Акустический расчет механического цеха

 

Цех имеет большое количество электроприемников, но для расчета принимаем два вида источников шума, остальными источниками можно пренебречь, так как их уровень звукового давления ниже на 10 дБ более шумных.

На рисунке 4.1 показан план цеха с нанесением на него электроприемников, имеющих высокий уровень звукового давления.

 

Рисунок 4.1 - План механического цеха

 

Где точка А является расчетной точкой, которая находится в середине помещения между станками на высоте 1,5 м от пола; r₁ - r₁₀ - расстояние от акустических центров до расчетной точки.

4.2.1 Определение допустимых уровней звукового давления L_доп для расчетных точек

В производственном помещении объемом 14400 м³ размещено 10 источников шума двух типов: 6 - источников одного типа (пресса), обозначаемых ИШ_I (L_р1) и 4 - другого (вертикально-сверлильные станки), обозначаемых ИШ_II (L_р2). Уровни звуковой мощности, излучаемой каждым источником приведены в таблице 4.2 Расстояние от акустических центров до расчетной точки: r₁=10 м; r₂=17,5 м; r₃=23 м; r₄=9,5 м; r₅=11,2 м; r₆=13 м; r₇=16 м; r₈=17,8 м; r₉=18 м; r₁₀=20 м.

 

Таблица 4.2 - Уровни звуковой мощности источников шума.

Величина, дБ	Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц.
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lр1	83	83	89	89	90	91	90	89
Lр2	81	82	83	86	85	84	90	84

 

Октавные уровни звукового давления L, дБ в расчетных точках помещений, в которых несколько источников шума, следует определять в зоне прямого и отраженного звука по формуле:

 

(4.1)

 

где Di =10 ^{0,1 L}рi

L_рi - октавный уровень звуковой мощности, создаваемый i-тым источником шума;

m - количество источников шума, ближайших к расчетной точке (т.е. источников, для которых r_i<5 r_min - расстояние от расчетной точки до акустического центра источника);

n - общее количество источников шума в помещении.

Минимальное расстояние от расчетной точки до акустического центра и ближайшего к ней источника r_min=9,5 м, 5r_min=47,5 м. Общее количество источников шума остается таким же, т.е.10 электроприемников. Наибольший габаритный размер рассматриваемых источников l_max=2,3 м. Следовательно, для всех источников выполняется условие 2 l_max< r_min, поэтому можно принять S_i=2p r². Величина r_i/l_max=2, поэтому к_i=1. По формуле определяем суммарные уровни звукового давления L_общ в расчетной точке от всех источников шума.

Постоянная помещения определяется по формуле:

B = B₁₀₀₀´m,(4.2)

 

где B₁₀₀₀ - постоянная помещения на среднегеометрической частоте 1000 Гц, определяемая по таблице в зависимости от объема и типа помещения.

Для данного цеха объемом V=14400 м³ и небольшим количеством людей.

 

B₁₀₀₀ = V/20 = 14400/20 = 720 м³. (4.3)

 

m - частотный множителей, зависящий от объема помещения. Для данного цеха значения m приведены в таблице 4.3

 

Таблица 4.3 - Значение частотного множителя m

Объем помещения, м3	Частотный множитель
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
V>1000	0,5	0,5	0,55	0,7	1,0	1,6	3,0	6,0

 

Затем по формуле определяется требуемое снижение шума:

D L_тр=L_общ-L_доп, (4.4)

 

где L_общ - октавный уровень звукового давления в расчетной точке от всех источников;

L_доп - допустимый уровень звукового давления для рабочего места, для данного цеха этот уровень приведен в таблице 4.4

 

Таблица 4.4 - Допустимые уровни звукового давления

F, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lдоп	99	92	86	83	80	78	76	74

 

Результаты расчетов по отделению механического цеха сведем в таблицу 4.5

 

Таблица 4.5 - Расчет шума по отделению механического цеха

№

Величина

Ед. изм.

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц.

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Lр1

дБ

83

83

89

89

90

91

90

89

2

Lр2

дБ

81

82

83

86

85

84

90

84

3

D1

-

1,9´108

1,9´108

8´108

8´108

109

12,5´108

109

8´108

4

D2

-

1,6´108

1,6´108

1,9´108

4´108

3,2´108

2,5´108

109

2,5´108

5

S1=2pr21

м2

628

6

S2=2pr22

м2

1923

7

S3=2pr23

м2

3322

8

S4=2pr24

м2

566

9

S5=2pr25

м2

787

10

S6=2pr26

м2

1061

11

S7=2pr27

м2

1607

12

S8=2pr28

м2

1989

13

S9=2pr29

м2

2034

14

S10=2pr210

м2

2512

15

100,1Lр1/S1

3´105

3´106

1,3´106

1,3´106

1,5´106

1,9´106

1,6´106

1,3´106

16

100,1Lр1/S2

9,8´104

9,8´104

4,2´105

4,2´105

5,2´105

6,5´105

5,2´105

4,2´105

17

100,1Lр1/S3

5,7´104

5,7´104

2,4´105

2,4´105

3´105

3,7´105

3´105

2,4´105

18

100,1Lр1/S4

3,3´105

3,3´105

1,4´106

1,4´106

1,7´106

2,2´106

1,7´106

1,4´106

19

100,1Lр1/S5

2,4´105

2,4´105

106

106

1,2´106

1,5´106

1,2´106

106

20

100,1Lр1/S6

1,7´105

1,7´105

7,5´105

7,5´105

9,4´105

1,2´106

9,4´105

7,5´105

21

100,1Lр1/S7

8´103

9,9´104

1,2´105

2,4´105

1,9´105

1,5´105

6,2´105

1,5´105

22

100,1Lр1/S8

6,5´103

8´104

9,5´104

2´105

1,6´105

1,2´105

5´105

1,2´105

23

100,1Lр1/S9

6,3´103

7,8´104

9,3´104

1,9´105

1,5´105

1,2´105

4,9´158

1,2´105

24

100,1Lр1/S10

5,1´103

6,3´104

7,5´104

1,5´105

1,2´105

9,9´104

3,9´158

9,9´104

25

Sпп. (15¸24)

1,2´106

1,5´106

5,4´106

5,8´106

2,1´107

8,2´106

2,2´178

5,5´106

26

Bш 1000

720

27

m

0,5

0,5

0,55

0,7

1,0

1,6

3,0

6,0

28

Bш=Bш1000´m

360

360

396

504

720

1152

2160

4320

29

4/Bш

1,1´10-2

1,1´10-2

10-2

7,9´10-3

5,5´10-3

3,4´10-3

1,8´10-3

0,9´103

30

S100,1Lр1=6´100,1Lр1

11,4´108

11,4´108

4,8´109

4,8´109

6´109

7,5´109

6´109

4,8´109

31

S100,1Lр1=4´100,1Lр2

5,2´107

6,4´108

7,6´108

1,6´109

1,2´109

109

4´10

109

32

Sпп. (30+31)

11,9´108

17,8´108

5,6´109

6,7´109

7,2´109

8,5´109

1010

5,8´109

33

Sпп. (29´32)

1,3´107

1,9´107

5,6´107

5,2´107

3,9´107

2,8´107

1,8´107

5,2´106

34

Sпп. (25+33)

1,4´107

2,1´107

6,1´107

5,7´107

6´107

3,6´107

4´107

1,1´107

35

Lобщ=10lg (п.34)

71,4

73,2

77,8

77,5

77,7

75,5

76

70,4

36

Lдоп

99

92

86

83

80

78

76

74

 

Так как величина требуемого снижения шума DL_тр для механического цеха получилась отрицательной, то не требуются мероприятия по снижение шума.

Расчет зануления

Принципиальная схема зануления приведена на рисунке 4.3 На схеме видно, что ток короткого замыкания I_кз в фазном проводе зависит от фазного напряжения сети U_ф и полное сопротивление цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора Z_т/3, фазного проводника Z_ф, нулевого защитного проводника Z_н, внешнего индуктивного сопротивления петли фаза - ноль X_п, и заземления нейтрали трансформатора R₀.

Рисунок 4.2 - Принципиальная схема сети переменного тока с занулением. А - аппарат защиты (предохранитель или автоматический выключатель); R_{о -} заземление нейтрали.

Рисунок 4.3 - Полная расчетная схема соединения зануления

Поскольку R₀ и R_п, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь образованная ими создает незначительное увеличение тока короткого замыкания, что позволяет пренебречь им. В то же время такое допущение ужесточает требования к занулению и значительно упрощает расчетную схему, представленную на рисунке 4.4

Рисунок 4.4 - Упрощенная схема зануления

В этом случае выражение короткого замыкания I_{кз (}А) в комплексной форме будет:

I_кз = U_ф / (Z_м / 3 + Z_ф + Z_н +jХ_n), (4.5)

где U_ф - фазное напряжение сети, В

Z_т - комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом

Z_ф = R_ф + jХ_n-комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом

Z_н = R_н + jХ_n - комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом

R_ф и R_н - активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводников, Ом

X_ф и Х_н - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом

Х_п - внешнее индуктивное сопротивление контура (петли) фазный проводник - нулевой защитный проводник (петля - фаза - нуль), Ом

Z_п =Z_ф +Z_н + jХ_n - комплекс полного сопротивления петли фаза - нуль, Ом.

С учетом последнего:

 

I_кз = U_ф / (Z_м / 3 + Z_n) (4.6)

 

При расчете зануления принято применять допущения, при котором для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания I_кз модули сопротивления обмоток трансформатора и петли фаза - нуль Z_т / 3 и Z_п складываются арифметически. Это допущение также ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимым, хотя и вносит некоторую неточность (5%).

Полное сопротивление петли фаза - нуль в действительной форме определяется из выражения:

 

Z_n = Ö (R_ф + R_н) ² + (X_ф +Х_н + Х_п) ², Ом(4.7)

 

Формула для проверочного расчета определяется из и с учетом коэффициента кратности К тока короткого замыкания определяемого требованиями к занулению:

 

К × I_н £ U_ф / (Z_т/3 + Ö (R_ф + R_н) ² + (Х_ф + Х_н + Х_п) ²⁾

 

Значение коэффициента К принимается равным К3 в случае если электроустановка защищается предохранителями и автоматическими выключателями имеющими обратнозависимую характеристику от тока. В случае если электроустановка защищается автоматическим выключателем имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), то для автоматов с I_н до 100 А, К=1,4, а для автоматов с I_н>100 А, К=1,25.

Значение полного сопротивления масляного трансформатора во многом определяется его мощностью, напряжением первичной обмотки, конструкцией трансформатора.

Расчет зануления производится для электрооборудования механического цеха.

Исходные данные:

напряжение сети - 0,38 кВ;

мощность трансформатора - 1000 кВА;

мощность наиболее удаленного электроприемника (станок) Р=11,6 кВт;

длина кабеля от ТП до ШРА-1, L₁=55 м;

длина провода от ШРА-1 до станка, L₂=8 м.

Схема замещения приведена на рисунке 4.5

 

Рисунок 4.5

 

Определим токи нагрузки и выбор аппаратов защиты:

 

(4.8)

(4.9)

I_нпв=80 А; I_на=100 А.

 

Определим полные сопротивления элементов цепи:

а) сопротивление трансформатора для группы соединения D/У₀ - 11 Z_т=0,027 Ом.

б) сопротивление кабеля, при сечении фазной жилы 70 мм² и нулевой 50 мм² Z_пфо=1,8 Ом/км.

 

Z_п= Z_пфо× L₁=1,8×0,055 = 0,099 Ом; (4.10)

 

в) сопротивление провода при сечении фазной жилы 35 мм² и нулевой 25 мм² Z_пфо=2,54 Ом/км

 

Z_п= Z_пфо× L₂= 2,54× 0,008 = 0,02 Ом

 

Определим токи КЗ:

 

(4.11)

 

Определим кратность тока

 

 кА(4.12),  кА

 

условие I_кз  I_н×К, где К_а=1,25; К_пв=3,то 2030 А >100×3=300 А и 850 А>3×80=240 А

Определение времени срабатывания аппарата защиты: плавкой вставки определяется по защитной характеристике плавкой вставки, а для автомата принимается из справочника.

Время отключения автоматического выключателя - 0,2 секунды.

Потенциал корпуса поврежденного оборудования:

U_к1=I_кз×Z_н1=2,03×0,044=89,3В,

 

где Z_н1 - сопротивление нулевой жилы кабеля, Z_н1=R_н1, так как величина внутреннего индуктивного сопротивления Х_н1 алюминиевого проводника сравнительно мала (около 0,0156 Ом/км).

 

 

где r - удельное сопротивление алюминиевой жилы принимается равной 0,028 Ом×мм²/м; S - сечение жилы, мм²; L - длина проводника, м.

 

U_к2 = I_кз× Z_н2 = 1,71 ×0,008 = 13,6 В

 

где, где Z_н2 - сопротивление нулевого провода, Z_н2 = R_н2

 

 

Ток, проходящий через тело человека, равен:

 

(4.13)

 

Согласно ПУЭ такие величины тока являются допустимыми при времени воздействия 0,2 секунды, т.е. время срабатывания автоматического выключателя не превышает допустимых величин.