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        地鐵工程隧道通風(fēng)單活塞系統(tǒng)分析

        2014-07-05 02:59:02李林林
        城市軌道交通研究 2014年7期
        關(guān)鍵詞:軌排活塞車站

        李林林

        (廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司,510010,廣州∥工程師)

        隧道通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵工程中重要的組成系統(tǒng)之一。隧道通風(fēng)系統(tǒng)的功能是保證列車正常運營所需的隧道環(huán)境,并在事故工況時向區(qū)間隧道提供一定的通風(fēng)量,以滿足排除煙氣及誘導(dǎo)乘客安全撤離事故區(qū)域的需要。

        地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)道及隧道風(fēng)機組成。系統(tǒng)在地鐵車站內(nèi)的占地面積約為車站總面積的1/4,且地面活塞風(fēng)亭的設(shè)置增加了工程的建設(shè)及協(xié)調(diào)難度。如何在滿足設(shè)計要求的前提下減少隧道通風(fēng)系統(tǒng)的占地面積及活塞風(fēng)亭的數(shù)量,以與繁華擁擠的城市環(huán)境相協(xié)調(diào),是隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計追求的目標(biāo)。

        對于屏蔽門制式地下線路的軌道交通工程,單活塞系統(tǒng)是減小隧道通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)模的常用系統(tǒng)。本文針對常見的兩種單活塞系統(tǒng),從土建方案、設(shè)備選型、設(shè)備運行能耗、運行模式等方面進行對比分析。

        1 單活塞系統(tǒng)形式

        目前,通常采用的單活塞系統(tǒng)有隧道風(fēng)機與車站軌排風(fēng)機合并設(shè)置和分開設(shè)置兩種形式,如圖1、2所示。

        圖1 單活塞合并設(shè)置系統(tǒng)示意圖

        單活塞分開設(shè)置系統(tǒng)中的車站隧道風(fēng)機與區(qū)間隧道風(fēng)機分開設(shè)置,每站設(shè)置2條20 m2的活塞風(fēng)道、4臺隧道風(fēng)機、2臺軌排風(fēng)機及相應(yīng)的機械風(fēng)閥。

        單活塞合并設(shè)置系統(tǒng)中的車站隧道風(fēng)機與區(qū)間隧道風(fēng)機合并設(shè)置,每站設(shè)置2條20 m2的活塞風(fēng)道、4臺隧道兼軌排風(fēng)機及相應(yīng)的機械風(fēng)閥。

        2 建設(shè)投資比較

        隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)施包括土建與設(shè)備兩部分。其中,土建包括位于地下的機房、風(fēng)道,占總投資的主要部分;設(shè)備包括本系統(tǒng)的風(fēng)機、風(fēng)閥、消聲器等。

        現(xiàn)選取標(biāo)準(zhǔn)站對兩種單活塞系統(tǒng)形式的土建及設(shè)備投資進行對比分析。設(shè)備典型平面布置圖如圖3所示。兩系統(tǒng)投資對比見表1。

        圖3 典型車站兩種單活塞方案平面布置圖

        表1 兩系統(tǒng)設(shè)施匯總及投資對比

        表1數(shù)據(jù)選取典型站的布置方案進行統(tǒng)計分析??梢姡瑔位钊珠_形式較合并形式需增加投資94萬元(其中土建增加72萬元,設(shè)備增加22萬元)。當(dāng)車站布置方案不同時,土建面積也會不同。對于帶配線的車站,兩系統(tǒng)的土建面積差值將會更小。

        3 設(shè)備房長度影響

        影響車站設(shè)備用房長度的主要因素有車站配線設(shè)置和車站供電房間(牽引所等)的設(shè)置。

        合并系統(tǒng)受配線的影響較大,一般不在帶配線的車站中使用,因為其會使全線的系統(tǒng)形式多樣化,導(dǎo)致控制工藝要求復(fù)雜。

        4 設(shè)備選型匹配比選

        風(fēng)機選型的主要參數(shù)為風(fēng)機壓頭、風(fēng)量及風(fēng)機效率。風(fēng)機特性曲線與管路特性曲線匹配后的工作點應(yīng)處于風(fēng)機效率的高效區(qū)。設(shè)Q為風(fēng)機風(fēng)量,H為風(fēng)機壓頭,n為風(fēng)機轉(zhuǎn)速,風(fēng)機選型曲線如圖4所示,高效區(qū)處于a、b點間,風(fēng)機最高效率為 ηmax,a、b兩點之間效率高于90%ηmax。

        圖4 風(fēng)機選型曲線

        4.1 分開設(shè)置系統(tǒng)形式

        對于分開設(shè)置系統(tǒng)形式,管路曲線只有一條,按照圖5進行風(fēng)機選型即可。在軌排風(fēng)機設(shè)置變頻器變頻運行時,風(fēng)機效率點仍然處在高效區(qū)。

        風(fēng)機變頻運行時滿足風(fēng)機相似率Q1/Q2=,系統(tǒng)節(jié)能運行。

        圖5 分開設(shè)置系統(tǒng)風(fēng)機選型曲線

        4.2 合并設(shè)置系統(tǒng)形式

        對于合并設(shè)置系統(tǒng)形式,管路曲線有兩條,分別為區(qū)間隧道特性曲線與軌排風(fēng)道特性曲線。風(fēng)機與管路特性曲線如圖6。其中,R1為區(qū)間隧道特性曲線,R2為軌排風(fēng)道特性曲線,n1為風(fēng)機工頻運行曲線,n2為風(fēng)機降頻運行曲線。

        圖6 合并設(shè)置系統(tǒng)風(fēng)機選型曲線

        圖6中,a點的風(fēng)量為Qa,壓頭為Ha,是風(fēng)機作為區(qū)間隧道風(fēng)機時的工作點;此時風(fēng)機效率處在高效區(qū)。c點的風(fēng)量為Qc,壓頭為Hc,是風(fēng)機作為車站隧道排風(fēng)機時的工作點。b點是與a點對應(yīng)的n2轉(zhuǎn)速下的相似工作點;該點風(fēng)機效應(yīng)與a點相等,風(fēng)機效率處在高效區(qū)。由此可知,a點與b點滿足相似率關(guān)系,c點與a點不滿足相似關(guān)系率,c點風(fēng)機效率會有所降低,偏離效率高效區(qū)。

        綜上,對于合并系統(tǒng)形式,為系統(tǒng)選擇合適的風(fēng)機,使風(fēng)機的效率均處在高效區(qū)是相當(dāng)困難的。根據(jù)車站的實際情況,當(dāng)大端設(shè)備房長度越長,即隧道風(fēng)機房距車站有效端頭越遠時,軌排風(fēng)道的阻力將加大,R2特性曲線會更加惡劣,c點風(fēng)機效率下降更快,軌排風(fēng)機運行能耗會更高。

        5 設(shè)備運行能耗

        車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)(軌行區(qū)排風(fēng)系統(tǒng))需全年長期運行,軌排風(fēng)機的效率與設(shè)備運行能耗息息相關(guān)。兩種單活塞系統(tǒng)風(fēng)機效率見表2。

        風(fēng)機軸功率計算式為:

        式中:

        Q——風(fēng)機風(fēng)量,m3/s;

        H——風(fēng)機壓頭,Pa;

        η——風(fēng)機效率。

        根據(jù)工程經(jīng)驗,通常地鐵初、近期設(shè)計高峰小時發(fā)車對數(shù)相差較大,且全天行車對數(shù)也有變化,隧道內(nèi)在初、近期較低密度行車對數(shù)條件下溫度較低,因此,軌排風(fēng)機配置變頻器,根據(jù)全日行車計劃按時間順序變頻運行。車站軌排風(fēng)機變頻運行方案及能耗比較如表3所示。

        表2 兩種單活塞系統(tǒng)風(fēng)機效率

        表3 車站隧道風(fēng)機運行方案及能耗比較表

        綜上,每個車站初投資時,單活塞分開形式較合并形式需增加投資94萬元,但年運行費用可節(jié)省約8.81 萬元。

        6 運行模式

        正常模式:單活塞分開設(shè)置系統(tǒng)與合并設(shè)置系統(tǒng)實現(xiàn)的功能相同,可實現(xiàn)活塞通風(fēng)和軌排機械排風(fēng);差別在于分開設(shè)置系統(tǒng)可實現(xiàn)軌排變頻節(jié)能運行。

        事故模式:單活塞分開設(shè)置系統(tǒng)與合并設(shè)置系統(tǒng)實現(xiàn)的功能相同;差別在于合并系統(tǒng)正常運行時隧道風(fēng)機排風(fēng),當(dāng)該車站需投入送風(fēng)模式時,風(fēng)機要停機才能執(zhí)行反轉(zhuǎn),存在一個時間延遲,且風(fēng)機控制風(fēng)閥較多,控制模式較復(fù)雜,降低了系統(tǒng)的可靠性。

        7 結(jié)語

        單活塞合并設(shè)置系統(tǒng)風(fēng)道和機房的占地面積小,且減少了風(fēng)機的數(shù)量,使車站規(guī)模得到進一步壓縮。但是,合并系統(tǒng)隧道風(fēng)機用于排風(fēng)時效率偏低,對設(shè)備性能的要求提高,控制風(fēng)閥較多,控制模式較復(fù)雜,系統(tǒng)的可靠性降低,系統(tǒng)受配線的影響較大,

        一般無法在帶配線的車站中使用。單活塞分開設(shè)置系統(tǒng)占地面積大,但設(shè)備布置靈活,設(shè)備運行效率高,系統(tǒng)可靠性較高。兩種單活塞系統(tǒng)均可滿足工程需求,可根據(jù)工程實際情況來選擇適合的隧道通風(fēng)系統(tǒng)。

        [1]高俊霞,王迪軍,賀利工,等.廣州市軌道交通線網(wǎng)隧道通風(fēng)及供冷方式專題研究[G].廣州,2005.

        [2]廣州市地下鐵道總公司.廣州市地鐵2號線工程設(shè)計總結(jié)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

        [3]羅燕萍.城市軌道交通工程隧道通風(fēng)系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

        [4]劉承東.屏蔽門系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究,2000(1):43.

        [5]王迪軍.地鐵車站屏蔽門滲漏風(fēng)量數(shù)值分析[J].城市軌道交通研究,2007(1):43.

        [6]袁鳳東,由世俊,孫賀江,等.地鐵用軸流風(fēng)機變頻性能研究[J].流體機械,2006,34(9):1.

        [7]郝娜.地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)活塞風(fēng)井布置探討[J].城市軌道交通研究,2012(8):141.

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