Виды отрицательного воздействия параметрического загрязнения на человека, и способы защиты

 

Нижегородский государственный

технический университет имени Р.Е. Алексеева.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОКЛАД

 

«виды отрицательного воздействия параметрического загрязнения на человека, и способы защиты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил       студент группы

 

Проверила     

 

 

 

 

 

 

Н. Новгород

2010г.

 

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ШУМ

Шумовое загрязнение отрицательно воздействует на организм человека, вызывая:

- повышенную утомляемость,

- снижение умственной активности,

- понижение производительности  труда,

- развитие сердечно-сосудистых заболеваний

- нервных заболеваний.

По мнению ученых, шум сокращает  продолжительность жизни человека в больших городах на 8 – 12 лет. В древнем Китае существовала даже звуковая казнь за богохульство. Физиолого-биохимическая адаптация  человека к шуму не возможна. Сильный  шум является для человека  физическим наркотиком. Поэтому часть людей  и прежде всего молодежь, увлекаясь  современной музыкой с большой  интенсивностью ее звучания, подвергает свое здоровье опасности в следствии  воздействия на организм физического  наркотика. Женщины менее устойчивы  к сильному шуму, который быстрее приводит их к неврастении. А слабые бытовые шумы в доме, обусловленные плохой звукоизоляцией квартир, разрушительнее действуют на нервную систему мужчин. В транспортном комплексе источниками шума являются процессы механического, аэродинамического, электромагнитного, гидродинамического происхождения, прежде всего шум от вибрации корпусных деталей, систем газообмена, охлаждения двигателей, агрегатов трансмиссии, а так же аэродинамический шум и шум шин транспортных средств, строительно-дорожных машин, технологического оборудования. Под шумом объекта транспорта понимается акустическое излучение, производимое им при работе. Транспортное средство как источник

акустического излучения характеризуют  значением излучаемой акустической мощности, ее спектром и диаграммой направленности излучения.

Звук – механические колебания частиц упругой среды, образующиеся под воздействием какой-либо возмущающей силы. Акустические колебания в диапазоне 16 – 20 000 Гц, воспринемаемые слуховым аппаратом человека, называются  звуковыми, а пространство их распределения – звуковым полем. Колебания ниже 16 Гц – инфразвуковые, а выше 20 000 Гц –

ультразвуковые. Известно, что звуковое давление Р в звуковой волне равно  разности давлений среды в присутствии и отсутствии волны. Уровнем шума называют двадцатикратный логарифм отношения звукового давления к пороговому значению:

Р = 2 . 10 ^-5 Н\м².

Если предположить, что источник шума (двигатель) находится в точке  О (рис. 1) и излучает шум в окружающее пространство, то, выделив полусферу S радиуса r  и единичную площадку А на ней, можно определить, что сила звука I  – количество звуковой энергии, прошедшее через единичную площадку, перпендикулярную радиусу r, в единицу времени.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

рис.1  Прохождение звука  через единичную площадку

 

Сила звука пропорциональна  квадрату звукового давления и ее выражают в Вт\м² Поэтому уровень шума иногда определяют как десятичный логарифм отношения силы звука к пороговому значению:

I₀ = 10^-12 Вт\м² . В результате уровень шума (дБ) определяется по формуле

L = 10*lg(I\I₀)=20*lg(P\P₀)  (1)

Акустическая мощность W (Вт) объекта – общее  количество энергии, излучаемой транспортным средством в окружающее пространство в виде звука и прошедшей через поверхность полусферы радиуса r в единицу времени; вычисляется по формуле

W = 10^{0.1Lw -12}    (2)                   

Уровни акустической мощности называют величину

L_w = 10lg(W/W₀),  (3) где W₀ = 10^-12 Вт .                   

Уровень мощности связан с уровнем  шума выражением

               L_w=L+20lgr+10lgΩ-10lgФ,  (4)              

где Ω – телесный угол, в котором осуществляется излучение с учетом допущения о том, что акустическое излучение объекта происходит из центра О полусферы, 10lgΩ ≈ 8, Ф – фактор направленности излучения, представляющий собой величину P_r²/P_ср.² , т.е. отношение квадрата звукового давления, в произвольной точке полусферы радиуса r к квадрату звукового давления, осредненному по всем точкам измерения на поверхности S. Обычно шум измеряют в точке L с помощью шумомера, при использование

линейной частотой характеристики прибора по шкале А, учитывающей особенности восприятия человеком звуков различной частоты. Орган слуха человека различает не разность, а кратность изменения абсолютных значений звуковых давлений. Поэтому шум оценивают не абсолютной величиной – звуковым давлением, а его уровнем, то есть отношением создаваемого звукового давления к пороговому давлению (по формуле 1). В работающем двигателе транспортного средства причина возникновения акустического излучения является осуществление рабочего процесса, связанного с подводом теплоты  Q₁ к рабочему телу в цилиндре. Для сравнения качества конструкций ДВС, заключающегося в способности преобразовать часть тепловой энергии Q₁ в энергию звукового излучения, служит  коэффициент акустического излучения двигателя

n_ak = W/ Q₁ → min.    (5)

Если у одного из двигателей этот коэффициент выше, то его конструкция акустически менее совершенна. Современные поршневые ДВС, используемые в автомобилях и дорожно-строительных машинах, при работе на номинальном режиме излучают 2-3 Вт акустической мощности. В точках пространства на расстояние 1м вокруг поверхности работающего двигателя возникают уровни шума 104–120 дБ.     

 

рис.2 Шум дизеля в точке пространства около двигателя на расстояние 1м  от его боковой поверхности.

1–режим частичных нагрузок

2–режим холостого хода

 

 

 

 

 

 

Важной характеристикой шума является его спектр. Орган слуха человека неодинаково реагирует на звуки с одной амплитудой, но разной частоты. Спектр шума объекта показывает распределение энергии излучения по частотному диапазону. В них присутствуют дискретные составляющие, кратные частоте вращения, числу цилиндров двигателя, и сплошная область (рис.2). Октавные спектры звуковой мощности служат основной характеристикой  шума машины.

     Причинами возникновения  звука являются: взаимодействие  колеблющегося тела со средой; «быстрое» выделение энергии в конечном объеме среды; подведение (отток) конечного количества вещества в определенную область среды; обтекание потоком вещества твердого тела.

Акустическое излучение является следствием возмущений колебательной  системы, распространение в ней колебаний и последующего процесса излучения энергии колебаний в окружающее пространство. Акустическое излучение объектов транспорта концентрируется преимущественно в диапазоне 20-8 000 Гц. Рассмотрим это  явление на примере поршневого ДВС. На такте впуска из области перед горловиной впускного патрубка (рис. 3) будет происходить отток

вещества.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 3 Схема конструкции двигателя  и возникновения акустического  излучения

 

 

 

Движущийся по впускному тракту свежий заряд будет взаимодействовать  со стенками, впускным клапаном и другими элементами конструкции. Возникает акустическое излучение, которое называют шумом впуска. Излучаемая при этом акустическая мощность обозначается  W_ВП. При сжатии, сгорании и расширении происходит деформация стенок камеры сгорания, что приводит к колебаниям наружных стенок двигателя.  Энергия колебаний стенок в виде звука W_ДЕФ. излучается в окружающее пространство. Помимо того, подвод теплоты к рабочему телу в цилиндре двигателя так же приводит к появлению акустического излучения при сгорании W_СГ. Опрокидывающий момент будет вызывать колебание двигателя на подвеске, энергия которых W_П в виде звука, частично будет излучаться в окружающее пространство. В механизмах двигателя при работе могут возникать удары сопрягаемых деталей (клапан-седло), что приводит к шуму W_УД.

Работа агрегатов, размещаемых  на двигателе (вентилятор, опливоподающий насос и др.), приводят так же к появлению шума W_АГ. При выпуске происходит приток вещества в области, прилегающей к выпускному патрубку; здесь выделится так же какое-то количество энергии. Это приводит к возникновению шума выпуска W_ВЫП.

    

Если суммировать перечисленные  составляющие акустической мощности, то получим уравнение акустического баланса двигателя «по рабочему циклу» (Вт):

W_Д = W_ВП + W_ВЫП + W_ДЕФ + W_П + W_УД + W_АГ.   (6)

Акустическое излучение двигателя  осуществляется горловинами впускного  и выпускного тактов в примеси трактов и всей поверхностью. Причем элементы поверхности двигателя излучают разные количества акустической энергии. Уравнение акустического баланса двигателя «по поверхности» (Вт) имеет вид:

W_Д = W_ВП + W_ВЫП +∑ W_i ,  (7)

где Wi - акустическое излучение, осуществляемое  i-м элементом поверхности двигателя; n  - число элементов, на которую разбита вся поверхность объекта.  Удельная акустическая мощность, излучаемая поверхностью современного двигателя, составляет 90-115 дБ/м² . Акустическое излучение участков поверхности двигателя, горловин трактов впуска и выпуска иногда отождествляют с действием простейших излучателей нулевого и первого порядка. Отсюда третья разновидность акустического баланса двигателя «по излучателям» (Вт):

WД = ∑ W0 +∑ Wi ,    (8)

где W₀ – излучение нулевого порядка; k – число излучателей нулевого порядка; l – число излучателей первого порядка.        

Составление акустического баланса  двигателя или любого другого  объекта транспорта по формулам (6-8) дает возможность определит наиболее существенные составляющие шума, указать причины возникновения, и изучит процесс формирования. найти наиболее рациональные пути его подавления.

 

ВИБРАЦИЯ

     Вибрация  движение  точки или механической системы  под воздействием какой-либо внешней силы, при котором происходят колебания характеризующих ее скалярных величин (виброперемещение, виброскорость, виброускорение). Колебания в механических системах передаются от дорожной поверхности как через элементы конструкции на находящихся в салоне водителя и пассажиров, а так же через грунт, воздействуя на биоту и инженерные сооружения. Вибрация может измеряться с помощью абсолютных и относительных величин. Абсолютные параметры – виброперемещение, виброскорость  и виброускорение. Общие и  локальные вибрации оцениваются средними квадратичными и корректированными значениями (вертикальными, продольными, поперечными) виброскорости (м/с) и виброускорение (м/с²). Основной относительной величиной является уровень виброскорости LV (дБ), который определяется по формуле:

               L_V = 20lgv/v₀,     (9)              

где v₀ – пороговое значение виброскорости, и v – среднеквадратичное значение виброскорости, м/с.                

Первая  производная по скорости – виброускорение формирует ограничения на конструкцию транспортного средства, так как при его движении генерируются частоты вынужденных колебаний до 20 Гц, при которых входят в резонанс с частотой собственных колебаний отдельные внутренние органы человека. Основные источники вибрации – технологическое оборудование ударного действия (молоты, прессы, грохоты), энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), транспортные средства. Вибрации распространяются по грунту  и достигают фундаментов общественных и жилых зданий,  часто вызывая и звуковые колебания, которые разрушают конструкции, которые разрушают  конструкции и сооружения. Они затухают в грунте с темпом примерно 1дБ/м и на расстоянии 50-60 м от транспортной магистрали уже не ощущаются. Ощутимое воздействие вибрации при работе оборудования кузнечно-прессовых цехов распространяются на 150-200 м.

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Устройства, генерирующие, передающие и использующие электрическую энергию  в транспортном комплексе, создают в окружающей среде электромагнитные поля (ЭМП). ЭМП распространяется в окружающей среде со скоростью, приближающейся к скорости света, и характеризуется напряженностью электрической и магнитной составляющих поля.                              

     Измерителями электромагнитного  излучения являются:

1)      Напряженность электрической  составляющей (В/м).

Служит для оценки интенсивности  ЭМП в диапазоне частот 30 кГц  – 300 МГц;

2)      Плотность потока  энергии (Вт/м²) – количество энергии, переносимой магнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Служит для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц. Для оценки биологического воздействия ЭМП различают зону индукции (ближнюю) и зону излучения дальнюю).  Ближняя расположена на расстоянии от источника, равном 1/6 от длины волны. Здесь магнитная составляющая напряженности поля выражена слабо, поэтому ее действие на организм не значительно. В дальнейшей зоне проявляется эффект обеих составляющих поля. Основным источником низкочастотных электромагнитных колебаний являются воздушные линии электропередач, системы транспортных средств (электрооборудования, зажигание, управление, охранной сигнализации). ЭМП высокой частоты используются в металлургии для плавления метала в индукционных печах, в машиностроении для термообработки. Электротранспорт является источником значительных электромагнитных колебаний низкой и высокой частоты. Электромагнитную УВЧ – и СВЧ – энергию применяют в радиовещании, телевидении и других областях. В последнее время уделяется большое внимание искусственным ЭМП. О биологическом влиянии ЭМП опубликовано много материалов. Наблюдаемые при этом эффекты до сих пор не ясны, поэтому тема остается актуальной уже третье десятилетие. Многие компании из 14-ти стран мира постоянно проводят исследования на живых организмах, но до сих пор не могут прийти к единому мнению. Основная частота в контактной сети 50 Гц и для этой частоты проведено большое количество опытов на животных. Данные варьируют от опыта к опыту и бывают как отрицательные (биологическое изменение крови у крыс) так и положительные (увеличение выживаемости при спонтанно развивающейся лейкемии у мышей). ЭМП вызывают у животных колебания шерсти на спине  (около 1мм) и значительно большее колебания усов. Эти факты способны вызвать беспокойство, потерю ориентации, нервное напряжение  и развитие ряда заболеваний. Очень мало известно о действиях слабых ЭМП. Не существует научно обоснованных пределов воздействия ЭМП для распространенных в быту приборов и аппаратов: компьютеров, телевизоров и т.п. По полученным данным можно предположить, что длительное воздействие слабых ЭМП заметно скажется лишь в 4-ом – 10-ом поколении. Однако известно, что у работающих за компьютерами до шести часов в сутки, заболевание органов зрения, поражение ЦНС и сердечно-сосудистой системы происходит в пять раз части, чем в контрольных группах. Не стоит так же слишком часто пользоваться радио- и электроприборами, так как из-за воздействия ЭМИ опасность заболеть раком крови возрастает на 20-40%.