Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей Советский патент 1992 года по МПК E21F3/00 

сами, протекающими в тоннеле, что создает благоприятные условия для развития процессов наледеобразования.

Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, включающий подачу нагретого до положительной температуры воздуха в тоннель по шахтному стволу и отвод его через порталы тоннеля.

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает безаварийную эксплуатацию тоннелей, так как приводит к созданию условий, благоприятных для роста наледей, а кроме того, связан со значи- тельными затратами энергии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, включающий периодическую подачу в тоннель в периоды отсутствия поездов подогретого до положительной температуры воздуха и прекращение его подачи во время нахождения поездов в тоннеле, причем температура и количество подаваемого воздуха определя- ется по полученным математическим выражениям.

К недостаткам способа следует отнести значительные энергетические затраты, свя- занные с подогревом холодного наружного воздуха до положительной температуры, а также сложность управления вентиляционным режимом при воздействии на него естественных факторов (разность температур и барометрических давлений воздуха в тоннеле и у его порталов, ветер и т.п.).

Цель изобретения - снижение энергетических затрат на защиту тоннелей от образования наледей.

Цель достигается тем, что согласно способу регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, заключающемуся в периодической подаче в тоннель наружного воздуха вентиляторами через один из порталов и удалении его из тоннеля через другой портал, прекращают поступление в тоннель за счет действия естественной тяги наружного воздуха при его отрицательной температуре в весен- ний период и положительной в осенний, а при положительной температуре наружного воздуха весной и отрицательной осенью проветривают тоннель то с рдно- го, то с другого портала, причем количе- ство воздуха, подаваемое в тоннель вентиляторами, устанавливают из следующего математического выражения:

GnTh г / л , ъ ty-tH , Ti т -1

,-KTn (1+) t H-t-ц + Ъ -r,GnKnr 3/c72 K. tnгде Gn - количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов (поршневого эффекта), м3/с;

К-среднее количество поездов, проходящих по тоннелю в обоих направлениях за периоды времени TI и тг

Л, 72 соответственно периоды времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательна весной или положительна осенью и отрицательная осенью или положительная весной, °С;

тп - длительность поршневого эффекта, создаваемого одним поездом, с;

т н , t n и Тн, 1ц - средние температуры наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно за периоды времени гги(п + Т2), °С.

Применение предлагаемого технического решения обеспечит по сравнению с прототипом снижение энергетических затрат на защиту тоннеля от образования наледей.

На чертеже показана принципиальная схема реализации предлагаемого способа. Схема включает тоннель 1, вентиляторы 2, вентиляционные каналы 3 и 4, вентиляционные заслонки 5.

Пример. При положительной температуре наружного воздуха в направлении естественной тяги от портала 1 к порталу 2 вентиляционные каналы 4 на портале 1 открыты, а на портале 2 закрыты вентиляционными заслонками 5. Вентиляционный канал 3 на портале 1 закрыт, а на портале 2 открыт. Вентиляторы 2 включены. Таким образом вентиляционная установка на портале 1 работает в режиме воздушной завесы, а на портале 2 - в режиме вентиляции с подачей воздуха в направлении, противоположном действию естественной тяги. При смене направления естественной тяги вентиляционная установка на портале 1 работает в вентиляционном режиме, а на портале 2 - в режиме завесы. Благодаря этому в период отсутствия поездов предотвращают попадание в тоннель наружного воздуха.

При отрицательной температуре наружного воздуха вентиляционные каналы 4 на обоих порталах закрыты, а вентиляционные каналы 3 открыты. Вентиляторы 2 попеременно включают то на одном, то на другом портале, что обеспечивает подачу наружного воздуха в тоннель, и следовательно, его

интенсивное проветривание и охлаждение обделки. :....

Количество воздуха G, которое необходимо подавать в тоннель при его отрицательной температуре (период та), должно быть достаточно для компенсации теплоты, вносимой в тоннель в период с положительной температурой (r-i) поездами (Gni).

Gni GcpiCBjOB(t H .-.1 ц)Т1,(1);- ,

где Gcpi - среднее количество воздуха в тон- неле за период ri, м/с;

Св - удельная, теплоемкость воздуха, Дж/кг-°С;

РВ - плотность воздуха, кг/м3.

GrjcpTjl

GCpi -

71

(2)

где GnCp среднее количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием одного движущегося поезда, м/с; 5

- длительность поршневого эффекта в период п, с;

т н, t u - средние температуры наружного воздуха и воздуха в центре тоннеля , в период г,, °С.

Количество холода, вносимое в тоннель за период времени Z2, составляет -

02 ССр2Св/Ов(.-г; й), (3) где Gcp2 среднее количество воздуха в трн- неле за период Т2, м3/с;

и - средние температуры наружного воздуха и воздуха в центре тоннеля в период Т2, °С.

Gcp2

Gncpf n +G()

Т2

(4)

где - длительность поршневого эффекта в период Т2, с.

Средние температуры наружного воздуха (у порталов тоннеля) и температура в центре тоннеля будут равны

t HTl +t HT2ф

(6)

tH Г1+Г2

f t uTl t4 . Т1+Г2

Выразив из равенства (5), (6) температуры воздуха и и подставим их в уравнение (3), получим

Q2 GcP2 /OB + 1 /та) (tu - tH) - Tl/T2(t u -fH -Г2 (7) .

Приравняв соотношения (1) и (7), найдем величину G

г / ,Tiv tu-tH l Тг) Гн-Гц T2J

8.

и через длительность

поршневого эффекта, создаваемого одним поездом гп и среднее количество поездов К, следующих за периоды TI и тг по тоннелю в обоих направлениях, получим:

ti TH , У1 1

G ЬпТл Г/ TU. Тц-tH +Ц-| Г2 - КГП LI Г2 j f н -Гц + 72 J

Gn Tn

10 T2-Krn

(9)

5

0

5

где Gn - среднее количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов (интенсивность поршневого эффекта) (бп KGn.cp).

Аналогичным образом определяется и количество воздуха, которое необходимо подавать вентиляторами в тоннель весной при его положительной температуре.

Например, для организации эффективной борьбы с наледеобразованием осенью при температурах наружного воздуха и в центре тоннеля в теплый период (71 t u

5г

10 суток 8,6 10°С) t H + 3°С, : + 1°С количество воздуха, перемещае

30

35

40

45

50

55

мого по тоннелю под действием движущихся поездов (К 400, 6л.ср 80 м3/с Gn 32000 м/с), длительности поршневого эффекта от одного поезда гп 1200 с, в холодный период (Т2 6 суток 5,2 10 с) при -3°C (для t V -2°C) в тоннель необходимо обеспечить подачу 80 м3/с воздуха,

При тех же исходных данных, но относящихся соответственно к холодному и теплому периодам весной, для обеспечения 2°C ( 4°С) при х н - -4°С и Т ц -1°С в тоннель необходимо обеспечить подачу 40 м3/с воздуха.

Использование предлагаемого способа позволяет предотвратить развитие процессов наледеобразования в осенний и весенний периоды, исключить применение теплотехнических средств для нормализации теплового режима и снизить энергетические затраты на регулирование теплового режима.

Формула изобретения

Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, включающий периодическую подачу в тоннель наружного воздуха вентиляторами через один из порталов, удаление его из тоннеля через другой портал и подачу воздуха в тоннель под действием естественной тяги, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на защиту тоннеля от образования наледей, прекращают поступление в тоннель за счет действия есте

ственной тяги наружного воздуха при его отрицательной температуре в весенний период и положительной в осенний, а при ложительной температуре наружного воздуха весной и отрицательной - осенью осуществляют попеременную подачу воздуха вентиляторами, через один или другой пррталы, причем количество воздуха, подаваемого в тоннель вентиляторамииэпреде- ляют из следующего математического выражения:

СпТп Г / 1 , Ъ 1 - tH . . Ц I 1 П-КТп V T2) t H-t n Taj

Gn Tn

ОT2 - К Гп

0

5

где Gn - количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием поршневого эффекта движущихся поездов, м/с;

тп - длительность поршневого эффекта, создаваемая одним поездом, с;

т , та - соответственно периоды времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательная весной или положительная осенью и отрицательная или положительная весной, с;

К-среднее количество поездов, проходящих потоннелю в обоих направлениях, за периоды т и гг;

, t u и т.н, tu - средние температуры наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно за периоды времени r-i и (TI + гг), °С.

Изобретение относится к горному делу и может быть использованадля проветривания железнодорожных тоннелей в условиях сурового климата. Цель изобретения - снижение затрат на защиту тоннеля от образования наледей. Это достигается тем, что при отрицательной температуре в весенний период и положительной в осенний прекра щают поступление в тоннель наружного. воздуха за счет действия естественной тяги, а при положительной температуре наружноИзобретение относится к горному делу и может быть использовано для управления тепловым режимом железнодорожных тон нелей в районах с суровыми климатическими условиями. ( Известен способ вентиляции железно дорожных тоннелей, основанный на подаче воздуха в один из порталов через щель, обращенную в сторону другого портала, вентиляторами, расположенными в верхней го воздуха весной и отрицательной осенью осуществляют попеременную подачу воздуха вентиляторами через один или другой портал, причем количество воздуха, подаваемого в тоннель вентиляторами, определяют из математического выражения r Gn 7П г /1 , TI т.ц - Т.Н , ri -I -i -Т1-КГп V Ъ} t H-t u +Т2 Gn Тп Г2 - К Гп где Gn - количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов, м3/с; тп - длительность поршневого эффекта, создаваемая одним поездом, с; TI и Г2 - соответственно периоды .времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательная весной или положительная весной, с; К - среднее количество поездов, проходящих по тоннелю в обоих направлениях за периоды п и Г2 ; t H и t 4 и tH; t4 - средние температуры наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно за периоды времени TI и (п + га), °С. 1 ил. части портала или сбоку от него, и удалении его через другой портал. К недостаткам этого способа следует отнести значительную сложность предотвращения проникновения в тоннель воздуха с отрицательной температурой в весеннее время и с положительной - осенью, а также невозможность организации эффективной борьбы с образованием наледей в перио/i перепада температур; невозможность гиб кого управления теплообменными процес & О сЈ

Л. №2

J 1