電氣化鐵路隧道移動式運營通風(fēng)系統(tǒng)研究VIP

1、 摘 要 目前鐵路隧道的運營通風(fēng)均為固定式通風(fēng)系統(tǒng)，點多、面廣、初期投資大、運營管理困難。文章根據(jù)電氣化鐵路隧道的運營及環(huán)境特點，提出了移動式運營通風(fēng)的概念，采用一套移動通風(fēng)設(shè)備就能實現(xiàn)多座隧道的運營通風(fēng)，經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 電氣化鐵路隧道 移動通風(fēng)設(shè)備 運營通風(fēng)中圖分類號：U4535 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路隧道日漸增多，長隧道、隧道群也將增加，環(huán)境污染問題將日益突出，給隧道養(yǎng)護(hù)、維修、設(shè)備壽命、列車司乘人員的健康都將帶來許多不利的影響。國內(nèi)外的研究表明：在電氣化鐵路隧道中，高速運行機(jī)車的集電弓與供電線間局部脫離打火產(chǎn)生的少量氮氧化物、客貨列

2、車排放的有機(jī)污染物在降解過程中產(chǎn)生的大量有害氣體、隧道中的高溫和高濕空氣等都將對隧道造成污染。因而，電氣化鐵路隧道在通過一定的列車對數(shù)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)換氣是很有必要的。目前國內(nèi)外鐵路隧道的運營通風(fēng)均采用固定式運營通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在每座需要運營通風(fēng)的隧道內(nèi)均設(shè)置一套固定的機(jī)械通風(fēng)裝置，點多、面廣，初期投資較大，且因工點分散，運營管理十分困難。對于牽引動力為蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車的鐵路，污染源主要為蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車排放的有害氣體，隧道內(nèi)空氣污染較重，每通過一趟上坡列車都需要通風(fēng)，通風(fēng)的頻率高，適合采用固定式運營通風(fēng)系統(tǒng)；對于電氣化鐵路，污染源主要以行車排放的有害物質(zhì)為主(客貨運輸、維修施工產(chǎn)生的垃圾為污染源

3、)，隧道內(nèi)空氣污染相對不重，只有通過一定對數(shù)的列車、隧道內(nèi)的污染物累積到一定程度后才需要通風(fēng)，通風(fēng)的頻率相對較低，且通風(fēng)具有不定時性，如果每座需要通風(fēng)的隧道均設(shè)置一套完整的固定式通風(fēng)系統(tǒng)，不僅初期投資加大，而且設(shè)備閑置的時間多，利用率不高，造成投資的浪費，不經(jīng)濟(jì)。為此，經(jīng)過大量的分析、論證，我們提出一種全新的適用于電氣化鐵路隧道的運營通風(fēng)方式動式運營通風(fēng)。該方式采用以牽引動力車、發(fā)電車、通風(fēng)車組成的移動式通風(fēng)列車，在不影響線路通過能力的前提下，采用單開、合并、附掛等方式進(jìn)行運營通風(fēng)，具有裝機(jī)功率小、設(shè)備的機(jī)動性高、通風(fēng)性能好、利用率高及運營管理費用低等諸多優(yōu)點，且采用一套設(shè)備能夠同時滿足數(shù)座隧

4、道的運營通風(fēng)需要，既可作正常運營通風(fēng)之用，也可供隧道內(nèi)設(shè)備檢修、施工或災(zāi)害搶險通風(fēng)之用，是電氣化鐵路隧道較理想的運營通風(fēng)方式。2 移動式運營通風(fēng)系統(tǒng)理論研究21 移動式通風(fēng)系統(tǒng)的作用原理電氣化鐵路隧道移動式運營通風(fēng)系統(tǒng)是利用一套由牽引動力車、發(fā)電車、通風(fēng)車組成的通風(fēng)列車(圖1)，以一定的速度在隧道內(nèi)運行，同時車載的射流風(fēng)機(jī)出口向前噴出高速氣流，通過通風(fēng)列車和車載射流風(fēng)機(jī)的共同作用，推動隧道內(nèi)的氣流流向洞口，以達(dá)到通風(fēng)車出洞時隧道內(nèi)一次換氣或部分換氣的目的。 圖1移動式通風(fēng)列車示意 2. 2基本假定射流風(fēng)機(jī)在隧道中運轉(zhuǎn)時，其作用分為卷吸效應(yīng)和增壓效應(yīng)兩部分。卷吸效應(yīng)在假定隧道中的氣流為穩(wěn)定流，隧

5、道中的空氣為連續(xù)介質(zhì)，具有不可壓縮性。因此其運動符合穩(wěn)定流的三項基本定律，即連續(xù)性定律、動量定律、能量守恒定律。23 移動式通風(fēng)系統(tǒng)理論研究移動式運營通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。 圖2移動通風(fēng)系統(tǒng)示意 由圖2可知，當(dāng)采用移動通風(fēng)車進(jìn)行隧道通風(fēng)換氣時，車載射流風(fēng)機(jī)與通風(fēng)車同速度運行，同時射 流風(fēng)機(jī)出口向前噴出高速射流，和通風(fēng)車共同推動 隧道內(nèi)空氣向前流動。設(shè)射流風(fēng)機(jī)組推力為戶E，根 據(jù)動量方程可得：公式1、2 將式(2)代人式(1)即得車載射流風(fēng)機(jī)組的推力： 式中 ue、Qe隧道內(nèi)風(fēng)速(mi/s)及風(fēng)量(m3s)；uj、Qj躺渺酣L出口風(fēng)速(m/s)及風(fēng)量(m3s)；uT、QT通風(fēng)車速(nv's

6、)及通風(fēng)車推動的空氣量(m3s)；us、Qs通風(fēng)車側(cè)(環(huán)狀面積)風(fēng)速(m3s)及風(fēng)量(m3s)；Fe隧道斷面積(m2)；LT隧道長度(m)；de隧道斷面當(dāng)量直徑(m)；FT 通風(fēng)車斷面積(m勺； Fs通風(fēng)車與隧道之間的環(huán)狀面積(m)； Xj移動通風(fēng)車車載射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)； Fj射流風(fēng)機(jī)出口面積(m2) Kj射流損失系數(shù)，取Kj=105； 入隧道壁面摩擦阻力系數(shù)，取A=0020； Un隧道內(nèi)自然風(fēng)速(m8)。當(dāng)Ue=uT，即通風(fēng)車出洞時，隧道內(nèi)達(dá)到一次換氣，則式(3)可改寫為： 當(dāng)無豎井等旁通道的隧道內(nèi)有自然風(fēng)時，通風(fēng)車運行產(chǎn)生的推力戶E與隧道通風(fēng)阻力戶入和自然風(fēng)阻力戶。相平衡，即：公式5 將式(5

7、)代人式(3)或(4)，即得出移動通風(fēng)車速、風(fēng)機(jī)風(fēng)速、隧道通風(fēng)需要風(fēng)速之間的關(guān)系。當(dāng)隧 道長度一定、風(fēng)機(jī)選型一定、移動通風(fēng)車速一定時，即可求解出所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)；反之，若已知射流風(fēng) 機(jī)臺數(shù)，風(fēng)機(jī)型號、移動通風(fēng)車速，則可求解能滿足通風(fēng)要求的隧道長度。24 簡化計算法根據(jù)鐵路“技規(guī)”規(guī)定：推行的移動通風(fēng)車運行速度不大于30kmh，由于移動通風(fēng)車較短1T=39m)， 且運行速度又低，故產(chǎn)生的活塞作用較小，若忽略移 動通風(fēng)車車輛活塞作用及車側(cè)風(fēng)的作用，由(1)和 (5)式可得：公式6 式中：當(dāng)un與ue同向時，取“”號；當(dāng)un與u反向時，取“+”號。簡化式(6)仍然反映了移動通風(fēng)車速、風(fēng)機(jī)風(fēng)速、隧道通

8、風(fēng)需要風(fēng)速之間的關(guān)系，在隧道長度、風(fēng)機(jī)型號、移動通風(fēng)車速一定的條件下，由此式也可求出所需的射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)；或已知射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)、風(fēng)機(jī)型號、移動通風(fēng)車速，求解能滿足通風(fēng)要求的隧道長度。按簡化式(6)可得移動通風(fēng)車組的推力：公式7 此式表明，通風(fēng)列車組的射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)、型號一定，則通風(fēng)列車組的推力隨通風(fēng)列車的車速及需要通風(fēng)的風(fēng)速變化而變化。25 計算實例以單線鐵路直線隧道為例，設(shè)Fe=3115 m2, de=577 m，F(xiàn)T=9 m2，采用SLFJ100型射流風(fēng)機(jī)，F(xiàn)j=0785 m2，uj=35 ms，按通風(fēng)列車出洞時隧道達(dá)到一次換氣的要求，由不同隧道長度、不同通風(fēng)車速、自然反風(fēng)(15 ms)等不同狀

9、況分別進(jìn)行組合計算。按完全式(4)、(5)及簡化式(6)計算，結(jié)果如圖3所示。圖3 圖3射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)與隧道長度、通風(fēng)車速的關(guān)系 由上述結(jié)果分析可知：當(dāng)通風(fēng)車速較高時兩式計算結(jié)果相差較大；當(dāng)通風(fēng)車速較低(uT30kmh) 時兩式計算結(jié)果相差較??；如通風(fēng)車速為30kmh時兩式計算結(jié)果僅差25，十分接近。根據(jù)研究成果，推薦采用式(6)(簡化式)進(jìn)行移動式通風(fēng)分析計算。 3結(jié)論(1)經(jīng)牽引計算和通風(fēng)理論分析可知，在一定條件下可達(dá)到電氣化鐵路隧道需要的通風(fēng)效果。(2)隧道通風(fēng)需要的射流風(fēng)機(jī)數(shù)量隨著隧道長度的增加和移動式通風(fēng)列車車速的增大而增加。(3)由于移動式通風(fēng)車前后與周圍的氣流狀況比較復(fù)雜，再加上車載射流風(fēng)機(jī)的噴射作用就更為復(fù)，采用簡化式(6)進(jìn)行計算與采用完全式(4)、(5)計算的結(jié)果