1. Требования к организации рабочего места с точки зрения эргономики
1.1. Обеспечение нормального микроклимата и воздушной среды на производстве
Факторами метеорологических условий производственной среды являются: температура воздуха, его относительная влажность, скорость перемещения воздуха и наличие теплоизлучений.
ля обеспечения нормальных условий деятельности человека параметры микроклимата нормируются. Нормы производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88 ССПТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны". Они едины для всех производств и всех климатических зон. Параметры микроклимата в рабочей зоне должны соответствовать оптимальным или допустимым микроклиматическим условиям. Оптимальные условия обеспечивают нормальное функционирование организма без напряжения механизмов терморегуляции. При допустимых микроклиматических условиях возможно некоторое напряжение системы терморегуляции без нарушения здоровья человека.
Параметры температуры, влажности и скорости движения воздуха регламентируются с учетом тяжести физического труда: легкая, средняя и тяжелая работа. Помимо этого, учитывается сезон года: холодный период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10°С и теплый период с температурой + 10°С и выше.
Для контроля метеоусловий используются приборы: термометры, термограф и парный термометр; актинометр при замерах напряженности излучений; психрометр или гидрограф при измерении относительной влажности; анемометр или кататермометр для замеров скорости движения воздуха.
ентиляция - это комплекс устройств для обеспечения нормальных метеорологических условий и удаления вредных веществ из производственных помещений.
Вентиляция может быть естественной (аэрация) и механической в зависимости от способа перемещения воздуха. В зависимости от объема вентилируемого помещения различают обще обменную и местную вентиляцию. Обще обменная вентиляция обеспечивает удаление воздуха из всего объема помещения. Местная вентиляция обеспечивает замену воздуха в месте его загрязнения. По способу действия различают вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также аварийную. Аварийная предназначена для устранения загазованности помещения в аварийных ситуациях.
Независимо от типа вентиляции к ней предъявляются следующие общие требования: объем приточного воздуха должен быть равен объему вытяжного воздуха; элементы системы вентиляции должны быть правильно размещены в помещении; потоки воздуха не должны поднимать пыль и не должны вызывать переохлаждения работающих; шум от системы вентиляции не должен превышать допустимого уровня.
В основе устройства вентиляции лежит воздухообмен, то есть объем воздуха помещения, заменяемый в единицу времени L (м/ч). Потребный воздухообмен определяется в соответствии со СНиП 2.04.05-86 расчетным путем из условий удаления из воздуха помещения избыточных вредных веществ, теплоты и влаги:
а) При выделении в воздух помещения вредных веществ:
де Lрз - количество воздуха, удаляемого местной вентиляцией;
М - количество вредных веществ, поступающих в помещение, мг/ч;
Срз - концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом местной вентиляцией, мг/м;
Сп, Сух - концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение и уходящем из него, мг/м.
б) При удалении избыточной явной теплоты, повышающей температуру воздуха:
где Он - избыточная явная теплота в помещении, Дж/с;
Трз - температура воздуха, удаляемого местной вентиляцией, С;
Тп, Тух - температура воздуха, подаваемого в помещение и уходящего из него, С.
в) При удалении избытка влаги:
где W - избыток влаги в помещении, г/ч;
dрз - влагосодержание воздуха, удаляемого местной вентиляцией, г/кг;
dп, dyx - влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение и уходящего из него, г/кг.
Механическая вентиляция распределяет воздух по всему производственному помещению. В общем случае в ее состав входят: воздухоприемное устройство, фильтр, калорифер, вентилятор и сеть воздуховодов.
Расчет механической вентиляции включает:
1. Определение на плане производственного помещения конфигурации вентиляционной системы, расположение ее элементов.
2. Определение проходного сечения воздуховодов (скорость движения воздуха в воздуховодах принимается V = 6-10 м/с)
где V - потребный воздухообмен, м /ч.
3. Определение потери давления в воздуховодах на участке воздуховода:
Робщj = Ртрj + Рмj,
где Ртрj - сопротивление на преодоление сил трения воздуха при перемещении по воздуховодам;
Рм - местное сопротивление воздуховодов.
Общие потери в сети воздуховодов:
де ? - число участков, на которые разбита система воздуховодов вентиляции.
4. Подбор вентилятора для системы вентиляции по величине потребного воздухообмена и потерям давления в сети воздуховодов. Полное давление Р, которое должно создаваться вентилятором, принимается Р = Робщ, а производительность вентилятора G (м /ч) принимается G = L.
5. Определение потребной мощности электродвигателя вентилятора N:
N = G Pk (3,6 106 ?б ?п).
где К - коэффициент запаса мощности электродвигателя (1,05-1,5);
Р - потери полного давления в сети. Па;
?б ?п - КПД вентилятора и передачи от электродвигателя к вентилятору.
Естественная вентиляция производственных помещений осуществляется под воздействием разности температур наружного и внутреннего воздуха (тепловое давление) и ветра (ветровое давление).
Расчет естественной вентиляции в соответствии со СНиП 2.04.05-86 заключается в определении площадей вентиляционных проемов здания и включает следующие этапы.
1. Определение скорости движения воздуха (м/с) в нижнем проеме V:
где h - расстояние между центрами нижнего и верхнего проемов, м;
?н, ?в - плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м.
2. Определение площади (м2) нижних вентиляционных проемов:
F = L / (?1 V1),
где ?1 - коэффициент расхода воздуха через нижние проемы (?1 = 0,15-0,65).
3. Определение потери давления (Па) в нижних проемах H1 = V12 ?н/2
4. Определение избыточного давления (Па) в верхних проемах:
Н2 =Hr-Hi,
где Hr - гравитационное давление воздуха. Па,
Нr = h(?н – ?в) g.
5. Определение площади (м2) верхних вентиляционных проемов:
где ?2 - коэффициент расхода воздуха через верхние проемы.
Для увеличения воздухообмена на крыше производственного здания устанавливают вытяжные шахты с дефлекторами, которые увеличивают воздухообмен за счет эффекта эжекции.
Местная вентиляция используется для удаления выделяющихся вредных веществ от источников. Она может быть вытяжной и приточной. Разновидностями вытяжной вентиляции являются: защитные кожухи, вытяжные шкафы, кабины, аспирационные устройства.
К приточной местной вентиляции относятся воздушные души, воздушные оазисы, завесы.
Отопление предназначается для поддержания нормальных метеорологических условий в производственных помещениях. Система отопления необходима в помещении, где тепловые потери Qп превышают выделение теплоты от технологического оборудования Q, то есть Qп > Q. Для обогрева помещений используют паровые, воздушные, водяные, электрические системы отопления.
В основе расчета системы отопления лежит уравнение теплового баланса
Qп = Qoгр + Qв + Qn,
где Qп - потери теплоты в помещении, Дж;
Qorp - потери теплоты в строительных элементах здания, Дж;
Qв - потери теплоты на нагрев воздуха, Дж;
Qм - потери теплоты на нагрев материалов, машин, завозимых в помещение, Дж.
Потери теплоты в элементах здания
Qoгp = RF (tв-tн),
где R - сопротивление теплопередаче конструкции, м С/Вт;
F - площадь поверхности ограждений, м2;
tн, tв - температура наружного и внутреннего воздуха, °С.
Потери теплоты на нагрев в помещении обычно принимаются Qв=(0,2-0,3)Qогр, на нагрев материалов и машин Qм = (0,05-0,1) Qoгp.
Необходимая тепловая мощность (кВт) источника в системе отопления:
1.2. Нормализация, зрительных условий труда.
Освещение является одним из важнейших производственных условий работы. Через зрительный аппарат человек получает порядка 90 % информации. От освещения зависит утомление работающего, производительность труда, его безопасность. Достаточное освещение действует тонизирующе, улучшает протекание основных процессов высшей нервной деятельности, стимулирует обменные и иммунобиологические процессы, оказывает влияние на суточный ритм физиологических функций организма человека. Практика показывает, что только за счет улучшения освещения на рабочих местах достигался прирост производительности труда от 1,5 до 15 %. Зрительный аппарат человека воспринимает широкий диапазон видимых излучений от 380 до 770 нм, т.е. от ультрафиолетовых до инфракрасных излучений.
Для характеристики зрительных условий работы используются различные светотехнические показатели.
Световой поток (F) - это мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению. Единицей светового потока принимается люмен.
Сила света (J) - характеризует плотность светового потока, то есть отношение светового потока к телесному углу. Единицей силы света является кандела.
Освещенность (Е) - это плотность светового потока на освещаемой поверхности, измеряется в люксах.
Яркость поверхности (L) в данном направлении - это отношение силы света, отраженного от поверхности, к проекции ее на плоскость, перпендикулярную к отраженному лучу. Единицей яркости является НИТ (НТ), то есть кандела на кв.метр (кд/м2).
Коэффициент отражения (?) - это способность поверхности отражать световой поток, т.е.
Фон - поверхность, к которой прилегает объект различения. В зависимости от величины коэффициента отражения различают фон светлый (> 0,4), средний (=0,2-0,4), темный (
Контраст объекта с фоном определяется отношением разности яркости объекта (L ) и фона (L) к яркости фона, т.е.
Коэффициент пульсации освещенности (Кп) - это характеристика относительной глубины колебаний освещенности (при использовании газоразрядной лампы).
Наиболее важную роль в трудовом процессе имеют такие функции зрения, как контрастная чувствительность, острота зрения, быстрота различения деталей, устойчивость видения и цветовая чувствительность.
Контрастную чувствительность характеризует видимость (V) - это способность глаза воспринимать объект наблюдения.
где: К - контраст объекта и фона,
Кп - пороговый контраст, т.е. наименьший контраст, различимый глазом.
Наличие в поле зрения больших яркостей вызывает ослепленность и может привести к повреждению сетчатой оболочки.
Ослепленность (Р) - попадание в поле зрения ярких источников. Показатель ослепленности
P = (S-1) · 1000,
где S=^;
V1 и V2 - видимость объекта наблюдения соответственно при экранировке и при наличии блескости.
Под остротой зрения понимается максимальная способность различать отдельные объекты. При увеличении освещенности до определенного уровня растет острота зрения. В прямой зависимости от уровня освещенности находится скорость зрительного восприятия, а также устойчивость ясного видения, под которой понимается способность глаза удерживать отчетливое изображение рассматриваемой детали. Наилучшие условия цветоощущения создаются при естественном освещении. Цвет влияет на другие зрительные функции. Так, острота зрения, скорость зрительного восприятия и устойчивость видения имеет максимум в желтой зоне спектра. При использовании прямого контраста (предмет темнее фона) зрительное утомление меньше, чем при обратном. Увеличение освещенности при прямом контрасте улучшает видимость, а при обратном ухудшает.
1.3. Системы производственного освещения и требования к ним
В производственных помещениях предусматривается естественное, искусственное и совмещенное освещение. Помещения с постоянным пребыванием персонала должны иметь естественное освещение. При работе в темное время в производственных помещениях используют искусственное освещение. В случаях выполнения работ наивысшей точности применяют совмещенное освещение. В свою очередь, освещение естественное может быть в зависимости от расположения световых проемов (фонарей) боковым, верхним и комбинированным. Искусственное освещение бывает общим (при равномерном освещении помещения), локализованным (при расположении источников света с учетом размещения рабочих мест), комбинированным (сочетание общего и местного освещения). Помимо этого, выделяют аварийное освещение (включаемое при внезапном отключении рабочего освещения). Аварийное освещение должно быть не менее 2 лк внутри здания.
В соответствии со "Строительными нормами и правилами" СНиП 23-05-95 освещение должно обеспечить: санитарные нормы освещенности на рабочих местах, равномерную яркость в поле зрения, отсутствие резких теней и блескости, постоянство освещенности по времени и правильность направления светового потока. Освещенность на рабочих местах и в производственных помещениях должна контролироваться не реже одного раза в год. Для измерения освещенности используется объективный люксметр (Ю-16, Ю-116, Ю-117). Принцип работы люксметра основан на измерении с помощью миллиамперметра тока от фотоэлемента, на который падает световой поток. Отклонение стрелки миллиамперметра пропорционально освещенности фотоэлемента. Миллиамперметр проградуирован в люксах.
Фактическая освещенность в производственном помещении должна быть больше или равна нормируемой освещенности. При несоблюдении требований к освещению развивается утомление зрения, понижается общая работоспособность и производительность труда, возрастает количество брака и опасность производственного травматизма. Низкая освещенность способствует развитию близорукости. Изменения освещенности вызывают частую переадаптацию, ведущую к развитию утомления зрения.
Блескость вызывает ослепленность, утомление зрения и может привести к несчастным случаям.
1.4. Искусственное освещение
Нормы освещенности рабочих мест регламентируются СНиП 23-05-95.
При установлении нормы освещенности необходимо учитывать: размер объекта различения (установлено восемь разрядов от 1 до УП), контраст объекта с фоном и характер фона. На основании этих данных по таблицам НиП 23-05-95 определяется норма освещенности.
При выборе источников искусственного освещения должны учитываться их электрические, светотехнические, конструктивные, эксплуатационные и экономические показатели. На практике используются два вида источников освещения: лампы накаливания и газоразрядные. Лампы накаливания просты по конструкции, обладают быстротой разгорания. Но световая отдача их (количество излучаемого света на единицу потребляемой мощности) низкая- 13-15 лм/вт; у галогенных - 20-30 лм/вт, но срок службы небольшой. Газоразрядные лампы имеют световую отдачу 80-85 лм/вт, а натриевые лампы 115-125 лм/вт и срок службы 15-20 тыс.часов, они могут обеспечить любой спектр. Недостатками газоразрядных ламп является необходимость специального пускорегулирующего аппарата, длительное время разгорания, пульсация светового потока, неустойчивая работа при температуре ниже 0°С.
Для освещения производственных помещений используются светильники, представляющие собой совокупность источника и арматуры.
Назначением арматуры является перераспределение светового потока, защита работающих от ослепленноети, а источника от загрязнения. Основными характеристиками арматуры являются: кривая распределения силы света, защитный угол и коэффициент полезного действия. В зависимости от светового потока, излучаемого светильником в нижнюю полусферу, различают светильники: прямого света (п), у которых световой поток, направленный в нижнюю сферу, составляет более 80 %; преимущественно прямого света (Н) 60-80%; рассеянного света (Р) 40-60%; преимущественно отраженного света (В) 20-40%; отраженного света (О) менее 20 %.
По форме кривой распределения силы света в вертикальной плоскости светильники разделяют на семь классов Д Л, Ш, М, С, Г, К.
Защитный угол светильника характеризует угол, который обеспечивает светильник для защиты работающих от ослепленности источником.
Расчет искусственного освещения производственного помещения ведется в следующей последовательности.
1. Выбор типа источников света. В зависимости от конкретных условий в производственном помещении (температура воздуха, особенности технологического процесса и его требований к освещению), а также светотехнических, электрических и других характеристик источников, выбирается нужный тип источников света.
2. Выбор системы освещения. При однородных рабочих местах, равномерном размещении оборудования в помещении принимается общее освещение. Если оборудование громоздкое, рабочие места с разными требованиями к освещению расположены неравномерно, то используется локализованная система освещения. При высокой точности выполняемых работ, наличии требования к направленности освещения применяется комбинированная система (сочетание общего и местного освещения).
3. Выбор типа светильника. С учетом потребного распределения силы света, загрязненности воздуха, пожаровзрывоопасности воздуха в помещении подбирается арматура.
4. Размещение светильников в помещении. Светильники с лампами накаливания можно располагать на потолочном перекрытии в шахматном порядке, по вершинам квадратных полей, рядами. Светильники с люминисцентными лампами располагают рядами.
При выборе схемы размещения светильников необходимо учитывать энергетические, экономические, светотехнические характеристики схем размещения. Так, высота подвеса (h) и расстояние между светильниками (I) связаны с экономическим показателем схемы размещения (?э), зависимостью ?э =l/h. С помощью справочных таблиц выбирается целесообразная схема размещения светильников.
На основании принятой схемы размещения светильников определяется их потребное количество.
5. Определение потребной освещенности рабочих мест. Нормирование освещенности производится в соответствии со СНиП 23-05-95, как это было изложено выше.
6. Расчет характеристик источника света. Для расчета общего равномерного освещения применяется метод коэффициента использования светового потока, а расчет освещенности общего локализованного и местного освещения производится с помощью точечного метода.
В методе коэффициента использования расчет светового потока источника производится по формуле:
де Ен - нормативная освещенность, лк;
S - освещаемая площадь, м2;
Z - коэффициент минимальной освещенности;
К - коэффициент запаса, учитывающий ухудшение характеристик источников при эксплуатации;
N - число светильников;
? - коэффициент использования светового потока.
Коэффициент использования определяется по индексу помещения In и коэффициентам отражения потока, стен и пола по специальной таблице.
Индекс помещения расчитывается по формуле:
где а и b длина и ширина помещения;
h - высота подвеса светильников.
В расчете освещенности точечным методом используется формула:
где J? - нормативная сила света на данную точку поверхности, кд;
г - расстояние от источника до точки поверхности, м;
? - угол, образованный нормалью к освещаемой поверхности и падающим на поверхности лучом.
Для ориентировочного расчета мощности потребного источника используется метод удельных мощностей. Мощность источника определяется по формуле:
Pл = PS/N,
где Р - потребная удельная мощность осветительных приборов на единицу освещаемой поверхности, вт/м2;
S - площадь освещаемой поверхности, м2;
N - принятое число светильников.
После определения характеристики потребного источника освещения, подбирается стандартный источник. Его характеристика может, иметь отклонения в пределах от 10 % до +20 % от расчетной.
1.5. Естественное освещение
Естественное освещение создается солнечным светом через световые проемы. Оно зависит от многих объективных факторов, как-то: времени года и дня, погоды, географического положения и т.п. Основной характеристикой естественного освещения служит коэффициент естественного освещения (КЕО), то есть отношение естественной освещенности внутри здания Ев к одновременно измеренной наружной освещенности горизонтальной поверхности (Ен). КЕО обозначается через "е":
Естественная освещенность нормируется согласно СНиП 23-05-95. Для установления необходимого нормативного значения КЕО, т.е. ен необходимо учесть размер объекта различения, т.е. разряд зрительной работы, контраст объекта различения и фона, а также характеристику фона. Помимо этого, учитывается географическая широта местоположения здания (коэффициентом светового климата m) и ориентировка помещения по сторонам горизонта (с).
Тогда е = енсm, где ен - табличное значение КЕО, определяемое на основании разряда зрительной работы и вида естественного освещения. При естественном освещении нормируется его неравномерность, т.е. отношение максимальной к минимальной освещенности .
Чем выше разряд зрительной работы, тем меньше допускается неравномерность освещенности.
Для определения потребных площадей световых проемов используются зависимости:
для бокового освещения (площадь окон):
для верхнего освещения (площадь световых фонарей):
де Sп - площадь пола, м2;
н - нормированное значение КЕО;
ho, hф - световая характеристика соответственно окон и фонарей;
К - коэффициент учета затенения окон противоположными зданиями;
r1, r2 - коэффициенты, учитывающие повышение КЕО при боковом и верхнем освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения;
?о - общий коэффициент светопропускания светопроемов.
В основе расчета КЕО лежит зависимость его от прямого света небосвода и света, отраженного от поверхностей зданий и помещений. Так, при боковом освещении e? = (E?q + E3qK) ?оr, где: E?, E3q - геометрические коэффициенты освещенности от небосвода и противоположного здания; q - коэффициент учета неравномерной яркости небосвода; К - коэффициент учета относительной яркости противостоящего здания; ?о - коэффициент светопропускания световых проемов; коэффициент учета роста КЕО за счет отражения света от поверхностей помещения.
Геометрические коэффициенты освещенности определяются графически по методу Данилюка путем подсчета числа участников (секторов) небосвода, видимых в светопроеме в вертикальной и горизонтальной плоскости.
КЕО определяется для характерных точек помещения. При одностороннем боковом освещении принимается точка, расположенная на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов. При двустороннем боковом освещении определяется КЕО в точке посредине помещения.
1.6. Цветовое оформление оборудования и производственного помещения
В производственной среде цвет используется как средство информации и ориентации, как фактор психологического комфорта и как композиционной средство. Цвет оказывает влияние на работоспособность человека, на утомление, ориентировку, реакцию. Холодные цвета (голубой, зеленый, желтый) действуют успокаивающе на человека, теплые цвета (красный, оранжевый) действуют возбуждающе. Темные цвета оказывают угнетающее действие на психику.
При выборе цвета, цветовом оформлении интерьера нужно руководствоваться указаниями по рациональной цветовой отделке поверхностей производственных помещений и технологического оборудования ГОСТ 26568-85* и ГОСТ 12.4.026-76* ССБТ.
Цветовое решение интерьера характеризуется цветовой гаммой, цветовым контрастом, количеством цвета и коэффициентами отражения. Цветовая гамма - это совокупность цветов, принятая для цветового решения интерьера. Она может быть теплой, холодной и нейтральной. Для литейных, кузнечных, термических цехов целесообразна, холодная цветовая гамма. Цветовой контраст - это мера различия цветов по их яркости и цветовому тону. Цветовой контраст может быть большим, средним и малым.
Количество цвета - это степень цветового ощущения, зависящая от цветового тона, насыщенности цвета объекта и фона, от соотношения их яркостей и угловых размеров.
При выборе цветового решения интерьеров нужно учитывать категорию работы, ее точность, санитарно-гигиенические условия. Значительная роль в интерьере принадлежит выбору коэффициентов отражения (Р) поверхностей.
Потолки помещений окрашиваются в белый цвет или близкие к белому цвету. В светлые тона окрашиваются фермы, перекрытия. Нижняя часть стен окрашивается в спокойные тона (светло-зеленый, светло-синий). Металлорежущие станки окрашиваются в светло-зеленый цвет, литейное оборудование в бежевый, термическое в серебристый, транспортные механизмы в зеленый.
Согласно ГОСТ ССБТ 12.4.026-76 "Цвета сигнальные", красный цвет используется для предупреждения о явной опасности, запрещении, желтый предупреждает об опасности, обращает внимание, зеленый цвет означает предписание, безопасность, синий информацию. В желтый цвет окрашиваются тележки, электрокары, подъемные механизмы желтыми полосами на черном фоне, противопожарное оборудование - в красный цвет. В различные цвета окрашиваются трубопроводы, баллоны: воздуховоды в голубой, водопроводы для технической воды в черный, маслопроводы в коричневый, баллоны для кислорода в голубой, баллоны для углекислого газа в черный. Этим же ГОСТом введены знаки безопасности: запрещающие - красный круг с белой полосой; предупреждающие - желтый треугольник с нанесенной на нем опасностью; предписывающие - зеленый круг, внутри которого помещен белый квадрат с предписывающей информацией; указательные - синий прямоугольник с бельм квадратом в середине.
2. Понятие о взрыве и ударной волне, действие на человека и объекты
Быстрое и неконтролируемое высвобождение энергии порождает взрыв.
Взрыв - это быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей, нанести ущерб народному хозяйству и окружающей среде, и стать источником чрезвычайной ситуации.
Взрыв может быть результатом химической или ядерной реакции, а также разрушения сосудов со сжатым газом, паром или мощных электрических разрядов.
Взрывчатые вещества (ВВ) подразделяются по физическому состоянию: конденсированные, жидкие, газообразные и парогазовые смеси, аэрозоли.
Основными поражающими факторами взрыва являются воздушная ударная волна и вторичные факторы в виде осколочных полей, обломков оборудования и строительных конструкций.
Источниками взрыва могут стать не только привычные ВВ, но и скопление пыли, правильней - пылевоздушной смеси. Необходимо учитывать, что пыль - это мельчайшие частицы каких-либо веществ. Наиболее взрывоопасными являются пыль угля, зерна, муки, сахара, серы, красителей и т.д. Взрыв пыли происходит по дефлаграционному механизму, представляющему собой взрывное горение. Переход к детонации возможен в протяженных помещениях за счет турбулизации пыли.
Высвобождаемая энергия проявляется в виде теплоты, света, звука и механической ударной волны. Источником взрыва чаще служит химическая реакция. Но взрывом могут быть высвобождения механической и ядерной энергии (паровой котел, ядерный взрыв). Горючие, пыль, газ и пар в смеси с воздухом (веществом, поддерживающим горение) способны взрываться при зажигании. В технологических процессах невозможно полностью исключить вероятность образования взрывоопасной ситуации. Одним из основных поражающих факторов взрыва является ударная волна.
Ударная волна - это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью.
Ударная волна образуется за счет энергии, выделяемой в зоне реакции. Возникшие при взрыве пары и газы, расширяясь, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотностей и нагревают до высоких температур. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так, сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому, образуя ударную волну. Величина давления изменяется во времени в точке пространства при прохождении через нее ударной волны. С приходом ударной волны в данную точку давление достигает максимального Рф = Ро + ?Рф, где Ро атмосферное давление. Образовавшиеся слои сжатого воздуха называют фазой сжатия. После прохождения волны давление уменьшается, становится ниже атмосферного. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения.
Непосредственно за фронтом ударной волны движутся массы воздуха. Вследствие торможения этих масс воздуха при встрече с преградой возникает давление скоростного напора воздушной ударной волны.
Основными характеристиками поражающего действия ударной волны являются:
- Избыточное давление во фронте ударной волны (Рф) - это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением (Ро), измеряется в Паскалях (Па). Избыточное давление во фронте ударной волны рассчитывается по формуле:
где: ?Рф - избыточное давление, кПа;
qэ - тротиловый эквивалент взрыва (qэ = 0,5q, q - мощность взрыва, кг);
R - расстояние от центра взрыва, м.
- Давление скоростного напора - это динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха; скоростной напор Рек зависит от скорости и плотности воздуха.
где V - скорость частиц воздуха за фронтом ударной волны, м/с;
? - плотность воздуха, кг/куб.м.
- -Длительность фазы сжатия, то есть время действия повышенного давления.
? = 0,001 q1/6 R1/2,
где R в метрах, q в килограммах и ? - в секундах.
Ударная волна в воде отличается от воздушной тем, что на одних и тех же расстояниях давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а время действия меньше. Волны сжатия в грунте в отличие от ударной волны в воздухе характеризуются менее резким увеличением давления во фронте волны и более медленным ослаблением за фронтом.
Ударная волна может нанести человеку травматические поражения и быть причиной его гибели. Поражение может быть непосредственным или косвенным. Непосредственное поражение возникает от действия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ударная волна подвергает человека сильному сжатию в течение нескольких секунд. Скоростной напор может привести к перемещению тела в пространстве. Косвенное поражение человека может быть результатом ударов обломков, летящих с большой скоростью.
Характер и степень поражения человека зависят от мощности и вида взрыва, расстояния, а также от места нахождения и положения человека. Крайне тяжелые контузии и травмы возникают при избыточном давлении более 100 кПа (1 кгс/кв.см): разрывы внутренних органов, переломы гостей, внутренние кровотечения и т.п. При избыточных давлениях от 60 до 100 кПа (от 0,6 до 1 кгс/кв.см) имеют место тяжелые контузии и травмы: потеря сознания, переломы костей, кровотечение из носа и ушей, возможны повреждения внутренних органов. Средней тяжести поражения возникают при избыточном давлении 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/кв.см): вывихи, повреждения органов слуха и т.п. И легкие поражения при давлении , 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/кв.см). Ударная волна оказывает механическое воздействие на здания, сооружения, может вызвать их разрушение. Здания с металлическим каркасом получают средние разрушения при 20-40 кПа и полные при 60-80 кПа, здания кирпичные при 10-20 кПа и 30-40, здания деревянные при 10 и 20 кПа.
При ядерном взрыве в атмосфере примерно 50% энергии взрыва расходуется на образование ударной волны. В зоне реакции давление достигает миллиардов атмосфер (до 10 млрд. Па). Воздушная ударная волна ядерного взрыва средней мощности проходит 1000 м за 1,4 с, а 5000 за 12 С.
3. Звук, ультразвук, инфразвук
3.1. Акустические колебания и их действие на человека
Практически во всех отраслях народного хозяйства шум является ним из основных вредных факторов. Интенсификация производства приводит к дальнейшему повышению уровня производственного шума. По данным статистики ФРГ, профессиональное заболевание "снижение слуха" занимает первое место среди всех профессиональных заболеваний; по предварительным расчетам выплаты в качестве компенсаций, связанные с ухудшением слуха из-за шума, за год составляют порядка 200 млн. немецких марок.
Звук - это упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде. Беспорядочное сочетание звуков различной частоты называется шумом. Человек воспринимает звуки в частотном диапазоне 16-20000 Гц. Инфразвуки с частотой до 16 Гц и ультразвуки частотой свыше 20000 Гц слуховой аппарат человека не воспринимает.
Пространство, в котором распространяется звук, называется звуковым полем. В зависимости от источника различают шум: механический от превращения механической энергии в звуковую, аэродинамический, когда в звуковую энергию превращается энергия струи газа или жидкости, и электромагнитный - от превращения электромагнитной энергии в звуковую. Звуковое поле определяется рядом характеристик.
Звуковое давление (Р, Н/м2) - это разность мгновенного полного и среднего давления в данной точке звукового поля.
Интенсивность звука (I, Вт/м2) в точке поля - это средний поток звуковой энергии, приходящийся на единицу поверхности.
Связь указанных характеристик определяется зависимостью
I = P2 / ?c,
где ?c - акустическое сопротивление, плотность;
? - скорость распространения звука.
Характеристикой постоянного шума является уровень звукового давления L (дБ) в октавных полосах L = 20 lg (P/P0), где:
Р - среднее квадратическое значение звукового давления, Па;
Р0 - пороговое значение звукового давления Р = 2.10-5 Па. Для непостоянного шума характеристикой является эквивалентный уровень звука в дБ (А), измеренный по шкале шумомера. В качестве характеристики непостоянного шума допускается использовать дозу шума, т.е. интегральную величину, учитывающую акустическую энергию, которая воздействует на человека за определенный период времени и измеряется в Па2?ч. Для непостоянного шума может использоваться относительная доза шума (%).
Dотн = D.100/Dдоп, где Dдоп допустимая доза, Па2?ч.
Область слышимых звуков ограничивается не только определенными Частотами (20-20000 Гц), но и определенными значениями звуковых давлений и их уровней.
Для анализа шума, его нормирования используют спектр шума. Частотный спектр шума - это зависимость уровня звукового давления от частоты. Спектр разбивается на активные полосы, так что отношение верхней границы частоты полосы к нижней равно 2, т.е.
f2/f1 = f3/f2 = … = fn-1/fn = 2
рактеристикой частоты в активной полосе принимается средняя геометрическая частота
Спектры шума различают: по характеру спектра широкополосные с Непрерывным спектром и тональные с дискретными тонами, по временным характеристикам постоянный и непостоянный (колеблющийся, прерывистый, импульсивный).
На каждый агрегат, являющийся источником шума, в технической документации указываются уровень звуковой мощности и фактор направленности, характеризующий уровень звукового давления.
Звуковая мощность - это количество звуковой энергии, излучаемой в единицу времени в ваттах. Уровень звуковой мощности Lp = 10 lg(P/P0), где Р звуковая мощность, Вт, Р0 пороговая звуковая мощность, Р0 = 10-12 Вт.
Фактор направленности характеризует неравномерность излучения звуковой энергии источником:
Ф = Р2/Р2 ср
Область слышимых звуков ограничена двумя кривыми (порогами); нижний порог слышимости (соответствующий Р0=2.10'5 Па и I0=10-12 Bт/м2 ) и болевой порог (соответствующий Р=200 Па и I =102 Вт/м2). Уровень звукового давления 140 дБ - это порог переносимости интенсивных эвуков.
Шум является общебиологическим раздражителем, влияет не только на слуховой анализатор, но и на структуры головного мозга, вызывает сдвиги в различных функциональных системах организма, нарушение периферического кровообращения, изменение артериального давления. Шум способствует развитию утомления, снижению производительности труда, появлению шумовой патологии тугоухости. Развитие тугоухости длительный и постепенный процесс. При действии интенсивного шума изменения со стороны нервной системы значительно более выражены, чем развитие тугоухости.
Основой мероприятий по снижению производственного шума является гигиеническое