Захист від випромінювання

На машинобудівних виробництвах найбільш поширеними є теплові (інфрачервоні) та електромагнітні випромінювання. Захист від теплового випромінювання розглянуто в розділу 1.1.4 приклади 37 – 43. Для захисту від електромагнітного випромінювання дуже часто використовують екрани, методика розрахунку яких наведено у прикладах 93 – 95. Використання іонізуючого випромінювання не є поширеним на машинобудівних виробництвах. Можливість його впливу виникає при аварійних ситуаціях. Розрахунок засобів захисту від іонізуючого випромінювання наведено у прикладу 96.

Приклад 93. 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.

Розв’язання. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі λ у метрах за формулою:

(1.84)

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. 1.61 [21].

Таблиця 1.61 – Формули для розрахунку розміру зон випромінювання

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. Г.1 додатку Г).

Фактична напруженість складових електромагнітного поля залежить від характеристик джерела випромінювання, часу роботи, характеристик середовища та розташування робочого місця відносно джерела випромінювання. При ізотропному випромінюванні напруженість електричного і магнітного полів визначають за формулами згідно табл. 1.62 [21].

Таблиця 1.62 – Формули для розрахунку напруженості ЕМП

Найменування зони	Формули для розрахунку напруженості
електричного поля, В/м	магнітного поля, А/м
Ближня зона
Дальня зона

Примітка. Позначення у формулах: І – сила струму у провіднику (антені), А; ℓ – довжина провідника (антени), м; ε – діелектрична проникність середовища, Ф/м (для повітря ε=1); ω – кругова частота, с^-1; f – частота поля, Гц; х – відстань від джерела випромінювання, м.

Очікувана напруженість складових ЕМП у розрахункової точці визначаємо за формулами з табл. 1.62 для ближній зони:

що значно менше ГДР;

що перевищує ГДР.

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

(1.85)

Потрібне ослаблення складає 41,4 / 5 = 8,28.

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

(1.86)

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 94. 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.

Розв’язання. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі у метрах за формулою (1.84):

Отже робоче місце знаходиться у дальній зоні (дивись табл. 1.61).

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

(1.87)

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 (1.87) складає 0,333 Вт/м².

Знаходимо ефективну площу антени:

Коефіцієнт посилення антени за потужністю визначають за формулою:

(1.88)

де k – коефіцієнт, що враховує конструкцію антени;

S_e – ефективна площа антени, м².

Коефіцієнт посилення антени за формулою (1.88):

Густину потоку енергії при направленому випромінюванні визначають за формулами:

у ближній зоні

у дальній зоні

де S – геометрична площа антени, м²;

P – середня потужність випромінювання, Вт;

– коефіцієнт посилення антени за потужністю;

х – відстань до джерела випромінювання, м.

Густина потоку енергії на відстані 20 м складає:

Необхідна ефективність екранування, аналогічно формулі (1.85), складає

Мінімальну товщину екрану (мм), яка забезпечить задану ефективність екранування визначаємо за формулою (1.86):

З конструктивних міркувань приймаємо товщину екрану 0,5 мм.

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

Приклад 95. Визначити відстань, на якій не вимагатиметься екранування від випромінювача ЕМП у вигляді направленої антени, ефективна площа якої 0,012 м², потужність 1500 Вт, частота 20 ГГц. Час роботи 24 години. Коефіцієнт, що враховує конструкцію антени, прийнять рівним 6.

Розв’язання. Розрахуємо довжину електромагнітної хвилі у метрах за формулою (1.84):

Коефіцієнт посилення антени за формулою (1.88):

Гранично допустимий рівень густини потоку енергії ЕМП визначаємо за формулою (1.87):

Розв’язуючи формулу для густини потоку енергії у дальній зоні відносно х 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.

Приклад 96. В аварійних умовах можливо виникнення γ-випромінювання, рівень якого більше допустимого у 5 разів. Джерело випромінюванню постійно знаходиться у робочому приміщенні. Розробити заходи захисту робітників від іонізуючого випромінювання.

Розв’язання. Захист від іонізуючого випромінювання може здійснюватися наступними шляхами [2]:

– скорочення часу роботи;

– віддалення робочого місця від джерела випромінювання;

– екранування джерела випромінювання.

В даному випадку доцільно використовувати екранування джерела. Для проектування захисного екрану потрібно визначити матеріал та товщину екрану, які залежать від типу випромінювання, енергії частин та потрібної ступені послаблення. Для захисту від γ-випромінювання потрібно використовувати речовини з великим атомним номером (свинець, залізо) [15]. Наприклад, свинцеве скло товщиною 5 см послабляє випромінювання у 4 разу, а екран зі залізо той самої товщини послабляє випромінювання у 8 разів. Вибираємо екран зі заліза.

Завдання для самостійного рішення

1. У виробничому приміщенні протягом 8-годинної зміни працюють 3 джерела шуму. Рівень звуку та час їх роботи протягом зміни: 1-е джерело 85 дБ, 2 години, 2-е джерело 75 дБ, 2 години, 3-е джерело 65 дБ, 4 години. Допустимий рівень звуку 80 дБА. Визначити відповідність рівня звуку санітарним нормам.

2. У приміщенні одночасно працюють 5 верстатів, рівень шуму від яких у розрахунковій точці становить 80 дБА, 65 дБА, 86 дБА, 83 дБА, 70 дБА. Визначити потрібне зниження шуму для кожного з джерел шуму з тим, щоб загальний їх рівень не перевищував допустимого 80 дБА.

3. У цеху знаходиться 3 джерела шуму, рівень звуку яких відповідно дорівнює 85 дБ, 75 дБ, 90 дБ. Відстань від робочого місця оператора до джерел шуму відповідно дорівнює 3 м, 4 м, 5 м. Запропонувати заходи щодо захисту оператора від виробничого шуму.

4. Виконати проект стіни (з вікном та дверима) та перекриття кабіни спостереження залу вібростендів, що має розміри 10∙8∙6 м. Розміри кабіни спостереження 6∙4∙3 м. Площа глухої частини стіни 28 м², перекриття кабіни спостереження 38 м², дверей 3 м², вікна 2 м². Сумарний рівень звукової потужності, випромінюваної всіма вібростендами, складає 98 дБА.

5. Визначити ефективність акустичного екрану, який знаходиться на відстані 3 м від джерела шуму в октавної смузі з частотою 250 Гц. Розміри приміщення: довжина 10 м, ширина 8 м, висота 6 м.

6. У повітроводу вентиляційного пристрою перерізу 0,3 м на 0,8 м необхідно зменшити рівень шуму на 35 дБ за рахунок личкування плитами з коефіцієнтом поглинання 0,3. Визначити довжину личкування повітроводу.

7. У приміщенні, довжина якого 10 м, ширина 10 м і висота 4,5 м знаходиться джерело шуму з рівнем звукового тиску 85 дБ із переважною частотою 1000 Гц. Стіни виконані з цеглини, перекриття і поли бетонні. Вікна мають площу 10 м2. Визначити рівень звукового тиску в приміщенні після акустичної обробки матеріалом з коефіцієнтом звукопоглинання 0,98. Зробити висновок про доцільність застосування акустичної обробки.

8. Визначите власну звукоізоляцію стіни для зниження низькочастотного, середньочастотного і високочастотного шуму. Будівельний матеріал стіни – цеглина, оштукатурена із двох сторін, маса 1 м² стіни 470 кг. Зробити висновок, на якій частоті більш ефективно використовувати дану будівельну конструкцію.

9. Визначити скільки часу протягом 8-годинної зміни може працювати у цеху гучна установка з рівнем шуму 92 дБА при фоновому рівні 65 дБА з тим, щоб еквівалентний рівень шуму був не вищий допустимого 80 дБА.

10. Звукоізолюючий кожух гучної установки має ефективність 30 дБ А. Визначити потрібну товщину силікатного скла для глухого вікна у кожусі установки, яка б забезпечила звукоізоляцію на потрібному рівні.

11. Визначити оптимальну величину зазору між звукопоглинаючими перфорірованими панелями і стіною, щоб забезпечити умову максимального звукопоглинання. Частота шуму джерела коливань 500 Гц, рівень шуму 85 дБА, швидкість звуку у повітрі 340 м/с, товщина звукопоглинаючого шару 4 см. Визначити також ефективність звукоізоляції при масі одиниці площі панелі 10 кг/м², стіни – 400 кг/м².

12. Оцінити строк та імовірність ризику вібраційного захворювання. Умови праці з перфоратором (L=128 дБ): температура повітря 10^оС, рівень шуму 110 дБ, категорія важкості праці – II. Відомо, що при роботі з перфоратором без додаткових факторів імовірність ризику вібраційного захворювання складає 1,4%.

13. Розрахувати віброізоляцію вібромайданчика та віброгасний фундамент, забезпечивши дотримання допустимих параметрів вібрації робочих місць. Виконати різні варіанти влаштування віброізоляції. Визначити ефективність розрахованих віброізолювальних пристроїв. Вібромайданчик з вертикально спрямованим напрямком коливань має загальну вага 15000 Н, в тому числі вага рухомих частин 9300 Н; частота коливань 50 Гц; максимальний кінетичний момент дебалансів 4200 Н∙см, розмір віброплатформи 5 м на 2,5 м; ґрунт – пісок середньої крупності.

14. Розрахувати площу і висоту гумових прокладок під електромотор зі швидкостю обертання 1000 хв.-1 Маса установки з опорною рамою 300 кг. Динамічний модуль пружності гуми 153∙105 Н/м2, допустиме статичне навантаження 5∙105 Н/м2.

15. Розрахувати пружині віброізолятори для відцентрового компресору масою 500 кг, швидкість обертання 900 хв.-1. Кількість амортизаторів – 4.

16. Визначити товщину суцільно екрану із алюмінію для високочастотної установки ізотропного випромінювання з частотою 50 кГц. Довжина провідника 3 м, сила струму 120 А. Робоче місце розташовано на відстані 2 м від джерела випромінювання.

17. Визначити необхідну товщину суцільно екрану із міді для робочого місця, розташованого на відстані 10 м від антени, радіус якої 1,5 м. Потужність випромінювання 300 Вт, частота 16 ГГц. Час перебування персоналу у зоні випромінювання 8 годин. Коефіцієнт, що враховує конструкцію антени, прийняти рівним 8, коефіцієнт корисної дії антени – 0,7.

18. Визначити відстань, на якій не потрібне екранування від випромінювача ЕМП у вигляді направленої антени, ефективна площа якої 0,02 м², потужність 800 Вт, частота 20 ГГц. Час роботи 24 години. Коефіцієнт, що враховує конструкцію антени, прийнять рівним 6.