Ультразвук представляет собой механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую природу, но отличающиеся более высокой частотой, превышающей принятую верхнюю границу слышимости - свыше 20 кГц, хотя при больших интенсивностях (120-145 дБ) слышимыми могут быть и звуки более высокой частоты.

Ультразвуковой диапазон частот подразделяется на низкочастотные колебания (от 1,12 10 4 до 1,0 10 5 Гц), распространяющиеся как воздушным, так и контактным путем, и высокочастотные колебания (от 1 10 5 до 1 10 9 Гц), распространяющиеся только контактным путем.

Ультразвук, как и звук, характеризуется звуковым давлением (Па), интенсивностью (Вт/м 2) и частотой колебаний (Гц).

При распространении в различных средах ультразвуковые волны поглощаются, причем тем больше, чем выше их частота. Низкочастотный ультразвук довольно хорошо распространяется в воздухе, а высокочастотный практически не распространяется. В упругих средах (воде, металле и др.) ультразвук мало поглощается и способен распространяться на большие расстояния практически не теряя энергии.

По мере распространения ультразвуковой волны в заданном направлении происходит рассеивание и поглощение ультразвука, т.е. его затухание и переход ультразвуковой энергии в другие формы, например в тепловую, механическую и др.

Специфической особенностью ультразвука, обусловленной большой частотой и малой длиной волны, является возможность распространения ультразвуковых колебаний направленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Они могут создавать на сравнительно небольшой площади значительное ультразвуковое давление. Это свойство ультразвука обусловило его широкое применение: для очистки деталей, механической обработки твердых материалов, сварки, пайки, лужения, ускорения химических реакций, дефектоскопии, проверки размеров выпускаемых изделий, структурного анализа веществ, для обработки и передачи сигналов радиолокационной и вычислительной техники и др. Ультразвук нашел применение и в медицине - для диагностики и терапии различных заболеваний, резки и соединения биологических тканей, стерилизации инструментов.

Активное воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в нем, обусловлено в большинстве случаев нелинейными эффектами. В жидкостях основную роль при воздействии ультразвука на вещества и процессы играет кавитация, т.е. образование в жидкости пульсирующих каверн, полостей, заполненных паром или газом, которые резко захлопываются при переходе в область повышенного давления, вызывая разрушение поверхностей твердых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью.

Воздействие ультразвука на биологические объекты различно в зависимости от его интенсивности и длительности облучения. При малых интенсивностях (до 2-3 Вт/см 2) на частотах 10 5 -10 6 Гц ультразвук производит микромассаж тканевых элементов, способствуя лучшему обмену веществ. При повышении интенсивности наблюдается ряд эффектов, которые и определяют биологическое действие ультразвука на органы и ткани организма. К таким эффектам относятся:

• механический, вызываемый знакопеременным смещением (сгущение и разрежение) среды и кавитацией;
• термический (тепловой), возникающий вследствие выделения тепла при поглощении тканями ультразвуковой энергии;
• физико-химический (фотоэлектрохимический), обусловленный окисляющим и каталитическим действием ультразвукового поля с ускорением процессов диффузии через биологические мембраны и изменением скорости биологических реакций.

Давая общую характеристику воздействия ультразвука на организм, можно заключить, что малые интенсивности ультразвука обладают стимулирующим действием, средние и высокие угнетают, тормозят и могут полностью нарушить функцию и морфологию структур организма.

На практике источниками ультразвука являются технологическое оборудование приборы и аппараты, генерирующие ультразвуковые колебания от 18 кГц до 100 МГц и выше, а также оборудование, в котором при работе ультразвуковые колебания возникают как сопутствующий фактор.

Промышленные ультразвуковые установки обычно состоят из генератора электрических импульсов и преобразователя, трансформирующего их в ультразвуковые колебания. В основном они работают в частотном диапазоне от 18 до 30 кГц при интенсивности до 60-70 кВт/м 2 .

В процессе обслуживания этих установок работающие могут подвергаться воздействую ультразвука, во-первых, при его распространении в воздухе (чаще всего вместе с шумом) и, во-вторых, при непосредственном соприкосновении с жидкими и твердыми телами, по которым распространяется ультразвук (контактное воздействие). Контактное воздействие возникает при удержании инструмента во время пайки, сварки, лужения, при загрузке изделий в ванны и т.п.

При длительной работе с низкочастотными ультразвуковыми установками, генерирующими высокочастотный шум и ультразвук, превышающие установленные нормы, могут произойти функциональные изменения центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.

Работающие жалуются на головные боли, усиливающиеся к концу работы, с преимущественной локализацией в орбитальной и височной областях, головокружение, повышенную утомляемость, раздражительность, сонливость. У работающих наблюдается повышение порогов возбудимости болевого, слухового, вестибулярного и других анализаторов, понижение артериального давления, гипертония, явления умеренного вегетативного полиневрита рук (реже ног). У работающих, которые кроме воздействия через воздух подвергаются и контактному воздействию, симптоматика нарушения здоровья выражена больше, особенно за счет явлений вегетативного полиневрита.

Длительная работа с интенсивным ультразвуком при его контактной передаче на руки может вызвать поражение периферического и сосудистого аппарата (вегетативные полиневриты, парезы пальцев). При этом степень выраженности изменений зависит от времени контакта с ультразвуком и может усиливаться под влиянием неблагоприятных сопутствующих факторов производственной среды.

Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89 «ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности» и СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения».

Гигиенической характеристикой воздушного ультразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления (дБ) в третьок- тавных полосах (fjf n = 1/2= 1,26) со среднегеометрическими частотами 12,5-100 кГц. Допустимые уровни высокочастотных звуков и ультразвуков при эксплуатации ультразвуковых установок приведены в табл. 7.3.

Нормируемым параметром ультразвука, распространяющегося контактным путем, является пиковое значение виброскорости (м/с)

Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах

или его логарифмический уровень (дБ), определяемый по выражению

где V - пиковое значение виброскорости, м/с; V Q - опорное значение виброскорости, равное 5 10 -8 м/с.

Допустимые уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами ультразвуковых приборов приведены в табл. 7.3.

Допустимые уровни контактного ультразвука следует принимать на 5 дБ ниже значений, указанных в табл. 7.4 в тех случаях, когда работающие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука.

Таблица 7.4

Допустимые уровни виброскорости и ее пиковые значения на рабочих местах

Контроль уровней ультразвука требуется проводить после установки ультразвукового оборудования, его ремонта и периодически в процессе эксплуатации не реже одного раза в год.

Требования к ультразвуковой характеристике оборудования определяются ГОСТ 12.2.051-80 «ССБТ. Оборудование технологическое ультразвуковое. Требования безопасности». Предприятие-изготовитель должно указывать в эксплуатационной документации производственного оборудования ультразвуковую характеристику - уровни звукового давления в третьоктавных полосах принятого диапазона частот, измеряемые в контрольных точках на высоте 1,5 м от пола, на расстоянии 5 м от контура оборудования и не менее 2 м от отражающих поверхностей.

Измерения следует производить не менее чем в четырех контрольных точках по контуру оборудования; при этом расстояние между точками измерения не должно превышать 1 м. В паспорт оборудования вносится максимальная из измеренных величин.

Для защиты от повышенных уровней ультразвука можно использовать следующие действия: уменьшение вредного излучения ультразвуковой энергии в источнике ее возникновения; локализацию действия ультразвука конструктивными и планировочными решениями; проведение организационно-профилактических мероприятий.

Для уменьшения вредного излучения звуковой энергии в источнике рекомендуется повышать рабочие частоты источников ультразвука, что обеспечивает уменьшение интенсивности ультразвука.

С целью локализации все установки, при работе которых уровни высокочастотного шума и ультразвука превышают нормативные значения, должны быть оборудованы звукоизолирующими устройствами (кожухи, экраны), имеющими облицовку из звукопоглощающих материалов (техническая резина, гетинакс, рубероид, противошумная мастика и др.). Если эти меры не дают положительного эффекта, ультразвуковые установки следует размещать в отдельных помещениях и кабинах, облицованных звукопоглощающим материалом.

Конструктивно-планировочные решения предусматривают разработку автоматического ультразвукового оборудования с отключением его при выполнении вспомогательных операций, а также установок с дистанционным управлением. Это позволяет почти полностью устранить контактное воздействие ультразвука на работающих и до безопасного минимума сократить время возможного пребывания работающих в условиях воздействия ультразвука и высокочастотного шума.

В тех случаях, когда выключение оборудования нежелательно, для исключения контактного воздействия ультразвука необходимо применять специальный инструмент с виброизолирующей рукояткой и защищать руки резиновыми перчатками с хлопчатобумажной подкладкой. Например, при загрузке изделий в ванны для очистки используют сетки, снабженные ручками с виброизолирующим покрытием (пористая резина, поролон и т.п.).

Организационно-профилактические мероприятия заключаются в проведении инструктажа работающих о характере воздействия ультразвука, мерах защиты и безопасного обслуживания ультразвуковых установок, а также в установлении рациональных режимов труда и отдыха. При систематической работе с источниками контактного ультразвука в течение более 50% рабочего времени необходимо предусматривать два регламентированных перерыва - десятиминутный перерыв за 1-1,5 ч до и пятнадцатиминутный перерыв через 1,5-2 ч после обеденного перерыва для проведения физиопрофилактических процедур.

Нормирование ультразвука.

Ультразвук также широко применяется в промышленности: пайка-сварка, механическая обработка твердых и хрупких материалов, дефектоскопия.

Однако ультразвук вредно воздействует на человека: перегрев тканей тела, слабость, усталость, головные боли, боли в ушах.

Согласно ГОСТ 12.1.001-75 установлены допустимые уровни звукового давления на рабочих местах: (ГОСТ 12.1.001-75.Ультразвук. Общие требования безопасности. 1982 г.).

Для полос частот со среднегеометрической частотой 12500 ГЦ уровень звукового давления - 75 дБ; для 16000 Гц - 85, для 20000 и свыше - 110 дБ.

Защита от ультразвука

Вредное воздействие ультразвука снижается за счет:

Эти меры обеспечивают защиту от ультразвука через воздух. Защита от давления ультразвука при контактном облучении состоит в полном исключении непосредственного прикосновения работающих с инструментом, жидкостью и изделиями. Загрузку и выгрузку изделий производят при выключенном источнике ультразвука, или при помощи щипцов с удлиненными и виброизолированными ручками.

• - организационно-профилактическими мероприятиями (ограничение возраста - 16 лет, медицинские осмотры, обучение и инструктаж, режим труда и отдыха);
• - применение средств индивидуальной защиты (резиновые перчатки).

Применяются специальные держатели, манипуляторы для дистанционного управления, т.к.ультразвук воздействует на человека (руки) через твердые и жидкие среды.

Многие из средств и мер по борьбе с шумом применимы к ультразвуку, в том числе и индивидуальные защитные средства.

Контроль уровней звукового давления (ультразвука) проводится после установки оборудования, его ремонта и периодически, не реже 1 раза в год, в 5 см от уха работающего в его основной рабочей позе. Временная характеристика прибора переключается в положение "быстро".

Предприятие-изготовитель должен указывать в документации ультразвуковую характеристику оборудования - уровни звукового давления в контактных точках на высоте 1,5 м от пола, на расстоянии 0,5 м от контура машины и не менее 2 м от окружающих поверхностей. Измерения проводятся не менее чем в четырех контрольных точках, расстояние между которыми не должно превышать 1 м.

1. Использование в оборудовании более высоких рабочих частот, для которых допустимые уровни звукового давления выше.

2. Изготовление оборудования, излучающего ультразвук, в звукоизолирующем исполнении.

3. Устройство экранов (из листовой стали или дюралюминия, оргстекла).

4. Размещение ультразвуковых установок в специальных помещениях.

6. Применение индивидуальных защитных средств.

Защита от инфразвука

Основными источниками инфразвука являются двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, вентиляторы, поршневые компрессоры; машины, работающие с числом работающих циклов менее 20 в секунду.

Под действием инфразвука возникают головные боли, осязаемое движение барабанных перепонок, вибрации внутренних органов, появление чувства страха, нарушение функции вестибулярного аппарата и т.д.

Мероприятия по борьбе с инфразвуком: повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения в область слышимых частот; повышение жесткости конструкций; устранение низкочастотных вибраций; установка глушителей реактивного типа (резонансных, камерных).

Защита от вибраций

Вибрация – механические колебания упругих тел при низких частотах (1 – 100 Гц), передаются на человека через конструкцию машин, фундамент, пол.

Систематическое воздействие вибраций вызывает вибрационную болезнь с потерей трудоспособности. Эта болезнь возникает постепенно, сопровождается головными болями, раздражительностью, плохим соном. Появляются боли в суставах, судороги пальцев, спазмы сосудов и нарушение питания тканей тела. Особенно опасны вибрации с частотой 6 – 9 Гц, близкие к колебаниям внутренних органов.

Согласно санитарным нормам определяются предельно допустимые параметры вибраций на рабочем месте в зависимости от частоты. К этим параметрам относятся: скорость колебаний, амплитуда перемещения. Измерение вибраций производятся виброметрами.

Защита от вибраций

1. Уменьшение вибраций в источнике его возникновения (замена ударных механизмов безударными, применение шестерен со специальными видами зацеплений, повышение класса точности обработки, балансировка и т.д.).

2. Отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы.

3. Виброизоляция (применение прокладок из резины, пружины и т.д.).

4. Вибропоглощающие покрытия из фетра, войлока, резины, пластмассы, мастики и т.д.

5. Динамическое гашение колебаний – присоединение к защищаемому объекту дополнительно колеблющейся массы, работающей в противофазе с основной возмущающей силой.

6. Организационные мероприятия.

7. Индивидуальные средства защиты (виброзащитные перчатки, обувь).

Защита от инфразвука

Характеристики и источники инфразвука

В воздухе инфразвук распространяется очень хорошо, так как слабо затухает.

Естественные источники инфразвука: землетрясения, извержения вулканов и т.п.

Промышленные источники инфразвука: тихоходные, крупногабаритные машины (доменная печь, воздуховоды, компрессорные установки), любые установки с частотой изменения параметров меньшей 20 раз в секунду.

Физические характеристики инфразвука:

частота f, Гц;

инфразвуковое давление Р, Па;

интенсивность инфразвуковых колебаний I, Вт/м 2 .

Физиологические характеристики инфразвука:

уровень инфразвукового давления

L P = 20 lg, дБ,

где Р - инфразвуковое давление источника шума,

Р 0 - инфразвуковое давление на пороге слышимости;

уровень интенсивности

L 1 = 10lg, дБ,

где I - интенсивность инфразвука источника шума,

I 0 - интенсивность инфразвука на пороге слышимости.

Р 0 и I 0 определяются для частот f = 1 кГц, хотя она и лежит за пределами инфразвукового диапазона.

Воздействие инфразвука на организм человека

Источником инфразвука являются: природные явления, генераторы, вентиляция и др. Неблагоприятное воздействие инфразвука на организм человека заключается в том, что он слабо задерживается средой и проникает через огромные толщи зданий, сооружений и воздействует на внутренние органы человека, приводя их в колебательные состояния. Если частота колебаний внутренний органов совпадает с частотой колебания с б ритмами мозга наступает резонанс, что может привести к разрушению внутренних органов. Инфразвук при уровне звукового давления до 60 дБ не оказывает вредного воздействия. При уровне звукового давления от 70 до 120 дБ возникает психологический дискомфорт, слабость, потеря внимания. При уровне звукового звукового давления больше 150 дБ может наступить летальный исход.

Тяжесть воздействия зависит:

от диапазона частот;

уровня инфразвукового давления;

длительности воздействия.

Меры защиты от инфразвука

В помещении, где генерируется инфразвук рекомендуется после каждых 2 ч работы делать 20-минутные перерывы. Установки источника инфразвука размещают в отдельностоящих зданиях, либо в подвалах зданий (удаляют от людей). Применяют перегородки, закрепленные на шарнирах, которые демпфируют звук. Удаление источников инфразвука от людей - основной метод, при этом расстояние должно быть более 300 м от жилых районов.

Защита от ультразвука

Характеристики и источники ультразвука

Ультразвук характеризуется следующими параметрами:

частотой f , Гц;

давлением ультразвука Р, Па;

интенсивностью ультразвуковых колебаний I, Вт/м 2

Источники: ультразвуковые установки, оборудование излучающее ультразвук наряду с другими колебаниями, природные явления.

Различают низкочастотные ультразвуковые колебания с частотой f = 11…100 кГц и высокочастотные ультразвуковые колебания с частотой 100 кГц < f < 1 ГГц.

Воздействие ультразвука на организм человека

При воздействии ультразвука на организм человека водный компонент подвергается движением называется кавитация с образованием массы пузырьков, которые затем захлопываются, что приводит к увеличению давления и разрыву живой ткани. Ультразвук переходит в разряд вредных, а затем опасных при уровне уровне ультразвуке более 115 дБ.

Меры защиты от ультразвукового излучения

Нормирование и меры защиты выполняются согласно ГОСТу 12.1.001-89 «Ультразвук. Общие требования безопасности».

Для низкочастотного ультразвука (распространяется воздушным путем) нормируется уровень давления для среднегеометрических частот 1/3- октавных полос в герцах 12500; 16000; 20000 и выше, L p , дБ, (табл. 4.2).

Для высокочастотного ультразвука (распространяется контактным путем) нормируется уровень виброскорости L v в октавных полосах частот 125000; 250000 и выше, Гц L p , дБ (табл. 4.3).

Таблица 4.2

Уровень допустимого давления ультразвука

Одним из направлений защиты от электрозвука является уменьшение его источника. Кроме того используют защиту расстояния, средства звукопоглощения (кожухи из оргстекла с внутренним звукопоглощающим покрытием) также применяют средства автоматизации и дистанционного управления процессами.

Средствами индивидуальной защиты от электрозвуков являются противошумы (наушники, беруши).