Фугенфиров А.А. Проектирование вентиляции транспортных тоннелей - файл n1.doc

Фугенфиров А.А. Проектирование вентиляции транспортных тоннелей
скачать (691 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc691kb.06.11.2012 22:24скачать

n1.doc

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ВЕНТИЛЯЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ


Министерство образования РФ

Сибирская государственная

автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра мостов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ

ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
Методические указания

по курсовому проектированию

для студентов специальности 291100

«Мосты и транспортные тоннели»

Составитель А.А. Фугенфиров
Омск

Издательство СибАДИ

2002

УДК 625. 42

ББК 39.112

Рецензент гл. инж. проектов ПКТБ НИСа СибАДИ (г. Омск), канд. техн. наук, доц. М.П. Мусиенко
Работа одобрена методической комиссией факультета АДМ в качестве методических указаний к курсовому проектированию для специальности 291100
Проектирование вентиляции транспортных тоннелей: Методические указания / Сост. А.А. Фугенфиров. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2002. – 44 с.
Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Проектирование и строительство тоннелей» и предназначены для студентов специальности 291100 «Мосты и транспортные тоннели», выполняющих курсовой проект по сооружению транспортных тоннелей.

В них заложены основы проектирования и расчета искусственной вентиляции горных, городских и подводных автотранспортных тоннелей и тоннелей метрополитенов. Даны общие положения по вентиляции, методика расчета расхода подаваемого в тоннель воздуха по газо- и тепловыделениям, определение давления воздуха при естественном и искусственном проветривании, а также выбор необходимого вентиляционного оборудования. Приведены примеры расчета естественной и искусственной вентиляции автодорожных тоннелей.

Методические указания могут быть также использованы при выполнении дипломных проектов.

Табл. 9. Ил. 6. Библиогр.: 7 назв.
© Издательство СибАДИ, 2002

1. ВЕНТИЛЯЦИЯ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ
1.1. Общие положения
Применение вентиляции в тоннелях обусловлено необходимостью снижения до допустимой концентрации вредных газов, устранения задымления и запыленности воздуха, создания нормального температурного режима.

По нормативам, автодорожные тоннели длиной до 150 м могут проветриваться естественным путем, тоннели длиной 150­­400 м должны иметь естественное проветривание при обосновании его расчетами и в случае необходимости оборудоваться искусственной вентиляцией, а тоннели длиной более 400 м обязательно должны иметь принудительную вентиляцию.

Искусственная вентиляция автодорожных тоннелей производится за счет воздухообмена путем подачи свежего воздуха, удаления загрязненного или одновременной подачей свежего и вытяжкой отработанного воздуха.

При этом применяют продольную, поперечную или комбинированную системы вентиляции, отличающиеся друг от друга характером воздухообмена, направлением движения воздуха, наличием или отсутствием специальных приточных и вытяжных каналов.

П
3
ри продольной системе воздух подается и удаляется по всему сечению тоннеля вентиляторами, установленными у порталов (рис. 1.1, а). Скорость движения воздуха в тоннеле не должна превышать 6 м/с. Такую систему наиболее целесообразно применять в автодорожных тоннелях с односторонним движением транспорта длиной не более 1 км, а также в железнодорожных тоннелях. В тоннелях длиной до 1,5­­­2 км находит применение продольно-струйная система вентиляции являющаяся разновидностью продольной системы. Для интенсификации проветривания вдоль тоннеля (на стенах или на своде) через 50100 м устанавливают высокоскоростные струйные вентиляторы (рис. 1.1, б).

Наиболее эффективной для автодорожных тоннелей, особенно имеющих значительную протяженность, является поперечная система вентиляции с подачей и вытяжкой воздуха по продольным каналам, расположенным за пределами габарита приближения строений.

Скорость движения воздуха в продольных каналах - до 15 20 м/с. Длину продольных каналов принимают не более 600 800 м из условия обеспечения равномерного выпуска воздуха по тоннелю.

Воздух из приточного канала поступает со скоростью 35 м/с по поперечным каналам высотой см и шириной , расположенным через 46 м, и удаляется через отверстия в вентиляционной перегородке шириной см и длиной (рис. 1.1, в).

Расширение каналов для притока и вытяжки воздуха зависит главным образом от формы поперечного сечения тоннеля. Так, в тоннелях кругового поперечного сечения приточный канал размещают под проезжей частью, а вытяжной канал - над ней.

При сводчатом очертании тоннеля приточный и вытяжной каналы располагают чаще всего над проезжей частью (под сводом), причем возможна как двусторонняя, так и односторонняя подача воздуха.

В тоннелях прямоугольного поперечного сечения каналы наиболее целесообразно размещать сбоку от проезжей части, рядом с боковыми стенами, а в двухпролетных тоннелях один из каналов может располагаться между проезжими частями.

П
6
рименяют также комбинированные системы вентиляции: полупоперечную - с подачей воздуха по каналу и вытяжкой по тоннелю и полупродольную - с подачей воздуха по тоннелю и вытяжкой по каналу (рис. 1.1, г).

При проветривании тоннелей значительной протяженности (более 1.52 км) поперечную и комбинированную системы вентиляции применяют с устройством по длине тоннеля промежуточных шахтных стволов для подачи и вытяжки воздуха (рис. 1.1, д).

Более подробные сведения о вентиляции автодорожных тоннелей содержатся в 1,2,3,6.

Проектирование вентиляции автодорожных тоннелей предусматривает определение необходимого расхода и давления воздуха для проветривания, выбор вентиляционных установок, размещение вентиляционных каналов, перегородок и пр.
1.2. Расход воздуха, подаваемого в тоннель
Расход воздуха, который требуется подавать в тоннель для обеспечения нормальной эксплуатации, определяют из условий снижения до допустимой концентрации вредных газов и установления в тоннеле нормального температурного режима. Для расчета вентиляции принимают исходные данные: тип и назначение тоннеля, категорию дороги, площадь поперечного сечения тоннеля, длину тоннеля, высоту расположения над уровнем моря, продольный профиль и план тоннеля, интенсивность движения автомобилей, скорость движения автомобилей в колонне, состав автомобильного потока по типам автомобилей, систему вентиляции.

Выбор системы вентиляции определяют по условию



где - скорость движения воздуха в транспортной зоне тоннеля, м/с;

- максимальный требуемый расход воздуха, м3/с;

- сечение тоннеля в свету, м2.

П

7
ри м/с принимают продольную систему.

1.2.1. Расчет по предельно допустимой концентрации СО

Расход воздуха, м3/с, требуемый по условию снижения концентрации СО до предельно допустимой:

, (1.1)

где - длина тоннеля или его участка с одним уклоном, км;

Ja – максимальная часовая интенсивность движения автомобилей, авт./ч (табл. 1.1);

- средняя скорость движения колонны автомобилей по тоннелю, км/ч (см. табл. 1.1);

- предельно допустимая концентрация СО в воздухе тоннеля, мг/м3 (табл. 1.2);

- концентрация СО в приточном воздухе, обычно =1 мг/м3;

- доли автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями в общем потоке;

- коэффициенты, учитывающие влияние уклона проезжей части тоннеля для различных скоростей движения на подъеме и спуске соответственно для автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями (табл. 1.3);

- количество СО, выделяемой одним «осредненным» автомобилем и дизельным двигателем соответственно, мг/с.

Количество СО, мг/с, выделяемое одним «осредненным» автомобилем:

, (1.2)

где - коэффициент избыточного расхода воздуха в горючей смеси, для карбюраторных двигателей = 0,851,2; для дизельных двигателей = 1,52,5;


8
- расход топлива одним «осредненным» автомобилем, кг/ч (табл. 1.4);

- процентное содержание СО в выхлопных газах по массе, % ; при равномерном движении принимают для карбюраторных двигателей =0,82,5; для дизельных двигателей= 0,10,15; при замедлении для карбюраторных двигателей = 2,55;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения тоннеля над уровнем моря (табл. 1.5) .

Таблица 1.1


Категория дороги

I

II

III

IV

Максимальная интенсивность движения автомобилей

, авт./ч


Более

2400


2400 1600


1600

800


Менее

800

Расчетная скорость движения колонны автомобилей , км/ч



80



60



50



40


При односкатном профиле расход воздуха определяют сразу для всего тоннеля, а при многоскатном профиле - по участкам с разными уклонами. Поэтому в формуле (1.1) в первом случае принимают полную длину тоннеля , а во втором - длину каждого отдельного участка и т.д. Тогда общий расход воздуха определяется суммированием расходов по участкам.

Таблица 1.2



Время нахождения

Нормальный режим движения

Замедленный

режим движения

транспорта в тоннеле , мин


5


10


15


20

(Va км/ч и

остановки

движения до

15 мин)

Предельно допустимая концентрация СО , мг/м3



60



35



26



21



200


9


Таблица 1.3


Коэф-

Укло-

Тип двигателя

фици-

ны,

карбюраторные

дизельные

енты

%

Скорость движения, км/ч







40

50

60

40

50

60

сп

 60

1,90

1,60

1,35

3,75

4,50

5,75

сп

 40

1,75

1,40

1,25

2,85

3,40

4,30

сп

 20

1,60

1,30

1,15

1,90

2,40

3,00

­-

0

1,40

1,20

0,90

1,00

1,25

1,70

сс

 20

1,25

1,00

0,85

0,60

0,70

0,80

сс

 40

0,90

0,85

0,80

0,50

0,60

0,70

сс

 60

0,85

0,80

0,75

-

-

-


Таблица 1.4





Скорость движения колонны автомобилей, км/ч

Группы

30

40

50

60

70

80

автомобилей

Расход топлива GТ , кг/ч, по группам

автомобилей

Легковые

2,10

2.75

3,48

4,31

5,33

6,98

Автобусы

6,39

8,58

11,47

15,10

20,72

26,05

Грузовые с карбюра-торными двигателями


5,77


8,38


12,47


15,41


20,05


24,86

Грузовые с дизельными двигателями


6,93


9,85


14,79


18,71


24,95


32,2


Таблица 1.5


Высота над уровнем моря, м


0


400


800


1200


1600


2000

cвk для карбюратор-

ных двигателей


1,10


1,17


1,43


1,80


2,18


2,55

cвд для дизельных дви-

гателей


-


1,00


1,23


1,45


1,67


1,90


10

1.2.2. Расчет по теплоизбыткам
Расход воздуха, м3/с, требуемый по условию удаления из тоннеля избыточного тепла и установления нормального температурного режима:

, (1.3)

где Т - суммарные теплоизбытки в тоннеле, Вт;

а - удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/ кгК, принимают а = 1 кДж/кгК;

tT , tH- температура воздуха в тоннеле и наружная на поверхности земли, К ;

Т - плотность воздуха в тоннеле при определенной температуре, кг/м3 (табл. 1.6).


Таблица 1.6



t, К

253

258

263

268

173

278

Т , кг/м3

1,396

1,368

1,342

1,317

1,293

1,270

t, К

283

288

293

298

303

308

Т, кг/м3

1,248

1,226

1,205

1,185

1,165

1,146


Теплоизбытки в тоннеле, Вт, определяют как сумму тепловыделений с учетом возможных теплопотерь:

, (1.4)

где Та - тепловыделения автомобильных двигателей, Вт;

Тосв - тепловыделения устройств искусственного освещения, Вт;

Тл - тепловыделения находящихся в тоннеле людей, Вт;

Тпор - теплоуход в окружающий тоннель породный массив или теплоприток из массива в тоннель, Вт.

Т
11
емпературу подаваемого в тоннель воздуха tH принимают равной средней температуре воздуха в данной местности. Температура воздуха в тоннеле tT не должна превышать среднюю температуру наружного воздуха tН более чем на 1015 К и не должна быть выше 308 К.

Плотность воздуха при определенной температуре и давлении 101400 Па можно принять по табл. 1.6.

Тепловыделения автомобильных двигателей, Вт:



где hk , hд - низшая теплотворная способность бензина и дизельного топлива, hk= 44000 кДж/кг; hд=42500 кДж/кг;

k , д - доля тепловыделений карбюраторных и дизельных двигателей, k= 0,6; д= 0,45.

Тепловыделения устройств освещения, Вт:

Тосв = 1000с , (1.6)

где - коэффициент перехода электроэнергии в тепло, = 0,920,97;

Nc - потребляемая мощность одновременно включенных светильников, кВт.

Тепловыделения находящихся в тоннеле людей, Вт:

Тл =  , (1.7)

де - средние тепловыделения одного человека, Вт;

 - максимальное количество людей, одновременно находящихся в тоннеле.

Величину принимают для ремонтных и эксплуатационных рабочих 175 Вт, для водителей - 115145 Вт, для пассажиров и пешеходов - 80 Вт.

Ориентировочно можно принимать

Тосв + Тл = (0,150,20)Та . (1.8)

Теплоуход (теплоприток) через обделку тоннеля в окружающий породный массив (из массива), Вт:


12
, (1.9)

где П - периметр внутреннего контура тоннеля, м;

tпор - средняя температура породы на данной глубине, К;

Rо - сопротивление теплопередаче обделки тоннеля, м2К/Вт.

Значения tпор принимают по опытным данным в соответствии с заданием на проектирование. Необходимо уточнить, происходит уход тепла из тоннеля в окружающий породный массив или, наоборот, приток тепла в тоннель из массива. Это зависит от температуры воздуха в тоннеле и температуры породы. Тепло уходит в более холодную область. Поэтому при теплопритоке в тоннель его величину нужно прибавлять к сумме тепловыделений (1.4), а при теплоуходе из тоннеля его величину нужно вычитать.

Сопротивление теплопередаче обделки тоннеля:

, (1.10)

где в - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности обделки, принимают для обделок из монолитного бетона и железобетона в=8,7 Вт/м2К; для обделок из тюбингов в=7,54 Вт/м2К;

Н - коэффициент теплопередачи наружной поверхности обделки тоннеля, принимают для обделок, контактирующих с сухой породой Н = 5,8 Вт/м2К; для обделок, контактирующих с влажной породой, Н = 11,6 Вт/м2К;

RT – термическое сопротивление обделки тоннеля, м2К/Вт

Величину RT для многослойных конструкций (обделка, облицовка, гидроизоляция, защитная обойма и пр.) определяют как сумму сопротивлений отдельных слоев:

, (1.11)

где i - толщина отдельного слоя, м;


13
i - расчетный коэффициент теплопроводности материала отдельного слоя, Вт/мК (табл. 1.7).

Таблица 1.7


Материал

i ,

Вт/мК

Материал

i ,

Вт/мК

Сталь

58

Цементно-песчаный




Чугун

50

раствор

0,680,90

Камень (мрамор,




Кирпичная кладка

0,460,87

гранит, базальт)

33,5

Гидроизол,




Железобетон

1,92

рубероид

0,174

Бетон

1,74

Полимеры

0,348




  1. Давление воздуха


1.3.1. Установление возможности естественного

проветривания
По нормативам, при длине автодорожных тоннелей менее 150 м вентиляция осуществляется только естественным проветриванием. В тоннелях длиной от 150 до 400 м искусственная вентиляция может не устраиваться, если создается естественная тяга воздуха, обеспечивающая предельно допустимую концентрацию вредных газов и нормальный температурный режим в тоннеле. Допустимость естественного проветривания в этом случае обосновывается расчетом.

Определяется алгебраическая сумма давлений в тоннеле, Па, создаваемых совместным действием отдельных факторов естественного проветривания:

, (1.12)

где Рв, Рt, Рб, Ра - соответственно давления, вызванные действием ветра, разностью температур, барометрического давления и поршневым эффектом автомобилей.

Давление за счет динамического действия ветра, Па:


14
, (1.13)

где VвТ - скорость ветра, попутного (+) или встречного (-) движению воздуха в тоннеле, м/с;

 - угол между направлением ветра и осью тоннеля, град.

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

, (1.14)

где  - разность высотных отметок порталов тоннеля, м;

Т - разность плотностей воздуха на поверхности и в тоннеле, кг/м3.

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

Давление за счет разности барометрических давлений у порталов, Па:

. (1.15)

Ориентировочно величину атмосферного давления в зависимости от высоты расположения порталов над уровнем моря можно принимать по табл.1.8. Значения приняты при температуре воздуха 273 К. При другой температуре давление определяют по формуле

.

Таблица 1.8



Н, м

Рбо , Па

Н, м

Рбо , Па

Н, м

Рбо , Па

0

101325

700

93992

1400

87404

100

100125

800

93112

1500

86487

200

98925

900

92135

1600

85580

300

97858

1000

91170

1700

84682

400

96658

1100

90213

1800

83794

500

95460

1200

89266

1900

82915

600

94660

1300

88330

2000

82045



Д
15
авление, вызванное поршневым действием автомобилей, движущихся в одном направлении, Па:

, (1.16)

где SM - миделево сечение автомобиля, м2;

ST - площадь поперечного сечения автомобиля, м2;

сa - коэффициент лобового сопротивления автомобиля;

Na - 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 (1.16) знак «плюс» ставится тогда, когда направление движения автомобилей совпадает с направлением движения воздуха, и знак «минус» - когда не совпадают движения автомобилей и воздуха.

Значения SM 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 са 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 SM и са (с учетом доли автомобилей в общем потоке).

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

. (1.17)

О
16
пределив суммарное давление и учитывая, что оно расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих в тоннеле, подсчитывают скорость движения воздуха в тоннеле (с учетом всех сопротивлений), м/с:

, (1.18)

где ТР - коэффициент трения воздуха по внутренним стенкам тоннеля;

dЭТ - эквивалентный диаметр тоннеля, м;

i - местное сопротивление в тоннеле (табл. 1.9).

Значения ТР ориентировочно принимают: для тоннелей с гладкой бетонной поверхностью ТР = 0,028, с ребристой поверхностью (железобетонные тюбинги) ТР = 0,036 и (чугунные тюбинги) ТР = 0,047.

Эквивалентный диаметр воздуховодов некругового сечения:

. (1.19)

где S - площадь поперечного сечения, м2;

П - периметр поперечного сечения, м.
Таблица 1.9



Вид местного сопротивления



i

Вход в воздуховод по прямому направлению

0,5

Вход в воздуховод с поворотом

1,5

Выход из воздуховода по прямому направлению

1,0

Выход из воздуховода с поворотом

2,0

Поворот (отвод) на 900 круглый

0,10,3

Поворот (отвод) на 900 прямоугольный

0,20,6

Колено 900

0,41,1

Внезапное расширение потока

0,10,8

Внезапное сжатие потока

0,20,5


О
17
пределив VЕ , следует проверить условие , при соблюдении которого достаточность естественного проветривания можно считать обоснованной.

1.3.2. Расчет искусственной вентиляции
При расчете искусственной вентиляции определяют давление подаваемого в тоннель воздуха, необходимое для преодоления сопротивлений, которые могут быть в тоннеле. В зависимости от принятой системы вентиляции в тоннеле возникают различные сопротивления для движения воздуха.

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.

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 трения при движении воздуха по шахтному стволу или устроенным в нем каналам и местные сопротивления при входе и выходе воздуха из шахтного ствола, поворотах и пр.

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

, (1.20)

где L - длина воздуховода (тоннеля, канала, шахтного ствола);

Vв - средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

Значения ТР для поперечных каналов, облицованных листовой сталью, асбоцементными листами или винипластом, принимают от 0,08 до 0,1.

С
18
реднюю скорость движения воздуха Vв определяют, как

.

Потери давления в местных сопротивлениях, Па:

. (1.21)

При расчете струйной вентиляции необходимо также определить давление, создаваемое вентилятором, Па:

, (1.22)

где k - коэффициент использования струи, принимают k = 0,850,90;

Sсв - площадь поперечного сечения вентилятора на выходе, м2;

Vсв - скорость движения воздуха у выходного отверстия вентилятора, м/с. Характеристика струйных вентиляторов приведена в прил. 1.


  1. Выбор вентиляционного оборудования


Определяют расчетные значения расхода и давления воздуха, которыми являются максимальный расход из расходов, определенных по условиям предельно допустимой концентрации СО и установления нормального температурного режима, и суммарное давление, создаваемое в тоннеле при принятой системе вентиляции. Расчетные значения принимают с учетом возможных потерь порядка 510 %.

Qр = (1,051,10) Qmax ;

Рр = (1,051,10) Рmax. (1.23)

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

Д
19
ля 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.

В


первом приближении выбор типа вентиляторов можно производить по их основным параметрам, приведенным в прил. 1,2,3.

В случае 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.

Количество рядов (ступеней) струйных вентиляторов определяют, учитывая естественную тягу воздуха:

, (1.24)

где Р1 - сопротивление трения, Па;

Р2 - местные сопротивления, Па;

РЕ - давление, обусловленное естественной тягой воздуха, Па.

Центробежные и осевые вентиляторы размещают непосредственно у порталов тоннелей или в подземных камерах (рис. 1.2).

С
20
труйные 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.













Рис. 1.2. Схемы размещения вентиляционных установок горного (а), подводного (б) и городского (в) тоннелей: 1 - вентиляционная камера; 2 - вентилятор; 3 - жалюзи; 4 - диффузор; 5 - щелевое отверстие; 6 - тоннель; 7 - вытяжной ствол; 8 - вентиляционный канал; 9 - вентиляционный киоск; 10 - направление движения воздуха


21

1.5. Примеры расчета искусственной вентиляции

тоннеля


      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 = g л  m л + g гк  m гк + g ав  m ав ,

где g л , g гк , g ав - расход топлива одним «осредненным» автомобилем (соответственно легковым, грузовым, автобусом, см. табл. 1.4);


22
т л , т гк, 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



23

G ТК = 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):

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

То же, автомобилем с дизельным двигателем:

q д = 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



на участке II



на участке III



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):

н
24
а участке I



на участке II

участке III



Тепловыделения осветительных установок и людей см. (1.8):

на участке I Вт;

на участке II Вт;

на участке III Вт.

Теплоуход в породу см. (2.9)при следующих данных:

ПТ = 31 м; tТ - tN = 10 K; в = 8,7 Вт/м2К;

Н = 5,8 Вт/м2К; = 0,5 м; = 1,5 Вт/м2К;

м2К/Вт см. 1.10);

на участке I Вт;

на участке II Вт;

на участке III Вт.

Теплоизбытки на отдельных участках тоннелей:

н
25
а участке I Вт;

на участке II Вт;

на участке III Вт.

Расход воздуха по теплоизбыткам см. (1.3):

на участке I м3/с ;

на участке II м3/с ;

на участке III м3/с.

Общий расход воздуха в тоннеле по теплоизбыткам:

QТ = 119,6 + 51,4 + 87,2 = 258,2 м3/с.

Принимают для расчета максимальный расход, т.е.

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



м2.

О
26
бозначения и размеры даны на рис. 1.4.


Рис. 1.4. Схема приточного канала:

1 - приточный канал; 2 - вытяжной канал


м;

м;

м.

Периметр поперечного сечения приточного канала:

м.

Эквивалентный диаметр приточного канала см. (1.19):

м.

Средняя скорость движения воздуха в приточном канале:

м/с.

Коэффициент трения в приточном канале пр.к = 0,028.

Т
27
ребуемая площадь сечения поперечных каналов при расстоянии между ними 4 м и скорости движения в них воздуха 5м/с:

м2.

Размеры поперечного канала: высота hпк = 0,15 м; ширина впк = 1,73 м; длина м.

Эквивалентный диаметр поперечного канала прямоугольного сечения:

м.

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):

Па.

Потери давления на трение в поперечных каналах:

Па.

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

Па.

Потери давления в местных сопротивлениях в поперечных каналах:


28
Па.

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. 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 Q св = 7 м3/с.

Д
29
ополнительные исходные данные к расчету: скорость ветра Vвт = 2 м/с; направление ветра - от портала №1 к порталу №2; угол между направлением ветра и осью тоннеля = 100; температура воздуха в тоннеле t Т = 298 К; температура воздуха на поверхности tH = 288 К; атмосферное давление у портала №1 Рб1 = 91327 Па; у портала №2 Рб2 = 91287 Па; площадь поперечного сечения тоннеля S Т = 81 м2; периметр внутреннего контура тоннеля П Т = 34 м.

Эквивалентный диаметр тоннеля:

м.

Средняя скорость движения воздуха по тоннелю:

м/с.

Миделево сечение «осредненного» автомобиля:



Коэффициент лобового сопротивления:



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

авт.

Давление, создаваемое действием ветра см. (1.13):

Па.

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):

Па.

Д
30
авление, создаваемое автомобилями, движущимися навстречу воздушному потоку:

Па.

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

Па.

Давление за счет местных сопротивлений в тоннеле см. (1.21):

Па.

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

Па.

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 м.

С
31
хема 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.



  1. ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА




  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.


32
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


    1. Расчет вентиляции линии метрополитена




      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:

, (2.1)

где 2 - число путей в перегонных тоннелях;


33
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.

Тепло, выделяемое людьми, Вт:

, (2.2)

где - полное количество тепла, выделяемое одним человеком, Вт, принимают при tвозд= 100 С - 180 Вт; 200 С - 151 Вт; 300 С - 149 Вт;

n - количество пассажиров, одновременно находящихся на расчетном участке трассы,

, (2.3)

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 в час t = 1,5 мин);

nпл - количество людей, одновременно находящихся на платформе станции,

, (2.4)

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:

(2.5)

б) во время прекращения движения:


34
(2.6)

где Lпл - длина платформы станции, км,

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

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

ЭсТ - мощность рабочего освещения станции, ЭсТ = 100000 Вт;

ЭсТ - мощность дежурного освещения ЭсТ = 28000 Вт;

Эоб - мощность стационарного энергетического оборудования и связи, Эоб = 30000 Вт;

Эоб - мощность при перерыве движения, Эоб=10000 Вт;

Эвент - мощность вентиляционного оборудования, Эвент = 70000 Вт.

Суммарное часовое максимальное тепловыделение на расчетном участке трассы, Вт:

Тmax = Т1 + Т2 + Т3 . (2.7)

Суммарное часовое минимальное тепловыделение при перерыве движения поездов, Вт:

Tmin = T4 . (2.8)

Суммарное среднечасовое тепловыделение за сутки, Вт:

(2.9)

где z - время работы метрополитена, равное 19 ч.

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

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

, (2.10)

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


35
Т - коэффициент теплоотдачи от тоннеля через обделку к породе, т.е. количество тепла, которое проходит за 1ч через 1м2 внутренней поверхности обделки при разности температур в 1 0С, Вт/м2град, для чугунной обделки Т = 0,814; для железобетонной обделки Т = 0,582;

tв - средняя температура воздуха в тоннеле, 0С, tв = 20  25 0С;

tпор - средняя температура породы за обделкой, 0С, на глубине до 10 м tпор= 6 0С, на глубине свыше 10 м tпор = 8 0С + 1 0С на каждые 2025 м).

Необходимый объем наружного воздуха для вентиляции, м3/ч:

, (2.11)

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

, (2.12)

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

О
36
пределяют 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.



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



37

Библиографический список


  1. Тоннели и метрополитены: Учебник / Под ред. В.Г.Храпова. - М.: Транспорт, 1989.

  2. Маковский Л.В. Проектирование автодорожных и городских тоннелей: Учебник. - М.: Транспорт, 1993.

  3. Справочник инженера-тоннельщика / Под ред. В.Е. Меркина, С.Н. Власова, О.Н. Макарова. - М.: Транспорт, 1993.

  4. Лиманов Ю.А. Метрополитены. - М.: Транспорт, 1971.

  5. Пособие по проектированию метрополитенов (в редакции проекта СНиП 2.05.04-92). - М.: Метрогипротранс, 1992.

  6. СНиП 32-04-97. Тоннели железнодорожные и автодорожные. - М.: Госстрой, 1997.

  7. СНиП II-3-79. Строительная теплотехника. - М.: Минстрой РФ,1996.


41

ОГЛАВЛЕНИЕ

  1. Вентиляция автодорожных тоннелей . . . . . . . . . . . . . . 3

  1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

  2. Расход воздуха, подаваемого в тоннель . . . . . . . . . . . . 7

  1. Расчет по предельно допустимой концентра-

ции СО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

  1. Расчет по теплоизбыткам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

  1. Давление воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

  1. Установление возможности естественного провет-

ривания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

      1. Расчет искусственной вентиляции . . . . . . . . . . . 18

  1. Выбор вентиляционного оборудования . . . . . . . . . . . . 19

  2. Примеры расчета искусственной вентиляции

тоннеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.5.1. Поперечная система вентиляции . . . . . . . . . . . . 22

1.5.2. Продольно - струйная система вентиляции . . . . 29

  1. Вентиляция тоннелей метрополитена . . . . . . . . . . . . . . 32

2.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

  1. Расчет вентиляции линии метрополитена . . . . . . . . . . 33

2.2.1. Расчет необходимого количества воздуха по тепло-

избыткам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2.2. Расчет давления воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

  1. Выбор вентиляционного оборудования . . . . . . . . . . . . 36

Приложение 1. Характеристики осевых вентиляторов частично-

го (местного) проветривания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Приложение 2. Характеристики осевых вентиляторов главного проветривания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Приложение 3. Характеристики центробежных вентиляторов

главного проветривания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

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

644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации