Источники шума и их шумовые характеристики

По природе возникновения шумы машин делятся на механические, аэродинамические, гидродинамические, электромагнитные.

На ряде производств преобладает механический шум, основными источниками которого являются зубчатые передачи, механизмы ударного типа, цепные передачи, подшипники качения. Он вызывается- 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 механического шума являются форма, размеры и тип конструкции, число оборотов, механические свойства материала, состояние поверхностей взаимодействующих тел и их смазывание. Машины ударного действия, к которым относится, например, кузнечно-прес-совое оборудование, являются источниками импульсного шума, причем его уровень на рабочих местах, как правило, превышает допустимый. На машиностроительных предприятиях наибольший уровень шума создается при работе металло- и деревообрабатывающих станков.

Аэродинамические и гидродинамические шумы разделяют:

• на шумы, обусловленные периодическим выбросом газа в атмосферу, работой винтовых насосов и компрессоров, пневматических двигателей, двигателей внутреннего сгорания;

• шумы, возникающие из-за образования вихрей потока у твердых 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, заполненных парами жидкости и растворенными в ней газами.

Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Их причиной является взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей. Электрические машины создают шумы с различными уровнями звука — от 20...30 дБА (микромашины) до 100... 110 дБА (крупные быстроходные машины).

При работе оборудования одновременно могут возникать шумы различной природы. Источники шума характеризуются прежде всего звуковой мощностью. Неравномерность излучения характеризуется коэффициентом Ф(ц) — фактором направленности, показывающим отношение интенсивности звука /(ц), создаваемого источником в направлении с угловой координатой ц, к интенсивности, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник I _cp, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук во все тороны равномерно:

где р_ср— звуковое давление (усредненное по всем направлениям на постоянном расстоянии от источника); с(ц) — звуковое давле-йие в угловом направлении ц, измеряемое на одинаковом расстоянии от источника.

Характеристики направленности можно описать следующим уравнением:

где L_cp — уровень звукового давления, усредненный по всем направлениям на одном и том же расстоянии от источника.

Для сравнения шумов различных машин и расчета уровней звукового давления в проектируемых помещениях необходимо знать объективные характеристики шума. Любая машина, будучи установленной в открытом пространстве, создает в разных точках различные уровни звукового давления, хотя ее звуковая мощность остается Неизменной. В соответствии со стандартами шумовыми характерис-

тиками, которые указываются в прилагаемой к машине технической документации, являются: уровни звуковой мощности L_w в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

В электрических системах и на газоперекачивающих станциях широко используются газотурбинные установки (ПУ) [10], которые являются мощными источниками шума, излучаемого через воз-духозаборный и выхлопной тракты и корпус агрегата.

Через воздухозаборный тракт в атмосферу излучается шум, который имеет аэродинамическую природу. Шум, возникающий в системе всасывания ГТУ, обусловлен переменными аэродинамическими силами вследствие турбулентности потока воздуха от ротора и статора компрессора, а также явлениями неустойчивости этого потока. В спектре шума всасывания ГТУ имеются тональные составляющие, Частота вихревого шума газотурбинных установок (50... 160 Гц) пропорциональна частоте вращения. Наиболее интенсивные тональные составляющие приходятся на частоты

где n — частота вращения, об/с; Ж_Л — число лопаток.

Уровень звуковой мощности всасывания осевого компрессора

где W₀ = 10 ^-12 Вт — пороговое значение звуковой мощности;

где η|_АД — адиабатный КПД первой ступени компрессора; m_t — массовый расход воздуха через компрессор, кг/с; H _АД — адиабатный напор первой ступени компрессора, Дж/кг; D — наружный диаметр рабочего колеса первой ступени компрессора, м; с — плотность воздуха на входе в компрессор, кг/м³; 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. Поэтому на воздухозаборе ГТУ всегда устанавливают глушитель. Шум 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-

Рис. 5.18. Причины и источники шума выхлопного тракта ГТУ

янии 120 м от нее. Максимальные, уровни шума приходятся на высокие (4000...8000 Гц) и низкие (31... 125 Гц) частоты. Шум, излучаемый на низких частотах, наиболее трудно устраним. Инфразву-ковые колебания вызывают вибрации в близко расположенных зданиях 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 уровень 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.

рис 5.19. Уровни звуков.ого давления по высоте дымовой трубы для средних геометрических частот: f - 63; 2 - 125; 3 - 250 Гц; x - точки измерения

Во многих ГТУ выхлопные газы направляются для утилизации теплоты в котел или специальный теплообменник, которые одновременно являются средствами снижения шума. Однако при неблагоприятных сочетаниях конструктивных параметров в теплообменниках утилизаторов могут возникнуть резонансные явления, приводящие к преждевременному разрушению теплообменников.

Широкое использование тягодутьевых машин (ТМ) в качестве принципиальной тяги паровых котлов, вентиляторов, дымососов также создает шумовой дискомфорт для жителей селитебных территорий. При этом различают три пути распространения шума, влияющего 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, излучаемый с высоты, не снижается за счет естественных и искусственных наземных препятствий.

Качественную оценку ТМ по уровню звуковой мощности, зависящему от полного давления Р, Па, и объемного расхода воздуха Q, м³/с, можно определить из уравнения

L_w= L + 10(1+α/2) lg P+ 10 lgQ, (5.21)

где L — критерий шумности, дБ; а — коэффициент, зависящий от окружной скорости и, м/с, и диаметра колеса D, м, вентилятора: α ~ 1 при и = 5... 15 м/с, α ~ 2 при и = 20...50 м/с и D = 0,4... 1,2 м, α ~3 при и > 50 м/с и D = 1,2...2,0 м.

Для большинства ТМ, применяемых в энергетике, α ≈3. Следовательно, увеличение расхода воздуха и особенно полного давления, а также скорости и внешнего диаметра колеса приводит к усилению излучаемой звуковой мощности.

Сравнительный анализ уровней звуковой мощности осевых и центробежных дымососов показал, что у осевых уровень на 10... 16 дБА больше, чем у центробежных.

Частота локальных составляющих ТМ определяется из уравнения

f = knZ_Л/60 где k = 1, 2,..., т —номер гармоники; п —частота вращения, об/мин; Z_Л — число лопаток.

Максимум шума для центробежных агрегатов приходится на первую гармонику (k = 1), а для осевых —на вторую и третью (k = 2 u k = 3).

Анализ процессов акустического загрязнения окружающей среды необходимо проводить с учетом режимов работы (нагрузки) ТМ- Например, при переменных нагрузках уровень звуковой мощности L_Wn можно рассчитать по формуле

где L_W — поправка, учитывающая режим работы - КПД η
(табл. 5.13)__________________

Таблица 5.13

η		0,9...0,99	0,8...0,89	0,8
ΔLW

Данные табл. 5.13 показывают, что с точки зрения акустического влияния ТМ на ОС целесообразно эксплуатировать ТМ в режиме максимального КПД. Для уменьшения воздействия ТМ на окружающую среду устанавливают глушители со стороны всасывания для вентиляторов и со стороны нагнетания для дымососов.

Для регулирования давления природного_газа, пара и воздуха.в газораспределительных пунктах широко используется дросселирующая арматура, которая обеспечивает снижение давления газа в главной магистрали газопровода до требуемого —обычно с 1 —1,2 до 0,05...0,12МПа.

При поДаче воздуха в котел и эвакуации из него дымовых газов, а также в системах местной вентиляции регулирование расхода производится с помощью шиберов и заслонок, где также происходят потери давления. При этом шум клапанов, возникающий при перепаде давлений до и после клапанов, равном 1,8 («докритическая область»), формируется в основном турбулентной струей. При соотношении давлений больше 1,8 («закритическая область») дополнительно возникают скачки уплотнений (ударные волны), которые сопровождаются импульсными шумами и могут привести к разрушению клапанов.

Уровень суммарной звуковой мощности, обусловленной дросселирующим клапаном, зависит от его типа, перепада давлений и расхода среды:

L_w=L_W η + 10 1g q + 20 1gc,

где q — расход среды, м³/ч; L_W ηзависит от конструкции клапана и перепада давлений в нем; с — скорость звука в клапане, м/с,

причем

С — давление до клапана, Па; с — плотность

среды, кг/м³; k — коэффициент.

Уровень звуковой мощности, излучаемый в клапанах, регулирующих расход воздуха или дымовых газов, определяется по формуле

где L _ок— отвлеченный октавный уровень шума, зависящий от дроссельной заслонки, дБ (табл. 5.14); S - площадь проходного отверстия клапана; н — скорость в воздухопроводе, м/с, с площадью сечения S, м², к которому подсоединяется арматура; D_r — гидравлический диаметр воздухопровода, м: D_r = 4S/Р; Р — периметр канала, м; г — поправка, определяемая из табл. 5.15.

Таблица 5.14

Тип арматуры	Отвлеченный уровень шума L ок, дБ, при средней геометрической частоте, Гц
Шибер Дроссельная заслонка	85 72	62 56	50 38	46 26	32 18	19 10	7 4	-7 -9

Таблица 5.15

Частота, Гц
Значение у	2,5		3,5		4,5		5,5

Уровень звуковой мощности в трубе определяется по формуле

где L_Wk —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 вызывает свободное падение воды. Излучаемая при этом звуковая мощность пропорциональна расходу воды, скорости водяных капель в момент падения и глубине бассейна с водой. При больших плотностях застройки шум от градирен может оказывать существенное влияние на формирование шумового поля. Уровень звуковой мощности, излучаемой градирней, можно определить, используя равенство

где Lτ — уровень звуковой мощности, зависящий от средней геометрической частоты (табл. 5.16); q — расход среды, м³/ч.

Таблица 5.16

Средняя геометрическая частота, Гц
Lτ Дб

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. Важную роль в формировании звуковых полей играет конструкция бассейна градирни: рекомендуется делать бассейны с дном конусообразной 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 интенсификации охлаждения используют вентиляторы. Поэтому наряду с шумом падения воды имеет место шум, излучаемый вентиляторами. Для снижения акустического влияния вентиляторов целесообразно применять тихоходные вентиляторы с большим диаметром лопастей.

Использование открытых распределительных устройств (ОРУ) при транспортировке электроэнергии также способствует акустическому загрязнению ОС за счет звукоизлучения трансформаторами, линиями электропередачи, синхронными компенсаторами, воздушными выключателями и др. Основной причиной шума трансфор-маторов является магнитострикция. 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 сильный шум исходит от крышки бака. Добавочным источником шума являются колебания самого бака и связанных с ним конструкций. Для охлаждения некоторых трансформаторов используются вентиляторы, которые также являются источниками шума. Уровень шума от ОРУ практически не зависит от нагрузки трансформаторов и номинального напряжения, главные причины — мощность и размеры трансформатора.

Шум трансформатора характеризуется колебаниями с частотами, 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

выявлены составляющие шума более высоких частот, быстро затухающие с удалением от трансформаторов. Звуковые волны практически одинаково распространяются по осям трансформатора. Единица шумовых характеристик трансформаторов — дБА, так как многочисленные исследования показали, что более информативным является общий уровень.

Уровень шума трансформаторов можно определить по формуле

где с — звуковое давление, Па:

где с — плотность воздуха, кг/м³; с — скорость звука, м/с; и — колебательная скорость частиц воздуха, м/с:

где f — частота тока, протекающего по обмоткам, Гц; f ₀ — собственная частота свободных колебаний магнитопровода,Гц; у_ст — удлинение стержней под действием сил F_M:

где Е — модуль упругости электротехнической стали, Н/м²; l — высота (длина) стержней, м; S_Σ — площадь поперечного сечения стержней, м².

Полная сила, создаваемая всеми стержнями

где б_М — магнитострикционная постоянная; Р_а - амплитудное значение силы, зависящее от магнитострикции; n — число окон; S — площадь поперечного сечения одного стержня, м²; В — индукция, Тл.

Собственная частота определяется из уравнения

где Р_Н(Р_С) — масса накладки (половины стержня), кг; с — плотность материала магнитопровода, кг/м²; с_м — скорость звука в маг-нитопроводе, м/с; l — длина средней части стержня.

Линии электропередачи высокого напряжения также могут быть источником шума для окружающего района. Расстояние от оси линии электропередачи до населенных пунктов с учетом их перспективного развития должно составлять не менее 300 м, а на стесненных участках трассы это расстояние может быть уменьшено до 100 м. Уровень шума от таких линий электропередачи зависит от погодных условий. Наибольшие значения уровня шума наблюдаются 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 проводов на 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
400 750 1050 1150	49 51...57 55...62	34 40 45 53

Источниками импульсных шумов в ОРУ являются воздушные выключатели, при срабатывании которых энергия высвобождающегося сжатого воздуха вызывает высокочастотные шумы. На расстоянии 1 м от воздушного выключателя при его срабатывании значительно 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 высокого напряжения с учетом расстояния от источника шума можно проводить по формуле

где L_{p 0K}— октавный уровень звуковой мощности, дБ; Ф — фактор Направленности [см. (5.17 )]; r — расстояние от акустического цент-Ра источника до расчетной точки, м; (β — коэффициент поглощения звука в воздухе, дБ/км (табл. 5.18); Δ₁ — поправка, учитывающая увеличение уровня звукового давления за счет синфазного наложе-ния звуковых волн; Δ₂ — поправка, учитывающая снижение уровня

звукового давления за счет экранирования различными препятствиями (природными — лесом, травой); Щ — пространственный угод излучения.

Уравнение (5.31) позволяет рассчитывать уровни звукового давления при работе воздушных выключателей. Для этого в (5.31) 20 1gr необходимо заменить 10 lgr.

Дополнительное увеличение уровня звукового давления Δ₁, дБ, рассчитывается по формуле

где ДL_пфс = Зn; n— число дополнительных отражающих поверхностей, расположенных на расстоянии, меньшем 0,1r от расчетной точки; ДL_В = 3 дБ, если выполняются неравенства:

где h_рТ,h_ист— высота расположения расчетной точки и источника шума над плоской поверхностью, м; f — средняя геометрическая частота, Гц.

Таблица 5.18

Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %	Коэффициент поглощения звука в воздухе, дБ/км, при нормальном атмосферном давлении и средней геометрической частоте, Гц
	20 40 60 80	0,6 0,3 0,2 0,2	1,8 1,2 0,9 0,7	3,7 3,6 3,0 2,5	6,4 7,2 7,5 7,2	14 12 14 15	44 27 25 25	154 83 64 57
	20 40 60 80	0,7 0,4 0,3 0,2	1,5 1,3 1,1 0,9	2,7 2,8 2,8 2,7	6,2 4,9 5,2 5,5	19 11 9 9,7	67 34 25 21	208 1'20 83 66
	20 40 60 80	0,6 0,5 0,4 0,3	1,1 1,0 1,0	2,9 2,0 2,0 2,0	9,4 4,8 3,9 3,7	32 15 10 8,5	90 54 35 25	170 170 125 96
	20 40 60 80	0,5 0,4 0,4 0,4	1,5 0,9 0,8 0,8	5,0 2,3 1,7 1,5	16 7,7 4,9 3,8	37 26 17 12	57 74 58 41	73 141 156 41

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 > 20r//h_ист. При невыполнении этих условий Δ L _B= 0.

Ослабление уровня звукового давления определяют из уравнения

где ДL_Э —снижение уровня звукового давления экранами, дБ; Δ L _п — снижение уровня звукового давления вследствие влияния травяного или снежного покрова земли, дБ; в_ЛП — коэффициент ослабления звука лесополосами, дБ/м:

где в_Б= 0,08 дБА/м; b_лп —ширина лесополосы, м.

При количественной оценке ослабления звука принимают Δ L _п = 0, если звук распространяется не вблизи поверхности земли, или Δ L _п= 3 дБ при удалении источника шума от приемника на расстояние более 500 м.

Дата добавления: 2015-06-28