411

1.5. Примеры расчета искусственной вентиляции тоннеля

1.5.1. Поперечная система вентиляции

Исходные данные. Тоннель горный автодорожный для двухполосного движения в обоих направлениях. Дорога II категории. Длина тоннеля 1,5 км. Высота над уровнем моря 1000 м. Интенсивность движения по одной полосе 1000 авт./ч. Скорость движения автомобилей в колонне 50 км/ч. Состав автомобильного потока: автомобили с карбюраторными двигателями - 85 %, в том числе: легковые - 55 %, грузовые - 30%, автобусы - 15 % ; автомобили грузовые с дизельными двигателями - 15 %. (Средний состав потока автомобилей принимают, %: грузовые 45 73, легковые 20 46, автобусы 6 10.)

В плане тоннель расположен на прямой.

Продольный профиль тоннеля и его поперечное сечение показаны на рис. 1.3.

Принимается поперечная система вентиляции с подачей и вытяжкой воздуха по верхним вентиляционным каналам от каждого портала. Из приточного канала воздух попадает через поперечные каналы в транспортную зону тоннеля, а далее через отверстие в вентиляционной перегородке - в вытяжной канал.

Определение расхода воздуха, подаваемого в тоннель

1. По предельно допустимой концентрации СО.

Часовой расход топлива, кг/ч, одним «осредненным» автомобилем с карбюраторным двигателем:

GTK = gл mл + gгк mгк + gав mав ,

где g л , g гк , g ав - расход топлива одним «осредненным» автомобилем (соответственно легковым, грузовым, автобусом, см.

табл. 1.4);

тл ,тгк, тав - доля групп автомобилей в общем потоке.

Рис. 1.3. Продольный профиль и поперечное сечение тоннеля: 1 - приточный канал; 2 - вытяжной канал; 3 - поперечный канал; 4 - вентиляционная перегородка; 5 – отверстие в вентиляционной перегородке; 6 - вентиляционная установка

GТК = 3,48 0,55 + 12,47 0,30 + 11,47 0,15 = 7,365 кг/ч.

Часовой расход топлива одним грузовым автомобилем с дизельным двигателем (см. табл. 1.4) - 14,79 кг/ч.

Количество СО, выделяемой «осредненным» автомобилем с карбюраторным двигателем см. (1.2) :

qк = 2,777 (1 + 14,9 1,05) 7,365 1,7 1,62 = 938 мг/с.

То же, автомобилем с дизельным двигателем:

qд = 2,777 (1 + 14,9 2) 14,79 0,1 1,34 = 169 мг/с.

Расход воздуха по предельно допустимой концентрации СО

см. (1.1) :

на участке I

Общий расход воздуха в тоннеле по СО:

Qв = 226,3 + 99,5 + 161,9 = 487,7 м3/с. 2. По теплоизбыткам

Тепловыделение автомобильных двигателей см. (1,5) : на участке I

Та 0.7 1000 0,85 7,365 44000 0,6 1,62 1,15 3,6 50

Q = 488 м3/с. Поскольку проветривание тоннеля производится двумя вентиляционными установками, расположенными у порталов, производительность каждой установки должна составлять Q2 Qy 244 м3 /с, а зона ее действия

LT 2 Ly 750 м.

Определение давления воздуха и выбор вентиляционной установки

Рассчитывают давление воздуха, создаваемое только приточной вентиляционной установкой, предварительно определяя все необходимые параметры.

Площадь приточного канала вычисляют как половину площади кругового сегмента, м2, по формуле

Обозначения и размеры даны на рис. 1.4.

6900

h 4000

2 1

=1550

Рис. 1.4. Схема приточного канала: 1 - приточный канал; 2 - вытяжной канал

Периметр поперечного сечения приточного канала:

ппр.к a h 4,98 4,0 6,90 15,88м.

Эквивалентный диаметр приточного канала см. (1.19) :

dэ.пр.к 4,0 14,83 3,74 м. 15,88

Средняя скорость движения воздуха в приточном канале:

Коэффициент трения в приточном канале пр.к = 0,028. Требуемая площадь сечения поперечных каналов при рас-

стоянии между ними 4 м и скорости движения в них воздуха

5м/с:

Суммарные местные сопротивления в приточном канале складываются из суммы сопротивлений на входе и выходе (см. табл. 1.8):

пр.к = 0,5 + 1,0 = 1,5.

В поперечном канале, кроме того, возникают сопротивления в верхнем и нижнем отводах (поворотах):

пк = 0,5 + 1,0 + 0,2 +0,2 = 1,9. Коэффициент трения для поперечных каналов, облицован-

ных стальными листами, принимают пк = 0,09.

Потери давления на трение по длине приточного канала см. (1.20) :

т1пр.к 0,028 750 1,18 16,452 896,46Па. 3,74 2

Потери давления на трение в поперечных каналах:

Потери давления в местных сопротивлениях в приточном канале см. (1.21) :

Р2пр..к 1,5 1,18 16,452 239,48Па. 2

Потери давления в местных сопротивлениях в поперечных каналах:

т2 пк 1,9 1,18 52 750 5254,69Па. 2 4

Суммарные потери давления (без учета естественной тяги воздуха, которая при поперечной системе вентиляции практически не оказывает влияния на условия проветривания):

Р = 896,46 + 4533,64 + 239,48 +5254,69 = 10924,27 Па. Расчетные значения расхода и давления воздуха принимают

с учетом возможных потерь порядка 5 10 %: Qр = 1,05 244 = 256,2 м3/с;

Рр = 1,05 10924,27 = 11470,48 Па.

По этим значениям выбирают вентиляционную установку. Принимают центробежные вентиляторы ВЦД-40 с производительностью 300 м/с, развивающие давление 6500 Па. В состав вентиляционной установки входят два вентилятора, соединенные последовательно. В этом случае производительность установки составляет 300 м3/с, а суммарное давление в сети 13000 Па, что соответствует расчетным значениям Qр и Рр .

1.5.2. Продольно-струйная система вентиляции

Использованы исходные данные п. 1.5.1, а также полученный расход воздуха Q = 448 м3/с.

Принимается продольно-струйная система вентиляции с установкой в сводовой части тоннеля секционных осевых высокоскоростных вентиляторов СВМ-6М со следующими характеристиками: площадь кольцевого сечения S св = 0,282 м2; скорость воздуха на выходе Vсв = 24,8 м/с; производительность вентилятора Qсв = 7 м3/с.

Дополнительные исходные данные к расчету: скорость вет-

внутреннего контура тоннеля ПТ = 34 м.

Эквивалентный диаметр тоннеля:

Средняя скорость движения воздуха по тоннелю:

448

Vв 81 553, м/с. Миделево сечение «осредненного» автомобиля:

SM Sмл тл SмГ тГ Sмав тав

2,15 0,47 4,75 0,40 5,25 0,13 3,59м2. Коэффициент лобового сопротивления:

са сал mл саГ mГ саав mав

0,45 0,47 0,8 0,40 0,7 0,13 0,62.

Количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле на одной полосе см. (1.17) :

Давление, создаваемое действием ветра см. (1.13) :

Давление, вызванное разностью температур воздуха в тоннеле и на поверхности см. (1.14) :

Рt = 10 4,2 (1,266 1,185) = 3,4 Па.

Давление за счет разности барометрических давлений у порталов см. (1.15) :

Рб = 91327 91287 = 40 Па.

Давление, создаваемое потоком автомобилей, движущихся по направлению действия струйных вентиляторов см. (1.16) :

Давление, создаваемое автомобилями, движущимися навстречу воздушному потоку:

Давление за счет трения воздуха по стенам тоннеля см. (1.20) :

Давление, создаваемое одним струйным вентилятором см. (1.22) :

Необходимое количество струйных вентиляторов определяют из условия равенства давления, создаваемого всеми вентиляторами, и сопротивлений потоку воздуха с учетом естественной тяги.

Принимая направление воздушного потока, создаваемого вентиляторами, от портала №1 к порталу №2 и учитывая, что в том же направлении будет двигаться воздух под действием ветра, разности температур в тоннеле и на поверхности, получают количество потребных вентиляторов см. (1.24) :

В связи с тем, что вентиляторы СВМ-6М устанавливают парами (параллельно), в тоннеле ставят 23 группы вентиляторов с шагом 150023 65м.

Схема размещения струйных вентиляторов показана на рис. 1.1, б.

Вентиляторы типа ВМ устанавливают только по одному. Если расстояние между вентиляторами частичного проветривания будет составлять менее 50 м, то для вентиляции тоннеля принимают вентиляторы главного проветривания, устанавливаемые у порталов тоннеля. Выбор типа вентилятора осуществляется аналогично выбору вентиляторов при поперечной

системе.

2. ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА

2.1. Общие положения

Для вентиляции тоннелей метрополитенов используется обычный наружный городской воздух, поступающий через вентиляторные установки, которые располагают в середине каждого перегона и на каждой станции.

Для метрополитенов городов, где средняя температура самого холодного месяца ниже 00 С, существуют два режима вентиляции - зимний и летний. Зимой вентиляционные установки, расположенные на перегонах, работают на приток свежего воздуха, а вентиляционные установки, расположенные на станциях - на вытяжку, т.е. на станции подается более теплый воздух по сравнению с наружным, согревшимся при прохождении по перегонному тоннелю (рис. 2.1). Летом вентиляционные установки на перегонах работают на вытяжку, а станционные - на приток, т. е. свежий наружный воздух поступает непосредственно на станции.

Количество воздуха, необходимое для проветривания линии метрополитена, определяют с учетом поступающих в тоннели тепла, влаги и вредных газов. Как правило, основной вредностью являются тепловыделения. Обычно объем воздуха, рассчитанный по теплоизбыткам, достаточен для поглощения влаги и разбавления углекислого и других вредных газов до допустимой концентрации.

а)

Рис. 2.1. Схема вентиляции линии метрополитена:

а- зимний режим; б - летний режим

2.2.Расчет вентиляции линии метрополитена

2.2.1. Расчет необходимого количества воздуха по теплоизбыткам

Теплоизбытки образуются как разность между теплопритоком в тоннелях и теплоуходом через обделку тоннелей в породу. Теплота на линии метрополитена выделяется поездами, людьми, электроосвещением и другим различным электрооборудованием, расположенным в тоннелях и на станциях.

Тепло, выделяемое поездами метрополитена, Вт:

где 2 - число путей в перегонных тоннелях; 53,256 - расход электроэнергии на движение поезда,

Вт ч/т км;

Р - масса поезда, т (масса одного вагона с людьми 50 т); N - число пар поездов в час (от 20-ти до 50-ти);

L - длина вентилируемого участка линии, км.

где - полное количество тепла, выделяемое одним челове-

здесь m - количество вагонов в составе поезда;

nваг - количество пассажиров в одном вагоне, принимаемое для расчета в размере 70 % от максимального наполнения в часы «пик» (максимальное наполнение вагона составляет от

280 до 300 чел.);

V - средняя скорость движения поездов (35 40 км/ч);

t- интервал между поездами, мин (при 40 парах поездов

вчас t = 1,5 мин);

nпл - количество людей, одновременно находящихся на

где 290 - расчетное заполнение вагона; (пв+пп) - высадка и посадка пассажиров на станции, %, по

отношению к общему количеству пассажиров в поезде, обычно составляет от 20 до 50 %.

Тепло, выделяемое электроосвещением и оборудованием,

Вт:

а) во время движения поездов:

б) во время прекращения движения:

Эпер - мощность рабочего освещения 1 км однопутного тоннеля, Эпер= 6000 Вт;

Эпер - мощность полного освещения при прекращении движения, Э пер= 18000 Вт;

ЭсТ - мощность рабочего освещения станции, ЭсТ = 100000

Вт;

Э сТ - мощность дежурного освещения Э сТ = 28000 Вт; Эоб - мощность стационарного энергетического оборудо-

где z - время работы метрополитена, равное 19 ч. Среднечасовой уход в окружающую тоннель породу на рас-

четном участке, Вт:

Среднечасовой уход в окружающую тоннель породу на расчетном участке, Вт:

где - внутренняя поверхность вентилируемых тоннелей на расчетном участке, м2;

Т - коэффициент теплоотдачи от тоннеля через обделку к породе, т.е. количество тепла, которое проходит за 1ч через 1м2

tв - средняя температура воздуха в тоннеле, 0С, tв = 20 25 0С; tпор - средняя температура породы за обделкой, 0С, на глуби-

где a - теплоемкость воздуха, равная 0,279 Вт;

t - разность температур удаляемого и подаваемого воздуха, обычно принимают t = 10 0С;

- плотность воздуха при t = 200 C, = 1,205 кг/м3. Минимальная кратность воздухообмена по наружному воз-

духу на 1 пог.м трассы в двухпутном исчислении должна быть:

где Q - количество подаваемого свежего воздуха, м3/ч;

2.2.2. Расчет давления воздуха

При расчете давления воздуха определяют потери давления тоннеля вследствие сопротивления трения по стенам по формуле (1.20) и потери давления в местных сопротивлениях по формуле (1.21).

2.3. Выбор вентиляционного оборудования

Определяют расчетные значения расхода и давления воздуха по формулам (1.23) и выбирают необходимое вентиляционное оборудование. Для вентиляции метрополитенов принимают

осевые реверсивные вентиляторы главного проветривания, отличающиеся компактностью и экономичностью.

Вентиляционные установки на перегонах размещаются в специальных вентиляционных камерах, соединяемых сбойками с тоннелем и шахтным стволом с поверхностью (рис. 2.2).

Вентиляционные установки на станциях размещаются в вентиляционных камерах, расположенных в торцах станции.

7

Не менее 2 м

6

3

4

Рис. 2.2. Вентиляционный узел на перегоне:

1 - вентиляционная камера; 2 - шумоглушительная камера; 3 - шахтный ствол; 4 - клапаны; 5 - направляющие лопатки;

6 - вентиляционный киоск; 7 - жалюзи

Приложение 1. Характеристики осевых вентиляторов частично-

Приложение 2. Характеристики осевых вентиляторов главного

42 Учебное издание

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 291100

«Мосты и транспортные тоннели»

Составитель А.А. Фугенфиров Редактор И.Г. Кузнецова

Лицензия ИД № 00064 от 16.08. 99. Подписано к печати 6.05.2002. Бумага ксероксная.

Оперативный способ печати. Гарнитура Таймс.

Усл. п.л. 2,7, уч.-изд. л. 2,5. Тираж 100 экз. Изд. № 9.

Издательство Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии 644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10 Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ