CC BY
60
--------------------------------------------- © И.В. Лугин, 2005
УДК 624.63-52-h622.445 И.В. Лугин
АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ТОННЕЛЬНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ДЛЯ ПЕРЕГОННЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ КАМЕР МЕТРОПОЛИТЕНОВ
ТУТ татное проветривание тоннелей метрополитенов мел-
Щ я Я кого заложения в достаточной степени осуществляется за счет работы станционных вентиляторов [1]. При возникновении аварийных ситуаций, в частности, возгорании вагонов метропоезда и его остановке необходимое для эвакуации людей воздухораспре-деление создается перегонными вентиляторами.
В большинстве метрополитенов СНГ в качестве перегонных эксплуатируются вентиляторы ВОМД-24. Исследование температурных режимов удаляемого из тоннелей дыма, в струе которого работает перегонный вентилятор, показало недостаточную теплостойкость используемых вентиляторов [2].
Для определения требуемых параметров вентилятора разработана математическая сетевая модель вентиляционной системы линии метрополитена мелкого заложения. Линия состоит из 10 станций, ее вентиляционный режим следующий: на станциях работает по одному вентилятору ВОМД-24 в вытяжном режиме, в перегонных венткамерах вентиляторы отключены, их шиберные аппараты открыты. При разработке модели приняты следующие допущения: перегоны линии представлены одинаковыми участками. Их аэродинамические сопротивления имеют усредненные значения, полученные в результате анализа аэродинамических сопротивлений элементов вентиляционной сети метрополитена мелкого заложения. Упрощение проведено с помощью методов, описанных в работе [3]. Исследуемый перегон - тот, на котором стоит горящий поезд
- представлен с подробностями, необходимыми и достаточными для достижения целей исследования. Выход в атмосферу - метро-мост, портал, электродепо - обладает аэродинамическим сопротивлением, равным сопротивлению полуперегона. Длина полуперего-на принята равной 500 м, уклон от станции в сторону перегонной
венткамеры составляет 4%. Компоновка перегонной венткамеры предполагает расположение ее между путями с независимым выходом воздуха на каждый путь, что позволяет более гибко управлять воздухораспределением в аварийной ситуации.
Расчет воздухораспределения в сетях метрополитена проведен с помощью программного обеспечения, разработанного в ИГД СО РАН.
Рассмотрены варианты воздухораспределения при остановке горящего поезда в тоннеле, при этом очаг пожара находится в вагонах, ближайших к перегонной венткамере. При этом эвакуация пассажиров происходит к ближайшей станции, а дымоудаление осуществляется вентиляторами перегонной венткамеры. Критерием выбора характеристик перегонного вентилятора служит их способность создать воздухораспределение, при котором обеспечивается скорость воздуха 1.7 м/с на наклонных путях эвакуации навстречу эвакуирующимся пассажирам. Такая скорость воздуха препятствует опрокидыванию воздушного потока и задымлению путей эвакуации [4]. При расчете учтено действие пожарной тепловой депрессии, расчет которой проведен для случая наибольшего удаления поезда от перегонной венткамеры, т.е. при максимальном перепаде высотных отметок и, соответственно, значении тепловой депрессии (до 13.6 даПа), с учетом остывания пожарных дымовых газов при их движении по тоннелю полуперегона.
В работе [1] доказано, что топология линии метрополитена существенно влияет на воздухораспределение. Поэтому рассмотрены несколько вариантов линии, с различным месторасположением на ней аварийного перегона и горящего поезда на перегоне. Наиболее часто встречающийся тип линии - полуоткрытая (рис. 1, а), ограниченная с одного конца тупиком, с другого - выходом в атмосферу. Исследованы ситуации, при которых аварийный перегон находится в середине линии - между станциями 4 и 5, и на концах линии - у тупика и у атмосферы. Кроме того, для более полного анализа ситуации рассмотрены случаи различного расположения горящего поезда на перегоне относительно перегонной венткамеры (на каждом полуперегоне одного пути перегона). Для линии ограниченной тупиками (рис. 1, б), и линии, ограниченной выходами в атмосферу (рис. 1, в), рассмотрены варианты расположения аварийного перегона в середине линии.
тупик
выход в атмосферу
выход в атмосферу
Рис. 1. Линии метрополитена: а) полуоткрытая; б) тупиковая; в) открытая; 1, 2.. .10 - станции; (1-2), (2-3).. .(9-10) - перегонные венткамеры
Требуемые параметры определены для вариантов оборудования перегонной венткамеры одним и двумя вентиляторами.
Схема вентиляционной сети исследуемого перегона представлена на рис. 2.
При создании противопожарного режима вентиляции вентиляторы перегонной венткамеры на аварийном перегоне включаются на вытяжку, остальные вентиляторы на линии не меняют режима работы. Для управления воздухораспределением, кроме вентиляторов, используются вентиляционные перемычки [5] П1 и П2 (рис. 2) с аэродинамическим сопротивлением не менее 0.1 кц. Перемычка П1 отделяет аварийный и неаварийный пути и расположена в пере-
Рис. 2. Исследуемый перегон с остановившимся горящим поездом. П1 и П2 -
вентиляционные перемычки
гонной венткамере. Перемычка П2 расположена в тоннеле на по-луперегоне аварийного пути, свободном от горящего поезда.
Результаты исследования требуемых параметров перегонного вентилятора приведены в таблице. Требуемая мощность электродвигателя для вентилятора рассчитана, исходя из предполагаемого КПД вентилятора, равного 0,6.
Для примера рассмотрим вариант №3 таблицы: горящий поезд стоит на полуоткрытой линии (рис. 1, а), перегон между станциями 5 и 6, полуперегон между перегонной венткамерой (5-6) и станцией 6, в перегонной венткамере установлена перемычка П1 и работает два вентилятора с параметрами: статическое давление 500 даПа, расход воздуха 107 м3/с, потребляемая мощность электродвигателя каждого вентилятора 892 кВт. При такой схеме работы вентиляции на путях эвакуации пассажиров скорость воздуха навстречу эвакуирующимся составляет 1,7 м/с.
Анализируя результаты исследования, можно сделать следующие выводы:
Тип ли- Расположе- Горящий по- Установлен- Кол-во венти- Требуемые параметры вентилятора № ва-
нии ние перего- езд стоит на ные вентиля- ляторов в пе- расход, статическое мощность рианта
на на линии полуперегоне ционные перемычки регонной венткамере м3/с давление, даПа двигателя, кВт
1 2 3 4 5 6 7 8 9
нет 2 157 850 2224 1
1 317 1050 5548 2
(5-6) - 6 П1 2 1 107 218 500 600 892 2180 3 4
полуоткрытая: рис. 1, а между станциями 5 и 6 П1+П2 2 1 31 62.5 58 65 30 68 5 6
нет 2 1 170 340 1000 1200 2833 6800 7 8
5 - (5-6) П1 2 1 113 227 550 750 1036 2838 9 10
П1+П2 2 1 31.5 65 60 70 32 76 11 12
полуот- между нет 2 143 700 1668 13
крытая: станциями 1 293 892 4356 14
рис. 1, а 9 и 10 (9-10) - 10 П1 2 1 102 204 450 526 765 1788 15 16
П1+П2 2 1 31 62.2 55 63 28 65 17 18
9 - (9-10) нет 2 1 199 397 1346 1634 4464 10812 19 20
П1 2 118 599 1178 21
1 239 714 2844 22
П1+П2 2 31.4 58 30 23
Продолжение таблицы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
нет 2 1 111.5 224.4 449 545 834 2038 25 26
(1-2) - 2 П1 2 1 84 169.4 320 377 448 1064 27 28
полуоткрытая: рис. 1, а между станциями 1 и 2 П1+П2 2 1 30.5 61.2 58 64.6 29 66 29 30
нет 2 1 254 509 2244 2724 9500 23109 31 32
1 - (1-2) П1 2 1 121 250 649 794 1309 3308 33 34
П1+П2 2 1 32.3 63.3 65 69.6 35 73 35 36
между станциями 5 и 6 нет 2 1 165.9 328 950 1130 2627 6177 37 38
закрытая: рис. 1, б 5 - (5-6) П1 2 1 110 220 530 620 972 2273 39 40
П1+П2 2 1 31.1 61 60 65 31 66 41 42
откры- между 5 - (5-6) нет 2 164 925 2528 43
тая: рис. станциями 1 330 1130 6215 44
1, в 5 и 6 П1 2 110 530 972 45
1 220 620 2273 46
П1+П2 2 32 60 32 47
1) при создании требуемого воздухораспределения на аварийном перегоне только активными средствами - форсированием работы перегонных вентиляторов - параметры этих вентиляторов приобретают неоправданно завышенные значения: при установке одного вентилятора расход воздуха 224,4 г 509 м3/с, статическое давление 545 г 2724 даПа, требуемая мощность приводного электродвигателя 2038 г 23109 кВт; при установке двух вентиляторов- на каждом из них расход воздуха 111,5 г 254 м3/с, статическое давление до 449 г 2244 даПа, требуемая мощность приводного электродвигателя 834 г 9500 кВт. При использовании пассивных средств управления воздухораспределением (в приведенных примерах две вентиляционные перемычки) параметры вентиляторов составляют: при установке одного вентилятора расход воздуха 61 г 62 м3/с, статическое давление 63 г 70 даПа, требуемая мощность приводного электродвигателя 65 г 76 кВт; при установке двух вентиляторов на каждом из них расход воздуха 30,5 г 32,3 м3/с, статическое давление 55 г 65 даПа, требуемая мощность приводного электродвигателя 28 г 35 кВт. Очевидно, что использование вентиляционных перемычек позволяет снизить требуемые параметры вентилятора до сравнимых с параметрами ВОМД-24.
2) требуемые параметры перегонных вентиляторов существенно превышают параметры эксплуатируемых вентиляторов ВОМД-24. Применение ВОМД-24 может быть оправдано только при дополнительном использовании пассивных средств воздухо-распределения.
3) на требуемые параметры перегонных вентиляторов оказывает большое влияние топология сети: тип линии, месторасположение аварийного перегона на линии, месторасположение аварийного участка на перегоне. Разброс параметров, приведенных в п.1 выводов, объясняется именно различиями этих условий. Следовательно, необходимо учитывать их как на стадии проектных разработок для определения требуемых параметров перегонного вентилятора, так и при разработке противопожарных режимов вентиляции.
------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лугин И.В., Красюк А.М. Взаимосвязность режимов вентиляции станций метрополитена // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М: Изд-во МГГУ. - 2003. - № 4. - С. 199-202.
2. Зедгенизов Д.В., Лугин И.В. Исследование динамики нагрева тоннельного воздуха при горении поезда на перегоне метрополитена // Г орный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ. - 2003. - № 7. - С. 64-67.
3. Абрамов Ф.А., Тян П.Б., Потемкин В.Я. Расчет вентиляционных сетей шахт и рудников. - М.: Недра, 1978.- 232 с.
4. Беляцкий В.П., Ефимов С.Г. Основные условия и особенности выбора режима вентиляции при пожаре в подземных сооружениях метрополитена. - В кн.: Вентиляция шахт и рудников. Аэропылегазодинамика горных выработок. Сб. науч. труд. Л., 1987.
5. Болбат И.С., Ефимов Г.Б. Исследование эффективности применения парашютных перемычек / В кн.: Методы и средства ведения горноспасательных работ. - Донецк: ВНИИГД, 1980. - С. 35-42.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Лугин И.В. - кандидат технических наук, Институт горного дела СО РАН, Новосибирск.
