Тема 12
Энергетические загрязнения техносферы и их влияние на человека
1. Производственная вибрация.
2. Производственные акустические воздействия.
Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и природных зон.
К энергетическим загрязнениям относят:
· вибрационное и акустическое воздействия,
· электромагнитные поля и излучения,
· воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений.
1. Производственная вибрация.
Источники:
· технологическое оборудование ударного действия,
· рельсовый транспорт,
· строительные машины
· тяжелый автотранспорт,
Основное распространение - по грунту.
Вибрации затухают:
· на расстоянии 10—20 м от технических устройств, расположенных в зданиях (лифты, насосы, трансформаторы);
· на расстоянии 50—60 м от магистралей рельсового транспорта;
· на расстоянии 150-200м от кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами;
Воздействие вибрации на организм человека.
Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц определяемая как качка, хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни.
Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата по причине резонансных явлений.
При частоте колебаний рабочих мест, близкой к собственным частотам внутренних органов (6-9 Гц), возможны их механические повреждения или даже разрывы.
Систематическое воздействие общих вибраций приводит к вибрационной болезни, которая характеризуется нарушениями физиологических функций организма, связанными с поражением центральной нервной системы.
Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение самочувствия, нарушения сердечной деятельности.
Ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии в низких частотах (до 35 Гц), вызывают поражение нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата.
При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают сосудистые расстройства.
При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8—10 лет (формовщики, бурильщики),
при воздействии высокочастотной вибрации — через 5 и менее лет (шлифовщики, рихтовщики).
Допустимые уровни вибрации.
Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. Разработаны нормативные документы, устанавливающие допустимые значения и методы оценки характеристик вибраций, к которым относится специальный ГОСТ ССБТ (Система стандартов безопасности труда).
Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не должна превышать 10 кг, а усилие нажима — 20 кг.
Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:
* транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам;
* транспортно-технологическую, которая возникает при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении, а также при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или на оптовых базах;
* технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций (например, от работы холодильных, фасовочно-упаковочных машин).
Анализ последствий воздействия вибраций, встречающихся на предприятиях, свидетельствует об отрицательном влиянии их на физиологические функции организма работающих.
Длительно и интенсивно воздействуя на человека, она приводит к нарушению деятельности нервной системы, головокружениям и головной боли, расстройствам зрения, онемению и отечности пальцев рук, заболеванию суставов, снижению чувствительности и другим патологическим изменениям.
Эти изменения могут прогрессировать и привести к вибрационной болезни и полной потере трудоспособности.
Амплитуда и частота вибрации существенно влияют на тяжесть заболевания и при определенных величинах вызывают вибрационную болезнь (табл. 2).
Таблица 2
Влияние вибрации на организм человека
|
Амплитуда колебаний вибрации, мм |
Частота вибрации, Гц |
Результат воздействия |
|
До 0,0 15 |
Различная |
Не влияет на организм |
|
0,016—0,050 |
40—50 |
Нервное возбуждение с депрессией |
|
0,051—0,100 |
40—50 |
Изменение в центральной нервной системе, сердце и органах слуха |
|
0,101—0,300 |
50—150 |
Возможно заболевание |
|
0,101—0,300 |
150—250 |
Вызывает виброболезнь |
Санитарные нормы устанавливают предельно допустимые величины вибрации в производственных помещениях предприятий (табл. 3).
Приведенные нормы одинаковы для горизонтальных и вертикальных вибраций. Непрерывность их воздействия не Должна превышать 10—15% рабочего времени. Амплитуда колебаний, скорость и ускорение колебательных движений могут быть увеличены не более чем в три раза.
Таблица 3
Допустимые величины вибрации в производственных помещениях предприятий
|
Амплитуда колебаний вибрации, мм |
Частота вибрации, Гц |
Скорость колебательных движений, см/с |
Ускорение колебательных движений, см/с2 |
|
0,6—0,4 |
ДоЗ |
1,12—0,76 |
22—14 |
|
0,4—0,15 |
3—5 |
0,76—0,46 |
14—15 |
|
0,15—0,05 |
5—8 |
0,46—0,25 |
15—13 |
|
0,05—0,03 |
8—15 |
0,25—0,28 |
13—27 |
|
0,03—0,009 |
15—30 |
0,28—0,17 |
27—32 |
|
0,009—0,007 |
30—50 |
0,17—0,22 |
32—70 |
|
0,007—0,005 |
50—75 |
0,22—0,23 |
70—112 |
|
0,005—0,003 |
75—100 |
0,23—0,19 |
112—120 |
|
*1,5— 2 |
45—55 |
1,5—2,5 |
25—40 |
Методы снижения уровня вибраций машин и оборудования.
* снижение вибраций воздействием на источник возбуждения путем снижения или ликвидации побуждающих сил;
* устранение режима резонанса посредством рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы;
* вибродемпфирование за счет использования конструкционных материалов с большим коэффициентом трения, нанесения на вибрирующие поверхности слоя упруго-вязких покрытий с большими потерями на трение, преобразованием механической колебательной энергии в другие ее виды;
* динамическое гашение колебаний путем присоединения источника вибрации к защищающему объекту, который уменьшает размах вибрации;
* изменение конструктивных элементов машин и различных конструкций.
Снижение вибрации воздействием на источник возбуждения возможно на стадии проектирования при разработке таких кинематических и технологических схем оборудования, которые исключали бы или сводили до минимума динамические нагрузки, вызванные ударами, резкими ускорениями, дисбалансом и другими причинами. Например, замена кулачковых и кривошипно-шатунных механизмов механизмами с гидроприводом позволяет существенно снизить уровень вибрации.
Вибродемпфирование производится с помощью использования композиционных материалов: сталь — алюминий, сталь — медь, а также пластмасс, древесины или резины.
Широкое распространение получили вибродемпфирующие покрытия, которые в зависимости от величины динамического модуля упругости подразделяются на жесткие (Е = 10е—10е) и мягкие (Е < 107 Па). Первые эффективны в области низких частот, вторые — высоких.
Наиболее эффективны покрытия из вязкоупругих материалов, к которым относятся твердая пластмасса, рубероид, изол, битуминизированный войлок со слоем фольги. Коэффициент потерь таких слоистых покрытий составляет 0,15—0,40.
В качестве жестких применяются металлические покрытия на основе алюминия, меди, свинца, олова и гальванических покрытий, их эффективность значительно ниже, чем у слоистых.
К мягким вибродемпфирующим покрытиям относятся мягкие пластмассы, резины, пенопласт и др. Коэффициент потерь таких покрытий составляет 0,05—0,5.
Если обрабатываемая поверхность имеет сложную форму, то для демпфирования вибрации применяют мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителей, а также мастику "Антивибрит" на основе эпоксидных смол. Коэффициент потерь мастик составляет 0,3—0,45, а температура эксплуатации 20—100°С.
Динамическое гашение вибрации осуществляется несколькими способами, например, установка агрегатов на фундаменты, масса которых рассчитывается таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1—0,2 мм, в особо ответственных случаях — 0,005 мм.
Эффективный способ виброгашения — установка динамических виброгасителей, уменьшающих уровень вибраций защищаемого объекта. Недостатком такого способа гашения колебаний является то, что он эффективен только при определенной частоте, соответствующей резонансной частоте колебаний агрегата.
Для снижения колебаний часто используются также ударные виброгасители: маятниковые, пружинные и плавающие. В них происходит преобразование кинетической энергии относительного движения конструктивных элементов в энергию деформации, которая распространяется по объему соударяющихся элементов и рассеивается за счет действия сил внутреннего и внешнего трения. Маятниковые виброгасители применяют для гашения колебаний с частотой 0,4— 2 Гц, пружинные — 2—10, плавающие — выше 10 Гц.
К техническим мероприятиям, снижающим виброизоляцию, относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками работающего к ручной машине, должно быть в пределах 15—20 кг. В таких конструкциях снижение вибрации достигается за счет увеличения жесткости системы с помощью введения ребер жесткости.
Виброизоляция обеспечивает снижение вибрации за счет уменьшения передачи колебаний от агрегата к защищаемому объекту путем установки между ними дополнительных устройств.
Кроме виброизоляторов в качестве средств виброзащиты используют гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов, разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройство "плавающих" полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; ручной механизированный инструмент с виброзащищенными рукоятками; перфораторы с качающейся виброгасящей рукояткой; установки виброзадерживающих масс; виброизолйрующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и другие устройства.
При эксплуатации машин и оборудования для устранения вибрации применяют изоляцию из дерева, резины, войлока, пробки, пружин, рессор, которые помещают между машинами и оборудованием и их опорными основаниями.
Вибрацию измеряют виброметры. Наиболее распространенным является ручной виброграф ВР-1, измеряющий вибрации неэлектрическим методом.
Гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия при вибрации.
В соответствии с положением о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня.
Производственные операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15—20 мин.
Рекомендуется при этом два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу гидропроцедур): 20 мин (через 1—2 ч после начала смены) и 30 мин — через 2 ч после обеденного перерыва.
К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию, сдавшие технический минимум по правилам безопасности и прошедшие медицинский осмотр.
Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16°С, при влажности 40—60% и скорости движения не более 0,3 м/с.
Снижению уровня отрицательного воздействия вибрации на здоровье способствует применение индивидуальных средств защиты от вибрации (гасящие вибрацию перчатки, рукавицы и специальная обувь).
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику (2 раза в год комплекс витаминов В, С, никотиновая кислота), спецпитание.
Целесообразно также проводить в середине или в конце рабочего дня 5— 10-минутные гидропроцедуры и самомассаж верхних конечностей.
2. Производственные акустические воздействия.
В городской среде и жилых зданиях шум создается:
· транспортными средствами,
· промышленным оборудованием,
· санитарно-техническими установками и устройствами.
Для характеристики акустического воздействия принята специальная измерительная система интенсивности и энергии шума, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием, а именно шкала логарифмических единиц как наиболее объективная и соответствующая физиологической сущности восприятия.
По этой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например, если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3 единицы.
Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, называется белом (Б).
Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук, укладывается при таких условиях в 13...14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей — децибелом (дБ), который соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом.
Таким образом, бел и децибел — это условные единицы, которые показывают, насколько данная интенсивность звука J в логарифмическом масштабе больше интенсивности звука J0, соответствующей условному порогу слышимости.
Измеряемые таким образом величины называются
уровнями интенсивности шума или уровнями звукового давления.
На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70—80 дБ, а в отдельных случаях 90 дБ и более. В районе аэропортов уровни звука достигают 120-150 дБ.
Постоянно находящийся в этих условиях персонал, рабочие, операторы подвергаются воздействию шума, вредно действующего на их организм и снижающего производительность труда.
Длительное воздействие шума может привести к развитию такого профессионального заболевания, как "шумовая болезнь".
Шум как гигиенический фактор представляет собой совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху.
При температуре воздуха 20°С и нормальном атмосферном давлении скорость звука равна 334 м/с, при повышении температуры она увеличивается примерно на 0,71 м/с на каждый градус.
По официальной классификации шумов, принятой в нашей стране, шумы следует подразделять по характеру спектра на широкополосные, с непрерывном спектром шириной более одной октавы, и тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона1.
Дискретный тон — тон, соответствующий определенной гармонической составляющей звуковых колебаний за 8-часовой рабочий день изменяется во времени незначительно, и непостоянные. Последние, в свою очередь, следует подразделять па колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени; прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более; импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов — каждый длительностью менее 1 с.
Действие шума на организм человека.
К настоящему времени накоплены многочисленные данные, позволяющие судить о характере и особенностях влияния шумового фактора на слуховую функцию. Течение функциональных изменений может иметь различные стадии. Кратковременно понижение остроты слуха под воздействием шума с быстрым восстановлением функции после прекращения действии фактора рассматривается как проявление адаптационной защитно-приспособительной реакции слухового органа.
Адаптацией к шуму принято считать временное понижение слуха не более чем на 10—15 дБ с восстановлением его в течение 3 мин после прекращения действия шума.
Длительное воздействие интенсивного шума может приводить к перераздражению клеток звукового анализатора и его утомлению, а затем к стойкому снижению остроты слуха.
Установлено, что утомляющее и повреждающее слух действие шума пропорционально его высоте (частоте).
Наиболее выраженные и ранние изменения наблюдаются на частоте 4000 Гц и близкой к ней области частот.
Развитие профессиональной тугоухости зависит от суммарного времени воздействия шума в течение рабочего дня и наличия пауз, а также общего стажа работы.
Начальные стадии профессионального поражения наблюдаются у рабочих со стажем 5 лет,
выраженные (поражение слуха на все частоты, нарушение восприятия шепотной и разговорной речи) — свыше 10 лет.
Помимо действия шума на органы слуха, установлено его вредное влияние на многие органы и системы организма, в первую очередь на центральную нервную систему, функциональные изменения в которой происходят раньше, чем диагностируется нарушение слуховой чувствительности.
Поражение нервной системы под действием шума сопровождается раздражительностью, ослаблением памяти, апатией, подавленным настроением, изменением кожной чувствительности и другими нарушениями, в частности, замедляется скорость психических реакций, наступает расстройство сна и т. д. У работников умственного труда происходит снижение темпа работы, ее качества и производительности.
Действие шума может привести к заболеваниям желудочно-кишечного тракта, сдвигам в обменных процессах (нарушение основного, витаминного, углеводного, белкового, жирового, солевого обменов), нарушению функционального состояния сердечно-сосудистой системы.
Звуковые колебания могут восприниматься не только органами слуха, по и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20—30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях шума передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на организм человека. При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.
Таким образом, воздействие шума может привести к сочетанию профессиональной тугоухости (неврит слухового нерва) с функциональными расстройствами центральной нервной, вегетативной, сердечно-сосудистой и других систем, которые могут рассматриваться как профессиональное заболевание — шумовая болезнь.
Нормирование уровня шума.
Интенсивность звука определяется по логарифмической шкале громкости. В шкале — 140 дБ.
За нулевую точку шкалы принят "порог слышимости" (слабое звуковое ощущение, едва воспринимаемое ухом, равное примерно 20 дБ), а за крайнюю точку шкалы —140 дБ — максимальный предел громкости.
Громкость ниже 80 дБ обычно не влияет на органы слуха, громкость от 0 до 20 дБ — очень тихая; от 20 до 40 тихая; от 40 до 60 — средняя; от 60 до 80 — шумная; выше 80 дБ — очень шумная.
Для измерения силы и интенсивности шума применяют различные приборы: шумомеры, анализаторы частот, корреляционные анализаторы и коррелометры, спектрометры и др.
Методы борьбы с шумом.
Для борьбы с шумом в помещениях проводятся мероприятия как технического, так и медицинского характера:
* устранение причины шума или существенное его ослабление в самом источнике при разработке технологических процессов и проектировании оборудования;
* изоляция источника шума от окружающей среды средствами звуко- и виброзащиты, звуко- и вибропоглощения;
* уменьшение плотности звуковой энергии помещений отраженной от стен и перекрытий;
* рациональная планировка помещений;
* применение средств индивидуальной защиты от шума;|
* рационализация режима труда в условиях шума;
* профилактические мероприятия медицинского характера.
Наиболее эффективный путь борьбы с шумом, причиной которого является вибрация, возникающая от ударов,) сил трения, механических усилий и т. д., — улучшение конструкции оборудования (изменение технологии с целью устранения удара).
Снижение шума и вибрации достигается заменой вратно-поступательного движения в узлах работающих механизмов равномерным вращательным.
При высоких тонах шумов эффективно демпфирование, при котором вибрирующая поверхность покрывается материалом с большим внутренним трением (резина, пробка, битум, войлок и др.). К демпфирующим материалам при этом предъявляются следующие требования: высокая эффективность, малая масса, способность прочно удерживаться на металле и предохранять его от коррозии.
При невозможности достаточно эффективного снижения шума за счет создания совершенной конструкции той или иной машины следует осуществлять его локализацию у места возникновения путем применения звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций и материалов. Воздушные шумы ослабляются установкой на машинах специальных кожухов или размещением генерирующего шум оборудования в помещениях с массивными стенами без щелей и отверстий. Для исключения резонансных явлений кожухи следует облицовывать материалами с большим внутренним трением.
Для снижения структурных шумов, распространяемых в твердых средах, применяются звуко- и виброизоляционные перекрытия. Ослабление шума достигается применением под полом упругих прокладок без жесткой их связи с несущими конструкциями зданий, установкой вибрирующего оборудования на амортизаторы или специальные изолированные фундаменты. Вибрации, распространяющиеся по коммуникациям (трубопроводам, каналам), ослабляются стыковкой последних через звукопоглощающие материалы (прокладки из резины и пластмассы). Широко применяются противошумные мастики на битумной основе, наносимые на поверхность металла.
Наряду со звукоизоляцией в производственных условиях широко применяются средства звукопоглощения. Для помещений малого объема (400—500 м3) рекомендуется общая облицовка стен и перекрытий, снижающая уровень шума на 7—8 дБ.
Способность звукопоглощения характеризуется коэффициентом звукопоглощения (отношение звуковой энергии, поглощенной материалом, к энергии, падающей на него). Наиболее высокими коэффициентами звукопоглощения в широком спектре частот обладают штукатурки и плиты, минеральная вата, древесноволокнистые плиты, камышитовые маты, войлок и пр. Эффективность звукопоглощения; увеличивается при многослойном размещении поглощающих материалов с воздушными прослойками между слоями, а также перфорацией покрытий. В помещениях большого объема эффективны звукопоглощающие барьеры и объемные поглотители, подвешиваемые над шумными агрегатами, которые увеличивают звукопоглощение почти в 2 раза по сравнению с покрытием звукопоглощающими материалами потолков и стен.
Поглощение аэродинамических шумов (выхлоп и всасывание воздуха пневматическими инструментами, компрессорами, вентиляторами и прочими агрегатами) осуществляется с помощью активных и реактивных глушителей. Выбор типа глушителя зависит от уровня и спектрального состава шума. Для глушения высокочастотных шумов эффективны активные глушители, основанные на поглощении звуковой энергии, для низкочастотных — реактивные, основанные на принципе акустического фильтра.
Уменьшения шума можно достичь за счет рациональной планировки зданий, в соответствии с которой наиболее шумные помещения должны быть сконцентрированы в глубине территории в одном месте. Они должны быть удалены от помещений для умственного труда и ограждены зоной зеленых насаждений, частично поглощающих шум.
Агрегаты с наиболее интенсивным шумом (выше 130 дБ) следует размещать вне территории предприятий и жилой зоны с подветренной стороны и отделять от границ населенных пунктов шумозащитной зоной или стеной. Агрегаты создающие шум более 90 дБ, должны размешаться в изолированных помещениях.
Если шумные агрегаты нельзя звукоизолировать, то для защиты персонала от прямого шумоизлучения должны применяться акустические экраны, облицованные звукопоглощающими материалами, а также звукоизолированные кабины наблюдения и дистанционного управления.
Помимо мер технологического и технического характера, широко применяются средства индивидуальной защиты — антифоны, выполненные в виде наушников (рис. 8) или вкладышей. Существует несколько десятков вариантов заглушей-вкладышей, наушников и шлемов, рассчитанных на изоляцию слухового прохода от шумов различного спектрального состава. Наиболее удобными и эффективным считаются вкладыши из смеси волокон органической бакторицидной ваты и ультратонких полимерных волокон из материала ФП ("беруши"), позволяющие снизить уровень громкости шума на различных частотах от 15 до 31 дБ.
Отрицательное действие шумов можно снизить за счет сокращения времени их воздействия, построения рационального режима труда и отдыха, предусматривающего краг повременные перерывы в течение рабочего дня для восстановления функции слуха в тихих помещениях.
Основными мероприятиями по борьбе с шумом являются рационализация технологических процессов с использованием современного оборудования, звукоизоляция источников шума, звукопоглощение, улучшенные архитектурно-планировочные решения, средства индивидуальной защиты.
На предприятиях и в организациях для борьбы с шумом проводят рациональную планировку помещений, предназначенных для размещения в них машин, установку шумных машин и оборудования на специальных амортизационных и шумопоглощающих приспособлениях, облицовку стен и потолков звукопоглощающими материалами (акустическая штукатурка и пористые плиты, минеральная вата, перфорированные конструкции и т. д.), пластиковое покрытие полов, используют декоративные драпировочные материалы.
На особо шумных производственных предприятиях используют индивидуальные шумозащитные приспособления: антифоны, противошумные наушники (рис. 8) и ушные вкладыши типа "беруши". Эти средства должны быть гигиеничными и удобными в эксплуатации.
В России разработана система оздоровительнопрофилактических мероприятий по борьбе с шумом на производствах, среди которых важное место занимают санитарные нормы и правила. Выполнение установленных норм и правил контролируют органы санитарной службы и общественного контроля.
1 — пластмассовый корпус; 2 — стекловата; 3 — уплотняющие прокладки; 4 — съемные чехлы из пленки и фланели.