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论风机在高速公路隧道中的运用(1)

2008-12-26 
本文主要介绍通风控制系统中风机在隧道上的应用。

目前安徽省进入山区的重要通道就是高速公路,安徽沿江地区、中北地区通往浙南、福建和广东方向的重要通道沿线隧道众多,隧道是高速公路上的特殊路段,隧道空间环境狭窄、光线变化大、视野不清、潮湿,为了使隧道能安全、环保、高效、经济运行,隧道监控系统是长隧道的安全保障必不可少的,也是保证隧道交通畅通与环保必须的工程设施。由于隧道内汽车排放的废气、行驶时带起路面上的烟气和粉尘不易扩散,对人体非常有害,也影响行车安全,因此隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。本文主要介绍通风控制系统中风机在隧道上的应用。


  隧道风机简介
  通风机是用于输送气体的机械,从能量观点看,它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。通风机按结构和工作原理主要分为离心式风机、混流式风机、轴流式风机和横流式风机。隧道式轴流通风机主要用于地下隧道通风换气,亦可用于铁路隧道,山洞及地下工程和建筑物的通风换气,是一种高压力,低噪声,高效轴流风机。
  射流风机(隧道风机)是一种特殊的轴流风机,主要用在公路、铁路及地铁等隧道的纵向通风系统中。射流风机(隧道风机)一般悬挂在隧道顶部或两侧,不占用交通面积,不需另外修建风道,土建造价低;风机容易安装,运行、维护简单,是一种很经济的通风方式。射流风机(隧道风机)运行时,将隧道内的一部分空气从风机的~端吸人,经叶轮加速后,由风机的另一端高速射出。这部分带有较高动能的高速气流将能量传送给隧道内的其他气体,产生克服隧道阻力的压升,从而推动隧道内的空气顺风机喷射气流方向流动。当流动速度衰减到一定程度时,下一组风机继续工作。这样,就实现了从隧道的一端吸人新鲜空气,从另一端排出污浊空气的目的。
  根据通风形式的不同,射流风机分为单向射流风机和双向可逆射流风机两大类型。单向射流风机,一般用作单向通风;在特殊情况下风机反转,可提供50%~80%的正向推力。双向可逆射流风机,可用作双向通风,方便用户对气流方向的控制,风机正、反转时的推力基本相等。
  隧道风机的应用
  ◆ 隧道风机通风方案
  射流风机在应用的过程中要综合考虑推力的各种影响因素,然后根据情况加以选用,主要包括:每组风机之间的纵向距离、风机尺寸、可逆运转风机和隧道中空气流速、风机与壁面及拱顶的接近度等。
  下面详细分析每个因素对推力的影响:
  每组风机之间的纵向距离:如果隧道中每组风机之间具有足够的距离,则喷射气流会有充分的逐渐减速,如果喷射气流减速不完全,将会影响到下一级风机的工作性能。一般情况下,每组风机之间的纵向间距取为隧道截面水力当量直径的10倍或10倍以上,也可以取风机空气动压(Pa)的十分之一作风机纵向间距(m),同一组风机之间的中心距至少取为风机直径的2倍。隧道中的射流风机布置并不一定具有同一间距,只要风机之间具有足够的纵向间距,则风机可以尽可能地布置在靠近隧道洞口的位置;如果风机轴向安装位置允许存在一定倾斜,则风机之间的纵向距离可以减少,从而可以提高安装系数。
  隧道中空气流速、风机与壁面及拱顶的接近度:风机推力是在空气静止条件下,根据风机的空气动量的变化而测定的。如果风机进口的空气处于运动状态,则风机中空气动量的变化值必然减小。如果射流风机的安装位置靠近隧道壁面或拱顶,则空气射流与壁面或与拱顶之间必然产生附加摩擦损失。
  风机尺寸:射流风机耗电量与推力之比与风机出口风速有关,对于给定的推力要求,出口风速越高,耗电量越大。因此,为了降低运行成本,应尽可能选用大直径、低转速或叶片角度小的风机。对于给定的风机尺寸,如果降低其推力,必然导致风机数量的增加,从而增加风机本身的投资,但此时风机出口风速也随之降低,使得消声器得以取消或减小其长度。
  可逆运转风机:可逆运转风机与单向风机相比,效率略低,且噪声稍高,但此类风机可以使隧道的运营具有较大的选择性。如在特别需要的情况下,单向隧道可以用作双向运营,在着火时,风机可以反转排烟。
  以铜汤高速公路紫铜隧道为例,该隧道是双洞单向交通,每个隧道都不是太长的情况,采用分段纵向通风方案,在每个隧道的出入口安装两台隧道风机,把出入口的射流风机并联为一组,并在隧道内沿隧道方向间隔布置风机。为了满足隧道内噪声环境的要求,每个射流风机都配有整体消声器。在夜间,为了防止隧道洞口产生较大的噪声,通常是只运行隧道中间部分的风机,或者加长靠近隧道洞口处的风机消声器长度,或者采用双速射流风机。
  综上所述,可以画出隧道每个山洞的风机布置结构图如下:

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