1796

поршневым эффектом автомобилей. Каждый из факторов может действовать в любом направлении в зависимости от определенных условий. В курсовом проекте допускается рассматривать все факторы естественного проветривания с одним знаком для получения максимально возможной величины Ре.

Давление за счет динамического действия ветра, Па:

где Vвт – скорость ветра, попутного или встречного движению воздуха в тоннеле, м/с (для курсового проекта допускается принимать 3...6 м/с), при попутном направлении ветра значение Pв > 0, при встречном направлении ветра Pв < 0; – угол между направлением ветра и осью тоннеля, град (для курсового проекта допускается принимать 5...15°).

Давление, вызванное разностью температур воздуха на поверхности и в тоннеле, Па:

где – разность высотных отметок порталов тоннеля, м, определяемая в зависимости от уклонов и длины тоннеля; при односкатном продольном профиле H=L·i, где L – длина тоннеля, км; i – продольный уклон тоннеля, ‰; н и т определяются для соответствующих температур (по табл. 1.6), кг/м3.

Если температура воздуха в тоннеле выше, чем на поверхности (в холодное время года), то воздух движется от нижнего портала к верхнему, в противном случае – наоборот.

Давление за счет разности барометрических давлений у порталов, Па:

В курсовом проекте допускается вычислять давление Pб по упрощенной формуле

Давление, вызванное поршневым действием автомобилей, движущихся в одном направлении, Па:

где Sм – миделево сечение автомобиля, м2; Sт – площадь поперечного сечения тоннеля, м2; са – коэффициент лобового сопротивления автомобиля; Nа – количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле на одной полосе движения; Va – скорость движения колонны автомобилей, м/с; Vв – средняя скорость движения воздуха в тоннеле, м/с.

В формуле (1.19) знак «плюс» ставится тогда, когда направление движения автомобилей совпадает с направлением движения воздуха, и знак «минус» – когда не совпадают движения автомобилей и воздуха. Для курсового проекта допускается рассматривать

один, наиболее невыгодный, случай, когда направление воздуха совпадает с движением транспортного потока и при этом поршневой эффект оказывает негативное влияние на проветривание.

Значения Sмi составляют: для легковых автомобилей малого класса 1,5 2,0 м2, для легковых автомобилей среднего и большого класса 2,0 2,8 м2, для грузовых автомобилей 3,0 6,5 м2, для автобусов 3,0 7,5 м2.

Значения саi принимают: для легковых автомобилей 0,4 0,5; для грузовых автомобилей 0,6 1,0; для автобусов 0,45 0,9 (первые числа – для автомобилей с хорошо обтекаемым, а вторые

– для автомобилей с плохо обтекаемым кузовом).

Для расчета принимают средневзвешенные значения Sм и са (с учетом долей автомобилей в общем потоке):

Sм Sм,л mл Sм,г mг Sм,ав mав;

(1.20)

cа cа,л mл cа,г mг cа,ав mав.

Количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле на одной полосе движения:

При длинах тоннелей 400 м и менее, определив суммарное давление Pе и учитывая, что оно расходуется на преодоление со-

противлений, возникающих в тоннеле, подсчитывают скорость движения воздуха от естественных факторов проветривания в тоннеле (с учетом всех сопротивлений), м/с:

где тр – коэффициент трения воздуха по внутренним стенкам тоннеля; dэт – эквивалентный диаметр тоннеля, м;

Значения тр ориентировочно принимают для тоннелей:

-с гладкой бетонной поверхностью тр = 0,028;

-с ребристой поверхностью при обделке из железобетонных

тюбингов тр = 0,036;

Эквивалентный диаметр воздуховодов некругового сечения

где Sт – площадь поперечного сечения транспортной зоны тоннеля в свету, м2; Пт – периметр поперечного сечения тоннеля, соответствующий Sт, м.

Определив Vе, следует проверить условие Vе QSт , при соблюдении которого достаточность естественного проветривания можно считать обоснованной.

При длинах тоннелей более 400 м расчет скорости движения воздуха Vе, создаваемой естественными факторами, непроизводится, так как используется искусственная вентиляция.

1.3.1.2. Расчет искусственной вентиляции при продольной системе

При расчете искусственной вентиляции определяют давление подаваемого в тоннель воздуха, необходимое для преодоления сопротивлений, возникающих в тоннеле.

При продольной системе вентиляции возникают сопротивления за счет сил трения воздуха по длине тоннеля, а также местные сопротивления при входе и выходе воздуха из тоннеля и при поворотах, если трасса тоннеля располагается на кривой. В ряде случаев учитывают сопротивление, вызванное естественной тягой воздуха, направленной навстречу воздушному потоку, создаваемому вентиляторами.

Сопротивление трения, т. е. потеря давления в воздуховоде произвольного поперечного сечения, Па:

где тр принимают по примечанию к формуле (1.22); L – длина тоннеля (участка), м; dэт – определяют по формуле (1.23); Vв – средняя скорость движения воздуха в тоннеле (см. подр. 1.2.3.), м/с.

1.3.2.1. Определение факторов естественного проветривания

Факторы естественного проветривания определяются аналогично подр. 1.3.1.1.

1.3.2.2. Расчет искусственной вентиляции при продольно-струйной системе

Значение Pmax определяется по формулам подр. 1.3.1.2. При продольно-струйной системе используются высокоскоростные вентиляторы местного проветривания.

Технические характеристики струйных вентиляторов (местного проветривания) приведены в прил. 1.

Количество струйных вентиляторов подбирается исходя из давления, создаваемого каждым вентилятором, определяемого по формуле

где k – коэффициент использования струи, k = 0,85 0,90; Sсв – площадь поперечного сечения вентилятора на выходе (площадь кольцевого сечения), м2 (см. прил.1); Vсв – скорость движения воздуха у выходного отверстия вентилятора, м/с (см. прил.1).

1.3.3. Поперечная система вентиляции

Поперечные сечения тоннелей сводчатого и кругового очертаний при поперечной системе вентиляции приведены на рис. 1.10 и 1.11.

При поперечной системе вентиляции сопротивления трения возникают в продольных и поперечных вентиляционных каналах, а местные сопротивления – при входе и выходе воздуха из каналов, при поворотах, сужениях и расширениях воздуховодов и пр.

При поперечной системе вентиляции с промежуточными шахтными стволами необходимо также учитывать сопротивление

nуч – количество участков вентиляции по длине тоннеля. Количество участков назначается из условий:

-длина участка Lуч = 600...800 м;

-скорость движения воздуха в продольном канале Vпрод≤20м/с.

P2,прод определяется по формуле (1.25), при этом Vв = Vпрод – средняя скорость движения воздуха в продольном канале, м/с;

i – сумма местных сопротивлений в тоннеле (см. табл. 1.10), принимается с учетом размещения вентиляционных установок, i 8 2 3 9.

Для определения давления P1,пк задаются предварительными размерами и количеством поперечных каналов исходя из условий:

-поперечные каналы имеют прямоугольное поперечное се-

чение;

-высота поперечного канала hпк = 80...150 мм;

-ширина поперечного канала bпк = 550...2250;

-шаг поперечных каналов пк вдоль тоннеля назначается в пределах 4...6 м;

-скоростьдвижениявоздухавпоперечномканалеVпк ≤ 5 м/с. Количество поперечных каналов nпк определяется по фор-

муле nпк = Lуч / пк с округлением до целого в большую сторону. P1,пк определяется по формуле (1.24), при этом тр принимают для поперечных каналов, облицованных листовой сталью, асбоцементными листами или винипластом 0,08...0,10; L = Lпк= = lпк = nпк · lпк – длина всех поперечных каналов, м. Длина одного поперечного канала lпк определяется графически по чертежу поперечного сечения тоннеля с учетом размещения вентиляционных каналов.

dэт определяется по формуле dэт = 2 hпк · bпк / ( hпк + bпк ). Скорость движения воздуха в поперечном канале Vпк опре-

деляется по формуле Vпк = Qуч / (nпк · hпк · bпк ).

P2,пк определяется по формуле (1.25), при этом Vв = Vпк – средняя скорость движения воздуха в поперечном канале, м/с; i сумма местных сопротивлений в тоннеле (см.табл.

1.10), принимается с учетом размещения поперечных каналов, их количества и конфигурации:

- для тоннелей сводчатого очертания

i 9 1 5 5 3 8 nпк ;

-для тоннелей кругового очертания

i 9 1 3 8 ппк.

1.4. Выбор вентиляционного оборудования

После определения требуемых значений Qmax и Pmax определяют расчетные значения расхода и давления воздуха. Расчетные значенияпринимаютс учетом возможных потерьпорядка 5 10%:

Qp 1,05 1,10 Qmax;

(1.27)

Pp 1,05 1,10 Pmax.

Определив расчетный расход воздуха Qр и требуемое давление Рр , выбирают необходимое вентиляционное оборудование.

Для проветривания тоннелей применяют центробежные и осевые вентиляторы главного проветривания, а также струйные высокоскоростные вентиляторы местного проветривания.

Вентиляторы подбирают по их характеристикам, которые выражают зависимость между основными параметрами их работы: производительностью и давлением при различной частоте вращения и разных коэффициентах полезного действия.

Впервом приближении выбор типа вентиляторов можно производить по их основным параметрам, приведенным в прил. 1 – 5.

Вслучае если один вентилятор не удовлетворяет расчетным

значениям Qр и Рр , выбирают несколько вентиляторов, объединяя их по параллельной или последовательной схеме.

При параллельной схеме общий расход воздуха, подаваемого в воздуховод, будет равен сумме производительности всех установленных параллельно вентиляторов, а общее давление не будет превышать давления, создаваемого каждым из вентиляторов.

При последовательной схеме общее давление равно сумме давлений всех вентиляторов, а производительность соответствует производительности каждого из вентиляторов.

Тоннельные вентиляторы должны удовлетворять следующим требованиям:

-иметь большую производительность (порядка 180...250 тыс. м3/ч) и минимальные размеры;

-обладать широким диапазоном допустимого изменения производительности (в пределах 70...250 тыс. м3/ч);

-иметь наибольший КПД при оптимальном режиме работы;

-обладать возможностьюреверсирования движения воздуха;

-при реверсировании производительность вентилятора должна составлять не менее 80 % его производительности в прямом режиме;

-обеспечивать устойчивую параллельную работу двух одинаковых вентиляторов;

-иметь надежную, простую в обслуживании, маловибрационную, малошумную конструкцию.

В большей степени этим требованиям удовлетворяют осевые вентиляторы. Центробежные вентиляторы являются более производительными и менее шумными, но уступают осевым по другим показателям и не реверсируются.

1.4.1. Продольная система вентиляции

При продольной системе используются центробежные и осевые вентиляторы главного проветривания (см. прил. 4, 5), которые устанавливаются у порталов в специальных помещениях

(рис. 1.1, 1.12).

1.4.2. Продольно-струйная система вентиляции

Струйные вентиляторы размещают непосредственно на стенах или под сводом тоннеля, над тротуарами или непосредственно над проезжей частью так, чтобы ось каждого вентилятора была параллельна оси тоннеля. Можно располагать струйные вентиляторы и в специальных нишах в стенах или своде (см. рис. 1.2).