Физические характеристики шума. Борьба с шумом имеет большее значение в машиностроении, транспорте и энергетике. Шум - всякий нежелательный для человека звук, представляющий упругие колебания, распространяющиеся в твердой, жидкой и газообразной среде.
В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяется во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением. Единица измерения звукового давления - Па. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в любой точке за единицу времени, отнесенный к единице поверхности, называется интенсивностью звука:
где - средний квадрат звукового давления,
С - удельное акустическое сопротивление среды.
Т.к. звуковое давление и интенсивность звука могут изменятся в широких пределах, то удобнее использовать логарифмические величины. Интенсивность звука измеряется в децибелах:
L=10*lg(I/I0),
где I0 - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости на частоте 1кГц, I0=10-12Вт/м2.
Величина звукового давления в децибелах:
L2=20*lg(P/P0);
где P0 - порог звукового давления, который при нормальных условиях на частоте 1кГц =20-15Па.
Интенсивность звука используется при акустических расчетах, а звуковое давление для измерения шума и оценки воздействия его на организм человека. Ухо человека может воспринимать слышимые колебания 20 Гц - 20 кГц. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума от частот называется частотным спектром шума.
В практике борьбы с шумом широко распространены октавные фильтры с постоянной полосой пропускания. Шумы классифицируют по ГОСТу по их спектральным и временным характеристикам. В зависимости от характера спектра шумы бывают тональные, в спектре которых есть дискретные частот, и широкополосные с непрерывным спектром.
Характеристики источников шума.
Любой источник шума характеризуется звуковой мощностью. Звуковая мощность - общее количество звуковой энергии, излучаемое от точечного источника шума в окружающее пространство за единицу времени. На практике источник шума излучает энергию неравномерно по всем направлениям. Эта неравномерность характеризуется фактором направленности, который показывает отношение интенсивности звука создаваемой направленным источником к интенсивности звука, кот. Создавалась бы ненаправленным источником, имеющим ту же звуковую мощность.
Ф=I/Iср.
По ГОСТ шумовыми характеристиками машин являются:
1) уровень звуковой мощности шума Lp - уровень звуковой мощности в актавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000.
2) характеристика неравномерности излучения шума.
Кроме этого дополнительной шумовой характеристикой является актавный уровень звукового давления.
Методы определения шумовых характеристик машин:
1) Метод свободного поля. Используется в заглушенных камерах с жестким полом и в помещениях с большим звукопоглощением.
2) Метод отраженного звукового поля. Используется в реверперяционных камерах и гулких помещениях.
3) Метод образцового источника шума. Используется в обычных помещениях и цехах.
Действие шума на человека. Нормирование шума. Область слышимых звуков ограничивается не только 20Гц - 20 кГц, но и определяется значениями звуковых давлений. Звуки, превышающие уровень болевого ощущения могут вызвать боли или повреждения слухового аппарата. Область частот между уровнем болевого ощущения и порогом слышимости называется областью слухового восприятия. В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать различное воздействие. Даже небольшой шум 60 дб создает нагрузку на человека. Причина - возраст, состояние здоровья, вид труда. Уровень шума до 70 дб может оказывать серьезные физиологические изменения, 90 дб - снижает слуховую чувствительность в области высоких частот.
Шум воздействуя на кору головного мозга оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, замедляет реакцию. Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом но и непосредственно через кости черепа (костная проводимость). При действии шума более 140 дб возможен разрыв барабанной перепонки. При нормировании шума используют два шума используют два метода:
1. Нормирование по предельному спектру.
2. Нормирование по звуковому давлению.
Первый используется для постоянного шума. В этом случае уровень звуковых давлений нормируется в 8 частотах. Второй используется для ориентировочной оценки (измеряют шумомометром).
Способы и средства защиты от шума.
Методы снижения шума:
1. уменьшение шума в источнике возникновения;
2. изменение направленности излучения;
3. рациональная планировка предприятий;
4. акустическая обработка помещений;
5. уменьшение шума на пути его распространения.
Шум возникает из-за колебаний машины в целом, так и детали. Причины - механические, аэродинамичечские, гидродинамические и электрические явления. Из-за этого различают следующие виды шума: механический, аэродинамичечский, гидродинамический и электрический.
Механические возникают из-за движения деталей механизмов с переменным ускорением, при ударе деталей в сочленения из-за наличия зазоров, наличия ударных процессов (ковка, штамповка).
Основные источники шума - подшипники качения и зубчатые передачи, неуравновешенные вращающиеся части машин. Частота колебаний (и шума) кратна n/60, где n - частота вращения. Звуковая мощность зависит от скорости вращения деталей машин и пропорциональна n7/3. Увеличение частоты вращения подшипников качения с n1 до n2 приводит к возрастанию шума на величину ?L=23.3*lg(n2/n1).
Основной причиной возникновения шума в зубчатых передачах является деформация сопрягаемых зубьев под действием передаваемой нагрузки и динамические процессы. Уменьшение механического шума может быть достигнуто путем совершенствования технологических процессов. Для уменьшения механического шума необходимо вводить безударные процессы, вместо штамповки - прессование, клепки - сварка, обрубки - резка, возвратно-поступательного движения - равномерным вращением, вместо прямозубых шестерен применять косозубые, заменять подшипники качения подшипниками скольжения, стальные подшипники - на капроновые, использовать принудительную смазку трущихся поверхностей и сочленений.
Аэродинамические шумы вызваны движением жидкостей и газов. Они являются главной составляющей шума вентиляторов, компрессоров, газовых туобин и двигателей внутреннего сгорания. При движении тела в воздушной или газовой среде образуются вихри с область повышенного или пониженного давления. В результате появляется звуковая волна. Этот звук называется вихревым. Для уменьшения вихревого шума необходимо уменьшать скорость обтекания и улучшать аэродинамические свойства установки. Для машин с вращающимися рабочими деталями (вентилятор) есть шум от неоднородности воздушного потока. С этим борются уменьшением аэродинамических характеристик машин. В двигателях внутреннего сгорания шум зависит от числа и продолжительности выхлопов. Широко распространены газотурбинные энергетические установки. Основной источник шума - компрессор. Шум достигает 130-140 дб. Шум аэродинамический может быть снижен увеличением зазора между лопаточными венцами и выбором оптимального соотношения числа направляющих и рабочих лопаток. В основном меры по снижению аэродинамических шумов недостаточны, поэтому часто используют звукоизоляцию.
Электромагнитные шумы возникают в электрических машинах и оборудовании за счет взаимодействия ферромагнитных масс под влиянием переменных в пространстве и времени магнитных полей. Снижение электромагнитного шума осуществляется путем конструктивных изменений в электрических машинах.
Способы защиты от шума. Акустическая обработка помещений. Интенсивность можно уменьшить не только за за счет прямого звука, но и за счет отраженного, путем размещения на его поверхностях звукопоглощающих облицовок. У кирпича и бетона коэффициент поглощения на средних частотах ? 0,05. Звукопоглащающий материал должен быть открыт со стороны падения звука и обладать пористой структурой. В качестве звукопоглащающих материалов используют ультратонкое волокно, капроновое волокно, минеральная вата, пористый полихлорвинил. Величина звукопоглащения определяется по ГОСТу и рассчитывается по формуле: В1=А1/(1-?1), где А1 -эквивалентная площадь звукопоглащения до проведения акустической обработки; ?1 - средний коэффициент звукопоглащения.
В гулких помещениях за счет большой площади потолка и пола используют их облицовку. В высоких и вытянутых помещениях используют облицовку стен. Облицовка снижает шум на 6-8 дб.
Уменьшение шума на пути его распространения.
Используется, если рассмотренный выше метод не позволяет достигнуть необходимого снижения. Можно использовать звукоизолирующее ограждение.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему