Введение к работе
Актуальность проблемы и предварительные исследования. В настояние время проблемы жолої ической безопасности прочно укрепились среди приоритетных направлений в системе знаний. Экология стала символом современного этапа развития человечества или, иначе говоря, экология стала знамением времени.
Использование, порой бесконтрольное, мощных энергетических установок, турбо и гидрогенераторов, трансформаторов, преобразователей, асинхронных и коллекторных машин, машин постоянного тока и т.п в наземном и модемном электрическом трансморге, на надводных и подводных судах, и быту, к космических аппаратах, в медицине, а также в целях автоматизации технологических процессов (промышленного и коммунального нашачения), повышения быстродействия, увеличения мощности приводит к губительным последствиям .тля окружающей среды (ОС). Человек является неотъемлемой частью ОС. Возникающие противоречия между научно-техническим прогрессом и загрязнением ОС (например, шумовым и вибрационнным) подтверждают противоречивый характер развития общества. Эти противоречия хорошо прослеживаются при анализе взаимодействий в системе человек - машина - окружающая среОа - чело-иск Многообразие связей, многоуровневый характер системы ставят перед исследователями проблемы адекватного и своевременного реагирования на возникающие в системе случайные процессы, нарушающие экологическое равновесие
Нероятпость заболевания человека в результате воздействия /-го источника шума (вибрации) при одновременном действии и-го количества источников можно оценить с помощью аналитического выражения, предложенного автором доклада
''(")= 1-П 0-7?7-->. О
1-І ' ''гаи..
іде ', - время действия ;-го источника шума (вибрации) во всем диапазоне
времени г,',- время нахождения человека в зоне действия /-го источника; /,, -фактический уровень шума (вибрации) /-го источника; Lnuix, - предельный уровень шума (вибрации) /-го источника, при котором с вероятностью близкой к единице возникает заболевание.
Следовательно, человек должен обладать системой шаниіі методов л средств, которые позволят ему идентифицировать источники негативною воз-
действия на ОС с целью своевременною принятия адекватных управляющих решений, направленных на улучшение ситуации и снижение вероятности забо-леваний.
На рис. I представлена диаграмма влияния различных антропогенных факторов на здоровье населения, и і которой видно, что вибрации и шум занимают далеко не последнее место.
Физические
перенапряжения
11%
Вибрация 29%
I'uc 1 Диш [UImmu псі аіііниоіо плинним оілсиьнмх антропогенных факторов на здоровье населения
Сенсорная и
информационная не-
рсітрузка, соответ
ствие стресс - факто
рам, снижение слу
ховой чувствитель
ности, расстройство
йен гральной нервной
и сердечно-сосудис
той систем, сниже
ние метаболической
активности клеток
миакарда - далеко не
полный перечень
влияния шума на че-понека. как фактора риска. Негативный характер воздействия вибраци и шуми усугубляется ку-мупятивным характером чтих процессов.
Мониторинг акустического состояния ОС в г. Москве показывает, что более 30% территории, на которой проживает более 3,5 млн. человек, является зоной акустического дискомфорта.
Оценивая общую неинфекционную заболеваемость, следует отметить, что в зависимости от акустических условий наблюдается увеличение количества случаен вегетодисгании, гипертонии и ишемической болезни (группы 3 и 4 в табл. 1).
Среди всего многообразия источников виброакустического загрязнения ОС члектромеханические устройства очень часто занимают доминирующее положение. Так, например, уровень шума вблизи трансформаторных подстанций и турбогенераторов составляет 90-1 15 дБ, а шум трамваев в момент включения электромеханическою привода и в режиме торможения достигает 90-95 дБ.
В общей массе транспортных потоков крупных городов транспорт, работающий на электрической тяге: трамваи, троллейбусы, пригородные электропоезда и поезда метрополитена - являются источником вибрационного и шумового загрязнения ОС, включая инфразвуковые колебания.
Попытка перевода метро, трамваев, трансформаторных подстанций, инженерных и энергетических сооружений под землю с целью снижения общего уровня шума в селитебных территориях порождаетновые проблемы, такие как
ИнфраЗВукОВЫе.КОЛебаИИЯ ПОСТ ИНТЕНСИВНОСТИ Ляукгтыу пшпкпв у врнтишии.-
онпых шахт и т.д. Уровень вибрации в инфразвуковом диапазоне, к которому
чсіонск наиболее чуне і ніпелем, порой іірепі.иііаеі допуслимис уроним на ' - 20.1ІІ.
Габіинл І
Ю..1
Примечании: * - доминирующая pun. коммунальною шума кісдсінис. ні.гпі-іс и.посій поїдене іиия па расслаб ієнами оріаниім. б) к>м\ ониниосіи неї аі инпої о по їдене і ним
ІІраклпка покліі.пілеі. чиї обеспечение акусіическої о комфоріа іапре-інаїоіпимп п оі раїпічінельш.іміі мерами (реїламешанпсй иремепи дпиленпя н рабої ы) очень бисіро себя иечсріи.інаеі. и іпумонос іаі ряїнеине опяи. начинаем ноірасіап..
Исследования, пронесенные в муниципальном районе "Лефортово" і. Москш.і, пока нині, чю на рялс чаї исіраді.пьіх у.іии (шоссе )\\ іу іиасіон. Крлспокаїармеїіная. Лниамоіориая м :ір ) шум іраміїаііпо-іролдейбусиоіо ірап-споріа и часы пик еоеіанляеі І S М".> оі общею у році і я шума п имееі дппамп-чеекиіі харлклер іпмеиения (пуск, юрмо/кеїпіе) (рис. 2). 1С ліому слелуеі добд-
І'ие. 2. Карт ниГіроакуспіческоіо чаїря нісшім н муниципальном, районе "Лефоріоно" і . Москш.і оі ірамнаен н іродіїсіібу сой
r>
вить шум, излучаемый несколькими мощными распределительными подстанциями, ТЭС и трансформаторными подстанциями, расположенными в "Лефортово".
В ряде случаев обеспечение необходимого уровня шума и вибрации в локальной зоне (на объекте, на рабочем месте и т.п.) зависит от выполнения требований виброакустической активности электрических машин, трансформаторов, преобразователей, которые одновременно являются показателями скрытности, живучести и безопасности (космические и подводные аппараты, генераторы, двигатели, различные системы жизнеобеспечения и т.п.).
Систематическое изучение виброакустических характеристик (ВАХ) элек-трических машин (ЭМ) (включая трансформаторы и преобразователи) началось в послевоенные годы, что позволило создать па кафедре электромеханики МЭИ научную школу в этой области, получившую признание не только в России, но и в передовых зарубежных научных центрах. Реорганизация в структуре МЭИ кафедры охраны труда в кафедру инженерной экологии, проведенная по инициативе и при непосредственном участии автора доклада, позволила расширить область исследований. Начиная с 1972 года, автор доклада принимает самое непосредственное участие в работах, по результатам которых составлен доклад
Цель работы заключается в обеспечении йеюпааюсти и комфортности жизнедеятельности человека путем снижения негативного влияния вибрации и шума электрических машин на окружающую среду, которая <)остигаетсн:
разработкой системы единого экологического мониторинга с подсистемой контроля виброакустического загрязнения ОС от электрических машин;
теоретическими и экспериментальными исследованиями ВАХ ЭМ переменного и постоянного тока, трансформаторов и преобразователей;
созданием методик расчета ВАХ ЭМ, работающих при несинусоидальиом и несимметричном напряжении низания;
разработкой математических моделей и методик расчета ВАХ и проектирования ЭМ, работающих в динамических режимах;
созданием методик расчета ВАХ ЭМ с учетом технологических отклонений в конструкции ЭМ;
созданием методики виброакустического расчета для проведения на стадии проектирования оптимизационного поиска требуемого варианта ЭМ и преобразователей, обеспечивающих заданный уровень вибрации и шума при минимально возможных маесо-габарншых показаіелях;
разработкой математической модели и методики расчета собственных
частот колебаний и динамических деформаций корпусов ЭМ, учитывающих
реальную іеомсірию корпуса и условия его закрепления;
разработкой систем, установок и устройств для экспериментальной проверки адекватности разрабатываемых методик, методов и моделей;
разработкой подсистемы мониторинга окружающей среды, учитывающей
Научная новизна работы состоит в разработке комплексного мспюііа решении тоач экологической и технической безопасности и комфортности .)« и шеосятельности человека, включающего:
разработку концепции построения, системы единого экологического мониторинга, позволяющей получать и обрабатывать информацию, идентифициро-наїь источники негативного воздействия на ОС и принимай, адекватные решения, направленные на улучшение ситуации;
теоретические исследования процессов, происходящих в ЭМ и оказывающих наибольшее влияние на вибровозмущающие силы , возникающие в ЭМ;
оригинальные методики расчета ВАХ, позволяющие учитывать влияние иссипусоидалыюсти и неснмметрии напряжения питания ЭМ и грлпеформа-тров;
полученные оптимизационные зависимости для проведения поиска требуемого варианта преобразователей, используемых на общепромышленных обі,-екгах, на надводных судах и подводных лодках, на заданный уровень виброак-іивіїости и минимально возможные массо-габаритные показатели;
разработанную универсальную методику расчета собственных частот колебаний и динамических деформаций корпусов и станин ')М, учитывающая репльную геометрию ЭМ и условия ее закрепления;
оригинальные математические модели, методики и программное обеспечение для проведения расчета и анализа деформации ЭМ под действием вибро-возмущающих сил магнитного, механического и аэродинамического происхождения;
оригинальные экспериментальные установки для анализа адекватности разработанных моделей, методов и методик по учету виброакустических процессов, происходящих в ЭМ;
базу данных оригинальных экспериментов и обобщение результатов, подтверждающих соответствие теоретических предпосылок реальным процессам;
ряд оригинальных научно-технических решений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами;
автоматизированную диагностическую установку вибропараметров ЭМ;
комплекс технических решений, направленных на защиту ОС от виброакустического воздействия, защищенных авторскими свидетельствами и внедренных в производство;
введенную в эксплуатацию подсистему контроля состояния ОС, входящую в систему единого экологического мониторинга регионального и локального уровней.
Практическая ценность: Весь комплекс работ имеет фундаментально-прикладной характер и выполнялся в соответствии с программами и заданиями Всесоюзного, Федерального и отраслевого уровней ( "Разработка серии малошумных взрывозащи-щенных двигателей специального назначения и совершенствование двигателей, предназначенных для электроприводов динамического режима работы"; "Защита - 4"; "Защита - 417"; "Защита - 534" и др., а также "Экологическая безопасность
России". "Конверсия", "Окопоіическая бе (опасное и. жишедеяіедьносіи промышленной) района мере! ніеріосбережепие" и др.).
Методики расчета НЛХ, собственных часті, деформаций разнотипных ')М приняты к практической реализации п НИИ и на крупных тлекгроіехнических іаводах, таких как НПО «Электромашина» г. Прокопьевск. С'КІЬ MHO ЧИП і Москва, НПІ11ПМ г.Москва, Л')Ч і .Лобня. НО НИИИ'МЧ) і Нильнюс. ВНИИ J і Днепропетровск, п/я М-5727. ПО «Южзлсыромаш» г.Новая Каховка. ПО «Укршскгромаш», ПО «Электромашина», п/я А-7075 і. Николаев, «Исков >лекіромііш» і Псков, ЦНИИ <">Т. ВПИПППМ і Владимир. ВИНИТИ НПО «Динамо», СКВ Х'ЗЛЧ и Х')МЧ і.Харьков, з-д ((Красный маяи» і Ярослашп.. «VpiiiiMani». НИИ «Эпекгромаш» г І.рспан. Л<) «Мосмеїкабеїіь». Г)Ц М')П. «Химкимбипаї» г.тЦскино. МІ' "Лефоріово" IOBAO і Москвы, НИЛО «Арматура» г Ковров и др.
Порученные результаты нашли отражение в разделе «Промышленные шумы и радиопомехи» >лекіроіехничеекого справочника, серии меюдических пособий, учебников, книг по вибрации и шуму ОМ, при разработке 'ГУ и МРТУ. а также при проектировании и изі отоплении )М в сооїнсіствии с заданиями «Чашмііі-4», «Чаїціпа - '(17». «Чаппна - 534» (решение Мин иіемроіехирома (М')ТП) 01 17.04 85. N Hk"-3<)(), решение Миисулнрома (МСІІ) оі <0 07 85 N 7М<>и лр )
Меюднки и рекомендации использовались, при разработке новых серий ілекіромашинньїх преобразователей ЛІТ. ЛГИ. АЧМ, 2ДМЧ. Ml 14, CUT. ГТМ, 2Л1І. и 2РМ, индукторных генераторов ГД-311,312, 317; двухгенераторных блоков питания для изделий № 206 и 9К 317 мощностью 20, 50 и 200 кВт с частотами вращения 4000-8000 об/мин; микрокриоісннмх систем (МКС) с члекгродви-іаіелями ТС")Р-701АГ.295.І40ТУ. МСМР-575Н-І.2/4.5, МГКЦ-700А-1.2/4.5. асинхронных двигателей серии 4А с высотой оси вращения 56; 112-250 (многоскоросгиые); однофазных двигателей КД-60-2/45Р. КД-І20-4/56РМО. по-/ружных .VIII Г к соответствии с заданиями МСТІ и др.
Апробация работы:
Результаты диссертационной работы докладывались и опубликовывались на 42-х Международных, Всесоюзных и Республиканских конгрессах, симпозиумах, конференциях, семинарах.
Публикации:
Основное содержание диссеріацни опубликовано в 123 печатных работах и авторских свидетельствах. Кроме того, по материалам исследований выпущено более 50 научно-исследовательских отчетов.
Структура и объем научного доклада:
Доклад состоит из введения, основной части, выводов и списка основных публикации, и пожен на 46 страницах и содержит 17 рисунков.
