|
a) Sprężarki tłokowe, b) Okrętowe silniki wysokoprężne, c) Odrzutowe silniki lotnicze, d) Urządzenia energetyczne elektrowni cieplnych, e) Piece hutnicze, f) Wentylatory przemysłowe, turbodmuchawy i ssawy, g) Urządzenia koksowni, h)Urządzenia odlewnicze, i) Młoty kuźnicze
Systematyczne badania źródeł infradźwiękowych rozpoczęto dopiero w latach sześćdziesiątych. Wynikało to przede wszystkim z braku odpowiednio dokładnej aparatury pomiarowej jak również z niedostatecznego rozeznania wpływu infradźwięków na organizmy żywe. Wprawdzie już w czasie pierwszej wojny światowej powstały pierwsze detektory infradźwiękowe (np. detektory płomieniowe i cieplne), a zmiany w uchu środkowym pod wpływem infradźwięków i dźwięków o niskich częstotliwościach stwierdzane były u marynarzy łodzi podwodnych [77] to jednak dopiero w ostatnich latach nastąpił rozwój badań nad biologicznym oddziaływaniem infradźwięków na organizm człowieka. Wraz z postępem w zakresie analizy cyfrowoczęstotliwościowej powstały precyzyjne i jednocześnie proste w obsłudze przyrządy do pomiarów infradźwięków. Na bazie takiej aparatury, poparte badaniami biologicznymi, możliwe było określenie wstępnych kryteriów szkodliwości i uciążliwości infradźwięków i hałasu niskoczęstotliwościowego. [41], [43], [52], [58], [59], [71]. Pozwoliło to na rozszerzenie badań nad źródłami hałasu.
Poniżej przestawiono wyniki szerokich badań prowadzonych w polskim przemyśle, dotyczących najczęściej spotykanych źródeł hałasu infradźwiękowego i niskoczęstotliwościowego w środowisku pracy. Badaniami tymi objęto głównie przemysł maszynowy i hutniczy oraz energetyczny.
a) Sprężarki tłokowe [2], [3], [4], [31]
Powszechnym źródłem hałasu niskoczęstotliwościowego w przemyśle są sprężarki tłokowe o prędkości obrotowej w granicach 200÷1000 obr/min. Poziomy ciśnienia akustycznego w oktawowych pasmach częstotliwości środkowych od 4 do 31.5 Hz wynoszą:
- 90 ÷ 130 dB przy czerpniach powietrza,
- 85 ÷ 120 dB na stanowiskach pracy w halach.
Źródłem tego hałasu są instalacje ssące sprężarek, w których występują silne pulsacje ciśnienia dla częstotliwości wymuszeń (zasysań) wzmacniane rezonansem instalacji. Częstotliwości wymuszeń dla badanych sprężarek wahają się w granicach od 3 do 30 Hz. Przekroczenia wartości dopuszczalnych występują w wielu przypadkach w halach sprężarek i w kabinach ich obsługi. Przykładowe widmo hałasu sprężarki tłokowej przedstawione jest na rysunku 1.4
Rys. 1.4. Widmo hałasu infradźwiękowego (analiza tercjowa) sprężarki VMD-1000 zmierzone w odległości 1 m od czerpni
Początek strony
b) Okrętowe silniki wysokoprężne [3], [31]
Jak wykazały badania, źródłem hałasu infradźwiękowego są także wysokoprężne silniki spalinowe okrętowe o prędkości obrotowej poniżej 130 obr/min. Poziom ciśnienia akustycznego w zakresie częstotliwości od 4 do 100 Hz wynosi:
- 96 ÷ 106 dB na stanowisku pracy u producenta.
W omawianym zakresie częstotliwości leżą częstotliwości podstawowe i ich harmoniczne związane z prędkością obrotową silników. Największe wartości poziomu ciśnienia akustycznego występują w pobliżu wału korbowego, pomp paliwowych i układu turbodoładowania. Należy liczyć się z tym, że poziomy hałasu infradźwiękowego w warunkach instalowania silników na statkach mogą jeszcze wzrosnąć. Przykładowe widmo mocy akustycznej wysokoprężnego silnika okrętowego badanego w hamowni przedstawione jest na rys. 1.5
Rys. 1.5. Poziom mocy akustycznej w oktawowych pasmach częstotliwości wysokoprężnego silnika spalinowego okrętowego typu 4L67GFCA (n = 118 obr/min, 7840 KM, obciążenie ok. 100 %)
Początek strony
c) Odrzutowe silniki lotnicze [3], [31]
Znaczny hałas, w tym także infradźwiękowy, emitują odrzutowe silniki lotnicze testowane w hamowniach. Jest to głównie hałas pochodzenia aerodynamicznego, powstający w wyniku mieszania się gazów o różnych prędkościach, oraz w wyniku wypływu strumienia gazu do spokojnej atmosfery. Poziomy ciśnienia akustycznego w oktawowych pasmach o częstotliwościach środkowych od 4 do 31.5 Hz wynoszą:
- 85 ÷ 120 dB w pomieszczeniu silników,
- 101 ÷ 104 dB przy wylocie powietrza na zewnątrz budynku.
Przykładowe widmo hałasu emitowanego prze odrzutowy silnik lotniczy badany w hamowni przedstawione jest na rys. 1.6
Rys. 1.6. Widmo hałasu lotniczego silnika odrzutowego 37 F (odl. 2 m, n1=94%, n2 = 95%)
Jak widać na rys. 1.6 w widmie hałasu badanego silnika dominują składowe akustyczne, jednak poziomy ciśnienia w zakresie infradźwiękowym są znaczne (powyżej 110 dB).
Początek strony
d) Urządzenie energetyczne elektrowni cieplnych: maszynownie, kotły, kominy [3], [31]
Rejestrowane poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie hałasu infradźwiękowego na stanowiskach pracy w elektrowniach wynoszą
- 90 ÷ 105 dB
Sporadycznie silnym źródłem hałasu infradźwiękowego o wysokich poziomach ciśnienia akustycznego, przekraczających wartości dopuszczalne, mogą być rezonanse drgań własnych słupa powietrza w części konwekcyjnej kotłów z drganiami generowanymi przez wiry Karmana za rurkami wymienników ciepła. Rezonans taki wystąpił przykładowo w elektrowni Bełchatów, wywołując poziomy ciśnienia akustycznego wokół kotła powyżej 120 dB przy częstotliwości 31.5 Hz. Widmo hałasu infradźwiękowego zmierzone w pobliżu kotła elektrowni Bełchatów przedstawione jest na rys. 1.7
Rys. 1.7. Widmo hałasu infradźwiękowego (analiza tercjowa) zmierzone na poziomie 92 m kotła nr 1 w elektrowni Bełchatów
e) Piece hutnicze: elektryczne piece łukowe, konwertory tlenowe [3], [31]
- elektryczne piece łukowe
Analizując poszczególne źródła hałasu występującego w przemyśle hutniczym można stwierdzić, że największa moc akustyczna emitowana jest przez elektryczne piece łukowe. Hałas pochodzący od tych pieców zmienia się w zależności od fazy topienia. Do szczególnie głośnych faz można zaliczyć włączanie pieca oraz topienie złomu do momentu wytworzenia we wsadzie ?studni?, w których zagłębiają się elektrody. W początkowej fazie topienia (trwającej od kilkunastu do kilkudziesięciu minut) występuje największe zużycie energii elektrycznej, a tym samym największa moc łuków, rejestrowane są też najwyższe poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych.
Głównym źródłem hałasu w tego typu piecach jest łuk elektryczny, który pulsuje proporcjonalnie do chwilowej wartości prądu (model pulsującego cylindra) i emituje w ten sposób dźwięki o częstotliwości 100 Hz oraz przemieszcza się w kierunku bocznym pomiędzy elektrodą a złomem (model pulsującej struny), generując hałas szerokopasmowy w zakresie 300 ÷ 1000 Hz. Piece łukowe mogą być również źródłem drgań i dźwięków w zakresie niskich częstotliwości (poniżej 100 Hz) zwłaszcza wtedy, kiedy dochodzi do wzbudzenia drgań własnych ścian sklepień i fundamentów pieca. Poziomy ciśnienia akustycznego w oktawowych pasmach o częstotliwościach środkowych 4 ÷ 31.5 Hz dla badanych pieców 60 i 160 t w Hucie Luccini (Warszawa) i Hucie Zawiercie wahają się w granicach:
- 75 ÷ 104 dB na stanowiskach pracy
Typowe widmo hałasu elektrycznego pieca łukowego przedstawione jest na rys. 1.8
Rys. 1.8. Widmo hałasu elektrycznego pieca łukowego 160 t zmierzone w odległości 4 m od pieca (analiza oktawowa)
- konwertory tlenowe z górnym dmuchem
Jak wykazały badania, maksymalne składowe widma hałasu emitowanego przez konwertory tlenowe z górnym dmuchem zawarte są w paśmie oktawowym o częstotliwości środkowej 8 Hz.
Poziomy ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych o częstotliwościach środkowych 4 ÷ 31.5 Hz wynoszą:
-90 ÷ 96 dB na stanowiskach pracy (zmierzone dla konwerterów 130 t i 350 t w Hucie Sendzimira i Hucie Katowice)
Głównym źródłem hałasu w tego typu piecach hutniczych jest strumień tlenowy wytwarzający hałas aerodynamiczny (podczas wypływu z dyszy) i uderzeniowy (w momencie kontaktu strumienia z kadzią). Występuje tu również hałas kawitacyjny (wypływających pęcherzyków gazu w kąpieli) oraz hałas gazów spalinowych uchodzących z wnętrza konwertora.
Przykładowe widmo hałasu konwertora tlenowego przedstawione jest na rys. 1.9
Rys. 1.9. Widmo hałasu konwertora tlenowego z górnym dmuchem (350 t) zmierzone w odległości 4 m od pieca (analiza oktawowa)
f) Wentylatory przemysłowe, turbodmuchawy i ssawy [2], [3], [31]
Wentylatory przemysłowe i inne urządzenia stosowane w systemach transportu powietrza i spalin mogą emitować hałas, w widmie którego znaczna część energii zawarta jest w zakresie częstotliwości infradźwiękowych i małych akustycznych. Podczas pracy wentylatora powstaje hałas pochodzenia mechanicznego i aerodynamicznego. Do pierwszego typu należą drgania mechaniczne elementów wentylatora, do drugich - zaburzenia przepływu powietrza lub innego gazu przepływającego przez wentylator. Hałasy pochodzenia aerodynamicznego przewyższają na ogół hałasy powodowane przyczynami mechanicznymi. Jednak w przypadku np. wadliwych łożysk, złego wyważenia wirnika, wadliwego połączenia elementów itp. oraz przy prędkościach rezonansowych, hałasy mechaniczne mogą stać się czynnikiem dominującym.
W poprawnie zaprojektowanej i wykonanej sieci kanałów wentylacyjnych dominuje hałas pochodzenia aerodynamicznego. Hałasy pochodzenia aerodynamicznego w wentylatorach można podzielić na dwie grupy:
- hałasy wywołane turbulencją przepływu
- hałasy wynikające z przerywania strumienia przez jedną lub kilka przeszkód (łopatki ruchome wirnika lub łopatki stałe wieńca kierownic) umieszczonych w strumieniu
Poziomy ciśnienia akustycznego notowane na stanowiskach pracy usytuowanych w pobliżu wentylatorów wynoszą:
- 90 ÷ 108 dB
W widmie hałasu wentylatorów dominują często składowe w zakresie częstotliwości od 5 do 63 Hz, stanowiące podharmoniczne i harmoczniczne wynikające z prędkości obrotowej wentylatora f = n/60.
g) Urządzenia koksowni [3], [31]
Stosunkowo duży hałas infradźwiękowy w koksowniach emitują młyny młotowe. Poziomy ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych o częstotliwościach środkowych od 4 do 64 Hz zarejestrowane w pobliżu młynów młotowych pracujących w Hucie Kościuszko (100 t/h) i Hucie Katowice (200 t/h) wahają się w granicach:
- 76 ÷ 101 dB
Hałas emitowany przez młyny młotowe jest głównie pochodzenia mechanicznego, związany z procesem kruszenia i mielenia węgla.
Przykładowe widmo hałasu pieca młotowego przedstawione jest na rys. 1.10
Rys. 1.10. Widmo hałasu młyna młotowego (100 t/h) zmierzone w odległości 1 m (analiza oktawowa)
Początek strony
h) Urządzenia odlewnicze: formierki i kraty wstrząsowe
Znaczącymi źródłami hałasu infradźwiękowego w odlewni są takie urządzenia jak kraty wstrząsowe i formierki wstrząsowo-prasujące. Poziomy ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych o częstotliwościach środkowych 4 ÷ 31.5 Hz wynoszą:
- 80 ÷ 108 dB (dla badanych urządzeń w ZM Ursus)
W zarejestrowanych widmach krat wstrząsowych maksymalne poziomy ciśnienia akustycznego występują w paśmie oktawowym o częstotliwości środkowej 16 Hz. Hałas krat wstrząsowych ma charakter hałasu mechanicznego, związany jest on z uderzeniami skrzynek formierskich i odlewów o kratę wstrząsową oraz wzbudzaniem drgań kraty wstrząsowej. Przykładowe widmo hałasu kraty wstrząsowej przedstawione jest na rys. 1.11.
Rys. 1.11. Widmo hałasu kraty wstrząsowej zmierzone w odległości 1 m
Widmo hałasu formierek wstrząsowych posiada podobny charakter jak widmo hałasu krat wstrząsowych. Dominujący wpływ na widmo hałasu formierek ma częstotliwość wstrząsania, a głównym źródłem hałasu są tu uderzenia tłoka o dno cylindra wstrząsowego i drgania stołu wzbudzone tymi uderzeniami.
i) Młoty kuźnicze [3], [31]
Pomiary hałasu w kuźniach zakładów przemysłu maszynowego i hutniczego wykazały, że znaczne poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie hałasu infradźwiękowego występują na stanowiskach ciężkich młotów parowo-powietrznych. Zanotowane poziomy ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych o częstotliwościach środkowych 4 ÷ 31.5 Hz wahały się w granicach:
- 91 ÷ 105 dB
Analiza tercjowa i wąskopasmowa badanych młotów wykazała wyraźne składowe o częstotliwościach 20 i 25 Hz, jednak zmierzone poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie infradźwiękowym są na ogół niższe o 10 dB, niż rejestrowane poziomy w zakresie wyższych częstotliwości (125 i 630 Hz).
W ramach tych badań stwierdzono wysokie poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie hałasu infradźwiękowego w dźwiękoizolacyjnych kabinach przemysłowych przeznaczonych dla operatorów maszyn i urządzeń. Często poziomy ciśnienia akustycznego rejestrowane w kabinach przewyższały poziomy występujące na zewnątrz tych kabin.
Podobne badania prowadzone były w Szwecji [44], gdzie głównie w przemyśle hutniczym i przetwórstwa drewna badano różnice pomiędzy poziomem ciśnienia akustycznego wewnątrz i na zewnątrz przemysłowych kabin sterowniczych o różnej konstrukcji. Rozpatrywano kabiny o konstrukcji lekkiej (drewniane, drewniano-metalowe i metalowe) oraz kabiny ciężkie (murowane). Wyniki tych badań przedstawione są na rysunku 1.12
Rys. 1.12. Wyniki badań różnicy pomiędzy poziomem ciśnienia akustycznego wewnątrz i na zewnątrz przemysłowych kabin sterowniczych
D - różnica w poziomach ciśnienia akustycznego wewnątrz i na zwnątrz [dB] w kabinach zbudowanych z:
- metalu,
- drewna,
- drewna i metalu,
- kamienia (betonu)
Ciągłą linią zaznaczono wartość średnią, ciemne pola wskazują standardowe odchylenia
Badania te również potwierdzają częste występowanie wyższych wartości poziomu ciśnienia akustycznego w zakresie niskich częstotliwości wewnątrz kabin niż na zewnątrz. Jak wiadomo kabiny przemysłowe są powszechnie stosowanym zabezpieczeniem człowieka przed czynnikami szkodliwymi w środowisku pracy. Skutecznie mogą chronić człowieka przed hałasem w zakresie słyszalnym, zapyleniem i temperaturą, jednak często narażają go na szkodliwe bądź uciążliwe poziomy ciśnienia akustycznego w zakresie hałasu niskoczęstotliwościowego. Zagadnienie dotyczące metod ograniczenia hałasu niskoczęstotliwościowego w kabinach przemysłowych jest więc zagadnieniem ważnym i wymaga szczególnej uwagi.
|
|
