Средства индивидуальной защиты от шума

Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации

Современная инженерная акустика накопила солидный арсенал средств и методов защиты от шума и звуковой вибрации. Несмотря на их многообразие, существуют определённые закономерности, которые позволяют классифицировать шумовиброзащитные средства по классам, группам и т. д. (рис.5.1).

По отношению к защищаемому объекту все средства подразделяются на следующие:

· средства индивидуальной защиты;

· средства коллективной защиты.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума используются персонально и их основное назначение – перекрыть основной канал проникновения звука в ухо человека. Назначение СИЗ – предупредить ухудшение или расстройство не только органов слуха, но также нервной и других, подвергающихся вредному воздействию шума, систем человека. Рассмотрению СИЗ от шума ниже посвящён отдельный раздел.

Индивидуальные средства защиты от вибрации в основном предназначены для уменьшения воздействия локальной вибрации. К ним относятся виброзащитные рукавицы, представляющие устройство с мягкой поролоновой прокладкой. Известно также использование и виброзащитной обуви, предназначенной для снижения общей вибрации при работе человека на вибрирующей поверхности в положении «стоя».

Коллективные средства защиты от шума предназначены и используются для его снижения на рабочих местах, в окружающей среде и в других местах пребывания человека. По отношению к источнику шума все средства коллективной защиты можно подразделить на следующие:

· снижающие шум в источнике образования;

· снижающие шум по пути от источника шума к точке наблюдения (ТН) или расчётной точке (РТ).

Методы и средства защиты от шума и звуковой вибрации

Средства защиты

Методы защиты

Звукоизоляция

Звукопоглощение

По отношению к защищаемому объекту

В зависимости от среды

По отношению к источнику

В зависимости от использования дополнительного источника

Коллективные

СИЗ

Снижающие воздушный звук

Снижающие структурный звук

Снижающие шум в источнике

Снижающие шум по пути распространения от источника до ТН

Активные

Пассивные

Виброизоляция

Глушители шума

Вибропоглощение

Рис. 5.1. Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации

Снизить шум в источнике можно двумя основными способами:

1) снижением силового воздействия;

2) уменьшением звукоизлучающей способности элементов источника.

Снижение силового воздействия достигается снижением скорости движения (вращения), уравновешиванием вращающихся частей, увеличением времени соударения деталей, уменьшением зазоров в сочленениях и соединениях, снижением числа Рейнольдса и снижением скорости движущихся гидравлических потоков, снижением турбулентности и скорости движущихся струй и пр.

Уменьшение звукоизлучающей способности достигается нарушением синфазности колебаний излучающей поверхности, снижением площади излучения, уменьшением сопротивления излучающей поверхности, её вибродемпфированием, увеличением коэффициента потерь материала излучающей поверхности и пр.

Достаточно условно средства снижения шума на пути от источника до точки наблюдения (ТН) можно разделить на несколько видов (рис 5.2):

· средства ближней (по отношению к источнику) защиты (глушители шума, виброизоляторы);

· средства, устанавливаемые на пути распространения между источником шума и ТН (акустические экраны, звукоизолирующие капоты, перегородки, звукоизолирующие укрытия);

· средства, снижающие шум в ТН (звукоизолирующие кабины, звукоизолированные дома и т.д.).

Рис. 5.2. Схема установки коллективных средств защиты от шума и вибрации

на пути их распространения: 1 – источник шума; 2 – виброизоляторы источника (средство ближней защиты от звуковой вибрации); 3,4 –звукоизолирующий капот и акустический экран соответственно (средства, устанавливаемые на пути между источником шума и ТН); 5,7 –звукоизолирующая кабина и её виброизоляторы соответственно (средства, снижающие шум и вибрацию в ТН); 6 – точка наблюдения (ТН)

В зависимости от среды, в которой распространяется звук, средства делятся на снижающие передачу:

· воздушного шума;

· структурного шума (звуковой вибрации).

Всё многообразие рассмотренных средств защиты от шума (кроме применяемых для снижения шума в источнике образования) основано на очень простых принципах: поглощение звука (звуковой вибрации), отражение звука или комбинации этих двух принципов.

В зависимости от принципа действия методы защиты от шума и звуковой вибрации делятся на следующие:

· звукоизоляция;

· звукопоглощение;

· виброизоляция;

· вибропоглощение (вибродемпфирование);

· глушители шума.

Заметим, что эта классификация в определённой степени условна, так как глушители являются также и средством защиты от шума, например, реактивных струй и т.д.

Звукоизоляция – метод защиты от воздушного шума, основанный на отражении звука от бесконечной плотной звукоизолирующей преграды (рис. 5.3, а).

Звукопоглощение – метод защиты от воздушного шума, основанный на поглощении звука при переходе звуковой энергии в тепловую в мягкой звукопоглощающей (волокнистой или пористой) конструкции (рис. 5.3, б).

Виброизоляция – метод снижения структурного звука, основанный на отражении вибрации в виброизоляторах (рис. 5.3, в).

Вибродемпфирование – способ защиты от звуковой вибрации за счёт перехода вибрационной энергии в тепловую в вибродемпфирующих покрытиях (рис. 5.3, г).

Глушители шума – устройства, применяемые для снижения аэродинамического или гидродинамического шума за счёт отражения (реактивные) (рис. 5.3, д) или поглощения (абсорбционные) (рис. 5.3, е) звуковой энергии.

И, наконец, в зависимости от использования дополнительного источника энергии все средства защиты от шума и вибрации делятся на следующее:

· пассивные, в которых не используется дополнительный источник энергии;

· активные, в которых используется дополнительный источник энергии.

В активных средствах защиты от шума (вибрации) используется принцип интерференции звука (вибрации). Методы активной шумовиброзащиты ниже будут рассмотрены подробнее.

Рис. 5.3. Схемы звукоизоляции (а) - (1 – источник шума; 2 – бесконечная плотная звукоизолирующая преграда); звукопоглощения (б) - (1 – твёрдая отражающая поверхность;

2 – звукопоглощающий материал; 3 – перфорированное покрытие);

виброизоляции (в) - (1 – источник вибрации; 2 – виброизоляторы; 3 – опорная поверхность); вибродемпфирования (г) - (1 – вибрирующая звукоизлучающая поверхность;

2 – вибродемпфирующее покрытие); реактивного глушителя (д);

абсорбционного глушителя (е) - (1 – патрубок; 2 – камера; 3 – звукопоглощение)

Пути снижения вибрации достигаются в принципе аналогичными решениями (рис. 5.4):

- снижение вибрации в источнике образования (снижением возмущающих сил, уменьшением частоты вращения);

- снижение вибрации на пути распространения от источника до рабочего места (виброизоляция, вибродемпфирование передающих поверхностей, использование гибких вставок, увеличение массы передающих конструкций и т.д.);

- снижение вибрации на рабочем месте (применение, например, виброзащитных сидений и настилов).

Рис. 5.4. Снижение вибрации:

1 – источник вибрации; 2 – виброизоляторы; 3 – передающая конструкция;

4 – гибкая вставка; 5 – виброзащитный настил; – возмущающая сила

Все средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума в зависимости от конструктивного исполнения делятся на следующие разновидности:

- противошумовые наушники;

- вкладыши;

- шлемы и каски;

- противошумовые костюмы.

Наушники закрывают ушную раковину снаружи, вкладыши перекрывают слуховой проход, шлемы и каски закрывают ушную раковину и часть головы, противошумовые костюмы закрывают тело человека и его голову.

Основные требования к СИЗ устанавливаются ГОСТ 12.4.051–78. По эффективности защиты от шума, массе и силе прижатия наушники и вкладыши делятся на три группы: А, Б, В. Требуемые параметры эффективности в диапазоне частот 125…8000 Гц и другие параметры отечественных СИЗ приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения эффективности, массы и силы прижатия СИЗ

Тип СИЗ	Группа	Эффективность, дБ, в октавных полосах частот, Гц	Масса, кг, не более	Сила прижатия, Н не более

Наушники	А Б В	–	–		0,35 0,28 0,15
Вкладыши	А Б В				– – –	– – –
Шлемы	–				–	–

Эффективность применяемых в настоящее время СИЗ соответствует разработанным требованиям (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Эффективность защитных устройств: (А, В – вкладыши, С – наушники)

Вкладыши являются простейшим типом СИЗ. Они изготавливаются нескольких типоразмеров из мягких эластичных материалов (резины, пластмасс, различных волокон), имеют форму ушного прохода. Конструкции наиболее эффективных вкладышей показаны на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Противошумные вкладыши: а - типа «Грибок», б - типа «Лепесток»

В отечественной практике наибольшее распространение получили вкладыши «Беруши», изготовляемые из волокнистого материала.

Эффективность вкладышей в низкочастотной области ограничена костной проводимостью. На более высоких частотах их эффективность можно повысить увеличением массы вкладыша, что не всегда выполнимо. Вкладыши вызывают определённую степень беспокойства при их использовании.

Наушники имеют более высокую (в среднем на 10 дБ) эффективность по сравнению с вкладышами, но менее удобны в эксплуатации. Наушник состоит из двух корпусов и оголовья. Корпус изготавливают из пластмассы, внутри которой или размещают слой звукопоглощающего материала, или заполняют его жидкостью (например, глицерином). Для более плотного прилегания на внутренней поверхности, обращённой к голове, устанавливают мягкие протекторы. При увеличении силы прижатия их эффективность возрастает, масса таких устройств не должна превышать 350 г.

Шлемы обеспечивают самую большую защиту от шума, их эффективность на высоких частотах на 8 дБ выше, чем у наушников. Шлем закрывает большую часть черепа, что предотвращает проникновение звука через кости черепа (костная проводимость). Шлемы применяют для защиты работающих в условиях интенсивного высокочастотного шума.

В последнее время находит применение использование принципов активной защиты для увеличения эффективности наушников и шлемов, особенно на низких частотах.