Борьба с шумом и вибрацией

УСЛОВИЯ ЗАДАЧ

Задача 30. Определить требуемый уровень снижения шума в цехе D L (дБ), в котором находится 4 агрегата, создающие шум со следующими уровнями: L ₁; L ₂; L ₃; L ₄. L _доп = 80 дБ.

Параметры	Варианты исходных данных
L 1, дБ
L 2, дБ
L 3, дБ
L 4, дБ					92

 

Задача 31. Определить ожидаемый уровень звукового давления L (дБ) уста­новки при использовании звукоизолирующего устройства (металлического кожуха толщиной d ₁ (м) с внутренней облицовкой из войлока толщиной d ₂ (м). Коэффициент звукопоглощения технического войлока 0,4; коэффи­циент звукопоглощения металлического кожуха 0,01. Плотность стали при­нять равной 7900 кг/м³, плотность технического войлока 330 кг/м³.

Параметры	Варианты исходных данных
Уровень зву­кового дав­ления уста­новленный, дБ
Частота шума, Гц
Толщина d,м: для стали	0,001	0,01	0,005	0,015	0,025
для войлока	0,01	0,01	0,05	0,025	0,015

 

Задача 32. Звукоизоляция кожуха на частоте f ₁ (Гц) составляет R _к1 (дБ). Найдите эффективность кожуха R _к2 (дБ) на частоте f ₂ (Гц).

Параметры	Варианты исходных данных
f 1, Гц
R к1, дБ
f 2, дБ

Задача 33. Рассчитать, подобрать типоразмер и количество секций глушителя аэродинамического шума трубчатого типа, установленного на выхлопе вентилятора высокого давления ЦВ-18, уровень шума которого на частоте f (Гц) равен L (дБ) при производительности Q (м³/ч). Секции глушителя длиной 500 мм соединяются между собой при помощи фланцев. Скорость воздуха в проходном сечении глушителя для предотвращения осе­дания пыли должна находиться в пределах 15...20 м/с.

Параметры	Варианты исходных данных
f (Гц)
L (дБ)
Q (м3/ч)

 

Задача 34. Рассчитать площадь S (см²) и высоту Н _из (см) резиновых виброизоляторов в виде ребристых плит устанавливаемых по углам опорной рамы, на которой расположен электродвигатель с частотой вращения n (об/мин). Масса установки с опорной рамой Р (кг). Динамический модуль упругости резины Е = 40 кг/см², допустимая нагрузка F _доп = 1,0 кг/см².

Параметры	Варианты исходных данных
n, об/мин
Р, кг

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Допустимый уровень звукового давления на постоянных рабочих мест­ах на среднегеометрических частотах октавных полос составляет:

f (Гц)	31,5
L доп (дБ)

 

При одновременной работе агрегатов равной интенсивности общий уровень звукового давления в помещении

L _общ = 10 lg n + L, дБ (5.1)

где n - число агрегатов;

L - уровень силы звука одного источника, дБ.

При совместном действии нескольких источников с разными уровнями силы звука для определения общего уровня необходимости суммировать их попарно-последовательно и для каждой пары расчет вести по формуле

L _общ = L _больш + D L, дБ (5.2)

где L _больш - наибольший из суммируемых уровней силы звука, дБ;

D L – поправка, определяемая по таблице, дБ.

Таблица 1.3 Таблица сложения уровней звуковой мощности или звукового давления

Разность двух складываемых уров­ней, дБ
Добавка к более высокому уровню, необходимая для получения суммарно­го уровня, дБ		2,5		1,8	1,5	1,2		0.8	0,6	0,5	0,4	0,2

 

Требуемый уровень снижения шума до нормативного составит

L _тр = L _общ – L _доп, дБ (5.3)

Для локализации наиболее шумных машин и механизмов используют звукоизолирующие кожухи. Акустическая эффективность кожуха (дБ) определяется по формуле

D L _к = R _к + 10 lg a _обл, дБ (5.4)

где R _к - звукоизоляция стенок кожуха;

a _обл - коэффициент звукопоглощения материала кожуха, для двухслойного кожуха

a _обл = a ₁ + a ₂, (5.5)

где a ₁ и a ₂ - коэффициенты звукопоглощения каждого слоя.

Если стенки кожуха не имеют звукопоглощающей облицовки, то эффективность кожуха определяют по формуле

D L _к = R _к - 10 lg , (5.6)

где S _к – площадь поверхности кожуха, м²;

S _ист – площадь поверхности машины, создающей шум, м².

Звукоизоляцию R _к, дБ, ограждения однослойного или из нескольких, жестко связанных между собой слоев можно рассчитать по полуэмпирической формуле

R _к = 20 lg(m × f) – 47,5, дБ, или R _к = 20 lg(r × d × f) – 47,5, дБ, (5.7)

где m – поверхностная масса ограждения, кг/м²;

f - частота колебаний, Гц;

r - плотность материала, кг/м³;

d - толщина стенки материала, м.

Для снижения уровня аэродинамического шума на трубопроводах устанавливают глушители. Они должны обеспечивать свободный проход воздуха через сечение и необходимое снижение шума. Сечение глушителя квадрат­ное со стороной А (мм).

Снижение уровня шума на 1 погонный метр глушителя L с наполните­лем из супертонкого минерального волокна (СТВ) толщиной 100 мм находят из таблицы:

Типоразмер глушителя	Величина снижения шума при частоте
А-160	4,0	6,5	20,0	27,0	29,0	25,0	16,0	7,5
А-200	4,0	5,5	18,0	22,0	21,0	16,0	10,0	5,0
А-250	3,0	4,5	14,5	17,5	17,0	13,0	8,0	4,0
А-400	2,5	3,5	7,0	7,5	12,0	8,0	5,0	3,0
А-500	2,0	3,0	5,5	6,0	10,0	6,5	4,0	2,5
	Предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах СН 2.2.4/2.1.8.562-96

 

Снижение шума можно достичь путем установки виброизоляторов. Расчет резиновых виброизоляторов состоит в определении их размеров и определении эффективности виброизоляции.

Площадь резиновых виброизоляторов рассчитывается по формуле

S о = , см², (5.8)

где Р - общая масса установки, кг;

s - допустимая удельная нагрузка для резины, кг/см².

Площадь одного резинового виброизолятора будет равна

S _i = , (5.9)

где n - число резиновых виброизоляторов.

Высоту виброизоляторов определяют из уравнения

Н _из = , см, (5.10)

где Е - динамический модуль упругости, кг/см²;

К - необходимая суммарная жесткость виброизоляторов, опреде­ляемая по формуле

К = , кг/см (5.11)

где f_с - необходимая частота собственных вертикальных колебаний, Гц;

g = 9,81 м/с².

f_с = , Гц (5.12)

где f - основная расчетная частота вынуждающей силы, определяемая по формуле

f = n /60, Гц, где n – частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

a - коэффициент виброизоляции, рекомендуют принимать при динамической балансировке a ³ 3.

Для устойчивой работы виброизоляторов при их выборе необходимо выполнить следующие условия:

1) для агрегатов с расчетной частотой вращения от 350 до 500 об/мин f _max £ 0,43 f,

2) с частотой 500 < n £ 1000 об/мин f _max = 0,4 f,

3) для быстроходных агрегатов с частотой свыше 1000 об/мин 0,2£ f_max £ 0,33 f.

Эффективность виброизоляции (снижение ее уровня) на резиновых опорах рассчитывается по формуле:

D L = , дБ (5.13)

Сопоставляя полученный результат с требуемым уровнем снижения вибрации D L ³ D L _трделаем вывод о возможности использования виброизоляции с помощью резиновых виброизоляторов.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

УСЛОВИЯ ЗАДАЧ

Задача 35. Определите величину тока I _ч (мА), который пройдет через тело человека при следующих случаях его включения в 3-х фазную элект­рическую сеть: а) двухфазном; б) однофазном с заземленной нейтралью. Линейное напряжение сети U _л (В), сопротивление тела человека r _ч (Ом), сопротивление обуви r _об (Ом); опорное сопротивление поверхности ног (сопротивление пола) r _оп (Ом); сопротивление изоляции r _из (МОм); соп­ротивление рабочего заземления r _о (Ом).

Параметры	Варианты исходных данных
U л, В
r ч, Ом
r об, Ом
r оп, Ом
r из, МОм		0,5		1,1	0,1
r о, Ом

Задача 36. Определить силу тока I _ч (мА), проходящего через человека при неблагоприятной и благоприятной ситуациях, в случаях однофазного вклю­чения в трехпроводную трехфазную сеть напряжением U = 380 В с изолиро­ванной нейтралью и четырехпроводную с глухозаземленной нейтралью:

а) неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе, стоит на токопроводящем полу (металлическом), обувь сырья. Сопротивле­ние - тела человека r _ч, обуви r _об = 0, опорной поверхности ног r _оп = 0 (Ом); r _о рабочего заземления, r _из изоляции проводов;

б) благоприятные условия: обувь сухая на резиновой подошве r _об = 50 (кОм); человек стоит на сухом деревянном полу r _оп = 150 (кОм).

Параметры	Варианты исходных данных
r ч, кОм	1,0		0,2	0,5
r о, Ом
r из, МОм	0,5	0,1		0,9	1,0

 

Задача 37. Электропитание цеха осуществляется от силового транс­форматора мощностью Р (кВА), напряжением U = 6,3/0,38 кВ. Нейтраль высоковольтной и низковольтной стороны трансформатора нормально изолирована от земли. Нагрузка всех фаз равномерная. Грунт возле завода с удельным сопротивлением r, Ом.м.

Требуется рассчитать искусственное защитное заземление из сталь­ных труб диаметром d, длинной l и соединенных стальной полосой шири­ной b, к которому присоединяются корпуса электромеханического оборудо­вания. Расчетная глубина заложения соединительной контурной полосы h _о (м), расстояние между вертикальными электродами а принять равным длине трубчатого электрода.

Определить сопротивление заземления R (Ом) и количество n вертикальных электродов.

Параметры	Варианты исходных данных
P, кВА
грунт	глина	суглинок	песок	каменистый	супесь
r, Ом ×м
d, м	0,025	0,03	0,06	0,12	0,1
l, м	2,5	3,0	4,0	4,2	3,5
b, м	0,02	0,02	0,03	0,08	0,08
h о, м	0,5	0,6	0,75	1,0	0,7

Задача 38. Электропитание цеха напряжением 380 В осуществляется от трансформатора с глухозаземленной нейтралью. Сопротивление транс­форматора R _тр (Ом), сопротивление участков проводов длиной 100 м r _пр (Ом), сопротивление магистрали R м (Ом). Требуется определить ток ко­роткого замыкания I _кз (А) в случае пробоя изоляции на корпус электроустаново­ки; номинальный ток плавких вставок предохранителей I _нп (А); величину напряже­ния прикосновения U _пр (В). Коэффициент надежности равен 3. Сопротивление нуле­вого провода R о (Ом).

Параметры	Варианты исходных данных
R тр, Ом	0,15	0,1	0,2	0,25	2,5
r пр, Ом	2,5	1,84	3,5	2,0	0,1
R м, Ом	0,85	2,8	1,0	0,75	0,5
R о, Ом	1,76	5,6	0,3	2,5	2,0

Задача 39. Является ли опасным шаговое напряжение U _ш (В) и величина переменного тока I _ч.ш. (мА) для человека, находящегося в зоне его растекания от упавшего на грунт с удельным электрическим сопротивлением r (Ом×м) провода под напряжением и создавшего ток замыкания I _з (А). Размер шага человека при расчете принять равным х _ш=0,8 м, а сопротивление тела r _ч (Ом). Он находится в зоне растекания тока на расстоянии х (м) от упавшего провода. Опасность напряжения оценить сравнением с пороговым значением безопасного напряжения U _б = 50 В, а силы тока – сравнением с пороговым отпускающим I _п = 10 мА.

Параметры	Варианты исходных данных
r , Ом×м
I з, А
r ч, Ом
х, м

 

Задача 40. Определить силу тока короткого замыкания I _к.з. (А) фазы на корпус оборудования и соответствующее ему напряжение прикосновения U _пр (В) к нему до срабатывания защиты для сети с фазным напряжением U _ф (В), питаемой трансформатором с заземленной нейтралью, имеющим сопротивления обмоток, фазного и нулевого проводов соответственно r _тр, r _ф.пр, r _н, Ом. Величину напряжения прикосновения сопоставить с безопасным и равным U _б = 50 В.

Параметры	Варианты исходных данных
U ф, В
r тр, Ом	0,9	0,8		1,2	1,1
r ф.пр, Ом
r н, Ом	0,3	0,2	0,5	0,4	0,6

Задача 41. Установить, соответствует ли допустимому R _доп (Ом) сопротивление растеканию тока R _.з (Ом) железобетонного фундамента, используемого в качестве естественного защитного заземления, площадью S =3000 м² производственного здания, расположенного на грунте, верхний слой которого толщиной h ₁ = 3,7м представлен песком с удельным электрическим сопротивлением r ₁=500 Ом×м, а нижний – суглинком с r ₂=130 Ом×м. Безразмерные коэффициенты α и β, зависящие от соотношения ρ ₁ и ρ ₂, равным соответственно 3,6 и 0,1. Допустимое сопротивление защитного заземления R _доп не должно превышать 4 Ом.

Параметры	Варианты исходных данных
S, м2
h 1, м	3,7		2,5	3,5
r 1, Ом×м
r 2,Ом×м
α	3,6	3,6	3,6
β	0,1	0,1	0,1	0,003	0,003

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Электрическое сопротивление цепи человека

R _Ч = r _Ч + r _об + r _оп,

где r _Ч; r _об; r _оп - соответственно сопротивление тела человека, обуви и опорной поверхности.

При однофазном включении человека в четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью, проходящей через него ток определяется:

I _Ч = , А (6.1)

где U _ф - фазное напряжение, В

r _о - сопротивление рабочего заземления, Ом.

В случае двухфазного включения человека в сеть с глухозаземленной и изолированной и изолированной нейтралью, ток проходящий через него будет равен

I _Ч = , А (6.2)

При прикосновении к одной фазе в трехпроводной сети с изолирован­ной нейтралью сила тока, протекающего через человека, определяется

I _Ч = , А (6.3)

где r _из - сопротивление изоляции проводов, Ом.

При расчете искусственного заземления вначале определяется электрическое сопротивление одиночного вертикального электрода по формуле

R в = , Ом (6.4)

где r - удельное сопротивление грунта, Ом × м;

l, d – соответственно длина, диаметр труб (м);

h _о - глубина заложения полосы, м.

Рассчитывается суммарная длина горизонтального электрода l _r, сое­диняющего вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве

l _r = а × (n –1), м (6.5)

где n - число вертикальных электродов, n ³ 4 шт;

а - расстояние между электродами, м;

Оценивается электрическое сопротивление этого электрода

R г = , Ом (6.6)

где b - ширина полосы,м.

Вычисляется расчетное электрическое сопротивление заземляющего устройства расстоянию тока

R = (6.7)

где h _В, h _Г- соответственно коэффициенты экранирования стержней и полосы.

Затем сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым сопротивле­нием заземления. Если R > R _доп, то увеличивается число вертикальных электродов n и длина горизонтального электрода l _r. Операции по расчету повторяются по формулам до тех пор, пока будет удовлетворено условие R < R _доп. Значения h _В и h _Г определяются для заданных условий по таблице. Величина R _доп принимается равной 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее R _доп = 10 Ом.

Зависимость величин h _В и h _Г от числа электродов при а = l.

Число вер­тикальных электродов n, шт
Значения, h Г	0,45	0,4	0,34	0,27	0,22	0,2	0,19
Значения, h В	0,69	0,61	0,56	0,47	0,41	0,39	0,36

 

При системе зануления электрооборудования пробой изоляции на кор­пус превращается в однофазное короткое замыкание. Сила тока короткого замыкания рассчитывается по формуле

I _к.з. = , А (6.8)

где R _тр - сопротивление трансформатора;

r _пр - сопротивление участка проводов;

R _м - сопротивление магистрали.

Номинальная сила тока плавкого предохранителя определяется

I _н.п. = , А (6.9)

где К - коэффициент надежности.

Напряжение прикосновения

U _пр = I _к.з. × R _о (6.10)

где R _о - сопротивление нулевого привода.

 

При использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей сопротивление растеканию заземляющего устройства R (Ом) должно оцениваться по формуле

R = (6.11)

где S - площадь, ограниченная периметром здания, м²;

r _Э - удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом×м.

Для расчета r _Э в Ом×м следует использовать формулу

(6.12)

где r₁ - удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом·м;

r₂ - удельное электрическое сопротивление нижнего слоя, Ом·м;

h ₁ - толщина верхнего слоя земли, м;

a, b - безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли.

Если r₁>r₂, a=3,6, b=0,1; если r₁<r₂, a=1,1×10², b=0,3×10^-2.

 

Напряжение шага – это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека.

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага х _ш (обычно принимается х _ш = 0,8 м)

U _ш = , В (6.13)

Ток, обусловленный напряжением шага,

, А (6.14)