Оценка внешнего шума от судов

Цель работы: Определить источники внешнего шума на судах, оценить уровни шума и сравнить с предельно допустимыми, выполнить расчет и построение внешней шумовой характеристики (ВШХ) судна.

 

Теоретическая часть

 

Основные факторы воздействия внешнего шума

на окружающую среду

 

Флот и транспортно-промышленные предприятия водного транспорта относятся к искусственным источникам инфразвуковых волн, распространяющихся в окружающей природной среде [1].

Инфразвук воспринимается человеком за счет слуховой и тактильной чувствительности. Так, при частоте 2–5 Гц и уровне звукового давления 100–125 дБ наблюдается осязаемое движение барабанных перепонок из-за изменения давления в среднем ухе, затрудненное глотание, головная боль. Повышение уровня до 125–137 дБ может вызвать вибрацию грудной клетки, чувство «падения» и летаргический сон.

Инфразвук с частотой 16–20 Гц вызывает чувство страха. Известно влияние инфразвука на вестибулярный аппарат.

Все перечисленные аномалии приводят к нарушению нормальной жизнедеятельности человека и проявляются на удалении от источника до 800 м.

Кроме непосредственного воздействия на человека, инфразвук может вызвать дребезжание стекол, посуды, что создает дополнительные неприятные явления в окружающей человека среде.

В целях ограничения шумового воздействия судов на население прибрежной зоны в России действует специальный стандарт ГОСТ 17.2.4.04–92 «Охрана природы. Атмосфера. Нормирование внешних шумовых характеристик судов внутреннего и прибрежного плавания» [2].

В соответствии с этим стандартом все суда внутреннего и прибрежного плавания разделены на три группы. Для каждой группы установлены допустимые уровни звука (дБА) (табл. 2), излучаемого в окружающую среду (ОС).

 

Таблица 2. Допустимые уровни звука для различных типов судов

Группа судна	Характеристика судна и зоны эксплуатации	Уровень звука (дБА), не более
водоизмещающие	скоростные
	Эксплуатируемое круглосуточно, преимущественно вне зоны жилой застройки (транзитные пассажирские, грузовые и буксирные суда, суда технического флота)
	Эксплуатируемое в дневное время суток вблизи жилой зоны и движущееся по основному судовому ходу (пассажирские суда пригородных и местных линий)
	Эксплуатируемое в дневное время суток вблизи жилой зоны и движущееся вне основного судового хода (суда для внутригородских экскурсий, переправы, катера и моторные лодки)

 

Внешний шум судов создается аэродинамическими, гидродинамическими и механическими источниками:

– носовыми и кормовыми системами корабельных волн;

– газоотводом главных и вспомогательных двигателей;

– устройствами приема и выброса воздуха систем кондиционирования и вентиляции;

– открытыми световыми люками МО.

Расчет и построение внешней шумовой характеристики (ВШХ) судна является основной задачей оценки воздействия внешнего шума на ОС.

В качестве ВШХ судна используется наибольшее значение уровня звука в дБА на расстоянии 25 м от плоскости борта.

Определить ВШХ судна можно, построив диаграмму распределения уровней звука по линии, отстоящей от борта на 25 м.

Значения уровней звука судна складываются из уровней звука отдельных источников шума. Для расчета и построения ВШХ судна отбираются только те источники шума, у которых по предварительной оценке акустическая характеристика превышает предельно допустимую величину.

 

Практическая часть

 

1. Оценка внешнего шума и его предельно допустимых

значений для отдельных источников

 

К отдельным источникам внешнего шума относятся: 1) уровень звука газоотвода на выходе из коллектора судовых дизелей; 2) внешний шум от открытых световых люков МО; 3) внешний шум от воздуховытяжных и воздухоприемных устройств системы вентиляции и кондиционирования воздуха; 4) внешний гидродинамический шум, связанный с образованием корабельных волн.

Величина уровня звука на выходе из коллектора судовых дизелей () определяется по формуле

,	(1)
где	–	величина уровня звука на выходе из коллектора судовых дизелей, дБА;
	–	диаметр цилиндра дизеля, м;
	–	число цилиндров;
	–	частота вращения коленчатого вала, мин-1;
	–	коэффициент тактности (для четырехтактных дизелей = 0,5; для двухтактных = 1;
	–	снижение уровня звука газоотвода системой газотурбонаддува дизеля, принимаемое для дизелей с наддувом – 6 дБА, а без наддува – 0.

Предельно допустимые значения уровня звука газоотвода на выходе из коллектора зависят от установленных на газовом тракте устройств и принимаются в соответствии с табл. П.1.

При оценке внешнего шума газоотвода с предельно допустимым значением сравнивается уровень звука газоотвода каждого дизеля, установленного на судне (главные и вспомогательные двигатели).

Внешний шум от открытых световых люков МО оценивается «Корректированным уровнем звуковой мощности» дизеля по формуле:

,	(2)
где	–	корректированный уровень звуковой мощности дизеля, дБА;
	–	частота вращения вала дизеля, мин-1;
	–	количество дизелей;
	–	номинальная мощность дизеля, кВт.

В этом случае предельно допустимые значения корректированных уровней звуковой мощности дизелей зависят от наличия в МО и шахте звукопоглощающих конструкций, а также суммарной площади ограждений МО, которая рассчитывается по формуле:

,	(3)
где	–	суммарная площадь ограждений МО, м2;
	–	длина МО, м;
	–	ширина МО, м;
	–	высота МО, м.

Для водоизмещающих судов всех групп и скоростных судов первой группы величина принимается по табл. П.2.

Для скоростных судов 1-й и 3-й группы предельно допустимые значения увеличиваются соответственно на 5 и 3 дБА.

Внешний шум от воздуховытяжных и воздухоприемных устройств системы вентиляции и кондиционирования воздуха оценивается корректированным и измеренным уровнем звуковой мощности судовых вентиляторов, излучаемой в воздуховод системы. Величина этой мощности со стороны нагнетания определяется по формуле

,	(4)
где	–	корректированный уровень звуковой мощности судового вентилятора со стороны нагнетания, дБА;
	–	подача вентилятора, м3/ч;
	–	полное давление, развиваемое вентилятором, Па.

Корректированный уровень звуковой мощности судового вентилятора со стороны всасывания определяется по формуле:

,	(5)
где	–	корректированный уровень звуковой мощности судового вентилятора со стороны всасывания, дБА;
	–	корректированный уровень звуковой мощности судового вентилятора со стороны нагнетания, дБА.

Предельно допустимое значение корректированного уровня звуковой мощности для воздуховытяжных и воздухоприемных устройств составляет для водоизмещающих судов всех групп и скоростных судов первой группы – 111 дБА, а для скоростных судов 2-й и 3-й групп – 116 и 114 дБА соответственно.

С предельно допустимым значением сравнивается суммарный уровень звуковой мощности воздуховытяжных или воздухоприемных устройств всех вентиляторов, выходящих на один борт.

Внешний гидродинамический шум связан с образованием корабельных волн.

Уровень звука, создаваемый этим источником шума, принято характеризовать произведением мощности судна (N) на его ширину (В).

Предельно допустимое значение параметра (N∙В) кВт∙м для различных групп судов в соответствии с их нормативным значением ВШХ приведено в табл. П.3.

Расчеты по первому пункту сводятся в таблицу, в которой приводятся полученные значения акустических характеристик для всех источников, их предельно допустимые значения и результаты сравнения (есть или нет превышение).

Для дальнейших расчетов отбираются только источники шума, уровень звука от которых превышает предельно допустимые значения.

2. Расчет уровня звука за бортом судна

 

Ранее отмечалось, что в качестве ВШХ судна используется наибольшее значение уровня звука (в дБА) на расстоянии 25 м от плоскости борта. Для построения такой характеристики необходимо вначале определить уровень звука отдельных источников шума на этом расстоянии от борта судна.

Уровень звука, излучаемого кормовой системой волн судна, определяется по формуле

,	(6)
где	–	уровень звука, излучаемого кормовой системой волн судна, дБА;
	–	ширина судна, м;
	–	мощность главной силовой установки, кВт.

Уровень звука, излучаемого носовой системой корабельных волн, рассчитывается по формуле

,	(7)
где	–	уровень звука, излучаемого носовой системой волн судна, дБА.

Уровень звука на расстоянии 25 м от борта, создаваемый системой газоотвода дизеля, определяется следующим образом:

,	(8)
где	–	уровень звука на расстоянии 25 м от борта, создаваемый системой газоотвода дизеля, дБА;
	–	уровень звука на выходе из газоотводного коллектора на расстоянии 1 м, определяемого по формуле (1), дБА;
	–	затухание шума в газоотводном тракте, дБА;
	–	суммарное затухание шума в заглушающих устройствах, дБА;
	–	расстояние от выхода газоотводного тракта до борта, м.

Величина определяется по следующей формуле:

 

,	(9)
где	–	затухание шума в газоотводном тракте, дБА;
	–	расстояние от выхлопного коллектора двигателя до среза выхлопной трубы, м;
	–	количество поворотов на этом участке дымохода.

Величина затухания шума в заглушающих устройствах (утилизационные котлы, искрогасители, глушители шума выхлопа) приведена в табл. П.4.

Подавление шума реактивным глушителем с загнутыми трубками (см. табл. П.4) зависит от коэффициента расширения (), который равен:

,	(10)
где	–	коэффициент расширения;
	–	площадь поперечного сечения расширительной камеры, м2;
	–	площадь поперечного сечения газоотводного трубопровода, м2.

Одним из основных источников шума, излучаемого судном, являются открытые световые люки шахт МО. При расчете уровня звука предполагается, что в МО, имеющем шахту, расположены только главные двигатели и дизель-генераторы. Шумом остальных механизмов пренебрегают как незначительным по сравнению с уровнем звуковой мощности главных и вспомогательных двигателей.

Учитывается также расположение шахт МО. Чаще всего встречаются два варианта расположения шахт, показанные на рис. 1.

 

Рис. 1. Расположение шахт МО судов в диаметральной плоскости (ДП) (а)

и по бортам (б)

Уровень звука, излучаемый открытым световым люком шахты МО, выходящим на борт, для которого производится расчет, определяется по формуле:

,	(11)
где	–	уровень звука, излучаемый открытым световым люком шахты МО, выходящим на борт, для которого производится расчет, дБА;
	–	уровень звука в сечении шахты по световому люку, дБА;
	–	площадь проема светового люка на рассматриваемом борту, м2;
	–	расстояние от светового люка до борта, для которого производится расчет, м;
	–	количество открывающихся световых люков рассматриваемого борта.

Уровень звука для противоположного борта в этом случае определяется по формуле

,	(12)
где	–	уровень звука для противоположного борта, дБА;
	–	площадь проема светового люка, м2;
	–	ширина судна, м;
	–	число открывающихся световых люков.

Для шахт, расположенных в ДП судна (см. рис.1), уровень звука, создаваемый открытыми световыми люками, рассчитывается логарифмическим суммированием уровней звука обоих бортов.

Уровень звука в сечениях шахты МО по каждому световому люку рассчитывается отдельно для главных двигателей и для дизель-генераторов по следующей формуле:

,	(13)
где	–	уровень звука в сечениях шахты МО по каждому световому люку, дБА;
	–	корректированный уровень звуковой мощности главного двигателя, дизель-генератора, определяемый по формуле (2), дБА;
	–	количество одновременно работающих одинаковых дизелей;
	–	затухание звука в помещении МО, дБА;
	–	акустическая эффективность звукопоглощающих конструкций в МО, дБА;
	–	спад уровня звука в шахте, дБА, при наличии в ней звукопоглощающих конструкций;
	–	затухание шума на выходе из светового люка, дБА.

Затухание звука в помещении МО () представляет собой функцию спектра шума двигателя () и полной площади ограждений МО ():

(14)

С достаточной для практических расчетов точностью эта величина определяется графически (рис. 2).

Характеристика спектра шума дизелей () определяется с применением графика (рис. 3).

Акустическая эффективность звукопоглощающих конструкций, установленных в МО (), представляет собой функцию от характеристик спектра шума в МО (), площади ограждений МО () и площади звукопоглощающих конструкций (), при этом:

.

(15)

Для практических расчетов величина определяется с помощью графика (рис. 4).

На рис. 4 величина площади звукопоглощающих конструкций дана в долях ограждающих конструкций МО (= 0,2; = 0,6).

Спад уровня звука в шахте при наличии в ней звукопоглощающих конструкций определяется по формуле

,	(16)
где	–	спад уровня звука в шахте при наличии в ней звукопоглощающих конструкций, дБА;
	–	высота шахты МО, (см. рис. 1), м.

 

 

Рис. 2. Величина , учитывающая затухание звука в помещении

Затухание шума на выходе из светового люка представляет собой функцию вида

,	(17)
,	(18)
где	–	затухание шума на выходе из светового люка, дБА;
	–	характеристика спектра шума на выходе из светового люка высоты шахты МО, дБА;
	–	площадь расчетного светового люка, м2.

 

 

Рис. 3. Характеристика спектра шума дизеля

Величина определяется по формуле

,	(19)
где	–	изменение спектра шума в МО в результате установки звукопоглощающих конструкций, дБА;
	–	изменение спектра шума в шахте МО при установке в ней звукопоглощающих конструкций, дБА.

Величину определяют по графику рис. 5 в зависимости от характеристики спектра шума в МО () и площади его ограждающих конструкций ().

Величину определяют по диаграмме (рис. 6) в зависимости от или (+), для МО соответственно без звукопоглощающих конструкций или с их наличием.

 

Рис. 4. Акустическая эффективность звукопоглощающих

конструкций МО

После определения величины и рассчитывают затухание шума на выходе из светового люка. Практически для этого пользуются графической формой функции (17), показанной на рис. 6.

 

Рис. 5. Изменение спектра шума в МО после установки

звукопоглощающих конструкций

 

Рис. 6. Затухание шума () на выходе светового люка