Emisja hałasu maszyn - wymagania dyrektywy 42/2006/ WE · Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn • Turbulencja w powietrzu - zmniejszać

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Witold Mikulski

Emisja hałasu maszyn - wymagania dyrektywy 42/2006/WE

IV Sympozjum Bezpieczeństwa Maszyn, Urządzeń i Instalacji Przemysłowych, 17-19.09.2008 r.

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Przepisy dotyczące hałasu zawarte w dyrektywie maszynowej :

• ocena ryzyka wynikającego z emisji hałasu maszyny,

• ograniczenie ryzyka wynikającego z emisji hałasu przez maszynę (do najniższego osiągalnego metodami technicznymi poziomu),

• deklarowanie emisji hałasu maszyny.

Dyrektywa 42/2006/WE

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Przeznaczenie metody (i program PRO-M)

Metoda przeznaczona jest do wspomagania projektanta,

w procesie projektowania maszyny,

aby spełnione były wymagania określone w Dyrektywie 2006/42/WE

(w tym w zakresie emisji hałasu przez maszynę).

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Metoda (i program PRO-M) zawiera :

• metody i sposoby ograniczenia emisji hałasu maszyn, • działania, jakie projektant maszyny powinien uwzględnić, aby emisja hałasu maszyny była jak najmniejsza, • metodę określenia emisji hałasu maszyny oraz dokonania oceny ryzyka.

Wyniki metody (i programu PRO-M) zawierają - ryzyko resztkowe:

• ocena ryzyka,• wielkości charakteryzujące emisję hałasu maszyny :

- poziom ciśnienia akustycznego emisji LpA, - szczytowy poziom ciśnienia akustycznego emisji LpCpeak,- poziom mocy akustycznej LWA.

Metoda i program PRO-M

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Deklaracja emisji hałasu

oraz informacji dotyczących użytkowania maszyny

Oszacowanie lub pomiar

emisji hałasu

Uwzględnienie wszystkich możliwości

ograniczenia emisji hałasu

Określenie potencjalnych źródeł lub przyczyn

emitowania hałasu przez maszynę

Określenie przez projektanta

maksymalnej akceptowalnej emisji hałasu maszyny(Wymagania akustyczne)

Rys. Schemat postępowania w zakresie hałasu metody zastosowanej w programie PRO-M

Schemat metody w programie PRO-M

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Projektant określa dopuszczalną emisję hałasu, przez wielkości ją charakteryzujące:

• maksymalny poziom ciśnienia akustycznego emisji skorygowany charakterystyką częstotliwościową A LpAmax ,

• szczytowy poziom ciśnienia akustycznego emisji skorygowany charakterystyką częstotliwościową C LpCpeak ,

• maksymalny poziom mocy akustycznej skorygowany charakterystyką częstotliwościową A LWA .

Określenie dopuszczalnej emisji hałasu

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Określenie potencjalnych źródeł lub przyczyn emitowania hałasu przez maszynę.

Potencjalne źródła lub przyczyny emitowania hałasu przez maszynę:

• turbulencja w powietrzu,• fale uderzeniowe,• turbulencje lub pulsacje w cieczy,• kawitacja, • uderzenie,• zazębianie,• toczenie,• tarcie i samowzbudzenie,• pole magnetyczne,• bezwładność.

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Możliwości ograniczenia emisji hałasu - zmniejszenia ryzyka :

• rozwiązania techniczne obniżające emisję hałasu maszyn (wg norm zharmonizowanych z dyrektywą maszynową - rozwiązania bezpieczne same w sobie),

• techniczne środki ochronny przed hałasem (wg norm zharmonizowanych z dyrektywą maszynową - techniczne środki ochronne).

Możliwości techniczne ograniczenia emisji hałasu

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Rozwiązania bezpieczne same w sobie:

• turbulencja w powietrzu,• fale uderzeniowe,• turbulencje lub pulsacje w cieczy,• kawitacja, • uderzenie,• zazębianie,• toczenie,• tarcie i samowzbudzenie,• pole magnetyczne,• bezwładność.

Możliwości techniczne ograniczenia emisji - Rozwiązania bezpieczne same w sobie

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

• Turbulencja w powietrzu - zmniejszać ciśnienie znamionowe, zmniejszyć skoki ciśnienia, zmniejszyć prędkość przepływu, zoptymalizować kształt wylotu, zmniejszyć prędkość końcówek łopat, unikać przeszkód na drodze przepływu, poprawić geometrię przepływu.

• Fale uderzeniowe - zmniejszyć prędkość zmian ciśnienia, unikać przeszkód w pobliżu wirnika.

• Turbulencje lub pulsacje w cieczy - zmniejszyć skoki ciśnienia, zmniejszyć prędkość przepływu, unikać przeszkód na drodze przepływu, poprawić geometrię przepływu.

• Kawitacja - zmniejszyć ciśnienie statyczne, zmniejszyć skoki ciśnienia, ograniczyć prędkość przepływu, poprawić geometrię przepływu w celu uniknięcia kawitacji, zmniejszyć prędkość końcówek łopat wirników, stosować krótkie przewody ssące, umieszczać zbiornik powyżej wlotu pompy, stosować elementy o małej oporności przepływu, unikać prędkości przepływu powyżej 1,5m/s.

Możliwości techniczne ograniczenia emisji - Rozwiązania bezpieczne same w sobie

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

• Uderzenie - zwiększyć czas trwania uderzenia, zmniejszyć prędkość uderzenia, zmniejszyć masę elementu uderzającego, unikać luźno zamocowanych elementów o zmiennych obciążeniach.

• Zazębianie - zwiększyć czas zazębiania, stosować przekładnie ślimakowe, zwiększyć liczbę zębów przekładni, poprawić jakość przekładni (osiowanie, kształt zębów), przy małych obciążeniach stosować przekładnie z tworzyw sztucznych.

• Toczenie - zapewnić gładkość powierzchni toczących się, stosować właściwe smary, stosować łożyska o podwyższonej dokładności, zmniejszyć tolerancje obudowy (dopasowanie wewnątrz łożyska), stosować łożyska cierne, zwiększyć elastyczność powierzchni styku.

• Tarcie i samowzbudzenie - ograniczyć tarcie przez właściwy dobór materiałów, ograniczyć tarcie przez właściwe smarowanie, zwiększyć tłumienie konstrukcji ulegającej samowzbudzeniu.

Możliwości techniczne ograniczenia emisji - Rozwiązania bezpieczne same w sobie

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Pole magnetyczne - dobrać liczbę szczelin, tak aby uniknąć wzbudzania rezonansów w wirniku i stojanie, uniknąć umieszczania szczelin równolegle do nabiegunników, zmniejszyć tolerancje kształtu i usytuowania rdzenia magnetycznego w celu zapewnienia dobrego stopnia symetrii pola magnetycznego, zoptymalizować kształt nabiegunników, uwzględnić magnetycznie wzbudzany hałas wytwarzany przez przetworniki zasilaczy o zmiennej prędkości, materiał na rdzeń transformatora należy dobrać tak, aby ograniczyć powstawanie dźwięków materiałowych.

Bezwładność - zmniejszyć siły bezwładności przez wyważanie wirników lub równoważenie wirujących mas, zmniejszyć masę przyśpieszanych elementów, poprawić równomierność pracy urządzeń.

Możliwości techniczne ograniczenia emisji - Rozwiązania bezpieczne same w sobie

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Techniczne środki ochronne :

• obudowy :- całkowicie i szczelnie osłonić maszynę,- zewnętrzną ścianę obudowy wykonać ze sztywnych blach,- wewnątrz obudowy stosować materiały dźwiękochłonne,- w otworach w obudowie zastosować tłumiki akustyczne,- unikać sztywnych połączeń między maszyną, a obudową oraz minimalizować liczbę punktów

zamocowania obudowy,- obudowywać podzespoły maszyny emitujące hałas,

• ekrany :- ekran wykonać ze sztywnych blach (zapewnić dużą izolacyjność akustyczną),- stosować ekran na stanowisku operatora maszyny,- ekran od strony maszyny pokryć materiałem dźwiękochłonnym,

• tłumiki :- w przypadku hałasu szerokopasmowego zastosować tłumik absorpcyjny,- w przypadku hałasu niskoczęstotliwościowego zastosować tłumik refleksyjny,- w tłumiku absorpcyjnym unikać prędkości przepływu ośrodka większych niż 20m/s,- na wylotach sprężonego powietrza stosować tłumiki rozprężne,

• wibroizolacja :- stosować elementy lub przekładki o dostatecznej elastyczności,- stosować dostatecznie sztywne fundamenty.

Możliwości techniczne ograniczenia hałasu - Techniczne środki ochronny przed hałasem

D ź w ię k o i z o lo w a n y r u r o c i ą g

Ob u

d ow a d ź

w ię k

o i zo l a

c yj n aT ł u m i k

T ł u m ie n i e d ź w i ę k ó w m a te r i a ł o w y c h

K a bi n a

d źw i ę k

o sz c

z el n a

U s t r ó j d ź w i ę k o c h ł o n n y

E k r a n y a k u s ty c z n e

D r z w i d ź w ię k o s z c z e l n e

Ma t

r i ał y

d źwięk o

c hł o

n ne

P o c hła n i a

c z e

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Określenie emisji hałasu

Wielkości charakteryzujące emisję hałasu maszyn :

• poziom ciśnienia akustycznego emisji LpA (LpA > 70dB),

• poziom mocy akustycznej LWA (LpA > 80dB),

• szczytowy poziom ciśnienia akustycznego emisji LpCpeak (LpCpeak > 135dB).

LpA,LWA

LpA = ?

80dB

70dB

LpA-OK

LpA

Instrukcja

135dB

LpCpeak = ?

LpCpeak

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Określenie emisji hałasu

Warunki pracy maszyny : typowa eksploatacja - bez przerw i pod obciążeniem.

Wybór metody określania emisji hałasu :

• maszyna jest na etapie projektowania : - w bazie danych jest maszyna podobna – metoda porównania, - w bazie danych nie ma maszyny podobnej – metoda prognozowania,

• maszyna jest na etapie prototypu - należy emisję określić metodą pomiarów.

Określenie emisji hałasu metodą pomiarów - zmierzenie wielkości na prototypie maszyny, metodami określonymi w PN-EN ISO 3740 lub PN EN ISO 9614 i PN-EN ISO 11200.

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Metody określania emisji hałasu maszyn

• Poziom mocy akustycznej - LWA:

– PN-EN ISO 3744 Akustyka. Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego. Metoda techniczna stosowana w warunkach zbliżonych do pola swobodnego nad płaszczyzną odbijającą dźwięk

– PN-EN ISO 3746 Akustyka. Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego. Metoda orientacyjna z zastosowaniem otaczającej powierzchni pomiarowej nad płaszczyzną odbijającą dźwięk

• Poziom ciśnienia akustycznego emisji – LpA , LpCpeak:

– PN-EN ISO 11201 Akustyka. Hałas emitowany przez maszyny i urządzenia. Pomiar poziomów ciśnienia akustycznego emisji na stanowisku pracy i w innych określonych miejscach metodą techniczną w warunkach zbliżonych do pola swobodnego nad płaszczyzną odbijającą dźwięk

– PN-EN ISO 11202 Akustyka. Hałas emitowany przez maszyny i urządzenia. Pomiar poziomów ciśnienia akustycznego emisji na stanowisku pracy i w innych określonych miejscach metodą orientacyjną w warunkach in situ

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Metoda pomiaru poziomu mocy akustycznej LWA

AApW KKS

SLL 21

0AA lg 10 −−+=

K1A - poprawka uwzględniająca hałas tła

K2A - poprawka uwzględniająca środowisko badawcze

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Metoda pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego emisji

AApAp KKLL 31A ' −−=

K1A - poprawka uwzględniająca hałas tła

K3A - poprawka uwzględniająca środowisko badawcze

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Deklaracja emisji hałasu, informacje nt. użytkowania maszyny

W instrukcji maszyny należy podać informacje o:

• oznakowaniu maszyny znakami ostrzegawczymi, piktogramami,

• deklaracji hałasu, ryzyku resztkowym (podać wartości wielkości określających emisję hałasu),

- poziom ciśnienia akustycznego emisji LpA (gdy przekroczy 70dB), - poziom mocy akustycznej LWA (gdy przekroczy 80dB), - szczytowy poziom ciśnienia akustycznego emisji LCpeak (gdy przekroczy 135dB),

• wymaganiach dotyczących zamocowania maszyny,

• konieczności stosowania środków ochrony słuchu.

Narzędzia metodyczne wspierające ocenę ryzyka w procesie projektowania maszyn

Reasumując

Metoda zaimplementowana w programie eksperckim PRO-M, umożliwia takie zaprojektowanie maszyny,

aby maszyna spełniała wymogi dotyczące emisji hałasu, określone w dyrektywie maszynowej 2006/42/WE.