Визначаємо фактичну освітленість

 

 

що задовольняє нормам.

Відстань між світильниками у ряду

 

 

Відстань від крайніх світильників до стіни:

 

 

Відстань між суміжними рядами світильників (при ширині світильників 0,655 м):

 

 

Відстань між крайніми рядами і стінами:

 

 

Сумарна електрична потужність усіх світильників, встановлених у приміщенні, становить

 

W = 65∙4∙20 = 5600 Вт = 5,2 кВт.

 

Розрахована система загального освітлення забезпечує виконання нормативних вимог.

 

Приклад 5. Розрахувати освітлення пульта управління. Приміщення освітлюється 6 світильниками типа ППД-200 (світловий потік одній лампи дорівнює 2920 лм). Відстань між світильниками L = 2 м, висота підвісу світильників H_p = 2,7 м. Пульт знаходиться в точці А (рис. 1). Розрахувати також освітлення похилої панелі пульта світильниками 1, 2 и 3, якщо кут нахилу панелі складає 60^о.

 

Рисунок 1– Схема розташування світильників

Рішення. Для розрахунку освітлення потрібно використовувати точковий метод [4, 16]. Розрахуємо освітленість в точці А від 1-го світильника, для цього визначимо відстань від точки А до проекції оси симетрії:

 

.

Тангенс кута падіння світлового потоку від 1-го світильника в точку А

 

Кут падіння світлового потоку від 1-го світильника в точку А відповідно дорівнює 38^о.

Згідно з даними табл. Г.11 додатка Г сила світла I_A умовної лампи в напрямку кута 38^о складає 169 кд.

Освітленість горизонтальної поверхні від світильника с умовної лампою при світловому потоку, рівному 1000 лк, дорівнює:

 

(15)

Така ж освітленість здійснюється від 3, 4 та 6-го світильників.

Освітленість від 2-го и 5-го світильників розраховуємо аналогічно:

 

d = 1м; tgά = 0,27; ά = 21°; І_А= 190 кд; е_г = 21 лк.

 

Сумарна умовна освітленість від усіх світильників відповідно дорівнює:

 

∑е_г = 11 + 21 + 11 + 11 + 21 + 11 = 86 лк.

 

Фактичну освітленість в точці А розраховують за формулою

 

, (16)

 

де F – світловий потік лампи, лм;

μ – коефіцієнт, який враховує вплив дальніх світильників (приймається 1,1–1,2);

К – коефіцієнт запасу (табл. Г.4 додатка Г).

В даному випадку фактична освітленість в точці А складає 212 лк.

Освітлення похилої панелі пульта здійснюється світильниками 1, 2 та 3, тому сумарна умовна освітленість складає:

 

∑е_г = 11 + 21 + 11 = 43 лк.

 

Для розрахунку освітлення похилих поверхонь використовують наступну формулу:

 

, (17)

 

де θ – кут нахилу поверхні відносно до площини, яка перпендикулярна оси симетрії світильника;

р – відстань від точки проекції світильника до розрахункової точки, м.

Освітленість панелі пульта, яка знаходиться під кутом 60^о, відповідно за формулою (17) буде дорівнювати 87 лк.

Розрахована система освітлення пульта управління забезпечує виконання нормативних вимог.

 

 

Захист від шуму та вібрації

 

Для визначення заходів щодо зниження рівнів шуму на робочих місцях спочатку потрібно визначити фактичний рівень шуму від усіх джерел з урахуванням характеристик джерел шуму та їх розташування в приміщенні. Методика розрахунку фактичного рівня шуму [15, 16] наведено в прикладах 6 – 7. Для зниження рівнів шуму на робочих місцях використовують різні заходи [2, 12, 15, 16, 18]. Найбільш поширеними з них є акустична обробка приміщення (приклад 9), звукопоглинання шуму (приклад 11), ізоляція джерела шуму або робочого місця (приклади 6 – 8, 10).

Розробка заходів зниження рівня вібрації докладно розглянуто у літературі [2, 4, 15, 18]. Найбільш поширеними є віброізоляція, віброгасіння та демфірування [15, 18]. Розрахунок пружинних та гумових віброізоляторів докладно наведено у літературі [15].

Приклад 6. Визначити відповідність нормам санітарно-гігієнічних умов на пульті керування автоматизованим виробництвом і запропонувати заходи щодо забезпечення цієї відповідності. Пульт розташований у кабіні, яка знаходиться на відстані 6 м від обрізного автомата А-233. Розміри кабіни: висота – 2200 мм, ширина – 1750 мм, довжина – 2100 мм. Температура повітря – 22^оС, вологість – 50%, швидкість руху повітря не перевищує 0,1 м/с, освітленість робочого місця – 420 лк.

Рішення. Аналіз умов праці на пульті керування показав, що параметри мікроклімату й рівень освітленості відповідають нормативним вимогам (табл. В.1 додатка В та табл. Г.2 додатка Г). Розміри кабіни також задовольняють вимогам ГОСТ 23000-78. Необхідно оцінити рівень шуму на даному робочому місці.

Джерелом шуму є обрізний автомат А-233. Рівень звукової потужності даного устаткування становить 112 дБ в октавній смузі зі середньогеометричної частотою 1000 Гц [1]. Розрахуємо рівень шуму в розрахунковій точці за формулою

 

, (18)

 

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.

Рівень шуму на робочому місці, розрахований за формулою (18), складає 88,5 дБ, що перевищує припустимий рівень шуму, рівний для виробничих приміщень 80 дБ (табл. Д.1 додатка Д).

Для зниження рівня шуму можна використати метод зменшення шуму по шляху його поширення, наприклад, використовуючи ізолюючу перегородку (як елемент конструкції кабіни). Застосування перегородки із ДСП товщиною 30 мм дозволяє знизити рівень шуму на 26 дБ [15]. Тоді фактичний рівень шуму складе 62,5 дБ, що відповідає нормативним вимогам.

 

Приклад 7. У листопрокатному цеху холодної прокатки знаходиться кілька джерел шуму, характеристика яких наведена в табл. 5. Запропонувати заходи щодо захисту оператора від виробничого шуму.

Рішення. Сумарний рівень шуму визначають за формулою

 

, (19)

 

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

Таблиця 5 - Характеристика джерел шуму листопрокатного цеху

Джерело шуму	Рівень звукової потужності, дБ	Відстань до пульта оператора, м
Агрегат поперечного різання
Агрегат поздовжнього різання
Розмотувач листа
Прийомні кишені
Листоправильна машина

 

Значення рівнів шуму всіх джерел, наведених у табл. 5, перераховуємо з урахуванням відстані до розрахункової точки по формулі (18) і підставляємо у формулу (19). У результаті одержуємо, що рівень шуму в розрахунковій точці (робоче місце оператора) становить 99,7 дБ, що значно перевищує припустимий рівень (табл. Д.1 додатка Д). 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, 15, 16]. Звукоізолюючу здатність однорідної перегородки, дБ, можна розрахувати за формулою [2]

 

, (20)

 

де G – маса 1 м ² 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. Д.3 додатка Д,). Звукоізолююча здатність такої перегородки, розрахована за формулою (20), для частоти 1000 Гц становить 24 дБ. Фактичний рівень шуму в цьому випадку складе 75,7 дБ, що відповідає нормативним вимогам.

 

Приклад 8. Порівняти ефективність зниження шуму на шляху його розповсюдження різних матеріалів: бетону, залізобетону, сталі, силікатного та органічного скла.

Рішення. Для орієнтованих розрахунків звукоізоляції плоских огорож з різних матеріалів пропонують використовувати наступні формули [16]

для матеріалів, маса (m) 1 м² яких складає 100 – 1000 кг/м² (бетон, цегля):

 

R = 22 lg m – 12; (21)

 

для матеріалів, маса 1 м² яких більше 1000 кг/м² :

 

R = 23 lg m – 5; (22)

 

для сталі, товщина якої h = 1 – 10 мм:

 

R = 22 + 9 lg h; (23)

 

для вікна з силікатного скла, товщина якого h = 2 – 10 мм:

 

R = 18 + 8,5 lg h; (24)

 

для вікна з органічного скла, товщина якого h = 5 – 20 мм:

 

R = 12 + 12 lg h. (25)

 

Для спрощення розрахунки можна здійснити для маси огорожі 10 кг та товщини скла 10 мм. Звукоізоляція плоских огорож за формулами (21) – (25) 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.

 

Приклад 9. Рівень шуму в приміщенні, розміри якого довжина 10 м, ширина 8 м, висота 5 м, складає 60 дБ А. Підлога у приміщенні – паркет, стіни та стеля - звичайна штукатурка. Визначити зниження рівня шуму після акустичної обробки стін та стелі звукопоглинаючим матеріалом (коефіцієнт поглинання 0,9).

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

 

ΔL = 10 lg (A₂/A₁), (26)

 

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

Звукопоглинання приміщення визначається за формулою

 

А = S∙α,(27)

 

де S – площа поверхні, м²;

a – коефіцієнт поглинання матеріалу поверхні, одиниці поглинання.

Коефіцієнти поглинання матеріалів стін, стелі та підлоги наведено у табл. Д.2 додатка Д. Знаходимо коефіцієнти поглинання матеріалів стін (0,03), стелі (0,03) та підлоги (0,06).

Визначаємо за формулою (27) звукопоглинання приміщення до проведення обробки:

 

А₁= 2∙10∙5∙0,03+2∙8∙5∙0,03+10∙8∙0,03+10∙8∙0,06 =12,6 одиниць поглинання.

 

Визначаємо за формулою (27) 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 =238,8 одиниць поглинання.

 

Зниження рівня шуму за формулою (26) складає

 

DL = 10 lg (238,8/12,6) = 12,8 дБ.

 

Рівень шуму після обробки приміщення (60 – 12,8 = 47,2 дБ А) відповідає нормативним вимогам до приміщення з ПЕОМ (табл.Д.1 додатка Д).

 

Приклад 10. 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.

Рішення. Товщину скла можна визначити з формули (24), розв’язуючи її відносно товщини:

 

 

Приймаємо товщину 7 мм.

Кожух установки товщиною 7 мм забезпечить виконання нормативних умов до рівня шуму.

 

Приклад 11. Визначити оптимальну величину зазору між звукопоглинаючими перфорірованими 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.

Рішення. Оптимальну величину зазору між звукопоглинаючими панелями і стіною визначаємо за формулою:

 

(28)

 

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:

 

(29)

 

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.

 

 

Захист від випромінювання

На підприємствах машинобудування найбільш поширеними є теплові (інфрачервоні) та електромагнітні випромінювання. Для захисту від випромінювання дуже часто використовують екрани. Екранування джерел теплового випромінювання розглянуто у прикладах 12 – 14, електромагнітного випромінювання – у прикладах 15 – 17.

Приклад 12. Пульт управління знаходиться у цеху гарячої прокатки. Відстань від оператора (бавовняний спецодяг) до джерела теплових випромінювань – 4 м. Температура зовнішньої поверхні джерела – 45^оС, матеріал поверхні – сталь, площа поверхні – 120 м ². Запропонувати заходи щодо захисту оператора від теплових випромінювань.

Рішення. Розрахуємо інтенсивність теплових випромінювань для робочого місця оператора. Формула для розрахунку визначається співвідношенням між відстанню від джерела випромінювання r і площею поверхні джерела S. При інтенсивність теплових випромінювань розраховують за формулою

 

. (30)

 

При інтенсивність теплових випромінювань розраховують по формулі

 

. (31)

 

У формулах (30) і (31):

Т – температура поверхні джерела, К;

А – коефіцієнт, що залежить від виду спецодягу людини: для бавовняної тканини А=85, для сукна А=110.

Для даного робочого місця , тому розрахунок робимо за формулою (31) і одержуємо інтенсивність теплових випромінювань, рівну
471 Вт/м², що перевищує припустиме значення, яке рівне 140 Вт/м² (табл. В.6 додатка В).

Для захисту оператора від теплових випромінювань рекомендують використати теплопоглинальні прозорі екрани [2, 18]. Необхідна кількість екранів визначають із наступного рівняння:

 

, (32)

 

де m – кратність ослаблення;

Е₁ та Е₂ – інтенсивність теплових випромінювань до й після встановлення екрана, Вт/м ²;

– приведена ступінь чорноти між джерелом випромінювання та робочим місцем і між джерелом випромінювання та екраном, Вт/(м² · К⁴);

n – кількість екранів.

У нашому випадку необхідна кратність ослаблення становить:

 

m = 471 / 140 = 3,36.

 

Приведену ступінь чорноти між двома паралельними тілами розраховують за формулою

, (33)

 

де – ступінь чорноти першого та другого тіла, Вт/(м ²· К⁴).

Ступінь чорноти вибираємо за даними табл. В.7 додатка В: для джерела (сталь) – 0,55; для робочого місця оператора – 0,87; для матеріалу екрана (скло) – 0,6 Вт/(м² · К⁴). Тоді, приведена ступень чорноти між джерелом випромінювання та робочим місцем складає 0,51, а джерелом та екраном – 0,40 Вт/(м ²· К ⁴). Потрібна кількість екранів за формулою (32) складає 3,28. Приймаємо до установки 3 екрана.

 

Приклад 13. Розрахувати тепловідбиваючий екран для нагрівальної печі, температура зовнішній стінки якої – 127^оС. Температура повітря в цеху – 25^оС. Піч покрита листами зі сталі (ступінь чорноти прийнять 0,8). Температура зовнішній поверхні екрану повинна бути не більш 30^оС.

Рішення. Розрахуємо абсолютні температури зовнішній стінки печі, повітря та екрану:

Т₁=127+273=400 К; Т₂=25+273=298 К; Т₃=30+273=303 К.

Визначаємо ступень екранування:

 

 

Для екрану вибираємо альфоль, ступінь чорноти якого складає 0,07. Ступінь чорноти для простору навколо печі приймаємо 0,82.

За формулою (33) розраховуємо приведену ступінь чорноти між стіною та екраном (ε_1,Е=0,07) і між стіною та навколишнім середовищем (ε_1,2=0,75).

Необхідну кратність зниження теплового потоку визначаємо за формулою:

(34)

 

де μ – ступень екранування.

Необхідна кратність зниження теплового потоку складає 31,5. Виходячи з формули (32) знаходимо потрібну кількість екранів з альфолі:

 

 

Розрахунок показав, що для забезпечення температури зовнішній поверхні екрану, яка повинна бути не більш 30^оС, достатньо встановити двохшаровий екран із альфолі.

 

Приклад 14. Температура зовнішній поверхні джерела теплового випромінювання – 527^оС. Температура стін цеху – 17^оС. Використання екранів дозволило знизить інтенсивність теплових випромінювань у 3 разу. Визначити температуру зовнішній поверхні екрану.

Рішення. Розрахуємо абсолютні температури зовнішній стінки печі та повітря: Т₁=527+273=800 К; Т₂=17+273=290 К.

Кратність зниження теплового потоку (згідно умов прикладу) складає 3. Виходячи з формули (34) знаходимо коефіцієнт зниження температури зовнішній поверхні екрану (ступень екранування):

 

 

Визначаємо температуру зовнішній поверхні екрану:

 

Розрахунок температури зовнішній поверхні екрану показав необхідність захисту робітників, тому як температура поверхні до якої може доторкатися людина не повинна перевищувати 50^оС. У даному випадку найбільш раціональне використовувати захист відстанню.

Приклад 15. Визначити товщину суцільно екрану із міді для високочастотної установки ізотропного випромінювання з частотою 60 кГц. Довжина провідника 4 м, сила струму 130 А. Робоче місце розташовано на відстані 1 м від джерела випромінювання.

Рішення. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі у метрах за формулою:

(35)

 

де с – швидкість розповсюдження радіохвиль, с=3∙10⁸ м/с;

f – частота коливань, Гц.

Довжина електромагнітної хвилі складає 0,5∙10⁴ м.

Розраховуємо радіус ближньої зони при ізотропному випромінюванню за формулою згідно табл.. 6.

 

Таблиця 6 – Формули для розрахунку розміру зон при випромінюванні

Найменування зони	Розмір зони при різних видах випромінювання, м
Ізотропне випромінювання	Направлене випромінювання
Ближня зона
Дальня зона

Примітка: d – діаметр відбуча антени.

 

Радіус ближньої зони складає

 

 

тобто робоче місце знаходиться у зоні індукції (ближній зоні).

За ГОСТ 12.1.006-84 при частоті 60 кГц гранично допустимі рівні (ГДР) складових електромагнітного поля (ЕМП) становлять: електричної – 50 В/м, магнітної – 5 А/м (табл. 7).

 

Таблиця 7 – Гранично допустимі рівні ЕМП (ДСН 3.3.6.096-2002)

Характеристика ЕМП, одиниці вимірювання	Діапазон	ГДР
Напруженість електричного поля, В/м	60 кГц – 3 МГц
3 МГц – 30 МГц
30 МГц – 50 МГц
50 МГц – 300 МГц
Напруженість магнітного поля, А/м	60 кГц – 1,5 МГц
30 МГц – 50 МГц	0,3
Густина потоку енергії, Вт/м^2	300 МГц – 300 ГГц	0,1
Енергетичне навантаження, Вт∙год/м^2	300 МГц – 300 ГГц

 

При ізотропному випромінюванні напруженість електричного (Е, В/м) і магнітного (Н, А/м) визначають за формулами:

у ближній зоні

(36)

 

(37)

 

у дальній зоні

 

(38)

 

(39)

 

де І – сила струму у провіднику (антені), А;

– довжина провідника (антени), м;

ε – діелектрична проникність середовища, Ф/м (для повітря ε=1);

ω – кругова частота, с-1;

f – частота поля, Гц;

r – відстань від джерела випромінювання, м.

Очікувана напруженість складових ЕМП у розрахункової точці визначаємо за формулами (36) та (37):

 

 

що значно менше ГДР;

 

 

що перевищує ГДР.

Потрібне ослаблення магнітної напруженості (ефективність екранування) визначають за формулою:

 

(40)

 

Потрібне ослаблення складає 8,28.

Мінімальну товщину екрану (мм), яка забезпечить задану ефективність екранування визначають за формулою:

 

(41)

 

де G – задане ослаблення інтенсивності поля;

f – частота поля, Гц;

μ – абсолютна магнітна проникність матеріалу екрану, Гн/м (для міді – 0,99999∙10^-6, алюмінію – 1,000023∙10^-6, сталі – 72∙10^-6);

ν – питома електрична провідність матеріалу (Ом∙м)^-1 (для міді – 0,59∙10⁸, латуні – 1,25∙10⁸, алюмінію – 0,4∙10⁸, сталі – 0,1∙10⁸).

Мінімальна товщина екрану з міді складає

 

 

З конструктивних міркувань приймаємо товщину екрану 0,7 мм.

Використання екрану товщиною 0,7 мм забезпечить виконання нормативних вимог.

 

Приклад 16. Визначити необхідну товщину суцільно екрану із алюмінію для робочого місця, розташованого на відстані 20 м від антени, радіус якої 2 м. Потужність випромінювання 400 Вт, частота 16 ГГц. Час перебування персоналу у зоні випромінювання 6 годин. Коефіцієнт, що враховує конструкцію антени, прийняти рівним 8, коефіцієнт корисної дії антени – 0,7.

Рішення. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі у метрах за формулою (35):

 

Отже робоче місце знаходиться у дальній зоні (дивись табл..6).

Гранично допустимий рівень густини потоку енергії ЕМП (Вт/м²) у діапазоні частот 300 МГц – 300 ГГц визначають за формулою:

 

(42)

 

де ЕН_ГДР – нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день (2 Вт∙год./м²);

Т – час перебування у зоні випромінювання, год; при цьому максимальне значення ЕН_ГДР не повинне перевищувати 10 Вт/м².

У даному випадку гранично допустимий рівень густини потоку енергії за формулою (42) складає 0,333 Вт/м².

Знаходимо ефективну площу антени:

 

 

Коефіцієнт посилення антени за потужністю визначають за формулою:

 

(43)

 

де k – коефіцієнт, що враховує конструкцію антени;

S_e – ефективна площа антени, м².

Коефіцієнт посилення антени за формулою (43):

 

 

Густину потоку енергії при направленому випромінюванні визначають за формулами:

у ближній зоні

(44)

 

у дальній зоні

(45)

 

де S – геометрична площа антени, м²;

P – середня потужність випромінювання, Вт;

– коефіцієнт посилення антени за потужністю.

Густина потоку енергії на відстані 20 м складає за формулою (45):

 

 

Необхідна ефективність екранування, аналогічно формулі (40), складає

 

Мінімальну товщину екрану (мм), яка забезпечить задану ефективність екранування визначаємо за формулою (41):

 

 

З конструктивних міркувань приймаємо товщину екрану 0,5 мм.

Використання екрану товщиною 0,5 мм забезпечить виконання нормативних вимог.

 

Приклад 17. Визначити відстань, на якій не вимагатиметься екранування від випромінювача ЕМП у вигляді направленої антени, ефективна площа якої 0,8 м², потужність 1500 Вт, частота 20 ГГц. Час роботи 24 години. Коефіцієнт, що враховує конструкцію антени, прийнять рівним 6.

Рішення. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі у метрах за формулою (35):

 

Коефіцієнт посилення антени за формулою (43):

 

 

Гранично допустимий рівень густини потоку енергії ЕМП визначаємо за формулою (42):

 

 

Розв’язуючи формулу (45) відносно r отримуємо відстань, на якій не вимагатиметься екранування за даних умов:

 

 

Якщо усі постійні робочі місця знаходяться на відстані 691 м, то екранування джерела ЕМП не потрібне.