Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Gn Гп

t2 К п

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4704258/03 (22) 14.06.89 ! (46) 29.02.92, Бюл. N . 8 (71) Ленинградский горный институт им.

Г.В.Плеханова (72) С.Г.Гендлер, С.Е.Беспалов, Л.А.Нам и В,А.Соколов (53) 622.413,4 (088.8) (56) Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов, М.: Недра, 1975, с.

375.

Авторское свидетельство СССР

И 1090886, кл, Е 21 F 3/00, 1984. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано,для 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 тоннелей в районах с суровыми климатическими условиями.

Известен способ вентиляции железнодорожных тоннелей, основанный на подаче воздуха в один из порталов через щель, обращенную в сторону другого портала, вентиляторами, расположенными в верхней

„„!Ж„„1716164 А1 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 где 6п — количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов, м /с; r> — длительность поршневого з эффекта, создаваемая одним поездом, с;

t1 и т2 — соответственно периоды. времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательная весной или положительная весной, с; К вЂ” среднее количество поездов, и роходящих по тон нел ю в обоих направлениях за периоды т1 и т2; с н и t ö и tH, тц — средние температуры наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно за периоды времени г1 и (t<+ г2), 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 период перепада температур; невозможность гиб кого управления теплообменными процес

1716164 сами, протекающими в тоннеле, что создает благоприятные условия для развития процессов наледеобразования.

Известен спосдб 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 значительными 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 определяется по полученным математическим выражениям, К недостаткам способа следует отнести значительные энергетические затраты, связанные 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 весенний период и положительной в осенний, а при положительной .температуре наружного воздуха весной и отрицательной осенью проветривают тоннель то с одного, то с другого портала, причем количество воздуха, подаваемое в тоннель вентиляторами, устанавливают из следующего математического выражения:

Оп п 3 2 K п где Оп — количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов (поршневого эффекта), м /с; з

К вЂ” среднее количество поездов, проходящих по тоннелю в обоих направлениях за

10 периоды времени т и tz, t<, tz — соответственно периоды времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательна весной или положительна осенью и отрицательная осенью или положительная весной, С;

t — длительность поршневого эффекта, создаваемого одним поездам, с;, t <, с ц и сн, сц — средние температуры наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно за периоды времени t< и (t>+ tz), 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 темпе35 ратуре 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

40 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

45 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

50 отсутс ия 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

1716164 . 6

Gn

Тг K Tn (9),р п

t2 т п

Выразив т"и (8) интенсивное проветривание. и .охлаждение,, обделки, Количество воздуха G, которое необхо-. димо подавать в тоннель при его отрицательной температуре (период гг), должйо 5 быть достаточно для компенсации теплоты, вносимой в тоннель в период.с положительной температурой (ti) поездами (6п1).

Gn1 = Gcp1 spa (t н . < ц) <1i (") где Gñð1 среднее количество воздуха втон-:-"0 неле за периодt1, м /с;

С вЂ” удельная. теплоемкость воздуха,Дж/кг.oÑ;

Ps ПЛотНОСтЬ ВОЗДука, КГ/M з где 6п,р-среднее количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием одного движущегося поезда, м /с;, 20 т"и — длительность поршневого эффекта в пЕРиОД t 1, С;

t н, t ц — средние температуры наружного воздуха и воздуха в центре тоннеля, в период т,, C. 25

Количество холода, вносимое в тоннель за период времени гг, составляет

02 Gcp2 Ceps (t ц t н ) (3) где Gcp2 — среднее количество воздуха в-тон- .. неле за периодтг, м /c;

t" н и t" ц — средние температуры наружного воздуха и воздуха в центре тоннеля в период 72, С.

Gnc т п+6(тг п) бсрг тг (4) 35 где т" и — длительность поршневого эффекта

В ПЕРИОД t2, С.

Средние температуры наружного воздуха (у порталов тоннеля) и температура в цен- 40 тре тоннеля будут равны

tnt +t нтг (5) г1 +тг

t Z1+ t"ц tZ (6) г1 + гг

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

02 = 6срг ps Св((i + 1 /тг) (1ц — тн) т1/тг (t,.ö t н ) тг (7) 50

Приравняв соотношения (1) и (7), найдем величину 6

6псртп Г /1+ 1 1ц — тн + Г1 — 1

t2 — т ъп L 1 гг / t — t ц гг J ., 55 и т" и через длительность поршневого эффекта, создаваемого одним поездом тп и среднее количество поездов К, следующих за периоды т1 и гг по тоннелю в обоих направлениях, получим: где Gn — среднее количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием движущихся поездов (интенсивность поршневого эффекта) (6п = Кбп.ср).

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 (t1 = 10 суток = 8,6 10 С) t H = + 3 С, t ö =+ 1 С количество воздуха, перемещаемого по тоннелю под действием движущихся поездов (К = 400, Gn.cp = 80 м /c з

Gn = 32000 м /с), длительности поршневого эффекта от одного поезда гп = 1200 с, в холодный период (гг = 6 суток = 5,2 10 с) при т" и = — 3 С (для т"ц = -2 С) в тоннель необходимо обеспечить подачу 80 м /с воздуха, При тех же исходных данных, но относящихся соответственно к холодному и теплому периодам весной, для обеспеченият"ц =2 C(t"í =4 С)притн = — 4 Си

t ö = — 1 С в тоннель необходимо обеспечить подачу 40 м /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 естетственной тяги, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на защиту тоннеля от образования наледей, прекращают по ступление в тоннель за счет действия есте.

1716164

6ъд Г /, +т1 1ц g„+g1 1 1 т — Кт, L 1 г2) < — т ц Гг J

Gn Tn г2 Ктп

П. Ф- Г

50

Составитель Л. Серова

Техред М.Моргентал

Корректор Л. Бескид

Редактор А. Долинич

Заказ 596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ственной тяги наружного воздуха при его отрицательной температуре в весенний период и положительной в осенний, а при положительной температуре наружного воздуха весной и отрицательной — осенью осуществляют попеременную подачу воздуха вентиляторами, через один или другой порталы, причем количество воздуха, подаваемого в тоннель вентиляторами; определяют из следующего математического выражения; где Gn — количество воздуха, перемещаемое по тоннелю под действием поушневого эффекта движущихся поездов, м /c; тп — длительность поршневого эффекта, 5 создаваемая одним поездом, с; т1, t2 — соответственно периоды времени, в течение которых температура наружного воздуха отрицательная весной или положительная осенью и отрицательная или

10 положительная весной, с;

К-среднее количество поездов, проходящих по тоннелю в обоих направлениях, за периодыi 1 и t2;

1 н, 1 ц и Ън, тц — сРеДние темпеРатУРы

15 наружного воздуха и воздуха в центральной части тоннеля соответственно эа периоды врЕмЕни т1 и (т + т2), С.