Охорона навколишнього середовища

 

Основним напрямком охорони навколишнього середовища є очищення вентиляційного повітря [18, 25]. Для очищення повітря використовують різні методи. Порівняльна характеристика методів очищення наведено у табл. 5.9.

Таблиця 5.9 – Характеристика методів очищення повітря

Метод очищення	Ефективність очищення	Приклади апаратів
Сухе очищення	40 – 60	Циклони, комірки
Мокре очищення	93 – 98	Насад очні, пенні апарати
Фільтрація	90 – 99	Зернисті, масляні фільтри
Електричне очищення	90 – 99,7	Електрофільтри
Хімічне очищення	95 – 99	Адсорбери, абсорбери
Біологічне очищення	95 – 99	Біофільтри

Методика оцінки ефективності роботи апаратів наведено у прикладі 14. Методика розрахунку циклону наведено у прикладі 15. Методика вибору та розрахунку фільтра наведено у прикладі 16.

 

Приклад 14. У батарею циклонів надходить на очищення 12000 м³/год повітря, яке містить 3 кг виробничого пилу. Концентрація пилу в повітрі після циклонів 50 мг/м³. Визначити коефіцієнт корисної дії циклону і зробити висновок про доцільність другого ступеня очищення повітря.

Розв’язання. Ефективність апаратів для очищення в % визначають за формулою:

 

               (5.20)

 

де С₁ – концентрація пилу в повітрі, що надходить у батарею циклонів, мг/м³;

С₂ – концентрація пилу в повітрі, що виходить з батареї циклонів, мг/м³.

Концентрацію пилу в повітрі, що надходить у батарею циклонів, мг/м³, визначаємо за формулою (5.12):

 

 

Коефіцієнт корисної дії циклону за формулою (5.20) складає 80%, але концентрація пилу в повітрі, що виходить з батареї циклонів, значно перевищує ГПК = 6 мг/м³ (табл. Б.2 додатка Б). Тому є потрібність в організації другої ступені очищення. Розрахуємо концентрацію пилу в повітрі після другої ступені очищення у циклонах виходячи з формули (5.20):

 

 

Розрахунок показав, що використовувати другу ступень очищення у циклонах не ефективно, тому що концентрація пилу в повітрі, що виходить з циклонів, значно перевищує ГПК. На другій ступені очищення більш доцільно використовувати інші методи і апарати (табл. 5.9), наприклад, вологе очищення або очищення на фільтрах.

Приклад 15. Визначити характеристики циклона типу ЦН-15 для очищення 20000 м³/год. газу, температура якого дорівнює 300°С, а густина у вологому стані при нормальних умовах 1,25 кг/м³. Гідравлічний опір циклона становить 700 Н/м². Коефіцієнт гідравлічного опору циклона дорівнює 165.

Розв’язання. Основною характеристикою циклону є його діаметр. Діаметр циклона розраховують за формулою:

 

 

де D_ц – діаметр циклона, м;

L – кількість повітря, що підлягає очищенню, м³/год.;

 – швидкість повітря в даному циклоні, м/с.

Швидкість повітря в циклоні знаходять виходячи з формули для розрахунку витрати тиску при русі повітря:

 

 

де – швидкість газу у вхідному патрубку, м/с;

ΔР_Ц – гідравлічний опір проходження газів, Н/м²,

ζ_Ц – коефіцієнт гідравлічного опору;

ρ_t – густина газового середовища в робочих умовах, кг/м³.

Для циклона ЦН-15 гідравлічний опір складає 700 Н/м²; коефіцієнт гідравлічного опору дорівнює 163 [29].

Густину газу, що підлягає очищенню при робочих умовах, розраховують за формулою:

 

 

де  – густина газу при необхідній температурі, кг/м³;

 – густина газового середовища в нормальних умовах, кг/м³;

Т – робоча температура, К.

Густина газу, що підлягає очищенню, при робочих умовах складає:

 

 

Тоді швидкість повітря в циклоні складає:

 

 

Визначаємо внутрішній діаметр циліндричної частини для необхідної продуктивності циклона:

 

 

За величиною внутрішнього діаметра, можна визначити його конструктивні параметри за допомогою довідкових таблиць [29].

 

Приклад 16. Розрахувати фільтр для вентиляційної установки продуктивністю 8000 м³/год. Концентрація пилу вугілля в повітрі 20 мг/м³.

Розв’язання. Згідно санітарним нормам припустима концентрація вугілля (пил, що не містить вільного оксиду кремнію) складає 10 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005-88). Вміст пилу у приточному повітрі не повинен перевищувати 0,3 ГПК, тобто 3 мг/м³. Тоді коефіцієнт корисної дії за формулою (5.20) складає:

За даними табл. 5.10 вибираємо масляний фільтр з кільцевої загрузкою, коефіцієнт корисної дії якого складає 95%.

 

Таблиця 5.10 – Характеристики фільтрів різних типів

Тип	Конструкція	,%	Питома загрузка, м3/год.
Тканинний	Плоский з марлі	50	500
	З бавовни	60 – 80	150
Масляний	З перфорованих коробок	90	6000
	З кільцевої загрузкою	90 – 95	4000 – 6000
Паперовий		90 – 95	4000 – 6000

 

Потрібна площа фільтру складає:

 

Для очищення вентиляційного повітря від вугільного пилу потрібен масляний фільтр з площею 2 м².

Захист від шуму

 

Для зниження рівнів шуму на робочих місцях використовують різні заходи [3, 5, 9, 11, 16, 20, 21, 24]. Для боротьби з виробничим шумом застосовують такі основні заходи: зменшення шуму в його джерелі, звукоізоляцію, звукопоглинання, глушники, архітектурно-планувальні заходи, засоби індивідуального захисту. Методика розрахунку звукоізоляції джерела шуму або робочого місця наведено у прикладах 19 – 23, розрахунки звукопоглинання шуму – у прикладах 17, 18, 21, 23, розрахунок глушників – у прикладі 24.

Приклад 17. Рівень шуму в виробничому приміщенні, розміри якого довжина 10 м, ширина 8 м, висота 5 м, складає 90 дБ А. Підлога у приміщенні – бетонна плита, стіни та стеля - звичайна штукатурка. Визначити зниження рівня шуму після акустичної обробки стін та стелі звукопоглинаючим матеріалом (коефіцієнт поглинання 0,9).

Розв’язання. Зниження рівня шуму за рахунок акустичної обробки приміщення ΔL визначається за наступною формулою [16]

 

ΔL = 10 lg (A₂/A₁),                                           (5.21)

 

де А₁, А₂ – звукопоглинання приміщення до та після акустичної обробки, одиниць поглинання.

Звукопоглинання приміщення визначається за формулою

 

А = S∙α ,                                                 (5.22)

 

де S – площа поверхні, м²;

a – коефіцієнт поглинання матеріалу поверхні, одиниці поглинання.

Коефіцієнти поглинання матеріалів стін, стелі та підлоги наведено у табл. В.3 додатка В. Знаходимо коефіцієнти поглинання матеріалів стін (0,03), стелі (0,03) та підлоги (0,02).

Визначаємо за формулою (5.22) звукопоглинання приміщення до проведення обробки:

 

А₁ = 2 ∙ 10 ∙ 5 ∙ 0,03 + 2 ∙ 8 ∙ 5 ∙ 0,03 + 10 ∙ 8 ∙ 0,03 + 10 ∙ 8 ∙ 0,02 = 9,4 одиниць поглинання.

 

Визначаємо за формулою (5.22) звукопоглинання приміщення  після акустичної обробки (обробки стін та стелі):

 

А₂= 2 ∙ 10 ∙ 5 ∙ 0,9 + 2 ∙ 8 ∙ 5 ∙ 0,9 + 10 ∙ 8 ∙ 0,9 + 10 ∙ 8 ∙ 0,06 = 236,4 одиниць поглинання.

 

Зниження рівня шуму за формулою (5.21) складає

 

DL = 10 lg (236,4/9,4) = 14 дБ.

 

Рівень шуму після обробки приміщення (90 – 14 = 76 дБА) відповідає нормативним вимогам до виробничих приміщень (табл. В.1 додатка В) .

 

Приклад 18. Визначити оптимальну величину зазору між звукопоглинаючими перфорованими панелями і стіною, щоб забезпечити умову максимального звукопоглинання. Частота шуму джерела коливань 600 Гц, рівень шуму 87 дБ А, швидкість звуку у повітрі 340 м/с, товщина звукопоглинаючого шару 6 см. Визначити також ефективність звукоізоляції при масі одиниці площі панелі 10 кг/м², стіни – 420 кг/м².

Розв’язання. Оптимальну величину зазору між звукопоглинаючими панелями і стіною визначаємо за формулою:

 

                                      (5.23)

 

де λ – довжина хвилі, м;

с – швидкість звуку, м/с;

f – частота, Гц;

b – товщина панелі (перегородки), м.

Оптимальна величина зазору складає 0,11 м.

Повітряний прошарок між стіною та звукопоглинаючими панелями дозволяє посилити звукоізоляцію. Ефективність звукоізоляції визначаємо за формулою:

 

                       (5.24)

 

де L_ф – рівень шуму перед стіною, дБ;

Q₁ та Q² – відповідно маса першої і другої перегородки, кг/м².

Рівень шуму за стіною (ефективність звукоізоляції) складає

 

 

Розрахунок підтвердив ефективність захисту від шуму.

Приклад 19. У механічному цеху знаходиться кілька джерел шуму, характеристика яких наведена в табл. 5.11. Запропонувати заходи щодо захисту працюючих від виробничого шуму.

Розв’язання. Сумарний рівень шуму визначають за формулою

 

,            (5.25)

 

де L₁, L₂, … , L_n – рівень шуму кожного джерела з урахуванням їх відстані до розрахункової точки, дБ.

 

Таблиця 5.11 – Характеристика джерел шуму

Джерело шуму	Рівень звукової потужності, дБА	Відстань до розрахункової точки, м
1	119	6
2	112	8
3	122	12
4	115	6
5	114	4

 

Розрахуємо рівень шуму в кожному джерелі з урахуванням відстані до розрахункової точки за формулою

 

,                                      (5.26)

 

де L_r – рівень шуму в розрахунковій точці, дБ;

L_i – рівень шуму в джерелі, що знаходиться на відстані r (м) від розрахункової точки, дБ.

 

 

 

 

 

Сумарний рівень шуму визначають за формулою 5.25:

 

 

У результаті одержуємо, що рівень шуму в розрахунковій точці становить 99,7 дБА, що значно перевищує допустимий рівень (табл. В.1 додатка В). Розрахуємо необхідне зниження рівня шуму:

 

∆L = 99,7 – 80 = 19,7 дБ.

 

Для досягнення відповідності санітарно-гігієнічних умов нормативним вимогам можна використати звукоізолюючу перегородку [2, 20, 21]. Звукоізолюючу здатність однорідної перегородки, дБ, можна розрахувати за формулою [20]

 

                                   (5.27)

 

де G – маса 1 м² перегородки, кг;

f – частота, Гц.

Для забезпечення необхідного огляду з пульта оператора вибираємо перегородку із скла товщиною 6 мм, маса 1 м² якої становить 16 кг (табл. В.4 додатка В,).

 

,

 

Звукоізолююча здатність такої перегородки, розрахована за формулою (5.27), для частоти 1000 Гц становить 24 дБ. Фактичний рівень шуму в цьому випадку складе 75,7 дБ, що відповідає нормативним вимогам.

Приклад 20. Порівняти ефективність зниження шуму на шляху його розповсюдження скрізь різні матеріали: бетон, залізобетон, сталь, силікатне та органічне скло.

Розв’язання. Для точних розрахунків звукоізоляції пропонують використовувати графічний метод [16]. Для орієнтованих розрахунків звукоізоляції плоских огорож з різних матеріалів пропонують використовувати формули, які наведено у табл. 5.12 [21].

 

Таблиця 5.12 – Формули для розрахунку звукоізоляції плоских огорож

Матеріал огорожі	Формула
Матеріал, маса (m) 1 м2 якого складає 100 – 1000 кг/м2 (бетон, цегла)	R = 22 lg m – 12;
Матеріал, маса (m) 1 м2 якого більше 1000 кг/м2	R = 23 lg m – 5;
Сталь, товщиною h = 1 – 10 мм	R = 22 + 9 lg h;
Силікатне скло товщиною h = 2 – 10 мм	R = 18 + 8,5 lg h;
Органічне скло товщиною h = 5 – 20 мм	R = 12 + 12 lg h

 

Для спрощення порівняння ефективності зниження шуму розрахунки можна здійснити для маси огорожі 10 кг та товщини сталі та скла 10 мм. Звукоізоляція плоских огорож за формулами (табл. 5.12) складає: для бетону – 10 дБ, для залізобетону – 18 дБ, для сталі – 31 дБ, для силікатного скла – 26,5 дБ, для органічного скла – 24 дБ.

Порівняння звукоізолюючої здатності матеріалів дозволяє визначити найбільш ефективну конструкцію пультів управління, екранів та огорож.

 

Приклад 21. Звукоізолюючий кожух гучної установки має ефективність 25 дБ А. Визначити потрібну товщину силікатного скла для глухого вікна у кожусі установки, яка б забезпечила звукоізоляцію на потрібному рівні.

Розв’язання. Товщину скла можна визначити з формули (табл. 5.12, силікатне скло), розв’язуючи її відносно товщини:

 

 

Приймаємо товщину 7 мм.

Скло у кожуха установки товщиною 7 мм забезпечить виконання нормативних умов до рівня шуму.

 

Приклад 22. Визначите зниження рівня звукового тиску установки при використанні звукоізолюючого кожуха товщиною 0,001 м. із внутрішнім облицюванням із технічної повсть товщиною 0,01 м. Коефіцієнт звукопоглинання повсть 0,4, металевого кожуха 0,01. Густину сталі прийняти рівної 7900 кг/м³, технічної повсть 330 кг/м³. Частота коливань 500 Гц.

Розв’язання. Звукоізоляцію огородження одношарового або з декількох, жорстко пов'язаних між собою прошарків, дБ, можна розрахувати за формулою (5.27), при цьому масу 1 м² перегородки визначаємо виходячи з густини матеріалу шару та товщини.

 

 

Ефективність кожуха, дБ, визначають за формулою:

 

 

де R – звукоізоляція стінок кожуха, дБ;

α – коефіцієнт звукопоглинання матеріалу кожуха, для двошарового кожуха визначають складанням коефіцієнтів звукопоглинання кожного прошарку.

Коефіцієнт звукопоглинання повсть 0,4, металевого кожуха 0,01, тобто сумарний коефіцієнт звукопоглинання матеріалу кожуха складає 0,41, ефективність кожуха – 11 дБ.

 

Приклад 23. Визначити звукоізолюючу спроможність кожуха для машини, що створює рівень шуму 90 дБ при частоті 1000 Гц. Площа поверхні машини 8,2 м², поверхні кожуха 10 м². Звукоізоляція стінок кожуха 26 дБ.

Розв’язання. Допустимий рівень звуку для виробничих приміщень з постійними робочими місцями складає при частоті 1000 Гц 75 дБ (табл. В.3 додатку В). Ефективність кожуха, дБ, визначають за формулою [16]

 

 

де R_к – звукоізолююча спроможність стінок кожуха, дБ;

S_к – площа поверхні кожуха, м²:

S_o – площа поверхні машини, м².

Ефективність кожуха складає 25 дБ. Необхідну звукоізоляцію кожуха, дБ, визначають за формулою [16]:

 

 

де L – октавний рівень звукового тиску джерела шуму, дБ;

L_доп – допустимий рівень звукового тиску, дБ.

В даному випадку необхідна звукоізоляція кожуха складає 11 дБ, тобто акустична ефективність кожуха достатня.

 

Приклад 24. Визначити розміри глушників різного типу, які використовують для зменшення шуму ділянки іспиту двигунів внутрішнього згорання для частоти 200 Гц. Відстань від джерела 2 км.

Розв’язання. Для зменшення аеродинамічних шумів найбільш ефективне використання глушників [3, 24]. Вони поділяються на активні (поглинають звукову енергію), реактивні (відбивають енергію назад до джерела) та комбіновані. За конструкцією вони розрізняються на пластинчаті, стільникові, камерні та резонансні. Гарної поглинальної здатністю для на усіх частотах володіють ті глушники, у яких велике відношення перетину каналу до його площі. Цим вимогам відповідають пластинчаті та стільникові глушники [5]. Визначимо їх розміри. На вихлопі використовується матеріал з коефіцієнтом поглинання 0,35; на всмоктуванні матеріал з коефіцієнтом поглинання 0,5. У пластинчатого глушника відстань між пластинами 0,35 м, глушник з стільників, розмір яких 0,4 м на 0,42 м. Зменшення шуму у каналу, дБ/м, визначають за формулою:

 

 

Р – перетин каналу, м;

ℓ – довжина личкувальної частини каналу, м;

φ(α) – ефективний коефіцієнт звукопоглинання личкування каналу (визначається за табл. 5.13);

α – коефіцієнт поглинання личкування каналу.

 

Таблиця 5.13 – Ефективний коефіцієнт звукопоглинання

α	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
φ(α)	0,1	0,2	0,35	0,5	0,65	0,9	1,2	1,6	2,0	4,0

 

Для пластинчатого глушника формула змінює вигляд, визначимо зменшення шуму на 1 м довжини з боку вихлопу:

 

 

З боку всмоктування, де значення ефективного коефіцієнту звукопоглинання при α = 0,5 складає φ(α) = 0,65 (за табл. 5.13), тобто в 1,55 разів більше, чим з боку вихлопу, зменшення шуму на 1 м довжини з боку всмоктування буде δ₂ = 4,5 дБ/м.

Для стільникового глушника при тих самих коефіцієнтах звукопоглинання зменшення шуму на 1 м довжини з боку вихлопу складає:

 

 

а з боку всмоктування буде δ₂ = 7 дБ/м.

Для того, щоб на відстані 2000 км шум не оказував впливу на людей зменшення шуму повинно складати 19 дБ (табл. 5.14).

 

Таблиця 5.14 – Зменшення шуму для звуку з частотою 200 Гц при вільному розповсюдженні звуку

Відстань, м	100	200	400	1000	2000	3000
Зменшення шуму, дБ	45	39	33	25	19	13

 

Загальна довжина пластинчатого глушника з боку вихлопу повинна бути 19/2,9 = 6,7 м, а з боку всмоктування 4,2 м. Для стільникового глушника – відповідно 4,2 та 2,7 м. Розрахунки показали, що розміри стільникового глушника менше.

 

Захист від вібрації

 

Заходи зменшення впливу вібрації на людину поділяються на колективні та індивідуальні [3, 20 ,24]. Колективні заходи, в свою чергу, поділяються на заходи щодо зниження вібрації в джерелі виникнення (зменшення параметрів вібрації, відлагодження від резонансних режимів) та заходи зниження вібрації на шляху її розповсюдження. Зниження вібрації на шляху ії розповсюдження досягається за рахунок демпфірування, динамічного гасіння та віброізоляції. Методика розрахунку демпфірування наведено у [24]. Розрахунок пружинних та гумових віброізоляторів наведено у прикладах 25 – 26. Розрахунок динамічного гасіння фундаментом наведено у прикладі 27.

Приклад 25. Розрахувати віброізольовану основу відцентрового вентилятору з клинопасовою передачею від електродвигуна, встановленого на важкому залізобетонному перекритті. Швидкість обертання вентилятора 420 хв.^-1, електродвигуна — 975 хв.^-1. Маса всієї установки (вентилятора, електродвигуна, шківа) — 2055 кг. Ексцентриситет обертових деталей вентилятора складає 0,2 мм. Вага обертових частин вентилятора складає 5000 Н.

Розв’язання. Оскільки швидкість обертання вентилятора менше швидкості обертання електродвигуна, то за розрахункову швидкість приймаємо швидкість обертання вентилятора, тобто 420 хв.^-1.

Для зниження вібрацій, що передаються на несучу конструкцію, застосовуються пружинні або гумові віброізолятори. Для агрегатів, що мають швидкість обертання менше 1800 хв.^-1, слід застосовувати пружинні віброізолятори; при швидкості обертання понад 1800 хв.^-1допускається застосування і гумових віброізоляторів [20]. Вибираємо пружинні віброізолятори.

Необхідну ефективність віброізоляції знаходимо за табл. 5.15 – для вентилятору зі швидкістю обертання 420 хв.^-1 вона складає 20 дБ.

Необхідна вага віброізольованої установки, в Н, розраховується за формулою:

 

де Р_ОБ.Д – вага деталей, що обертаються, Н;

ε – ексцентриситет обертових деталей, мм;

А_ДОП – максимально допустима амплітуда зміщення центру ваги установки (наближено береться за даними табл. 5.16 [20]), мм.

Максимально допустима амплітуда зміщення центру ваги установки при швидкості обертання 420 хв.^-1складає 0,18 мм.

 

 

Таблиця 5.15 – Необхідна ефективність віброізоляції

Обладнання	Необхідна ефективність віброізоляції
Відцентрові компресори	34
Поршневі компресори потужністю, кВт:
до 10	17
від 10 до 50	20
від 50 до 100	26
Відцентрові насоси	26
Вентилятори з числом обертів, хв-1:
більше 800	26
від 500 до 800	20 – 26
від 350 до 500	17 – 20
від 200 до 350	11 – 20

 

Таблиця 5.16 – Допустима амплітуда зміщення центру ваги установки

Швидкість обертання, хв.-1	300	400	500	600	700	900	1200	1500	2000
Допустима амплітуда зміщення, мм	0,2	0,18	0,16	0,145	0,13	0,11	0,09	0,07	0,04

 

Визначаємо мінімальну необхідну вагу віброізольованої установки:

 

 

Оскільки маса агрегату (2055 кг) більша, ніж необхідна маса установки (1390 кг), то як агрегат може бути використана зварена рама. Орієнтовно масу рами можна приймати рівною до 0,4 від маси всієї установки. Приймаємо масу рами 540 кг. Для даного випадку загальна маса буде складати:

 

 

Визначаємо необхідну сумарну жорсткість віброізоляторів у вертикальному напрямку, Н/м, за формулою:

 

                            (5.28)

 

де ω – допустима колова частота власних коливань, с^-1.

f_{0 доп} – допустима частота власних коливань (визначається за рис. 5.2), Гц.

 

а – для підвальних поверхів;

б – для залізобетонних міжповерхових перекриттів;

в – для легких бетонних перекриттів

 

Рис. 5.2  Визначення допустимої частоти власних вертикальних коливань

 віброізольованої установки

 

За графіком рис. 5.2 визначаємо допустиму частоту власних вертикальних коливань віброізольованої установки при необхідної ефективності віброізоляції 20 дБ та швидкості обертання 420 хв.^-1. Вона складає 2,2 Гц.

Необхідна сумарна жорсткість віброізоляторів у вертикальному напрямку за формулою (5.28) складає:

 

 

Розрахункове максимальне навантаження на одну пружину, в Н, визначається за формулою:

 

 

де Р_ст – статичне навантаження на одну пружину, Н;

f – розрахункова частота змушувальної сили, Гц;

А_доп – максимальна допустима амплітуда зміщення (визначається за табл. 5.16), мм;

g – прискорення вільного падіння, м/с², g =9,81 м/с².

Визначаємо частоту змушувальної сили за формулою:

 

 

Статичне навантаження на одну пружину, в Н, визначається за формулою:

 

де Р – загальна вага установки, Н;

n – число віброізоляторів;

m – число пружин в одному віброізоляторі.

Число пружин у кожному кущовому віброізоляторі приймаймо рівним двум (m=2), мінімальне число віброізоляторів дорівнює чотири (n =2), визначаємо статичне та максимально навантаження на одну пружину:

 

 

 

Визначаємо допустиму жорсткість однієї пружини, Н/м, за формулою:

 

 

При такому навантажені можна підібрати пружину (за табл. 5.5 [20]): це типова пружина ДО-45, для якої:

 

 

Параметри пружини ДО-45 (за табл. 5.5 [20]): діаметр дроту 15 мм; діаметр пружини 120 мм; число робочих витків 6,5; висота пружини в ненавантаженому стані 245 мм; повна висота дроту 3032 мм.

Визначаємо ефективність віброізоляції, дБ, за формулою:

 

                                  (5.29)

 

де f – частота змушувальної сили, Гц;

f₀ – частота власних вертикальних коливань установки, Гц.

Частота власних вертикальних коливань установки, Гц, визначають за формулою

                               (5.30)

 

де К_z – жорсткість обраної пружини, Н/м.

Частота власних вертикальних коливань установки складає:

 

 

Тоді ефективність віброізоляції складає:

 

 

Отримане значення ΔL повинне бути не меншим, ніж необхідне значення, яке наведено в табл. 5.15 (для даного вентилятору це 20 дБ). Умова виконується – віброізолятор підібрали вірно.

 

Приклад 26. Розрахувати гумові прокладки під вентилятор зі швидкістю обертання 3000 хв.^-1 (50 Гц), з'єднаний клинопасовою передачею з електродвигуном зі швидкістю обертання 970 хв.^-1 Вага всієї установки 33300 Н. Вентилятор встановлений на важкому залізобетонному перекритті.

Розв'язок. Метою розрахунку є вибір марки гуми та визначення висоти віброізоляторів та їхніх поперечних розмірів (діаметра циліндра або сторони квадрата) [20].

Площа поперечного перетину всіх віброізоляторів S, м², та висота кожного віброізолятору H_p, м, визначається за формулами:

 

 

де Р – загальна вага віброізольованої установки, Н;

σ – розрахункове статичне напруження в гумі, Н/м²;

Е_g – динамічний модуль пружності гуми з натурального каучуку, Н/м²;

К_{z н}. – необхідна сумарна жорсткість віброізоляторів у вертикальному напрямку, Н/м.

Характеристики гуми для віброізоляторів наводяться в довідкової літературі [20, 24]: розрахункове статичне напруження в гумі 5∙10⁵ Н/м²; твердість гуми 74∙10⁵ Н/м², динамічний модуль пружності 166∙10⁵ Н/м².

Необхідну сумарну жорсткість віброізоляторів у вертикальному напрямку визначаємо за формулою (5.28), при цьому допустиму частоту власних коливань вибираємо залежно від величини ΔL = 26 дБ (табл. 5.15) за рис. 5.2 – f_{0 доп} = 11 Гц:

 

 

Визначаємо площу поперечного перетину та робочу висоту:

 

 

 

Приймаємо кількість віброізоляторів n = 6.

Площа кожного віброізолятора складає:

 

 

Розмір сторони квадрата (призматичний стовпчик) складає:

 

 

Умови стійкості гумового віброізолятору:

 

 

Якщо ця умова не виконується, необхідно взяти гуму з іншою жорсткістю або відмовитись від гумових віброізоляторів і вибрати пружинні.

Перевіряємо виконання умови стійкості віброізолятора:

 

 

Умова стійкості виконується.

Визначаємо повну висоту віброізолятора:

 

 

Перевіряємо ефективність віброізоляції за формулою (5.29). Частота змушувальної сили складає 50 Гц, а для визначення частоти власних вертикальних коливань установки розрахуємо загальну жорсткість всіх віброізоляторів, Н/м:

 

Частота власних вертикальних коливань установки за формулою (5.30) складає:

 

Тоді ефективність віброізоляції за формулою (5.28) складає:

 

 

Отримане значення ΔL не менше, ніж вибране раніше за табл. 5.15. Розрахунок закінчено.

 

Приклад 27. Розрахувати віброізоляцію вібромайданчика та віброгасний фундамент, забезпечивши дотримання допустимих параметрів вібрації робочих місць. Виконати два варіанти влаштування віброізоляції – пружинні віброізолятори та пневмогумові амортизатори. Визначити ефективність розрахованих віброізолювальних пристроїв. Вібромайданчик з вертикально спрямованим напрямком коливань має вантажопідіймальність 10 т; загальна вага 13860 Н, в тому числі вага рухомих частин 11300 Н; частота коливань 50 Гц; максимальний кінетичний момент дебалансів 5200 Н∙см, амплітуда коливань віброплатформи 0,5 мм, розмір віброплатформи 6 м на 2,2 м; ґрунт – пісок дрібний, мало вологий.

Розв'язання. Розрахуємо віброізоляцію із застосуванням пружинних віброізоляторів [13, 20]. Динамічну силу, яка створювана дебалансами вібраторів, в Н, можна визначити за формулою:

 

 

де ω –  колова частота вібраторів, с ^-1;

М – максимальний кінетичний момент дебалансів, Н∙м;

f – частота змушуючої сили, Гц.

Динамічна сила, яка створювана дебалансами вібраторів, складає:

 

 

Коефіцієнт передачі при гармонійних коливаннях без врахування затухання у віброізоляторах можна визначити за формулою:

 

                                            (5.31)

 

де f₀ – власна частота системи, Гц.

Власна частота системи, Гц, визначається з відношення:

 

 

де m – маса віброізольованого об’єкта, кг;

K – жорсткість віброізоляторів, Н/м;

F – силове навантаження на віброізолятори, Н;

λ_ст – статична деформація віброізоляторів (приймають 0,3 – 0,5 см), см.

Приймаємо статичну деформацію віброізоляторів рівної 0,5 см, тоді власна частота системи складає:

 

 

Коефіцієнт передачі за формулою (5.31) складає:

 

 

Динамічна сила, що передається на основу (фундамент), складає:

 

 

Визначаємо масу основи (фундаменту):

 

 

Приймаємо мінімальні розміри основи вібромайданчика 500 см на 200 см, тобто площа складає 100000 см² і розраховуємо коефіцієнт жорсткості природної основи за заданим ґрунтом – піском дрібним мало вологим. Властивості різних типів ґрунтів наведено в табл. 5.17 [13, 20]. Для піску дрібного мало вологого при допустимому нормативному тиску 2∙10⁵ Па коефіцієнті пружного рівномірного стиснення складає 40 Н/см³.

 

Таблиця 5.17 – Допустимий нормативний тиск на ґрунт

Тип ґрунту	Допустимий нормативний тиск на ґрунт R∙105, Па
Піски крупні	3,5 – 4,5
Піски середньої крупності	2,5 – 3,5
Піски дрібні мало вологі	2 – 3
Піски дрібні насичені водою	2,5 – 1,5
Піски пиловидні мало вологі	2,0 – 2,5
Піски пиловидні дуже вологі	1,5 – 2,0
Піски пиловидні насичені водою	1,0 – 1,5
Супіщаний при коефіцієнті пористості 0,5	3
Супіщаний при коефіцієнті пористості 0,7	2
Суглинки при коефіцієнті пористості 0,5	2,5 – 3,0
Суглинки при коефіцієнті пористості 0,7	1,8 – 2,5
Суглинки при коефіцієнті пористості 1,0	1 – 2

Примітка: допустимий нормативний тиск на ґрунт R∙10⁵, Па, відповідає наступним значенням коефіцієнту пружного рівномірного стиснення С_z, Н/см³: при R=1 С_z=20, при R=2 С_z=40, при R=3 С_z=50, при R=4 С_z=60, при R=5 С_z=70.

 

Коефіцієнт жорсткості природної основи (фундаменту) складає:

 

 

 

Частота власних вертикальних коливань вібромайданчика визначаємо за формулою (5.30):

 

 

Амплітуда переміщення основи вібромайданчика складає:

 

 

 

Таким чином, при застосуванні пружинних віброізоляторів амплітуда переміщення основи вібромайданчика не перевищує допустиме значення – 0,0282 мм (табл. В.5 додатку В).

Розрахуємо віброізоляцію із застосуванням пневмогумових амортизаторів. Власну частоту коливань вібромайданчика, встановленого на пневмогумових амортизаторах визначають за формулою [20]:

 

 

де С_П – жорсткість від зміни ефективної площі, Н/м;

С_Е – жорсткість пружного пневмоелемента, Н/м;

С_Г – жорсткість гумовокордової оболонки, Н/м;

m_р.ч – маса рухомих частин, кг;

Р₀ – робочий тиск у пневмогумовому амортизаторі (приймають в розрахунках робочий тиск у камерах 6∙10⁴ Па), Па;

V – об'єм камери пневмогумового амортизатора (приймають 0,4 м³), м³;

S – загальна ефективна площа встановлених пневмогумових амортизаторів (приймають 1,5 м²), м².

Власна частота коливань вібромайданчика складає:

 

 

Визначаємо коефіцієнт передачі пневмогумових амортизаторів за формулою (5.31):

 

 

Динамічна сила, що передається на основу (фундамент), складає:

 

 

Амплітуда переміщення основи вібромайданчика складає:

 

 

Таким чином, при використанні пневмогумових амортизаторів амплітуда переміщень фундаменту не перевищує допустимої величини (табл. В.5 додатку В).

Розрахунки показали, що пневмогумові амортизатори більш ефективні, оскільки коефіцієнт передачі пружинних амортизаторів 1/49, а пневмогумових амортизаторів – 1/229. При використанні пневмогумових амортизаторів немає потреби влаштовувати дорогі та складні при виготовленні фундаменти.

 

Виробниче освітлення

 

Розрізняють природне та штучне освітлення приміщень. Розрахунок природного освітлення наведено у прикладах 29,30 та літературі [3, 5, 20]. Для розрахунку штучного освітлення використовують 2 метода: метод використання світлового потоку [20, 21] та точковий метод [5, 20]. Методом використання світлового потоку розраховують загальне освітлення приміщення (приклад 28).

Приклад 28. Розрахувати освітлення приміщення механічного цеху. Розміри приміщення: довжина А = 120 м, ширина В = 80 м, висота Н = 10,8 м. Коефіцієнти відбиття стелі – 50%, стін – 30%. Для освітлення використані світильники з лампами типу ДРЛ.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: