Адрес этой статьи в интернете: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p147-d.htm
О ВЛИЯНИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАСС НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА
Э.С.Горшков, В.В.Иванов, М.И.Шкляров1, А.М.Миронов1
Санкт-Петербургский Филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, 199034, Санкт-Петербург, ул. Менделеевская, д. 1, E-mail: sl_iva@mail.ru
1Ленинградский металлический завод, 195009, Санкт-Петербург, ул. Ватутина, д. 3, Лит. А, E-mail: alexey-mironov@rambler.ru
В соответствии с действующим законодательством работа специалистов Ленинградского Металлического завода (ЛМЗ), связанная с испытаниями как натурных (рабочих) турбоагрегатов, так и их лабораторных моделей, не являются вредной. В то же время негативное действие вращающихся турбин на психоэмоциональное и физиологическое состояние на уровне субъективных ощущений проявляется практически в каждом случае проведения эксперимента.
Подобные факты ставят вопрос о необходимости более детального исследования влияния вращающейся части турбины на состояние организма человека:
а) в случае полностью сбалансированного ротора;
б) в случае разбалансировки ротора с различной степенью интенсивности.
В качестве контролируемых параметров выбраны: длительность “индивидуальной минуты” (ДИМ, в сек) и показатели электропроводимости в 7-ми точках акупунктуры (ТА, в у.е.), регистрируемые у одного “испытуемого”, с дискретностью измерений в 1.5 минуты. Перед началом каждой серии экспериментов осуществлялся набор “фоновых” показателей.
Работа выполнена на территории ЛМЗ в период 18-20.12.2007 г. и состояла из 3-х серий экспериментов, по шесть экспериментов в серии с использованием лабораторного стенда турбины, представляющего собой вал и электродвигатель, установленные на мощный фундамент. На валу расположен соостно макет ротора турбины цилиндрической формы диаметром 35 см, длиной 1м и весом порядка 300-350 кг.
Первые три эксперимента (пробные) выполнены при нахождении испытуемого напротив оси вала на расстоянии 4.5 м от ротора, после чего рабочее место было перенесено ближе к ротору в 2.5 м от оси вала макета. Временной режим работы системы при проведении каждого эксперимента поддерживался, как правило, постоянным. Каждый из трех этапов, набор оборотов, работа на номинальной скорости 3000 об/мин, выбег, составлял ~ 5 мин. Выбег производился как свободный, так и управляемый. В течение всей работы осуществлялся контроль скорости вращения ротора и запись данных в компьютер. На последнем этапе работы был использован виброметр (установленный на защитном корпусе ротора), который позволял на диаграммной ленте получать и использовать в дальнейшем кривые вибрации системы при наборе оборотов и выбеге. Для получения разбалансировки ротора использованы гайки с внутренним диаметром М10, весом около 15 г и грузик весом 40 г, которые последовательно крепились на болты М10, укрепленные диаметрально от оси ротора на расстоянии 10 см на одном из его торцов.
На рис. 1 (а, б, в) представлена динамика длительности “индивидуальной минуты” для каждой серии экспериментов, соответственно. Участки общей кривой, характеризуемые начальный – фоновый и промежуточные интервалы между экспериментами, выделены жирной линией. Тонкой линией – интервалы набора оборотов и выбега. Штриховой – интервалы реализации номинальной скорости 3000 об/ми.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Динамика ДИМ: а) в 1-й серии экспериментов: 1-3 – плавный набор оборотов и свободный выбег; 4-6 – управляемый выбег; б) во 2-й серии экспериментов: 1-3 – резкий набор оборотов и свободный выбег; 4-6 – нестабильная (близкая к критической) скорость вращения ротора; в) в 3-й серии экспериментов: 1-3 – работа со сбалансированным ротором; 4-7 – разбалансировка ротора. |
Анализ уровней вариаций ДИМ показывает, что наибольший подъем показателя характерен для этапов набора оборотов (64-77 с) и выбега (64-75 с): максимумы уровня ДИМ превышают общее для всех этапов среднее фоновое значение (53.5 с) в 1.2-1.5 раза. При этом уровни максимумов ДИМ на этапах набора оборотов и выбега имели разные приоритеты в следующих ситуациях:
- при относительно плавном наборе оборотов и свободном выбеге значения максимумов на этапах выбега, в основном, превышали таковые на этапах набора скорости (рис. 1-а, 1-3 эксперименты);
- при управляемом выбеге (рис. 1-а, 4-6 эксперименты), относительно резком наборе оборотов и свободном выбеге (рис. 1-б, 1-3 эксперименты), и в случае разбалансировки ротора (рис. 1-в, 4-7 эксперименты) значения максимумов на этапах набора оборотов, как правило, превышали таковые на этапах выбега.
Можно заметить, что в случае управляемого выбега на промежуточных интервалах между экспериментами произошло заметное снижение уровня ДИМ до 49-50с относительно среднего фонового значения 53.5 с (рис. 1-а, 4-6 эксперименты).
На интервалах реализации номинальной скорости уровень ДИМ снижался практически до фонового значения (рис. 1 (а, б, в) – 1-3 эксперименты). Однако в случае нестабильной и близкой к критической (по техническим причинам) скорости (рис. 1-б, 4-6 эксперименты) наблюдалось лишь незначительное снижение уровня ДИМ. Аналогичная ситуация наблюдалась и в случае разбалансировки ротора макета турбины (рис. 1-в, 4-7 эксперименты). Бросается в глаза резкое изменение уровней ДИМ (по сравнению с предыдущей ситуацией) при разбалансировке ротора.
Сопоставление динамики показателей электропроводимости с динамикой ДИМ во всех сериях экспериментов показывает наличие высокой значимой обратной корреляционной связи между ними в диапазоне от -0.67 до -0.84. Следует отметить важный аспект в динамике показателей электропроводимости в ТА: их минимумы на этапах набора оборотов и выбега снижаются относительно средних фоновых значений в 2-4 раза, а при разбалансировке ротора – до 8-ми раз. Значения коэффициентов корреляции между показателями электропроводимости и ДИМ на общем (для всех серий экспериментов) фоновом участке не выходили за пределы ±0.2.
Более глубокое исследование 3-й серии экспериментов (рис. 1-в) иллюстрирует рис. 2 (а, б).
|
|
|
|
|
Рис. 2. Сравнительный анализ динамики средних уровней показателей электропроводимости в ТА (а) и ДИМ (б) для всех ситуаций в 3-й серии экспериментов
|
На рис. 2 приведены результаты сравнительного анализа динамики средних уровней показателей электропроводимости и ДИМ применительно к следующим ситуациям:
- фоновая регистрация данных (кривая 1, рис. 2-а, 1-й столбец, рис. 2-б);
- работа со сбалансированным ротором (1-3 эксперименты, кривая 2 и 2-й столбец);
- работа с разбалансированным ротором – установка одной гайки весом 15 г (4 эксперимент, кривая 3 и 3-й столбец);
- работа с разбалансированным ротором – установка двух гаек общим весом 30 г (5 эксперимент, кривая 4 и 4-й столбец);
- работа с разбалансированным ротором – установка двух гаек и грузика общим весом 70 г (6 и 7 эксперименты, кривые 5, 6 и 5-й, 6-й столбцы).
Нельзя не заметить явную связь между степенью разбалансировки, связанной с последовательным увеличением веса грузиков, и изменением регистрируемых показателей, электропроводимости в ТА – в направлении снижения, ДИМ – в направлении роста.
Использование данных о скорости вращения турбины и ее вибрации позволило провести сопоставление хода изменения данных показателей с динамикой ДИМ (рис. 3 (а, б)).
|
|
|
|
|
Рис. 3. Сопоставление хода ДИМ (1-а, 1-б), скорости вращения ротора (2-а) и его вибрации (2-б). |
Рис. 3 представляет усредненную по всем экспериментам со сбалансированной турбиной (за исключением 4-6 экспериментов, выполненных 19.12.2007 г. – рис. 1-а) кривую ДИМ (1) и согласованные с нею по времени типовые кривые изменения скорости турбины (2-а) и вибрации (2-б). Видно, что кривая ДИМ (1-а) имеет максимумы (относительно “площадки”, характеризующей номинальную скорость), соответствующие скорости турбины ~ 1800 об/мин (2-а). Причиной появления максимумов ДИМ, как следует из рис. 3-б, является максимальная вибрация турбины (“острый” резонанс) на данной скорости ~ 190 µм (2-б).
Таким образом, факт негативного влияния системы с вращающимся ротором турбины на функциональное состояние человека можно считать установленным. Результаты работы свидетельствуют об изменении исследуемых показателей во время набора скорости и выбега ротора, а при разбалансировке – и на интервале номинальной скорости, в направлении ухудшения состояния организма человека.
ON INFLUENCE OF SPINNING MASSES ONTO HUMAN FUNCTIONAL STATUS
E.S.Gorshkov, V.V.Ivanov, M.I.Shklyarov1, A.M.Mironov1
1 Leningrad Metal Plant, 195009 Saint Petersburg, Vatutina str., bld.1, lit. А, E-mail: alexey-mironov@rambler.ru