Logo name

Использование поршневого эффекта для вентиляции станций метрополитенов мелкого заложения (статья)



Материал из Энциклопедия нашего транспорта

Перейти к: навигация, поиск

На воздухораспределение в системе тоннельной вентиляции метрополитенов значительное влияние оказывает поршневое действие поездов. Например, первая линия Московского метрополитена проветривалась именно за счёт «поршневого эффекта». В метро Торонто (Канада) и в настоящее время в часы, когда нет пиковых нагрузок, проветривание путевых тоннелей и станций осуществляется за счёт поршневого действия поездов. Здесь применена продольная схема системы вентиляции, вентиляционные шахты расположены через каждые 140—180 м по длине перегона — через них и происходят приток свежего и выброс отработанного воздуха. Перекладывание части вентиляционной нагрузки на поршневое действие поездов позволяет существенно снизить энергопотребление тоннельными вентиляторами. Экономия может составить более 1 млн руб. в год на 1 км линии. Поэтому задача управления воздухораспределением от «поршневого эффекта» в вентиляционной системе метрополитенов весьма актуальна.

Авторами проведено исследование воздухораспределения от поршневого действия поездов с помощью численных экспериментов на математической модели обобщённой вентиляционной сети метрополитена мелкого заложения. При этом принимались следующие допущения:

• поезда движутся с постоянной скоростью 70 км/ч на протяжении всего перегона;

• не учитывается влияние естественной тяги.

Рис. 1. Схема образования циркуляционных потоков: № 4, 5, б — платформенные залы станций; стрелки показывают направление движения воздуха; цифры рядом со стрелками — расходы воздуха, м3/с; заштрихованный прямоугольник — поезд; заштрихованная стрелка — направление движения поезда; пунктиром выделены главные циркуляционные контуры; окружности — условное обозначение вентиляционных узлов

Исследования велись в период весенне-осеннего режима работы вентиляции. В это время года тоннельные вентиляторы выключены, а их шиберные аппараты и вентиляционные затворы открыты, в вестибюлях установлен один ряд дверей. При таком режиме проветривание осуществляется, в основном, за счёт «поршневого эффекта». В результате серий численных экспериментов установлено, что при движении поездов на перегоне формируется циркуляционное кольцо потока воздуха, инициированное их поршневым действием. С увеличением интенсивности движения поезда всё чаще одновременно находятся в окрестностях одной и той же станции на смежных перегонах. На рис. 1а показано воздухораспределение для случая, когда два поезда, одновременно прибывающих на станцию № 5, являются источником давления воздуха и дополнительным аэродинамическим сопротивлением на этом участке вентиляционной сети. При этом основная часть общего расхода воздуха, перемещаемого составом, вовлекается в циркуляцию на перегоне через вентсбойку и параллельный тоннель, и не более 20 % от этого расхода поступает на станцию. Для сравнения: при движении только одного поезда в окрестностях станции на её платформу поступает 47 % от потока воздуха, инициированного движущимся составом.

На рис. 1б показано воздухораспределение, когда два поезда одновременно отходят от станции, создавая позади себя зону разрежения. В тоннелях опять возникают циркуляционные контуры, в которых состав частично увлекает за собой воздух со станции, но большую часть (81 % от всего потока) — из параллельного тоннеля. Таким образом, воздушный поток от «поршневого эффекта» расходуется, в основном, не на проветривание станций, а на перемещение воздуха в циркуляционных контурах внутри перегона.

Очевидно, что мероприятия, направленные на размыкание циркуляционных колец, приводят к увеличению расхода воздуха через платформенные залы станций. Исследования показали, что наиболее перспективным способом регулирования воздухораспределения при размыкании циркуляционных колец является полное или частичное перекрытие поперечного сечения пристанционных вентсбоек. Из рис. 1в видно, что закрытие этих сбоек изменило область распространения циркуляционных потоков. Включение платформенных залов станций в контуры циркуляции ведёт к увеличению расхода воздуха на них.

Рис. 2. Расходы воздуха, перемещаемые через платформенные залы станций за час: а — 1 пара в час; б — 10 пар в час; в — 20 пар в час; 0 — 0 %; 0,75 — 75 % и 1 — 100 % перекрытия площади циркуляционных сбоек

В метрополитенах мелкого заложения площадь поперечного сечения пристанционных циркуляционных сбоек в среднем составляет 92 м2 (20×4,6 м). Рассмотрены три размера их сечения (рис. 2): 92 м2 (0 % перекрытия) — сбойка не перекрыта, результат показан в левом столбце для каждой интенсивности движения поездов; 23 м2 (75 % перекрытия) — в среднем и 0 м2 (100 % перекрытия) — в правом. Выявлена зависимость изменения расходов воздуха на станциях от степени перекрытия циркуляционных сбоек и от частоты движения поездов. Численные исследования показали, что уменьшение их площади сечения на 50 % (до 46 м2) не оказывает существенного влияния на расход воздуха через станции. Но при дальнейшем сокращении площади сечения и увеличении интенсивности движения поездов на линии расходы воздуха через платформенные залы станций начинают значительно возрастать. К похожим результатам пришли также украинские учёные при проведении экспериментов на физической модели станции и перегона в масштабе 1:100 и в натурных условиях Харьковского метрополитена.

Рис. 3. Расходы воздуха Q через пешеходные входы и выходы вестибюлей за час, в зависимости от степени перекрытии поперечного сечения пристанционных циркуляционных сбоек и от частоты движения поездов по линии: а — 1 пара поездов в час; б — 10 пар; в — 20 пар; 0 — 0 %; 0,75 — 75 %; 1 — 100 % перекрытия циркуляционных сбоек

Согласно рекомендациям для проектировщиков, циркуляционные сбойки предназначены для снижения эффекта «дутья» в вестибюлях станций. В работе В. Я. Цодикова «Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов» также говорится о том, что отсутствие циркуляционных сбоек или полное закрытие их сечения приводит к сильному «дутью» через выходы пассажиров из вестибюлей станций на поверхность. Это влияние было исследовано численным моделированием воздухораспределения. На рис. 3 показан часовой расход воздуха, а на рис. 4 — удельное количество воздуха, движущегося через пешеходные выходы на поверхность от одной пары поездов.

Рис. 4. Удельные расходы воздуха через вестибюли станций от одной пары поездов: а — 1 пара в час; б — 10 пар; в — 20 пар; 0 — 0 %; 0,75 — 75 %; 1 — 100 % перекрытия площади циркуляционных сбоек

Как можно видеть из представленных гистограмм, увеличение расхода воздуха через вестибюли при полном перекрытии циркуляционных сбоек для малой интенсивности движения поездов не превышает 10 %. Когда на линии находятся 20 пар поездов в час, то перекрытие сечения сбоек ведёт даже к снижению «дутья» через пешеходные выходы на поверхность.

В реальных условиях развития метрополитенов встречаются станции, которые временно являются тупиковыми. На них не сооружаются тупиковые венткамеры, и часто работает только один вестибюль, а второй достраивается. На таких станциях особенно сильно выражен эффект «дутья». Одной из них является «Площадь Гарина-Михайловского» Дзержинской линии Новосибирского метрополитена (рис. 5). Особенностью её является то, что прибытие и убытие поезда на станции осуществляется в челночном режиме по одному и тому же пути.

Рис. 5. Схема станции «Площадь Гарина-Михайловского»: 1 — платформа; 2 — поезд; 3 — пути движения поездов; 4 — пристанционная циркуляционная сбойка; 5 — камера съезда; б — вестибюль станции; 7 — турникеты; 8 — пешеходный лестничный спуск; 9, 10 — места измерения скорости воздуха

Как показали натурные эксперименты, расход воздуха через пешеходный лестничный спуск за время прибытия поезда на станцию в среднем составил 10 м3/с. В численных исследованиях на математической модели вентиляционной сети этого участка Новосибирского метрополитена, учитывающей поршневое действие поездов, было получено 14 м3/с. При убывании поезда со станции в натурных условиях расход воздуха в среднем составил 26 м3/с. При компьютерном моделировании получилось 28 м3/с. Максимальное расхождение результатов численных и натурных экспериментов не превысило 17,5 %, а среднее — 12 %, что ещё раз подтверждает эффективность предложенного способа математического моделирования поршневого действия поездов на воздухораспределение в подземных сооружениях метрополитенов.

Выводы

1. Мероприятия, направленные на уменьшение циркуляции воздуха на перегоне, приводят к возрастанию его расходов через платформенные залы станций.

2. Увеличение площади сечения пристанционной вентиляционной сбойки более 50 м2 не оказывает значимого влияния на воздухораспределение в сети тоннельной вентиляции метрополитена.

3. Уменьшение площади поперечного сечения пристанционных циркуляционных сбоек на 50—100 % ведёт к возрастанию расходов воздуха от «поршневого эффекта» через платформенные залы станций в 1,1—6,4 раза в зависимости от частоты движения поездов, при этом расходы воздуха через вестибюли увеличиваются не более чем на 10 %.

А. М. КРАСЮК, И. В. ЛУГИН, С. А. ПАВЛОВ, Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск

А. Н. ЧИГИШЕВ, МУП «Новосибирский метрополитен»

Источник

  • «Использование поршневого эффекта для вентиляции станций метрополитенов мелкого заложения», журнал «Метро и тоннели», № 4, 2012

[1 наблюдающий участник] 
Эта страница последний раз была изменена 1 мая 2015 в 18:59, автор изменения — участник Энциклопедия нашего транспорта Anakin. В создании приняли участие: участник Энциклопедия нашего транспорта Workweek
info2008 ≤co-бa-кa≥ nashtransport.ru
«Наш транспорт» © 2009—2017
Rambler's Top100