигунів (рівень шуму працюючого реактивного двигуна може досягти 154 дБ) для стін і пристроїв системи глушників необхідно застосовувати багатошарові огорожі з повітряними прошарками.

Усі шуми можуть бути поділені на шуми механічного походження, зумовлені вібраціями твердих тіл, і гідроаеродинамічного походження, які виникають під час вихлопів, пульсацій та вихроутворень у газах і рідинах. Під час вирішення конкретних задач зниження шуму застосовують методи усунення причин шуму і ослаблення шуму в джерелі та ізоляції і поглинання шуму.

До першої групи умовно відносять шуми від ПС, які виконують зліт або посадку. Знизити шуми цієї групи можна за рахунок зменшення їх у джерелі: зниження тяги двигунів під час набору висоти після зльоту та посадки.

Зовнішній шум можна зменшити, якщо знизити частоту обертання лопатей двигуна і збільшити відстань від лопатей до фюзеляжу. Застосування багатолопатевих гвинтів з малою частотою обертання також може зменшити шум на декілька децибел. При проектуванні ПС ці вимоги враховують.

Зменшення швидкості обертання гвинтів типів ПС, що нині існують, викликає утруднення, оскільки це призводить до збільшення числа лопатей, зниження ККД гвинта і пов'язане із серйозними технічними труднощами (зміна редукції в двигунах і т. ін.).

Зниження шуму поршневих авіаційних двигунів — це проблема, яку не можна вважати вирішеною. Однак застосування колектора різко знижує шум вихлопу на 10-20 дБ, тому, незважаючи на деяку втрату потужності, застосування колекторів на поршневих двигунах є необхідним.

Знизити шум на виході з реактивного сопла турбовентиляторного двигуна ТГД і ТРДД можна за рахунок прискорення перемішування газового струменя з оточуючим повітрям, зниження Його швидкості тощо. Подібні заходи дадуть позитивний результат і при зниженні шуму на вході повітря в двигун. Для цього застосовують спеціальні глушники шуму, які установлюють безпосередньо на вході й виході з двигунів.

Для зниження так званих внутрішніх шумів ТГД і поршневих авіаційних двигунів необхідно домагатися максимально можливої амортизації двигунів за рахунок застосування спеціальних підвісок. Розвантаження деталей конструкції літака від вібрацій підвищує термін Його служби, комфортабельність і усуває шум від багатьох дрібних, погано закріплених деталей, які можуть дати значний сумарний рівень шуму.

Силові установки з потужними ТГД створюють підвищений шум і знизити його важко. Загальний рівень шуму від ТГД визначається в основному швидкістю обертання кінців лопатей гвинтів, яка залежить від діаметра і частоти обертання гвинта, а останні вибираються за умови одержання високих льотних характеристик літака. У зв'язку з цим для зменшення шуму на літаках з потужним ТГД застосовують спеціальні багатолопатеві укорочені гвинти.

У процесі створення нових малошумових турбовентиляторних двигунів необхідно вибирати такі параметри робочого процесу, які забезпечують мінімальний шум. Наприклад, установка двигунів над крилом або на фюзеляжі (за крилом і вище нього) зменшує шум компресора, особливо під час посадки. Це пов'язано з тим, що землі досягають лише звукові хвилі, які випромінюються в польоті в нижню півсферу, тобто крило і фюзеляж відіграють у даному випадку роль екрана. При поліпшенні аеродинамічних характеристик ПС можна збільшити висоту польоту, а також знизити режим роботи двигунів.

Хороший ефект зниження шуму в джерелі дає застосування шумоглушильних сопел (ШГС) реактивних двигунів. Найперспективнішими з них є ШГС зі змінюваною в польоті геометрією і сопла зі струменевим глушенням шуму. Вони можуть мати досить високу акустичну ефективність (зниження шуму на зльоті — 5-7 дБ) при втраті тяги на маршовому відрізку біля 0,5 %.

Для зниження шуму в турбовентиляторних двигунах застосовують також пристрої для змішування газових потоків першого і другого контурів. Істотно знизити шум можна також за рахунок зменшення числа ступенів вентилятора, збільшення осьового зазору між ротором і статором, регулювання кута установки лопатей ротора, зміни геометрії вхідного пристрою, зменшення нерівномірності потоку і початкової турбулентності тощо.

Спеціальні прийоми пілотування при зльоті або заході на посадку дозволяють знижувати шум за рахунок збільшення відстані до ПС, що пролітає, і використання такого режиму роботи двигунів, при якому створюється менший шум. Це досягають використанням більшого градієнта набору висоти, виконанням розвороту в бік від населеного пункту. Під час заходу ПС на посадку для зниження шуму збільшують кут глісади і застосовують оптимальний профіль зниження. Значного зменшення шуму на місцевості досягають за допомогою дроселювання двигунів під час польоту в зоні очікування і під час посадки.

Дуже успішно розв'язується задача зниження шуму за умови улаштування кращих злітно-посадочних смуг (ЗПС), тобто напрямків ЗПС, не пов'язаних з прольотом населених пунктів на малій висоті, обмеження нічних і тренувальних польотів тощо. Важливу роль останнім часом набувають питання зниження шуму при реверсуванні тяги на етапі пробігу ПС.

Усунення шумів другої групи досягають за допомогою транспортування ПС в аеропорту буксиру вальним и засобами. Перспективним для важких транспортних літаків є буксир з електричною силовою установкою, оскільки надто потужні тягачі з дизельними двигунами самі створюють шум. Тому в аеропортах передбачається повна заборона руління літаків з працюючими двигунами.

Боротьба з шумами третьої групи (під час випробування авіаційних двигунів на землі) - актуальна проблема, якою недавно почали займатися в багатьох країнах. Під час випробування двигунів на землі немає необхідності в одержанні корисної тяги, тому можливо значно зменшити шум спеціальними глушниками (рис. 7.5).

У результаті експериментальних досліджень установлено, що для зниження рівня звукової енергії струменя на 20-25 дБ глушник повинен мати діаметр, що дорівнює двом діаметрам струменя й, тобто D=2d. Довжина глушника при цьому має дорівнювати 20d.

Рис. 7.5. Аеродромний глушник шуму вихлопу турбореактивного двигуна:

1,2,3 - турбулізатори; 4 - відстійник; 5 - вихідна частина; б - труба для підведення води при форсажних режимах; 7 - дифузор; 8 - ежектор

У правильно сконструйованому і виготовленому глушнику енергія шуму струменя на вихлопі не повинна перевищувати енергії шуму первинного струменя ослабленого внаслідок згасання у глушнику. Існує оптимальне значення зниження шуму струменя у трубчастому циліндричному глушнику

де q, и, F - густина і швидкість потоку газів та площа поперечного перетину відповідно, індекс 1 відноситься до струменя на вході в глушник; індекс 2 - на виході з глушника.

Глушники на вході в двигун призначені для зниження шуму компресора. Створення таких глушників - задача менш складна, ніж зниження шуму вихлопу, оскільки потік на вході в компресор має нормальну температуру, високочастотний спектр шуму, а його рівень нижчий рівня шуму струменя вихлопу. Найефективнішими є заглушені ангари, які знижують шум до 50 дБ в широкому діапазоні частот (рис. 7.6).

Розглянуті конструкції глушників призначені для ПС з ТРДЦ, а для ПС з ТГД ця проблема вирішується значно складніше. Крім шумів на всмоктуванні в двигун при виході газів із реактивного

Рис. 7.6. Зниження шуму L за допомогою різних шумо-глушильних пристроїв на відстані 80 м від двигуна:

1 - заглушений ангар; 2 - стаціонарні глушники вихлопу і всмоктування; З - вихлопний глушник; 4 - багатоструменсвий глушник; 5 - легкий вихлопний глушник; б - літаковий шумоглушильиий насадок

сопла, необхідно ще погасити аеродинамічні шуми гвинтів. Роботи в цьому напрямі ведуться, але вже зараз ясно, що такий пристрій буде складним і дорого коштуватиме.

У глушенні шумів четвертої групи класифікації досягнуті значні успіхи. Сучасні станції дозволяють повністю глушити шум. У процесі проектування станцій випробування двигунів необхідне оптимальне розв'язання трьох основних задач: ослаблення шуму в самому приміщенні для випробування; вибору звукоізоляції між приміщенням для випробування і суміжними приміщеннями; обмеження розподілу шуму на відкритому повітрі, якщо приміщення для випробування відкрите або має зовнішні отвори, їхнє розв'язання дозволить захистити від сильного шуму людей, що працюють на станціях випробування двигунів, а також тих, хто живе безпосередньо біля цих підприємств.

Під час роботи в приміщенні, де установлені двигуни, рівні гучності шумів не повинні перевищувати 80-90 дБА. У випадку перевищення цих рівнів слід намагатися ослабити шуми за рахунок відповідних змін у технології випробувань, а також за рахунок розміщення в приміщенні звукопоглиначів (коли рівень набагато перевищує 90 дБА).

Там, де ці способи здійснити неможливо, для обслуговуючого персоналу створюють захист від шуму, застосовуючи закриті камери для випробувань. Звукоізолювальна спроможність перепон камери має бути не меншою 70 дБ, що забезпечується відповідними конструкціями.

Подібний пристрій для випробування авіаційних двигунів (рис.7.7) знижує шум настільки, що його можна навіть розташовувати у густонаселених місцях.

Будівельно-планувальні заходи, спрямовані на зниження подразнювальної дії шуму, мають відношення практично до всіх груп уже розглянутої кваліфікації шумів аеропортів.

Вони полягають у віддаленні джерела шуму, застосуванні екрануючих і спеціальних шумозахисних пристроїв, урахуванні позитивного впливу вітру і характеру рельєфу земної поверхні, використанні зелених насаджень, раціональних способів забудови, застосуванні методів звукоізоляції та звукопоглинання при будівництві будівель і споруд тощо.

Рис. 7.7. Схема випробувального стенда турбореактивного двигуна: 1 - екран; 2 - циліндричні звукопоглиначі; 3 - дифузор; 4 - ежекторна труба; 5 - двері підвищеної звукоізоляції; б — вікно підвищеної звукоізоляції; 7 - ворота підвищеної звукоізоляції; 8 - звукопоглиначі; 9 — низькочастотні звукопоглиначі

Технологічне оснащення ремонтних і експлуатаційних авіаційних підприємств мало чим відрізняється від того, яке застосовують на авіабудівельних і машинобудівельних заводах. Зниження шумів і вібрацій, які відносяться до п'ятої групи класифікації, ведуть на багатьох підприємствах і вже накопичено великий досвід також зниження під час роботи електричних машин, верстатного устаткування, вентиляторних систем, пневматичного інструменту тощо.