Техногенные источники излучений и виброакустических колебаний на МАГЛЕВ транспорте

Инфраструктура МАГЛЕВ транспорта. Для того, чтобы оценить характер излучений и виброакустических колебаний на МАГЛЕВ транспорте, необходимо рассмотреть наиболее характерные из действующих и проектируемых МАГЛЕВ транспортных структур.

В настоящее время выделяют две характерные технологии МАГЛЕВ транспорта.

Одна из технологий состоит в том, что поезд движется в обычном режиме, используя систему колесо - рельс на скоростях до 200 км/ч. Далее, набирая более высокую скорость, обеспечивающую устойчивую левитацию, заходит на участок трассы, оборудованный направляющей МАГЛЕВ путевой структурой. Магнитно-левитацион- ное крыло локомотивоносителя, обеспечивает полет в МП путевой структуре на высокой скорости, где движение обеспечивают линейные МАГЛЕВ двигатели, пантограф опускается. Оторвавшись от ж/д путей на высоту до 6 см, поезд избегает огромных потерь от всевозможных сил трения, которые очень ограничивают скорость. Большую часть пути поезд пролетает инерционно, плавно замедляясь силами сопротивления и заходит на участок контролируемого торможения, где переводится в генераторный режим. При скорости менее 200 км/ч магнитные силы, на которые опирается МАГЛЕВ крыло, ослабевают, поднимается пантограф и поезд плавно приземляется на рельсы, приходя на станцию в обычном режиме. В этом проекте использованы и получили свое дальнейшее развитие все технологии сверхпроводящей магнитной левитации, которые хорошо изучены, прошли испытания и успешно применяются на высоких скоростях немецкими системами «Трансрапид» и «Япония МАГЛЕВ» [11.4].

При использовании такой технологии придётся столкнуться с такими же излучениями и колебаниями, как и на обычной электрифицированной железной дороге, а дополнительно и с излучениями и колебаниями, присущими МАГЛЕВ транспорту.

Вторая технология состоит в том, что система магнитной левитации обеспечивает левитацию во всём диапазоне изменения скоростного режима. Поэтому отпадает необходимость в ряде устройств, используемых на обычной электрифицированной железной дороге [11.5]. ‘

В дальнейшем будем ориентироваться на эти две отмеченные технологии при оценке магнитных и электрических параметров техносферы.

Кроме того, необходимо иметь представление о том, как обеспечивается магнитная левитация, и что представляют собой тяговые двигатели.

Тяговые двигатели, как правило, выполняются в виде модификаций двух типов:

  • - Линейный асинхронный двигатель (ЛАД) либо в виде обращённой асинхронной машины с короткозамкнутым ротором [11.6], либо в виде торцевой асинхронной машины с беличьей клеткой (одинарной или двойной) [11.7].
  • - Линейный синхронный двигатель (ЛСД) с однослойной или двухслойной волновой обмоткой. По совокупности технических достоинств ЛСД является наиболее подходящим на МАГЛЕВ транспорте. Как следствие, снижаются монтажные требования к активной путевой структуре, уровням колебаний и вибраций транспортного средства. ЛСД имеет энергетический фактор - произведение КПД на коэффициент мощности //• cos #? = 0,5 -г 0,8 против 0,2-г 0,4 у ЛАД. Соответственно потребляемая ЛСД мощность меньше и меньше также расход активных материалов, идущих на изготовление трехфазной обмотки [11.7].

При исследовании уровня излучений и виброакустических колебаний важно учитывать также, каким образом сформирована сама МАГЛЕВ система, каким образом выполнена продольная и поперечная стабилизации.

В результате рассмотрения различных вариантов МАГЛЕВ транспорта можно утверждать, что уровни излучений и виброакустических колебаний на техносферу будут превышать излучения и колебания, присущие традиционному электрифицированному железнодорожному транспорту (ТЭЖДТ) [11.1]:

  • 1. Фоновая нагрузка на техносферу в виде различных излучений и виброакустических колебаний при использовании МАГЛЕВ транспорта близка к той же, что и на ТЭЖДТ.
  • 2. Поскольку сохраняется в значительной мере инфраструктура ТЭЖДТ (например, на МАГЛЕВ транспорте, разработанном по первой технологии), сохраняются и многие виды техногенных излучений и колебаний, присущих ТЭЖДТ.
  • 3. Дополнительно появляются ЭМ нагрузки, связанные с организацией тяги (как минимум 20% от суммарного магнитного потока в системе тяги).
  • 4. Появляются ЭМ нагрузки от устройств продольной и поперечной стабилизации.
  • 5. Появляются ЭМ нагрузки на техносферу, зависящие от используемой системы левитации (системы ЭМ левитации, сверхпроводящие системы или системы аэродинамического подвеса). Так, например, ЭМ системы левитации требуют значительных затрат энергии на обеспечение подвеса, а также наличия довольно сложной системы управления, Кроме того, ЭМ системы не могут обеспечить подвес комплекса в статическом режиме (при отсутствии электропитания в обмотках электромагнита) [11.5].
  • 6. Возникают нагрузки на техносферу от виброакустических колебаний, связанных с большими скоростями перемещения транспортного средства, с климатическими и погодными условиями эксплуатации.

Рассмотрим подробнее, с какими видами техногенных излучений придётся встретиться на МАГЛЕВ транспорте.

Техногенные источники излучений на МЛГЛЕВ транспорте.

В зависимости от используемых технологий организации МАГЛЕВ транспорта ЭМ влияния будут наблюдаться во всем спектре ЭМ колебаний, начиная с частоты 0 Гц. Это магнитные напряженности постоянного МП от системы левитации с магнитами постоянного тока или сверхпроводящими структурами; электрические и магнитные напряженности от ЭМ систем левитации на переменном токе промышленной частоты; электрические и магнитные напряженности от систем продольной и поперечной стабилизации, от систем безопасности; в широком диапазоне частот от средств связи, автоматики и контроля.

Источниками техногенного происхождения ЭМ помех можно управлять путем грамотного использования ЭМ спектра и ограничения непреднамеренно излучаемой ЭМ энергии.

Техногенные источники виброакустических колебаний на МЛГЛЕВ транспорте. К техногенным источникам виброакустических воздействий на магнитолевитационном транспорте необходимо отнести: техногенные шумы, инфразвук, ультразвук и техногенные вибрации

Источники шума техногенного происхождения. К источникам шума техногенного происхождения можно отнести всё применяемые на Маглев транспорте ЭО, создающее значительное шумовое загрязнение окружающей среды.

Техногенные шумы на МАГЛЕВ транспорте по физической природе происхождения могут быть классифицированы на механические шумы (возникают при вибрациях и ударных нагрузках в механизмах); на электромагнитные шумы (возникают вследствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил) вследствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил (колебания статора и ротора электрических машин, магнитопровода трансформатора и др.); на аэродинамические шумы (возникают при высоких скоростях движения и при истечении потоков газа); на гидродинамические шумы (процессы в жидкостных системах).

При одновременном воздействии нескольких источников может возникнуть шумовое поле со сложным спектрально-временным распределением.

Техногенные источники инфразвука вибрации. На МАГЛЕВ транспорте возможно возникновение инфразвука и вибраций. Источниками инфразвука могут быть компрессоры, кондиционеры, вибрационные площадки, тяговые двигатели, устройства стабилизации и др.

На рис. 11.1 представлены спектральные характеристики инфразвука для некоторых видов производства и транспортных средств, в частности для железной дороги. Из рис. 11.1 видно, что октавные спектры инфразвука достаточно плоские и в сравнении с ориентировочным предельным спектром гигиеническая значимость является наибольшей на октавах 8 и 16 Гц.

При выполнении транспортных работ спектр инфразвука имел широкополосный характер с максимумом акустической энергии в области 2-8 Гц до 112 дБ.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что спектральный состав низкочастотных акустических колебаний неоднороден.

Спектральный состав инфразвука от различных источников

Рис. 11.1. Спектральный состав инфразвука от различных источников:

  • 1 - автотранспорт; 2 - сельскохозяйственные и строительные машины;
  • 3 - полустационарное оборудование; 4 - стационарное оборудование; 5 - водный транспорт; 6 - железнодорожный транспорт; 7 - коммунальные источники

На транспортных средствах, в том числе и на МАГЛЕВ транспорте, необходимо считаться с вибрациями при низких частотах (1,6- 1000 Гц) с большими амплитудами (0,5-0,03 мм), в первую очередь, от вращающихся и перемещающихся технических средств.

Материалы исследований по виброакустическим колебаниям на транспортных средствах можно почерпнуть из публикации [11.10].

11.1.3. Особенности сочетанного воздействия на техносферу физических факторов волновой природы при использовании МАГЛЕВ транспорта

На МАГЛЕВ транспорте, как, впрочем, и на электрифицированном железнодорожном транспорте, технические устройства и биосфера (техносфера) подвергаются, как правило, одновременному воздействию различных физических полей и излучений. К ним относятся: ЭМП широкого частотного спектра; неионизирующие ЭМ излучения (видимое излучение, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое и лазерное излучения); ионизирующие излучения; виброакустические воздействия (шум, инфразвук, ультразвук, вибрации) и др. Эффект от одновременного воздействия таких факторов может оказаться более значимым, чем при изолированном воздействии того или иного фактора.

Рассматривая сочетанное действие неблагоприятных физических полей и других факторов на техносферу, следует отметить, что на высоких уровнях воздействия наблюдается их потенцирование, антагонизм и независимый эффект. На низких уровнях, как правило, наблюдаются аддитивные зависимости.

В отечественной и зарубежной литературе имеются довольно многочисленные сведения, в той или иной мере отражающие попытку интегрально оценить комплекс воздействующих на техносферу физических полей и излучений и определить значимость каждого из них в их взаимосвязи.

Современные математические методы позволяют подойти к решению этой проблемы с позиций комплексного нормирования факторов на основе построения модели, отражающей взаимосвязь совокупности показателей функционального состояния технических средств и человека со всей совокупностью факторов среды.

При анализе многофакторных исследований важным является выбор адекватного статистического метода анализа и обобщения экспериментальных данных. Однако традиционный подход с использованием многофакторного дисперсионного анализа и F-критерия Фишера для оценки значимости, как отдельного фактора, так и их сочетаний не позволяет решить задачу прогнозирования функционального состояния человека (ФСЧ) по значениям параметров внешней среды. В этом случае исследователь сталкивается с необходимостью использования ряда регрессионных моделей, описывающих взаимосвязь отдельного показателя функционального состояния человека с линейной или нелинейной комбинацией факторов внешней среды (ФВС):

где Yj - i -й из т показателей оценки ФСЧ, а Хп, Х2,..., Xtj - ФВС.

Число таких уравнений (в зависимости от количества используемых показателей ФСЧ) может быть весьма велико, что затрудняет их практическое использование. Кроме того, в этом случае по существу имеет место сведение многомерной (по совокупности параметров ФСЧ) задачи количественной оценки системного ответа элемента техносферы, находящегося в неблагоприятных условиях, к т одномерным задачам. Такой подход не является в полной мере адекватным. Наиболее логичным является изучение многомерной системы многомерными математическими методами.

Известен способ оценки влияния содержащихся в воздухе физических факторов волновой природы на элемент техносферы по кратности превышения предельно допустимых уровней содержащихся в воздушной среде физических факторов. Например, в отношении одного содержащегося в воздухе физического фактора или группы факторов, обладающих между собой аддитивным действием на элемент техносферы, оценка влияния факторов определяется по формуле [11.11]:

где - текущие уровни содержащихся в воздухе физических факторов 5 А/м, Е 5 В/м, р, Па (Н/м2) и др.);

- нормируемые предельно допустимые уровни содержащихся в воздухе физических факторов (тех же размерностей, что и ГУ,. )•

Для физических факторов, обладающих между собой независимым действием на элемент техносферы, оценка влияния содержащихся в воздухе факторов производится на основе определения кратности превышения их предельно допустимых уровней, но по наиболее опасному фактору.

Таким образом, в имеющемся способе оценки влияния содержащихся в воздухе физических факторов на элемент техносферы и действующих нормативах содержания физических факторов в техносфере, категория ПДУ физического фактора представлена в качестве критерия благополучия воздушной среды, но в формах, не имеющих отношения, например, к факторам процесса.

Вывод о необходимости учета взаимосвязи между факторами среды и трудового процесса при гигиенической оценке влияния содержащихся в воздухе физических факторов волновой природы на организм человека вытекает также из определения понятия ПДУ. Предельно допустимый уровень воздействия физического фактора - это такой его уровень, воздействие которого, независимо от наличия других факторов, не превышающих нормативов, при работе установленной продолжительности в течение всего трудового стажа не вызывает заболевания или другого отклонения в состоянии здоровья как самого работающего, так и его потомства.

Описанный способ гигиенической оценки влияния содержащихся в воздухе физических факторов на практике часто приводит к противоречивым ситуациям, когда при различных мышечных нагрузках, категориях тяжести труда и обусловленных ими функциональных состояниях организма (в том числе и превышающих предельно допустимые), гигиеническая характеристика, например, производственной среды по критерию кратности превышения ПДУ физических факторов в воздухе рабочей зоны, получает одну и ту же оценку. Между тем известно, что физическая мышечная нагрузка оказывает мощное и разностороннее влияние на все органы и системы организма, изменяет условия резорбции, распределения, превращения и течение интоксикации в целом. Динамические физические нагрузки активизируют основные вегетативные системы жизнеобеспечения - дыхание и кровообращение, усиливают активность нервно-эндокринной системы, а также многие ферментативные процессы. В связи с этим при наличии сопутствующих воздействию содержащихся в воздухе других физических факторов, превышающих нормативные значения, в данных условиях критерий ПДУ, согласно определению этого понятия, не может являться гарантом безопасного уровня.

Таким образом, описанный способ гигиенической оценки влияния содержащихся в воздухе физических факторов волновой природы на организм человека недостаточно точно характеризует степень этого влияния при наличии сочетанного воздействия на человека других факторов, превышающих нормативы.

В целях обеспечения преемственности по отношению к традиционным принципам гигиенической оценки загрязнения воздушной среды физическими факторами волновой природы и удобства применения получаемых данных в различного рода исследованиях условий труда человека в [11.11] предложена другая формула, однако нет экспериментальных подтверждений её справедливости.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >