Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период Советский патент 1991 года по МПК E21F3/00 E21F1/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проветривания железнодорожных тоннелей в условиях сурового климата.

Цель изобретения - сокращение энергетических затрат на подогрев воздуха.

На чертеже изображена схема, реа- лизукщая способ.

Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период включает подачу наружного воздуха в тоннель под действием поршневого эффекта от движущихся поездов и под действием естественной тяги, подачу нагретого до положительной температуры воздуха к одному из порталов тоннелей при отсутствии движения погздов в тоннеле и отвод загря«пенного iотдуха через другой портал тоннеля. При этом перед подачей подогретого ди положительной температуры воздуха к одному из порталов определяют направление движения воздуха по тоннелю под действием естественной тяги. Затем часть воздуха иэ сечения тоннеля с положительной температурой воздуха

.§60 ( Ре Q

Ч 06U

Зйбирип из тоннеля и подают к порталу, через который осуществляется подача наружи го воздуха и тоннель. Затем

подпревают эту часть воздуха и подают ее i1 юннель. Причем paci i шние от портала, к которому подают подо ретый воздух, до места забора воздуха из тоннеля определяют из следующего выражения.

- -) 1 п

(U

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проветривания железнодорожных тоннелей (жт) в условиях сурового климата. Цель изобретения - сокращение энергетических затрат на подогрев воздуха. Под действием поршневого эффекта от движущихся поездов и под действием естествен- 1 ной тяги в ЖТ подают наружный воздух. К одному из порталов (П) ЖТ при отсутствии движения поездов подают подогретый до положительной т-ры воздух и отводчт его наружу через другой П. При этом до подачи подогретого воздуха определяют направление движения воздуха по ЖТ под действием естественной тяги. Часть воздуха из сечения ЖТ с положительной т-рой забирают из ЖТ и подают к П, через который осуществляется подача наружного воздуха в ЖТ. Затем эту воздуха подогревают, подают в ЖТ и смешивают с наружным воздухом, поступившим в ЖТ. Расстояние 1Се от П, -к которому подают подогретый воздух, до места забора воздуха из ЖТ определяют по приведенной в описании зависимости. Величина 1С6 увеличивается с понижением т-ры воздуха, подаваемого в ЖТ поездом при поршневом эффекте те, что определяет необходимость ее изменения при различных т-рах наружного воздуха. 1 з.п.ф-лы, ил. с $ (Л О ю 1 1 ND СО

е Q количество воздуха, поступаю- )5 шее в тоннель при поршневом действии поезда, м/с; U - периметр тоннеля, м; Ос- коэффициент теплоотдачи,

Вт/м2°С;20

p|j- плотность воздуха, определяемая при температуре 0 „ 1 CH, к г / м ;

t и темпер пурз воздуха, подаваемого в тоннель поездом при 25 поршневом эффекте С; Т, - средняя емпература обделки тоннеля на момент захода по езда в тоннель, С;

Сэффективная теплоемкость воз- JQ

духа, кДж/кг °С;

(0,004 + 0,25)

8

р - влажность воздуха, доли ед; рЈ - барометрическое давление, МПа.

Кроме того, воздух из сечения тонеля с положительной температурой возуха чодают к порталу, имеющему по равнению с другим порталом м аьшую -ысотную отметку относительно уровня 40 оря

Величина 1СБ увеличивается г пониканием температуры t, что определят необходимость ее изменения при азличных температурах наружного воз- 45 уха.

Схема вентиляции включает железнодорожный тоннель 1, портал 2, имеющий минимальную высотную отметку относительно уровня моря, портал 3, гатольн.0 4, сбойки, расположенные вблизи порталов 5, сбойки 6, ствол 7, подходную 8, вентиляторы ВМ-I2 9, калориферы 10, вентилятор ВОЭДЦ-24 II, эжеки,ионные устройства 12, регулирую- г щите заслонки 13, дополнительный калорифер 14, вентиляционную дверь 15.

В имний период воздух под действием естественных факторов перемещается по железнодорожному тоннелю от одного портала к другому, Ьсли при этом превалирующее влияние оказывает i раыпационная ( п о .ощал естгет-- вечном гяги, то движение воздуха про- ,)| одиг от н IAHCI о к Золее высоком/ nopi uiy, г,е, п порт па 2 к порта- ч / j, h i ei i PC ть знное двджпние воз- духз в л (1г1езноцо(Н) тоннеле накпа- niBdLiiH поршневое д й тние подвижных (.редеть, при котором также происходит подача наружно о воздуха в тон- неиь, приводящая к многократному увеличению нозд гхообмсна, что усиливает процесс охлаждения пород вокруг тоннеля. L помощью вентиляторов 9 на

учисткь длиной L , определяемой по

/ i

формуле (I), осуществляется репиркучяционное движение воздуха Дгы это- lo pel yji .рующая заслонка 13 в сбойке С., ciT юящен на рдг стояние не меньшее, ч м if-p о. портала, открывается, ся,

Розду из сечения юнке,ая с поло- 1емпературой воздушной среды подается вентилят 9 в штольню 4, э затем в сбойку 5 у портала тоннеля 1 ,, где в калорифере 10 осуществляете п его подогрев до температуры, обеспечивающей после смешивания этой части воздухи с наружлым воздухом потожлтельную температуру вентиляционного потока, В этом случае включенное реакционное устройство 2 V портала } работает в направлении, противоположном движению воздуха по тоннелю 1, снижая тем самым его общее количество. Регулирующие заслонки 13 во всех остальных сбойках 6 закрыты, Также закрыта вентиляционная дверь 15, а вентилятор )1 выключен. Регулирующая заслонка 13 в сбойке 5 у портала 3 открыта нас толькоs чтобы обеспечить зч счет действия гравитациокного портала проветривание левого крыла штольни.

При изменении направления действия естественной тяги, например, от портала 3 к порталу 2, рециркуляция воздуха осуществляется через одну из сбоек 6 и сбойку 5 у портала 3 с помощью устаноиленного в ней вентилятора 9. Подогрев организуется калорифером 10, расположенным в этой сбойке 5. В этом случае работает эжекционная установка 12 на портале 2.

Величины расстояний 1СБ от портала до сбоек 6, через которые воздух подают в штольню 4, зависят от температуры наружного воздуха. В случае, если понижение температуры столь значительно, что 1С6 оказывается больше, чем длина тоннеля, то подогрев воздуха, поступающего в штольню 4, осуществляется с помощью дополнительного калорифера 14, установленного в сбойке 6.

Если выполненные измерения свидетельствуют об отсутствии естественной тяги, то с помощью вентилятора 9 воздух из тоннеля 1 необходимо направлять к нижнему порталу 2, где в калорифере 10 осуществляется его подогрев. Это способствует развитию гравитационной составляющей естественной тяги и приводит к движению воздушных масс от портала 2 к порталу 3.

В летний период проветривание тоннеля 1 осуществляется через ствол 7 и подходную 8 с помощью вентилятора 11. При этом вентиляционная дверь 15 открыта, а регулирующие заслонки 13 во всех сбойках 6 закрыты, а в сбойках 5 открыты настолько, чтобы обеспечить минимально необходимый воздухообмен в штольне 4. Эжекционные установки 12 на порталах 2 и 3 тоннеля

С8 1+2,5-0,8(-0.004.6+0,2:) б) р6 1,34 кг/м5;

С8 ,5.0,8(-0, + 0,25)

По формуле получают ч 1 860 1,49- 1Z22 250

а 1С6-ТГТГ

10;

г} , 860 1 42. 1,34.350 , 0,0, 4 ,

б 1« i5 27ln d+ J5 ) 70 м.

16277236

1 используются для перераспределения

воздуха по крыльям тоннеля.

П р им е р. Определяют температуру, подогрева воздуха, забираемого из тоннеля и подаваемого к одному из порталов, и расстояние от портала до места забора воздуха из тоннеля при

температурах наружного воздуха t0 -15 и -30°С. Установлено, что количество воздуха, движущееся по тоннелю за счет действия естественной тяги Q 80 м /с, а при влиянии поршче- вого эффекта Q 250 м /с. Периметр

тоннеля 21 с, его длина 7 км. Принято, что коэффициент теплоотдачи составляет 15 Вт/(м2. °С) , барометрическое давление 0,093 МПа, влажность воздуха 0,8. Количество воздуха, забираемое из тоннеля, состаляет (Jp- 60 , а необходимая температура тоннельного воздуха после смешения подогретого и наружного воздуха дол

жна быть равна 5 С.

Решение. Определяют температуру подогрева воздуха, забираемого из тоннеля tрец. Из формулы имеют

рец

м

W5 +

tp vt.;

-II 5,5) - 32 С;

35

W5 + |§ - 52°сВычисляют длину. Находят Температуру воздуха

-6°С,

40

-14 С.

-6 и -14 С опреПри значениях деляют Л и С,

В

45

а)

Р

1,22 кг/и

п)

10;

Применение способа проветривания железнодорожных тоннелей обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: возможность предотвращения обмерзания обделки тоннеля и развития процессов наледеобразования; гибкую схему вентиляции при максимальном использовании для проветривания естественных факторов; снижение энергетических затрат на вентиляцию и подогрев воздуха; отсутствие туманообразования в припортапьных частях тоннеля.

Формула изобретения

от портала, к которому подают подогретый воздух, до места забора воздуха из тоннеля определяют из следующего математического выражения

860J: е;. PeQ

(У U

, О-8 ,.tHx

In (I - ---) ,

I n

10 где С

- эффективная теплоемкость воздуха, кДж/кг°С,

15

C6 l+2,5Cf (0,004tH +0,25) ,

п 5 0

м 5

0

влажность воздуха, доли ед;

Р с- - барометрическое давление, МП а;

плотность воздуха, определяемая при температуре 0,5tH,

количество воздуха, поступающее в тоннель при поршневом действии поезда, м3/с;

коэффициент теплоотдачи, Вт/м2.°С;

периметр тоннеля, м; температура воздуха, подаваемого в тоннель поездом при поршневом эффекте, С; Тп - средняя температура обделки тоннеля на момент захо-1 да поезда в тоннель,°С„ 2. Способ по п. отличающийся тем, что, воздух из сечения тоннеля с положительной температурой воздуха подают к порталу, имеющему по сравнению с другим порталом меныцую высотную отметку относительно уровня моря.

В

Q tf и tfl