технические науки /13.охрана труда

Нурулдаева Г.Ж., Жакипбекова К.Б.

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, г.Алматы

Расчет снижения шума путем применения звукопоглощающих облицовок в рабочих помещениях ТЭС

Тепловые электрические станции важная часть экономики городов, ведь именно это предприятие позволяет обеспечивать населенный пункт электрической и тепловой энергией, тем самым, давая возможность работать предприятиям и жить людям. Мощность самых крупных ТЭС 1 млн кВт. На ТЭС вырабатывается более 70% электрической энергии.

На ТЭС образуется один из вредных факторов, влияющий на здоровье человека и окружающую среду - шум. Любой механизм, являющийся источником энергии, ее преобразователем или потребителем, представляет собой источник колебаний, в том числе звуковых. Чем больше мощность механизма на единицу объема или поверхности, тем больше вызываемый им шум. С ростом удельной габаритной мощности и быстроходности механизмов вопрос о снижении и мерах борьбы с шумом становится все более острым.

Действие шума на организм человека связано главным образом с применением высокопроизводительного оборудования, с механизацией и автоматизацией трудовых процессов. Неблагоприятные последствия действия шума на организм достаточно хорошо изучены. Обследования показали, что приблизительно у 70% населения повышается кровяное давление и частота пульса при воздействии шума более чем на 10%, что за счет повышенного шума заболеваемость в городах увеличивается на 30%, уменьшается продолжительность жизни на 8-10 лет, трудоспособность снижается минимум на 10%, а эффективность отдыха почти вдвое.

Длительное воздействие интенсивного шума (выше 80 дБА) приводит к частичной или полной потере слуха человека. С увеличением времени воздействия и ростом уровня шума повышается временный сдвиг порога и удлиняется период восстановления. При большой длительности или интенсивности шума происходят необратимые потери слуха (тугоухость), характеризуемые постоянным изменением порога слышимости.

Повышенный шум оборудования влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, репродуктивную функцию человека, вызывает раздражение, нарушение сна, утомление, агрессивность, способствует психическим заболеваниям. Профессиональные заболевания связанные с шумовым воздействием занимают первое место среди других заболеваний работников ТЭС. Шумовая болезнь характеризуется комплексом симптомов: снижение слуховой чувствительности, изменением функции пищеварения, сердечно-сосудистой недостаточностью, нейроэндокринным расстройством.

На ТЭС размещается большое количество оборудования, эксплуатация которого связана со значительным шумоизлучением. Эти источники имеют различные спектры излучения шума; они размещаются как внутри, так и вне помещения ТЭС. В здании ТЭС находятся следующие источники шума: паровые турбины, генераторы, котлы, углеразмольно и тягодутьевые машины, компрессоры, насосы, паропроводы и др.

В топливно-транспортном цехе [1] в зоне ленточных транспортеров уровень шума составляет 68-76 дБА, в зоне приводных машин 85-97 дБА, в зоне дробилок угля 94-95 дБА. В котельном цехе шум средне- и низкочастотный по уровням звука на 5-16 дБА превышает предельно допустимые уровни (ПДУ). По высоте котла уровень звука после горелок уменьшается на 5-8 дБА. В угольном хозяйстве ТЭС значительными источниками шума являются шаровые и молотковые мельницы, а также дробилки угля и конвейер сырого угля. Около конвейера сырого угля на среднегеометрической частоте 63 Гц она равна 103 дБ.

Основными источниками шума в котельном и турбинном цехах [2] являются электродвигатели конденсатных (95-98 дБА), питательных насосов (85-90 дБА), подогреватели низкого (94-103 дБА) и высокого (52-103 дБА) давления, коллектора дренажей (100-103 дБА), генераторы турбины (79-117 дБА), редукционно-охлаждающие установки (92-108 дБА), парогазопроводы (87-98 дБА). В котельном цехе источниками шума являются мельницы помола угля шаровые (101-107 дБА), тангенциальные (84-90 дБА), молотковые (84-90 дБА), дымососы (86-92 дБА), дутьевые вентиляторы (86-91 дБА).

В котельном и турбинном цехах постоянный шум генерируемый разнообразным оборудованием, характеризуется широким спектром с наибольшим превышением УЗД на средних и высоких частотах. Наибольшей интенсивности шум достигает на рабочих местах у мельниц, дробилок и у турбин.

Рисунок 1 - Уровни звукового давления (дБ) в помещениях ТЭС [1]

Измерения показывают [3], что при расстоянии между турбинами больше 50м уровни звука в помещении не зависят от количества одновременно работающих турбин. При уменьшении расстояния между турбинами до 30 м происходит увеличение уровней звука по всей площади турбинного цеха на 4-5 дБА.

При увеличении единичной мощности турбогенератора (следовательно, и габаритных размеров) увеличивается уровень излучаемой звуковой энергии. Уровень звукового давления около котлов меньше, чем около турбин.

Во многих случаях уменьшение шума от энергетического оборудования достигается установкой звукопоглощающих покрытий. Этот метод борьбы с шумом предполагает использование звукопоглощающей способности материалов и конструкций. Отбирая акустическую энергию падающих на них звуковых волн, звукопоглощающие материалы трансформируют ее в тепловую. Звуковое поле в производственном помещении, создаваемое работающей машиной, состоит из прямого звука, создаваемого источником шума, а также из звука, отраженного внутренними поверхностями помещения. Поэтому для помещений с относительно малым объемом (до 500 м3), в которых акустическое поле определяется как прямыми, так и отраженными звуковыми волнами, звукопоглощающие материалы и конструкции целесообразно размещать по периметру помещения (по потолку и стенам) [4]. В данной работе определено требуемое снижение шума, выбрана конструкция звукопоглощающей облицовки и выполнен расчет снижения шума в рабочей комнате операторов турбинных установок. Операторы турбин управляют и контролируют работу установок, обеспечивают их бесперебойную работу в соответствии с заданным гафиком нагрузки. Расчет произведен для помещения объемом 56,7 м³, площадью ограждающих конструкции 89,1 м².

Выбор поглотителя, его толщины, а также конструктивное выполнение определяется в первую очередь частотами, на которых нужно уменьшить интенсивность шума, и рядом технологических и противопожарных требований. Звукопоглощающие материалы должны обладать следующими свойствами: высоким звукопоглощением в требуемом диапазоне частот, малым объемным весом, негорючестью и неагрессивностью, безвредностью, биостойкостью, малой гигроскопичностью, долговечностью, экономичностью. Такие помещения, как щиты управления, находящиеся внутри производственных зданий, ограждаются тяжелыми стеновыми панелями и изнутри облицовываются специальными звукопоглощающими материалами, снабжаются витринами с двойными стеклами и упругим уплотнением дверей.

Эффективность снижения шума звукопоглощением зависит в основном от акустических характеристик самого помещения и частотных характеристик материалов, применяемых для акустической обработки, которая включает облицовку части внутренних поверхностей помещения звукопоглощающим материалом или специальной звукопоглощающей конструкцией, а также размещение в помещении объемных элементов различных форм. Обработка звукопоглощающим материалом потолков и стен в помещениях котельных на электростанциях Сен-Дени и Шеневье (Франция) позволила получить снижение шума на 5-7 дБА, а облицовка 7,2 тыс. м² внутренних поверхностей помещения ТЭС Калло (Бельгия) и 11,1 тыс.м³ внутренних поверхностей котлотурбинного помещения блока № 3 ТЭС Кембел (США) - на 5 дБА [5]. Предельное значение снижения уровня звука применением звукопоглощающих облицовок, например, в соразмерных помещениях по законам архитектурной акустики ограничено 5- 8 дБА, а в зоне отраженного звука -10 -15 дБА.

В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минеральные плиты, пористый поливинилхлорид и другие материалы.

Ведущие торговые марки звукопоглощающих материалов и конструкций, представленных на рынке: Ecophon (Швеция) - подвесные потолки, стеновые панели, штучные звукопоглотители на основе стекловолокна; Akusto (Финляндия) - подвесные потолки на основе стекловолокна; Rockfon (Дания) - подвесные потолки на основе базальтового волокна; Шуманет БМ (Россия) - не обработанные звукопоглощающие панели на основе базальтового волокна; Sound Lux (Россия) - стеновые панели из металлических перфорированных кассет и базальтово-волокнистых звукопоглотителей; ТИГИ KNAUF (Россия) - перфорированные гипсокартонные потолочные панели ППГЗ; AMF, OWA (Германия) - потолочные панели из различных волокнистых материалов; MAPPY (Италия) - поролоновые пористые звукопоглощающие листы и маты с различной формой лицевой поверхности (для лучевого рассеивания отраженных волн).

Уменьшение шума внутри помещений электростанций требует значительных затрат. Затраты только на внутреннюю облицовку звукопоглощающими материалами котлотурбинного здания ТЭС Kallo ( Бельгия) составили 330 тыс. долл.

При обмуровке котлов на ТЭС при применении строительных базальтовых плит при негорючести самого базальта происходит распад синтетического связующего, что приводит к рассыпанию базальтовой плиты уже в течении первого отопительного сезона. При этом происходит перерасход трудовых ресурсов и требуются новые ежегодные затраты на замену утеплителя. При применении БСТВ этого не происходит, который полностью состоит каменных (базальтовых) волокон. Экспериментально доказано, путем разборки шамотного кирпича, что маты из БСТВ после первого сезона не подверглись какому-либо воздействию высоких температур, срок эксплуатации обмурованных котлов возрос до нескольких сезонов. Высокие звуко- и вибропоглощающие свойства изделий из БСТВ позволяют использовать их на производственных площадях, где требуется понижение ударного шума и уменьшение вибрации, возможна шумоизоляция целого цеха, либо отдельного агрегата. Практически толщина облицовок составляет 20-200мм, при этом максимальное поглощение обеспечивается на средних и высоких частотах. Для увеличения поглощения на низких частотах и для экономии материала между слоем и ограждением делают воздушный промежуток.

Для расчетов в качестве звукопоглощающего материала выбраны звукопоглощающие маты АТМ-10К из базальтового супертонкого волокна марки БСТВ облицованные со всех сторон кремнеземной тканью КТ-11 и прошитые соответствующими нитям, толщина равна 20мм.

Для достижения максимально возможного поглощения рекомендуется облицовывать не менее 60% общей площади внутренних поверхностей помещения.

Снижение шума в акустически обработанном помещении обычно составляет 6-15 дБ в области средних и высоких частот, где применение звукопоглощающей облицовки наиболее эффективно.

Снижение уровня звукового давления за счет установки звукопоглощающей облицовки определяется по формуле:

∆L = 10 ,дБ, (1)

где В и В₁ - соответственно, постоянная помещения до и после установки облицовки, м².

Постоянная помещения В₁ рассчитывается по формуле:

(2)

где - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не имеющими звукопоглощающей облицовки; S-суммарная площадь внутренних ограничивающих помещение поверхностей, м²; S_обл - площадь облицовки, м² ; - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до установки облицовки; ₁,- средний коэффициент звукопоглощения помещения с установленной облицовкой: ∆А-добавочное звукопоглощение, вносимое облицовкой, α_обл- реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции.

Предельно допустимые уровни звуковых давлений, для постоянных рабочих мест в производственных помещениях и на территоррии предприятии и результаты расчетов установки звукопоглощающих материалов в помещении турбинных установок представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчетов установки звукопоглощающих материалов в помещении операторов турбинных установок

Турбины	Уровень звуковой мощности, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
L, дБ	130	125	125	125	120	120	115	105
Lдоп, дБ	95	87	82	78	75	73	71	69
άобл	0,05	0,32	0,76	1	0,95	0,9	0,99	0,95
ΔL, дБ	0,7	5,4	9,2	10	9,1	8,9	10,85	5,8

В результате расчетов при установке звукопоглощающих матов АТМ-10К из базальтового супертонкого волокна марки БСТВ облицованных со всех сторон кремнеземной тканью КТ-11 и прошитых соответствующими нитями шум на рабочих местах снижается от 5 дБ до 11 дБ. На частоте 1000 Гц снижение шума на 9 дБ. Результаты расчетов показывают, что применение звукопоглощающих материалов эффективно на средних и высоких частотах и достигает 9-11 дБ.

Литература:

1 Тупов В.Б. Охрана окружающей среды от шума в энергетике.– М.: Издательство МЭИ, 1999.–192 с

2 Жумалиев Б.С. Гигиено-физиологическая характеристика труда и состояния здоровья рабочих энергетиков Центрального Казахстана. Монография. КарГМА, 1999 г.

3 Звукоизоляция и звукопоглощение./ Под ред. Осипова Г.Л. – М.: ООО «Изд-во АСТ»: ООО «Изд-во Астрель», 2004 – 450 с.:ил.

4 Омаров С.С. Инженерная акустика. Алматы: КазГАСА, 2002 – 157 с.

5.Осипов Г.Л., Юдин Е.Я., Хюбиер Г. и др. Снижение шума в зданиях и жилых районах – М.: Стройиздат, 1987 г.

6.Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах № 1.02.007-94