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铁路隧道运营通风应用空气幕的探讨

2016-08-08 11:24:00 来源: 点击:33

摘要:本文探讨一种用空气幕解决铁路隧道运营通风的方法。

一、概述

铁路隧道运营通风多采用纵向通风,纵向通又可分为喷嘴式通风,帘幕通风和射流通风。


喷嘴式通风也叫萨可多(Saecardo)式通风,它结构简单,能保证行车安全,适用于中、长隧道的运营通风,但对于长大隧道,动表耗费太大,不经济。

帘幕式通风用于长大隧道,比喷嘴式通风节能。不过,在行车密度高的隧道以及双线隧道中使用,还有不少问题,就是在一般隧道中也会给司机造成心理上的负担。管理上也有一定困难。

射流通风土建费用少,简单易行,被普遍利用,但在长大隧道中使用风机达几十台,管理,维护也都有困难。

关角隧道全长4010m,1987年将喷嘴式通风改为空气幕,经安装,实验证明效果良好,较喷嘴式通风经济,较固体帘幕式一次性投资少,无需在建立信号连锁,管理简化、安全可靠。

其实,很早就有人提出用气体来代替固体阻挡漏风的空气幕通风方案,1964年专业设计院曾用模型做过定性实验,19674月,第三勘测设计院在丰沙线16号隧道做过现场实验。同年8月,第三、四勘测设计院通风专业又做了模型试验,结果都证明在一定的条件下,空气幕是能阻挡漏风的,证实了在解决长大隧道运营通风时,用空气幕来代替固体帘幕的设想,后来由于“文革”的干扰,停止了对这个项目的研究工作。

我们根椐以上空气幕的试验报告,利用流体力学的基本原理以及4501工程的试验资料,研究了另一种形式的空气幕通风方案,并提出了设计计算方法,供隧道工程技术人员参考。

它的结构为图1,在隧道的一端相隔一定距离设置两个面积不等的喷嘴,风道A是供风喷嘴,通过它向隧道提供排烟所需要的风量和压力。风道B是空气幕喷嘴,它的风量根据风道A的漏风量大小计算确定,其作用是使气流在堵漏段扩散后,产生一个推力P2,使其等于风道A漏风压头P2以堵住风道A的漏风,起到帘幕的作用。

风道AB的设置可利用隧道施工中的平行导坑、斜井、竖井等辅助坑道,也可以根据隧道地形条件,在沿河傍山的隧道设置土建工程量小的两条风道。

二、空气幕设计方法

凡是不能用固体门隔绝冷热空气的交通道,都使用空气幕来达到阻止空气对流的目的,这在采暖空调中的应用是很广泛的,不需要再作试验证明,在隧道中使用。第三,四勘测设计院在分析,总结模型现场试验都已证实:空气幕有阻挡漏风,提高风量分配的作用。同时也指出他们使用的空气幕发生器需要进一步改进,存在速度、压力不均、阻力大、挡风能力低等缺陷[1][2]。在分析研究以上试验结果的基础上,产生了用喷嘴代替空气幕发生器的方案。

空气幕通风的原理类似帘幕通风,其作用都是为提高喷嘴A的有效风量分配,采取提高短路端阻力的措施。不同的是帘幕不需动力,而空气幕需要动力。动力和大小也与固体帘幕受的压力一样,主要同喷嘴A的面积大小,总风量大小、风道夹角等因素有关。

空气幕喷嘴B的设计,要使其喷射入隧道的射流,扩散以后形成一个推力与P2相等,但方向相反,设为P2。从流体学可知,喷嘴射入隧道内的射流,要经一定距离才能达到缓变流地段,断面上各点静压力相等,这段距离一般需要50DD:当量直径)才能满足。回流段的紊流程度低一些,因此,两喷嘴之间距离应大于50D

空气幕的计算方法是分别计算两个风道的风机功率,前一个风道A的风机功率按帘幕式通风计算[3],后一个风道B的通风机功率按堵头式通风方法计算。

三、空气幕省功原理

空气幕通风与喷嘴式通风相比,节省动力的原理是明显的,喷嘴通风功率达到最小时必然有一个最佳风量分配系数,和一个最经济的风道口面积[5]。为便于比较,把空气幕通风中AB两个风道的供风量设计得与喷嘴式的最佳风量分配系数一样。

QA=Qe     Q13=Qd

其中Qe为喷嘴式通风供风量,Qd为喷嘴式通风短路段风量。

喷嘴式通风功率(Nj)等于隧道与风道功率之和。

Nj=Rf(Qe+Qd)3+R5Qe3

式中:Rf——喷嘴式通风风道阻力

Rs——喷嘴式通风隧道阻力

空气幕通风的功率等于两个喷嘴动力之和。

NAB=NA+NB

=(RfAQA3+RsQA3)+(RfBQB3+RdQB3)

式中:RfA——喷嘴A风道内阻力

RfA——喷嘴A风道内阻力

RfA----喷嘴B风道内阻力

Rd——喷嘴B回流段阻力

为了证明方便,设空气幕喷嘴的风道阻力(RfARfB)与喷嘴式通风风道阻力(Rf)相等。

RfA=Rf     RfB=Rf

两种方式供风段阻力Rs基本相等,回流段阻力RB很小,忽略不计。喷嘴式通风功率可写成:


空气幕通风功率可写成


Nj-NAB=3Qe2Qd+3QeQd2

Nj>>NAB

可见空气幕嘴B的作用是显然的,就象喷嘴式通风获得顺向自然风的帮助一样,阻挡了漏风,提高了风量分配。以上是举一个特殊例子说明空气幕省功原理,一般情况要作复杂的计算才能对照比较。

四、结束语

现在所介绍的空气幕在结构上变得简单,其原理是一样,也可用于铁路隧道运营的分段式压入式通风,目前我国已建成的军都山,大瑶山等长大隧道,施工期间都有斜井作为辅助坑道,有条件进行现场的运营通风试验,地下铁道的区间隧道通风也有类似的问题.所以,应立项对空气幕的使用进行深入的研究。

参考文献

[1]铁道部第三勘测设计院第五勘测设计总队:《隧道运营通风空气幕现场试验小结》1967.4

[2]铁道部第三、四勘测设计院:《空气幕模型试验报告》1967.8

[3]陆茂成“铁路隧道帘幕式通风—关于帘莫压力计算的商榷”《铁道科学技术工务工程分册》1981.4

[4]铁道部4501工程科研队《4501工程通风模型试验报告》1977.10

[5]李正吉,陆茂成“铁路隧道无帘幕通风的功率研究”《铁道建筑》1982.12

[6]柏俊义、朱锦煌“空气幕在关角隧道通风中的应用

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