Применение сотовых и ячеистых конструкций для защиты от шума на предприятиях перерабатывающей отрасли АПК

В последние годы в Российской Федерации складывается неблагоприятная ситуация с состоянием условий и охраны труда в различных отраслях агропромышленного комплекса (АПК) [1–3].

Одним из опасных и вредных производственных факторов, определяющих показателем травматизма и заболеваемости, является негативное воздействие повышенного уровня шума на работников [Там же].

Частое воздействие шума в среднем за 7 лет приводит к нарушению сердечно-сосудистой деятельности, а за 10– 12 лет – к нарушению функциональ- ного состояния желудка и центральной нервной системы. Анализ аудиометри-ческих исследований показал, что работа в условиях повышенного шума в течение 20 лет приводит к заболеваниям органов слуха. Каждый дБ шума, превышающий предельно допустимые нормы, увеличивает риск потери слуха на 1,5 %, а риск сердечно-сосудистых заболеваний – на 0,5 %1 [1–4].

Ущерб, наносимый здоровью на производстве, в целом по РФ исчисляется суммой, эквивалентной 4 % валового национального продукта, что на порядок превышает затраты на профилактику профзаболеваний [4].

Именно поэтому улучшение условий и охраны труда операторов перерабатывающей отрасли АПК за счет снижения уровня шума путем применения шумозащитных конструкций является актуальной задачей современности, требующей неотлагательного вмешательства со стороны науки.

Целью исследования является разработка шумозащитных материалов с повышенными санитарно-гигиеническими свойствами для предприятий перерабатывающей отрасли АПК.

Обзор литературы

Среди многообразия шумозащитных средств, представленных на современном рынке, только небольшой их класс может быть выполнен из материалов, в процессе эксплуатации которых не выделялась бы пыль или фи-брогенно опасные вещества. К этому классу относят резонансные конструкции, которые внешне представляют собой перфорированные поверхности различной степени и конфигурации. В противоположность шумозащитным материалам, использующимся в строительстве и выполненным на основе базальтового волокна или минеральной ваты, резонансные конструкции не содержат в своем составе пористые материалы2 [5–6].

Существуют также комбинированные варианты шумозащитных материалов в виде, например, сочетания пористого материала, закрытого сна-

MORDOVIA UNIVERSITY BULLETIN ружи перфорированной пластиной, и расположенного на определенном расстоянии с воздушным промежутком от стены. Использование шумозащитных конструкций с высокими санитарно-гигиеническими свойствами оправдано на таких рабочих местах, где уровень шума серьезно превышает допустимые нормы^3–4 [7].

Материалы и методы

Оценка условий труда работников перерабатывающей отрасли АПК показала, что превалирующим вредным фактором является шумовое воздействие. На молокоперерабатывающем предприятии в цехах по производству масла, жирного сыра и кисломолочных продуктов превышение нормативных значений по шуму составляет 250– 4 000 Гц [8–9]. В мясоперерабатывающих цехах мясоперерабатывающего комплекса – 125–2 000 Гц4.

Рабочие места предприятий молоко- и мясопереработки являются схожими по санитарно-гигиеническим требованиям. Однако при разработке шумозащитных конструкций необходимо учитывать частотно-избирательное звукопоглощение в различных полосах частот.

Для молокоперерабатывающих предприятий нами была разработана бире-зонансная сотовая шумозащитная па-нель5, а для мясоперерабатывающих предприятий – звукоподавляющая ячеистая панель6.

На базе малой реверберационной камеры с использованием регистрационно-измерительного комплекса была выполнена оценка звукопоглощения данных конструкций [10].

Первая конструкция (рис. 1.) представляет собой сотообразную панель 1 , сверху к которой крепится на клеевой основе верхняя перфорированная пластина 2 , а снизу – сплошная пластина 3 . Диаметры отверстий 4 пластины 2 могут быть различными. На внешнюю сторону верхней пластины 2 крепится, например, на клеевой основе ячеистая сетка 5 , изготовленная из эластичного материала. Поверх ячеистой сетки 5 крепится, например, на клеевой основе тонкая пленка 6 с произвольной заделкой по краям конструкции.

На нижней пластине 3 могут быть расположены опорные элементы (на рис. 1 не показаны). Каждая из граней пустотелых ячеек сотообразной панели 1 имеет отверстия 8 . В зоне А реализуется бирезонансный механизм поглощения, который заключается в том, при воздействии звуковых волн на панель 1 и прохождении их через пленку 6 за счет резонансных свойств и диссипативных потерь в системах сотовых ячеек и воздушных прослоек происходит максимальное поглощение волновой энергии. Собственными резонансными частотами обладают воздушные «подушки» в крупных ячейках и сотовые элементы, совокупность взаимодействия которых и приводит к избирательному поглощению⁵.

Р и с. 1. Трехмерное изображение сотовой бирезонансной конструкции: 1 – сотообразная панель; 2 – перфорированная пластина; 3 – сплошная пластина; 4 – отверстия перфорированной пластины; 5 – ячеистая сетка; 6 – пленка; 7 – отверстия граней пустотелых ячеек;

А – зона реализации биорезонансного механизма поглощения

F i g. 1. 3D image of the cell biresonance design: 1 – honeycomb panel; 2 – perforated plate; 3 – solid plate; 4 – holes of the perforated plate; 5 – cellular mesh; 6 – film; 7 – holes of the hollow cell faces; A – zone of realization of the biresonant mechanism of absorption

На рис. 2 представлен график звукопоглощения сотовой бирезонанс-ной конструкции, из которого видно, что конструкция обладает достаточно высокими коэффициентами звукопоглощения. Отметим, что существует множество шумозащитных материалов, имеющих и более высокие коэффициенты. Однако все они обладают либо фиброгенной опасностью, либо весьма сложным рельефом, необходи- мым для диффузии звука в помещении. При использовании конструкций в реальных условиях их звукопоглощение будет отличаться, но следует ориентироваться на определенные в условиях реверберационных испытаний коэффициенты, поскольку именно они являются входными данными при математическом расчете акустических полей ограниченных зон или помещений.

Р и с. 2. Среднегеометрические реверберационные коэффициенты звукопоглощения сотовой бирезонансной конструкции

F i g. 2. Average geometric reverberation coefficients of sound absorption cell biresonance design

Вторая конструкция данного типа (рис. 3) содержит параллельный верхний, средний и нижний листы с установленными между ними ячейками пирамидообразной формы. Ячейки первого слоя соединены основания- ми с верхним листом, вершины которых соединены со средним листом в ребрах основания ячеек второго ряда. Эти основания, в свою очередь, крепятся к среднему листу, а вершины – к нижнему6.

Р и с. 3. Звукоподавляющая ячеистая панель (ЗПЯП): 1, 2, 3 – верхний, средний и нижний листы соответственно; 4 – первый слой; 5 – второй слой

F i g. 3. Sound-suppressive cellular panel: 1, 2, 3 – upper, middle and lower sheets, respectively;

4 – first layer; 5 – second layer

Задачей данной панели является снижение уровня как отраженного (облицовка ограждающих поверхностей помещения), так и прямого звука (акустический экран, перегородка и т. д.).

Опишем механизм работы данной конструкции.

При падении на лист 1 звуковые волны частично отражаются от него, поглощаются им и проходят сквозь него. Прошедшая через верхний лист 1 звуковая энергия попадает в ячейки первого слоя 4, где происходит отражение звуковой энергии от их боковых граней, что обеспечивает формирование встречных звуковых потоков с противофазой и, таким образом, подавление звуковой энергии. Затем звуковые волны, прошедшие через ячей- ки первого слоя 4, попадают на средний лист 2, где частично отражаются от данного листа, поглощаются им и проходят сквозь него. Звуковая энергия, прошедшая через средний лист 2, попадает в ячейки второго слоя 5, где происходит отражение звуковой энергии от их боковых граней, что обеспечивает формирование встречных звуковых потоков с противофазой и подавление звуковой энергии. Оставшаяся порция звука, прошедшая сквозь ячейки второго слоя 5, попадает на нижний лист 3, где энергия частично отражается от него, поглощается им и уходит с листа 3.

На рис. 4 показан график звукопоглощения звукоподавляющей ячеистой панели.

Р и с. 4. Среднегеометрические реверберационные коэффициенты звукопоглощения звукоподавляющей ячеистой панели

F i g. 4. Average geometric reverberation coefficients of sound absorption of the sound-suppressive cellular panel

Прогнозируя ситуацию, отметим, что промышленное производство би-резонансных сотовых конструкций и звукоподавляющих ячеистых панелей – перспективное направление. В условиях специального производства их рекомендуется использовать в качестве внешней облицовки, акустического экрана или даже основы штучных звукопоглотителей.

Обсуждение и заключения

Разработанные конструкции обладают достаточными звукопоглощающими свойствами:

– наибольшее звукопоглощение для сотовой бирезонансной конструкции наблюдается в диапазоне 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами 800–2 000 Гц;

– наибольшее звукопоглощение для звукоподавляющей ячеистой панели наблюдается в диапазоне октавных полос со среднегеометрическими частотами 63–2 000 Гц.

Применение представленных конструкций целесообразно в местах с высокими санитарно-гигиеническими свойствами.